一种双向平板折展单元机构及其运动过程分析

doi:10.7527/S1000-6893.2022.26720

材料工程与机械制造

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一种双向平板折展单元机构及其运动过程分析

陈博¹, 郭路瑶¹, 梁宝柱³^,⁴, 姜泽¹, 李明³^,⁴, 许允斗¹^,²(), 赵永生¹^,²

^1.燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室，秦皇岛　066004
^2.燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室，秦皇岛　066004
^3.中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室，上海　201109
^4.上海宇航系统工程研究所，上海　201109

收稿日期:2021-11-29 修回日期:2022-01-05 接受日期:2022-02-24 出版日期:2023-01-25 发布日期:2022-03-22
通讯作者: 许允斗 E-mail:ydxu@ysu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52075467)

A two-way flat plate folding unit mechanism and motion process analysis

Bo CHEN¹, Luyao GUO¹, Baozhu LIANG³^,⁴, Ze JIANG¹, Ming LI³^,⁴, Yundou XU¹^,²(), Yongsheng ZHAO¹^,²

^1.Laboratory of Parallel Robot and Mechatronic System of Hebei Province，Yanshan University，Qinhuangdao 　066004，China
^2.Key Laboratory of Advanced Forging & Stamping Technology and Science，Ministry of Education，Yanshan University，Qinhuangdao 　066004，China
^3.Space Structure and Mechanism Technology Laboratory，China Aerospace Science and Technology Group Co. Ltd，Shanghai 　201109，China
^4.Aerospace System Engineering Shanghai，Shanghai 　201109，China

Received:2021-11-29 Revised:2022-01-05 Accepted:2022-02-24 Online:2023-01-25 Published:2022-03-22
Contact: Yundou XU E-mail:ydxu@ysu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52075467)

摘要/Abstract

摘要：

为满足更大物理口径的平面可展开天线，提出了一种新的可拓展的双向平板折展单元机构，并对其拓展方式、自由度和运动学特性进行了分析。首先，结合四棱锥和三棱锥机构，设计了一种新的双向平板折展单元机构构型，并简述其基本组成和拓展规律。其次，根据展开运动特性，将机构简化为平面机构，并计算了自由度，确定了驱动数目和位置。最后，采用闭环矢量法建立其运动学模型，分析了展开轨迹、奇异位置及杆件角度、角速度和角加速度等运动特性。将运动学模型的解析解与仿真结果进行对比，验证了运动学模型的正确性。

关键词: 平面天线, 可展开机构, 自由度分析, 运动学分析, 奇异分析

Abstract:

To meet the planar deployable antenna with larger physical aperture， a new expandable two-way flat plate folding unit mechanism is proposed， and its expansion mode， degree of freedom and kinematic characteristics are analyzed. Firstly， a new configuration of two-way flat plate folding unit mechanism is proposed， and its basic composition and expansion law are briefly described. Secondly， according to the deployment motion characteristics， the mechanism is simplified to a plane mechanism， the degrees of freedom are calculated， and the number and position of drives are determined. Finally， the kinematics model is established by using the closed-loop vector method. The motion characteristics such as deployment trajectory， singular position， rod angle， angular velocity and angular acceleration are analyzed. The analytical solution of the kinematic model is compared with the simulation results to verify the correctness of the kinematic model.

Key words: planar antenna, deployable mechanism, degree of freedom analysis, kinematic analysis, singularity analysis

中图分类号:

V443

陈博, 郭路瑶, 梁宝柱, 姜泽, 李明, 许允斗, 赵永生. 一种双向平板折展单元机构及其运动过程分析[J]. 航空学报, 2023, 44(2): 426720-426720.

Bo CHEN, Luyao GUO, Baozhu LIANG, Ze JIANG, Ming LI, Yundou XU, Yongsheng ZHAO. A two-way flat plate folding unit mechanism and motion process analysis[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(2): 426720-426720.

图/表 21

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

图 10

图 11

图12

图13

图 14

表 1

图 15

图 16

图17

图 18

表 2

表 3

参考文献 22

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

闭环	奇异条件	角度关系
loop1	l₃l₄sin（θ₄-θ₃）=0	θ₄=θ₃
loop2	l₆l₇sin（θ₆-θ₇）=0	θ₆=θ₇
loop3	l₁₀l₁₁sin（θ₁₀-θ₁₁）=0	θ₁₀=θ₁₁
loop4	l₁₆l₁₇sin（θ₁₆-θ₁₇）=0	θ₁₆=θ₁₇
loop5	l₂₀l₂₁sin（θ₂₁-θ₂₀）=0	θ₂₁=θ₂₀
loop6	l₂₄l₂₅sin（θ₂₄-θ₂₅）+l₂₄l₂₆sin（θ₂₆-θ₂₄）=0	θ₂₄=θ₂₅=θ₂₆

杆件	尺寸参数/mm	杆件	尺寸参数/mm
l_1、l₂	675.9	l_16、l₂₀	94.3
l_3、l_4、l₅	1 016.1	l_17、l₂₁	700
l₆	590	l_22、l₂₆	1 804.8
l₇	395	l_23、l₂₅	1 850
l_8、l_9、l_11、l_14、l₁₈	820.33	l₂₄	392
l₁₀	730	l_27、l₃₀	1 045.9
l_12、l₁₃	765	l_28、l₃₁	150
l_15、l₁₉	77.5	l_29、l₃₂	930

电机	驱动函数
电机1	STEP（time，0.2，0d，6，180d）
电机2	STEP（time，0.2，0d，6，180d）
电机3	STEP（time，0，0d，0.46，0.84d）+STEP（time，0.46，0d，6， -68.23d）
电机4	STEP（time，6，0d，12，29d）
电机5	STEP（time，6，0d，12，-29d）
电机6	STEP（time，0，0d，0.46，0.84d）+STEP（time，0.46，0d，6， -+68.23d）

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A two-way flat plate folding unit mechanism and motion process analysis

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