本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元，由32個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)和48根連桿單元構(gòu)建而成，包括兩個(gè)完全相同且對(duì)稱(chēng)設(shè)置的空間構(gòu)型，兩個(gè)空間構(gòu)型之間用連桿單元2連接，其中各連接節(jié)點(diǎn)采用轉(zhuǎn)動(dòng)副分別連接三根連桿單元。三桿相交節(jié)點(diǎn)包括8個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)和24個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)，其中第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的三根轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)構(gòu)成等邊三角形，第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的三根轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線(xiàn)構(gòu)成等腰直角三角形。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)所公開(kāi)的可展機(jī)構(gòu)單元僅由連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成，結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)單，幾何造型美觀，可便捷、重復(fù)地進(jìn)行折疊和展開(kāi)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及機(jī)構(gòu)與可展結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元。
技術(shù)介紹
20世紀(jì)60年代，西班牙建筑師PineiO成功將結(jié)構(gòu)展開(kāi)-折疊的思想引入到開(kāi)合屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)中。隨后，隨著大跨空間結(jié)構(gòu)、航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，可展結(jié)構(gòu)的研究成為建筑結(jié)構(gòu)、航空航天、軍事工程等 領(lǐng)域的熱點(diǎn)內(nèi)容，而基于剪鉸式單元構(gòu)建的可展結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛，得到了國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。現(xiàn)有文獻(xiàn)及相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利從機(jī)構(gòu)學(xué)角度對(duì)一些剪鉸式單元組成的可展結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)型、可展開(kāi)性能、力學(xué)性能等進(jìn)行了研究。但是，除了剪鉸式單元以外，目前可作為基本組成單元構(gòu)建可展結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)單元類(lèi)型非常有限，難以設(shè)計(jì)出新型可展結(jié)構(gòu)。因此，設(shè)計(jì)一種新型的可展機(jī)構(gòu)單元，對(duì)于豐富可展結(jié)構(gòu)的多樣性、拓寬可展結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用前景將具有重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問(wèn)題本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于構(gòu)建新型可展結(jié)構(gòu)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元。技術(shù)方案本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元，由32個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)和48根等長(zhǎng)的連桿單元構(gòu)建而成，包括兩個(gè)完全相同且對(duì)稱(chēng)設(shè)置的空間構(gòu)型，兩個(gè)空間構(gòu)型之間用連桿單元連接，每個(gè)空間構(gòu)型由16個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)和20根連桿單元構(gòu)建而成，包括一個(gè)正方形和位于正方形外側(cè)的四個(gè)六邊體，四個(gè)六邊體分別與正方形共用一個(gè)邊，兩相鄰的六邊體共用一個(gè)邊，兩相鄰六邊體共用邊的一端與正方形的頂點(diǎn)連接；兩個(gè)空間構(gòu)型的不在共用邊上的三桿相交連接節(jié)點(diǎn)相對(duì)，兩相對(duì)的三桿相交連接節(jié)點(diǎn)之間均通過(guò)連桿單元連接，將兩個(gè)空間構(gòu)型連接為整體；三桿相交連接節(jié)點(diǎn)上均設(shè)置有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，三桿相交連接節(jié)點(diǎn)通過(guò)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與三根連桿單元連接，每個(gè)連桿單元的兩端分別與不同的連接節(jié)點(diǎn)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；每個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸心線(xiàn)位于同一平面，且三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸心線(xiàn)相交而成三角形，轉(zhuǎn)動(dòng)副的連桿安裝位置位于所在三角形邊的中點(diǎn)處，連桿單元垂直于所連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸心線(xiàn)；32個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)分為8個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)和24個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)，第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸心線(xiàn)相交而成的三角形為等邊三角形，第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸心線(xiàn)相交而成的三角形為等腰直角三角形；空間構(gòu)型的正方形由4個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)和4根連桿單元連接而成，六邊體由2個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)、4個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)和6根連桿單元連接而成，2個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)分別位于與相鄰六邊體共用的邊上，且在不與正方形頂點(diǎn)連接的一端。