本发明涉及板状物的机械连接邻域，更具体地，涉及一种板状物折叠和展开装置及太阳能帆板结构。
背景技术：
目前的生活、军事、航天等领域中，如笔记本电脑、太阳能帆板、天线阵列板等板状物均需要通过两块板件的折叠和展开来进行工作，在两块板件之间通常需要板状物折叠和展开装置进行连接，并且在两块板件展开预定角度时进行锁紧。
以航天器上的太阳能帆板为例，现有技术常用的板状物折叠和展开装置是使用凸轮轴销机构，对于相邻两块帆板a和b，帆板a上固定一个凸轮，一轴销固定在帆板b上，轴销通过两根连杆与凸轮中心的转动轴相连。当两块帆板之间展开预定角度时，轴销绕凸轮转动滑入凸轮外周上设置的凹槽，使得帆板a与帆板b之间的展开角度相对锁紧。
使用上述凸轮轴销机构作为板状物折叠和展开装置时，需要同时考虑凸轮的尺寸和两根连杆的长度设计，因为轴销在转到凹槽口的时候，如果连杆的长度没有提前作精确的计算，容易导致轴销滚不进凹槽中。当凸轮设计的尺寸变化，两根连杆各自的长度又需要重新进行设计。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种板状物折叠和展开装置及太阳能帆板结构，该板状物折叠和展开装置及太阳能帆板结构使得相连两板件之间展开预定角度时的锁紧更容易、位置更准确，采用不同尺寸的凸轮时不需要改变整个板状物折叠和展开装置，简化了设计工作量。
根据本发明的一方面，提供一种板状物折叠和展开装置，包括：凸轮，所述凸轮与第一板件固定，所述凸轮内部沿其轴向设有转动轴；连杆，所述连杆包括相对的第一端和第二端，所述第一端与所述转动轴垂直连接，所述第二端与第二板件固定，使得所述第二板件与所述第一板件绕所述转动轴折叠或展开；定位轴，所述定位轴平行于所述转动轴设置在所述连杆上，所述定位轴随所述连杆转动，并且可沿所述凸轮的径向来回移动；弹性件，所述弹性件设在所述连杆上，其一端与所述定位轴连接，使得所述定位轴紧贴所述凸轮的外周面；其中，所述凸轮的外周面的至少一个位置上设有容纳所述定位轴的凹槽。
优选地，所述定位轴包括紧贴所述凸轮的外周面的第一状态和位于所述凹槽的第二状态，当所述第二板件与所述第一板件完全折叠时，所述定位轴处于所述第一状态，当所述第二板件与所述第一板件展开预定角度时，所述定位轴处于第二状态，所述凹槽的位置对应于所述第二板件与所述第一板件展开预定角度时所述定位轴的位置。
优选地，所述凹槽的位置对应于所述第二板件与所述第一板件展开180度时所述定位轴的位置。
优选地，所述板状物折叠和展开装置还包括：固定轴，所述固定轴将所述连杆的所述第二端与所述第二板件固定。
优选地，所述连杆包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆对称设置在所述凸轮的两侧，分别与所述转动轴相对的两端连接。
优选地，所述弹性件为弹簧，所述弹簧的一端与所述定位轴连接，另一端固定在所述连杆上。
优选地，还包括：设置在所述连杆上用于容纳所述弹簧的空间，所述空间从处于所述第一状态的所述定位轴的位置向所述连杆的所述第一端的方向延伸一定长度，并在延伸的终点处具有侧壁，所述弹簧为拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的一端与所述定位轴连接，另一端固定在所述侧壁上。
优选地，所述弹性件为簧片，所述簧片位于所述连杆一侧，所述簧片一端与所述定位轴连接，另一端与所述固定轴相抵。
优选地，所述凸轮轴向横截面的轮廓为圆形、椭圆形、渐开线形状中的任一种。
优选地，所述板状物为太阳能帆板、天线阵列板、笔记本电脑之一。
根据本发明的另一方面，提供一种太阳能帆板结构，位于航天器上，包括：第一帆板；第二帆板；以及上述的板状物折叠和展开装置，所述板状物折叠和展开装置的所述凸轮与所述第一帆板固定，所述连杆的所述第二端与所述第二帆板固定，使得所述第二帆板与所述第一帆板绕所述转动轴折叠或展开。
