本發(fā)明涉及機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種含5R耦合支鏈的連桿單元及基于該單元的可展機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

可展機(jī)構(gòu)作為空間站的基礎(chǔ)骨架，空間機(jī)械臂的主體框架，大口徑可展開天線支撐機(jī)構(gòu)，大型太陽能帆板支架，可移動建筑的桁架結(jié)構(gòu)等在通航空航天、可再生能源、空間探索、大型建筑，國防軍事等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。近幾十年，可展機(jī)構(gòu)的設(shè)計和研究是航天領(lǐng)域的熱門主題。美國航空航天局(NASA)，俄羅斯宇航局，歐空局(ESA)，日本宇宙科學(xué)研究所(ISAS)和日本宇宙事業(yè)開發(fā)團(tuán)(NASDA)和我國的航天科技集團(tuán)一直在不斷地開展航天可展機(jī)構(gòu)的研究。目前國外一些大學(xué)如英國劍橋大學(xué)，美國麻省理工學(xué)院，西班牙塞維利亞建筑技術(shù)研究院，以色列特拉維夫大學(xué)，日本東京大學(xué)等和我國的哈爾濱工業(yè)大學(xué)，浙江大學(xué)，天津大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，北京理工大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)等的許多學(xué)者都在進(jìn)行可展機(jī)構(gòu)的設(shè)計與研究。

早期的可展機(jī)構(gòu)主要基于剪式鉸單元來構(gòu)建。近年來，基于單自由度單閉環(huán)空間連桿的可展單元引起了許多學(xué)者的關(guān)注，常見的有Bennett 4R機(jī)構(gòu)，Myard 5R機(jī)構(gòu)，Bricard 6R機(jī)構(gòu)等。中國專利CN200380107030.2呈現(xiàn)了一種基于Bennett 4R連桿單元構(gòu)建的大可展機(jī)構(gòu)。中國專利CN102167165A公開了一種七轉(zhuǎn)動副單環(huán)連桿可展單元及采用該單元的空間可展機(jī)構(gòu)，這種單元比Myard 5R連桿單元的可展性更好。

本發(fā)明涉及的含5R耦合支鏈的連桿可展單元在結(jié)構(gòu)上不同于現(xiàn)有的單環(huán)連桿可展單元，這種連桿單元在桿數(shù)和運(yùn)動副數(shù)目更多，運(yùn)動副軸線之間的布置更加復(fù)雜，支鏈之間的耦合度更高。本發(fā)明涉及的含5R耦合支鏈的連桿單元比單環(huán)連桿可展單元的剛度和承載能力更高，非常適合構(gòu)建大型的可展機(jī)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及具有高剛度和高承載能力的含5R耦合支鏈的連桿單元及基于該單元的可展機(jī)構(gòu)。

實現(xiàn)本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種含5R耦合支鏈的連桿單元，它包括基座、第一轉(zhuǎn)動副、第一連桿、第二轉(zhuǎn)動副、第二連桿、第三轉(zhuǎn)動副、第一中間平臺、第三連桿、第四轉(zhuǎn)動副、末端連桿、第五轉(zhuǎn)動副、第四連桿、第二中間平臺、第六轉(zhuǎn)動副、第五連桿、第七轉(zhuǎn)動副、第六連桿、第八轉(zhuǎn)動副、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一、耦合支鏈連桿一、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二、耦合支鏈連桿二、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三、耦合支鏈連桿三、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四、耦合支鏈連桿四、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五；上述基座，連桿，副和平臺有如下連接關(guān)系：第一連桿通過第一轉(zhuǎn)動副安裝在基座上，第二連桿通過第二轉(zhuǎn)動副與第一連桿相連，第二轉(zhuǎn)動副的軸線沿第二連桿的中心線，第一中間平臺通過第三轉(zhuǎn)動副與第二連桿相連，第三連桿與第一中間平臺固定連接，末端連桿通過第四轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接，第四連桿通過第五轉(zhuǎn)動副與末端連桿連接，第二中間平臺與第四連桿固定連接，第五連桿通過第六轉(zhuǎn)動副與第二中間平臺連接，第六連桿一端通過第七轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連，另一端通過第八轉(zhuǎn)動副安裝在基座上，第七轉(zhuǎn)動副的軸線沿第五連桿的中心線，耦合支鏈連桿一通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一與第一中間平臺連接，耦合支鏈連桿二通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二與耦合支鏈連桿一連接，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二的軸線沿耦合支鏈連桿一的中心線，耦合支鏈連桿三通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三與耦合支鏈連桿二連接，耦合支鏈連桿四一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四與耦合支鏈連桿三連接，另一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五與第二中間平臺連接，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四的軸線沿耦合支鏈連桿四的中心線；第一轉(zhuǎn)動副的軸線和第八轉(zhuǎn)動副的軸線在基座平面內(nèi)相交，第三轉(zhuǎn)動副的軸線和第六轉(zhuǎn)動副的軸線相交，第四轉(zhuǎn)動副的軸線與第三轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，第五轉(zhuǎn)動副的軸線與第六轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，第四轉(zhuǎn)動副的軸線和第五轉(zhuǎn)動副的軸線相交，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一的軸線與第三轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五的軸線與第六轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五的軸線相交。