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)有可展體系主要基于剪鉸式單元形成二維或簡(jiǎn)單的三維體系，而本專(zhuān)利技術(shù)基于正六面體幾何，屬于三維可展體系，并具有單自由度運(yùn)動(dòng)特征，可由緊湊的折疊狀態(tài)轉(zhuǎn)換為大體積展開(kāi)狀態(tài)，且整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程連續(xù)、可重復(fù)，并保持正六面體型對(duì)稱(chēng)。在完全折疊狀態(tài)下，與第一類(lèi)型連接節(jié)點(diǎn)相連的三根連桿相互緊密接觸，收納率高，便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸；在完全展開(kāi)狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)具有較大的工作空間，且呈現(xiàn)出正六面體對(duì)稱(chēng)型幾何，造型美觀。本專(zhuān)利技術(shù)機(jī)構(gòu)單元在展開(kāi)或折疊過(guò)程中，只涉及到剛體平動(dòng)與剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，未引起連接桿件的非協(xié)調(diào)應(yīng)變。另一方面，本機(jī)構(gòu)單元僅由連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，便于折疊和展開(kāi)。附圖說(shuō)明圖I為本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元的三維示意圖。圖2為本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元的兩種不同類(lèi)型連接節(jié)點(diǎn)的示意圖。 圖3為本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元中正方形和相鄰四個(gè)六邊體構(gòu)成的一個(gè)空間構(gòu)型示意圖。圖4為本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元的連桿示意圖。圖5為本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元的第一類(lèi)型連接節(jié)點(diǎn)示意圖。圖6為本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元的第二類(lèi)型連接節(jié)點(diǎn)示意圖。圖7a f為一種正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，其中圖7a為完全折疊狀態(tài)，圖7b、7c為結(jié)構(gòu)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)逐漸向外部伸展時(shí)的中間狀態(tài)，圖7d為完全展開(kāi)狀態(tài)，圖7e為結(jié)構(gòu)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)逐漸向結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)靠攏時(shí)的中間狀態(tài)，圖7f為結(jié)構(gòu)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至最外側(cè)時(shí)所形成的收攏狀態(tài)。其中1為三桿相交連接節(jié)點(diǎn)，2為連桿，3為轉(zhuǎn)動(dòng)副，4為由連桿構(gòu)成的正方形，5為由連桿組成的六邊體，11為第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)，12為第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)做進(jìn)一步的說(shuō)明圖I為本專(zhuān)利技術(shù)正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)示意圖，包括32個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)I和48根等長(zhǎng)的連桿單元2構(gòu)建而成，具體包括兩個(gè)完全相同且對(duì)稱(chēng)設(shè)置的空間構(gòu)型，兩個(gè)空間構(gòu)型之間用連桿單元2連接，圖3為本專(zhuān)利技術(shù)中一個(gè)空間構(gòu)型的示意圖，如圖所示，每個(gè)空間構(gòu)型由16個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)I和20根連桿單元2構(gòu)建而成，包括一個(gè)正方形4和位于正方形外側(cè)的四個(gè)六邊體5，四個(gè)六邊體5分別與正方形4共用一個(gè)邊，兩相鄰的六邊體5共用一個(gè)邊，兩相鄰六邊體5共用邊的一端與正方形4的頂點(diǎn)連接；兩個(gè)空間構(gòu)型的不在共用邊上的三桿相交連接節(jié)點(diǎn)I相對(duì)，兩相對(duì)的三桿相交連接節(jié)點(diǎn)I之間均通過(guò)連桿單元2連接，將兩個(gè)空間構(gòu)型連接為整體；空間構(gòu)型的正方形4由4個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)12和4根連桿單元2連接而成，六邊體5由2個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)11、4個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)12和6根連桿單元2連接而成，2個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)11分別位于與相鄰六邊體5共用的邊上，且在不與正方形4頂點(diǎn)連接的一端。圖4為本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元的連桿示意圖，連桿單元2的兩端分別借助轉(zhuǎn)動(dòng)副3連接到三桿相交連接節(jié)點(diǎn)I上。如圖5、圖6所示，本專(zhuān)利技術(shù)可展機(jī)構(gòu)單元中連接節(jié)點(diǎn)I上的各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副3位于同一平面，且三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副3的軸心線(xiàn)相交而成三角形，轉(zhuǎn)動(dòng)副3的連桿安裝位置位于所在三角形各邊的中點(diǎn)處，連桿單元2垂直于所連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副3的軸心線(xiàn)，從而確保與轉(zhuǎn)動(dòng)副3相連的連桿相交于同一點(diǎn)。如圖2所示，三桿相交連接節(jié)點(diǎn)I包括兩種類(lèi)型，其中第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)11為三個(gè)六邊體5的共用頂點(diǎn)，第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)12為正方形4與相鄰兩個(gè)六邊體5的共用頂點(diǎn)。本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元具有8個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)11和24個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)12。