[发明专利]空间可展开基本单元及其构造的空间多棱柱可展开机构

说明书

本发明公开了一类空间可展开基本单元及其构造的空间多棱柱可展开机构。空间可展开基本单元由上、下两个空间对称型7R机构和一个平面连接机构组成。平面连接机构分别与上、下7R机构枢转相连，且转动副轴线相互平行，从而保证空间可展开基本单元具有单自由度。空间多棱柱可展开机构由多个基本单元组成，多个基本单元围绕公共上、下中心节点连线形成的轴线呈圆周分布，相邻基本单元共用长支链臂和内节点，因此空间多棱柱机构亦为单自由度机构。空间多棱柱机构的横截面为正多边形，因此具有较简单的运动学和较好的互换性。空间可展开基本单元及其构造的空间多棱柱可展开机构不仅可以用于组成环形桁架可展开天线，还可用于构造伸缩臂、桁架阵列。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其是涉及一类空间可展开基本单元及其构造的空间多棱柱可展开机构。

背景技术

在航空航天领域，空间站、卫星等航天器需要确保通信和能源供应，以执行复杂的空间任务。随着任务多样性的丰富和规模的增大，相关太阳能采集和天线接收设备的可展开面积也在增加。然而，这些设备通常是由火箭或航天飞机运载升空的，小发射空间与大可展开面积之间存在突出矛盾，传统的刚性支撑结构难以满足要求。相比之下，可展开机构具有存储空间小、可展开面积大的优点，在相关领域越来越受重视。卫星天线支撑可展开机构由多个可展开基本单元或机构组成。可展开基本单元或机构决定了整个卫星天线支撑可展开机构的运动学、刚度、精度和动力学。因此，可展开基本单元或机构的设计是卫星天线结构设计中的首要问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一类空间可展开基本单元及一类空间多棱柱可展开机构。所述空间多棱柱可展开机构的横截面为正多边形，具有良好的结构和运动对称性，因此具有较为简单的运动学、动力学和较好的互换性。此外，所述空间可展开基本单元和所述空间多棱柱可展开机构均具有单自由度，避免了采用过多的同步关节，这不仅保证了可靠性，同时降低了机构整体的重量。所述空间可展开基本单元和所述空间多棱柱可展开机构不仅可以用于组成环形桁架可展开天线，还可以用于构造伸缩臂、桁架阵列。

根据本发明实施例的空间可展开基本单元，包括：上空间对称型7R机构；下空间对称型7R机构；平面连接机构，所述平面连接机构分别与所述上空间对称型7R机构和所述下空间对称型7R机构可枢转相连。

根据本发明实施例的空间可展开基本单元，其具有一个自由度。

在一些实施例中，所述上空间对称型7R机构包括：上中心节点；第一上内节点；第一长支链臂，所述第一长支链臂分别与所述上中心节点和所述第一上内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第二上内节点，所述上中心节点、所述第一上内节点和所述第二上内节点的上下端面均相互平行；第二长支链臂，所述第二长支链臂分别与所述上中心节点和所述第二上内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第一短支链臂；第二短支链臂，所述第一短支链臂的下端通过转动副与所述第二短支链臂的下端相连，所述第一短支链臂的上端和所述第二短支链臂的上端分别通过转动副与所述第一上内节点和所述第二上内节点相连，且上述三转动副轴线均相互平行。

所述第一长支链臂、所述第二长支链臂、所述第一短支链臂和所述第二短支链臂在俯视图中构成等腰三角形，该等腰三角形的顶角可以根据具体设计需求进行设定。

在一些实施例中，该等腰三角形的顶角为90°。

在一些可选的实施例中，该等腰三角形的顶角为120°。

在一些可选的实施例中，该等腰三角形的顶角为72°。

在一些可选的实施例中，该等腰三角形的顶角为60°。