平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构

本发明属于机构学应用，特别涉及到一种可实现平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构。

背景技术：

1、空间可折展机构具有从收拢状态折展成预定构态的性质，具有高刚度、高可靠性、高稳定性等优点，随着航空航天事业的发展，其应用越来越广泛。近年来，空间折展机构朝着模块化的方向发展，多环可折展机构由于其良好的性能而广受青睐。然而由于尺寸配合的限制，其折展性能受到一定的制约，现有的多环可折展机构功能较为单一，鲜有能在平面桁架模式和多面体模式之间切换的机构。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种单自由度多环空间可折展机构，通过转动副的连接及运动，使其能完全的展开形成平面正六边形构型，或完全的闭合包络形成空间四十八面体构型，且该机构在形状转换过程中，控制简便。

2、一种可实现平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构，其特征是：包含衍生的正六边形机架、i型连杆、ii型连杆、夹角为60度的弯杆、角度为60度的空心弧形移动副i、角度为60度的实心弧形移动副ii、i型半圆柱连杆、ii型半圆柱连杆，其中半圆柱连杆均在贴近圆柱的一侧有转动副。

3、所述机架中间为一圆形基座，从基座上伸出六个分支连杆，其呈完全对称式排布，每两个连杆之间的夹角均为60度。

4、所述i型连杆有六个，其一端与机架的连杆通过转动副铰接连接，连杆与机架的连杆平行，另一端与ii型连杆通过转动副铰接连接。

5、所述ii型连杆有十二个，每两个ii型连杆通过转动副铰接连接在同一个i型连杆上，连杆之间的夹角为120度，其轴线相互重合，杆件之间互不干涉，另一端通过转动副铰接连接在弯杆上。

6、所述弯杆有六个，其夹角为60度，弯杆的顶点有一个圆柱形的转动副，其中圆柱的几何中心位于弯杆顶点，弯杆的两端分别与连接在不同的i型连杆的两个ii型连杆通过转动副铰接连接，弯杆顶点的转动副与i型半圆柱连杆的转动副铰接连接。

7、所述i型半圆柱连杆有十二个，每两个连杆与一个弯杆通过转动副铰接连接，其矩形截面位于外侧，每两个相邻的半圆柱连杆的矩形截面共面。

8、所述ii型半圆柱连杆有十二个，其一端为转动副，另外一端为带有弧形槽的弧形凸台，其中凸台和弧形槽角度均为60度，并共用一条轴线。ii型连杆与i型半圆柱连杆通过转动副铰接连接，两者的矩形截面共面。相邻的两个ii半圆柱型连杆之间的夹角为120度。

9、所述空心弧形移动副i与ii型半圆柱连杆固定连接，两者之间的弧形面相切，轴线重合，弧形副的一侧矩形截面与半圆柱的矩形截面重合。

10、所述实心弧形移动副ii与ii型半圆柱连杆固定连接，弧形副的一侧矩形截面与半圆柱的矩形截面重合。弧形移动副ii与弧形移动副i的弧形面相切，轴线重合。

11、本发明共含有十二个菱形单环，其夹角分别为60度、120度。共有12个对称面，从内到外共有六层连杆节点。其中，i型连杆的转动关节中心点ai位于以机架的几何中心点o为圆心，以r1为半径的圆上、转动关节中心点bi位于半径为r2的圆上；ii型连杆的转动关节中心点ci位于以r3为半径的圆上；弯杆顶点的转动关节中心点di位于以r4为半径的圆上；空心弧形运动副i和实心弧形运动副ii的转动中心ei位于以r5为半径的圆上。

12、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种可实现平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构，通过连杆i的转动副进行驱动实现整个机构的折展，最终完全闭合形成空间多面体。该机构在折展的过程中具有良好的包络性，且在折展过程中，控制方便。一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构，具有高刚度、高可靠性、高操作性，可以实现从平面几何体到空间几何体的转换，可应用于中小型折展天线、太空探测对物体的包络抓取、空间站的对接等。

技术特征：

1.一种可实现平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构，包括：机架(1)、i型连杆(2)、ii型连杆(3)、夹角为60度的弯杆(4)、i型半圆柱连杆(5)、ii型半圆柱连杆(6)；

2.根据权利要求1所述的平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构，其特征在于：所述空心弧形移动副i(7)有六个，分别与六个ii型半圆柱连杆(6)固定连接，两者之间的弧形面相切，轴线重合，弧形副的一侧矩形截面与半圆柱的矩形截面重合。

3.根据权利要求1所述的平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构，其特征在于：所述实心弧形移动副ii(8)与六个ii型半圆柱连杆(6)固定连接，弧形副的一侧矩形截面与半圆柱的矩形截面重合；弧形移动副(8)与弧形移动副(7)的弧形面相切，轴线重合，两个移动副之间能够相对运动。

4.根据权利要求1所述的平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构，其特征在于：所述机构含有十二个单环，其中，每三个单环构成一个正六边形多环机构，每两个正六边形多环机构都共用一个单环，共有六个正六边形多环，最后构成一个含十二个单环的正六边形多环机构。

5.根据权利要求1所述的平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构，其特征在于：弯杆的顶点有一个圆柱形的转动副，其中圆柱的几何中心位于弯杆顶点。

6.根据权利要求1所述的平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构，其特征在于：i型半圆柱连杆(5)、ii型半圆柱连杆(6)均在贴近圆柱的一侧有转动副，角度为60度的空心弧形移动副(7)、角度为60度的实心弧形移动副(8)，连杆的长度均相等。

技术总结
本发明公开了平面正六边形/空间四十八面体转换的单自由度折展机构，属于机构学应用技术领域，包含衍生的正六边形机架、圆柱连杆、弯杆、空心弧形移动副、实心弧形移动副、I型半圆柱连杆、II型半圆柱连杆，所述弯杆夹角为60度、弧形移动副的角度均为60度，I型半圆柱连杆和II型半圆柱连杆可汇交成一个圆柱，两个II型半圆柱连杆通过空心弧形运动副和实心弧形运动副连接，II型半圆柱连杆可汇交形成一个圆柱。本发明通过连杆I的转动副进行驱动实现整个机构的折展，最终完全闭合形成空间多面体，可以实现从平面几何体到空间几何体的转换，可应用于中小型折展天线、太空探测对物体的包络抓取、空间站的对接等。

技术研发人员：左浩然,刘婧芳,刘宇飞
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13