一种空间可折叠桁架结构单元的制作方法

本实用新型涉及空间桁架结构技术，具体地说，涉及一种空间可折叠桁架结构单元。

背景技术：

由于运载火箭体积、运载能力的限制，空间大型结构，如太阳能电站、大型通信天线、空间站等无法通过一次发射送入太空。往返需要多次发射输运，而后在空间站对其进行组合装配，而大型航天器的支撑结构主要是桁架式结构。空间搭建技术的研究现状与发展动态表明:有人在轨装配存在一定的局限性。有人在轨装配只能胜任任务量小，时间短，环境较为简单的装配任务。此外，遥控操作的方式由于大时延的特点，无法处理装配的突发情况；故对于未来结构复杂，体积巨大，安装环境恶劣，精度要求高的空间装配任务，有人装配、遥操作的方式均无法达到任务要求。随着机器人技术与空间机械臂的发展，自主装配成为空间装配更好的解决方式。因此，基于利用智能机器人进行空间桁架自主装配的任务需求是当前空间搭建技术的主要研究方向。而在空间桁架单元方面，公开的文献“aroboticallyreconfigurabletruss”(internationalconferenceonreconfigurablemechanisms&robots.ieee,2009)中涉及的桁架结构单元对于机器人而言操作步骤繁琐且操作难度高，尤其，其中涉及到使用机械臂进行螺纹连接，且其体积结构固定无法伸缩。本发明受自动折叠雨伞结构的启发，设计了一种空间可折叠桁架结构单元，该桁架单元可进一步由智能机器人组装成空间中的大型桁架结构，利用智能机器人在轨装配，极大减小空间大型结构的装配成本。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本实用新型提出一种空间可折叠桁架结构单元；通过气压杆组件、桁架单元主体、夹持部件有机结合，利用智能机器人在轨装配，极大减小空间大型结构的装配成本，充分利用运载能力与运载空间。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:包括气压杆组件、桁架单元主体、夹持部件，所述气压杆组件为桁架单元主体提供收缩伸展的动力；气压伸缩杆与传力连杆分别通过气压伸缩杆接头连接，传力连杆分布在气压伸缩杆两端，传力连杆的另一端通过铰链连接方式，与桁架单元主体结构在宽度、高度方向的中间部位所在的第二连接接头连接，气压伸缩杆的伸缩动力传递到桁架单元宽度高度方向的第二连接接头，第二连接接头的运动带动与之连接的桁架单元杆件运动产生桁架单元在宽度、高度方向的内部运动变形；受到气压伸缩杆的拉力时，气压伸缩杆接头向桁架内部运动，受到气压杆的推力，气压伸缩杆接头向桁架外部运动，实现桁架单元的收缩伸展；

所述桁架单元主体结构完全伸展后的桁架呈长方体结构，其横向截面为正方形，桁架主体结构由伸缩空心杆、固定空心杆与第二连接接头组成，伸缩空心杆均为截面为φ10*6的空心杆件，并在伸缩空心杆上不同位置加工有通孔，其中每根杆件的所有通孔轴线平行，分布在同一平面上，两根伸缩空心杆的一端通过第二连接接头连接，同时将两根伸缩空心杆件的另一端通过第一连接接头与桁架的长度方向空心杆件连接，第一连接接头通过螺栓固定在桁架长度方向的固定空心杆件上；

所述夹持部件为夹爪和夹持件组合，夹爪与夹持部件相互配合，夹持部件分布在桁架单元所有单独的空心杆件的中间位置，每根杆件通孔位置处采用螺栓穿过夹持件、杆件通孔、夹持件将夹持部件固定到桁架单元上，组成夹持部件的两个夹持件的两端设计有斜面滑道结构；夹爪外形贴合夹持件的外形轮廓，同时每个夹爪上侧突出钩爪结构，用于机器人的抓取稳定性。

桁架单元为长方体结构，宽度高度比例1:1，在两个方向上，长方体桁架对应宽度、高度方向的空心杆件被分解为两段并且通过连接件进行连接，实现折叠变形。

有益效果

本实用新型提出的一种空间可折叠桁架结构单元，由气压杆组件、桁架单元主体、夹持部件组成。气压杆组件的作用在于通过气压推杆利用所连接的接头零件与传力连杆进行力的传递，通过气压推杆的伸缩实现桁架结构的展开与收缩；桁架单元主体利用运载能力与运载空间，则主要完成桁架单元结构在保证结构稳定性的情况下，自主机器人利用拼接的方式完成大型、超大型空间结构的装配；夹持组件由夹爪与夹持部件相互配合，完成机器人对桁架单元抓取的便捷性与移动桁架单元过程中稳定性。通过气压杆组件、桁架单元主体、夹持部件有机结合，利用智能机器人在轨装配，极大减小空间大型结构的装配成本，充分利用运载能力与运载空间。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型一种空间可折叠桁架结构单元作进一步详细说明。

图1为本实用新型空间可折叠桁架结构单元装配示意图。

图2为本实用新型空间可折叠桁架结构单元的气压伸缩杆接头示意图。

图3为本实用新型空间可折叠桁架结构单元的伸展传力结构局部示意图。

图4(a)为实用新型空间可折叠桁架结构单元的夹持部件示意图；

图4(b)为实用新型空间可折叠桁架结构单元的夹持部件左视图。

图5为本实用新型空间可折叠桁架结构单元的夹持组件示意图。

图6为本实用新型空间可折叠桁架结构单元的夹爪示意图。

图7为本实用新型空间可折叠桁架结构单元整体结构示意图

图中

1.第一连接接头2.伸缩空心杆3.固定空心杆4.传力连杆5.第二连接接头6.气压伸缩杆接头7.气压伸缩杆8.夹持部件

具体实施方式

本实施例是一种空间可折叠桁架结构单元。桁架结构完全展开后呈长方体结构，其宽高比为1:1，对称的设计使得桁架单元结构简单，可靠性强。桁架结构的伸展收缩是通过气压杆的伸缩实现的。设计中选择气压杆的主要原因在于气压杆在生活中非常常见，安全可靠，且方便定制所需的伸缩比与长度。

