1.本发明涉及可展机构领域，具体涉及一种可展单元构成的抛物柱面可展机构。
背景技术：
2.可展机构最初出现于上世纪六十年代，作为一种新型空间结构,该结构使用时展开、不用时可折叠收起。在折叠状态时，结构收拢在某一特定形状，在外界驱动力的作用下，结构逐步展开，达到完全展开的工作状态，然后锁定为稳定状态。近年来，从雨伞、可伸缩屋顶，到空间站可展天线、航天器太阳帆板，可展机构已应用于各个工程领域。可展机构通常采用模块化设计，即机构可以通过阵列可展模块得到，这种可展模块被成为可展单元。
3.目前的可展单元主要有两类：一类是研究较早的剪式铰单元，属刚性构件单元；另一类是由刚性杆和柔性索组成的单元，其中索起到稳定作用，在张力集成单元中，索在展开后承受拉力。其中，剪式铰单元折展比大，但将其组合得到特定的可展曲面较为困难。刚性杆和柔性索组成的可展单元结构稳定，组合得到的机构刚性好，但单元与单元连接时较为复杂。
4.现有技术存在如下不足。
5.1.现有技术的可展单元往往通过铰接杆件两端得到，这种可展单元组合而成的可展机构整体刚性较差，若通过增加杆件和铰链的尺寸来提高刚性则会损失一部分折展比及便携性，使机构的实用性受限。
6.2.现有技术的可展机构往往需要多个展开步骤，展开和收拢过程繁琐。
7.3.现有技术的可展单元往往由较多的杆件连接得到，虽然能实现较大的折展比，但容易发生错误折叠。
8.4.现有技术的可展单元往往由一种杆连接得到，由其组合得到的可展机构的结构、功能相对单一与弱化。
9.5.现有技术的可展单元在在收纳时，杆件往往分布较散乱，造成空间利用率不足，收纳性不强。
10.6.现有技术的可展单元往往由直杆组合得到，不易将其组合成可展曲面。
技术实现要素：
11.为了克服上述问题，本发明提出同时解决上述多种问题的方案。
12.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可展单元构成的抛物柱面可展机构；所述抛物柱面可展机构由若干可展单元组合而成，所述可展单元为上下对称结构，由第一等腰梯形件，第二等腰梯形件，第一直角梯形件，第二直角梯形件，第三等腰梯形件，第四等腰梯形件，第一矩形件，第二矩形件，第一铰链，第二铰链，第三铰链和第四铰链组成。
13.所述第一铰链连接所述第一等腰梯形件和所述第二等腰梯形件，且所述第一等腰梯形件和所述第二等腰梯形件关于所述第一铰链对称布置；所述第二铰链连接所述第一直角梯形件和所述第二直角梯形件，且所述第一直角梯形件和所述第二直角梯形件关于所述
第二铰链对称布置；所述第三铰链连接所述第三等腰梯形件和所述第四等腰梯形件，且所述第三等腰梯形件和所述第四等腰梯形件关于所述第三铰链对称布置；所述第四铰链连接所述第一矩形件和所述第二矩形件，且所述第一矩形件和所述第二矩形件关于所述第四铰链对称布置。
14.所述第一等腰梯形件呈等腰梯形，设置有6个铰接耳座，其中6个所述铰接耳座的轴线处于同一平面。
15.所述第一直角梯形件呈直角梯形，设置有12个所述铰接耳座，其中位于所述第一直角梯形件上底及两腰处的所述铰接耳座的轴线处于同一平面；所述第一直角梯形件倾斜腰处的所述铰接耳座与所述第一等腰梯形件一腰处的所述铰接耳座通过销轴形成转动连接；所述第一直角梯形件可顺时针转动靠近所述第一等腰梯形件。
16.所述第三等腰梯形件呈等腰梯形，设置有8个所述铰接耳座，其中位于所述第三等腰梯形件下底及两腰处的所述铰接耳座的轴线处于同一平面；所述第三等腰梯形件的一腰处的所述铰接耳座与所述第一直角梯形件竖直腰处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第三等腰梯形件可顺时针转动靠近所述第一直角梯形件。
17.所述第一矩形件呈矩形，设置有6个所述铰接耳座，其中位于所述第一矩形件长边及一宽边处的所述铰接耳座的轴线处于同一平面；所述第一矩形件长边处的所述铰接耳座与所述第三等腰梯形件的另一腰处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第一矩形件可顺时针转动靠近所述第三等腰梯形件。
18.所述第一铰链呈矩形，设置有8个所述铰接耳座，其中8个所述铰接耳座的轴线处于同一平面；所述第一铰链一长边处的所述铰接耳座与所述第一等腰梯形件下底处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第一铰链可顺时针转动靠近所述第一等腰梯形件。
