氣動雙手揉搓仿生裝置製造方法
2023-08-05 15:57:31
氣動雙手揉搓仿生裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種氣動雙手揉搓仿生裝置，其中僅利用非常簡單的氣缸、雙面齒條、齒輪、連杆、中心鉸接在機架上的滑塊或中心固定在機架上的圓柱形外表面的導向件，便實現了複雜的模仿雙手揉搓的平面運動，在連杆的下端固定不同功能的揉搓工具，便可形成各種功能不同的氣動雙手揉搓仿生裝置。該仿生裝置結構極為簡單，造價特別低廉，工作可靠性高，能夠滿足不同行業對於揉搓仿生裝置的需求。這與現有的那些結構龐大複雜、造價極其高昂的仿生裝置形成了非常鮮明的對照，可廣泛地推廣使用。
【專利說明】氣動雙手揉搓仿生裝置[0001]【技術領域】[0002]本發明涉及一種氣動雙手揉搓仿生裝置。【背景技術】[0003]在機構創新設計中，單純依靠機構自身的運動，來實現模仿人手揉搓的動作，是極 其困難的。因為人手揉搓的動作，是一個直線運動與擺動複合而成的運動。採用數控技術 實現模仿人手揉搓的動作，是最容易想到的技術方案。但是，採用數控技術模仿一隻手揉 搓的運動，至少需要兩個伺服電機，並採用兩軸聯動數控系統編程驅動；模仿雙手揉搓的運 動，則至少需要四個伺服電機，並通過多軸聯動數控系統控制來實現。這不僅造成整個裝置 極其龐大複雜，而且造價極其高昂。如中國專利文獻CN 102940566 A公開的揉搓按摩器， 不僅結構極其複雜，而且未能給出仿生運動的軌跡；再如中國專利文獻CN 103252709 A公 開的數控揉搓式研磨工具機，則採用了 3個伺服電機，以及極其複雜的機械傳動系統，體積龐 大，造價昂貴。從運動學的角度，目前尚未檢索到實質性的雙手揉搓仿生裝置。[0004]目前在工業、醫療、農業等生產生活領域，迫切需要簡單、實用、造價低廉的雙手揉 搓機構。例如，工業生產中粉狀與塊狀物料揉搓攪拌、醫療器械中的雙手按摩、農業生產中 的揉搓茶葉(主要是碧螺春)、食品生產中的揉面等等。[0005]
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種簡單實用的氣動雙手揉搓仿生裝置，從而以極低的造價 來滿足各類相應產品對雙手揉搓仿生裝置的需求。[0007]為達到上述目的，本發明採用的技術方案是:第一技術方案:一種氣動雙手揉搓仿生裝置，包括機架、設於所述機架上的兩組揉搓組件，每組所述 揉搓組件均包括轉動地設於所述機架上的齒輪、一端通過銷軸轉動地設於所述齒輪上的連 杆，所述銷軸的軸心線偏離所述齒輪的軸心線且與所述齒輪的軸心線相平行，所述連杆上 開設有沿其長度方向延伸的滑槽，每組所述揉搓組件還包括中心鉸接在所述機架上用於提 供所述連杆導向的滑塊，所述滑塊間隙配合地設於所述滑槽中，所述機架上還設有氣缸、通 過所述氣缸驅動可沿自身長度方向移動的雙面齒條，所述氣缸包括第一缸筒、第二缸筒、設 於所述第一缸筒上的第一活塞、設於所述第二缸筒上的第二活塞，所述第一活塞、所述第二 活塞的軸心線沿同一直線方向延伸，所述雙面齒條的兩端分別與所述第一活塞、所述第二 活塞固定連接，所述雙面齒條上長度方向的兩側分別設有多個可與所述齒輪相嚙合的齒， 兩組所述揉搓組件分別設於所述雙面齒條的兩側，且兩組所述揉搓組件上兩個所述齒輪分 別與所述雙面齒條相嚙合設置。[0008]在該技術方案中，優選地，所述齒輪上設有銷孔，所述銷孔的中心線與所述齒輪的 軸心線相偏離，所述銷軸的一端連接在所述連杆上，其另一端轉動地穿設在所述銷孔中。