专利名称：可展开的结构体的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及可展开的结构体及由多个可展开的结构体构成的组件。
背景技术：
在广泛的多种应用中都需要可展开的结构，如立体框架、横梁结构等。这种结构通常以折叠的状态被运输到一选定的地点使用。而当使用完了以后，它们也许被折叠起来存放以备下次使用。
通常，传统的可展开的结构受到其处于完全展开状态时的不利的结构形式的困扰。因为对结构的要求是可展开的强行几何约束，而该几何约束有时会与结构要求相反，所以许多传统的可折叠结构展开的形状并不是最佳的。而且，上述可展开结构在折叠状态时也许体积庞大，且在设计上也很机械复杂。
特有的自我稳定型或棘爪型或自动锁定型的可展开结构在完全展开状态时，其结构上也没有提供最佳的结构形式。它们有些需要很高的强度和协调来使用和在使用过程中承受明显重大的弯曲。其它结构体系的形式则需要大量的单个结构部件和复杂的装配操作以形成结构体，但是其中展开或折叠上述结构体不但耗时而且费用也高。
发明内容
按照本发明的第一个方面，其提供一可展开的结构体，其包括多个成对的可铰接地连接的构件，第一铰接元件；和第二铰接元件；
其中，每对可铰接地连接的构件中的两个构件分别连接到上述第一和第二铰接元件上，并且其中第一铰接元件能够得以稳定以加强上述处于展开状态下的可展开结构体的稳定性。
上述可展开的结构体还可以包括中心元件，其中，第一和第二铰接元件都连接到中心元件的不同末端上；并且其中第一铰接元件的一部分可分开地连接到上述中心元件上，这样就使得上述第一铰接元件在连接到中心元件上时得以稳定。
上述可展开的结构体还可以包括将第一铰接元件紧固到上述中心元件上的紧固件。
上述可展开的结构体还可以包括三对或更多对的可铰接地连接的构件。
每对可铰接地连接的构件中的两个构件之一可以通过至少一个第三铰接元件而与所述成对可铰接地连接的构件中的另一构件相连。
上述可展开的结构体还可以包括连接到第三铰接元件上的缆或弹性元件。
每对可铰接地连接的构件中的两个构件之一可以通过一个或多个第二构件而与所述成对可铰接地连接的构件中的另一构件相连。
当上述可展开结构体处于展开状态时，上述第二构件可以基本上与连接第一和第二铰接元件的假想线平行。
上述铰接元件可以允许单个自由度的运动。
上述构件可以包括一个或多个由支杆、连杆、管子、可伸缩元件、自我稳定元件和缆所构成的组。
上述可展开的结构体还可以包括一个或多个能量存储装置以帮助上述可展开结构体的展开和/或折叠的进行。
按照本发明的第二个方面，其提供一包括多个可展开的结构体的组件，每个可展开的结构体包括多个成对的可铰接地连接的构件，
第一铰接元件；和第二铰接元件；其中，每对可铰接地连接的构件中的两个构件分别连接到上述第一和第二铰接元件上，并且其中第一铰接元件能够得以稳定以加强上述处于展开状态下的可展开结构体的稳定性。
每个可展开的结构体还可以包括中心元件，其中，第一和第二铰接元件连接到中心元件的不同末端上；并且其中第一铰接元件的一部分可分开地连接到上述中心元件上，这样就使得上述第一铰接元件在连接到中心元件上时得以稳定。
上述组件还可以包括至少一个用于上述多个可展开结构体之间连接的缆。
上述至少一个缆可以连接上述可展开结构体的多个铰接元件。
对本领域的普通技术人员来说，从以下所记载的仅通过例子的说明和结合附图，本发明的具体实施例将会得到更好的理解并且是显而易见的，其中图1所示为按照本发明一个具体实施例的可展开结构体的略图；图2所示为附图1中可展开结构体部分地折叠时的略图；图3a所示为按照本发明另一个具体实施例的多个相连的可展开结构体的略图；图3b所示为按照本发明另一个具体实施例的多个相连的可展开结构体的略图；图4a所示为按照本发明另一个具体实施例的多个相连的可展开结构体的略图；图4b所示为按照本发明另一个具体实施例的多个相连的可展开结构体的略图；