19.所述第二铰链呈矩形，设置有2个所述铰接耳座，其中2个所述铰接耳座轴线处于同一平面；所述第二铰链一长边处的所述铰接耳座与所述第一直角梯形件上底处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第二铰链可逆时针转动靠近所述第一直角梯形件。
20.所述第三铰链通过其一长边处的所述铰接耳座与所述第三等腰梯形件下底处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第三铰链可逆时针转动靠近所述第三等腰梯形件。
21.所述第四铰链通过其一长边处的所述铰接耳座与所述第一矩形件一宽边处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第四铰链可逆时针转动靠近所述第一矩形件。
22.所述第二等腰梯形件下底处的所述铰接耳座与所述第一铰链另一长边处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第二等腰梯件可顺时针转动靠近所述第一铰链。
23.所述第二直角梯形件呈直角梯形，设置有12个所述铰接耳座，其中位于所述直角梯形件上底及两腰处的所述铰接耳座的轴线处于同一平面；所述第二直角梯形件上底处的所述铰接耳座与所述第二铰链另一长边上的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第二直角梯形件倾斜腰处的所述铰接耳座与所述第二等腰梯形件一腰处的所述铰接耳
座通过所述销轴形成转动连接；所述第二直角梯形件可逆时针转动靠近所述第二铰链和所述第二等腰梯形件。
24.所述第四等腰梯形件下底处的所述铰接耳座与所述第三铰链另一长边处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接，所述第四等腰梯形件一腰处的所述铰接耳座与所述第二直角梯形件竖直腰处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第四等腰梯形件可逆时针转动靠近所述第三铰链和第二直角梯形件。
25.所述第二矩形件呈矩形，设置有6个所述铰接耳座，其中位于所述第二矩形件长边及一宽边处的所述铰接耳座的轴线处于同一平面，所述第二矩形件一宽边处的所述铰接耳座与所述第四铰链另一长边处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接，所述第二矩形件长边处的所述铰接耳座与所述第四等腰梯形件另一腰处的所述铰接耳座通过所述销轴形成转动连接；所述第二矩形件可逆时针转动靠近所述第四铰链和所述第四等腰梯形件。
26.所述第一等腰梯形件与所述第一铰链转动连接的轴线、所述第一等腰梯形件与所述第一直角梯形件转动连接的轴线和所述第一直角梯形件与所述第二铰链转动连接的轴线交于一点；所述第一直角梯形件与所述第二铰链转动连接的轴线、所述第一直角梯形件与所述第三等腰梯形转动连接的轴线和所述第三等腰梯形件与所述第三铰链转动连接的轴线交于一点；所述第三等腰梯形件与所述第三铰链转动连接的轴线、所述第三等腰梯形件与所述第一矩形件转动连接的轴线和所述第一矩形件与所述第四铰链转动连接的轴线交于一点。
27.两个所述可展单元通过共用构件的方式相互连接得到层数为1的抛物柱面可展机构；其中，所述共用构件包括：所述第一等腰梯形件、所述第一铰链和所述第二等腰梯形件；两个所述可展单元组合得到的所述层数为1的抛物柱面可展机构为双对称结构；若干所述层数为1的抛物柱面可展机构通过第五铰链依次相连，组合得到所述抛物柱面可展机构；其中，所述第五铰链呈矩形，设置有2个所述铰接耳座，所述第五铰链中的2个所述铰接耳座轴线处于同一平面。
28.所述抛物柱面可展机构展开时，所述第一等腰梯形件和所述第二等腰梯形件绕所述第一铰链转动并彼此沿轴向相互远离，所述第一直角梯形件和所述第二直角梯形件绕所述第二铰链转动并彼此沿轴向相互远离，所述第三等腰梯形件和所述第四等腰梯形件绕所述第三铰链转动并彼此沿轴向相互远离，所述第一矩形件和所述第二矩形件绕所述第四铰链转动并彼此沿轴向相互远离；同时，位于同一层的两个所述可展单元将绕所述第一等腰梯形件和所述第二等腰梯形件转动并彼此沿径向相互远离；所述相互远离均同步发生；最终，所述抛物柱面可展机构从类方块的折叠状态展开成抛物柱面状态；此时，所述抛物柱面可展机构中的所述第一铰链、所述第二铰链、所述第三铰链、所述第四铰链和所述第五铰链的表面可拟合成特定的抛物柱面；所述抛物柱面可展机构的展开为单自由度运动。
