本發(fā)明涉及機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種兩層兩環(huán)連桿可展單元及基于此的高剛度傘狀可展機構(gòu)。

背景技術(shù)：

可展機構(gòu)作為空間站的基礎(chǔ)骨架，空間機械臂的主體框架，大口徑可展開天線支撐機構(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(nasda)和我國的航天科技集團一直在不斷地開展航天可展機構(gòu)的研究。目前國外一些大學(xué)如美國麻省理工學(xué)院，英國劍橋大學(xué)，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)，同濟大學(xué)，北京理工大學(xué)，北京航空航天大學(xué)等的許多學(xué)者都在進(jìn)行可展機構(gòu)的設(shè)計與研究。

早期的可展機構(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)空間連桿的連桿可展單元引起了許多學(xué)者的關(guān)注，常見的有bennett4r機構(gòu)，myard5r機構(gòu)，bricard6r機構(gòu)等。中國專利cn200380107030.2呈現(xiàn)了一種基于bennett4r連桿單元構(gòu)建的大可展機構(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可展機構(gòu)，這種單元比myard5r連桿單元的折展性更好。

本發(fā)明涉及的兩層兩環(huán)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，這種連桿可展單元的桿數(shù)和運動副數(shù)目更多，運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)明涉及的兩層兩環(huán)連桿可展單元比單環(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兩層兩環(huán)連桿可展單元以及基于該單元構(gòu)建的傘狀可展機構(gòu)。

實現(xiàn)本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種兩層兩環(huán)連桿可展單元，其特征在于：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、第一中間平臺、第三轉(zhuǎn)動副、第三連桿、第四轉(zhuǎn)動副、第四連桿、第五轉(zhuǎn)動副、第五連桿、第六轉(zhuǎn)動副、第六連桿、第七轉(zhuǎn)動副、第二中間平臺、第七連桿、第八轉(zhuǎn)動副、第八連桿、第九轉(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；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，第一中間平臺與第二連桿固定連接，第三連桿通過第三轉(zhuǎn)動副與第一中間平臺相連，第四連桿通過第四轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接，第四轉(zhuǎn)動副的軸線沿第三連桿的中心線，第五連桿通過第五轉(zhuǎn)動副與第四連桿連接，第六連桿通過第六轉(zhuǎn)動副與第五連桿連接，第六轉(zhuǎn)動副的軸線沿第六連桿的中心線，第二中間平臺通過第七轉(zhuǎn)動副與第六連桿連接，第七連桿與第二中間平臺固定連接，第八連桿一端通過第八轉(zhuǎn)動副與第七連桿相連，另一端通過第九轉(zhuǎn)動副安裝在基座上，第八轉(zhuǎn)動副的軸線沿第七連桿的中心線，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，耦合支鏈連桿三一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三與耦合支鏈連桿二連接，另一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四與第二中間平臺連接；第一轉(zhuǎn)動副的軸線和第九轉(zhuǎn)動副的軸線在基座平面內(nèi)相交，第三轉(zhuǎn)動副的軸線和第七轉(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)動副四的軸線與第七轉(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)動副四的軸線相交，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一的軸線異面，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四的軸線異面，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三的軸線相交。

多個上述連桿可展單元按照如下方法構(gòu)建傘狀可展機構(gòu)：連桿可展單元環(huán)形陣列在同一基座上，兩個相鄰的前后單元中，后一單元刪掉第一連桿和第二連桿，后一單元的第一中間平臺通過單元轉(zhuǎn)動副與前一單元的第二中間平臺連接，單元轉(zhuǎn)動副的軸線與前一單元的第八轉(zhuǎn)動副的軸線共線。上述可展機構(gòu)中所含連桿可展單元的數(shù)量為6-12個，且可展機構(gòu)的基座為正棱柱，該基座的底面邊數(shù)與連桿可展單元的數(shù)量相一致。

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)連桿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的連桿可展單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例2的可展機構(gòu)展開狀態(tài)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例2的可展機構(gòu)展開過程示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例2的可展機構(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：

本實施例的一種兩層兩環(huán)連桿可展單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括基座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、第一中間平臺mp1、第三轉(zhuǎn)動副r3、第三連桿l3、第四轉(zhuǎn)動副r4、第四連桿l4、第五轉(zhuǎn)動副r5、第五連桿l5、第六轉(zhuǎn)動副r6、第六連桿l6、第七轉(zhuǎn)動副r7、第二中間平臺mp2、第七連桿l7、第八轉(zhuǎn)動副r8、第八連桿l8、第九轉(zhuǎn)動副r9、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一r10、耦合支鏈連桿一l9、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二r11、耦合支鏈連桿二l10、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三r12、耦合支鏈連桿三l11、耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四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與第二連桿l2固定連接，第三連桿l3通過第三轉(zhuǎn)動副r3與第一中間平臺mp1相連，第四連桿l4通過第四轉(zhuǎn)動副r4與第三連桿l3連接，第四轉(zhuǎn)動副r4的軸線沿第三連桿l3的中心線，第五連桿l5通過第五轉(zhuǎn)動副r5與第四連桿l4連接，第六連桿l6通過第六轉(zhuǎn)動副r6與第五連桿l5連接，第六轉(zhuǎn)動副r6的軸線沿第六連桿l6的中心線，第二中間平臺mp2通過第七轉(zhuǎn)動副r7與第六連桿l6連接，第七連桿l7與第二中間平臺mp2固定連接，第八連桿l8一端通過第八轉(zhuǎn)動副r8與第七連桿l7相連，另一端通過第九轉(zhuǎn)動副r9安裝在基座fb上，第八轉(zhuǎn)動副r8的軸線沿第七連桿l7的中心線，耦合支鏈連桿一l9通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一r10與第一中間平臺mp1連接，耦合支鏈連桿二l10通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二r11與耦合支鏈連桿一l9連接，耦合支鏈連桿三l11一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三r12與耦合支鏈連桿二l10連接，另一端通過耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四r13與第二中間平臺mp2連接；第一轉(zhuǎn)動副r1的軸線和第九轉(zhuǎn)動副r9的軸線在基座平面內(nèi)相交，第三轉(zhuǎn)動副r3的軸線和第七轉(zhuǎn)動副r7的軸線相交，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一r10的軸線與第三轉(zhuǎn)動副r3的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四r13的軸線與第七轉(zhuǎn)動副r7的軸線相互平行，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一r10的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四r13的軸線相交，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二r11的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副一r10的軸線異面，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三r12的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副四r13的軸線異面，耦合支鏈轉(zhuǎn)動副二r11的軸線與耦合支鏈轉(zhuǎn)動副三r12的軸線相交。

實施例2：

本實施例的一種基于兩層兩環(huán)連桿可展單元的可展機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2-圖4所示，多個實施例1中的連桿可展單元按照如下方法構(gòu)建傘狀可展機構(gòu)：連桿可展單元環(huán)形陣列在同一基座fb上，兩個相鄰的前后單元中，后一單元ⅱ刪掉第一連桿l1和第二連桿l2，后一單元ⅱ的第一中間平臺mp1＇通過單元轉(zhuǎn)動副rr1與前一單元ⅰ的第二中間平臺mp2連接，單元轉(zhuǎn)動副rr1的軸線與前一單元ⅰ的第八轉(zhuǎn)動副r8的軸線共線。上述可展機構(gòu)中所含連桿可展單元的數(shù)量為6-12個，且可展機構(gòu)的基座fb為正棱柱，該基座fb的底面邊數(shù)與連桿可展單元的數(shù)量相一致。