参阅图1～图7，本实施例空间可折叠桁架结构单元，由气压杆组件、桁架单元主体、夹持部件组成。其中，气压杆组件为桁架单元主体提供收缩伸展的动力；气压伸缩杆7与传力连杆4分别通过气压伸缩杆接头6连接，传力连杆4分布在气压伸缩杆7两端，传力连杆4的另一端则通过铰链连接方式，与桁架主体结构的宽度、高度方向的中间部位所在的第二连接接头5连接，气压伸缩杆7的伸缩动力传递到桁架单元宽度高度方向的第二连接接头5，第二连接接头5的运动带动与之连接的桁架单元杆件运动产生桁架单元在宽度、高度方向的内部运动变形。受到气压伸缩杆7的拉力时，气压伸缩杆接头6向桁架内部运动，受到气压杆的推力，气压伸缩杆接头6向桁架外部运动，实现桁架单元的收缩伸展。

桁架主体结构完全伸展后的桁架结构呈长方体结构，其横向截面是正方形，桁架主体结构由伸缩空心杆2、固定空心杆3与第二连接接头5组成；空间杆件均为截面为φ10*6的空心杆件，并在空心杆件上不同位置加工出通孔便于结构装配，其中，每根杆件的所有通孔轴线平行，分布在同一平面上。为了达到桁架可折叠的目的，在桁架主体结构的宽度与高度方向，将长方体结构原本应为一根的空心杆件设计为两根，该两根伸缩空心杆2的其一端利用第二连接接头5连接在一起，因此在宽度或高度的方向上，结构便有了具有旋转自由度，进而使桁架结构具备了可折叠伸缩的基础。同时将两根伸缩空心杆2空心杆件的另一端通过第一连接接头1连接与桁架的长度方向空心杆件所连接。第一连接接头1通过螺栓固定在桁架长度方向的固定空心杆3件上，为了与宽度高度上杆的另一端连接，在该接头中设计出向宽度高度方向延伸的杆件连接结构，在发生折叠变形时，长方体结构的长度不会发生变化，而宽度与高度方向，由于其对应杆件的长度一致，会同步的进行伸缩。

同时，为了便于自主机器人的装配，需要设计夹持组件，使机器人实现在桁架结构的有效稳定的抓取。

夹持部件为夹爪和夹持件组合，夹爪与夹持部件相互配合，夹持部件分布在桁架单元所有单独的空心杆件的中间位置，每根杆件通孔位置处采用螺栓穿过夹持件、杆件通孔、夹持件将夹持部件固定到桁架单元上，组成夹持部件的两个夹持件的两端设计有斜面滑道结构；夹爪外形贴合夹持件的外形轮廓，同时每个夹爪上侧突出钩爪结构，用于机器人的抓取稳定性。

对于夹持部件，考虑到简化装配步骤的问题，可将一个零件分成两个零件设计，由两个相同的夹持零件组成一个夹持部件固定在桁架结构的杆件上。两个夹持零件组成的夹持部件设计为空心以此包络杆件的外表面。同时，将夹持部位的中间截面设计为正八边形，截面为八边形的部分正好是机器人夹爪所抓取的部位。通常，夹持部件的截面为正方形可以保证机器人夹爪抓取的稳定性，而在该零件的设计时，第一连接接头1零件时为了既将该接头固定在长度方向的空心杆件上，又可以用该接头连接宽度、高度方向上杆件的另一端，所以在装配时会使得每根长度方向所有通孔轴线所在的平面与桁架单元的顶面呈±45°角。夹持部件的顶面为了方便抓取设计为平面，故将零件截面设计为正八边形。同时，为了方便机器人从不同方位角度对桁架单元的抓取，所以将所有空心杆件的中间位置都固定一个夹持部件。其次，夹持部位的中间截面呈正八边形，截面为八边形的部分正好是机器人夹爪所抓取的部位。

同时，组成夹持部件的两个夹持零件的两端设计出斜面滑道结构。但通常机器人在运动过程中一般都存在阻抗特性，即像弹簧一样柔软适应外部环境，在机器人夹爪到达夹持部件所在大致位置时，即使存在一定的位置偏差，滑道仍可以使机械臂夹爪准确的到达相应的抓取位置。夹爪的设计则是为了完全贴合夹持部件的正八面体外形轮廓。同时每个夹爪设计了钩爪结构，减少机器人抓取及移动桁架结构单元的过程中产生的机器人与桁架单元之间的晃动，确保移动过程中的稳定性。

装配操作

在装配该桁架结构单元时，首先可将在每个长度方向的杆件上固连两个第一连接接头1，其次，在每个第一连接接头1延伸出的连接宽度高度方向的杆件结构上分别采用螺栓连接两根宽度、高度方向相应的伸缩空心杆2件，进而便形成了桁架主体结构的四分之一部分。然后，装配气压杆组件，在气压杆前后采用螺栓连接气压伸缩杆接头6，再分别在两个气压伸缩杆接头6上连接四根传力连杆，其次在每根传力连杆另一端连接一个连接接头5，最终在相应位置用螺栓连接完成桁架单元的装配。而夹持部件8的安装可以在完成桁架单元主体装配后进行。