一種采用滾動鉸鏈的可折疊厚板結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種可折疊結(jié)構(gòu)，更具體的說，是涉及一種采用滾動鉸鏈的可折疊厚板結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]折紙是一門具有悠久歷史的藝術(shù)，其本質(zhì)是將二維的平面材料折疊成三維結(jié)構(gòu)。近年來，根據(jù)折紙的折展以及快速、低成本的制造等特性，出現(xiàn)了多種可折疊可展開的工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用，例如用于太陽能帆板、可開合屋頂結(jié)構(gòu)以及機器人等領(lǐng)域。這些應(yīng)用將折紙模型的板簡化為零厚度的剛性體，將折紙模型的折痕簡化為鉸鏈來進行運動分析，然而在實際應(yīng)用中，板的厚度不能忽略，因而折紙模型實物的運動情況與理論分析的結(jié)果存在較大誤差并會產(chǎn)生物理干涉的問題。陳焱教授提出了將厚板折紙模型等效為過約束機構(gòu)來進行分析和設(shè)計的理論，從而解決了上述問題。過約束機構(gòu)是一類有一百多年歷史的特殊機構(gòu)，該機構(gòu)僅由轉(zhuǎn)動副連接，制造簡單，成本低，可靠性高，且具有單個自由度，運動控制簡單。該機構(gòu)幾何上的過約束性使其具有高剛性，然而也對鉸鏈的精度和裝配有很高要求，鉸鏈的誤差會導(dǎo)致運動無法精確控制、摩擦阻力大等問題。尤其對于厚板折紙結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動副裝配存在困難。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種采用滾動鉸鏈連接的可折疊厚板結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有單個自由度，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的折疊和展開過程進行單自由度的精確控制，折展比率大，結(jié)構(gòu)和安裝簡單，折疊與展開的摩擦力小。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]—種采用滾動鉸鏈的可折疊厚板結(jié)構(gòu)，存在三個相互垂直的對稱平面，分別為第一對稱平面、第二對稱平面、第三對稱平面，包括通過滾動鉸鏈相互連接的六個厚板單元，分別為第一厚板單元、第二厚板單元、第三厚板單元、第四厚板單元、第五厚板單元、第六厚板單元，所述滾動鉸鏈包括設(shè)置在所述厚板單元上的連接結(jié)構(gòu)，所述第一厚板單元、第三厚板單元、第四厚板單元、第六厚板單元上均設(shè)置有兩個連接結(jié)構(gòu)，所述第二厚板單元、第五厚板單元上均設(shè)置有三個連接結(jié)構(gòu)，所述連接結(jié)構(gòu)由與所述厚板單元一體形成的圓角構(gòu)成，所述圓角上設(shè)置有用于通過柔性絲線連接所述連接結(jié)構(gòu)的通孔和凹槽；
[0006]所述第一厚板單元、第三厚板單元、第四厚板單元和第六厚板單元均為四邊形結(jié)構(gòu)，所述第二厚板單元和第五厚板單元均為等腰梯形結(jié)構(gòu)，所述第一厚板單元與所述第六厚板單元關(guān)于所述第一對稱平面對稱，所述第二厚板單元與所述第五厚板單元關(guān)于所述第一對稱平面對稱，所述第三厚板單元與所述第四厚板單元關(guān)于所述第一對稱平面對稱，所述第一厚板單元與所述第三厚板單元關(guān)于所述第二對稱平面對稱，所述第四厚板單元與所述第六厚板單元關(guān)于所述第二對稱平面對稱，所述第二厚板單元自身關(guān)于所述第二對稱平面對稱，所述第五厚板單元自身關(guān)于所述第二對稱平面對稱。
[0007]所述圓角的半徑小于等于所述厚板單元厚度的一半。
[0008]所述圓角為四分之一圓角或半圓角。
[0009]所述柔性絲線由釣魚線或鋼絲繩構(gòu)成。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)方案所帶來的有益效果是:
[0011](— )本實用新型為具有單一自由度的可折疊厚板結(jié)構(gòu)，可通過一個驅(qū)動實現(xiàn)厚板的折疊與展開，安裝及使用方便；
[0012](二)本實用新型具有較大的折展比率，折疊后面積可以縮至最小，便于運輸和保存；
[0013](三)本實用新型中滾動鉸鏈包括設(shè)置在所述厚板單元上的連接結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)由與所述厚板單元一體形成的圓角構(gòu)成，所述圓角上設(shè)置有用于通過柔性絲線連接所述連接結(jié)構(gòu)的通孔和凹槽;這種設(shè)置運動精度高、摩擦力小且連接方式安裝簡單，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的折疊與展開精確控制，并可重復(fù)使用，還可應(yīng)用于小型機器人等領(lǐng)域；
