可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构及其扩展方法技术

本发明专利技术涉及一种可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构及其扩展方法，包括多种等腰三角形模块和多种六边形模块，且任意一种六边形模块的上、下底边平行且距离相等；等腰三角形模块的三条边均为连接边，六边形模块的上、下底边为连接边，且六边形模块的上、下腰边中分别只有一条为连接边，且两条边不相邻；当连接边处于剪纸结构非边缘时须连接且仅连接两个相邻模块；处于非边缘的等腰三角形模块的底连接边与另一个等腰三角形模块的底连接边相连，且这两个等腰三角形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的上底连接边与另一个六边形模块的上底连接边相连，处于非边缘的六边形模块的下底连接边与另一个六边形模块的下底连接边相连，且这两个六边形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的右下腰连接边与另一个等腰三角形模块的左腰连接边相连，处于非边缘的六边形模块的左下腰连接边与另一个等腰三角形模块的右腰连接边相连。该剪纸结构具有可展性能，折展过程为单自由度。折展过程为单自由度。折展过程为单自由度。

【技术实现步骤摘要】
可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构及其扩展方法


[0001]本专利技术涉及一种可无限扩展剪纸结构，尤其涉及一种可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构及其扩展方法。

技术介绍

[0002]近年来，许多工程师将折纸应用到实际工程应用中，例如航天器的太阳能板、可折展的家居、以及便携帐篷等，其特点在于整体可以在二维平面状态与三维状态之间转换，变换过程为单自由度，使得变化时更加简单便利。未被利用时可以以较小的空间占用状态进行储藏、运输。折纸结构大多是一张完整的二维平面，默认为是没有厚度的板件，但是应用中是需要考虑板件厚度的影响，使得很多的折纸结构无法在实际工程中得到应用。如今众多研究人员也在功课厚板折纸这一难题，亟待有新类型的折纸结构问世。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构及其扩展方法，该剪纸结构具有可展性能，折展过程为单自由度。
[0004]本专利技术的技术方案在于：一种可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构，包括多种等腰三角形模块和多种六边形模块，且任意一种六边形模块的上、下底边平行且距离相等；等腰三角形模块的三条边均为连接边，六边形模块的上、下底边为连接边，且六边形模块的上、下腰边中分别只有一条为连接边，且两条边不相邻；当连接边处于剪纸结构非边缘时须连接且仅连接两个相邻模块；处于非边缘的等腰三角形模块的底连接边与另一个等腰三角形模块的底连接边相连，且这两个等腰三角形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的上底连接边与另一个六边形模块的上底连接边相连，处于非边缘的六边形模块的下底连接边与另一个六边形模块的下底连接边相连，且这两个六边形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的右下腰连接边与另一个等腰三角形模块的左腰连接边相连，处于非边缘的六边形模块的左下腰连接边与另一个等腰三角形模块的右腰连接边相连；依次连接形成单闭环的4个六边形模块和2个等腰三角形模块产生1个镂空四边形；展开呈平面状态下，多个镂空四边形呈现“X”字型排布。
[0005]进一步地，等腰三角形模块与六边形模块应满足下述条件：六边形模块的左底角与其相邻的等腰三角形模块的右底角互补，六边形模块的右底角与其相邻的等腰三角形模块的左底角互补；连接时，任意等腰三角形模块的左腰连接边与其相连的六边形模块的右下腰连接边等长，任意等腰三角形模块的右腰连接边与其相连的六边形模块的左下腰连接边等长。
[0006]进一步地，所有模块均通过转动副活动连接，且连接边两两重合；展开呈平面状态下所有六边形模块的底连接边与相邻的所有等腰三角形模块的底连接边平行或共线，且沿垂直于底连接边方向上为同一种的三角形或六边形模块。
[0007]进一步地，展开呈平面状态下两个完全相同的等腰三角形模块、两个完全相同的
一种六边形模块和两个完全相同的另一种六边形模块组合成可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构的基础单元；基础单元中两个等腰三角形模块不相邻。
[0008]进一步地，可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构的扩展方法，展开呈平面状态下，基础单元沿平行底连接边方向进行横向错位扩展，同时沿垂直底连接边方向进行纵向扩展。
[0009]进一步地，展开呈平面状态下，在拓展的结构中，每个等腰三角形模块和六边形模块均构成单个连接单元；当任意一个连接单元运动模式为Miura
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ori模式时，其纵向拓展的任意连接单元与其运动模式相同，其横向错位拓展的任意连接单元的运动模式为两个方向运动的Miura
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ori模式中的任意一种；当任意一个连接单元运动模式为有且仅有底连接边处转动副运动的模式时，其纵向拓展的任意连接单元可保持平面状态或与其运动模式相同，其横向错位拓展的任意连接单元与其相邻的纵向拓展的基础单元连接处的转动的运动模式相同；当任意一个连接单元运动模式为所有转动副运动的模式时，其结构中的任意连接单元均与其运动模式相同。
[0010]进一步地，展开呈平面状态下，整体结构存在运动分叉，折展过程为单自由度的运动模式有两类：其中一类单自由度运动模式呈Miura
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ori模式，另一类折展呈波浪状结构。
[0011]进一步地，当等腰三角形模块和六边形模块均只有一种，且此时的六边形模块中心对称时，同样满足以上运动规律；当且仅当六边形模块的左、右腰角小于或等于等腰三角形模块的顶角时，折展呈波浪状结构可以完全折叠呈新的二维平面。
[0012]与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点：1. 该剪纸结构简单，具有可展性能，折展过程为单自由度，由具有3个连接边的等腰三角形模块与具有4个连接边中心对称的六边形模块相互连接而成，可根据用户的需求来拼接单元，可适用于长尺度空间可展。整体结构可以从二维平面纸板变换为波浪状三维结构，再从三维结构变换成新的二维平面状态。三维立体状态可用作三明治板中的可动夹心层，二维状态与三维状态的相互转换可便于运输、储藏。
