[发明专利]一种两层两环连杆可展单元及基于该单元的空间可展机构

说明书

技术领域

本发明涉及机构学领域，特别涉及一种两层两环连杆可展单元及基于该单元的空间可展机构。

背景技术

可展机构作为空间站的基础骨架，空间机械臂的主体框架，大口径可展开天线支撑机构，大型太阳能帆板支架，可移动建筑的桁架结构等在通航空航天、可再生能源、空间探索、大型建筑，国防军事等领域发挥着重要作用。近几十年，可展机构的设计和研究是航天领域的热门主题。美国航空航天局(NASA)，俄罗斯宇航局，欧空局(ESA)，日本宇宙科学研究所(ISAS)和日本宇宙事业开发团(NASDA)和我国的航天科技集团一直在不断地开展航天可展机构的研究。目前国外一些大学美国麻省理工学院，如英国剑桥大学，西班牙塞维利亚建筑技术研究院，以色列特拉维夫大学，日本东京大学等和我国的哈尔滨工业大学，浙江大学，天津大学，同济大学，北京理工大学，北京航空航天大学等的许多学者都在进行可展机构的设计与研究。

早期的可展机构主要基于剪式铰单元来构建。近年来，基于单自由度单闭环空间连杆的可展单元引起了许多学者的关注，常见的有Bennett 4R机构，Myard 5R机构，Bricard 6R机构等。中国专利CN200380107030.2呈现了一种基于Bennett4R连杆单元构建的大可展机构。中国专利CN102167165A公开了一种七转动副单环连杆可展单元及采用该单元的空间可展机构，这种单元比Myard 5R连杆单元的可展性更好。

本发明涉及的两层两环连杆可展单元在结构上不同于现有的单环连杆可展单元，这种可展单元在杆数和运动副数目更多，运动副轴线之间的布置更加复杂，支链之间的耦合度更高。本发明涉及的两层两环连杆可展单元比单环连杆可展单元的刚度和承载能力更高，非常适合构建大型的可展机构。

发明内容

本发明涉及具有高刚度和高承载能力的两层两环连杆可展单元以及基于该单元构建的可展机构。

实现本发明采用的技术方案是：

一种两层两环连杆可展单元，其特征在于：它包括基座、第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第一中间平台、第三转动副、第三连杆、第四转动副、末端连杆、第五转动副、第四连杆、第六转动副、第二中间平台、第五连杆、第七转动副、第六连杆、第八转动副、耦合支链转动副一、耦合支链连杆一、耦合支链转动副二、耦合支链连杆二、耦合支链转动副三、耦合支链连杆三、耦合支链转动副四、耦合支链连杆四、耦合支链转动副五；上述基座，连杆，副和平台有如下连接关系：第一连杆通过第一转动副安装在基座上，第二连杆通过第二转动副与第一连杆相连，第二转动副的轴线沿第二连杆的中心线，第一中间平台与第二连杆固定连接，第三连杆通过第三转动副与第一中间平台相连，末端连杆通过第四转动副与第三连杆连接，第四连杆通过第五转动副与末端连杆连接，第二中间平台通过第六转动副与第四连杆连接，第五连杆与第二中间平台固定连接，第六连杆一端通过第七转动副与第五连杆相连，另一端通过第八转动副安装在基座上，第七转动副的轴线沿第五连杆的中心线，耦合支链连杆一通过耦合支链转动副一与第一中间平台连接，耦合支链连杆二通过耦合支链转动副二与耦合支链连杆一连接，耦合支链转动副二的轴线沿耦合支链连杆一的中心线，耦合支链连杆三通过耦合支链转动副三与耦合支链连杆二连接，耦合支链连杆四一端通过耦合支链转动副四与耦合支链连杆三连接，另一端通过耦合支链转动副五与第二中间平台连接，耦合支链转动副四的轴线沿耦合支链连杆四的中心线；第一转动副的轴线和第八转动副的轴线在基座平面内相交，第三转动副的轴线和第六转动副的轴线相交，第四转动副的轴线与第三转动副的轴线相互平行，第五转动副的轴线与第六转动副的轴线相互平行，第四转动副的轴线和第五转动副的轴线相交，耦合支链转动副一的轴线与第三转动副的轴线相互平行，耦合支链转动副五的轴线与第六转动副的轴线相互平行，耦合支链转动副一的轴线与耦合支链转动副五的轴线相交。

多个上述可展单元按照如下方法构建伞状可展机构：可展单元环形阵列在同一基座上，两个相邻的前后单元中，后一单元删掉第一连杆和第二连杆，后一单元的第一中间平台通过单元转动副与前一单元的第二中间平台连接，单元转动副的轴线与前一单元的第七转动副的轴线共线。此可展机构中所含可展单元的数量为6-12个，且可展机构的基座为正棱柱，基座的底面边数与可展单元的数量相一致。

本发明的优点在于：

1、本发明所涉及的可展单元比现有单闭环可展单元具有更高的刚度和承载能力，基于这样的可展单元构建的可展机构也具有较高的刚度和承载能力。