可折叠多面体结构的制作方法_4

文档序号:9761044阅读:来源:国知局
十八转动副 H18、第十一较链H11和第十二较链H12的转动副轴线公共点在第二折叠单元与第六折叠单 元之间顶点V26上。如图9-3所示,第Ξ连接机构C3由第Ξ连接机构中第一连接组件C31和第 Ξ连接机构中第二连接组件C32通过第十九转动副H19连接,第Ξ连接机构中第一连接组件 C31通过第十Ξ较链H13与第Ξ折叠单元T3连接,第Ξ连接机构中第二连接组件C32通过第 十四较链H14与第屯折叠单元Τ7连接;第十九转动副H19、第十Ξ较链H13和第十四较链H14 的转动副轴线公共点在第Ξ折叠单元与第屯折叠单元之间顶点V37上。如图9-4所示,第四 连接机构C4由第四连接机构中第一连接组件C41和第四连接机构中第二连接组件C42通过 第二十转动副Η20连接,第四连接机构中第一连接组件C41通过第十五较链Η15与第四折叠 单元Τ4连接,第四连接机构中第二连接组件C42通过第十六较链Η16与第八折叠单元Τ8连 接;第二十转动副Η20、第十五较链化5和第十六较链Η16的转动副轴线公共点在第四折叠单 元与第八折叠单元之间顶点V48上。
[0070] W上各转动副可采用能够提供转动功能的零件,如较链、合页、轴承装配。
[0071] 该可折叠多面体结构存在Ξ个相互垂直的对称平面,分别为过第一折叠单元Τ1与 第二折叠单元Τ2之间顶点V12、过第Ξ折叠单元Τ3与第四折叠单元Τ4之间顶点V34、过第五 折叠单元Τ5与第六折叠单元Τ6之间顶点V56、过第屯折叠单元Τ7与第八折叠单元Τ8之间顶 点V78的第一对称平面1,过第四折叠单元Τ4与第一折叠单元Τ1之间顶点V41、过第二折叠单 元Τ2与第Ξ折叠单元Τ3之间顶点V23、过第六折叠单元Τ6与第屯折叠单元Τ7之间顶点V67、 过第八折叠单元Τ8与第五折叠单元Τ5之间顶点V85的第二对称平面2,过第一折叠单元Τ1与 第五折叠单元Τ5之间顶点V15、过第二折叠单元Τ2与第六折叠单元Τ6之间顶点V26、过第Ξ 折叠单元Τ3与第屯折叠单元Τ7之间顶点V37、过第四折叠单元Τ4与第八折叠单元Τ8之间顶 点V48的第Ξ对称平面3。
[0072] 第一连接机构C1、第二连接机构C2、第Ξ连接机构C3和第四连接机构C4的转动副 轴线公共点均在第Ξ对称平面3内。
[0073] 如图10-1至图10-2所示,第一折叠单元Τ1与第二折叠单元Τ2、第Ξ折叠单元Τ3与 第四折叠单元Τ4、第五折叠单元Τ5与第六折叠单元Τ6、第屯折叠单元Τ7与第八折叠单元Τ8 分别关于第一对称平面1对称。第一折叠单元Τ1与第四折叠单元Τ4、第二折叠单元Τ2与第Ξ 折叠单元Τ3、第五折叠单元Τ5与第八折叠单元Τ8、第六折叠单元Τ6与第屯折叠单元Τ7分别 关于第二对称平面2对称;第一折叠单元Τ1与第五折叠单元巧、第二折叠单元Τ2与第六折叠 单元Τ6、第Ξ折叠单元Τ3与第屯折叠单元Τ7、第四折叠单元Τ4与第八折叠单元Τ8分别关于 第Ξ对称平面3对称。
[0074] 第一转动副Η1、第Ξ转动副Η3、第五转动副Η5和第屯转动副Η7的轴线均在第一对 称平面1内;第二转动副Η2、第四转动副Η4、第六转动副Η6和第八转动副册的轴线均在第二 对称平面2内。第一转动副Η1的轴线与第五转动副Η5的轴线、第二转动副Η2的轴线与第六转 动副Η6的轴线、第Ξ转动副Η3的轴线与第屯转动副Η7的轴线、第四转动副Η4的轴线与第八 转动副Η8的轴线分别关于第Ξ对称平面3对称;第二转动副Η2的轴线与第四转动副Η4的轴 线、第六转动副册的轴线与第八转动副册的轴线分别关于第一对称平面1对称;第一转动副 Η1的轴线与第Ξ转动副Η3的轴线、第五转动副册的轴线与第屯转动副Η7的轴线分别关于第 二对称平面2对称。
[0075] 由于第一转动副Η1、第二转动副Η2、第Ξ转动副Η3和第四转动副Η4的轴线既不平 行也不同时相交于同一点,故由满足W上对称关系的第一转动副Η1、第二转动副Η2、第Ξ转 动副Η3和第四转动副Η4依次连接的第一折叠单元Τ1、第二折叠单元Τ2、第Ξ折叠单元Τ3和 第四折叠单元Τ4形成的机构为空间过约束Bennett 4財几构;由于第五转动副册、第六转动 畐化6、第屯转动副H7和第八转动副H8的轴线既不平行也不同时相交于同一点,故由满足W 上对称关系的第五转动副H5、第六转动副册、第屯转动副H7和第八转动副册依次连接的第 五折叠单元T5、第六折叠单元T6、第屯折叠单元T7和第八折叠单元T8形成的机构亦为空间 过约束Bennett 4財几构,而空间过约束机构有着刚性好、结构紧凑等优势。由第一转动副 H1、第一连接机构C1、第五转动副册和第二连接机构C2依次连接的第一折叠单元T1、第五折 叠单元巧、第六折叠单元T6和第二折叠单元T2形成8R机构;由第二转动副肥、第二连接机构 C2、第六转动副册和第Ξ连接机构C3依次连接的第二折叠单元T2、第六折叠单元T6、第屯折 叠单元T7和第Ξ折叠单元T3形成8R机构;由第Ξ转动副H3、第Ξ连接机构C3、第屯转动副H7 和第四连接机构C4依次连接的第Ξ折叠单元T3、第屯折叠单元T7、第八折叠单元T8和第四 折叠单元T4形成8财几构;由第四转动副H4、第四连接机构C4、第八转动副册和第一连接机构 C1依次连接的第四折叠单元T4、第八折叠单元T8、第五折叠单元巧和第一折叠单元T1形成 8财几构。