多個上述連桿單元按照如下方法構(gòu)建傘狀可展機(jī)構(gòu)：連桿單元環(huán)形陣列在同一基座上，兩個相鄰的前后單元之間，前一單元的第二中間平臺與后一單元的第一中間平臺通過一個五轉(zhuǎn)動副鏈連接，該五轉(zhuǎn)動副鏈包括第一中間轉(zhuǎn)動副、第一中間連桿、第二中間轉(zhuǎn)動副、第二中間連桿、第三中間轉(zhuǎn)動副、第三中間連桿、第四中間轉(zhuǎn)動副、第四中間連桿、第五中間轉(zhuǎn)動副；五轉(zhuǎn)動副鏈的第一中間連桿通過第一中間轉(zhuǎn)動副與前一連桿單元的第二中間平臺連接，第二中間連桿通過第二中間轉(zhuǎn)動副與第一中間連桿連接，第二中間轉(zhuǎn)動副的軸線沿第一中間連桿的中心線，第三中間連桿通過第三中間轉(zhuǎn)動副與第二中間連桿連接，第四中間連桿一端通過第四中間轉(zhuǎn)動副與第三中間連桿連接，另一端通過第五中間轉(zhuǎn)動副與后一連桿單元的第一中間平臺連接，第四中間轉(zhuǎn)動副的軸線沿第四中間連桿的中心線。此可展機(jī)構(gòu)的基座為底面是正偶數(shù)多邊形的正棱柱，可展機(jī)構(gòu)中連桿單元的數(shù)量是基座的底面邊數(shù)的一半。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明所涉及的連桿可展單元比現(xiàn)有單閉環(huán)可展單元具有更高的剛度和承載能力，基于這樣的連桿可展單元構(gòu)建的可展機(jī)構(gòu)也具有較高的剛度和承載能力。

2、本發(fā)明所涉及的可展機(jī)構(gòu)是一種傘狀形式，驅(qū)動簡單，便于控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的連桿單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例2的可展機(jī)構(gòu)展開狀態(tài)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例2的可展機(jī)構(gòu)展開過程示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例2的可展機(jī)構(gòu)收攏狀態(tài)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例3的連桿單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例4的可展機(jī)構(gòu)展開狀態(tài)示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例4的可展機(jī)構(gòu)展開過程示意圖；

圖8是本發(fā)明實施例4的可展機(jī)構(gòu)收攏狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容、功能和特點，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)具體說明，本發(fā)明的內(nèi)容不局限于以下實施例。

