【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于折展結構的，尤其涉及一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元及結構。
技術介紹
1、空間可折展結構是可以在需要時進行折疊或展開的結構，是近幾年研究開發的熱點，尤其是大尺度可折展結構，其具備的高折展比、高精度、質量輕、高剛度等特性應用更加廣泛，這種結構通常被用于建筑設計、航空航天器和科學研究等領域，這些結構的設計考慮到了材料的強度、穩定性和耐久性，以確保它們在使用中能夠承受不同的負荷和環境條件。大尺度的可折展結構通常采用計算機輔助設計和機器人制造技術來制造，以確保結構的精度和可重復性，將其應用于航天應用衛星領域能極大程度地發揮優勢，比如衛星通信需要天線接收和發送信號，而大尺度可折展結構可以使衛星的天線在發射前折疊，然后在軌道上展開，減小衛星的發射尺寸，提高發射效率，并在軌道上獲得更大的有效天線尺寸，從而提供更好的通信性能。而現有的大尺度可展開機構大多是復雜耦合機構，是多輸出多自由度構建的，桿件結構的數量多、桿與桿之間相互連接關系錯綜復雜、存在著大量運動學冗余，容易發生卡死、變形甚至失效等現象，任意一個故障(如桿件干涉、機構奇異等問題)都會導致在太空環境下的航天機構無法完成設定中的收攏和展開動作。
2、申請號為“cn20201510071682.x”，名稱為“一種扭簧驅動的小衛星星載可展開平面結構及其安裝方法”的專利技術專利申請，公開了一種扭簧驅動的小衛星星載可展開平面結構，主體為薄壁桿件，所述小衛星星載可展開平面結構包括等邊三角形展開單元，所述等邊三角形展開單元包括薄壁桿件、節點、接頭、扭簧和銷軸，且相鄰的等
3、申請號為“cn202310059168.9”，名稱為“單自由度平面二維大尺度空間折展單元及大尺度可展開裝置”的專利技術專利，大尺度空間折展單元為對稱的四棱柱多閉環機構，其包括平行設置的兩個平臺，兩個平臺之間連接有驅動支鏈，位于大尺度空間折展單元的中心軸線上且具有圓柱副。該專利技術具有良好的對稱性，同時具有高剛度、輕量化、結構可靠性高、單自由度和驅動系統簡單諸多優點，但該結構零件繁多、裝配起來較為復雜，對驅動副的類型及位置布置并不能達到能使大尺度機構順利展開的目的。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是針對上述現有的不足，提供一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元及結構。本專利技術具有大折展比、質輕、高強、高穩定性的技術優勢。
2、為實現上述技術目的，本專利技術采取的技術方案為：
3、一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，包括四個長板和四個短板，其中每兩個長板和兩個短板為一組組成折展元，第一折展元中，第一短板的一端與第一長板中部鉸接，與第二長板側面的下部鉸接，第二短板的一端與第二長板的中部鉸接，與第一長板側面的上部鉸接，同時，四個鉸接軸的連線能會于一點，即折展中心點，第二折展元與第一折展元結構相同，且與第一折展元以折展中心點為軸，水平方向上翻轉對稱，第一折展元的部分板體與第二折展元的部分板體可旋轉連接，使兩個折展元連在一起。
4、為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：
5、基于折紙原理的大尺度空間折展單元包括四個結構相同、內角分別為60°和120°的正梯形板和四個結構相同的正三角形板，正梯形板的上底和側邊長度均為下底的一半，正三角形板的邊長與正梯形板的上底長度相等，第一正梯形板、第二正梯形板、第一正三角形板和第二正三角形板為一組組成第一折展元，第三正梯形板、第四正梯形板、第三正三角形板和第四正三角形板為另一組組成第二折展元，第一正梯形板一側邊為底面水平放置，第二正梯形板一側邊為頂面水平放置，第一正三角形板的第一邊與第一正梯形板中部鉸接，第二邊與第二正梯形板下底的下半部鉸接，第一正三角形板的第一邊與第二邊交匯的頂點位于折展中心點，第二正三角形板的第一邊與第二正梯形板中部鉸接，第二邊與第一正梯形板下底的上半部鉸接，第二正三角形板的第一邊與第二邊交匯的頂點位于折展中心點，第一正梯形板下底的中心、第二正梯形板下底的中心位于折展中心點，第一折展元和第二折展元結構相同且水平方向上翻轉對稱，在第二折展元中，連接關系為：第三正梯形板和第四正梯形板分別對應第一正梯形板和第二正梯形板，第三正三角形板和第四正三角形板分別對應第一正三角形板和第二正三角形板；所述的第一正梯形板下底的下半部與第四正梯形板下底的下半部鉸接連接，第二正梯形板下底的上半部與第三正梯形板下底的上半部鉸接連接。