第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)11中三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副3的軸心線(xiàn)互相夾角為60°，構(gòu)成等邊三角形，第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)12中三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副3的軸心線(xiàn)相交構(gòu)成等腰直角三角形。連桿單元2可由不銹鋼等硬質(zhì)材料制作而成，且各連桿長(zhǎng)度相等。本專(zhuān)利技術(shù)的正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元中，各轉(zhuǎn)動(dòng)副3的軸心線(xiàn)不但垂直于與之相連接的連桿單元2的軸心線(xiàn)，并且具有垂直于可展機(jī)構(gòu)單元幾何中心與連桿單元2中點(diǎn)之間連線(xiàn)的特性。圖7a f所示為本專(zhuān)利技術(shù)正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，其中圖·7a為結(jié)構(gòu)完全折疊狀態(tài)，此時(shí)所占用空間最小，結(jié)構(gòu)可靠、并便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸；圖7b、7c為結(jié)構(gòu)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)逐漸向外部伸展時(shí)的中間狀態(tài)；圖7d為結(jié)構(gòu)完全展開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)結(jié)構(gòu)的工作空間最大；圖76為結(jié)構(gòu)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)逐漸向結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)靠攏時(shí)的中間狀態(tài)，而圖7f為結(jié)構(gòu)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至最外側(cè)時(shí)所形成的收攏狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的整個(gè)折疊-展開(kāi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程是連貫、可重復(fù)的，并且結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持正六面體型對(duì)稱(chēng)。權(quán)利要求1.一種正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，該可展機(jī)構(gòu)單元由32個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)(I)和48根等長(zhǎng)的連桿單元(2)構(gòu)建而成，包括兩個(gè)完全相同且對(duì)稱(chēng)設(shè)置的空間構(gòu)型，所述的兩個(gè)空間構(gòu)型之間用連桿單元(2)連接，每個(gè)空間構(gòu)型由16個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)(I)和20根本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種正六面體對(duì)稱(chēng)型可展機(jī)構(gòu)單元，其特征在于，該可展機(jī)構(gòu)單元由32個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)（1）和48根等長(zhǎng)的連桿單元（2）構(gòu)建而成，包括兩個(gè)完全相同且對(duì)稱(chēng)設(shè)置的空間構(gòu)型，所述的兩個(gè)空間構(gòu)型之間用連桿單元（2）連接，每個(gè)空間構(gòu)型由16個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)（1）和20根連桿單元（2）構(gòu)建而成，包括一個(gè)正方形（4）和位于所述正方形外側(cè)的四個(gè)六邊體（5），所述四個(gè)六邊體（5）分別與正方形（4）共用一個(gè)邊，兩相鄰的六邊體（5）共用一個(gè)邊，所述兩相鄰六邊體（5）共用邊的一端與正方形（4）的頂點(diǎn)連接；兩個(gè)空間構(gòu)型的不在共用邊上的三桿相交連接節(jié)點(diǎn)（1）相對(duì)，兩相對(duì)的三桿相交連接節(jié)點(diǎn)（1）之間均通過(guò)連桿單元（2）連接，將兩個(gè)空間構(gòu)型連接為整體；所述三桿相交連接節(jié)點(diǎn)（1）上均設(shè)置有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（3），三桿相交連接節(jié)點(diǎn)（1）通過(guò)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（3）分別與三根連桿單元（2）連接，每個(gè)所述連桿單元（2）的兩端分別與不同的連接節(jié)點(diǎn)（1）通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副（3）連接；每個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)（1）上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（3）的軸心線(xiàn)位于同一平面，且三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（3）的軸心線(xiàn)相交而成三角形，轉(zhuǎn)動(dòng)副（3）的連桿安裝位置位于所在三角形邊的中點(diǎn)處，連桿單元（2）垂直于所連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副（3）的軸心線(xiàn)；32個(gè)三桿相交連接節(jié)點(diǎn)（1）分為8個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)（11）和24個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)（12），所述第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（3）軸心線(xiàn)相交而成的三角形為等邊三角形，所述第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（3）軸心線(xiàn)相交而成的三角形為等腰直角三角形；所述空間構(gòu)型的正方形（4）由4個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)（12）和4根連桿單元（2）連接而成，六邊體（5）由2個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)（11）、4個(gè)第二類(lèi)型節(jié)點(diǎn)（12）和6根連桿單元（2）連接而成，所述2個(gè)第一類(lèi)型節(jié)點(diǎn)（11）分別位于與相鄰六邊體（5）共用的邊上，且在不與正方形（4）頂點(diǎn)連接的一端。...
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳耀，馮健，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：東南大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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