本發(fā)明涉及機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種含3r耦合支鏈的連桿單元及基于此的高剛度可展機(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)，可移動(dòng)建筑的桁架結(jié)構(gòu)等在通航空航天、空間探索、大型建筑，國(guó)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(jì)和研究是航天領(lǐng)域的熱門主題。美國(guó)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)以及我國(guó)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(guó)外一些大學(xué)如美國(guó)麻省理工學(xué)院，英國(guó)劍橋大學(xué)，日本東京大學(xué)等和我國(guó)的浙江大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，天津大學(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(jì)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bennett4r機(jī)構(gòu)，myard5r機(jī)構(gòu)，bricard6r機(jī)構(gòu)等。中國(guó)專利cn200380107030.2呈現(xiàn)了一種基于bennett4r連桿單元構(gòu)建的可展機(jī)構(gòu)；中國(guó)專利cn103786906a公開了一種空間可展機(jī)構(gòu)，其包括若干相同的連桿單元，這些連桿單元是左右對(duì)稱的剪叉機(jī)構(gòu)；中國(guó)專利cn102167165a公開了一種七轉(zhuǎn)動(dòng)副單環(huán)可展單元及采用該單元的空間可展機(jī)構(gòu)，這種單元比myard5r連桿單元的可展性更好。

本發(fā)明涉及的含3r耦合支鏈的連桿單元在結(jié)構(gòu)上不同于現(xiàn)有的單環(huán)連桿單元，這種連桿單元的桿數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目更多，運(yùn)動(dòng)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3r耦合支鏈的連桿單元比單環(huán)連桿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(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及具有高剛度和高承載能力的含3r耦合支鏈的連桿單元及基于此的高剛度可展機(jī)構(gòu)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種含3r耦合支鏈的連桿單元，它包括基座、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二連桿、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一中間平臺(tái)、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三連桿、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副、末端連桿、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副、第四連桿、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二中間平臺(tái)、第八轉(zhuǎn)動(dòng)副、第五連桿、第九轉(zhuǎn)動(dòng)副、第六連桿、第十轉(zhuǎn)動(dòng)副、耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副一、耦合支鏈連桿一、耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副二、耦合支鏈連桿二、耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副三；上述基座，連桿，副和平臺(tái)有如下連接關(guān)系：第一連桿通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在基座上，第二連桿通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一連桿相連，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線沿第二連桿的中心線，第一中間平臺(tái)通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二連桿相連，第三連桿通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一中間平臺(tái)連接，末端連桿通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三連桿連接，第四連桿通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副與末端連桿連接，第二中間平臺(tái)通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四連桿連接，第五連桿通過第八轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二中間平臺(tái)連接，第六連桿一端通過第九轉(zhuǎn)動(dòng)副與第五連桿相連，另一端通過第十轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在基座上，第九轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)副一與第一中間平臺(tái)連接，耦合支鏈連桿二一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副二與耦合支鏈連桿一連接，另一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副三與第二中間平臺(tái)連接；第一轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線和第十轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線在基座平面內(nèi)相交，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線和第八轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相交，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互平行，第七轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第八轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互平行，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線和第七轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相交，第五轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線異面，第六轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第七轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線異面，第五轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與第六轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相交，耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副一的軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副三的軸線與第八轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副一的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副三的軸線相交。

多個(gè)上述連桿單元按照如下方法構(gòu)建可展機(jī)構(gòu)：連桿單元環(huán)形陣列在同一基座上，兩個(gè)相鄰的前后單元之間，前一單元的第二中間平臺(tái)與后一單元的第一中間平臺(tái)通過一個(gè)五轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈連接，該五轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈包括第一中間轉(zhuǎn)動(dòng)副、第一中間連桿、第二中間轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二中間連桿、第三中間轉(zhuǎn)動(dòng)副、第三中間連桿、第四中間轉(zhuǎn)動(dòng)副、第四中間連桿、第五中間轉(zhuǎn)動(dòng)副；五轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈的第一中間連桿通過第一中間轉(zhuǎn)動(dòng)副與前一連桿單元的第二中間平臺(tái)連接，第二中間連桿通過第二中間轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一中間連桿連接，第二中間轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)副與第三中間連桿連接，另一端通過第五中間轉(zhuǎn)動(dòng)副與后一連桿單元的第一中間平臺(tái)連接，第四中間轉(zhuǎn)動(dòng)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(diǎn)在于：

1、本發(fā)明所涉及的連桿單元比現(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(dòng)簡(jiǎn)單，便于控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的連桿單元結(jié)構(gòu)示意圖；

