本项创新技术介绍了一种新型的大尺度空间展开单元与结构,该结构采用折纸原理设计。单元由四块长板和四块短板构成,分为两组折展单元。在第一折展单元中,一块短板一端与长板中部铰接,另一端与另一长板侧面下端铰接;另一块短板则与第二长板中部铰接,与第一长板上端铰接。所有铰接轴连线汇聚于折展中心点。第二折展单元结构与第一单元相同,且以折展中心点为轴对称翻转。单元间部分板体可旋转连接,实现整体连接。该技术具有轻质、结构稳定和控制系统可靠的特点,能实现大尺度空间结构的折叠与展开,具有显著的技术优势。
背景技术
空间可折展结构是可以在需要时进行折叠或展开的结构,是近几年研究开发的热点,尤其是大尺度可折展结构,其具备的高折展比、高精度、质量轻、高刚度等特性应用更加广泛,这种结构通常被用于建筑设计、航空航天器和科学研究等领域,这些结构的设计考虑到了材料的强度、稳定性和耐久性,以确保它们在使用中能够承受不同的负荷和环境条件。大尺度的可折展结构通常采用计算机辅助设计和机器人制造技术来制造,以确保结构的精度和可重复性,将其应用于航天应用卫星领域能极大程度地发挥优势,比如卫星通信需要天线接收和发送信号,而大尺度可折展结构可以使卫星的天线在发射前折叠,然后在轨道上展开,减小卫星的发射尺寸,提高发射效率,并在轨道上获得更大的有效天线尺寸,从而提供更好的通信性能。而现有的大尺度可展开机构大多是复杂耦合机构,是多输出多自由度构建的,杆件结构的数量多、杆与杆之间相互连接关系错综复杂、存在着大量运动学冗余,容易发生卡死、变形甚至失效等现象,任意一个故障(如杆件干涉、机构奇异等问题)都会导致在太空环境下的航天机构无法完成设定中的收拢和展开动作。
申请号为“CN20201510071682.X”,名称为“一种扭簧驱动的小卫星星载可展开平面结构及其安装方法”的发明专利申请,公开了一种扭簧驱动的小卫星星载可展开平面结构,主体为薄壁杆件,所述小卫星星载可展开平面结构包括等边三角形展开单元,所述等边三角形展开单元包括薄壁杆件、节点、接头、扭簧和销轴,且相邻的等边三角形展开单元之间利用不同的节点拼接。该专利虽然能实现折叠率高、可靠性高、展开快速高效、能够适合于小卫星的可展开平面结构构成的工作平台及其安装方法,但结构十分复杂,折展结构中等边三角形展开单元多样,制造难度大,精度高,而且只适用于小卫星,对于一部分卫星星载驱动并不能普遍应用。
申请号为“CN202310059168.9”,名称为“单自由度平面二维大尺度空间折展单元及大尺度可展开装置”的发明专利,大尺度空间折展单元为对称的四棱柱多闭环机构,其包括平行设置的两个平台,两个平台之间连接有驱动支链,位于大尺度空间折展单元的中心轴线上且具有圆柱副。该发明具有良好的对称性,同时具有高刚度、轻量化、结构可靠性高、单自由度和驱动系统简单诸多优点,但该结构零件繁多、装配起来较为复杂,对驱动副的类型及位置布置并不能达到能使大尺度机构顺利展开的目的。
实现思路