根据本发明的板状物折叠和展开装置及太阳能帆板结构，利用弹性件使定位轴紧贴凸轮的外周面，相连两板件之间展开预定角度时定位轴可以滚入凸轮外周面上的凹槽中，使得锁紧更容易、位置更准确。另外，当采用不同尺寸的凸轮时，原有的连杆、定位轴以及弹性件等可以继续使用，不需要改变整个板状物折叠和展开装置，从而简化了设计工作量。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据本发明第一实施例的板状物折叠和展开装置折叠时的立体图。
图2示出根据本发明第一实施例的板状物折叠和展开装置展开时的立体图。
图3示出根据本发明第一实施例的板状物折叠和展开装置锁紧时的立体图。
图4示出根据本发明第一实施例的板状物折叠和展开装置多级连接的立体图。
图5示出根据本发明第一实施例的板状物折叠和展开装置的结构分解图。
图6示出根据本发明第二实施例的板状物折叠和展开装置展开时的立体图。
图7、图8示出根据本发明第二实施例的板状物折叠和展开装置的结构分解图。
图9示出根据本发明第三实施例的板状物折叠和展开装置的结构分解图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“a直接在b上面”或“a在b上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中，“a直接位于b中”表示a位于b中，并且a与b直接邻接。
图1至图5示出了根据本发明第一实施例的板状物折叠和展开装置，其中，图1至图3分别示出该板状物折叠和展开装置折叠时、展开时以及锁紧时的立体图，图4示出该板状物折叠和展开装置应用在具有多个板件的多级连接中的立体图，图5示出结构该板状物折叠和展开装置的分解图。该板状物折叠和展开装置包括：凸轮120、连杆140、定位轴150、弹性件160，其中，凸轮120与第一板件111固定，凸轮120内部沿其轴向设有转动轴130，连杆140包括相对的第一端和第二端，第一端与转动轴130垂直连接，第二端与第二板件112固定，使得第二板件112与第一板件111绕转动轴130折叠或展开，定位轴150平行于转动轴130设置在连杆140上，定位轴150随连杆140转动，并且可沿凸轮120的径向来回移动，弹性件160设在连杆140上，其一端与定位轴150连接，使得定位轴150紧贴凸轮120的外周面121，凸轮120的外周面121的至少一个位置上设有容纳定位轴150的凹槽122。
凸轮120轴向横截面的轮廓形状可以是圆形、椭圆形、渐开线形状等具有平滑曲线形状中的任一种，本发明中以圆形为例进行说明，转动轴130位于圆形凸轮120的中轴线上。
定位轴150包括紧贴凸轮120的外周面141的第一状态，以及位于凸轮120的凹槽122中的第二状态。当第二板件112与第一板件111完全折叠时，定位轴150处于第一状态，如图1；第二板件112与第一板件111展开，如图2，定位轴150仍然紧贴凸轮120的外周面121；继续展开，如图3，当第二板件112与第一板件111展开成预定角度时，定位轴150与凹槽122的位置对应，定位轴150在弹性件160的作用下滚入或滑入凹槽122中，此时定位轴150处于第二状态，因此，凹槽112的位置对应于第二板件112与第一板件111展开预定角度时定位轴150的位置。优选地，可以设置凹槽112的位置对应于第二板件112与第一板件111展开180度时定位轴150的位置，使得第二板件112与第一板件111展开为处于同一平面时该板状物折叠和展开装置使该两块板件锁紧。
