[发明专利]折展式六杆结构型机构

说明书

技术领域

本发明涉及机构学领域，特别是一种折展式六杆结构型机构。

背景技术

该结构的理论基础在于一种单闭环的过约束机构，过约束机构是一类有着百年历史的特殊机构，根据经典运动学法则，该类机构本应该归类于没有自由度的结构，但由于其连杆间存在着特殊的几何关系，使得此类机构出现一个过约束，因此成为可动且为单自由度的机构。这种机构仅由转动副连接，制造简单，成本低，可靠性高。而几何上的过约束性使其具有高刚性。第一种单闭环的单自由度过约束机构在一百多年前被Sarrus发现，后来一些其它的单闭环单自由度过约束机构陆续被发现和研究。陈焱教授已经用方形截面杆设计并加工出了可完全折展的四连杆过约束机构。工业中折展式结构一般用于航空航天和土木工程等领域。例如用作太阳能板和可开合屋顶的主体结构。

然而，目前大多数的单闭环单自由度六连杆过约束机构无法实现完全折展，只有当三重对称Bricard机构连杆扭角为60度时才能实现完全折展，展开后形状不可调控只能为等边三角形，而且只能在运动参数到达某个特定值时才能分别实现折叠和展开，实用性不强。工业中利用折展结构或机构都是为了实现体积或者覆盖面积的改变，对于普通的六连杆机构及无法完全折展的三重对称Bricard机构显然不能很好地完成此项功能。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够完全折展、且展开后形状可以调控的单自由度折展式六杆结构型机构。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种折展式六杆结构型机构，包括六个旋转副和六根等长连杆，

第一连杆与第二连杆通过第一旋转副相连，第二连杆与第三连杆通过第二旋转副相连，第三连杆与第四连杆通过第三旋转副相连，第四连杆与第五连杆通过第四旋转副相连，第五连杆与第六连杆通过第五旋转副相连，第六连杆与第一连杆通过第六旋转副相连；

在机构运动过程中，所述第一旋转副的轴线、所述第三旋转副的轴线和所述第五旋转副的轴线始终相交于一点；所述第二旋转副的轴线、所述第四旋转副的轴线和所述第六旋转副的轴线始终相交于另一点；

相邻的两根所述连杆的连杆扭角大小相等，旋向相反；

所述第六旋转副的轴线与所述第一旋转副的轴线的公垂线为第一公垂线，所述第一旋转副的轴线与所述第二旋转副的轴线的公垂线为第二公垂线，所述第二旋转副的轴线与所述第三旋转副的轴线的公垂线为第三公垂线，所述第三旋转副的轴线与所述第四旋转副的轴线的公垂线为第四公垂线，所述第四旋转副的轴线与所述第五旋转副的轴线的公垂线为第五公垂线，所述第五旋转副的轴线与所述第六旋转副的轴线的公垂线为第六公垂线；

令l表示相邻旋转副轴线的公垂线的长度；所述第一旋转副的轴线上相邻两公垂线的交点到相邻两连杆的交点的距离、所述第三旋转副的轴线上相邻两公垂线的交点到相邻两连杆的交点的距离和所述第五旋转副的轴线上相邻两公垂线的交点到相邻两连杆的交点的距离相同，用c来表示；所述第二旋转副的轴线上相邻两公垂线的交点到相邻两连杆的交点的距离、所述第四旋转副的轴线上相邻两公垂线的交点到相邻两连杆的交点的距离和所述第六旋转副的轴线上相邻两公垂线的交点到相邻两连杆的交点之间的距离相同，用d来表示；c、d和l需要满足以下关系：

其中，θ_f为机构完全闭合时所述第一连杆与所述第二连杆间的连杆转角，也是所述第三连杆与所述第四连杆间的连杆转角，也是所述第五连杆与所述第六连杆间的连杆转角，为机构完全闭合时所述第二连杆与所述第三连杆间的连杆转角，也是所述第四连杆与所述第五连杆间的连杆转角，也是所述第六连杆与所述第一连杆间的连杆转角。

本发明具有的优点和积极效果是：能够达到最大程度的折展，在航空航天和土木工程等领域应用过程中，可以根据实际需要来调控折展式六杆结构完全折展后的形状，可以为等边三角形也可以为任意一种等边六边形，同时也可以控制完全展开状态和完全折叠状态转化间机构运动参数的变化范围。过约束性质增强了机构本身的刚度和稳定性。单自由度使得本发明控制起来更加简单。

附图说明

图1为本发明的机构示意图；

图2为应用本发明的机构示意图；

图3为应用本发明的机构的第一连杆1、第三连杆3和第五连杆5的示意图；

图4为应用本发明的机构的第二连杆2、第四连杆4和第六连杆6的示意图；

图5为应用本发明的机构完全展开状态的示意图；