3r-3rsr單自由度四面體可展單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可展機構(gòu)，特別是一種單自由度四面體可展單元。
【背景技術(shù)】
[0002]可展機構(gòu)起源于20世紀60年代，其由預(yù)制單元集成，能夠在初始的緊密構(gòu)形與工作狀態(tài)的展開構(gòu)形之間轉(zhuǎn)換，其一般有兩種穩(wěn)定狀態(tài):完全收攏狀態(tài)和完全展開狀態(tài)(工作狀態(tài))。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，直接增大反射器口徑是最行之有效的途徑，但受到運載工具的有效載荷空間的限制，這些大口徑反射器不可避免的采用可展機構(gòu)，在儲存和運輸時，處于完全收攏狀態(tài)，待發(fā)射入軌后再逐步展開到工作狀態(tài)。因此，可展機構(gòu)在大口徑反射器中得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]目前，國內(nèi)外航天研究機構(gòu)提出了多種大口徑天線反射器的可展機構(gòu)形式，其中桁架式可展機構(gòu)應(yīng)用較多。桁架式可展機構(gòu)按照其構(gòu)造形式的不同可分為單元桁架式可展機構(gòu)、環(huán)形桁架式可展機構(gòu)和肋式可展機構(gòu)。單元桁架式可展機構(gòu)通過與反射器網(wǎng)面劃分一致的單元底面組網(wǎng)構(gòu)成反射器網(wǎng)面，這種機構(gòu)具有收攏率高、剛度大、易于展開以及可模塊化擴展等優(yōu)點；環(huán)形桁架式可展機構(gòu)作為剛性背架和反射面鎖網(wǎng)共同構(gòu)成環(huán)形桁架式可展天線，此種天線一般都是偏置反饋，剛度比較低；肋式可展天線以均勻布置的肋作為主要支撐結(jié)構(gòu)實現(xiàn)天線的展開與收攏，肋與肋之間布置天線張拉反射網(wǎng)，肋條越多，天線型面精度越高，但結(jié)構(gòu)越復(fù)雜同時重量也會增加。因此，單元桁架式可展機構(gòu)受到了越來越多的關(guān)注。
[0004]作為大尺度可展機構(gòu)，桁架式可展機構(gòu)一般由基本可展單元組成，目前國內(nèi)外研究的桁架式可展機構(gòu)中采用的基本可展單元主要有平行四邊形單元、剪叉式單元、四面體單元、四棱錐單元以及六面體單元等。平行四邊形單元因具有對角可伸縮的特點廣泛應(yīng)用于環(huán)形桁架式可展機構(gòu)中，如1990年TRW Astro Aerospac公司為北美移動通訊衛(wèi)星研制的環(huán)形桁架式可展天線；剪叉式單元有平面式和非平面式兩種，已成功應(yīng)用于可展開/折疊的魔術(shù)花球、可折疊變胞月球車的車輪和車身、新型EGS天線以及高精度球形展開雷達校準設(shè)備等結(jié)構(gòu)中；四面體單元、四棱錐單元以及六面體單元等屬于空間基本單元，可用于三維可展機構(gòu)中，如俄羅斯“聯(lián)盟號”飛船上的四面體構(gòu)架天線、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、日本JAXA為工程實驗衛(wèi)星ETS-VI11研制的由14個六棱柱鋼化結(jié)構(gòu)單元組成的桁架式天線反射器等。
[0005]絕大多數(shù)桁架式反射器的基本可展單元是由鉸鏈和連桿構(gòu)成的，而鉸鏈中的間隙、摩擦等因素容易使可展機構(gòu)失穩(wěn)、定位精度變差、展開或收攏失靈等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種鉸鏈數(shù)量少、結(jié)構(gòu)簡單、自由度少的3R-3RSR單自由度四面體可展單元。
