折展式六桿結(jié)構(gòu)型機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種折展式六桿結(jié)構(gòu)型機(jī)構(gòu)，包括六根等長(zhǎng)的連桿和六個(gè)旋轉(zhuǎn)副，存在三個(gè)對(duì)稱面，只具有一個(gè)自由度，運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)構(gòu)既可以展開成一個(gè)平面，又可以折疊成緊湊的一束。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)最大程度的折展，在航空航天和土木工程等領(lǐng)域應(yīng)用過程中，可根據(jù)實(shí)際需要來調(diào)控折展式六桿結(jié)構(gòu)完全折展后的形狀，可以為等邊三角形也可以為任意一種等邊六邊形，同時(shí)也可以控制完全展開狀態(tài)和完全折疊狀態(tài)轉(zhuǎn)化間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化范圍。過約束性質(zhì)增強(qiáng)了機(jī)構(gòu)本身的剛度和穩(wěn)定性。
【專利說明】折展式六桿結(jié)構(gòu)型機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域，特別是一種折展式六桿結(jié)構(gòu)型機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]該結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)在于一種單閉環(huán)的過約束機(jī)構(gòu)，過約束機(jī)構(gòu)是一類有著百年歷史的特殊機(jī)構(gòu)，根據(jù)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)學(xué)法則，該類機(jī)構(gòu)本應(yīng)該歸類于沒有自由度的結(jié)構(gòu)，但由于其連桿間存在著特殊的幾何關(guān)系，使得此類機(jī)構(gòu)出現(xiàn)一個(gè)過約束，因此成為可動(dòng)且為單自由度的機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)僅由轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，制造簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高。而幾何上的過約束性使其具有高剛性。第一種單閉環(huán)的單自由度過約束機(jī)構(gòu)在一百多年前被Sarrus發(fā)現(xiàn)，后來一些其它的單閉環(huán)單自由度過約束機(jī)構(gòu)陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)和研究。陳焱教授已經(jīng)用方形截面桿設(shè)計(jì)并加工出了可完全折展的四連桿過約束機(jī)構(gòu)。工業(yè)中折展式結(jié)構(gòu)一般用于航空航天和土木工程等領(lǐng)域。例如用作太陽能板和可開合屋頂?shù)闹黧w結(jié)構(gòu)。
[0003]然而，目前大多數(shù)的單閉環(huán)單自由度六連桿過約束機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)完全折展，只有當(dāng)三重對(duì)稱Bricard機(jī)構(gòu)連桿扭角為60度時(shí)才能實(shí)現(xiàn)完全折展，展開后形狀不可調(diào)控只能為等邊三角形，而且只能在運(yùn)動(dòng)參數(shù)到達(dá)某個(gè)特定值時(shí)才能分別實(shí)現(xiàn)折疊和展開，實(shí)用性不強(qiáng)。工業(yè)中利用折展結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)都是為了實(shí)現(xiàn)體積或者覆蓋面積的改變，對(duì)于普通的六連桿機(jī)構(gòu)及無法完全折展的三重對(duì)稱Bricard機(jī)構(gòu)顯然不能很好地完成此項(xiàng)功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能夠完全折展、且展開后形狀可以調(diào)控的單自由度折展式六桿結(jié)構(gòu)型機(jī)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種折展式六桿結(jié)構(gòu)型機(jī)構(gòu)，包括六個(gè)旋轉(zhuǎn)副和六根等長(zhǎng)連桿，
[0006]第一連桿與第二連桿通過第一旋轉(zhuǎn)副相連，第二連桿與第三連桿通過第二旋轉(zhuǎn)副相連，第三連桿與第四連桿通過第三旋轉(zhuǎn)副相連，第四連桿與第五連桿通過第四旋轉(zhuǎn)副相連，第五連桿與第六連桿通過第五旋轉(zhuǎn)副相連，第六連桿與第一連桿通過第六旋轉(zhuǎn)副相連；
[0007]在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，所述第一旋轉(zhuǎn)副的軸線、所述第三旋轉(zhuǎn)副的軸線和所述第五旋轉(zhuǎn)副的軸線始終相交于一點(diǎn)；所述第二旋轉(zhuǎn)副的軸線、所述第四旋轉(zhuǎn)副的軸線和所述第六旋轉(zhuǎn)副的軸線始終相交于另一點(diǎn)；
[0008]相鄰的兩根所述連桿的連桿扭角大小相等，旋向相反；
[0009]所述第六旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第一旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第一公垂線，所述第一旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第二旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第二公垂線，所述第二旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第三旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第三公垂線，所述第三旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第四旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第四公垂線，所述第四旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第五旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第五公垂線，所述第五旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第六旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第六公垂線.[0010]令I(lǐng)表示相鄰旋轉(zhuǎn)副軸線的公垂線的長(zhǎng)度；所述第一旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離、所述第三旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離和所述第五旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離相同，用C來表示；所述第二旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離、所述第四旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離和所述第六旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)之間的距離相同，用d來表不；c、d和I需要滿足以下關(guān)系:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種折展式六桿結(jié)構(gòu)型機(jī)構(gòu)，包括六個(gè)旋轉(zhuǎn)副和六根等長(zhǎng)連桿，其特征在于， 第一連桿與第二連桿通過第一旋轉(zhuǎn)副相連，第二連桿與第三連桿通過第二旋轉(zhuǎn)副相連，第三連桿與第四連桿通過第三旋轉(zhuǎn)副相連，第四連桿與第五連桿通過第四旋轉(zhuǎn)副相連，第五連桿與第六連桿通過第五旋轉(zhuǎn)副相連，第六連桿與第一連桿通過第六旋轉(zhuǎn)副相連；在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，所述第一旋轉(zhuǎn)副的軸線、所述第三旋轉(zhuǎn)副的軸線和所述第五旋轉(zhuǎn)副的軸線始終相交于一點(diǎn)；所述第二旋轉(zhuǎn)副的軸線、所述第四旋轉(zhuǎn)副的軸線和所述第六旋轉(zhuǎn)副的軸線始終相交于另一點(diǎn)； 相鄰的兩根所述連桿的連桿扭角大小相等，旋向相反； 所述第六旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第一旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第一公垂線，所述第一旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第二旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第二公垂線，所述第二旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第三旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第三公垂線，所述第三旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第四旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第四公垂線，所述第四旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第五旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第五公垂線，所述第五旋轉(zhuǎn)副的軸線與所述第六旋轉(zhuǎn)副的軸線的公垂線為第六公垂線； 令I(lǐng)表示相鄰旋轉(zhuǎn)副軸線的公垂線的長(zhǎng)度；所述第一旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離、所述第三旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離和所述第五旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離相同，用C來表示；所述第二旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離、所述第四旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)的距離和所述第六旋轉(zhuǎn)副的軸線上相鄰兩公垂線的交點(diǎn)到相鄰兩連桿的交點(diǎn)之間的距離相同，用d來表不；c、d和I需要滿足以下關(guān)系:

【文檔編號(hào)】G09B25/00GK103985304SQ201410214319
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】陳焱, 劉海洋, 李建民, 康榮杰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)