气动双手揉搓仿生装置 |
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| 申请号 | CN201310493974.3 | 申请日 | 2013-10-18 | 公开(公告)号 | CN103498905A | 公开(公告)日 | 2014-01-08 |
| 申请人 | 苏州大学; | 发明人 | 王传洋; 窦云霞; 钟康民; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 气动 双手揉搓仿生装置，其中仅利用非常简单的 气缸 、双面 齿条 、 齿轮 、 连杆 、中心铰接在 机架 上的圆柱体或滑座，便实现了复杂的模仿双手揉搓的平面运动，在连杆的下端固定不同功能的揉搓工具，便可形成各种功能不同的气动双手揉搓仿生装置。该仿生装置结构极为简单，造价特别低廉，工作可靠性高，能够满足不同行业对于揉搓仿生装置的需求。这与现有的那些结构庞大复杂、造价极其高昂的仿生装置形成了非常鲜明的对照，可广泛地推广使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种气动双手揉搓仿生装置，其特征在于：包括机架、设于所述机架上的两组揉搓组件，每组所述揉搓组件均包括转动地设于所述机架上的齿轮、一端通过销轴转动地设于所述齿轮上的连杆、铰接在所述机架上的圆柱体，所述销轴的轴心线偏离所述齿轮的轴心线且与所述齿轮的轴心线相平行，所述圆柱体可绕自身轴心线旋转地设于所述机架上，所述圆柱体上开设有沿径向贯穿的通孔，所述连杆间隙配合地穿设在所述通孔中，所述仿生装置还包括设于所述机架上的气缸、通过所述气缸驱动可沿自身长度方向移动的双面齿条，所述气缸包括第一缸筒、第二缸筒、设于所述第一缸筒上的第一活塞、设于所述第二缸筒上的第二活塞，所述第一活塞、所述第二活塞的轴心线沿同一直线方向延伸，所述双面齿条的两端分别与所述第一活塞、所述第二活塞固定连接，所述双面齿条的两侧分别设有多个可与所述齿轮相啮合的齿，两组所述揉搓组件分别设于所述双面齿条的两侧，且两组所述揉搓组件上两个所述齿轮分别与所述双面齿条相啮合设置。 |
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| 说明书全文 | 气动双手揉搓仿生装置[0001] 技术领域[0002] 本发明涉及一种气动双手揉搓仿生装置。 [0003] 背景技术[0004] 目前在工业、医疗、农业等生产生活领域，迫切需要简单、实用、造价低廉的双手揉搓机构。例如，工业生产中粉状与块状物料揉搓搅拌、医疗器械中的双手按摩、农业生产中的揉搓茶叶（主要是碧螺春）、食品生产中的揉面等等。 [0005] 然而在机构创新设计中，单纯依靠机构自身的运动，来实现模仿人手揉搓的动作，是极其困难的。因为人手揉搓的动作，是一个直线运动与摆动复合而成的运动。采用数控技术实现模仿人手揉搓的动作，是最容易想到的技术方案。但是，采用数控技术模仿一只手揉搓的运动，至少需要两个伺服电机，并采用两轴联动数控系统编程驱动；模仿双手揉搓的运动，则至少需要四个伺服电机，并通过多轴联动数控系统控制来实现。这不仅造成整个装置极其庞大复杂，而且造价极其高昂。如中国专利文献CN 102940566 A公开的揉搓按摩器，不仅结构极其复杂，而且未能给出仿生运动的轨迹；再如中国专利文献CN 103252709 A公开的数控揉搓式研磨机床，则采用了3个伺服电机，以及极其复杂的机械传动系统，体积庞大，造价昂贵。从运动学的角度，目前尚未检索到实质性的双手揉搓仿生装置。 [0006] 发明内容[0007] 本发明的目的是提供一种简单实用的气动双手揉搓仿生装置，从而以极低的造价来满足各类相应产品对双手揉搓仿生装置的需求。 [0008] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：第一技术方案： 一种气动双手揉搓仿生装置，包括机架、设于所述机架上的两组揉搓组件，每组所述揉搓组件均包括转动地设于所述机架上的齿轮、一端通过销轴转动地设于所述齿轮上的连杆、铰接在所述机架上的圆柱体，所述销轴的轴心线偏离所述齿轮的轴心线且与所述齿轮的轴心线相平行，所述圆柱体可绕自身轴心线旋转地设于所述机架上，所述圆柱体上开设有沿径向贯穿的通孔，所述连杆间隙配合地穿设在所述通孔中，所述仿生装置还包括设于所述机架上的气缸、通过所述气缸驱动可沿自身长度方向移动的双面齿条，所述气缸包括第一缸筒、第二缸筒、设于所述第一缸筒上的第一活塞、设于所述第二缸筒上的第二活塞，所述第一活塞、所述第二活塞的轴心线沿同一直线方向延伸，所述双面齿条的两端分别与所述第一活塞、所述第二活塞固定连接，所述双面齿条的两侧分别设有多个可与所述齿轮相啮合的齿，两组所述揉搓组件分别设于所述双面齿条的两侧，且两组所述揉搓组件上两个所述齿轮分别与所述双面齿条相啮合设置。 [0009] 在该技术方案中，优选地，所述圆柱体的轴心线与所述齿轮的轴心线相互平行。 [0010] 在该技术方案中，优选地，所述齿轮上设有销孔，所述销孔的中心线与所述齿轮的轴心线相偏离，所述销轴的一端连接在所述连杆上，其另一端转动地穿设在所述销孔中。 [0011] 在该技术方案中，优选地，所述通孔为圆柱形孔，对应地，所述连杆上与所述通孔配合的周向表面为圆柱面。 [0012] 第二技术方案：一种气动双手揉搓仿生装置，包括机架、设于所述机架上的两组揉搓组件，每组所述揉搓组件均包括转动地设于所述机架上的齿轮、一端通过销轴转动地设于所述齿轮上的连杆、中心铰接在所述机架上的滑座，所述销轴的轴心线偏离所述齿轮的轴心线且与所述齿轮的轴心线相平行，所述滑座上开设有可供所述连杆沿轴向穿入的通孔，所述连杆间隙配合地穿设在所述通孔中，所述仿生装置还包括设于所述机架上的气缸、通过所述气缸驱动可沿自身长度方向移动的双面齿条，所述气缸包括第一缸筒、第二缸筒、设于所述第一缸筒上的第一活塞、设于所述第二缸筒上的第二活塞，所述第一活塞、所述第二活塞的轴心线沿同一直线方向延伸，所述双面齿条的两端分别与所述第一活塞、所述第二活塞固定连接，所述双面齿条的两侧分别设有多个可与所述齿轮相啮合的齿，两组所述揉搓组件分别设于所述双面齿条的两侧，且两组所述揉搓组件上两个所述齿轮分别与所述双面齿条相啮合设置。 [0013] 在该技术方案中，优选地，所述滑座的两轴向端部连接在所述机架上呈简支梁结构。 [0014] 在该技术方案中，优选地，所述通孔为圆柱形孔，对应地，所述连杆上与所述通孔配合的周向表面为圆柱面。 [0015] 在该技术方案中，优选地，所述齿轮上设有销孔，所述销孔的中心线与所述齿轮的轴心线相偏离，所述销轴的一端连接在所述连杆上，其另一端转动地穿设在所述销孔中。 [0016] 由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的一种气动双手揉搓仿生装置，其中仅利用非常简单的气缸、双面齿条、齿轮、连杆、中心铰接在机架上的圆柱体或滑座，便实现了复杂的模仿双手揉搓的平面运动，在连杆的下端固定不同功能的揉搓工具，便可形成各种功能不同的气动双手揉搓仿生装置。该仿生装置结构极为简单，造价特别低廉，工作可靠性高，能够满足不同行业对于揉搓仿生装置的需求。这与现有的那些结构庞大复杂、造价极其高昂的仿生装置形成了非常鲜明的对照，可广泛地推广使用。 [0019] 其中：10、10’—揉搓组件；1、1’—齿轮；2、2’—连杆；3、3’—销轴；4、4’—圆柱体；5、5’—滑座；6—气缸；61—第一缸筒；62—第一活塞；63—第二缸筒；64—第二活塞；7—双面齿条。 [0020] 具体实施方式[0021] 下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。 [0022] 实施例1参见图1所示的一种气动双手揉搓仿生装置，包括机架（图中未示出）、设于机架上的两组揉搓组件10、10’。 [0023] 揉搓组件10包括可绕轴心线转动地设于机架上的齿轮1、通过销轴3转动地设于齿轮1上的连杆2、铰接在机架上且可绕自身轴心线旋转的圆柱体4。齿轮1上开设有一偏心的销孔，该销孔的中心线平行于齿轮1的轴心线，销轴3的一端连接在连杆2的上部，其另一端可转动地穿设在上述销孔中。 [0024] 圆柱体4的轴心线与齿轮1的轴心线相互平行，圆柱体4上开设有沿径向贯穿的通孔，连杆2间隙配合地穿设在上述通孔中，且连杆2的下端露出通孔外。连杆2与圆柱体4之间形成平面低副，当外部驱动力驱动齿轮1旋转时，连杆2在销轴3的作用下相对于圆柱体4的铰支中心既做直线滑移运动又做摆动，圆柱体4则只做摆动动作，因此，在连杆2的下端就能够产生类似于人手揉搓的仿生运动，其运动轨迹如图1下端虚线所示。为便于各部件的加工，圆柱体4上的通孔为截面为圆形的圆柱形孔，对应地，连杆2的周向表面呈圆柱面，至少为连杆2上穿设在上述通孔中与上述通孔相配合的周向表面为圆柱面。 [0025] 揉搓组件10’的设置与揉搓组件10的设置相类似，包括可绕轴心线转动地设于机架上的齿轮1’、通过销轴3’转动地设于齿轮上的连杆2’，以及铰接在机架上且可绕自身轴心线旋转的圆柱体4’，连杆2’间隙配合地穿设在圆柱体4’上的径向贯穿的通孔中，当齿轮1’在外部驱动力的作用下转动时，连杆2’在销轴3’的作用下相对于圆柱体4’的铰支中心既做直线滑移运动又做摆动，圆柱体4’只做摆动动作，连杆2’的下端也能够产生类似于人手揉搓的仿生运动。 [0026] 参见图1所示，该仿生装置还包括设于机架上的气缸6、通过气缸6驱动可沿自身长度方向移动的双面齿条7，气缸6包括安装在机架上的第一缸筒61和第二缸筒63，以及设于第一缸筒61上的第一活塞62、设于第二缸筒63上的第二活塞64，其中第一活塞62和第二活塞64的轴心线沿同一直线方向延伸。双面齿条7的两端部分别固定在第一活塞62和第二活塞64上，双面齿条7长度方向的两侧分别设有多个可与齿轮1、1’相啮合的齿，揉搓组件10和揉搓组件10’分别设于双面齿条7的两侧，且齿轮1、齿轮1’分别与双面齿条7相啮合设置。这样当向第一缸筒61、第二缸筒63充入气体时，第一活塞62或第二活塞63带动双面齿条7沿长度方向移动，双面齿条7带动齿轮1、1’作方向相反的转动，从而使得连杆2、2’的下端分别产生类似人手揉搓的仿生动作。通过在连杆2、2’的下端固定不同功能的揉搓工具，便可形成各种功能不同的气动双手揉搓仿生装置。 [0027] 实施例2参见图2所示的一种气动双手揉搓仿生装置，该仿生装置与实施例1的区别主要在于提供连杆2、2’导向的部件的设置。在本实施例中，提供连杆2、2’导向的部件为中心铰接在机架上的滑座5、5’，滑座5、5’两轴向端部在机架上的铰接点的连线平行于齿轮1、1’的轴心线。滑座5、5’上分别开设有供连杆2、2’穿入的通孔，连杆2、2’分别间隙配合地穿设在滑座5、5’上的通孔中，连杆2、2’与滑座5、5’形成平面低副，当双面齿条7沿长度方向移动而驱动齿轮1、齿轮1’旋转时，连杆2、2’分别在销轴3、3’的作用下相对于滑座5、5’既做直线滑移运动又做摆动，滑座5、5’则只做摆动运动，这样连杆2、2’的下端就能够产生类似双手揉搓的仿生运动。 [0028] 在本实施例中，滑座5、5’的两轴向端部连接在机架上呈简支梁结构，如图3中的A-A剖面图所示，这样设置相对于悬臂梁而言具有较好的刚性，而相对于外伸梁其结构更为简单。 [0029] 上述两实施例的两种技术方案中，设置时可根据需要调整销轴3在齿轮1上的位置或销轴3’在齿轮1’上的位置，从而实现双手对称仿生揉搓动作（如图1、图2），或者实现双手不对称仿生揉搓动作。 [0030] 如果改变销轴3或销轴3’所在销孔分别在齿轮1、1’上的径向位置，即改变了销孔的偏心距离，则可改变相应连杆2或2’下端揉搓动作的运动曲线。 [0031] 如果改变圆柱体4、4’或滑座5、5’的铰接中心在机架上的位置，则可同时改变连杆2、2’下端的揉搓位置与揉搓动作的运动曲线。 [0032] 气缸7在换向时能够相应改变齿轮1、1’的转动方向，从而实现连杆2、2’下端的揉搓方向在由内至外与由外至内之间进行切换。 [0033] 综上，如何以较少或最少的运动构件，来创新设计出模仿双手揉搓的机构，始终是机构学领域的一个技术难题，因为作为一个机构来说，运动构件少不仅意味着结构简单和制造成本低，更重要的是意味着工作可靠性高。 [0034] 在实施例1和实施例2的两种技术方案中，对于单侧的揉搓动作中，从运动学意义上来说只有4个实质性运动构件，即双面齿条7、齿轮1（1’）、连杆2（2’）、中心铰接在机架上的圆柱体4（4’）或滑座5（5’）。本发明的创新点即在于，仅利用这几个简单的机械构件便实现了复杂的模仿双手揉搓的平面运动，在连杆2、2’的下端固定不同功能的揉搓工具，便可形成各种功能不同的气动双手揉搓仿生装置。该仿生装置结构极为简单，造价特别低廉，工作可靠性高，能够满足不同行业对于揉搓仿生装置的需求。这与现有的那些结构庞大复杂、造价极其高昂的仿生装置形成了非常鲜明的对照，可广泛地推广使用。 [0035] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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