一种基于模块化拼装的新型榫接接头及蜂窝模块构型

1.本实用新型属于模块化结构设计技术领域，尤其是涉及一种基于模块化拼装的新型榫接接头及蜂窝模块构型。


背景技术：

2.模块化构型无人机设计是为解决现普遍采用的一体式设计无人机所存在的局部破坏后难以修复，再设计性差的问题而出现的一种新的热门研究方向。而发展模块化无人机，首当其冲的就是无人机机架结构的模块化，这便涉及到了模块之间的连接问题。
3.现有模块化无人机机架模块间大都采用微小螺钉固定连接的方式，大量的微小固定件首先对拆装过程造成了较大困难，此外其扩展性较差。至于部分采用了磁吸式连接节点的模块化设计，则存在强度不足，稳定性差的问题难以解决。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高扩展性，高稳定性、易拆装、无微小固定件、低维护成本的基于模块化拼装的新型榫接接头及蜂窝模块构型。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种基于模块化拼装的新型榫接接头，包括卯头子节点接头和榫头子节点接头，所述的卯头子节点接头和榫头子节点接头均分别包括轴向件、横向件和纵向件，所述的横向件沿水平方向压嵌在所述的轴向件中，所述的纵向件为两个端部相对于中部可独立转动的部件，纵向件的中部压嵌在所述的轴向件中，装配后，纵向件的两个端部旋转并压紧横向件的上下两个表面，卯头子节点接头和榫头子节点接头中纵向件的第一端部对应设有相适配的卯头和榫头，纵向件的第二端部设有连接插孔，所述的轴向件和横向件的端部也分别设有用于扩展连接的连接插孔，所述的卯头子节点接头和榫头子节点接头通过纵向件第一端部的卯头和榫头进行榫接或通过纵向件第二端部的连接插孔进行杆件插孔连接，所述的轴向件上设有用于将卯头子节点接头或榫头子节点接头沿周向拼接的拼接结构。
7.优选地，所述的轴向件一端端部设置拼接头，所述的拼接结构设置在所述的拼接头上，所述的轴向件上中部分别设置用于压嵌所述的横向件的横向矩形槽、用于压嵌在所述的轴向件的半圆柱面通孔，所述的半圆柱面通孔临近所述的横向矩形槽，所述的轴向件一端端部设置所述的用于扩展连接的连接插孔。
8.优选地，所述的横向件包括横向嵌入块以及对称分布在横向嵌入块两端的横向扩展块，所述的横向嵌入块压嵌在所述的轴向件中，所述的横向件和轴向件的上下两个平面分别共平面，所述的横向扩展块端部设置所述的用于扩展连接的连接插孔。
9.优选地，所述的纵向件中部为圆柱形杆，纵向件的两个端部分别与所述的圆柱形杆活动连接并分别在圆柱形杆的两个端面所在平面转动。
10.优选地，所述的拼接头包括等腰三角柱状，其顶角角度为360/n度，n为正整数，所
述的拼接结构设置在三角柱顶角的两侧侧面上，当多个卯头子节点接头或多个榫头子节点接头进行拼接时，所述的轴向件的拼接头依次排布并通过拼接结构组装连接，使得拼接后的拼接头的顶角角度扩展为360m/n度，m为参与拼接的卯头子节点接头或多个榫头子节点接头的个数。
11.优选地，所述的拼接头顶角角度为120度。
12.优选地，模块化榫接节点接头包括三类：
13.单蜂窝模块顶点：单个卯头子节点接头和榫头子节点接头进行榫接或杆件插孔连接；
14.二蜂窝模块共顶点：两个卯头子节点接头拼接形成双蜂窝卯头节点，两个榫头子节点接头拼接形成双蜂窝榫头节点，所述的双蜂窝卯头节点和双蜂窝榫头节点进行榫接或杆件插孔连接；
