[發明專利]一種單自由度的可展單元及其構成的圓柱面可展機構

有效

• 申請號: 202011436905.5
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112575901B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 黃龍;曾鵬;尹來容;胡波;徐曉強
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: E04B1/343
• 分類號: E04B1/343
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種單自由度的可展單元及其構成的圓柱面可展機構，由一個動力可展單元和若干個非動力可展單元通過共用T型桿和十字型桿的方式組合而成；所述動力可展單元和非動力可展單元完全展開時呈矩形結構，四根角桿分布在所述矩形的四個頂點并通過兩根長平面桿和兩根長圓弧桿相連；所述動力可展單元的第一角桿、第一長平面桿和第二角桿上設有繩輪機構，形成兩個傳動閉環；通過控制第一角桿、第一長平面桿和第二角桿的相對轉動，機構實現單自由度；所述機構桿件少，結構簡單；機構展開過程平穩；該機構為單自由度，僅需對第一角桿進行驅動即可實現機構的快速收納與展開，驅動簡單，易于控制，能進一步提升臨時醫療或軍事方艙的搭建速度、強度與穩定性。

技術領域

本發明涉及可展機構領域，尤其涉及一種單自由度的可展單元及其構成的圓柱面可展機構。

背景技術

可展機構是指能夠從收攏狀態展開成預定狀態的一類機構，它具有承載力大但收攏時所占空間小、收放靈活和運輸方便等優點。可展機構一般采用模塊化設計，即若干個相同模塊通過特殊的連接方法組成網絡，每個可展模塊稱為可展單元。近年來，可展機構在航天工程、土木工程、醫療、軍事等領域得到了廣泛應用，如用于構建臨時醫療或軍事方艙、體育館可開合式穹頂等結構。

專利文件CN102820516A公布了一種基于正方形單元的平面陣列可展機構，該機構結構簡單，展開過程平穩，但只能實現平面可展，使用范圍受限。專利文件CN111926921A公布了一種可展單元構成的圓柱面可展機構，該機構強度高，單元之間連接簡單，可用于構建折展式醫療方艙，但其自由度為二，比較適合人工折展。現有技術可展單元構成的組合結構應用于臨時醫療或軍事方艙等結構，通常存在一定不足。現有技術可展機構往往只由直桿組成，只能實現平面折展，而平面折展機構用于方艙穹頂時承載性能不佳。現有的可展機構在完全收攏狀態下通常存在較多間隙，因此收納率不高。此外，現有的可展機構在驅動、結構穩定性等方面都存在改進空間。

發明內容

基于上述背景，本發明提出了一種新方案，它既能延續現有可展機構的優勢，還能同時克服上述可展機構存在的不足，具體如下。

本發明提出一種單自由度的可展單元及其構成的圓柱面可展機構，所述圓柱面可展機構由一個動力可展單元和若干個非動力可展單元組合而成。

所述動力可展單元由第一角桿、第二角桿、第三角桿、第四角桿、第一長平面桿、第二長平面桿、第一長圓弧桿、第二長圓弧桿、大滑輪、第一小滑輪、第二小滑輪、第三小滑輪、第一軟鋼索、第二軟鋼索、第一轉軸、固定軸、第二轉軸和若干銷軸組成；所述第一角桿、第二角桿、第三角桿和第四角桿均由兩段相互垂直的平面桿段與圓弧桿段組合而成，其中圓弧桿段一端設有凹槽結構，平面桿段一端設有凸榫結構，所述凸榫結構厚度小于平面桿段其它部分的厚度；所述第一長平面桿和第二長平面桿兩端設有凹槽結構；所述第一長圓弧桿和第二長圓弧桿兩端設有凸榫結構。

所述動力可展單元完全展開時呈矩形結構，第一角桿、第二角桿、第三角桿和第四角桿分布在該矩形結構的四個頂點；所述第一長平面桿、第一長圓弧桿、第二長平面桿和第二長圓弧桿分別連接第一角桿與第二角桿、第二角桿與第三角桿、第三角桿與第四角桿、第四角桿與第一角桿，其中，第一角桿的凸榫結構通過第一轉軸轉動結合到第一長平面桿端部的凹槽結構中，第二角桿的凸榫結構通過第二轉軸轉動結合到第一長平面桿另一端的凹槽結構中，其余連接方式均是各桿件的凸榫結構通過所述銷軸轉動結合到對應的凹槽結構中。

所述大滑輪與機架固連；所述第一小滑輪安裝在固定軸的一端，其半徑為大滑輪的一半；所述固定軸通過螺釘安裝在第一長平面桿的端部；所述第二小滑輪安裝在第一轉軸的一端，其半徑為所述大滑輪的一半；所述第一轉軸與所述第一角桿的平面桿段固連，與所述第一長平面桿轉動連接；所述第三小滑輪安裝在第二轉軸的端部，其半徑為大滑輪的一半；所述第二轉軸與第二角桿的平面桿段固連，與所述第一長平面桿轉動連接；所述第一軟鋼索繞經大滑輪和第一小滑輪、第二軟鋼索繞經第二小滑輪和第三小滑輪，形成兩個傳動閉環，以保證第一角桿、第一長平面桿和第二角桿的同步轉動。