不同于传统的机构或结构，可展结构是一种奇特的工程结构，属于机构与结构的交叉领域。在实现结构基本承载功能的前提下，其能够大尺寸地改变几何形状以适应不同的工况，是实现航天、土木等大型展开结构设计的关键。
1 系统研究方法：过约束机构 + 几何覆盖 = 可展结构
通过解决一系列的高度非线性几何协调和运动协调等约束难题，提出了可展结构的全新系统设计方法—几何覆盖(Tessellation)法。该方法利用三维过约束机构作为基本单元，按照机构约束条件，依据平面或空间几何覆盖的方式来构建大型可展结构，可以获得所有满足平面及空间覆盖条件的设计方案。如根据Bennett机构设计了一种折叠紧凑的新型可展结构单元，采用该设计方法，构造了一种基于四边形几何排布的大型可展结构。该可展结构由于具有结构简单、折叠特性好等优势，在航天领域拥有巨大应用潜力。
以Bennett 机构为单元，通过几何覆盖法构建的大型可展结构
2 新型大尺度可展结构的设计
结合空间过约束机构的运动学特性，应用几何覆盖法，基于Bennett linkage, Bricard linkage, Myard linkage, 建立了一系列具有单一自由度、几何过约束、纯转动副连接和冗余刚度等特点的大型可展结构。它们结构简单、易于控制，可折叠成便于收纳与运输的紧凑状态，同时可展成具有特定功能的大型平面、柱面、马鞍面等，因此，此类结构可应用于航空航天等相关领域。
基于Bricard linkage的可展平面结构
基于Bennett linkage的可展柱面结构
3 新型可展多面体结构的设计
通过对空间多环路机构及其运动协调性的研究，结合桁架变换方法，提出单自由度多面体变换结构的设计方法。运用该方法得到了可分别实现立方八面体（由八个三角形和六个四边形围成的十四面体）与八面体、截角八面体（由八个六边形和六个四边形围成的十四面体）与六面体和截顶四面体（由四个三角形和四个六边形围成的八面体）与四面体之间单自由度变换的可展多面体结构。它们的体积折展比分别为5，11.3和23，可显著提升其在展开状态下工作空间。通过对其运动轨迹进行分析和制作物理模型，证明了这些多面体变换过程无运动分岔现象。该可展多面体结构具有结构简单、易于控制等特点，实现了可展结构从二维平面或曲面到三维体结构的延伸。此类多面体结构可应用于小卫星、医疗胶囊机器人等工程领域。
可展多面体结构
4 径向折展多面体机构
通过融合立体几何学和机构运动学的巧妙灵感，建立了基于对称性与不同类型机构单元的折展多面体设计准则，获得了一系列单自由度径向折展多面体的创新设计，并提出了多环路过约束多面体机构的过约束消减方法。首先，将球面四杆同步机构作为构建单元，通过分别遵循四面体对称性 (Td)、立方体对称性 (Oh) 和十二面体对称性 (Ih)，设计了一系列基于球面四杆机构的单自由度径向折展多面体，并基于几何缩短操作揭示了九种多面体单自由度变换方案。其次，将多重对称的空间七杆机构网格作为构建单元，按照相应的空间对称性嵌入至阿基米德多面体表面，提出了一系列基于空间七杆机构的径向折展多面体。最后，将Sarrus连杆机构嵌入至扩展后的柏拉图多面体，构建了一系列基于Sarrus连杆机构的单自由度折展多面体。通过引入哈密尔顿路径这一数学概念，提出了多环路过约束多面体机构的过约束消减方法，在运动学等价的基础上大幅降低了机构过约束度。研究成果不仅为折展多面体机构的创新研究奠定强有力的理论基础，也为其工程化发展提供有效的技术支撑。
基于球面四杆机构的径向折展多面体
基于空间七杆机构的径向折展多面体
基于Sarrus的径向折展多面体机构及其过约束消减
5 工程应用
面向空间技术发展及回收太空结构以减少太空垃圾的需求，提出具有可反复折展功能的空间结构的设计方法，解决了变翼飞机机翼反复伸展与承载兼顾的设计难题。基于Sarrus机构设计了一种具有30%伸展率的可变形机翼。该机翼可根据不同飞行环境改变形状来获得最佳的空气动力学性能。此外，针对工程应用对机动性和快速反应有较高要求，设计出运输方便、架设快速的大型折叠结构。
大型折叠结构 伸展翼飞机