15.三蜂窝模块共顶点：三个卯头子节点接头拼接形成三蜂窝卯头节点，三个榫头子节点接头拼接形成三蜂窝榫头节点，所述的三蜂窝卯头节点和三蜂窝榫头节点进行榫接或杆件插孔连接。
16.优选地，所述的拼接结构包括设置在轴向件拼接面上的滑块和滑槽，通过滑块滑入滑槽中的方式实现卯头子节点接头或榫头子节点接头的拼接。
17.优选地，所述的滑块包括t型滑块、矩形滑块中的任意一种，所述的滑槽为与之对应适配的t型滑槽、矩形滑槽中的任意一种。
18.一种蜂窝模块构型，包括若干所述的基于模块化拼装的新型榫接接头，所述的基于模块化拼装的新型榫接接头通过所述的连接插孔进行杆件插孔连接形成蜂窝模块造型。
19.与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
20.(1)本实用新型基于传统木工结构设计模块化榫接节点接头，单个卯头子节点接头和单个榫头子节点接头组合成一个单模块，每个单模块内包括6个独立组件，分别为卯头子节点接头和榫头子节点接头中的轴向件、横向件和纵向件，结构中无螺钉等不便快速拆卸的微小固定件，极大降低了拼装/拆卸耗时与难度，通过纵向件的两个端部的旋转实现单模块的锁死与解锁，这使得结构的稳定性有了极大提升；
21.(2)本实用新型设置连接插孔作为扩展口，从而可以通过多个单模块的拼接组合使用实现提供不同数量的扩展口的功能，达成了蜂窝模块自由堆积扩展的目的；
22.(3)接头采用多部件拼装形成子节点，子节点组装形成完整节点的设计，这使得使用者可以根据实际需要选配节点，这极大扩展了接头的适用面并提高了其可扩展性，从而可以有效完成多种多样的结构搭建。
23.(4)接头由多部件拼装而成，当出现局部破损后，仅需更换破损部件即可，具有低维护成本的特点。
24.(5)各部件之间采用多种形式的榫卯连接，这使得节点接头整体结构中无螺钉等不便拆卸的微小固定件，极大降低了拼装/拆卸耗时与难度。
25.(6)各部件之间互相锁死，这使得结构有着极强的稳定性，已进入锁死状态的部件，即使发生破坏也会由于其他部件对其各个方向位移上的限制而不能脱离整体，极大提高了节点接头的可靠性。
26.(7)节点接头完整组装完成后仅剩余纵向件绕纵轴旋转这一自由度，正常使用并
且非人为干涉的情况下，纵向件无法自行旋转，具有很好的整体稳定性。
附图说明
27.图1为本实用新型采用燕尾榫连接的完整装配示意图一(三蜂窝模块共顶点)；
28.图2为本实用新型采用燕尾榫连接的完整装配示意图二(三蜂窝模块共顶点)；
29.图3为本实用新型采用插孔连接的完整装配示意图一(三蜂窝模块共顶点)；
30.图4为本实用新型采用插孔连接的完整装配示意图二(三蜂窝模块共顶点)；
31.图5为本实用新型卯头子节点接头装配示意图一(单蜂窝模块顶点)；
32.图6为本实用新型榫头子节点接头装配示意图二(单蜂窝模块顶点)；
33.图7为本实用新型卯头子节点接头装配示意图一(二蜂窝模块共顶点)；
34.图8为本实用新型榫头子节点接头装配示意图二(二蜂窝模块共顶点)；
35.图9为轴向件ⅰ的三维示意图；
36.图10为轴向件ⅱ的三维示意图；
37.图11为轴向件ⅲ的三维示意图；
38.图12为横向件三维示意图；
39.图13为卯头纵向件三维示意图；
40.图14为榫头纵向件三维示意图；
41.图15为本实用新型在进行蜂窝模块构型自由搭建时的三维示意图。