29.进一步的，所述第一等腰梯形件、所述第二等腰梯形件、所述第一直角梯形件、所述第二直角梯形件、所述第三等腰梯形件、所述第四等腰梯形件、所述第一矩形件、所述第二矩形件均为一体式构件。
30.进一步的，所述铰接耳座呈圆柱状，其中心处均设置了容纳所述销轴的通孔结构。
31.进一步的，所述第一等腰梯形件和所述第二等腰梯形件的底边处均设置了45
°
的倒边结构，以消除所述抛物柱面可展机构收拢时的干涉。
32.进一步的，所述第一等腰梯形件与所述第二等腰梯形件结构相同。
33.进一步的，所述第三等腰梯形件与所述第四等腰梯形件结构相同。
34.进一步的，所述第二铰链、所述第三铰链和所述第四铰链件结构相同。
35.本发明具有以下有益效果。
36.1.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点1，本发明设计的抛物柱面可展机构通过铰接一体式的构件得到，铰接位置位于构件的侧边，且构件之间相互连接呈网状结构，极大地提高了可展机构的刚性，从而增加了可展机构的实用性。
37.2.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点2，本发明设计的抛物柱面可展机构在轴向展开的同时实现径向展开，展开与收拢为单自由度运动，有效简化了可展机构展开和收拢的过程，极大的提高了可展机构的部署和收拢的效率。
38.3.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点3，本发明设计的可展单元的构件数量较少，且各构件之间并联连接，展开与收拢运动过程稳定，不易发生错误折叠。
39.4.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点4，本发明设计的抛物柱面可展机构由不同的构件连接得到，且可以通过改变构件的几何参数得到不同参数的抛物柱面。
40.5.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点5，本发明设计的抛物柱面可展机构采用一体式构件，构件之间多为对称分布，机构在收纳时各构件位置分布有序且紧凑，具有较高的收纳性。
41.6.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点6，本发明设计的抛物柱面可展机构通过设定特殊的铰链布置方式，使得多个不同的平面构件组合得到可展曲面，且通过改变构件的几何参数得到不同的抛物柱面可展机构。
附图说明
42.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
43.图1是本发明可展单元的示意图。
44.图2是本发明可展单元展开时各构件的运动方向示意图。
45.图3是本发明可展单元完全收拢状态下的示意图。
46.图4是本发明可展单元完全展开状态下的示意图。
47.图5是本发明中i处铰接耳座间的铰接示意图。
48.图6是本发明抛物柱面可展机构完全收拢状态下的示意图。
49.图7是本发明抛物柱面可展机构完全展开状态下的示意图。
50.图8是本发明抛物柱面可展机构完全展开状态下的俯视图。
51.图中：101-第一等腰梯形件 102-第二等腰梯形件 201-第一直角梯形件 202-第二直角梯形件 111-第三等腰梯形件 112-第四等腰梯形件 301-第一矩形件 302-第二矩形件 401-第一铰链 402-第二铰链 403-第三铰链 404-第四铰链405-第五铰链 501-铰接耳座 502-销轴。
具体实施方式
52.本发明提出了一种可展单元构成的抛物柱面可展机构；所述抛物柱面可展机构由若干可展单元组合而成。