[0013]2. 该剪纸结构不同与以往的折纸结构，在于在二维平面上剪出规律的窗花，使窗花中的空洞能够在折展过程中克服干涉问题，或者利用其干涉，使结构得到新的应用，也为厚板折纸提供新的折纸思路。该结构折展过程中的三维波浪状结构，可用作组成三明治板中的可动夹心层。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的结构平面状态示意图；图2是本专利技术的结构折展状态示意图；图3是本专利技术的具有3个连接边的等腰三角形模块结构示意图；图4是本专利技术的特殊的具有4个连接边中心对称的六边形模块结构示意图；图5是本专利技术的基础单元结构示意图；图6是本专利技术实施例中完全展开呈平面状态的机构示意图；图7是本专利技术实施例中折叠呈波浪状的管状结构示意图；图8 是本专利技术实施例中多个单元拓展的折叠呈波浪状的管状结构示意图；图9是本专利技术实施例中完全折叠呈新的二维平面状态结构示意图；
图10是本专利技术实施例中折叠呈类Miura状结构示意图；图中：AB
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三角形连接单元的连接边、BC
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三角形连接单元的连接边、AC
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三角形连接单元的连接边、DE
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六边形连接单元的连接边、EF
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六边形连接单元的连接边、FG
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六边形连接单元的非连接边、GH
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六边形连接单元的连接边、HI
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六边形连接单元的非连接边、ID
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六边形连接单元的连接边；T1
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第一三角形连接单元、T2
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第二三角形连接单元、T3
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第三三角形连接单元、T4
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第四三角形连接单元、T5
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第五三角形连接单元、T6
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第六三角形连接单元、T7
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第七三角形连接单元、T8
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第八三角形连接单元、H1
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第一六边形连接单元、H2
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第二六边形连接单元、H3
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第三六边形连接单元、H4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构，其特征在于，包括多种等腰三角形模块和多种六边形模块，且任意一种六边形模块的上、下底边平行且距离相等；等腰三角形模块的三条边均为连接边，六边形模块的上、下底边为连接边，且六边形模块的上、下腰边中分别只有一条为连接边，且两条边不相邻；当连接边处于剪纸结构非边缘时须连接且仅连接两个相邻模块；处于非边缘的等腰三角形模块的底连接边与另一个等腰三角形模块的底连接边相连，且这两个等腰三角形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的上底连接边与另一个六边形模块的上底连接边相连，处于非边缘的六边形模块的下底连接边与另一个六边形模块的下底连接边相连，且这两个六边形模块完全相同；处于非边缘的六边形模块的右下腰连接边与另一个等腰三角形模块的左腰连接边相连，处于非边缘的六边形模块的左下腰连接边与另一个等腰三角形模块的右腰连接边相连；依次连接形成单闭环的4个六边形模块和2个等腰三角形模块产生1个镂空四边形；展开呈平面状态下，多个镂空四边形呈现“X”字型排布。2.根据权利要求1所述的可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构，其特征在于，等腰三角形模块与六边形模块应满足下述条件：六边形模块的左底角与其相邻的等腰三角形模块的右底角互补，六边形模块的右底角与其相邻的等腰三角形模块的左底角互补；连接时，任意等腰三角形模块的左腰连接边与其相连的六边形模块的右下腰连接边等长，任意等腰三角形模块的右腰连接边与其相连的六边形模块的左下腰连接边等长。3.根据权利要求2所述的可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构，其特征在于，所有模块均通过转动副活动连接，且连接边两两重合；展开呈平面状态下所有六边形模块的底连接边与相邻的所有等腰三角形模块的底连接边平行或共线，且沿垂直于底连接边方向上为同一种的三角形或六边形模块。4.根据权利要求1、2或3所述的可无限扩展单自由度波浪状剪纸结构，其特征在于，展开呈平面状态下两个完全相同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨富富，林维炜，陈昆精，张俊，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：