图4c所示为按照本发明另一个具体实施例的多个相连的可展开结构体的略图；图5所示为图1中的可展开结构体的略图，其示出了上层面、中间层面和底层面；图6所示为按照本发明的另一个具体实施例的结构单元略图；图7所示为按照本发明的又一个具体实施例的结构单元略图；图8所示为按照本发明的另一个具体实施例的结构单元略图；图9所示为按照本发明的又一个具体实施例的结构单元略图；图10所示为按照本发明的另一个具体实施例的结构单元略图；具体实施方式
通常，所描述的具体实施例涉及一可折叠、可展开的结构体系或可拆卸的结构体，其由互相连接的单元组成，也就是说其可以伸长和折叠成多种结构形状，例如，立体框架形、板状形、柱状形、穹顶形、拱顶形。
图1所示为一具体实施例中的可展开结构体100的略图。在这个具体实施例中，可展开结构体100包括中心元件130，四个上部元件140，四个下部元件150和由缆或弹性元件170所形成的网格。在这个具体实施例中，上部和下部元件140、150均为斜杆。然而，应当认识到，上部和下部元件可以为杆、管子、缆等各种形式，或为以上不同元件的组合形式。上述四个底部元件150均连接到底部铰链104上，而上述四个上部元件140则均连接到顶部铰链108上。每个上部元件140通过中间铰链112可铰接地连接到相应的底部元件150上从而构成一对。每个中间铰链112与相邻的中间铰链112通过缆170形成的网格连接起来。上述上部和下部元件140、150可以由金属或复合材料制成。
上述铰链104、108、112作为铰接，其允许上部和下部元件140、150在单个自由度上旋转，从而使得可展开结构体100可展开和折叠。
当上述可展开结构体100处于展开状态时，中心元件130的一末端通过上部铰接元件108可分开地连接到上部元件140上，而上述中心元件130的另一端则通过底部铰链104连接到下部元件150上。这样就使得可展开结构体100通过将中心元件130的末端连接到上部铰链108上或从其上分开，从而结构体可被折叠或展开。应当意识到，中心元件130可以在一端或两端上分开地连接到下部铰链104或上部铰链108上。可选择地，上述中心元件130可以包括两个可分开地与中心元件130的两末端相连的部分(图中未示出)，该两部分分别连接到上部铰链108和下部铰链104上。上述上部铰链108可设有用以断开和连接上述中心元件130的可分开的末端的装置，例如，一紧固装置(图中未示出)可以在可展开结构体100处于完全展开状态时用作将上述中心元件130的可分开的末端锁定在上部铰链108上。
当上述可展开结构体处于如图1中的直立展开时，中心元件130基本上垂直于地面190。
上述图1中的可展开结构体100为正方形模块。但是，可以理解，其也可以是具有基本相同结构的多个其它形状的构造，如三角形、六角形、五边形或其它多边形的形状，这些构造具有用以连接底部和上部铰链104、108的中心元件130。
图1中的基本单元也可以是不带有中心元件的装置，其利用可锁定铰链108、112、104来约束上述上部元件140和底部元件150，当上述可展开结构体100处于完全展开状态时，其约束了元件140、150的运动。
在另一个具体实施例中，如图10所示，上部铰链1080可能设置在底部铰链1040和由缆或弹性元件1700所形成的网格之间，该网格将中间铰链1120连接起来。
图2所示为未完全折叠时的可展开结构体100的略图；上述可展开结构体100通过中心元件130从上部铰链108上断开而从完全展开状态变为折叠状态。这种改变也可以通过其它多种方法来实现，例如，通过放松上部铰链108上紧固件(图中未示出)。其中的中心元件130是可伸缩元件，从而在上述中心元件130从上部铰链108上断开的过程中，中心元件130的长度可以缩短。当上述中心元件130的可分开的末端被从上部铰链108上断开时，元件140、150就可以朝向中心元件折叠了。
