本發(fā)明涉及一種可展機構(gòu)，特別是一種空間可展機構(gòu)。

背景技術(shù)：

可展機構(gòu)起源于二十世紀六十年代，近年來，隨著航天事業(yè)的快速發(fā)展，各種航天器的功能也日益復(fù)雜，由于航天器能源的需求，各種航天器上的太陽能電池陣的面積不斷增長，同時在星載天線領(lǐng)域，為滿足電子偵察、數(shù)據(jù)中繼、對地導(dǎo)航等航天關(guān)鍵技術(shù)對星載天線的高增益要求，星載天線反射器口徑也不斷增大，但是由于受到航天運載工具的空間限制，宇航空間機構(gòu)在發(fā)射階段必須折疊起來并收攏于整流罩內(nèi)，待航天器進入軌道后，再依靠自帶的動力源將其展開至工作狀態(tài)，因此，可展機構(gòu)伴隨著各種航天任務(wù)的增加而得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。如空間站基礎(chǔ)骨架、可展開/收攏的空間機械臂、大口徑可展開天線、大型柔性太陽帆板支架等。

根據(jù)可展機構(gòu)的空間幾何形狀，可以分為線狀可展機構(gòu)、面狀可展機構(gòu)和體狀可展機構(gòu)，其中應(yīng)用最多的是面狀可展機構(gòu)，此類機構(gòu)可以展開成平面，被大量應(yīng)用于空間伸展臂、太陽能電池陣、衛(wèi)星天線支撐架等領(lǐng)域。根據(jù)可展機構(gòu)展開與收攏方式，可展機構(gòu)又可以分為鉸接桁架式可展機構(gòu)、變形材料可展機構(gòu)以及充氣展開式可展機構(gòu)，鉸接桁架式可展機構(gòu)主要由連桿和運動副組成，此類機構(gòu)具有收攏折疊比較大、精度高、可重復(fù)收攏展開性好和壽命長的優(yōu)點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于空間站基礎(chǔ)骨架、空間伸展臂以及大口徑折展天線等領(lǐng)域。

目前，國外已經(jīng)成功研制了多種類型的鉸接桁架式可展機構(gòu)，如俄羅斯“聯(lián)盟號”飛船上的四面體構(gòu)架天線、國際空間站主太陽翼支撐龍骨、日本菊8號衛(wèi)星上的六面體可展單元桁架式拋物面天線、美國Thuraya衛(wèi)星上口徑為12.25m的Astro Mesh環(huán)形桁架折展天線等。未來星球探測、太空作業(yè)等任務(wù)，都需要空間可展機構(gòu)來完成，然而現(xiàn)有的新型可展機構(gòu)單元類型較少，主要采用復(fù)雜的連接節(jié)點或單元方式，無法獲得較為理想的收攏率，或不能保證單元展開收攏過程中始終具有單一運動自由度，使機構(gòu)展開可靠性降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有單一自由度、結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、展開性能好、可靠性高的剪叉式六棱柱可展單元及其組成的空間可展機構(gòu)。

本發(fā)明的剪叉式六棱柱可展單元為單自由度過約束六棱柱基本可展單元，其包括十二個剪叉桿、二十四個連桿和十二個花盤；所述十二個剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個剪叉桿為一組，其兩剪叉桿中間通過轉(zhuǎn)動副連接，十二個剪叉桿共組成六組剪叉折疊桿，六組剪叉折疊桿對稱分布在基本可展單元的六個側(cè)面上，處于對側(cè)位置的剪叉折疊桿折展方向相同；所述二十四個連桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個連桿為一組，其兩個連桿的一端通過轉(zhuǎn)動副連接，二十四個連桿共組成十二組折疊連桿，十二組折疊連桿對稱分布在基本可展單元的上下兩個面上，上下兩個面均有六組折疊連桿，且處于對側(cè)位置的折疊連桿折展方向相同；所述十二個花盤結(jié)構(gòu)完全相同，每個花盤均有三個支叉，每個支叉上設(shè)有一個兩側(cè)對稱的開口槽，開口槽用于插入剪叉折疊桿和連桿，每個開口槽均設(shè)有兩個軸線平行的圓柱孔，內(nèi)側(cè)的圓柱孔用于和插入的剪叉折疊桿通過轉(zhuǎn)動副連接，外側(cè)的圓柱孔用于和插入的折疊連桿通過轉(zhuǎn)動副連接，開口槽中心線間夾角為120°，十二個花盤對稱分布在基本可展單元的十二個頂點上；每組剪叉折疊桿的四端分別插入與它處于同一平面頂點上的四個花盤的開口槽，通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)的圓柱孔相連，四個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個剪叉桿組成剪叉折疊桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行，每組剪叉折疊桿共連接有五個轉(zhuǎn)動副，五個轉(zhuǎn)動副軸線分別和對側(cè)剪叉折疊桿上位置相對的轉(zhuǎn)動副軸線重合；每組折疊連桿的兩端分別插入平行的兩個花盤的開口槽，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)的圓柱孔相連，兩個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個連桿組成折疊連桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行，每組折疊連桿共有三個轉(zhuǎn)動副，三個轉(zhuǎn)動副軸線分別和處于同一平面對側(cè)折疊連桿上位置相對的轉(zhuǎn)動副軸線重合，分布在基本可展單元的上下兩個面上折展方向相同的折疊連桿上的各轉(zhuǎn)動副軸線以及對應(yīng)的兩個側(cè)面上具有相同折展方向的剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動副軸線均平行。