[0009]第二技術方案:一種氣動雙手揉搓仿生裝置，包括機架、設於所述機架上的兩組揉搓組件，每組所述 揉搓組件均包括轉動地設於所述機架上的齒輪、一端通過銷軸轉動地設於所述齒輪上的連 杆，所述銷軸的軸心線偏離所述齒輪的軸心線且與所述齒輪的軸心線相平行，所述連杆上 開設有沿其長度方向延伸的滑槽，每組所述揉搓組件還包括中心固定設置在所述機架上用 於提供所述連杆導向的導向件，所述導向件間隙配合地設於所述滑槽中，所述導向件上與 所述滑槽長度方向槽壁相配合的周向外表面為圓柱面，所述機架上還設有氣缸、通過所述 氣缸驅動可沿自身長度方向移動的雙面齒條，所述氣缸包括第一缸筒、第二缸筒、設於所述 第一缸筒上的第一活塞、設於所述第二缸筒上的第二活塞，所述第一活塞、所述第二活塞的 軸心線沿同一直線方向延伸，所述雙面齒條的兩端分別與所述第一活塞、所述第二活塞固 定連接，所述雙面齒條上長度方向的兩側分別設有多個可與所述齒輪相嚙合的齒，兩組所 述揉搓組件分別設於所述雙面齒條的兩側，且兩組所述揉搓組件上兩個所述齒輪分別與所 述雙面齒條相嚙合設置。[0010]在該技術方案中，優選地，所述導向件的軸心線與所述齒輪的軸心線相互平行。[0011]在該技術方案中，優選地，所述導向件為圓柱銷、滾動軸承、滑動軸承中的一種。[0012]在該技術方案中，優選地，所述齒輪上設有銷孔，所述銷孔的中心線與所述齒輪的 軸心線相偏離，所述銷軸的一端連接在所述連杆上，其另一端轉動地穿設在所述銷孔中。[0013]由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點:本發明的一種 氣動雙手揉搓仿生裝置，其中僅利用非常簡單的氣缸、雙面齒條、齒輪、連杆、中心鉸接在機 架上的滑塊或中心固定在機架上的圓柱形外表面的導向件，便實現了複雜的模仿雙手揉搓 的平面運動，在連杆的下端固定不同功能的揉搓工具，便可形成各種功能不同的氣動雙手 揉搓仿生裝置。該仿生裝置結構極為簡單，造價特別低廉，工作可靠性高，能夠滿足不同行 業對於揉搓仿生裝置的需求。這與現有的那些結構龐大複雜、造價極其高昂的仿生裝置形 成了非常鮮明的對照，可廣泛地推廣使用。[0014]【專利附圖】
【附圖說明】[0015]附圖1為本發明的實施例1的結構示意圖；附圖2為本發明的實施例2的結構示意圖。[0016]其中:10、10』 一揉搓組件；1、1』 一齒輪；2、2』 一連杆；3、3』 一銷軸；4、4』 一滑 槽；5、5』 一滑塊；6、6』 一導向件，7、氣缸；71、第一缸筒；72、第一活塞；73、第二缸筒；74、第 二活塞；8、雙面齒條。[0017]【具體實施方式】[0018]下面結合附圖和具體的實施例來對本發明的技術方案作進一步的闡述。[0019]實施例1參見圖1所示的一種氣動雙手揉搓仿生裝置，包括機架(圖中未示出)、設於機架上的兩 組揉搓組件10、10』。[0020]揉搓組件10包括可繞軸心線轉動地設於機架上的齒輪1、通過銷軸3轉動地設於 齒輪I上的連杆2。齒輪I上開設有一偏心的銷孔，該銷孔的中心線平行於齒輪I的軸心 線，銷軸3的一端連接在連杆2的上部，其另一端可轉動地穿設在上述銷孔中。連杆2上開 設有一滑槽4，該滑槽4沿連杆2的長度方向延伸，機架上設有中心鉸接在機架上用於提供 連杆2導向的滑塊5，即滑塊5的兩軸向端部的中心位置處鉸接在機架上，滑塊5可繞兩軸 端鉸接點的連線旋轉地設於機架上，滑塊5間隙配合地設於滑槽4中，其能夠沿滑槽4的長 度延伸方向相對連杆2滑移，滑塊5與滑槽4之間形成平面低副。當外部驅動力驅動齒輪 I旋轉時，連杆2在銷軸3的作用下相對於滑塊5的鉸支中心既做直線滑移運動又做擺動， 而滑塊5隻做擺動運動，這樣連杆2的下端就能夠產生類似於人手揉搓的仿生運動，其運動 軌跡如圖1下端虛線所示。[0021]揉搓組件10』的設置與揉搓組件10的設置相類似，包括可繞軸心線轉動地設於機 架上的齒輪I』、通過銷軸3』轉動地設於齒輪上的連杆2』，以及中心鉸接在機架上用於提供 連杆2』導向的滑塊5』，當齒輪I』在外部驅動力的作用下轉動時，連杆2』在銷軸3』的作用 下相對於滑塊5』的鉸支中心既做直線滑移運動又做擺動，連杆2』的下端也就能夠產生類 似於人手揉搓的仿生運動。