机械工程学报

作者：刘名利, 史创, 郭宏伟, 刘荣强

单位：1. 哈尔滨工业大学机电工程学院 哈尔滨 150001;2. 哈尔滨工业大学宇航空间机构全国重点实验室 哈尔滨 150001

关键词：折纸柔性臂,虚拟折痕,双稳态,力学特性；

基金：国家自然科学基金(52192634)、中兴通讯研究基金(IA20240000002)和国家自然科学基金基础科学中心(T2388101)资助项目。

受折纸启发的设计为空间技术中的诸多挑战提供了新的解决方案。基于折纸原理的柔性臂因其质量轻、体积小、适应性强等优点，受到越来越多的关注。提出一种可模块化拓展的折纸型柔性臂结构，该结构具有双稳态特性，可有效提高柔性臂的轴向展开刚度。通过分析柔性臂胞体结构中折痕之间的约束关系，建立几何模型。通过在变形平面内添加虚拟折痕，将单平面的弹性变形等效为双平面的回转运动。在普通折痕和虚拟折痕上引入扭转刚度，计算得到柔性臂胞体结构的弹性势能，进而建立力学模型。力学分析结果表明，折纸型柔性臂具有双稳态特性，且该特性与柔性臂材料的弯曲折叠刚度比值密切相关。设计并制作了3个不同长度的折纸柔性臂模型，并开展功能验证实验，结果表明该柔性臂具有较高的展收比和良好的展开稳定性。根据拉伸实验结果，对力学模型进行修正，实现对任意口径折纸柔性臂展开驱动力的预估。

来源：2025年第21期

《机械工程学报》期刊编辑部

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