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

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容、功能和特點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)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(shí)施例。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例的一種含3r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(dòng)副r1、第一連桿l1、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副r2、第二連桿l2、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副r3、第一中間平臺(tái)mp1、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副r4、第三連桿l3、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副r5、末端連桿ep、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副r6、第四連桿l4、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副r7、第二中間平臺(tái)mp2、第八轉(zhuǎn)動(dòng)副r8、第五連桿l5、第九轉(zhuǎn)動(dòng)副r9、第六連桿l6、第十轉(zhuǎn)動(dòng)副r10、耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副一r11、耦合支鏈連桿一l7、耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副二r12、耦合支鏈連桿二l8、耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副三r13；上述基座，連桿，副和平臺(tái)有如下連接關(guān)系：第一連桿l1通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副r1安裝在基座fb上，第二連桿l2通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副r2與第一連桿l1相連，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副r2的軸線沿第二連桿l2的中心線，第一中間平臺(tái)mp1通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副r3與第二連桿l2相連，第三連桿l3通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副r4與第一中間平臺(tái)mp1連接，末端連桿ep通過第五轉(zhuǎn)動(dòng)副r5與第三連桿l3連接，第四連桿l4通過第六轉(zhuǎn)動(dòng)副r6與末端連桿ep連接，第二中間平臺(tái)mp2通過第七轉(zhuǎn)動(dòng)副r7與第四連桿l4連接，第五連桿l5通過第八轉(zhuǎn)動(dòng)副r8與第二中間平臺(tái)mp2連接，第六連桿l6一端通過第九轉(zhuǎn)動(dòng)副r9與第五連桿l5相連，另一端通過第十轉(zhuǎn)動(dòng)副r10安裝在基座fb上，第九轉(zhuǎn)動(dòng)副r9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(dòng)副一r11與第一中間平臺(tái)mp1連接，耦合支鏈連桿二l8一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副二r12與耦合支鏈連桿一l7連接，另一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副三r13與第二中間平臺(tái)mp2連接；第一轉(zhuǎn)動(dòng)副r1的軸線和第十轉(zhuǎn)動(dòng)副r10的軸線在基座平面內(nèi)相交，第三轉(zhuǎn)動(dòng)副r3的軸線和第八轉(zhuǎn)動(dòng)副r8的軸線相交，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副r4的軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副r3的軸線相互平行，第七轉(zhuǎn)動(dòng)副r7的軸線與第八轉(zhuǎn)動(dòng)副r8的軸線相互平行，第四轉(zhuǎn)動(dòng)副r4的軸線和第七轉(zhuǎn)動(dòng)副r7的軸線相交，第五轉(zhuǎn)動(dòng)副r5的軸線與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副r4的軸線異面，第六轉(zhuǎn)動(dòng)副r6的軸線與第七轉(zhuǎn)動(dòng)副r7的軸線異面，第五轉(zhuǎn)動(dòng)副r5的軸線與第六轉(zhuǎn)動(dòng)副r6的軸線相交，耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副一r11的軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副r3的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副三r13的軸線與第八轉(zhuǎn)動(dòng)副r8的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副一r11的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副三r13的軸線相交。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例的一種基于含3r耦合支鏈的連桿單元的高剛度可展機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2-圖4所示，多個(gè)實(shí)施例1中的連桿單元按照如下方法構(gòu)建可展機(jī)構(gòu)：連桿單元環(huán)形陣列在同一基座fb上，兩個(gè)相鄰的前后單元之間，前一單元ⅰ的第二中間平臺(tái)mp2與后一單元ⅱ的第一中間平臺(tái)mp1＇通過一個(gè)五轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈連接，該五轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈包括第一中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r14、第一中間連桿l9、第二中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r15、第二中間連桿l10、第三中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r16、第三中間連桿l11、第四中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r17、第四中間連桿l12、第五中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r18；五轉(zhuǎn)動(dòng)副鏈的第一中間連桿l9通過第一中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r14與前一連桿單元的第二中間平臺(tái)mp2連接，第二中間連桿l10通過第二中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r15與第一中間連桿l9連接，第二中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r15的軸線沿第一中間連桿l9的中心線，第三中間連桿l11通過第三中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r16與第二中間連桿l10連接，第四中間連桿l12一端通過第四中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r17與第三中間連桿l11連接，另一端通過第五中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r18與后一單元ⅱ的第一中間平臺(tái)mp1＇連接，第四中間轉(zhuǎn)動(dòng)副r17的軸線沿第四中間連桿l12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，且可展機(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。