一种基于三浦折纸的双稳态折展结构

本申请涉及可展结构领域，尤其是涉及一种基于三浦折纸的双稳态折展结构。

背景技术：

1、在深空探测领域，具有高折展比的可展结构具有巨大的应用前景，例如可展太阳能帆板，可展卫星天线等。

2、传统的机械伸展式结构主要是通过刚性折叠展开的方式，在相邻两个面板之间设置铰接结构，并设计驱动及锁定装置，使相邻两个面板通过铰接结构相对转动并可在展开状态下保持稳定，因此结构比较复杂，所需额外零件较多且不能重复折展。

3、此外，卫星的工作环境较为恶劣，传统的机械伸展式结构的简并性较差，因此需要航天可展结构进行设计改造，使其在保证良好的可展比情况下，通过几何约束增加其稳态的刚度，并使其在结构上具有一定简并性，即在部分铰链出现故障的情况下，仍能维持稳定运作，有效的防止其出现因结构复杂而导致展开失败的现象。

技术实现思路

1、为了改善传统的机械伸展式结构自身刚度不足、不能重复折展、简并度低等问题，本申请提供一种基于三浦折纸的双稳态折展结构。

2、本申请提供的一种基于三浦折纸的双稳态折展结构采用如下的技术方案：

3、一种基于三浦折纸的双稳态折展单元，包括：

4、四个面板，分别为第一面板、第二面板、第三面板和第四面板，四个所述面板以一轴线为中心两两相邻分布；

5、四个柔性铰链，分别为第一铰链、第二铰链、第三铰链和第四铰链；

6、所述第一铰链连接于所述第一面板和所述第四面板之间，所述第二铰链连接于所述第一面板和所述第二面板之间，所述第三铰链连接于所述第二面板和所述第三面板之间，所述第四铰链连接于所述第三面板和所述第四面板之间；

7、四个所述铰链中，其中三个所述铰链均位于所述面板的同一侧，另一个所述铰链位于所述面板的另一侧。

8、进一步地，所述第一铰链与第二铰链的夹角、所述第二铰链与第三铰链的夹角、所述第三铰链与第四铰链的夹角、所述第四铰链与第一铰链的夹角分别为a1、a2、a3和a4，各夹角之间的关系满足：a1+a2＝a3+a4＝180°。

9、进一步地，各夹角之间的关系满足：a1＝a4，a2＝a3。

10、进一步地，所述铰链为橡胶材质。

11、进一步地，所述铰链为tpu橡胶材质。

12、折叠时，相邻的两块面板向着其间铰链所在的一侧折叠：第一面板和第四面板绕第一铰链向下折叠，第一面板和第二面板绕第二铰链向上折叠，第二面板和第三面板绕第三铰链向上折叠，第三面板和第四面板绕第四铰链向上折叠，如此可将折展结构由展开状态变为折叠状态。

13、进一步地，当所述折展单元展开时，以平行于任一所述面板的任一平面为基准面，将所述第一铰链、所述第二铰链、所述第三铰链和所述第四铰链与所述基准面之间的垂直距离分别记为h1、h2、h3和h4，各垂直距离之间的关系满足：h1+h3＝h2+h4。

14、通过以上几何约束，使得折展结构在折叠状态下不易发生形变，从而提高折叠状态下折展结构的稳定性。

15、进一步地，各所述夹角和各所述垂直距离之间的关系满足：|h1-h2|与|h2-h3|的比值不等于sina1与sina2的比值。

16、如此，规避了过约束机构条件，使得折展结构在折叠状态与展开状态之间存在能量势垒；当不存在外力作用时，折叠状态和展开状态均为稳定状态，结构具有良好的刚度，无需多余的锁定装置；在外力的作用下，折展结构可以越过能量势垒，然后自驱动从一个稳态到达另一稳态，具有驱动简单，可重复折展的优点。

17、本申请提供一种基于三浦折纸的双稳态折展结构，包括一个或多个基于三浦折纸的双稳态折展单元。

18、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

19、1.本申请提供的双稳态折展结构在完全折叠及展开两稳态下具有良好的刚度，通过结构的几何约束提升稳态刚度，无需多余的锁定装置；

20、2.当双稳态结构变形越过中间能量势垒后，能够自驱动到达另一稳态，具有驱动简单、可重复折展的优点；

21、3.本申请提供的双稳态折展结构可在部分铰链损坏的情况下维持稳态刚度使其稳定运行，具有良好的简并性。

技术特征：

1.一种基于三浦折纸的双稳态折展单元，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于三浦折纸的双稳态折展单元，其特征在于：所述第一铰链与第二铰链的夹角、所述第二铰链与第三铰链的夹角、所述第三铰链与第四铰链的夹角、所述第四铰链与第一铰链的夹角分别为a1、a2、a3和a4，各夹角之间的关系满足：a1+a2＝a3+a4＝180°。

3.根据权利要求2所述的一种基于三浦折纸的双稳态折展单元，其特征在于：各夹角之间的关系满足：a1＝a4，a2＝a3。

4.根据权利要求3所述的一种基于三浦折纸的双稳态折展单元，其特征在于：当所述折展单元展开时，以平行于任一所述面板的任一平面为基准面，将所述第一铰链、所述第二铰链、所述第三铰链和所述第四铰链与所述基准面之间的垂直距离分别记为h1、h2、h3和h4，各垂直距离之间的关系满足：h1+h3＝h2+h4。

5.根据权利要求4所述的一种基于三浦折纸的双稳态折展单元，其特征在于：各所述夹角和各所述垂直距离之间的关系满足：|h1-h2|与|h2-h3|的比值不等于sina1与sina2的比值。

6.根据权利要求1所述的一种基于三浦折纸的双稳态折展单元，其特征在于：所述铰链为橡胶材质。

7.根据权利要求6所述的一种基于三浦折纸的双稳态折展单元，其特征在于：所述铰链为tpu橡胶材质。

8.一种基于三浦折纸的双稳态折展结构，其特征在于：包括一个或多个权利要求1-7任一项所述的一种基于三浦折纸的双稳态折展单元。

技术总结本申请涉及可展结构领域，具体公开了一种基于三浦折纸的双稳态折展结构，其包括四个面板和四个柔性铰链，柔性铰链连接于相邻的两个面板之间，一组呈相对设置的铰链高度之和与另一组呈相对设置的铰链高度之和相等，且各铰链的高度差需规避四铰链过约束机构条件。本申请提供的双稳态折展结构在完全折叠及展开两稳态下具有良好的刚度，通过结构的几何约束提升稳态刚度，无需多余的锁定装置；当双稳态结构变形越过中间能量势垒后，能够自驱动到达另一稳态，具有驱动简单、可重复折展、简并度高的优点。技术研发人员：刘胜,李洋,王鹤鸣,何祥洪受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8