[0022]參見圖1所示，機架上還設有氣缸7、通過氣缸7驅動可沿自身長度方向移動的雙 面齒條8,氣缸7包括安裝在機架上的第一缸筒71和第二缸筒73,以及設於第一缸筒71上 的第一活塞72、設於第二缸筒73上的第二活塞74，其中第一活塞72和第二活塞74的軸心 線沿同一直線方向延伸。雙面齒條8的兩端部分別固定在第一活塞72和第二活塞74上， 雙面齒條8長度方向的兩側分別設有多個可與齒輪1、1』相嚙合的齒，揉搓組件10和揉搓 組件10』分別設於雙面齒條8的兩側，且齒輪1、齒輪I』分別與雙面齒條8相嚙合設置。[0023]這樣當向第一缸筒71、第二缸筒73充入氣體時，第一活塞72或第二活塞73帶動 雙面齒條8沿長度方向移動，雙面齒條8帶動齒輪1、1』作方向相反的轉動，從而使得連杆2、2』的下端分別產生類似人手揉搓的仿生動作。通過在連杆2、2』的下端固定不同功能的 揉搓工具，便可形成各種功能不同的氣動雙手揉搓仿生裝置。[0024]設置時可根據操作需要調整銷軸3在齒輪I上的位置或銷軸3』在齒輪I』上的位 置，從而實現雙手對稱仿生揉搓動作(如圖1)，或者實現雙手不對稱仿生揉搓動作。[0025]如果改變銷軸3或銷軸3』所在銷孔分別在齒輪1、1』上的徑向位置，即改變了銷 孔的偏心距離，則可改變相應連杆2或2』下端揉搓動作的運動曲線。[0026]如果改變滑塊5、5』的鉸接中心在機架上的位置，則可同時改變連杆2、2』下端的 揉搓位置與揉搓動作的運動曲線。[0027]氣缸7在換向時能夠改變齒輪1、1』的轉動方向，從而實現連杆2、2』下端的揉搓 方向在由內至外與由外至內之間進行切換。[0028]實施例2參見圖2所示的一種氣動雙手揉搓仿生裝置，該仿生裝置與實施例1的區別主要在於 提供連杆2、2』導向的部件的設置。在本實施例中，提供連杆2、2』導向的部件為中心固定 設置在機架上的導向件6、6』，導向件6、6』分別間隙配合地設於滑槽4、4』中，導向件6、6』上與滑槽4、4』長度方向槽壁相配合的周向外表面為圓柱面，導向件6、6』分別與滑槽4、4』 形成平面高副。當雙面齒條8沿長度方向移動而驅動齒輪1、齒輪I』旋轉時，連杆2、2』分別在銷軸3、3』的作用下相對於圓柱形外表面的導向件6、6』既做直線運動又做擺動，這樣連杆2、2』的下端就能夠產生類似雙手揉搓的仿生運動。[0029]上述運動過程中，圓柱形外表面的導向件6、6』與滑槽4、4』之間的摩擦較小，相比實施例1的方式，可有效地降低導向件與滑槽槽壁之間的摩擦和磨損，但其承載力相比實施例I的方式較小，適用於載荷較小的場合，而實施例1的方式則適用於載荷較大的場合。 圓柱形外表面的導向件6、6』可採用圓柱銷、滾動軸承、滑動軸承等部件，若採用簡單的固定圓柱銷，其成本最低，但摩擦和磨損相對較大，而採用中心固定的滾動軸承或滑動軸承，能夠有效地降低摩擦與磨損。[0030]綜上，如何以較少或最少的運動構件，來創新設計出模仿雙手揉搓的機構，始終是機構學領域的一個技術難題，因為作為一個機構來說，運動構件少不僅意味著結構簡單和製造成本低，更重要的是意味著工作可靠性高。[0031]實施例1中的單側揉搓動作中，從運動學意義上來說只有4個實質性運動構件，即雙面齒條8、齒輪I 0-)、連杆2 (2』)、滑塊5 (5』);實施例2中的單側揉搓動作中，從運動學意義上來說只有3個實質性運動構件，即雙面齒條8、齒輪I 0-)、連杆2 (2』)。[0032]本發明的創新點即在於，僅利用非常簡單的氣缸7、雙面齒條8、齒輪I 0-)、連杆2(2』)、中心鉸接在機架上的滑塊5 (5』)或中心固定在機架上的圓柱形外表面的導向件6 (6』)，便實現了複雜的模仿雙手揉搓的平面運動，在連杆2、2』的下端固定不同功能的揉搓工具，便可形成各種功能不同的氣動雙手揉搓仿生裝置。該仿生裝置結構極為簡單，造價特別低廉，工作可靠性高，能夠滿足不同行業對於揉搓仿生裝置的需求。