利用缆或弹性元件170的柔韧性来提高上述可展开结构体100的可折叠性，当结构体100被折叠起来时，结构体100还可以获得良好的紧凑性。此外，上述缆或弹性元件170的使用使得上述可展开结构体100与常规设计的相比，其明显地更轻、更硬。而结构体的机械复杂性也得到最简化。上述缆170还同时有效地传递拉力荷载，并有助于稳定上述可展开结构体100的几何形状。此外，通过改变缆170的长度可以制成多种结构外形。上述缆170可以是金属的或复合材料的缆、由纤维组成的缆等。
可以将多个可展开结构体连接起来并展开而形成构造体系。例如，如图3a中所示，可以将多个可展开结构体300串连起来而形成梁301。缆或390可以用来将每个可展开结构体300的底部铰链304连接起来而构成梁301。其中间铰链如307可以是位于相邻的单个结构体300之间的整体型，即，一个中间铰链，如307，可以在相邻的单个结构体300之间被“共享”。
在另一个具体实施例中，如图3b中所示，可以将多个可展开结构体350串连起来形成梁302。缆391可以用来连接上部铰链306，除此之外，上述缆391还用来连接底部铰链305。
另外，如图4a中所示，可以将多个可展开结构体400连接起来并按阵列展开从而形成空间框架和穹顶。类似地，连接缆490可以用来将上述每个可展开结构体400的底部铰链404连接起来。此外，还可以利用不同的可展开结构体400综合构成梁和空间框架的组件。例如，如图4b所示，可以通过改变上述连接底部元件部件406的缆491的长度而构成半穹顶构造。
图4c示出另一个具体实施例，其具有用以连接上部元件407的附加连接缆493。应当意识到，上述连接缆490、493可以为其它形式，如元件形式。图4b和4c所示为只有一排相连的可展开结构体。但是，应当意识到，上述成排的连接可展开结构体400的连接缆490的长度也可以改变从而获得与图4b和4c中同样的构造。而其它形状，如圆穹顶，则可以通过利用六角形、五边形、三角形及其他结构形状的组合来构成。
参照图5，可展开结构体500可以分成三个层面一一包括底部铰链504的第一层面(底层面)510、包括上部铰链508的第二层面(上部层面)520和在底层面510和上层面520之间的第三层面(中间层面)530，该第三层面包括中间铰链512。在这个实施例中，缆网格(图中未示出)、薄膜或薄板等可以分别连接到上部和/或中间和/或底层面510、520、530上而形成多种类型的结构体系。应当意识到，在底层面和上部层面510、520之间可以设有多个层面。
可展开结构体的备选具体实施例如图6-10中所示。
如图6所示，竖向杆620可以连接到可展开结构体600的中间铰链612上，以加强纤维材质薄板的固定或者增加结构单元的深度，或用于支撑和其它目的。
其它类型的连接装置可以被加设到铰链上从而使得上述连接可以与其它结构单元或薄板或纤维材料连接。图7所示为按照本发明的另一个具体实施例的可展开结构体700的略图。上述可展开结构体700具有两层中间铰链，其包括上部中间铰链712和下部中间铰链714。一竖向构件765将每个上部中间铰链712连接到相应的下部中间铰链714上，从而限定了一平行六面体。
可选择地，如图8所示，可展开结构单元的其它形式(如895)可以设在可展开结构体800的上部中间层862和下部中间层864之间，以增加可展开结构体800的深度，从而提高结构强度并利于结构体800的展开。在这个实施例中，附加结构单元895包括一对在中心基本彼此相对转动的杆件896、897。
在另一个具体实施例中，如图9所示，可展开结构体900可以包括对角连接中间铰链912的缆970。可展开结构体900还可以具有连接中间铰链912的附加缆(与图1中的缆170相较)。
对于本领域技术人员而言，应当意识到，在不背离本发明的发明精神或范围下，可以对所广泛描述的本发明中的具体实施例作多种改变和/或改进。本发明的实施例因此被认为在各方面是说明性的而不是限制性的。
例如，中心元件可以设有如弹簧这样的能量存储装置，其有助于展开的进行。多种可伸缩的和以缆实现操作的机械装置可以用来协助结构体的协调展开。弹簧可以为同样的目的而被结合到铰链中。上述缆也可以是弹簧加压的或是具有弹性的连接装置以防止结构体在展开过程中的扭结。
