基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法技术

本发明专利技术公开一种基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法，属于空间可折展机构领域。由M×N个等腰梯形截面直四棱柱机构构成了拟合柱面的整体机构，整体机构自由度为1，折叠后呈束状；整体机构展开后其上的拟合点位于柱面上，柱面的准线方向有M个等腰梯形截面直四棱柱机构，相邻等腰梯形截面直四棱柱机构以共用矩形单元的方式连接；柱面的母线方向有N个等腰梯形截面直四棱柱机构，相邻等腰梯形截面直四棱柱机构以共用等腰梯形单元的方式连接。本发明专利技术可实现圆柱面、椭圆柱面、抛物柱面等多种柱面的拟合，拟合方法简单；整体机构运动控制简单，折叠后结构紧凑，展开后结构稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法
本专利技术属于空间可折展机构领域，具体涉及基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法。
技术介绍
柱面，因其具有优美柔和的外形和特殊的物理性质，在建筑结构、无线传输等行业广泛应用，譬如，建筑物的弧形穹顶，地面雷达或卫星天线的功能形面。可折展机构具有折叠和展开两种形态，折叠时占用体积小，刚度和强度高，便于运输；展开时，能够形成预定的结构形式；譬如，移动展厅、临时帐篷、便携雷达天线、大口径折展天线、大型伸展臂、太阳能帆板等。在航天工程领域，常将柱面和可折展机构相融合，即利用可折展机构拟合所需柱面。譬如，大型星载抛物柱面天线，因火箭运载运力所限，天线在运载过程中处于收拢状态，入轨后再展开形成抛物柱面。在大型空间可展开天线设计领域，主要采用刚性面、机构杆件端点、柔性绳索三种方式拟合柱面。一种模块化空间抛物柱面折展天线机构(授权公告号：CN104009278B)公开了一种模块化空间抛物柱面折展天线机构，通过多个展开后外形为抛物线的固面拟合抛物柱面，具有机构自由度不为1、运动控制复杂的缺点。高刚度可收展抛物柱面天线(授权公告号：CN109004331B)公开了一种可收展抛物柱面天线，其通过安装在可收展支撑架上网面撑杆的端点作为拟合点，从而间接拟合抛物柱面，具有拟合方法复杂的缺点；以此为基础，该团队于2019年在AdvancesinStructuralEngineering发表的Modellingandanalysisforacylindricalnet-shelldeployablemechanism中对该天线进行改进，使拟合点直接位于可折展机构上，具有拟合点分布不均匀的缺点。一种可折叠柱面网壳结构、一种具有刚性撑杆的可折叠柱面膜结构(授权公告号：CN105756192B、CN105888071B)公开了一种利用剪叉机构组成四棱锥基本单元，再组网成可拟合圆柱面的机构，但机构折叠后不为束状，具有收纳空间大的缺点。一种新型双层剪式抛物柱面可展开桁架天线装置(申请公告号：CN108649314A)公开了一种利用双层剪式机构拟合圆柱面的方法，但是该机构折叠后，相邻组件间仍有较大空隙，具有结构不紧凑的缺点。一种基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置(授权公告号：CN109149119B)公开了一种使用编织成抛物柱面形的支撑索网拟合抛物柱面的方法，但索网具有稳定性差的缺点。可展开网状抛物柱面天线(授权公告号：CN103354303B)公开了一种网状抛物柱面天线，通过机构展开使柔索紧绷，从而拟合抛物柱面，但是柔索具有稳定性差的缺点。综上，现有可折展机构拟合柱面的技术具有以下不足：(1)拟合柱面种类少，主要为圆弧柱面、抛物柱面，应用领域窄；(2)在可折展机构上附加杆件或柔索拟合柱面的方法，具有拟合方法复杂、稳定性差的缺点；(3)机构折叠后不紧凑。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中拟合柱面种类少、拟合方法复杂、稳定性差、机构折叠后不紧凑的缺点，提出基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法。本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法，通过M×N个等腰梯形截面直四棱柱机构构成拟合柱面的整体机构；柱面的准线方向有M≥2个等腰梯形截面直四棱柱机构，相邻等腰梯形截面直四棱柱机构以共用矩形单元的方式连接；柱面的母线方向有N≥1个等腰梯形截面直四棱柱机构，相邻等腰梯形截面直四棱柱机构以共用等腰梯形单元的方式连接；整体机构自由度为1，折叠后呈束状。本专利技术的优点在于：1、本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法，使用一类机构单元即可构成拟合圆柱面、椭圆柱面、抛物柱面等多种柱面的整体机构，拟合柱面种类多、拟合方法简单；2、本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法，整体机构自由度为1，运动控制简单，且折叠后呈束状，结构紧凑，方便储存和运输；展开后为双层，具有良好的强度和刚度，整体稳定性高。附图说明图1为本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法构成的整体机构示意图。图2为本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法中涉及到的等腰梯形截面直四棱柱机构示意图。图3为等腰梯形截面直四棱柱机构中等腰梯形单元示意图；图4为等腰梯形截面直四棱柱机构中矩形单元示意图；图5为等腰梯形单元中转动副B与转动副D夹角示意图；图6为单个等腰梯形截面直四棱柱机构折叠过程示意图；图7为单个等腰梯形截面直四棱柱机构折叠完毕后示意图；图8为本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法构成的整体机构折叠过程示意图。图9为本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法构成的整体机构折叠完毕后示意图。图10为多个等腰梯形截面直四棱柱机构拟合抛物柱面示意图；图11为本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法中涉及的Ⅰ型连接件结构示意图；图12为本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法中涉及的Ⅱ型连接件结构示意图。图中：1-等腰梯形截面直四棱柱机构101-等腰梯形单元102-矩形单元2-连接体A3-连接体B4-连接环A5-连接环B6-上部连接体7-中部连接体8-上连接头9-中连接头10-限位凸起具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施例作进一步详细描述。本专利技术基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法中，设计由M×N个等腰梯形截面直四棱柱机构1构成拟合柱面的整体机构，其中M≥2，N≥1，如图1所示。对于其中任意一个等腰梯形截面直四棱柱机构1，如图2所示，其具有两个呈镜面对称的等腰梯形单元101；两个等腰梯形单元间对应的夹角位置通过连杆连接，则在等腰梯形截面直四棱柱机构1两侧构成两个呈镜面对称的矩形单元102。如图3所示，在等腰梯形单元101中，顶边与底边连杆为由两段等长直杆构成的可折叠杆；两侧斜边连杆为直杆，夹角为θ∈[0,π)；且满足：L底＝L顶+L侧sin(θ/2)其中，L底为底边可折叠杆中直杆长度；L侧为两侧斜边连杆长度；L顶为顶边可折叠杆中直杆长度。上述等腰梯形单元101中，顶边与底边可折叠杆的转动副A与转动副B轴线相交；顶边可折叠杆两端与两侧斜边连杆顶端安装的转接件连接形成转动副C，底边可折叠杆两端与两侧斜边连杆底端安装的转接件连接形成转动副D；转动副C与转动副D的轴线均垂直于等腰梯形单元；且转动副C与转动副A的轴线在其公垂线的法平面内投影具有夹角；转动副D与转动副B的轴线在其公垂线的法平面内投影具有相等夹角，上述夹角均为α∈(0,π/2)，如图5所示。如图4所示，在矩形单元102中，顶边与底边连杆为可折叠杆，由两段等长直杆构成；其中顶边与底边可折叠杆的转动副E与转动副F轴线相交；矩形单元102两侧边连杆即为两个等腰梯形单元的斜边连杆；上述矩形单元102中，顶边可折叠杆两端分别与两个等腰梯形单元斜边连杆上端安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法，其特征在于：为M×N个等腰梯形截面直四棱柱机构构成拟合柱面的整体机构；柱面的准线方向有M≥2个等腰梯形截面直四棱柱机构，相邻等腰梯形截面直四棱柱机构以共用矩形单元的方式连接；柱面的母线方向有N≥1个等腰梯形截面直四棱柱机构，相邻等腰梯形截面直四棱柱机构以共用等腰梯形单元的方式连接；整体机构自由度为1，折叠后呈束状。/n

