[发明专利]含3R耦合支链的连杆单元及基于此的高刚度可展机构

说明书

技术领域

本发明涉及机构学领域，特别涉及一种含3R耦合支链的连杆单元及基于此的高刚度可展机构。

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，可移动建筑的桁架结构等在通航空航天、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)以及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。目前国外一些大学如美国麻省理工学院，英国剑桥大学，日本东京大学等和我国的浙江大学，哈尔滨工业大学，天津大学，同济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Bennett 4R连杆单元构建的可展机构；中国专利CN103786906 A公开了一种空间可展机构，其包括若干相同的连杆单元，这些连杆单元是左右对称的剪叉机构；中国专利CN102167165A公开了一种七转动副单环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。

本发明涉及的含3R耦合支链的连杆单元在结构上不同于现有的单环连杆单元，这种连杆单元的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。本发明涉及的含3R耦合支链的连杆单元比单环连杆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含3R耦合支链的连杆单元及基于此的高刚度可展机构。

实现本发明采用的技术方案是：

一种含3R耦合支链的连杆单元，它包括基座、第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、第一中间平台、第四转动副、第三连杆、第五转动副、末端连杆、第六转动副、第四连杆、第七转动副、第二中间平台、第八转动副、第五连杆、第九转动副、第六连杆、第十转动副、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；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，第一中间平台通过第三转动副与第二连杆相连，第三连杆通过第四转动副与第一中间平台连接，末端连杆通过第五转动副与第三连杆连接，第四连杆通过第六转动副与末端连杆连接，第二中间平台通过第七转动副与第四连杆连接，第五连杆通过第八转动副与第二中间平台连接，第六连杆一端通过第九转动副与第五连杆相连，另一端通过第十转动副安装在基座上，第九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，耦合支链连杆二一端通过耦合支链转动副二与耦合支链连杆一连接，另一端通过耦合支链转动副三与第二中间平台连接；第一转动副的轴线和第十转动副的轴线在基座平面内相交，第三转动副的轴线和第八转动副的轴线相交，第四转动副的轴线与第三转动副的轴线相互平行，第七转动副的轴线与第八转动副的轴线相互平行，第四转动副的轴线和第七转动副的轴线相交，第五转动副的轴线与第四转动副的轴线异面，第六转动副的轴线与第七转动副的轴线异面，第五转动副的轴线与第六转动副的轴线相交，耦合支链转动副一的轴线与第三转动副的轴线相互平行，耦合支链转动副三的轴线与第八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三的轴线相交。