一种可自展开与限位的铰接装置

本发明属于可展结构领域，特别是一种可自展开与限位的铰接装置。

背景技术：

1、自动展开结构是一种创新的材料科学与工程领域的技术，它在多个行业中展示了广泛的应用潜力。自动展开结构的特点是可以在一定的外部作用下，自动改变自身形状来实现可控的结构变化。这种技术在机器人、医疗器械等领域都有着重要的应用。

2、在过去几十年中，研究人员对新型材料的合成、结构设计以及性能优化进行了深入的探索，并应用在自动展开结构中，例如形状记忆合金(shape memory alloys,sma)和形状记忆聚合物材料。zhakypov z,huang j-l,paik j.anovel torsional shape memoryalloy actuator:modeling,characterization,and control[j].ieee robotics&automation magazine,2016,23(3):65-74研制了一种新型的形状记忆合金驱动器并应用在自动展开结构中，它由三个金属片通过该驱动器连接在板件上，通过控制器输出三个独立的pwm(pulse width modulation)信号控制三个致动器，实现了结构的自动展开和折叠。这一技术利用了形状记忆合金的展开可控性，使结构能够自动按序展开，为可展开结构领域提供了新思路，但它的局限性在于形状记忆合金驱动时间缓慢，无法应用在一些短时间内快速展开的场景中，且展开后不能完全保证结构刚度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可自展开与限位的铰接装置，以实现处于折叠状态的结构自动展开，且展开后能够自动对结构进行限位固定。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种可自展开与限位的铰接装置，包括锁扣装置，限位装置，双扭簧铰链组件，第一板件，第二板件，控制器，电源；所述锁扣装置、限位装置与控制器连接并由电源统一供电；

4、所述第二板件通过双扭簧铰链组件与第一板件连接构成铰接装置；

5、所述锁扣装置设置在第一板件内，包括第一加热器、第一低熔点材料、第一pcb板、第一温度传感器；

6、所述第一加热器和第一温度传感器叠加并居中安装在第一pcb板下侧，第一低熔点材料安装在第一pcb板上侧；所述第一加热器和第一温度传感器均受控制器控制，第一温度传感器用于监测第一加热器的温度；

7、所述限位装置包括第二加热器、第二低熔点材料、第二pcb板、第二温度传感器和压力传感器；

8、所述第二加热器和第二温度传感器叠加并居中安装在第二pcb板下侧，第二低熔点材料安装在第二pcb板上侧；所述第二加热器和第二温度传感器均受控制器控制，第二温度传感器用于监测第一加热器的温度；

9、所述第二板件的锁扣接触面和限位接触面上分别设有配合锁扣装置、限位装置使用的金属片；

10、当第一板件和第二板件处于折叠状态时，在控制器控制下，第一加热器通电开始升温，将第一低熔点材料熔化；第一温度传感器检测到温度高于设定温度后输出电平变化信号，由控制器控制第一加热器断电；断电后第一低熔点材料开始冷却并与锁扣接触面金属片凝固，将第一板件和第二板件锁定在折叠状态；

11、展开时，控制器控制第一加热器通电开始升温，将第一低熔点材料熔化，与锁扣接触面上的金属片分离，解除铰接装置折叠状态的锁定；第一温度传感器检测到温度高于设定温度后输出电平变化信号，由控制器控制第一加热器断电；第二板件在双扭簧铰链组件作用下快速展开至目标夹角；压力传感器检测到第二板件施加的压力并将信号输送给控制器，控制器采集到压力传感器的信号变化后对第二加热器通电，当温度升至设定值后，第二温度传感器将信号输送给控制器，控制器对第二加热器断电，断电后第一低熔点材料开始冷却并与限位接触面上的金属片凝固，将第二板件固定在与第一板件之间夹角固定。

12、本发明与现有技术相比，其显著优点是：

13、(1)处于折叠状态的结构利用该铰接装置可快速展开至任意夹角状态；

14、(2)锁扣装置、限位装置、控制器均内嵌于第一板件内部，节省了空间，实现了铰接装置在处于折叠状态时，其厚度能达到最小；

15、(3)根据材料在不同温度下的状态转变设计的锁扣装置与限位装置实现了结构的自动展开与展开后的限位固定，提高了结构在展开状态下的刚度，应用场合更加广泛。

技术特征：

1.一种可自展开与限位的铰接装置，其特征在于，包括锁扣装置，限位装置，双扭簧铰链组件，第一板件，第二板件，控制器，电源；所述锁扣装置、限位装置与控制器连接并由电源统一供电；

2.根据权利要求1所述的可自展开与限位的铰接装置，其特征在于，所述限位装置设有两个并对称布置在双扭簧铰链组件两侧。

3.根据权利要求1所述的可自展开与限位的铰接装置，其特征在于，所述第一加热器和第二加热器选用聚酰亚胺电热膜。

4.根据权利要求1所述的可自展开与限位的铰接装置，其特征在于，所述第一低熔点材料和第一低熔点材料为铋铟锡合金或铟铋合金或纯镓。

5.根据权利要求1所述的可自展开与限位的铰接装置，其特征在于，所述双扭簧铰链组件包括铰链和扭簧；所述第一板件和第二板件通过铰链连接，扭簧具有使第一板件和第二板件打开的驱动力。

6.根据权利要求1所述的可自展开与限位的铰接装置，其特征在于，所述第一板件上设有锁扣装置安装槽、限位装置安装槽、双扭簧铰链组件安装槽、控制器安装槽；所述锁扣装置、限位装置、双扭簧铰链组件、控制器安装在相应的安装槽中，并与第一板件上表面齐平。

技术总结
本发明公开了一种可自展开与限位的铰接装置，包括锁扣装置，限位装置，双扭簧铰链组件，第一板件，第二板件，控制电路，电源。锁扣装置、限位装置与控制器连接并由电源统一供电；第二板件通过双扭簧铰链组件与第一板件连接构成铰接装置；处于折叠状态并固定在第一板件上的第二板件可通过开关控制一键解锁释放，在双扭簧铰链组件的作用下自动展开，并在限位装置的作用下自动固定在与第一板件呈任意夹角的状态。能够实现处于折叠状态的结构自动展开，且展开后能够自动对结构进行限位固定。

技术研发人员：孙宇,查子延,王禹,倪俊,武凯,曹春平,丁武学
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17