氣動雙手揉搓仿生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)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、連桿、中心鉸接在機架上的圓柱體或滑座，便實現(xiàn)了復(fù)雜的模仿雙手揉搓的平面運動，在連桿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(jié)構(gòu)極為簡單，造價特別低廉，工作可靠性高，能夠滿足不同行業(yè)對于揉搓仿生裝置的需求。這與現(xiàn)有的那些結(jié)構(gòu)龐大復(fù)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(shù)領(lǐng)域】[0002]本發(fā)明涉及一種氣動雙手揉搓仿生裝置。[0003] 【背景技術(shù)】[0004]目前在工業(yè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)生活領(lǐng)域，迫切需要簡單、實用、造價低廉的雙手揉 搓機構(gòu)。例如，工業(yè)生產(chǎn)中粉狀與塊狀物料揉搓攪拌、醫(yī)療器械中的雙手按摩、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 的揉搓茶葉(主要是碧螺春)、食品生產(chǎn)中的揉面等等。[0005]然而在機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計中，單純依靠機構(gòu)自身的運動，來實現(xiàn)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復(fù)合而成的運動。采用數(shù)控技 術(shù)實現(xiàn)模仿人手揉搓的動作，是最容易想到的技術(shù)方案。但是，采用數(shù)控技術(shù)模仿一只手揉 搓的運動，至少需要兩個伺服電機，并采用兩軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)編程驅(qū)動；模仿雙手揉搓的運 動，則至少需要四個伺服電機，并通過多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)控制來實現(xiàn)。這不僅造成整個裝置 極其龐大復(fù)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(jié)構(gòu)極其復(fù)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(shù)控揉搓式研磨機床，則采用了 3個伺服電機，以及極其復(fù)雜的機械傳動系統(tǒng)，體積龐 大，造價昂貴。從運動學(xué)的角度，目前尚未檢索到實質(zhì)性的雙手揉搓仿生裝置。[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)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(yīng)產(chǎn)品對雙手揉搓仿生裝置的需求。[0008]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:第一技術(shù)方案:一種氣動雙手揉搓仿生裝置，包括機架、設(shè)于所述機架上的兩組揉搓組件，每組所述 揉搓組件均包括轉(zhuǎn)動地設(shè)于所述機架上的齒輪、一端通過銷軸轉(zhuǎn)動地設(shè)于所述齒輪上的連 桿、鉸接在所述機架上的圓柱體，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，所述圓柱體可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地設(shè)于所述機架上，所述圓柱體上開設(shè) 有沿徑向貫穿的通孔，所述連桿間隙配合地穿設(shè)在所述通孔中，所述仿生裝置還包括設(shè)于 所述機架上的氣缸、通過所述氣缸驅(qū)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(shè)于所述第一缸筒上的第一活塞、設(shè)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，所述雙面齒條的兩側(cè)分別設(shè)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(shè)于所述雙面齒條的兩側(cè)，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(shè)置。[0009]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述圓柱體的軸心線與所述齒輪的軸心線相互平行。[0010]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述齒輪上設(shè)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桿上，其另一端轉(zhuǎn)動地穿設(shè)在所述銷孔中。 [0011 ] 在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述通孔為圓柱形孔，對應(yīng)地，所述連桿上與所述通孔 配合的周向表面為圓柱面。[0012]第二技術(shù)方案:一種氣動雙手揉搓仿生裝置，包括機架、設(shè)于所述機架上的兩組揉搓組件，每組所述 揉搓組件均包括轉(zhuǎn)動地設(shè)于所述機架上的齒輪、一端通過銷軸轉(zhuǎn)動地設(shè)于所述齒輪上的連 桿、中心鉸接在所述機架上的滑座，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，所述滑座上開設(shè)有可供所述連桿沿軸向穿入的通孔，所述連桿間隙配 合地穿設(shè)在所述通孔中，所述仿生裝置還包括設(shè)于所述機架上的氣缸、通過所述氣缸驅(qū)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(shè)于所述第一缸筒 上的第一活塞、設(shè)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 述雙面齒條的兩側(cè)分別設(shè)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(shè)于所 述雙面齒條的兩側(cè)，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(shè) 置。[0013]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述滑座的兩軸向端部連接在所述機架上呈簡支梁結(jié) 構(gòu)。[0014]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述通孔為圓柱形孔，對應(yīng)地，所述連桿上與所述通孔 配合的周向表面為圓柱面。