53.如图所示，所述可展单元为上下对称结构，由第一等腰梯形件101，第二等腰梯形件102，第一直角梯形件201，第二直角梯形件202，第三等腰梯形件111，第四等腰梯形件112，第一矩形件301，第二矩形件302，第一铰链401，第二铰链402，第三铰链403和第四铰链404组成；其中，所述第一等腰梯形件101、所述第二等腰梯形件102、所述第一直角梯形件201、所述第二直角梯形件202、所述第三等腰梯形件111、所述第四等腰梯形件112、所述第一矩形件301、所述第二矩形件302均为一体式构件；所述第一铰链401连接所述第一等腰梯形件101和所述第二等腰梯形件102，且所述第一等腰梯形件101和所述第二等腰梯形件102关于所述第一铰链401对称布置；所述第二铰链402连接所述第一直角梯形件201和所述第二直角梯形件202，且所述第一直角梯形件201和所述第二直角梯形件202关于所述第二铰链402对称布置；所述第三铰链403连接所述第三等腰梯形件111和所述第四等腰梯形件112，且所述第三等腰梯形件111和所述第四等腰梯形件112关于所述第三铰链403对称布置；所述第四铰链404连接所述第一矩形件301和所述第二矩形件302，且所述第一矩形件301和所述第二矩形件302关于所述第四铰链404对称布置。
54.所述第一等腰梯形件101呈等腰梯形，设置有6个铰接耳座501；所述铰接耳座501呈圆柱状，其中心处均设置了容纳所述销轴502的通孔结构；所述第一等腰梯形件101中的6个所述铰接耳座501的轴线处于同一平面，所述第一等腰梯形件101底边处设置了45
°
的倒边结构，以消除所述抛物柱面可展机构收拢时的干涉。
55.所述第一直角梯形件201呈直角梯形，设置有12个所述铰接耳座501，其中位于所述第一直角梯形件201上底及两腰处的所述铰接耳座501的轴线处于同一平面，所述第一直角梯形件201倾斜腰处的所述铰接耳座501与所述第一等腰梯形件101一腰处的所述铰接耳座501通过销轴502形成转动连接，所述第一直角梯形件201可顺时针转动靠近所述第一等腰梯形件101。
56.所述第三等腰梯形件111呈等腰梯形，设置有8个所述铰接耳座501，其中位于所述第三等腰梯形件111下底及两腰处的所述铰接耳座501的轴线处于同一平面，所述第三等腰梯形件111的一腰处的所述铰接耳座501与所述第一直角梯形件201竖直腰处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第三等腰梯形件111可顺时针转动靠近所述第一直角梯形件201。
57.所述第一矩形件301呈矩形，设置有6个所述铰接耳座501，其中位于所述第一矩形件301长边及一宽边处的所述铰接耳座501的轴线处于同一平面，所述第一矩形件301长边处的所述铰接耳座501与所述第三等腰梯形件111的另一腰处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第一矩形件301可顺时针转动靠近所述第三等腰梯形件111。
58.所述第一铰链401呈矩形，设置有8个所述铰接耳座501，其中8个所述铰接耳座501的轴线处于同一平面，所述第一铰链401一长边处的所述铰接耳座501与所述第一等腰梯形件101下底处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第一铰链401可顺时针转动靠近所述第一等腰梯形件101。
59.所述第二铰链402呈矩形，设置有2个所述铰接耳座501，其中2个所述铰接耳座501轴线处于同一平面，所述第二铰链402一长边处的所述铰接耳座501与所述第一直角梯形件201上底处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第二铰链402可逆时针转动靠近所述第一直角梯形件201。
60.所述第三铰链403与所述第二铰链402具有相同结构，所述第三铰链403通过其一长边处的所述铰接耳座501与所述第三等腰梯形件111下底处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第三铰链403可逆时针转动靠近所述第三等腰梯形件111。
61.所述第四铰链404与所述第二铰链402具有相同结构，所述第四铰链404通过其一长边处的所述铰接耳座501与所述第一矩形件301一宽边处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第四铰链404可逆时针转动靠近所述第一矩形件301。
62.所述第二等腰梯形件102与所述第一等腰梯形件101具有相同结构，所述第二等腰梯形件102下底处的所述铰接耳座501与所述第一铰链401另一长边处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第二等腰梯件102可顺时针转动靠近所述第一铰链401。
