[發明專利]含3R耦合支鏈的空間連桿單元及基于此的傘狀可展機構

在審

• 申請號: 201710255539.5
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107030676A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 曹文熬;楊棟皓;丁華鋒;徐世杰
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司42238
• 代理人: 曹雄

技術領域

本發明涉及機構學領域，特別涉及一種含3R耦合支鏈的空間連桿單元及基于此的傘狀可展機構。

背景技術

可展機構作為空間站的基礎骨架，空間機械臂的主體框架，大口徑可展開天線支撐機構，大型太陽能帆板支架，可移動建筑的桁架結構等在通航空航天、可再生能源、空間探索、大型建筑，國防軍事等領域發揮著重要作用。近幾十年，可展機構的設計和研究是航天領域的熱門主題。美國航空航天局(NASA)，俄羅斯宇航局，歐空局(ESA)，日本宇宙科學研究所(ISAS)以及我國的航天科技集團一直在不斷地開展航天可展機構的研究。目前國外一些大學如美國麻省理工學院，英國劍橋大學，日本東京大學等和我國的哈爾濱工業大學，浙江大學，天津大學，同濟大學，北京理工大學等的許多學者都在進行可展機構的設計與研究。

早期的可展機構主要基于剪式鉸單元來構建。近年來，基于單自由度單閉環空間連桿的可展單元引起了許多學者的關注，常見的有Bennett 4R機構，Myard 5R機構，Bricard 6R機構等。中國專利CN200380107030.2呈現了一種基于Bennett 4R連桿單元構建的可展機構；中國專利CN102167165A公開了一種七轉動副單環可展單元及采用該單元的空間可展機構，這種單元比Myard 5R連桿單元的折展性更好；中國專利CN102386473A公開了一種大收縮比的可陣列十桿可展單元機構，該機構由驅動彈簧作用于滑移桿上的力進行驅動，完成展開過程。

本發明涉及的含3R耦合支鏈的空間連桿單元在結構上不同于現有的單環連桿單元，這種連桿單元的桿數和運動副數目更多，運動副軸線之間的布置更加復雜，支鏈之間的耦合度更高。本發明涉及的含3R耦合支鏈的空間連桿單元比單環連桿單元的剛度和承載能力更高，非常適合構建大型的可展機構。

發明內容

本發明涉及具有高剛度和高承載能力的含3R耦合支鏈的空間連桿單元以及基于該單元構建的傘狀可展機構。

實現本發明采用的技術方案是：

一種含3R耦合支鏈的空間連桿單元，其特征在于：它包括基座、第一轉動副、第一連桿、第二轉動副、第二連桿、第一中間平臺、第三轉動副、第三連桿、第四轉動副、第四連桿、第五轉動副、末端連桿、第六轉動副、第五連桿、第七轉動副、第六連桿、第八轉動副、第二中間平臺、第七連桿、第九轉動副、第八連桿、第十轉動副、耦合支鏈轉動副一、耦合支鏈連桿一、耦合支鏈轉動副二、耦合支鏈連桿二、耦合支鏈轉動副三；上述基座，連桿，副和平臺有如下連接關系：第一連桿通過第一轉動副安裝在基座上，第二連桿通過第二轉動副與第一連桿相連，第二轉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動副與第一中間平臺相連，第四連桿通過第四轉動副與第三連桿連接，末端連桿通過第五轉動副與第四連桿連接，第五連桿通過第六轉動副與末端連桿連接，第六連桿通過第七轉動副與第五連桿連接，第二中間平臺通過第八轉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九轉動副與第七連桿相連，另一端通過第十轉動副安裝在基座上，第九轉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動副一與第一中間平臺連接，耦合支鏈連桿二一端通過耦合支鏈轉動副二與耦合支鏈連桿一連接，另一端通過耦合支鏈轉動副三與第二中間平臺連接；第一轉動副的軸線和第十轉動副的軸線在基座平面內相交，第三轉動副的軸線和第八轉動副的軸線相交，第四轉動副的軸線與第三轉動副的軸線相互平行，第七轉動副的軸線與第八轉動副的軸線相互平行，第四轉動副的軸線與第七轉動副的軸線相交，第五轉動副的軸線與第四轉動副的軸線異面，第六轉動副的軸線與第七轉動副的軸線異面，第五轉動副的軸線與第六轉動副的軸線相交，耦合支鏈轉動副一的軸線與第三轉動副的軸線相互平行，耦合支鏈轉動副三的軸線與第八轉動副的軸線相互平行，耦合支鏈轉動副一的軸線與耦合支鏈轉動副三的軸線相交。

多個上述連桿單元按照如下方法構建傘狀可展機構：連桿單元環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動副與前一單元的第二中間平臺連接，單元轉動副的軸線與前一單元的第九轉動副的軸線共線；上述可展機構中所含連桿單元的數量為6-12個，且可展機構的基座為正棱柱，該基座的底面邊數與連桿單元的數量相一致。

本發明的優點在于：

1、本發明所涉及的連桿單元比現有單閉環連桿單元具有更高的剛度和承載能力，基于這樣的連桿單元構建的可展機構也具有較高的剛度和承載能力。