[發明專利]一種單自由度空間可折展多面體結構

有效

• 申請號: 202010623157.5
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111806725B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 孫新峰;陳焱;顧元慶;馬家耀
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22;B64G1/44;B64G1/66
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種單自由度空間可折展多面體結構，包括三種單元，依次為第一種單元、第二種單元和第三種單元；第一種單元包括六個結構相同的面，第二種單元包括二十四個結構相同的面，第三種單元包括八個結構相同的面，該可折展多面體結構還含有七條軸線，分別為第一軸線、第二軸線、第三軸線、第四軸線、第五軸線、第六軸線、第七軸線；該可折展多面體結構在折疊與展開過程中，第一軸線、第二軸線、第三軸線在空間中兩兩相互垂直；第一種單元具有正方形的輪廓；第二種單元具有等腰梯形的輪廓；第三種單元具有正三角形的輪廓；可折展多面體結構在完全展開狀態時其具有截角八面體的空間構型，在完全折疊狀態時其具有截半立方體的空間構型。

技術領域

本發明涉及一種可折展的多面體結構，具體涉及一種單自由度、大折展比的基于折紙結構的空間可折展多面體結構。

背景技術

空間可折展結構是當今航天領域的關鍵技術，由于尺寸的限制，航天大型結構都要做成可伸展可折疊的結構。可折展結構在發射過程中處于折疊狀態，占用最少的船體空間；待發射入軌后，控制其按要求逐漸展開，鎖定并保持為工作狀態；返回或回收時，可折展結構折疊收攏進入船體。可折展結構因其制造簡單，便于儲藏和運輸，折展比高，可靠性高等優點，在航空航天、建筑結構、藝術品和日常生活中得到廣泛的應用。

現有的空間可折展結構主要包括鉸鏈可展結構、桿狀可展結構、面狀可展結構和體狀可展結構，其中桿狀可展結構目前應用最為廣泛；面狀可展結構主要涉及平面或曲面上的折展，例如太陽能帆板、衛星天線、建筑頂棚等；而體狀可展結構大多數通過非剛性變形實現，變形過程不利于控制且不易重復操作，少數體狀可展結構通過剛性變形實現，如C.M.Gosselin和D.Gagnon-Lachance在2006年提出的用正多邊形機構驅動的可折展多面體結構，但是又存在結構復雜的問題，因此可折展的多面體結構目前應用還比較少，并且還存在折疊展開比例不大等不足。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種單自由度、能夠實現折疊和展開兩種構型且操作過程簡單的可折展多面體結構。該可折展多面體結構擁有較好的剛度，折疊狀態體積較小便于運輸或發射，展開狀態具有較大的工作空間；整個結構只具有一個自由度，運動控制簡單；結構單元加工簡單，可實現批量化生產。基于以上優點，本發明在航空航天、土木工程、機械超材料等眾多領域中具有重要意義和廣泛的應用前景。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種單自由度空間可折展多面體結構，包括三種單元，依次為第一種單元、第二種單元和第三種單元；所述第一種單元包括六個結構相同的面，分別為第一種單元第一面、第一種單元第二面、第一種單元第三面、第一種單元第四面、第一種單元第五面、第一種單元第六面；所述第二種單元包括二十四個結構相同的面，分別為第二種單元第一面、第二種單元第二面、第二種單元第三面、第二種單元第四面、第二種單元第五面、第二種單元第六面、第二種單元第七面、第二種單元第八面、第二種單元第九面、第二種單元第十面、第二種單元第十一面、第二種單元第十二面、第二種單元第十三面、第二種單元第十四面、第二種單元第十五面、第二種單元第十六面、第二種單元第十七面、第二種單元第十八面、第二種單元第十九面、第二種單元第二十面、第二種單元第二十一面、第二種單元第二十二面、第二種單元第二十三面、第二種單元第二十四面；所述第三種單元包括八個結構相同的面，分別為第三種單元第一面、第三種單元第二面、第三種單元第三面、第三種單元第四面、第三種單元第五面、第三種單元第六面、第三種單元第七面、第三種單元第八面；

所述第一種單元第一面與所述第二種單元第一面相鄰并通過第一轉動副相互連接，所述第三種單元第一面與所述第二種單元第一面相鄰并通過第二轉動副相互連接，所述第三種單元第一面與所述第二種單元第二面相鄰并通過第三轉動副相互連接，所述第三種單元第一面與所述第二種單元第三面相鄰并通過第四轉動副相互連接；