所述基本可展單元中，折疊連桿的長度限制基本可展單元的展開程度，當折疊連桿完全伸直即折疊連桿上三個轉(zhuǎn)動副軸線共面時，基本可展單元便處于完全展開狀態(tài)，十二組折疊連桿中的任意十一組折疊連桿均為過約束連桿，起到提高基本可展單元剛度的作用，另外一組折疊連桿依靠連桿長度限制基本可展單元的展開程度。

本發(fā)明的剪叉式六棱柱可展單元組成的空間可展機構(gòu)，它包括多個基本可展單元，多個基本可展單元緊密排列，相鄰的基本可展單元共用四個花盤、一組剪叉折疊桿和兩組折疊連桿，其中，共用的一組剪叉折疊桿的四端分別插入共用的四個花盤的開口槽中，通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)的圓柱孔相連，共用的兩組折疊連桿的兩端分別插入共用的四個花盤的開口槽中，通過四個轉(zhuǎn)動副和四個花盤開口槽外側(cè)的圓柱孔相連；通過改變基本可展單元的數(shù)量，能夠改變空間可展機構(gòu)的大小。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明為六棱柱空間可展單元，具有較大的收攏率，含有多個過約束折疊連桿，整體剛度較高。

2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，運動副均為轉(zhuǎn)動副，易于實現(xiàn)工程制造。

3、本發(fā)明為單自由度空間基本可展單元，即只需一個驅(qū)動就能實現(xiàn)單元的展開與收攏運動，展開性能好，可靠性高。

4、本發(fā)明具有高度的結(jié)構(gòu)對稱性，通過對多個可展單元的組裝，可以形成不同的大尺度的空間可展機構(gòu)，適用于構(gòu)造空間太陽能電池陣支架和衛(wèi)星平面反射天線。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基本可展單元的立體示意簡圖；

圖2是圖1完全展開狀態(tài)的立體示意簡圖；

圖3是圖1完全收攏狀態(tài)的立體示意簡圖；

圖4是圖1中花盤連接部分放大示意簡圖；

圖5是本發(fā)明實施例2半展開狀態(tài)的立體示意簡圖；

圖6是圖5完全展開狀態(tài)的立體示意簡圖；

圖7是圖5完全收攏狀態(tài)的立體示意簡圖。

圖中：1：第一花盤、2：第二花盤、3：第一剪叉桿、4：第二剪叉桿、5：第三花盤、6：第四花盤、7：第三剪叉桿、8：第四剪叉桿、9：第五花盤、10：第六花盤、11：第五剪叉桿、12：第六剪叉桿、13：第七花盤、14：第八花盤、15：第七剪叉桿、16：第八剪叉桿、17：第九花盤、18：第九剪叉桿、19：第十花盤、20：第十剪叉桿、21：第十一花盤、22：第十二花盤、23：第十一剪叉桿、24：第十二剪叉桿、25：第一連桿、26：第二連桿、27：第三連桿、28：第四連桿、29：第五連桿、30：第六連桿、31：第七連桿、32：第八連桿、33：第九連桿、34：第十連桿、35：第十一連桿、36：第十二連桿、37：第十三連桿、38：第十四連桿、39：第十五連桿、40：第十六連桿、41：第十七連桿、42：第十八連桿、43：第十九連桿、44：第二十連桿、45：第二十一連桿、46：第二十二連桿、47：第二十三連桿、48：第二十四連桿。

