[發明專利]環形桁架式空間可展開機構

有效

• 申請號: 202111393233.9
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114256589B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 孟齊志;劉辛軍;袁馨;謝福貴
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01Q1/08
• 分類號: H01Q1/08;H01Q1/28
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 花麗

本發明公開了一類由空間可展開基本單元及其構造的空間多棱柱可展開機構組成的環形桁架式空間可展開機構。空間可展開基本單元由上、下兩個空間對稱型7R機構和一個第一平面連接機構組成。空間多棱柱可展開機構由多個基本單元組成，相鄰基本單元共用長支鏈臂和內節點。多個空間可展開基本單元可以組成環形桁架式空間可展開機構，相鄰基本單元共用內節點。多個空間多棱柱可展開機構可以采用角平分線或垂直分線裝配策略與多個第二平面連接機構共同組成環形桁架式空間可展開機構，相鄰空間多棱柱可展開機構共用一對內節點。環形桁架式空間可展開機構為單自由度機構，具有良好的結構和運動對稱性、折疊/展開性能、剛度性能和抗彎抗扭性能。

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，尤其是涉及一類環形桁架式空間可展開機構。

背景技術

在航空航天領域，空間站、衛星等航天器需要確保通信和能源供應，以執行復雜的空間任務。隨著任務多樣性的豐富和規模的增大，相關太陽能采集和天線接收設備的可展開面積也在增加。然而，這些設備通常是由火箭或航天飛機運載升空的，小發射空間與大可展開面積之間存在突出矛盾，傳統的剛性支撐結構難以滿足要求。相比之下，可展開機構具有存儲空間小、可展開面積大的優點，在相關領域越來越受重視。環形桁架式空間可展開機構具有天線孔徑大、結構簡單、質量不隨孔徑成比例增大等特點，是大型衛星天線的理想結構形式之一。因此，設計高性能環形桁架式空間可展開機構具有重要意義。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一類由空間可展開基本單元及其構造的空間多棱柱可展開機構組成的環形桁架式空間可展開機構。所述環形桁架式空間可展開機構具有良好的結構和運動對稱性，因此具有較為簡單的運動學和動力學。所述環形桁架式空間可展開機構具有單自由度，避免了采用過多的同步關節，這不僅保證了可靠性，同時降低了機構整體的重量。此外，所述環形桁架式空間可展開機構具有較好的折疊/展開性能、剛度性能和抗彎抗扭性能。

根據本發明實施例的空間可展開基本單元，包括：上空間對稱型7R機構；下空間對稱型7R機構；第一平面連接機構，所述第一平面連接機構分別與所述上空間對稱型7R機構和所述下空間對稱型7R機構可樞轉相連。多個所述空間可展開基本單元可組成環形桁架式空間可展開機構，且相鄰的所述空間可展開基本單元共用內節點；組成所述環形桁架式空間可展開機構的所述空間可展開基本單元的數量由俯視圖中相鄰兩等腰三角形的頂角平分線之間的夾角決定；若在俯視圖中相鄰兩等腰三角形的頂角平分線之間的夾角為360°/N，則所述空間可展開基本單元的數量為N個，其中，N可以根據具體設計需求進行設定。

根據本發明實施例的空間可展開基本單元，其具有一個自由度。

在一些實施例中，所述上空間對稱型7R機構包括：上中心節點；第一上內節點；第一長支鏈臂，所述第一長支鏈臂分別與所述上中心節點和所述第一上內節點可樞轉相連，且兩轉動副軸線相互平行；第二上內節點，所述上中心節點、所述第一上內節點和所述第二上內節點的上下端面均相互平行；第二長支鏈臂，所述第二長支鏈臂分別與所述上中心節點和所述第二上內節點可樞轉相連，且兩轉動副軸線相互平行；第一短支鏈臂；第二短支鏈臂，所述第一短支鏈臂的下端通過轉動副與所述第二短支鏈臂的下端相連，所述第一短支鏈臂的上端和所述第二短支鏈臂的上端分別通過轉動副與所述第一上內節點和所述第二上內節點相連，且上述三轉動副軸線均相互平行。

所述第一長支鏈臂、所述第二長支鏈臂、所述第一短支鏈臂和所述第二短支鏈臂在俯視圖中構成等腰三角形，該等腰三角形的頂角可以根據具體設計需求進行設定。

在一些實施例中，該等腰三角形的頂角為90°。

在一些可選的實施例中，該等腰三角形的頂角為120°。

在一些可選的實施例中，該等腰三角形的頂角為72°。

在一些可選的實施例中，該等腰三角形的頂角為60°。