實施例1：

本實施例的一種含5R耦合支鏈的連桿單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括基座FB、第一轉(zhuǎn)動副R1、第一連桿L1、第二轉(zhuǎn)動副R2、第二連桿L2、第三轉(zhuǎn)動副R3、第一中間平臺MP1、第三連桿L3、第四轉(zhuǎn)動副R4、末端連桿EP、第五轉(zhuǎn)動副R5、第四連桿L4、第二中間平臺MP2、第六轉(zhuǎn)動副R6、第五連桿L5、第七轉(zhuǎn)動副R7、第六連桿L6、第八轉(zhuǎn)動副R8、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一R9、耦合支鏈連桿一L7、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二R10、耦合支鏈連桿二L8、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三R11、耦合支鏈連桿三L9、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四R12、耦合支鏈連桿四L10、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五R13；上述基座，連桿，副和平臺有如下連接關(guān)系：第一連桿L1通過第一轉(zhuǎn)動副R1安裝在基座FB上，第二連桿L2通過第二轉(zhuǎn)動副R2與第一連桿L1相連，第二轉(zhuǎn)動副R2的軸線沿第二連桿L2的中心線，第一中間平臺MP1通過第三轉(zhuǎn)動副R3與第二連桿L2相連，第三連桿L3與第一中間平臺MP1固定連接，末端連桿EP通過第四轉(zhuǎn)動副R4與第三連桿L3連接，第四連桿L4通過第五轉(zhuǎn)動副R5與末端連桿EP連接，第二中間平臺MP2與第四連桿L4固定連接，第五連桿L5通過第六轉(zhuǎn)動副R6與第二中間平臺MP2連接，第六連桿L6一端通過第七轉(zhuǎn)動副R7與第五連桿L5相連，另一端通過第八轉(zhuǎn)動副R8安裝在基座FB上，第七轉(zhuǎn)動副R7的軸線沿第五連桿L5的中心線，耦合支鏈連桿一L7通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一R9與第一中間平臺MP1連接，耦合支鏈連桿二L8通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二R10與耦合支鏈連桿一L7連接，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二R10的軸線沿耦合支鏈連桿一L7的中心線，耦合支鏈連桿三L9通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三R11與耦合支鏈連桿二L8連接，耦合支鏈連桿四L10一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四R12與耦合支鏈連桿三L9連接，另一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五R13與第二中間平臺MP2連接，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四R12的軸線沿耦合支鏈連桿四L10的中心線；第一轉(zhuǎn)動副R1的軸線和第八轉(zhuǎn)動副R8的軸線在基座平面內(nèi)相交，第三轉(zhuǎn)動副R3的軸線和第六轉(zhuǎn)動副R6的軸線相交，第四轉(zhuǎn)動副R4的軸線與第三轉(zhuǎn)動副R3的軸線相互平行，第五轉(zhuǎn)動副R5的軸線與第六轉(zhuǎn)動副R6的軸線相互平行，第四轉(zhuǎn)動副R4的軸線和第五轉(zhuǎn)動副R5的軸線相交，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一R9的軸線與第三轉(zhuǎn)動副R3的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五R13的軸線與第六轉(zhuǎn)動副R6的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一R9的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五R13的軸線相交。

實施例2：

本實施例的一種基于含5R耦合支鏈的連桿單元的可展機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2-圖4所示，多個實施例1中的連桿單元按照如下方法構(gòu)建傘狀可展機(jī)構(gòu)：連桿單元環(huán)形陣列在同一基座FB上，兩個相鄰的前后單元之間，前一單元Ⅰ的第二中間平臺MP2與后一單元Ⅱ的第一中間平臺MP1＇通過一個五轉(zhuǎn)動副鏈連接，該五轉(zhuǎn)動副鏈包括第一中間轉(zhuǎn)動副R14、第一中間連桿L11、第二中間轉(zhuǎn)動副R15、第二中間連桿L12、第三中間轉(zhuǎn)動副R16、第三中間連桿L13、第四中間轉(zhuǎn)動副R17、第四中間連桿L14、第五中間轉(zhuǎn)動副R18；五轉(zhuǎn)動副鏈的第一中間連桿L11通過第一中間轉(zhuǎn)動副R14與前一單元Ⅰ的第二中間平臺MP2連接，第二中間連桿L12通過第二中間轉(zhuǎn)動副R15與第一中間連桿L11連接，第二中間轉(zhuǎn)動副R15的軸線沿第一中間連桿L11的中心線，第三中間連桿L13通過第三中間轉(zhuǎn)動副R16與第二中間連桿L12連接，第四中間連桿L14一端通過第四中間轉(zhuǎn)動副R17與第三中間連桿L13連接，另一端通過第五中間轉(zhuǎn)動副R18與后一連桿單元Ⅱ的第一中間平臺MP1＇連接，第四中間轉(zhuǎn)動副R17的軸線沿第四中間連桿L14的中心線。此可展機(jī)構(gòu)的基座FB為底面是正偶數(shù)多邊形的正棱柱，可展機(jī)構(gòu)中連桿單元的數(shù)量是基座FB的底面邊數(shù)的一半。