进一步地，如图5，将本实施例的板状物折叠和展开装置的部分结构相互分离绘制，连杆140可以包括第一连杆141和第二连杆142，第一连杆141和第二连杆142对称设置在凸轮120的两侧，并且分别与转动轴130相对的两端连接。连杆140可以是直杆，也可以是曲杆，本实施例采用板状的曲杆，连杆140的数量不限于本实施例中的两个，也可以只采用一个，或者采用多个。在本实施例中，弹性件160为弹簧，该弹簧的一端与定位轴150连接，另一端固定在连杆140上。再进一步地，该板状物折叠和展开装置还包括：设置在连杆140上用于容纳所述弹簧的空间，该空间从处于第一状态的定位轴150的位置向连杆140的第一端的方向延伸一定长度，并在延伸的终点处具有侧壁，对应地，所述弹簧为拉伸弹簧，该拉伸弹簧的一端与定位轴150连接，另一端固定在所述侧壁上，在定位轴150处于第一状态和第二状态时，该拉伸弹簧均处于拉伸状态，以提供使定位轴150靠近侧壁也即靠近转动轴130的拉力。在第一状态时，该拉伸弹簧使定位轴150紧贴凸轮120的外周面121；在第二状态时，该拉伸弹簧将定位轴150拉入凹槽122中，实现锁紧。本实施例中，所述空间为两个，并且对称分布在第一连杆141和第二连杆142上，两个空间均贯穿连杆140的两个侧面。弹性件160应当不限于采用弹簧，也可以是簧片等其他弹性件，只要将定位轴150紧贴凸轮120的外周面121。所述空间不限于贯穿连杆140的两个侧面，也可以只从连杆140的一个侧面向内延伸而未穿透另一侧面。
板状物折叠和展开装置还可以包括：固定轴170，其将连杆140的第二端与第二板件112固定。当然，连杆140的第二端与第二板件112的固定方式不限于此，例如本实施例中，也可以将连杆第二连杆142的第二端与第二板件112直接焊接。
本发明的板状物折叠和展开装置，可以应用于航天、信号、计算机等领域，板状物可以是航天器的太阳能帆板、天线的天线阵列板以及笔记本电脑等。当板状物为航天器的太阳能帆板时，第一板件111、第二板件112对应于相互连接并可以折叠或展开的两个帆板，当板状物为天线阵列板，第一板件111、第二板件112对应两块相连的天线阵列板，当板状物为笔记本电脑时，第一板件111、第二板件112对应其屏幕所在面板和键盘所在面板。
本发明的板状物折叠和展开装置，不限于将第一板件111、第二板件112两块板件进行连接，根据实际的需要，可以实现多个板件的多级连接，如图4，以包括三个板件的连接结构为例，在第一板件111与第二板件112的右端之间通过一个该板状物折叠和展开装置连接，使得第一板件111与第二板件112可以绕右端板状物折叠和展开装置的转动轴130折叠、展开以及锁紧；在第二板件112与第三板件113的左端之间通过另一个该板状物折叠和展开装置连接，使得第二板件112与第三板件113可以绕左端板状物折叠和展开装置的转动轴130折叠、展开以及锁紧，从而实现多个板件的多级连接。
根据该板状物折叠和展开装置，利用弹性件160使定位轴150紧贴凸轮120的外周面121，相连两板件之间展开预定角度时定位轴150可以滚入凸轮120的外周面121上的凹槽122中，使得锁紧更容易、位置更准确。另外，当采用不同尺寸的凸轮时，原有的连杆140、定位轴150以及弹性件160等可以继续使用，不需要改变整个板状物折叠和展开装置，从而简化了设计工作量。
图6至图8示出根据本发明第二实施例的板状物折叠和展开装置展开时的立体图以及结构分解图。以下将叙述其与本发明第一实施例的不同之处，相同之处不再详述。
该板状物折叠和展开装置包括：凸轮220、连杆240、定位轴250、弹性件260、固定轴270，其中，凸轮220与第一板件211固定，凸轮220内部沿其轴向设有转动轴230，连杆240包括相对的第一端和第二端，第一端与转动轴230垂直连接，第二端通过固定轴270与第二板件212固定，使得第二板件212与第一板件211绕转动轴230折叠或展开，定位轴250平行于转动轴230设置在连杆240上，定位轴250随连杆240转动，并且可沿凸轮220的径向来回移动，弹性件260采用拉伸弹簧，其设在连杆240上，一端与定位轴250连接，使得定位轴250紧贴凸轮220的外周面221，凸轮220的外周面221的至少一个位置上设有容纳定位轴250的凹槽222。