6、每個正梯形板沿下底均設置有下底鉸接軸，下底鉸接軸從正梯形板的下底中點分隔為獨立的兩段，這兩段下底鉸接軸分別用于與正三角形板鉸接以及與另一折展元的正梯形板鉸接。
7、每個正梯形板的板體上均開設有鏤空，鏤空中設置有中部鉸接軸，所述的中部鉸接軸的一端與正梯形板上底的一端鉸接，另一端與正梯形板下底的中點鉸接，中部鉸接軸用于與正三角形板鉸接。
8、每個正梯形板離中部鉸接軸較遠的一側邊均設置有側邊鉸接軸，側邊鉸接軸用于與外接的設備連接或與相鄰的大尺度空間折展單元連接。
9、所述的正梯形板和正三角形板由金屬薄片或塑料薄片或玻璃薄片制作。
10、一種基于折紙原理的大尺度空間折展結構，包括若干個上述的基于折紙原理的大尺度空間折展單元，大尺度空間折展單元上下堆疊，且下一個大尺度空間折展單元的第二正梯形板上端與上一個大尺度空間折展單元的第一正梯形板鉸接，下一個大尺度空間折展單元的第四正梯形板上端與上一個大尺度空間折展單元的第三正梯形板鉸接。
11、基于折紙原理的大尺度空間折展結構還包括電機、控制器、滾珠絲杠和滑塊，所述的滑塊滑動安裝在滾珠絲杠上，所述的電機與滾珠絲杠傳動連接，所述的電機能帶動滾珠絲杠轉動，從而使滑塊沿著滾珠絲杠移動，所述的控制器與電機連接，用于控制電機運作，最下一個大尺度空間折展單元的第一正梯形板下端固定安裝在滑塊上，第三正梯形板下端固定安裝在滾珠絲杠的安裝座上。
12、最上一個大尺度空間折展單元的第二正梯形板上端、第四正梯形板上端分別鉸接一連接板下端，所述的連接板上端鉸接一軸承。
13、大尺度空間折展單元的折疊展開變形比大于9：1。
14、本專利技術的有益效果是：
15、(1)本專利技術采用了全新的設計方法，采用多個長板和短板，將折紙結構的折展方式，以鉸接結構代替折痕，可以實現大尺度空間折展單元的靈活展開與折疊，大尺度空間折展結構具有質量輕、結構穩定、控制系統可靠，能實現折紙結構折展、實現大尺度驅動。
16、(2)本專利技術的大尺度空間折展結構上端，即輸出端放置軸承，使其穩定輸出z軸向單向力，有利于提高大尺度空間折展結構展開和折疊運動的可靠性，同時保證了大尺度可展開驅動結構的運動學、動力學和本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，其特征是：包括四個長板和四個短板，其中每兩個長板和兩個短板為一組組成折展元，第一折展元中，第一短板的一端與第一長板中部鉸接，與第二長板側面的下部鉸接，第二短板的一端與第二長板的中部鉸接，與第一長板側面的上部鉸接，同時，四個鉸接軸的連線能會于一點，即折展中心點，第二折展元與第一折展元結構相同，且與第一折展元以折展中心點為軸，水平方向上翻轉對稱，第一折展元的部分板體與第二折展元的部分板體可旋轉連接，使兩個折展元連在一起。
2.根據權利要求1所述的一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，其特征是：包括四個結構相同、內角分別為60°和120°的正梯形板(1)和四個結構相同的正三角形板(2)，正梯形板(1)的上底和側邊長度均為下底的一半，正三角形板(2)的邊長與正梯形板(1)的上底長度相等，第一正梯形板(11)、第二正梯形板(12)、第一正三角形板(21)和第二正三角形板(22)為一組組成第一折展元，第三正梯形板(13)、第四正梯形板(14)、第三正三角形板(23)和第四正三角形板(24)為另一組組成第二折展元，第一正梯形板(11)一側邊
3.根據權利要求2所述的一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，其特征是：每個正梯形板(1)沿下底均設置有下底鉸接軸(1a)，下底鉸接軸(1a)從正梯形板(1)的下底中點分隔為獨立的兩段，這兩段下底鉸接軸(1a)分別用于與正三角形板(2)鉸接以及與另一折展元的正梯形板(1)鉸接。
4.根據權利要求3所述的一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，其特征是：每個正梯形板(1)的板體上均開設有鏤空，鏤空中設置有中部鉸接軸(1b)，所述的中部鉸接軸(1b)的一端與正梯形板(1)上底的一端鉸接，另一端與正梯形板(1)下底的中點鉸接，中部鉸接軸(1b)用于與正三角形板(2)鉸接。
5.根據權利要求4所述的一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，其特征是：每個正梯形板(1)離中部鉸接軸(1b)較遠的一側邊均設置有側邊鉸接軸(1c)，側邊鉸接軸(1c)用于與外接的設備連接或與相鄰的大尺度空間折展單元連接。
