专利名称：可折叠杆架结构的制作方法过约束机构是一类有一百多年历史的特殊机构，以前很少有工业应用。该机构在几何上的过约束性使其具有高刚性。如果用其构成网状结构，能添加更多的过约束，可靠性更高。这种机构仅由转动副连接，制造简单，成本低，可靠性高。整个机构只具有一个自由度，运动控制简单。使用几何覆盖方法，依据平面或空间几何覆盖的方式将多个三维过约束机构形成的基本单元构建成可展结构。它们可以在保持常规结构的基本承载功能的前提下大范围、大尺寸的改变几何形状以适用于多种应用需求。同时，用这种方法可以得到的可展结构可用于大型空间结构，这是因为由机构形成的单元或模块可以无限重复连接到一起而不失去整体结构的可展性能。由过约束机构组成的可展结构，具有生产加工简单，运动控制方便，高可靠性，在航空航天，土木工程等众多领域中具有重要意义和广泛的应用前景。
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能够折叠、折叠后体积小、安装简单且刚性大的可折叠杆架结构。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是:本发明的可折叠杆架结构，它包括多个四杆结构，每一个所述的四杆结构包括连杆1、连杆I1、连杆II1、连杆IV，所述的连杆I的一端与第一旋转关节的第一单元固定连接并且其另一端与第二旋转关节的第四单元固定连接，连杆III的一端与第二旋转关节的第一单元的底部固定连接并且其另一端与第三旋转关节的第四单元的底部固定连接；连杆IV的一端与第三旋转关节的第一单元的底部固定连接并且其另一端与第四旋转关节的第四单元底部固定连接；连杆II 一端与第四旋转关节的第一单元固定连接并且其另一端与所述的第一旋转关节的第四单元固定连接；四个旋转关节的第一单元的结构相同，四个旋转关节的第四单元的结构相同，每一个旋转关节的每一个单元分别具有第一平面和第二平面，在所述的第一单元的第一平面以及第四单元的第二平面的顶部设置有顶部旋转副接口，在所述的第一单元的第二平面以及第四单元的第一平面的底部设置有底部旋转副接口，在所述的第一、三旋转关节处的第一单元的第一平面的顶部旋转副接口与第四单元的第二平面的顶部旋转副接口形成顶部旋转副转动相连，在所述的第二、四旋转关节处的第一单元的第二平面的底部旋转副接口与第四单元的第一平面的底部旋转副接口形成底部旋转副转动相连，第一、三旋转关节的两个旋转副轴线相交于第一交点，第二、四旋转关节的两个旋转副轴线相交于第二交点，第一对称平面为由所述的第一、三旋转关节的两个旋转副轴线所决定的平面，所述的四杆结构关于所述的第一对称平面对称，第二对称平面为由第二、四旋转关节的两个旋转副轴线所决定的平面，所述的四杆结构关于所述的第二对称平面对称，由所述的第一、第二交点所决定的直线为所述的第一对称平面和第二对称平面的交线，所述的四杆结构中的每一连杆的长度相等且相邻旋转关节的旋转副轴线的公垂线段长度相等且不为O ;相邻的两个四杆结构的连接结构为:当一个四杆结构的第一或第三旋转关节与另一个四杆结构的第一或第三旋转关节相连时，一个四杆结构的第一或第三旋转关节的第一单元的第二平面的底部旋转副接口与另一个四杆结构在对应连接点处的一个旋转关节的第四单元的第一平面的底部旋转副接口形成底部转动副转动相连并且所述的一个四杆结构的第一或第三旋转关节的第四单元的第一平面的底部旋转副接口与另一个四杆结构在对应连接点处的一个旋转关节的第一单元的第二平面的底部旋转副接口形成另一个底部转动副转动相连；当一个四杆结构的第二或第四旋转关节与另一个四杆结构的第二或第四旋转关节相连时，一个四杆结构的第二或第四旋转关节的第一单元的第一平面的顶部旋转副接口与另一个四杆结构在对应连接点处的第二或第四旋转关节的第四单元的第二平面的顶部旋转副接口形成一个顶部转动副转动相连并且所述的一个四杆结构的第二或第四旋转关节的第四单元的第二平面的顶部旋转副接口与另一个四杆结构在对应连接点处的第二或第四旋转关节的第一单元的第一平面的顶部旋转副接口形成另一个顶部转动副转动相连；在两个四杆结构的旋转关节连接处，两个旋转关节的顶部旋转副轴线相交于第三点，两个旋转关节的底部旋转副轴线相交于第四点，第三对称平面为由两个顶部旋转副轴线所决定的平面，所述的两个旋转关节关于所述的第三对称平面对称；第四对称平面为由两个底部旋转副轴线所决定的平面，所述的两个旋转关节关于所述的第四对称平面对称，所述的第三对称平面与第四对称平面的交线为由所述的第三交点和第四交点所确定的直线，在两个四杆结构连接处的两个旋转关节中的所有相邻的旋转副轴线间的公垂线段长度相等且不为O ;在两个四杆结构的连接处的两个旋转关节中的一个旋转关节的第一单元的第一平面与第四单元的第二平面能够接触，一个旋转关节的第一单元的第二平面与另一个旋转关节的第四单元的第一平面能够接触，另一个旋转关节的第四单元的第二平面与另一个旋转关节的第一单元的第一平面能够接触，另一个旋转关节的第一单元的第二平面能够与一个旋转关节的第四单元的第一平面接触。