[0014](四)本實用新型中厚板單元所具有的剛度、滾動鉸鏈連接的高精度以及過約束機構(gòu)自身的幾何過約束增強了本結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性；
[0015](五)本實用新型可根據(jù)實際需求設(shè)計厚板單元的形狀和尺寸。
【附圖說明】
[0016]圖1-1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖1-2是圖1-1的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2-1至圖2-6為圖1-1和圖1-2中六個厚板單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本實用新型所提供的滾動鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4-1至圖4-4為圖1-1所示的采用滾動鉸鏈的可折疊厚板結(jié)構(gòu)的折疊過程示意圖。
[0021]附圖標(biāo)記:
[0022]X-第一對稱平面Y-第二對稱平面Z-第三對稱平面；
[0023]1-第一厚板單元2-第二厚板單元3-第三厚板單元4-第四厚板單元5-第五厚板單元6-第六厚板單元
[0024]Rl-第一滾動鉸鏈R2-第二滾動鉸鏈R3-第三滾動鉸鏈R4-第四滾動鉸鏈R5-第五滾動鉸鏈R6-第六滾動鉸鏈R7-第七滾動鉸鏈
[0025]Cij-第i厚板單元中第j連接結(jié)構(gòu)(i = l，2，3，…，6; j = l，2，3)
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述:
[0027]如圖1-1和圖1 - 2所示的一種采用滾動鉸鏈的可折疊厚板結(jié)構(gòu)，包括六個厚板單元，分別為第一厚板單元1、第一厚板單元2、第三厚板單元3、第四厚板單元4、第五厚板單元
5、第六厚板單元6。六個厚板單元由滾動鉸鏈相互連接，分別為第一滾動鉸鏈R1、第二滾動鉸鏈R2、第三滾動鉸鏈R3、第四滾動鉸鏈R4、第五滾動鉸鏈R5、第六滾動鉸鏈R6、第七滾動鉸鏈R7。
[0028]滾動鉸鏈包括設(shè)置在所述厚板單元上的連接結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖2-1至圖2-6所示，第一厚板單元1、第三厚板單元3、第四厚板單元4、第六厚板單元6上均設(shè)置有兩個連接結(jié)構(gòu)，分別為第一連接結(jié)構(gòu)、第二連接結(jié)構(gòu)，第二厚板單元2、第五厚板單元5上均設(shè)置有三個連接結(jié)構(gòu)，分別為第一連接結(jié)構(gòu)、第二連接結(jié)構(gòu)、第三連接結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)由與厚板單元一體形成的圓角構(gòu)成，每一個連接結(jié)構(gòu)的圓角為半圓角或四分之一圓角，本實施例中每個連接結(jié)構(gòu)均包含一個相同半徑的四分之一圓角，該圓角半徑不大于厚板單元最大厚度的一半，相對應(yīng)的圓角的軸線分別為第一連接結(jié)構(gòu)軸線、第二連接結(jié)構(gòu)軸線、第三連接結(jié)構(gòu)軸線。
[0029]第一厚板單元I輪廓為四邊形，第一連接結(jié)構(gòu)CU與第二連接結(jié)構(gòu)C12分別沿著四邊形相鄰兩邊設(shè)置，長度與相應(yīng)邊長相等，這兩條邊形成的四邊形內(nèi)角為鈍角a，C12的對邊與Cl I形成的四邊形內(nèi)角為α-JT，其余兩個四邊形內(nèi)角均為直角。第二厚板單元2輪廓為等腰梯形，其四條邊分別為上底邊、下底邊、第一腰邊、第二腰邊，第一連接結(jié)構(gòu)C21、第二連接結(jié)構(gòu)C22、第三連接結(jié)構(gòu)C23分別沿著下底邊、第一腰邊、第二腰邊設(shè)置，且長度與相應(yīng)邊長相等，第一腰邊與下底邊形成的等腰梯形內(nèi)角為η-a。第一厚板單元I與第六厚板單元6關(guān)于第一對稱平面I對稱，第二厚板單元2與第五厚板單元5關(guān)于第一對稱平面I對稱，第三厚板單元3與第四厚板單元4關(guān)于第一對稱平面對稱I，第一厚板單元I與第三厚板單元3關(guān)于第二對稱平面對稱2，第四厚板單元4與第六厚板單元6關(guān)于第二對稱平面2對稱，第二厚板單元2自身關(guān)于第二對稱平面2對稱，所述第五厚板單元5自身關(guān)于第二對稱平面2對稱。
[0030]第一厚板單元I的第一連接結(jié)構(gòu)CU與第二厚板單元2的第一連接結(jié)構(gòu)C21通過第一滾動鉸鏈R