6.根據權利要求5所述的一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，其特征是：所述的正梯形板(1)和正三角形板(2)由金屬薄片或塑料薄片或玻璃薄片制作。
7.一種基于折紙原理的大尺度空間折展結構，其特征是：包括若干個如權利要求5所述的基于折紙原理的大尺度空間折展單元，大尺度空間折展單元上下堆疊，且下一個大尺度空間折展單元的第二正梯形板(12)上端與上一個大尺度空間折展單元的第一正梯形板(11)鉸接，下一個大尺度空間折展單元的第四正梯形板(12)上端與上一個大尺度空間折展單元的第三正梯形板(13)鉸接。
8.根據權利要求7所述的一種基于折紙原理的大尺度空間折展結構，其特征是：還包括電機(3)、控制器、滾珠絲杠(4)和滑塊(5)，所述的滑塊(5)滑動安裝在滾珠絲杠(4)上，所述的電機(3)與滾珠絲杠(4)傳動連接，所述的電機(3)能帶動滾珠絲杠(4)轉動，從而使滑塊(5)沿著滾珠絲杠(4)移動，所述的控制器與電機(3)連接，用于控制電機(3)運作，最下一個大尺度空間折展單元的第一正梯形板(11)下端固定安裝在滑塊(5)上，第三正梯形板(13)下端固定安裝在滾珠絲杠(4)的安裝座上。
9.根據權利要求8所述的一種基于折紙原理的大尺度空間折展結構，其特征是：最上一個大尺度空間折展單元的第二正梯形板(12)上端、第四正梯形板(12)上端分別鉸接一連接板下端，所述的連接板上端鉸接一軸承(6)。
<...【技術特征摘要】
1.一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，其特征是：包括四個長板和四個短板，其中每兩個長板和兩個短板為一組組成折展元，第一折展元中，第一短板的一端與第一長板中部鉸接，與第二長板側面的下部鉸接，第二短板的一端與第二長板的中部鉸接，與第一長板側面的上部鉸接，同時，四個鉸接軸的連線能會于一點，即折展中心點，第二折展元與第一折展元結構相同，且與第一折展元以折展中心點為軸，水平方向上翻轉對稱，第一折展元的部分板體與第二折展元的部分板體可旋轉連接，使兩個折展元連在一起。
2.根據權利要求1所述的一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，其特征是：包括四個結構相同、內角分別為60°和120°的正梯形板(1)和四個結構相同的正三角形板(2)，正梯形板(1)的上底和側邊長度均為下底的一半，正三角形板(2)的邊長與正梯形板(1)的上底長度相等，第一正梯形板(11)、第二正梯形板(12)、第一正三角形板(21)和第二正三角形板(22)為一組組成第一折展元，第三正梯形板(13)、第四正梯形板(14)、第三正三角形板(23)和第四正三角形板(24)為另一組組成第二折展元，第一正梯形板(11)一側邊為底面水平放置，第二正梯形板(12)一側邊為頂面水平放置，第一正三角形板(21)的第一邊與第一正梯形板(11)中部鉸接，第二邊與第二正梯形板(12)下底的下半部鉸接，第一正三角形板(21)的第一邊與第二邊交匯的頂點位于折展中心點，第二正三角形板(22)的第一邊與第二正梯形板(12)中部鉸接，第二邊與第一正梯形板(11)下底的上半部鉸接，第二正三角形板(22)的第一邊與第二邊交匯的頂點位于折展中心點，第一正梯形板(11)下底的中心、第二正梯形板(12)下底的中心位于折展中心點，第一折展元和第二折展元結構相同且水平方向上翻轉對稱，在第二折展元中，連接關系為：第三正梯形板(13)和第四正梯形板(14)分別對應第一正梯形板(11)和第二正梯形板(12)，第三正三角形板(23)和第四正三角形板(24)分別對應第一正三角形板(21)和第二正三角形板(22)；所述的第一正梯形板(11)下底的下半部與第四正梯形板(14)下底的下半部鉸接連接，第二正梯形板(12)下底的上半部與第三正梯形板(13)下底的上半部鉸接連接。
3.根據權利要求2所述的一種基于折紙原理的大尺度空間折展單元，其特征是：每個正梯形板(1)沿下底均設置有下底鉸接軸(1a)，下底鉸接軸(1a...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孟晗，劉梓炎，李振，王昕，馮相超，李永勝，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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