一种多稳态变截面伸缩结构

本发明涉及立方星的，特别涉及一种多稳态变截面伸缩结构。

背景技术：

1、随着科学技术的飞速发展，机械工程、航空航天等高级工程领域的设备需求越来越大，空间可伸缩结构的应用需求也迅速增加。目前，在工程领域包括可变形的机器设备、航空航天设备、生物医学设备、电子设备等，都需要使用变形结构或者空间机械臂来完成操作。因此，可伸缩结构在高级工程领域的应用场景十分广泛，例如自动化机器中的机械臂、飞行器结合可伸缩自拍杆装置、航天器中的太阳能帆板、可伸缩天线、操作杆、机器检测机构等。

2、折纸机构广泛应用于可伸缩结构，具有轻量化、折展比高、小型化的特点。然而，传统的折纸结构仍存在稳定性差、刚度低的问题，为此急需一种能够解决此困境的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多稳态变截面伸缩结构，以解决现有折纸机构存在稳定性差、刚度低的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多稳态变截面伸缩结构，包括展开动力机构、折叠动力机构、以及沿一直线方向依次相互连接的多个折纸机构，依从第一个至第n个所述折纸机构的次序，第一个所述折纸机构至第n个所述折纸机构的尺寸依次缩小；所述折纸机构包括约束框架、过渡板、弹力铰链、梯形长板和梯形短板；两所述约束框架相对布置，两所述约束框架的多条侧边上均连接有所述过渡板；所述梯形长板的高大于所述梯形短板的高，多块所述梯形长板的底部长边分别与一所述约束框架上的多块所述过渡板连接为可折叠结构；多块所述梯形短板的底部长边分别与另一所述约束框架上的多块所述过渡板连接为可折叠结构，多块所述梯形短板的顶部短边分别通过所述弹力铰链与多块所述梯形长板的顶部短边连接为可折叠结构；所述展开动力机构和所述折叠动力机构均设于第一个所述折纸机构内，所述展开动力机构和所述折叠动力机构均与体积最小的所述折纸机构绳驱连接，所述展开动力机构用于拉动多个所述折纸机构展开，所述折叠动力机构用于拉动所述折纸机构折叠。

3、在其中一个实施例中，相邻所述折纸机构连接处共用一个所述约束框架。

4、在其中一个实施例中，所述展开动力机构包括展开动力电机和展开用绳索；所述展开动力电机用于放出和收起所述展开用绳索；所述展开用绳索绕出至多个所述折纸机构外部，以此与体积最小的所述折纸机构绳驱连接。

5、在其中一个实施例中，所述展开用绳索与体积最小所述折纸机构上的所述弹力铰链连接。

6、在其中一个实施例中，所述约束框架包括矩形内框和l形外框；所述矩形内框四条边的外侧均连接有所述过渡板；四个所述l形外框分别设于所述矩形内框外部的四个端角处，所述l形外框与所述矩形内框共同夹持固定所述过渡板。

7、在其中一个实施例中，所述弹力铰链分别与所述梯形长板、所述梯形短板的外表面连接。

8、在其中一个实施例中，所述弹力铰链为peek制成。

9、在其中一个实施例中，所述过渡板为碳纤维板。

10、在其中一个实施例中，所述梯形长板和所述梯形短板为pvc板。

11、在其中一个实施例中，所述折叠动力机构包括折叠动力电机和折叠用绳索，所述折叠动力电机用于放出和收起所述折叠用绳索；所述折叠用绳索置于多个所述折纸机构包围的空间内。

12、本发明的有益效果如下：

13、基于折纸原理，本发明设计了一种多稳态变截面伸缩结构，其中每个折纸机构均为双稳态机构，双稳态的特点可以使该模块从一个稳定形态转换至另一个稳定形态，在应用过程中，可以满足其对特定形态及特定功能的需要，使模块更加稳定地保持在折叠、展开的平衡位置，而不需要其他外力的辅助。对具有双稳态折纸模块进行组合，使整体结构具有多稳态的特点。而且，模块化的设计，使结构可以通过控制不同模块实现逐个模块的有序展开与折叠，在正常使用过程中，通过变化形态以便获取最大的效率或实现设计的功能。此外，现有的可伸缩结构多为等截面设计，受到章鱼触手、象鼻等变截面生物构型的启发，该设计在保持过渡面的高度不变的情况下，从首端到末端等比例缩小每一个模块。完全展开时，该设计的侧视图近似一个梯形；折叠时，较小的模块嵌入相邻的较大模块中；完全折叠时，所有模块都能逐个嵌入最大的首端底座中。因此，变截面的设计可以有效提升可伸缩结构的折展比和灵巧性，以适应在特殊环境及空间受限场景中的应用。

14、设计基于折纸机构的多稳态变截面伸缩结构，改进了可伸缩结构质量大、体积大、折展比小、灵巧性不足、稳定性差、刚度强度小、驱动系统复杂、成本高等问题。因此，该设计可以广泛应用于高级工程领域，如可伸缩结构——天线、太阳电池阵等；检测机构——航天器，飞行器自拍检测杆，地面、水下与太空舱表检查；空间机械臂——智能服务机器人，水下机器人的无人操作，空间在轨服务，集成应用于导轨平台、操作台工作等场景。该设计的多样化应用，得益于其轻量化、体积小、折展比大、灵巧性高、稳定性好、刚度强度大、驱动系统简单、成本低的优点。而且，该设计具有折纸机构的优势和多稳态、变截面的特点，使其在生产生活的各个领域具有更加广泛需求与发展空间。

技术特征：

1.一种多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的多稳态变截面伸缩结构，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种多稳态变截面伸缩结构，包括展开动力机构、折叠动力机构、以及相互连接的多个折纸机构，依从第一个至第N个折纸机构的次序，第一个折纸机构至第N个折纸机构的尺寸依次缩小；展开动力机构和折叠动力机构均设于第一个折纸机构内，展开动力机构用于拉动多个折纸机构展开，折叠动力机构用于拉动所述折纸机构折叠；解决了折纸机构存在稳定性差、刚度低的问题。

技术研发人员：张锦绣,王辉,夏曦怡,王文婷,江宇宁,畅彬含,吴嘉勇,黄泰和,张小虎,吴嘉宁
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15