基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构以及可展开电池阵

本发明涉及可展开机构领域，具体涉及一种基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构以及可展开电池阵。

背景技术：

1、可展开机构系统可以收拢到紧凑状态以方便储藏与运输，待进入特定位置后再展开到较大尺度状态以实现更大范围的作业，在可展开空间机构、软变形机器人、折纸机器人和折纸结构等有着十分广泛的应用前景。传统航天可展开机构系统大多数都是由刚性连杆通过运动副连接组成，可以实现较大的承载能力与较高的支撑刚度，目前已经成功应用于太阳能电池阵、可展开卫星天线、空间可伸展机械臂和无人机的机载机械臂等场合。

2、传统可展开机构系统中刚性部件较多，机械结构与动力系统较为复杂，导致现有技术的可展开机构存在系统重量大、驱动数量多、机动能耗高、制造工艺复杂及运载成本高等诸多特性，这些特性极大地制约了可展开机构系统的应用。另外，许多可展开机构系统可能需要在展开运动之后执行额外的运动任务。因此，通常这种可展开系统大多设计为独立的展开运动和操纵运动，两者由两个单独的驱动系统驱动实现。

3、现有技术中可展开机构采用两套独立的执行机构来分别执行展开运动和后续操作运动的设计，往往有更大的能量消耗、更高的复杂性和更大的体积。体现在可展开机械手上目前存在的可展开机械手往往存在结构复杂、成本高昂、折展比小、控制复杂等缺点。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构以及可展开电池阵，其将传统变胞折纸机构的运动学分岔特性和轻质的气动软体驱动机构相结合，可实现通过在单一驱动下产生多种形式的变胞序列运动。

2、为了实现上述主要目的，本发明第一方面提供了一种基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构，气动可展开结构包括柔性内衬和多个可展开模块，柔性内衬呈一端开口、另一端封闭的菱形管状结构，多个可展开模块沿柔性内衬的长度方向依次附接在柔性内衬的外表面上，相邻可展开模块之间具有间隙以形成横向接触折痕；

3、可展开模块包括四个相同的刚性片，四个刚性片沿着柔性内衬的周向分别设置在柔性内衬的四个侧面上，相邻刚性片之间具有间隙以形成四个纵向接触折痕；

4、初始状态下的四个刚性片两两一组沿柔性内衬较短的对角线对向靠近并接触，相邻可展开模块可围绕共线的横向接触折痕交替折叠，使得气动可展开结构折叠为z形状态；展开时，向柔性内衬中充气，多个可展开模块围绕共线的横向接触折痕展开直至可展开模块中的纵向接触折痕均共线；继续向柔性内衬中充气，可展开模块中的固定片围绕共线的纵向接触折痕旋转，使得气动可展开结构沿柔性内衬较短的对角线膨胀展开。

5、作为本发明的一种具体实施方式，多个可展开模块沿柔性内衬长度方向的长度相同和/或不相同。

6、作为本发明的一种具体实施方式，柔性内衬为柔性聚乙烯薄膜管。

7、作为本发明的一种具体实施方式，刚性片为碳纤维片。

8、作为本发明的一种具体实施方式，刚性片以粘接方式附接在柔性内衬的外表面上。

9、作为本发明的一种具体实施方式，可展开模块的数量为3-8个。

10、本发明第二方面提供了一种可展开电池阵，其包括电池组件以及用以支撑电池组件的如上所述的基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构。

11、本发明具备以下有益效果：

12、本发明的气动可展开结构基于四折痕变胞折纸的运动学分岔特性，在充气前的初始状态下，相邻可展开模块可围绕共线的横向接触折痕交替折叠，使得气动可展开结构折叠为z形状态；在充气过程中，该气动可展开结构先进行z形展开运动直至可展开模块中的纵向接触折痕均共线，接着继续充气使得气动可展开结构沿柔性内衬较短的对角线膨胀展开，直至具有较高支撑刚度的状态；本发明的气动可展开结构在单一气源驱动下先产生展开运动到达变胞状态后改为膨胀运动，能够通过整体驱动实现多种顺序运动模式，同时具有高度简化的可部署性和相当高的折展比，还具有驱动数量大幅减少、重量大大降低以及制造成本大幅降低的优点。

13、为了更清楚地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

技术特征：

1.一种基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构，其特征是：所述气动可展开结构包括柔性内衬和多个可展开模块，所述柔性内衬呈一端开口、另一端封闭的菱形管状结构，多个所述可展开模块沿所述柔性内衬的长度方向依次附接在所述柔性内衬的外表面上，相邻所述可展开模块之间具有间隙以形成横向接触折痕；

2.如权利要求1所述的基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构，其特征是：多个所述可展开模块沿所述柔性内衬长度方向的长度相同和/或不相同。

3.如权利要求1所述的基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构，其特征是：所述柔性内衬为柔性聚乙烯薄膜管。

4.如权利要求1所述的基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构，其特征是：所述刚性片为碳纤维片。

5.如权利要求1所述的基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构，其特征是：所述刚性片以粘接方式附接在所述柔性内衬的外表面上。

6.如权利要求1所述的基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构，其特征是：所述可展开模块的数量为3-8个。

7.一种可展开电池阵，其特征是包括电池组件以及用以支撑所述电池组件的如权利要求1-6任一项所述的基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构。

技术总结本发明公开了一种基于四折痕变胞折纸的气动可展开结构以及可展开电池阵。其中，气动可展开结构包括柔性内衬和多个可展开模块，柔性内衬呈一端开口、另一端封闭的菱形管状结构，多个可展开模块沿柔性内衬的长度方向依次附接在柔性内衬的外表面上，相邻可展开模块之间具有间隙以形成横向接触折痕；可展开模块包括四个相同的刚性片，四个刚性片沿着柔性内衬的周向分别设置在柔性内衬的四个侧面上，相邻刚性片之间具有间隙以形成四个纵向接触折痕；本发明将传动变胞折纸机构的运动学分岔特性和轻质的气动软体驱动机构相结合，可实现通过在单一驱动下产生多种形式的变胞序列运动，具有驱动数量大幅减少、重量大大降低以及制造成本大幅降低的优点。技术研发人员：黄海林,王森,严鹏,陈丛鑫,李兵受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）技术研发日：技术公布日：2024/5/27