一种菱形十二面体的空间可展耦合机构

摘要

一种菱形十二面体的空间可展耦合机构，涉及机构学应用技术领域，尤其涉及了一种具有可展折叠机构的航天机器人领域。本发明基于菱形十二面体结构组成框架的特点，采用一种对称耦合机构的技术方案。根据组成多面体几何要素的特点，一个菱形十二面体包含二十四条棱、十四个顶点，十四个顶点中，有八个为三个钝角组成的公共顶点，有六个由四个锐角组成的公共顶点；二十四条棱中，每条棱的两端分别连接十四个顶点中的不同种类顶点，十二面体为十二个完全相同菱形围成，每个菱形的对角线之比为该机构具有工作空间大、结构灵巧、可展开折叠的多样化特点，为国内企业及研究机构提供专利信息和技术支持。

主权项

一种菱形十二面体的空间可展耦合机构，其特征在于：本机构基于菱形十二面体结构组成框架的特点，采用一种对称耦合机构的技术方案；根据组成多面体几何要素的特点，一个菱形十二面体包含二十四条棱、十四个顶点，十四个顶点中，有八个为三个钝角组成的公共顶点，有六个由四个锐角组成的公共顶点；二十四条棱中，每条棱的两端分别连接十四个顶点中的不同种类顶点，十二面体为十二个完全相同菱形围成，每个菱形的对角线之比为将由三个钝角组成的公共顶点和由四个锐角组成的公共顶点，分别看作一类几何要素；由三个钝角组成的顶点分别表示为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，由四个锐角组成的顶点分别表示为B1、B2、B3、B4、B5、B6；由三个钝角组成的八个顶点以正三角形构件作为节点构件，由四个锐角组成的六个顶点以菱形构件作为节点构件；用二十四个两杆三转动副杆组代替菱形十二面体的二十四条棱边，两杆三转动副杆组简称为杆组；根据菱形十二边形所有棱边和顶点的几何结构特点，用二十四个杆组连接十四个节点构件得到耦合机构；每个杆组由两个二副杆串联得到，所述二副杆均为结构相同的同一类连接杆件，每个二副杆包含的两个连接运动副为转动副，并且这两个转动副轴线相平行，与二副杆本身垂直；选择正三角形构件为动平台和定平台，用D1代表定平台，M1代表动平台，则该机构包括定平台、动平台以及连接定平台与动平台的三个分支和三个耦合支链单元，每一个耦合支链单元包含四个杆组和一个等边三角形节点构件，三个分支包括第一分支、第二分支、第三分支，三个耦合支链单元包括第一耦合支链单元、第二耦合支链单元、第三耦合支链单元；每个耦合支链单元与其中两个相邻分支连接，三个分支和三个耦合支链单元间隔连接形成网状耦合结构；将除去动平台和定平台外的六个等边三角形构件和六个菱形构件均定义为节点构件，与动平台直接连接的三个节点构件对应各自所在的分支，分别为动平台的第一节点构件(L1)、动平台的第二节点构件(L2)、动平台的第三节点构件(L3)，与定平台直接连接的三个节点构件对应各自所在的分支，分别为定平台的第一节点构件(L4)、定平台的第二节点构件(L5)、定平台的第三节点构件(L6)；第一分支包括动平台的第一杆组(G11)、动平台的第一节点构件(L1)、第一分支的第二杆组(G12)、三角形的第六节点构件(S6)、第一分支的第三杆组(G13)、定平台第一节点构件(L4)、第一分支的第四杆组(G14)；其中第一分支的第一杆组(G11)与第一分支的第二杆组(G12)通过动平台的第一节点构件(L1)用转动副连接，第一分支的第二杆组(G12)与第一分支的第三杆组(G13)通过三角形的第六节点构件(S6)用转动副连接，第一分支的第三杆组(G13)与第一分支的第四杆组(G14)通过定平台的第一节点构件(L4)用转动副连接，第一分支的第四杆组(G14)与定平台通过转动副连接，第一分支表示为简单串联运动链‑G11‑L1‑G12‑S6‑G13‑L4‑G14‑；第二分支包括动平台的第二杆组(G21)、动平台的第二节点构件(L2)、第二分支的第二杆组(G22)、三角形的第二节点构件(S2)、第二分支的第三杆组(G23)、定平台的第二节点构件(L5)、第二分支的第四杆组(G24)；动平台的第二杆组(G21)与第二分支的第二杆组(G22)通过动平台的第二节点构件(L2)用转动副连接，第二分支的第二杆组(G22)与第二分支的第三杆组(G23)通过三角形的第二节点构件(S2)用转动副连接，第二分支的第三杆组(G23)与第二分支的第四杆组(G24)通过定平台的第二节点构件(L5)用转动副连接，第二分支的第四杆组(G24)与定平台通过转动副连接，第二分支表示为简单串联运动链‑G21‑L2‑G22‑S2‑G23‑L5‑G24‑；第三分支包括动平台的第三杆组(G31)、动平台的第三节点构件(L3)、第三分支的第二杆组(G32)、三角形的第四节点构件(S4)、第三分支的第三杆组(G33)、定平台的第三节点构件(L6)、第三分支的第四杆组(G34)；动平台的第三杆组(G31)与第三分支的第二杆组(G32)通过定平台的第三节点构件(L6)用转动副连接，第三分支的第二杆组(G32)与第三分支的第三杆组(G33)通过三角形的第四节点构件(S4)用转动副连接，第三分支的第三杆组(G33)与第三分支的第四杆组(G34)通过定平台的第三节点构件(L6)用转动副连接，第三分支的第四杆组(G34)与定平台通过转动副连接，第三分支表示为简单串联运动链‑G31‑L3‑G32‑S4‑G33‑L6‑G34‑。