42.图中，aa1，aa2为轴向件ⅰ，ab1，ab2为轴向件ⅱ，ac1，ac2为轴向件ⅲ，c1、c2、c3、c4、c5、c6为横向件，la1、la2、la3为卯头纵向件，lb1、 lb2、lb3为榫头纵向件，r1、r2、r3为杆件，aa11、ac11为t形滑块，aa12、 ab12为t形滑槽，ab11为矩形滑块，ac12为矩形滑槽，aa13、ab13、ac13为横向矩形槽，aa14、ab14、ac14为圆柱面通孔，aa15、ab15、ac15、c33、c34、 la31、lb31为连接插孔，c31为轴向矩形槽，c32为纵向矩形槽，la32、lb32为圆柱形杆，la33为燕尾榫卯头，lb33为燕尾榫榫头。
具体实施方式
43.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本实用新型并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本实用新型并不限定于以下的实施方式。
44.实施例
45.本实施例提供一种基于模块化拼装的新型榫接接头，包括卯头子节点接头和榫头子节点接头，卯头子节点接头和榫头子节点接头均分别包括轴向件、横向件和纵向件，横向件沿水平方向压嵌在轴向件中，纵向件为两个端部相对于中部可独立转动的部件，纵向件的中部压嵌在轴向件中，装配后，纵向件的两个端部旋转并压紧横向件的上下两个表面，卯头子节点接头和榫头子节点接头中纵向件的第一端部对应设有相适配的卯头和榫头，纵向件的第二端部设有连接插孔，轴向件和横向件的端部也分别设有用于扩展连接的连接插孔，卯头子节点接头和榫头子节点接头通过纵向件第一端部的卯头和榫头进行榫接或通过纵向件第二端部的连接插孔进行杆件插孔连接，轴向件上设有用于将卯头子节点接头或榫头子节点接头沿周向拼接的拼接结构。
46.轴向件一端端部设置拼接头，拼接结构设置在拼接头上，轴向件上中部分别设置用于压嵌横向件的横向矩形槽、用于压嵌在轴向件的半圆柱面通孔，半圆柱面通孔临近横向矩形槽，轴向件一端端部设置用于扩展连接的连接插孔。
47.横向件包括横向嵌入块以及对称分布在横向嵌入块两端的横向扩展块，横向嵌入块压嵌在轴向件中，横向件和轴向件的上下两个平面分别共平面，横向扩展块端部设置用于扩展连接的连接插孔。
48.纵向件中部为圆柱形杆，纵向件的两个端部分别与圆柱形杆活动连接并分别在圆柱形杆的两个端面所在平面转动。
49.拼接头包括等腰三角柱状，其顶角角度为360/n度，n为正整数，拼接结构设置在三角柱顶角的两侧侧面上，当多个卯头子节点接头或多个榫头子节点接头进行拼接时，轴向件的拼接头依次排布并通过拼接结构组装连接，使得拼接后的拼接头的顶角角度扩展为360m/n度，m为参与拼接的卯头子节点接头或多个榫头子节点接头的个数。
50.本实施例作为一优选的实施例，拼接头顶角角度为120度，从而模块化榫接节点接头包括三类：
51.单蜂窝模块顶点：单个卯头子节点接头和榫头子节点接头进行榫接或杆件插孔连接；
52.二蜂窝模块共顶点：两个卯头子节点接头拼接形成双蜂窝卯头节点，两个榫头子节点接头拼接形成双蜂窝榫头节点，双蜂窝卯头节点和双蜂窝榫头节点进行榫接或杆件插孔连接；
53.三蜂窝模块共顶点：三个卯头子节点接头拼接形成三蜂窝卯头节点，三个榫头子节点接头拼接形成三蜂窝榫头节点，三蜂窝卯头节点和三蜂窝榫头节点进行榫接或杆件插孔连接。
54.拼接结构包括设置在轴向件拼接面上的滑块和滑槽，通过滑块滑入滑槽中的方式实现卯头子节点接头或榫头子节点接头的拼接。
55.滑块包括t型滑块、矩形滑块中的任意一种，滑槽为与之对应适配的t型滑槽、矩形滑槽中的任意一种。