[0007]本發(fā)明包括一個頂花盤、三個等長的搖擺桿、六個連桿、九個轉(zhuǎn)動副和三個球副。其中，第一搖擺桿上端通過第一轉(zhuǎn)動副與頂花盤連接，第二搖擺桿上端通過第二轉(zhuǎn)動副與頂花盤連接，第三搖擺桿上端通過第三轉(zhuǎn)動副與頂花盤連接，三個搖擺桿上端相交于一點，第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副和第三轉(zhuǎn)動副軸線處于同一平面內(nèi)且分別垂直于由上述三個搖擺桿上端的交點、三個搖擺桿下端點兩兩連線形成的三角形的外接圓圓心以及相應(yīng)的搖擺桿下端點確定的平面；第一連桿的一端通過第四轉(zhuǎn)動副與第一搖擺桿下端連接，該第一連桿的另一端通過第一球副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第二搖擺桿下端連接，第一連桿和第二連桿等長且其組成第一可折疊桿，第三連桿的一端通過第六轉(zhuǎn)動副與第二搖擺桿下端連接，該第三連桿的另一端通過第二球副與第四連桿的一端連接，該第四連桿另一端通過第七轉(zhuǎn)動副與第三搖擺桿下端連接，第三連桿和第四連桿等長且其組成第二可折疊桿，第五連桿的一端通過第八轉(zhuǎn)動副與第三搖擺桿下端連接，該第五連桿的另一端通過第三球副與第六連桿的一端連接，該第六連桿的另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與第一搖擺桿下端連接，第五連桿和第六連桿等長且其組成第三可折疊桿；在3R-3RSR四面體單元完全展開狀態(tài)，第四轉(zhuǎn)動副和第五轉(zhuǎn)動副軸線平行且垂直于第一和第二搖擺桿下端的連線，第六轉(zhuǎn)動副和第七轉(zhuǎn)動副軸線平行且垂直于第二和第三搖擺桿下端的連線，第八轉(zhuǎn)動副和第九轉(zhuǎn)動副軸線平行且垂直于第三和第一搖擺桿下端的連線。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0009]1、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，可用于構(gòu)造大尺度空間桁架式可展天線。
[0010]2、所含構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)少，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)工程制造。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明完全展開狀態(tài)的立體示意簡圖；
[0012]圖2是本發(fā)明半展開狀態(tài)的立體示意簡圖；
[0013]圖3是本發(fā)明完全收攏狀態(tài)的立體示意簡圖。
[0014]圖中:1.頂花盤、2.第一轉(zhuǎn)動副、3.第一搖擺桿、4.第八轉(zhuǎn)動副、5.第五連桿、6.第三球副、7.第六連桿、8.第九轉(zhuǎn)動副、9.第四轉(zhuǎn)動副、10.第一連桿、11.第一球副、12.第二連桿、13.第五轉(zhuǎn)動副、14.第六轉(zhuǎn)動副、15.第三連桿、16.第二球副、17.第四連桿、18.第七轉(zhuǎn)動副、19.第二搖擺桿、20.第三搖擺桿、21.第二轉(zhuǎn)動副、22.第三轉(zhuǎn)動副。
【具體實施方式】
[0015]在圖1、圖2和圖3所示的3R-3RSR單自由度四面體可展單元示意圖中，第一搖擺桿3上端通過第一轉(zhuǎn)動副2與頂花盤1連接，第二搖擺桿19上端通過第二轉(zhuǎn)動副21與頂花盤連接，第三搖擺桿20上端通過第三轉(zhuǎn)動副22與頂花盤連接，三根搖擺桿等長且其上端相交于點D，下端點A、B、C分布在一個圓心為0的圓上，第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副和第三轉(zhuǎn)動副的軸線共面且分別垂直于平面DAO、DB0和DC0 ;第一連桿10的一端通過第四轉(zhuǎn)動副9與第一搖擺桿下端連接，該第一連桿的另一端通過第一球副11與第二連桿12的一端連接，該第二連桿的另一端通過第五轉(zhuǎn)動副13與第二搖擺桿下端連接，第一連桿和第二連桿等長且其組成第一可折疊桿，第三連桿15的一端通過第六轉(zhuǎn)動副14與第二搖擺桿下端連接，該第三連桿的另一端通過第二球副16與第四連桿17的一端連接，該第四連桿另一端通過第七轉(zhuǎn)動副18與第三搖擺桿下端連接，第三連桿和第四連桿等長且其組成第二可折疊桿，第五連桿5的一端通過第八轉(zhuǎn)動副4與第三搖擺桿下端連接，該第五連桿的另一端通過第三球副6與第六連桿7的一端連接，該第六連桿的另一端通過第九轉(zhuǎn)動副8與第一搖擺桿下端連接，第五連桿和第六連桿等長且其組成第三可折疊桿；在完全展開狀態(tài)，第四轉(zhuǎn)動副和第五轉(zhuǎn)動副的軸線平行且垂直于連線AB，第六轉(zhuǎn)動副和第七轉(zhuǎn)動副的軸線平行且垂直于連線BC，第八轉(zhuǎn)動副和第九轉(zhuǎn)動副的軸線平行且垂直于連線AC。
【主權(quán)項】
1.一種3R-3RSR單自由度四面體可展單元，它包括一個頂花盤、三個等長的搖擺桿、六個連桿、九個轉(zhuǎn)動副和三個球副。其中，第一搖擺桿上端通過第一轉(zhuǎn)動副與頂花盤連接，第二搖擺桿上端通過第二轉(zhuǎn)動副與頂花盤連接，第三搖擺桿上端通過第三轉(zhuǎn)動副與頂花盤連接，三個搖擺桿上端相交于一點，第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副和第三轉(zhuǎn)動副軸線處于同一平面內(nèi)且分別垂直于由上述三個搖擺桿上端的交點、三個搖擺桿下端點兩兩連線形成的三角形的外接圓圓心以及相應(yīng)的搖擺桿下端點確定的平面；第一連桿的一端通過第四轉(zhuǎn)動副與第一搖擺桿下端連接，該第一連桿的另一端通過第一球副與第二連桿的一端連接，該第二連桿的另一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第二搖擺桿下端連接，第一連桿和第二連桿等長且其組成第一可折疊桿，第三連桿的一端通過第六轉(zhuǎn)動副與第二搖擺桿下端連接，該第三連桿的另一端通過第二球副與第四連桿的一端連接，該第四連桿另一端通過第七轉(zhuǎn)動副與第三搖擺桿下端連接，第三連桿和第四連桿等長且其組成第二可折疊桿，第五連桿的一端通過第八轉(zhuǎn)動副與第三搖擺桿下端連接，該第五連桿的另一端通過第三球副與第六連桿的一端連接，該第六連桿的另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與第一搖擺桿下端連接，第五連桿和第六連桿等長且其組成第三可折疊桿；在該四面體單元完全展開狀態(tài)，第四轉(zhuǎn)動副和第五轉(zhuǎn)動副軸線平行且垂直于第一和第二搖擺桿下端的連線，第六轉(zhuǎn)動副和第七轉(zhuǎn)動副軸線平行且垂直于第二和第三搖擺桿下端的連線，第八轉(zhuǎn)動副和第九轉(zhuǎn)動副軸線平行且垂直于第三和第一搖擺桿下端的連線。
【專利摘要】一種3R-3RSR單自由度四面體可展單元，它包括一個頂花盤、三個等長的搖擺桿、六個連桿、九個轉(zhuǎn)動副和三個球副。三個搖擺桿上端通過三個共面的轉(zhuǎn)動副與頂花盤連接且每個轉(zhuǎn)動副軸線分別垂直于由三個搖擺桿上端的交點、該四面體單元的底面三角形的外心以及相應(yīng)的搖擺桿下端點確定的平面，每根搖擺桿下端通過兩個轉(zhuǎn)動副分別與兩個折疊桿連接，每個折疊桿由兩根等長的連桿和1個球副組成，單元完全展開狀態(tài)，每根折疊桿兩端的轉(zhuǎn)動副軸線相互平行且垂直于兩轉(zhuǎn)動副中心的連線；驅(qū)動任意一個轉(zhuǎn)動副可使單元收攏或展開。本發(fā)明具有單自由度、鉸鏈數(shù)目少、結(jié)構(gòu)簡單、收攏體積小等優(yōu)點，適用于大口徑桁架式可展天線中。
【IPC分類】H01Q15/20
【公開號】CN105244629
【申請?zhí)枴緾N201510672988
【發(fā)明人】許允斗, 劉文蘭, 韓博, 陳亮亮, 姚建濤, 趙永生
【申請人】燕山大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月16日