具體實施方式

實施例1

在圖1所示的剪叉式六棱柱可展單元示意圖中，十二個剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個剪叉桿為一組，其兩剪叉桿中間通過轉(zhuǎn)動副連接，十二個剪叉桿共組成六組剪叉折疊桿，六組剪叉折疊桿對稱分布在基本可展單元的六個側(cè)面上，處于對側(cè)位置的剪叉折疊桿折展方向相同；二十四個連桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個連桿為一組，其兩個連桿的一端通過轉(zhuǎn)動副連接，二十四個連桿共組成十二組折疊連桿，十二組折疊連桿對稱分布在基本可展單元的上下兩個面上，上下兩個面均有六組折疊連桿，且處于對側(cè)位置的折疊連桿折展方向相同；十二個花盤結(jié)構(gòu)完全相同，每個花盤均有三個支叉，每個支叉上設(shè)有一個兩側(cè)對稱的開口槽，用于插入剪叉折疊桿和連桿，每個開口槽均開有兩個軸線平行的圓柱孔，內(nèi)側(cè)的圓柱孔用于和插入的剪叉折疊桿通過轉(zhuǎn)動副連接，外側(cè)的圓柱孔用于和插入的折疊連桿通過轉(zhuǎn)動副連接，開口槽中心線間夾角為120°，十二個花盤對稱分布在基本可展單元的十二個頂點上；每組剪叉折疊桿的四端分別插入與它處于同一平面頂點上的四個花盤的開口槽，通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)的圓柱孔相連，每組折疊連桿的兩端分別插入平行的兩個花盤的開口槽，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)的圓柱孔相連。

第一剪叉桿3和第二剪叉桿4中間通過轉(zhuǎn)動副連接組成第一剪叉折疊桿，第三剪叉桿7和第四剪叉桿8中間通過轉(zhuǎn)動副連接組成第二剪叉折疊桿，第五剪叉桿11和第六剪叉桿12中間通過轉(zhuǎn)動副連接組成第三剪叉折疊桿，第七剪叉桿15和第八剪叉桿16中間通過轉(zhuǎn)動副連接組成第四剪叉折疊桿，第九剪叉桿18和第十剪叉桿20中間通過轉(zhuǎn)動副連接組成第五剪叉折疊桿，第十一剪叉桿23和第十二剪叉桿24中間通過轉(zhuǎn)動副連接組成第六剪叉折疊桿；第一剪叉折疊桿的四端分別插入第一花盤1、第二花盤2、第三花盤5、第四花盤6的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)圓柱孔連接，第一剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第二剪叉折疊桿的四端分別插入第三花盤5、第四花盤6、第五花盤9、第六花盤10的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)圓柱孔連接，第二剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第三剪叉折疊桿的四端分別插入第五花盤9、第六花盤10、第七花盤13、第八花盤14的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)圓柱孔連接，第三剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第四剪叉折疊桿的四端分別插入第七花盤13、第八花盤14、第九花盤17、第十花盤19的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)圓柱孔連接，第四剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第五剪叉折疊桿的四端分別插入第九花盤17、第十花盤19、第十一花盤21、第十二花盤22的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)圓柱孔連接，第五剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第六剪叉折疊桿的四端分別插入第十一花盤21、第十二花盤22、第一花盤1、第二花盤2的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)圓柱孔連接，第六剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第一剪叉折疊桿和第四剪叉折疊桿對應(yīng)位置處的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第二剪叉折疊桿和第五剪叉折疊桿對應(yīng)位置處的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第三剪叉折疊桿和第六剪叉折疊桿對應(yīng)位置處的轉(zhuǎn)動副軸線重合。