實施例3：

本實施例的一種含5R耦合支鏈的連桿單元的結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括基座FB、第一轉(zhuǎn)動副R1、第一連桿L1、第二轉(zhuǎn)動副R2、第二連桿L2、第三轉(zhuǎn)動副R3、第一中間平臺MP1、第三連桿L3、第四轉(zhuǎn)動副R4、末端連桿EP、第五轉(zhuǎn)動副R5、第四連桿L4、第二中間平臺MP2、第六轉(zhuǎn)動副R6、第五連桿L5、第七轉(zhuǎn)動副R7、第六連桿L6、第八轉(zhuǎn)動副R8、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一R9、耦合支鏈連桿一L7、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二R10、耦合支鏈連桿二L8、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三R11、耦合支鏈連桿三L9、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四R12、耦合支鏈連桿四L10、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五R13；上述基座，連桿，副和平臺有如下連接關(guān)系：第一連桿L1通過第一轉(zhuǎn)動副R1安裝在基座FB上，第二連桿L2通過第二轉(zhuǎn)動副R2與第一連桿L1相連，第二轉(zhuǎn)動副R2的軸線沿第二連桿L2的中心線，第一中間平臺MP1通過第三轉(zhuǎn)動副R3與第二連桿L2相連，第三連桿L3與第一中間平臺MP1固定連接，末端連桿EP通過第四轉(zhuǎn)動副R4與第三連桿L3連接，第四連桿L4通過第五轉(zhuǎn)動副R5與末端連桿EP連接，第二中間平臺MP2與第四連桿L4固定連接，第五連桿L5通過第六轉(zhuǎn)動副R6與第二中間平臺MP2連接，第六連桿L6一端通過第七轉(zhuǎn)動副R7與第五連桿L5相連，另一端通過第八轉(zhuǎn)動副R8安裝在基座FB上，第七轉(zhuǎn)動副R7的軸線沿第五連桿L5的中心線，耦合支鏈連桿一L7通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一R9與第一中間平臺MP1連接，耦合支鏈連桿二L8通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二R10與耦合支鏈連桿一L7連接，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二R10的軸線沿耦合支鏈連桿一L7的中心線，耦合支鏈連桿三L9通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三R11與耦合支鏈連桿二L8連接，耦合支鏈連桿四L10一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四R12與耦合支鏈連桿三L9連接，另一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五R13與第二中間平臺MP2連接，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四R12的軸線沿耦合支鏈連桿四L10的中心線；第一轉(zhuǎn)動副R1的軸線和第八轉(zhuǎn)動副R8的軸線在基座平面內(nèi)相交，第三轉(zhuǎn)動副R3的軸線和第六轉(zhuǎn)動副R6的軸線相交，第四轉(zhuǎn)動副R4的軸線與第三轉(zhuǎn)動副R3的軸線異面，第五轉(zhuǎn)動副R5的軸線與第六轉(zhuǎn)動副R6的軸線異面，第四轉(zhuǎn)動副R4的軸線和第五轉(zhuǎn)動副R5的軸線相交，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一R9的軸線與第三轉(zhuǎn)動副R3的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五R13的軸線與第六轉(zhuǎn)動副R6的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一R9的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副五R13的軸線相交。

實施例4：

本實施例的一種基于含5R耦合支鏈的連桿單元的可展機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖6-圖8所示，多個實施例3中的連桿單元按照如下方法構(gòu)建傘狀可展機(jī)構(gòu)：連桿單元環(huán)形陣列在同一基座FB上，兩個相鄰的前后單元之間，前一單元Ⅰ的第二中間平臺MP2與后一單元Ⅱ的第一中間平臺MP1＇通過一個五轉(zhuǎn)動副鏈連接，該五轉(zhuǎn)動副鏈包括第一中間轉(zhuǎn)動副R14、第一中間連桿L11、第二中間轉(zhuǎn)動副R15、第二中間連桿L12、第三中間轉(zhuǎn)動副R16、第三中間連桿L13、第四中間轉(zhuǎn)動副R17、第四中間連桿L14、第五中間轉(zhuǎn)動副R18；五轉(zhuǎn)動副鏈的第一中間連桿L11通過第一中間轉(zhuǎn)動副R14與前一單元Ⅰ的第二中間平臺MP2連接，第二中間連桿L12通過第二中間轉(zhuǎn)動副R15與第一中間連桿L11連接，第二中間轉(zhuǎn)動副R15的軸線沿第一中間連桿L11的中心線，第三中間連桿L13通過第三中間轉(zhuǎn)動副R16與第二中間連桿L12連接，第四中間連桿L14一端通過第四中間轉(zhuǎn)動副R17與第三中間連桿L13連接，另一端通過第五中間轉(zhuǎn)動副R18與后一連桿單元Ⅱ的第一中間平臺MP1＇連接，第四中間轉(zhuǎn)動副R17的軸線沿第四中間連桿L14的中心線。此可展機(jī)構(gòu)的基座FB為底面是正偶數(shù)多邊形的正棱柱，可展機(jī)構(gòu)中連桿單元的數(shù)量是基座FB的底面邊數(shù)的一半。