本发明的优点在于:(I)本发明本体为具有单一自由度的折展结构，可通过一个驱动实现帐篷的展开与折叠，安装及使用方便；(2)本发明具有较大的折展比率，折叠后体积可以缩至最小，便于运输；(3)本发明具有可重构性，可以根据实际需求设计任意体积。图1为本发明的可折叠杆架结构中的基本单元四杆结构的构成可展结构示意图；图2-1为图1所示的四杆结构中的旋转关节的第一单元的结构示意图；图2-2为图1所示的四杆结构中的旋转关节的第四单元的结构示意图；图3为本发明的可折叠杆架结构中两个四杆结构的连接示意图；图4-1本发明的可折叠杆架结构中两个四杆结构的旋转关节的顶部旋转副的示意图；图4-2为本发明的可折叠杆架结构中两个四杆结构的旋转关节的底部旋转副的示意图；图5-1至图5-5为本发明中的两个四杆结构连接所形成的节点结构的折叠过程示思；图6-1至图6-7为本发明的可折叠杆架结构具有两侧支点的帐篷框架及其折展过程不意图；图7-1至图7-5为采用本发明的可折叠杆架结构制造的帐篷的骨架结构由展开态向折叠态转换的过程；图8、图9分别示出了具有三侧、四侧支撑形成的帐篷骨架的空间折展结构的示意图。
4-1、图4-2所示的节点结构完全一致。由于所述四杆结构的第一旋转关节与第三旋转关节完全相同，而第二旋转关节与第四旋转关节的结构完全相同，因此当两个四杆结构相连时，一个四杆结构的第一旋转关节同样可以按照所述的连接方法与另一四杆结构的第三旋转关节相连，一个四杆结构的第二旋转关节同样可以按照所述的连接方法与另一四杆结构的第四旋转关节相连。所述的两个四杆结构连接所形成的节点结构在所述的约束条件下，具有一个自由度和两个稳定态，图5-1至图5-5示出了通过驱动所述第一单元I沿图示箭头方向运动向另一稳定态转化的过程，所形成的另一稳定态如图5-4所示。图5-5所示为所述另一稳定态的另一视图，示出了该稳定态下的对称平面及各旋转副的变化情况。图5-1所示的稳定态为节点结构的展开态，在展开态时，在两个四杆结构的连接处的两个旋转关节中的一个旋转关节的第一单元I的第一平面与第四单元4的第二平面能够接触，一个旋转关节的第一单元I的第二平面与另一个旋转关节的第四单元2的第一平面能够接触，另一个旋转关节的第四单元2的第二平面与另一个旋转关节的第一单元3的第一平面能够接触，另一个旋转关节的第一单元3的第二平面能够与一个旋转关节的第四单元4的第一平面接触。图
5-4所示的稳定态为节点结构的折叠态。利用所述的四杆结构及所述的四杆结构间的连接方式，可以构成具有一定面积的空间可展结构，所形成空间可展结构面积由所述的四杆结构的个数及各连杆的长度决定。图6-1示出了所述空间可展结构的一个稳定态，即空间折展结构的展开态。所述的空间可展结构具有一个自由度，可以实现大比率的折展运动，图6-1至图6-7示出了所述空间折展结构的折叠过程，最终达到所述空间折展结构的另一稳定态，即折叠态，如图6-6和6-7所示。所述的空间折展结构可以用作帐篷顶的骨架结构，或者大型建筑物顶的夹层结构。在所述空间折展结构的基础上，可以根据实际需求，在所述的空间折展结构上设置不共线的三个及三个以上的支撑，形成可折叠帐篷骨架结构。图7-1示出了在所述空间折展结构的左右两侧增加4个支撑所形成帐篷骨架结构，所增加的连杆及节点形成的任一四杆结构，如四杆结构PQRS，具有与四杆结构JNMK完全一致的约束条件。这样，所形成的所述可折叠帐篷骨架结构同样仅具有一个自由度、两个稳定态；图7-1所示为所述帐篷骨架的展开态，图7-1至图7-5示出了所述帐篷骨架结构由展开态向折叠态转换的过程，图7-5示出了所述帐篷骨架结构的折叠态。在所述的帐篷骨架结构基础上增加蒙皮，即可形成具有前后两个门的帐篷。图8、图9分别示出了在所述的空间折展结构的三侧、四侧增加支撑形成帐篷骨架结构的情况，其原理与性能与图7-1所示的帐篷骨架结构类似，在此不再赘述。需要指出的是，所述的本发明基本单元与所述的四杆结构只要满足所述的约束条件，即可达到本发明所述的折展效果，而与组成基本单元的各个单元及组成四杆结构的连杆形状无关。由于本发明所提出的帐篷结构具有单一自由度，且折展比率大，因此具有安装简单、操作方便、易于运输等方面的优点，因此尤其适于在抢险救灾等领域中应用。以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的零件构型、驱动装置以及连接方式不经创造性的设置与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。


本发明公开了可折叠杆架结构，它包括多个四杆结构，每一个四杆结构包括连杆I、连杆II、连杆III、连杆IV，连杆I的一端与第一旋转关节的第一单元固定连接并且其另一端与第二旋转关节的第四单元固定连接，连杆III的一端与第二旋转关节的第一单元的固定连接并且其另一端与第三旋转关节的第四单元的固定连接；连杆IV的一端与第三旋转关节的第一单元的固定连接并且其另一端与第四旋转关节的第四单元固定连接；连杆II一端与第四旋转关节的第一单元固定连接并且其另一端与第一旋转关节的第四单元固定连接；本发明本体为具有单一自由度的折展结构，可通过一个驱动实现帐篷的展开与折叠，安装及使用方便；折叠后体积可以缩至最小。