如圖2所示，第一連桿25和第二連桿26的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第一折疊連桿，第三連桿27和第四連桿28的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第二折疊連桿，第五連桿29和第六連桿30的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第三折疊連桿，第七連桿31和第八連桿32的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第四折疊連桿，第九連桿33和第十二連桿36的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第五折疊連桿，第十連桿34和第十一連桿35的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第六折疊連桿，第十三連桿37和第十五連桿39的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第七折疊連桿，第十四連桿38和第十六連桿40的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第八折疊連桿，第十七連桿41和第十八連桿42的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第九折疊連桿，第十九連桿43和第二十連桿44的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第十折疊連桿，第二十一連桿45和第二十四連桿48的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第十一折疊連桿，第二十二連桿46和第二十三連桿47的一端通過轉(zhuǎn)動副連接組成第十二折疊連桿；第一折疊連桿的兩端分別插入平行的第一花盤1和第三花盤5的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第一折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第二折疊連桿的兩端分別插入平行的第二花盤2和第四花盤6的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第二折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第三折疊連桿的兩端分別插入平行的第三花盤5和第五花盤9的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第三折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第四折疊連桿的兩端分別插入平行的第四花盤6和第六花盤10的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第四折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第五折疊連桿的兩端分別插入平行的第五花盤9和第八花盤14的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第五折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第六折疊連桿的兩端分別插入平行的第六花盤10和第七花盤13的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第六折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第七折疊連桿的兩端分別插入平行的第七花盤13和第九花盤17的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第七折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第八折疊連桿的兩端分別插入平行的第八花盤14和第十花盤19的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第八折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第九折疊連桿的兩端分別插入平行的第九花盤17和第十一花盤21的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第九折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第十折疊連桿的兩端分別插入平行的第十花盤19和第十二花盤22的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第十折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第十一折疊連桿的兩端分別插入平行的第二花盤2和第十一花盤21的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第十一折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第十二折疊連桿的兩端分別插入平行的第一花盤1和第十二花盤22的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接，第十二折疊連桿上的三個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；第一折疊連桿和第八折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第二折疊連桿和第七折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第三折疊連桿和第十折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第四折疊連桿和第九折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第五折疊連桿和第十二折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動副軸線重合，第六折疊連桿和第十一折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動副軸線重合。

第一折疊連桿、第二折疊連桿、第七折疊連桿、第八折疊連桿、第一剪叉折疊桿以及第四剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動副軸線均平行，第三折疊連桿、第四折疊連桿、第九折疊連桿、第十折疊連桿、第二剪叉折疊桿以及第五剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動副軸線均平行，第五折疊連桿、第六折疊連桿、第十一折疊連桿、第十二折疊連桿、第三剪叉折疊桿以及第六剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動副軸線均平行。

如圖1-圖3所示，折疊連桿的長度可限制基本可展單元的展開程度，當折疊連桿完全伸直即折疊連桿上三個轉(zhuǎn)動副軸線共面時，基本可展單元便處于完全展開狀態(tài)，當折疊連桿完全收攏時,基本可展單元便處于完全收攏狀態(tài)，十二組折疊連桿中的任意十一組折疊連桿均為過約束連桿，可有效的提高基本單元的整體剛度，另外一組折疊連桿依靠連桿長度限制基本可展單元的展開程度。

實施例2

如圖5-圖7所示，剪叉式六棱柱可展單元組成的空間可展機構(gòu)包括多個基本可展單元，每個基本可展單元的部件和連接方式與實施例1相同，多個基本可展單元緊密排列，相鄰的基本可展單元共用四個花盤、一組剪叉折疊桿和兩組折疊連桿，其中共用的一組剪叉折疊桿的四端分別插入共用的四個花盤的開口槽中，通過四個轉(zhuǎn)動副與四個花盤開口槽內(nèi)側(cè)圓柱孔連接，共用的兩組折疊連桿的兩端分別插入上述四個共用花盤的開口槽中，通過轉(zhuǎn)動副與花盤開口槽外側(cè)圓柱孔連接；圖5-圖7中A和B為兩個相鄰的基本可展單元，以基本可展單元A和B為例，兩個基本可展單元通過共用由剪叉桿23′和剪叉桿24′組成的剪叉折疊桿、四個花盤1′、2′、21′、22′以及由連桿45′、46′、47′、48′組成的兩組折疊連桿連接；此空間可展機構(gòu)中的其他基本可展單元間的連接方式與基本可展單元A和基本可展單元B的連接方式相同，通過改變基本可展單元的數(shù)量，可以改變空間可展機構(gòu)的大小。

圖5為剪叉式六棱柱可展單元組成的空間可展機構(gòu)半展開狀態(tài)，圖6為其完全展開狀態(tài)，圖7為其完全收攏狀態(tài)。