[发明专利]可折叠的单自由度多边形棱柱结构及其工作方法

权利要求书

1.一种可折叠的单自由度多边形棱柱结构，其特征在于：包括两个左右对称的侧多边形模块、两个上下对称的底多边形模块；

所述的侧多边形模块均包括两片尺寸不同且通过转动副连接的侧多边形板，且左右侧多边形模块的相邻侧多边形板之间再经转动副连接；

所述的底多边形模块均包括左右对称设置的两个底多边形组件，每个底多边形组件包括两片尺寸不同且通过转动副连接的底多边形板，底多边形板均与对应侧多边形板的同底侧通过转动副连接，位于同底的两个底多边形组件之间为开合接缝。

2.根据权利要求1所述的可折叠的单自由度多边形棱柱结构，其特征在于：每个侧多边形模块由阶梯状侧多边形板、平板状侧多边形板组成两片侧多边形板，其中阶梯状侧多边形板均含有内、中、外三层表面，平板状侧多边形板均含有内、外两层表面；每个侧多边形板有四个连接边，连接边分布在侧多边形板的两长侧、两端侧，两长侧连接边之间互相平行，两端侧连接边之间互相平行，且所有侧多边形板的两长侧连接边之间的距离相等，两长侧连接边和两端侧连接边之间互相垂直。

3.根据权利要求2所述的可折叠的单自由度多边形棱柱结构，其特征在于：在阶梯状侧多边形板中：两长侧和靠近平板状侧多边形板的端侧连接边都在板的中间层表面上，远离平板状侧多边形板的端侧连接边都在板的内层表面上；在平板状侧多边形板中：两长侧、靠近阶梯状侧多边形板的端侧连接边都在板的内层表面，远离阶梯状侧多边形板的端侧连接边都在板的外层表面；同一侧多边形模块的阶梯状侧多边形板和平板状侧多边形板的相邻端侧连接边通过转动副相互连接；不同侧多边形模块的两个阶梯状侧多边形板的相邻端侧连接边通过转动副相互连接，不同侧多边形模块的平板状侧多边形板的相邻端侧连接边通过转动副相互连接，使得两个侧多边形模块围成一个正棱柱的侧表面。

4.根据权利要求3所述的可折叠的单自由度多边形棱柱结构，其特征在于：每个底多边形组件由前底多边形板、后底多边形板组成两片底多边形板；每个底多边形板有两个连接边分别为侧连接边和底连接边，都分布在板的内表面，并且所有底多边形板的两连接边所成角度相等；同一底多边形组件的前底多边形板、后底多边形板的底连接边通过转动副相互连接，使得同一底多边形模块的四个底多边形板的侧连接线始终在同一面上；前底多边形板的侧连接边均通过转动副和同侧阶梯状侧多边形板的对应长侧连接边连接，后底多边形板的侧连接边均通过转动副和同侧平板状侧多边形板的对应长侧连接边连接。

5.根据权利要求4所述的可折叠的单自由度多边形棱柱结构，其特征在于：连接同一底多边形组件的前底多边形板与后底多边形板之间的转动副轴线、前底多边形板和与其连接的阶梯状侧多边形板的转动副轴线、后底多边形板和与其连接的平板状侧多边形板的转动副轴线在折叠过程中始终交于一点，该点交汇在上述两片侧多边形板的转动副轴线上端或下端。

6.根据权利要求4所述的可折叠的单自由度多边形棱柱结构，其特征在于：同一底多边形模块在完全展开后，四片底多边形板组成筝形或等腰三角形。

7.根据权利要求4所述的可折叠的单自由度多边形棱柱结构，其特征在于：转动副为铰链、合页、轴承中的一种。

8.一种如权利要求1-7任一所述的可折叠的单自由度多边形棱柱结构的工作方法，其特征在于，按以下步骤进行：

（1）折叠后：阶梯状侧多边形板的中间层表面和平板状侧多边形板内层表面之间没有干涉，当阶梯状侧多边形板的内层表面与中间层表面的距离等于平板状侧多边形板板厚时，棱柱完全折叠后，多边形棱柱阶梯状侧多边形板的中间层表面和平板状侧多边形板的内层表面完全贴合，完全折叠后形成多边形厚板；

（2）展开后：多边形棱柱在完全展开后形成具有自锁功能的完全封闭的多边形棱柱。