56.在拼接头顶角角度为120度角的实施方案中，为了实现拼接的可靠性，将轴向件分为三种，轴向件ⅰ、轴向件ⅱ和轴向件ⅲ，三种轴向件的主体部分一致，不同的是其上设置的拼接结构略有不同，具体地，轴向件ⅰ的拼接头的两侧拼接面分别设置t形滑块和t形滑槽，轴向件ⅱ的拼接头的两侧拼接面分别设置矩形滑块和t 形滑槽，轴向件ⅲ的拼接头的两侧拼接面分别设置t形滑块和矩形滑槽，由此，实现二蜂窝模块共顶点的接头拼接时，选取轴向件ⅰ、轴向件ⅱ和轴向件ⅲ中的任意两个便可完成拼接，实现三蜂窝模块共顶点的接头拼接时，将轴向件ⅰ、轴向件ⅱ和轴向件ⅲ依次拼接便可完成拼接。当然，在其他实施例中，也可将轴向件上的拼接结构均设置成t形滑块与t形滑槽拼接的形式，或轴向件上的拼接结构均设置成矩形滑块与矩形滑槽拼接的形式。
57.以下以拼接头顶角角度为120度进行具体说明：
58.如图1，图2所示，提供的是一种三蜂窝模块共顶点的接头结构，包含三种轴向件、一种横向件及两种纵向件。一个完整的可提供24扩展口的节点接头需由卯头子节点接头与榫头子节点接头两部分组合而成，卯头子节点接头与榫头子节点接头可通过如图1，图2所
示的纵向件尾部燕尾榫连接以及如图3，图4所示的杆件 r1、r2、r3插孔连接两种方式进行组合。
59.轴向件ⅰaa1，aa2具有相同的结构尺寸。如图9所示，轴向件ⅰaa1在其120
°
角尖端部分两侧分别设有使用时应滑入轴向件ⅱab1的t形滑槽ab12的t形滑块 aa11以及使用时应滑入轴向件ⅲac1的t形滑块ac11的t形滑槽aa12，其中间部分设有一用以嵌入横向件c3的横向矩形槽aa13及一用以嵌入纵向件la3的半圆柱面通孔aa14，其尾端设有圆孔aa15用以插入杆件进行扩展。
60.轴向件ⅱab1，ab2具有相同的结构尺寸。如图10所示，轴向件ⅱab1在其 120
°
角尖端部分两侧分别设有使用时应滑入轴向件ⅲac1矩形滑槽ac12的矩形滑块ab11以及使用时应滑入轴向件ⅰaa1的t形滑块aa11的t形滑槽ab12，其中间部分设有一用以嵌入横向件c1的横向矩形槽ab13及一用以嵌入纵向件la1 的半圆柱面通孔ab14，其尾端设有圆孔ab15用以插入杆件进行扩展。
61.轴向件ⅲac1，ac2具有相同的结构尺寸。如图11所示，轴向件ⅲac1在其 120
°
角尖端部分两侧分别设有使用时应滑入轴向件ⅰaa1的t形滑槽aa12的t 形滑块ac11以及使用时应滑入轴向件ⅱab1矩形滑块ab11的矩形滑槽ac12，其中间部分设有一用以嵌入横向件c2的横向矩形槽ac13及一用以嵌入纵向件la2 的半圆柱面通孔ac14，其尾端设有圆孔ac15用以插入杆件进行扩展。
62.横向件c1、c2、c3、c4、c5、c6具有相同的结构尺寸。如图12所示，横向件c3在中间部分设有使用时应嵌入轴向件横向矩形槽aa13的轴向矩形槽c31及一用于与轴向件半圆柱面通孔aa14组合的纵向矩形槽c32，在其横向两侧末端设有圆孔c33、c34用以插入杆件进行扩展。
63.卯头纵向件la1、la2、la3具有相同的结构尺寸。如图13所示，卯头纵向件 la3中间部分为一用于嵌入轴向件通孔aa14的圆柱形杆la32，其纵向两侧末端，一端设有圆孔la31用以插入杆件进行扩展，另一端设有可斜向45
°
滑入榫头纵向件lb3的特殊燕尾榫榫头lb33的特殊燕尾榫卯头la33。
64.榫头纵向件lb1、lb2、lb3具有相同的结构尺寸。如图14所示，榫头纵向件 lb3中间部分为一用于嵌入轴向件通孔的圆柱形杆lb32，其纵向两侧末端，一端设有圆孔lb31用以插入杆件进行扩展，另一端设有可斜向45