【技术特征摘要】
1.基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法，其特征在于：为M×N个等腰梯形截面直四棱柱机构构成拟合柱面的整体机构；柱面的准线方向有M≥2个等腰梯形截面直四棱柱机构，相邻等腰梯形截面直四棱柱机构以共用矩形单元的方式连接；柱面的母线方向有N≥1个等腰梯形截面直四棱柱机构，相邻等腰梯形截面直四棱柱机构以共用等腰梯形单元的方式连接；整体机构自由度为1，折叠后呈束状。


2.如权利要求1所述的基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法，其特征在于：每个等腰梯形截面直四棱柱机构中两个等腰梯形顶边与一侧边相交处定为拟合轴A；两个等腰梯形中顶边与另一侧边相交处定为拟合轴B；根据所拟合的具体柱面类型，在整体机构展开后各等腰梯形截面直四棱柱上的两组拟合轴中有一组或两组参与柱面的拟合，并形成双层的稳定结构。


3.如权利要求1所述的基于等腰梯形截面直四棱柱机构拟合柱面的方法，其特征在于：等腰梯形截面直四棱柱机构中包含两种类型连接件；其中，Ⅰ型连接件用于等腰梯形截面直四棱柱机构中等腰梯形单元、矩形单元的顶边与底边可折叠杆中两直杆间的连接，包括连接体A与连接体B，连接体A与连接体B末端分别安装于两直杆端部；连接体A与连接体B前端端部具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕胜男，姚鹏飞，张武翔，丁希仑，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11