与第一实施例不同的是，本实施例的连杆240仅为一个，所述拉伸弹簧也为一个。连杆240上仍设有用于容纳拉伸弹簧的空间，该空间从处于第一状态的定位轴250的位置向连杆240的第一端的方向延伸一定长度，并在延伸的终点处具有侧壁，所述拉伸弹簧的一端与定位轴250连接，另一端固定在该侧壁上，本实施例中，所述空间没有贯穿连杆240的两个侧面，而是从连杆240面向第二板件222的侧面向内延伸一定长度，未穿透背向第二板件222的侧面，使得定位轴250的轴向位置受到限制，防止掉落。
本发明的板状物折叠和展开装置根据实际的需要，改变凸轮的形状及大小、连杆的形状、连杆与第二板件的固定方式、弹性件的选取、凸轮外周面上凹槽的数量及位置等，可以以多种变形的形式呈现。例如在上述第一实施例的基础上，通过改变连杆的形状、弹性件的选取、凸轮外周面上凹槽的数量及位置，得到第三实施例。
图9示出根据本发明第三实施例的板状物折叠和展开装置的结构分解图，其包括：凸轮320、连杆340、定位轴350、弹性件360、固定轴370，其中，凸轮320用于与第一板件固定，凸轮320内部沿其轴向设有转动轴330，连杆340包括相对的第一端和第二端，第一端与转动轴330垂直连接，第二端可以通过固定轴370与第二板件固定，使得第二板件与第一板件可以绕转动轴330折叠或展开，定位轴350平行于转动轴330设置在连杆340上，定位轴350随连杆340转动，并且可沿凸轮320的径向来回移动，弹性件360设在连杆340上，其一端与定位轴350连接，使得定位轴350紧贴凸轮320的外周面321，凸轮320的外周面321的至少一个位置上设有容纳定位轴350的凹槽322。
本实施例中，在凸轮320的外周面321的不同位置上设有多个凹槽322，使得当第一板件与第二板件折叠或展开至对应不同位置时，均可以实现锁紧，以适应不同角度展开的需要。另外，本实施例的连杆340包括的第一连杆341、第二连杆342均为板状直杆，弹性件360则采用簧片，所述簧片设在连杆340的一侧，其一端与定位轴350连接，另一端与固定轴370相抵，在定位轴350处于第一状态和第二状态时，该簧片均处于压紧状态，以提供使定位轴350远离固定轴370的弹力。在第一状态时，该簧片将定位轴350推向转动轴330的方向使其紧贴凸轮320的外周面321；在第二状态时，该簧片将定位轴350推入凹槽322中，实现锁紧。
根据本实施例的板状物折叠和展开装置，在凸轮320的外周面321的不同位置上设有多个凹槽322，使得其相连接的两块板件之间具有多个角度展开的锁紧位置，实用性更丰富。利用弹性件360使定位轴350紧贴凸轮320的外周面321，相连两板件之间展开预定角度时定位轴350可以滚入或滑入凸轮320的外周面321上的凹槽322中，使得锁紧更容易、位置更准确。另外，当采用不同尺寸的凸轮时，原有的连杆340、定位轴350以及弹性件360等可以继续使用，不需要改变整个板状物折叠和展开装置，从而简化了设计工作量。
本发明还提供一种太阳能帆板结构，其用于航天器上，包括：第一帆板；第二帆板；以及本发明上述任一实施例的板状物折叠和展开装置，通过将该板状物折叠和展开装置的凸轮与第一帆板固定，连杆的第二端与第二帆板固定，可以实现第二帆板与第一帆板绕所述转动轴折叠或展开以及实现在预定展开角度锁紧，锁紧时更容易、锁紧位置更准确。对太阳能帆板结构进行设计时，改变凸轮的尺寸不需要改变整个板状物折叠和展开装置，更方便设计，节约成本。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。