°
滑入卯头纵向件 la3的特殊燕尾榫卯头la33的特殊燕尾榫榫头lb33。
65.如图5，图6所示，提供的是一种单蜂窝模块顶点的接头结构，在选用任一轴向件(aa1、aa2、ab1、ab2、ac1、ac2)，任一横向件(c1、c2、c3、c4、c5、 c6)，分别选用任一卯头纵向件(la1、la2、la3)，任一榫头纵向件(lb1、lb2、 lb3)的情况下可分别形成提供4扩展口的卯头子节点接头(图5)与榫头子节点接头(图6)，卯头子节点接头(图5)与榫头子节点接头(图6)可通过纵向件尾部燕尾榫连接与杆件插孔连接两种方式进行组合。具体地，单蜂窝模块顶点的卯头子节点接头装配如图5所示，包括轴向件ⅰaa1，横向件c3，卯头纵向件la3各一个。首先将卯头纵向件la3的圆柱形杆la32嵌入轴向件通孔aa14并将其旋转至不阻碍横向件c3嵌入的位置，随后按照c31对应aa13嵌入横向件c3，并将卯头纵向件la3旋转至如图5所示状态即可锁死整个接头。榫头子节点接头装配如图6所示，将卯头纵向件la3替换为榫头纵向件lb3即可。
66.如图7，图8所示，提供的是一种二蜂窝模块共顶点的接头结构，在选用一轴向件ⅰ(aa1、aa2)，一轴向件ⅱ(ab1、ab2)，二横向件(c1、c2、c3、c4、 c5、c6)，分别选用二卯头纵向件(la1、la2、la3)，二榫头纵向件(lb1、lb2、 lb3)，轴向件按先ⅰ后ⅱ顺序组装的情况下可分别形成提供10扩展口的卯头子节点接头(图7)与榫头子节点接头(图8)，卯头子节点接头(图7)与榫头子节点接头(图8)可通过纵向件尾部燕尾榫连接与杆件插孔连接两种方式进行组合。具体地，二蜂窝模块共顶点的卯头子节点接头装配如图7所示，包括轴向件ⅰaa1，轴向件ⅱab1，横向件c1，c3，卯头纵向件la1，la3。首先将轴向件ⅰaa1的t 形滑块aa11滑入轴向件ⅱab1的t形滑槽ab12，之后按照与单蜂窝模块卯头子节点接头一致的顺序进行装配。榫头子节点接头装配如图8所示，将卯头纵向件 la1，la3替换为榫头纵向件lb1，lb3即可。
67.此外，本实施例还提供一种蜂窝模块构型，包括若干上述的基于模块化拼装的新型榫接接头，基于模块化拼装的新型榫接接头通过连接插孔进行杆件插孔连接形成蜂窝模块造型。具体地，如图15所示，在搭配使用如图1、图2、图3、图4所示的完整节点接头以及如图5、图6、图7、图8所示的子节点接头后，蜂窝模块的完全自由连接可得到实现。
68.本实用新型模块化榫接节点接头具有高扩展自由度、成本低、拼装/拆卸便捷、稳定性好、可二次设计等优点。接头通过多个不同部件的榫卯拼装，可满足多种模块搭建状态下的节点处向多方向扩展的需求，所以无螺钉等微小紧固件，故可以极大降低拆装耗时与难度。接头部件之间采用定序安装，互相锁死的设计，使得整体具有装配简单及高可靠性的特点。接头首先满足了蜂窝模块自由连接的问题，这对于蜂窝构型结构的快速搭建，有效低成本维护至关重要。此外，接头可根据实际需求选用部件自行搭配，从而为更为复杂的结构搭建奠定了基础。
69.上述实施方式仅为例举，不表示对本实用新型范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本实用新型技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。