[0076] 如11-1至图11-5所示,利用本实施例所提供的八个折叠单元和四组连接机构W及 所提供的连接方式,可W构成空间可折叠十四面体结构,其折叠变化由各个折叠单元的形 状、尺寸及转动副轴线方位决定。本实施例中的可折叠多面体分别由两个空间过约束 Bennett 4财几构和四个8R机构实现上下两个四边形和侧面四个四边形的折展运动。图11-1 示出了可折叠多面体结构的一个稳定状态,即空间展开态,为具有十四面的截半立方体;图 11-1至图11-5示出了可折叠多面体结构的折叠过程,最终达到另一稳定态,即折叠态,为正 八面体,如图11-4和11-5所示。在任一运动副上通过单一驱动可使本实施例的可折叠多面 体由展开态向折叠态变换,在此过程中,各个转动副及球副协作使得第一折叠单元T1与第 二折叠单元T2之间顶点V12与第Ξ折叠单元T3与第四折叠单元T4之间顶点V34、第五折叠单 元巧与第六折叠单元T6之间顶点V56与第屯折叠单元T7与第八折叠单元T8之间顶点V78、第 二折叠单元T2与第Ξ折叠单元T3之间顶点V23与第六折叠单元T6与第屯折叠单元T7之间顶 点V67、第四折叠单元与第一折叠单元之间顶点V41与第八折叠单元与第五折叠单元之间顶 点V85逐渐靠近直至重合,同时完成十四面体中六个四边形的折叠 W实现多面体的折叠变 换。该可折叠多面体结构具有一个自由度,能够实现大比率的折展运动,可W用作卫星的骨 架结构或建筑物轮廓结构等。
[0077] 可见,上述可折叠多面体结构只要满足上述约束条件,即可达到本发明要求的折 展效果,其结构形式和折展方式并不受折叠单元的具体结构影响,因此折叠单元的结构不 限于Ξ角形轮廓,其形状、大小、尺寸、材料等均可根据实际应用要求做任意变换,只要满足 八个折叠单元完全相同,且每个折叠单元均在相同位置处设置有Ξ个不在同一直线上的连 接位置(Ξ个连接位置在各个折叠单元上的位置均相同,且分别称为每个折叠单元的第一 连接位置、第二连接位置和第Ξ连接位置)即可。基于在折展过程中各折叠单元可能相互造 成干设,折叠单元的优选结构为具有由不在同一直线上的Ξ根骨架首尾顺次连接所组成的 封闭轮廓,该封闭轮廓的Ξ个顶点即为折叠单元的连接位置;而Ξ根骨架的具体形式可W 是直线段、折线段、曲线段或是W上线段形式的组合,本可折叠多面体结构对此并无限定。
[0078] 上述可折叠多面体结构的结构形式和折展方式也不受四组连接机构的具体结构 影响,四组连接机构的结构可W不相同,且其连接组件不限于Ξ角形结构,其形状、大小、尺 寸、材料等均可根据实际应用要求并根据折叠单元的结构做相应变换,只要满足每组连接 机构由两个连接组件通过一个中部转动副连接而成,运两个连接组件分别设置有一个侧部 转动副,且每组连接机构的一个中部转动副的轴线和两个侧部转动副的轴线过一公共点即 可。
[0079] 另外,可折叠多面体结构中的第一转动副H1、第二转动副H2、第Ξ转动副H3、第四 转动副H4、第五转动副H5、第六转动副H6、第屯转动副H7、第八转动副册中的一个或多个可 替换为中屯、位于对应顶点的球副,所得该可折叠多面体结构为单自由度或多自由度。其中, 可折叠多面体结构中的第一转动副H1、第二转动副H2、第Ξ转动副H3和第四转动副H4中的 任意一个或者相邻两个替换为中屯、位于对应顶点的球副且可折叠多面体结构中的第五转 动副册、第六转动副H6、第屯转动副H7和第八转动副册中的任意不多于Ξ个同时替换为中 屯、位于对应顶点的球副,仍能得到与本实施例运动规律完全一样的单自由度可折叠多面体 结构;可折叠多面体结构中的第五转动副册、第六转动副册、第屯转动副H7和第八转动副册 中的一个或者相邻两个替换为中屯、位于对应顶点的球副且可折叠多面体结构中的第一转 动副H1、第二转动副H2、第Ξ转动副H3和第四转动副H4中的任意不多于Ξ个同时替换为中 屯、位于对应顶点的球副,亦仍能得到与本实施例运动规律完全一样的单自由度可折叠多面 体结构;其他情况可得多自由度的可折叠多面体结构。
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