63.所述第二直角梯形件202呈直角梯形，设置有12个所述铰接耳座501，其中位于所述直角梯形件上底及两腰处的所述铰接耳座501的轴线处于同一平面，所述第二直角梯形件202上底处的所述铰接耳座501与所述第二铰链402另一长边上的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第二直角梯形件202倾斜腰处的所述铰接耳座501与所述第二等腰梯形件102一腰处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第二直角梯形件202可逆时针转动靠近所述第二铰链402和所述第二等腰梯形件102。
64.所述第四等腰梯形件112与所述第三等腰梯形件111具有相同结构，其下底处的所述铰接耳座501与所述第三铰链403另一长边处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第四等腰梯形件112一腰处的所述铰接耳座501与所述第二直角梯形件202竖直腰处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第四等腰梯形件112可逆时针转动靠近所述第三铰链403和第二直角梯形件202。
65.所述第二矩形件302呈矩形，设置有6个所述铰接耳座501，其中位于所述第二矩形件302长边及一宽边处的所述铰接耳座501的轴线处于同一平面，所述第二矩形件302一宽边处的所述铰接耳座501与所述第四铰链404另一长边处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第二矩形件302长边处的所述铰接耳座501与所述第四等腰梯形件112另一腰处的所述铰接耳座501通过所述销轴502形成转动连接，所述第二矩形件302可逆时针转动靠近所述第四铰链404和所述第四等腰梯形件112。
66.如图所示，所述第一等腰梯形件101与所述第一铰链401转动连接的轴线，所述第一等腰梯形件101与所述第一直角梯形件201转动连接的轴线和所述第一直角梯形件201与所述第二铰链402转动连接的轴线交于一点；所述第一直角梯形件201与所述第二铰链402转动连接的轴线，所述第一直角梯形件201与所述第三等腰梯形转动连接的轴线和所述第三等腰梯形件111与所述第三铰链403转动连接的轴线交于一点；所述第三等腰梯形件111与所述第三铰链403转动连接的轴线，所述第三等腰梯形件111与所述第一矩形件301转动连接的轴线和所述第一矩形件301与所述第四铰链404转动连接的轴线交于一点。
67.如图所示，两个所述可展单元通过共用构件的方式相互连接得到层数为1的抛物柱面可展机构；其中，所述共用构件包括：所述第一等腰梯形件101、所述第一铰链401和所述第二等腰梯形件102；两个所述可展单元组合得到的所述层数为1的抛物柱面可展机构为双对称结构；若干所述层数为1的抛物柱面可展机构通过第五铰链405依次相连，组合得到所述抛物柱面可展机构；其中，所述第五铰链呈矩形，设置有2个所述铰接耳座501，所述第
五铰链中的2个所述铰接耳座501轴线处于同一平面。
68.如图所示，所述抛物柱面可展机构展开时，所述第一等腰梯形件101和所述第二等腰梯形件102绕所述第一铰链401转动并彼此沿轴向相互远离，所述第一直角梯形件201和所述第二直角梯形件202绕所述第二铰链402转动并彼此沿轴向相互远离，所述第三等腰梯形件111和所述第四等腰梯形件112绕所述第三铰链403转动并彼此沿轴向相互远离，所述第一矩形件301和所述第二矩形件302绕所述第四铰链404转动并彼此沿轴向相互远离；同时，位于同一层的两个所述可展单元将绕所述第一等腰梯形件101和所述第二等腰梯形件102转动并彼此沿径向相互远离；所述相互远离均同步发生；最终，所述抛物柱面可展机构从类方块的折叠状态展开成抛物柱面状态；此时，所述抛物柱面可展机构中的所述第一铰链401、所述第二铰链402、所述第三铰链403、所述第四铰链404和所述第五铰链405的表面可拟合成特定的抛物柱面；所述抛物柱面可展机构的展开为单自由度运动。
69.上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围内。