上述元件可以是可伸缩的或者可伸缩并可锁定式的，以在装配上述结构体时提供柔韧性。
此外，上述可展开结构体可以与结构的运动链系相结合以助于展开的进行。
上述缆和/或元件可以是预应力的，以提高结构单元的结构强度特性。
纤维品、薄板及其他由涂料层形成的材料可以通过附加的连接器连接到杆件或缆上，或通过将它们的形状设计为便于直接连接的形状。
通过使用不约束上述设计的折叠缆和可连接的部件(如支撑)，以上所描述的具体实施例使得上述结构体的完全展开状态是最佳的。
上述具体实施例中的结构得以快速而具有最小量的装配操作。上述结构体在展开和折叠构造过程中基本上是免于应力的。
上述可展开结构体的可能的工业应用包括大量的临时性和永久性建筑，如展览会、紧急事件、娱乐、军队和那些需要迅速展开的空间结构。其也可以用作掩体、屋顶、桥梁、铁塔、雷达、穹顶和多种构造的结构。
权利要求
1.一可展开的结构体，其包括多个成对的可铰接地连接的构件，第一铰接元件；和第二铰接元件；其中，每对可铰接地连接的构件中的两个构件分别连接到上述第一和第二铰接元件上，并且其中第一铰接元件能够得以稳定以加强上述处于展开状态下的可展开结构体的稳定性。
2.如权利要求1所述的可展开结构体，其还包括中心元件，其中，第一和第二铰接元件连接到中心元件的不同末端上；并且其中第一铰接元件的一部分分开地连接到上述中心元件上，这样就使得上述第一铰接元件在连接到中心元件上时得以稳定。
3.如权利要求2所述的可展开结构体，其还包括将第一铰接元件紧固到上述中心元件上的紧固件。
4.如前任一项权利要求所述的可展开结构体，其包括三对或更多对可铰接地连接的构件。
5.如前任一项权利要求所述的可展开结构体，其中每对可铰接地连接的构件中的两个构件之一可以通过至少一个第三铰接元件而与所述成对可铰接地连接的构件中的另一个构件相连。
6.如权利要求5所述的可展开结构体，其还包括连接第三铰接元件的缆或弹性元件。
7.如前任一项权利要求所述的可展开结构体，其中每对可铰接地连接的部件中的的两个构件之一可以通过一个或多个第二构件而与所述成对可铰接地连接的构件中的另一个构件相连。
8.如权利要求7所述的可展开结构体，其中当上述可展开结构体处于展开状态时，第二构件基本上与连接第一和第二铰接元件的假想线平行。
9.如前任一项权利要求所述的可展开结构体，其中铰接元件允许单个自由度的运动。
10.如前任一项权利要求所述的可展开结构体，其中构件包括一个或多个由支杆、连杆、管子、可伸缩元件、自我稳定元件和缆所构成的组。
11.如前任一项权利要求所述的可展开结构体，其还包括一个或多个能量存储装置以帮助上述可展开结构体的展开和/或折叠的进行。
12.一包括多个可展开结构体的组件，每个可展开结构体包括多个成对的可铰接地连接的构件，第一铰接元件；和第二铰接元件；其中，每对可铰接地连接的构件中的两个构件分别连接到上述第一和第二铰接元件上，并且其中第一铰接元件能够得以稳定以加强上述处于展开状态下的可展开结构体的稳定性。
13.如权利要求12所述的组件，其中每个可展开结构体还包括中心元件，其中，第一和第二铰接元件连接到中心元件的不同末端上；并且其中第一铰接元件的一部分分开地连接到上述中心元件上，这样就使得上述第一铰接元件在连接到中心元件上时得以稳定。
14.如权利要求12或13所述的组件，其还包括至少一个用于连接上述多个可展开结构体的缆。
15.如权利要求14所述的组件，其中所述的至少一个用于连接上述多个可展开结构体的铰接元件的缆。
全文摘要
一可展开的结构体(100)，其包括许多可铰接地连接的构件，(108)和第二铰接元件(104)，其中上述每对可铰接地连接的构件的两个铰接构件分别连接到第一和第二铰接元件上，并且其中第一铰接元件(108)能够得以稳定以加强上述可展开的结构体(100)处于展开状态时的稳定性。
文档编号E04C3/00GK1875153SQ200480031757
公开日2006年12月6日 申请日期2004年9月3日 优先权日2003年9月3日
发明者刘德源, 阿南达斯万·克利须那皮莱 申请人:新加坡国立大学