這與現有的那些結構龐大複雜、造價極其高昂的仿生裝置形成了非常鮮明的對照，可廣泛地推廣使用。[0033]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發`明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種氣動雙手揉搓仿生裝置，其特徵在於:包括機架、設於所述機架上的兩組揉搓 組件，每組所述揉搓組件均包括轉動地設於所述機架上的齒輪、一端通過銷軸轉動地設於 所述齒輪上的連杆，所述銷軸的軸心線偏離所述齒輪的軸心線且與所述齒輪的軸心線相平 行，所述連杆上開設有沿其長度方向延伸的滑槽，每組所述揉搓組件還包括中心鉸接在所 述機架上用於提供所述連杆導向的滑塊，所述滑塊間隙配合地設於所述滑槽中，所述機架上還設有氣缸、通過所述氣缸驅動可沿自身長度方向移動的雙面齒條，所述 氣缸包括第一缸筒、第二缸筒、設於所述第一缸筒上的第一活塞、設於所述第二缸筒上的第 二活塞，所述第一活塞、所述第二活塞的軸心線沿同一直線方向延伸，所述雙面齒條的兩端 分別與所述第一活塞、所述第二活塞固定連接，所述雙面齒條上長度方向的兩側分別設有 多個可與所述齒輪相嚙合的齒，兩組所述揉搓組件分別設於所述雙面齒條的兩側，且兩組 所述揉搓組件上兩個所述齒輪分別與所述雙面齒條相嚙合設置。
2.根據權利要求1所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特徵在於:所述齒輪上設有銷孔， 所述銷孔的中心線與所述齒輪的軸心線相偏離，所述銷軸的一端連接在所述連杆上，其另 一端轉動地穿設在所述銷孔中。
3.一種氣動雙手揉搓仿生裝置，其特徵在於:包括機架、設於所述機架上的兩組揉搓 組件，每組所述揉搓組件均包括轉動地設於所述機架上的齒輪、一端通過銷軸轉動地設於 所述齒輪上的連杆，所述銷軸的軸心線偏離所述齒輪的軸心線且與所述齒輪的軸心線相平 行，所述連杆上開設有沿其長度方向延伸的滑槽，每組所述揉搓組件還包括中心固定設置 在所述機架上用於提供所述連杆導向的導向件，所述導向件間隙配合地設於所述滑槽中， 所述導向件上與所述滑槽長度方向槽壁相配合的周向外表面為圓柱面，所述機架上還設有氣缸、通過所述氣缸驅動可沿自身長度方向移動的雙面齒條，所述 氣缸包括第一缸筒、第二缸筒、設於所述第一缸筒上的第一活塞、設於所述第二缸筒上的第 二活塞，所述第一活塞、所述第二活塞的軸心線沿同一直線方向延伸，所述雙面齒條的兩端 分別與所述第一活塞、所述第二活塞固定連接，所述雙面齒條上長度方向的兩側分別設有 多個可與所述齒輪相嚙合的齒，兩組所述揉搓組件分別設於所述雙面齒條的兩側，且兩組 所述揉搓組件上兩個所述齒輪分別與所述雙面齒條相嚙合設置。
4.根據權利要求3所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特徵在於:所述導向件的軸心線 與所述齒輪的軸心線相互平行。
5.根據權利要求3所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特徵在於:所述導向件為圓柱銷、 滾動軸承、滑動軸承中的一種。
6.根據權利要求3所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特徵在於:所述齒輪上設有銷孔， 所述銷孔的中心線與所述齒輪的軸心線相偏離，所述銷軸的一端連接在所述連杆上，其另 一端轉動地穿設在所述銷孔中。
【文檔編號】F16H47/00GK103498906SQ201310493975
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】竇雲霞, 王傳洋, 鍾康民 申請人:蘇州大學