[0015]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述齒輪上設(shè)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桿上，其另一端轉(zhuǎn)動地穿設(shè)在所述銷孔中。[0016]由于上述技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:本發(fā)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、連桿、中心鉸接在機 架上的圓柱體或滑座，便實現(xiàn)了復(fù)雜的模仿雙手揉搓的平面運動，在連桿的下端固定不同 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(jié)構(gòu)極為 簡單，造價特別低廉，工作可靠性高，能夠滿足不同行業(yè)對于揉搓仿生裝置的需求。這與現(xiàn) 有的那些結(jié)構(gòu)龐大復(fù)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。[0017]【專利附圖】

【附圖說明】[0018]附圖1為本發(fā)明的實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明的實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3為附圖2中A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。[0019]其中:10、10，一揉搓組件；1、1’ 一齒輪；2、2’ 一連桿；3、3’ 一銷軸；4、4’ 一圓柱 體；5、5’ 一滑座；6—氣缸；61—第一缸筒；62—第一活塞；63—第二缸筒；64—第二活塞；7一雙面齒條。[0020]【具體實施方式】[0021]下面結(jié)合附圖和具體的實施例來對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的闡述。[0022]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(shè)于機架上的兩 組揉搓組件10、10’。[0023]揉搓組件10包括可繞軸心線轉(zhuǎn)動地設(shè)于機架上的齒輪1、通過銷軸3轉(zhuǎn)動地設(shè)于 齒輪I上的連桿2、鉸接在機架上且可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)的圓柱體4。齒輪I上開設(shè)有一偏 心的銷孔，該銷孔的中心線平行于齒輪I的軸心線，銷軸3的一端連接在連桿2的上部，其 另一端可轉(zhuǎn)動地穿設(shè)在上述銷孔中。[0024]圓柱體4的軸心線與齒輪I的軸心線相互平行，圓柱體4上開設(shè)有沿徑向貫穿的 通孔，連桿2間隙配合地穿設(shè)在上述通孔中，且連桿2的下端露出通孔外。連桿2與圓柱體 4之間形成平面低副，當(dāng)外部驅(qū)動力驅(qū)動齒輪I旋轉(zhuǎn)時，連桿2在銷軸3的作用下相對于圓 柱體4的鉸支中心既做直線滑移運動又做擺動，圓柱體4則只做擺動動作，因此，在連桿2 的下端就能夠產(chǎn)生類似于人手揉搓的仿生運動，其運動軌跡如圖1下端虛線所示。為便于 各部件的加工，圓柱體4上的通孔為截面為圓形的圓柱形孔，對應(yīng)地，連桿2的周向表面呈 圓柱面，至少為連桿2上穿設(shè)在上述通孔中與上述通孔相配合的周向表面為圓柱面。[0025]揉搓組件10’的設(shè)置與揉搓組件10的設(shè)置相類似，包括可繞軸心線轉(zhuǎn)動地設(shè)于機 架上的齒輪I’、通過銷軸3’轉(zhuǎn)動地設(shè)于齒輪上的連桿2’，以及鉸接在機架上且可繞自身軸 心線旋轉(zhuǎn)的圓柱體4’，連桿2’間隙配合地穿設(shè)在圓柱體4’上的徑向貫穿的通孔中，當(dāng)齒 輪I’在外部驅(qū)動力的作用下轉(zhuǎn)動時，連桿2’在銷軸3’的作用下相對于圓柱體4’的鉸支 中心既做直線滑移運動又做擺動，圓柱體4’只做擺動動作，連桿2’的下端也能夠產(chǎn)生類似 于人手揉搓的仿生運動。[0026]參見圖1所示，該仿生裝置還包括設(shè)于機架上的氣缸6、通過氣缸6驅(qū)動可沿自身 長度方向移動的雙面齒條7，氣缸6包括安裝在機架上的第一缸筒61和第二缸筒63，以及 設(shè)于第一缸筒61上的第一活塞62、設(shè)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的軸心線沿同一直線方向延伸。雙面齒條7的兩端部分別固定在第一活塞62 和第二活塞64上，雙面齒條7長度方向的兩側(cè)分別設(shè)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(shè)于雙面齒條7的兩側(cè)，且齒輪1、齒輪I’分別與雙面齒條 7相卩齒合設(shè)置。這樣當(dāng)向第一缸筒61、第二缸筒63充入氣體時,第一活塞62或第二活塞63 帶動雙面齒條7沿長度方向移動，雙面齒條7帶動齒輪1、1’作方向相反的轉(zhuǎn)動，從而使得 連桿2、2’的下端分別產(chǎn)生類似人手揉搓的仿生動作。通過在連桿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。[0027]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(qū)別主要在于 提供連桿2、2’導(dǎo)向的部件的設(shè)置。在本實施例中，提供連桿2、2’導(dǎo)向的部件為中心鉸接 在機架上的滑座5、5’，滑座5、5’兩軸向端部在機架上的鉸接點的連線平行于齒輪1、1’的軸心線?；?、5’上分別開設(shè)有供連桿2、2’穿入的通孔，連桿2、2’分別間隙配合地穿設(shè)在滑座5、5’上的通孔中，連桿2、2’與滑座5、5’形成平面低副，當(dāng)雙面齒條7沿長度方向移動而驅(qū)動齒輪1、齒輪I’旋轉(zhuǎn)時，連桿2、2’分別在銷軸3、3’的作用下相對于滑座5、5’ 既做直線滑移運動又做擺動，滑座5、5’則只做擺動運動，這樣連桿2、2’的下端就能夠產(chǎn)生類似雙手揉搓的仿生運動。[0028]在本實施例中，滑座5、5’的兩軸向端部連接在機架上呈簡支梁結(jié)構(gòu)，如圖3中的 A-A剖面圖所示，這樣設(shè)置相對于懸臂梁而言具有較好的剛性，而相對于外伸梁其結(jié)構(gòu)更為簡單。
[0029]上述兩實施例的兩種技術(shù)方案中，設(shè)置時可根據(jù)需要調(diào)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(xiàn)雙手對稱仿生揉搓動作(如圖1、圖2)，或者實現(xiàn)雙手不對稱仿生揉搓動作。[0030]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(yīng)連桿2或2’下端揉搓動作的運動曲線。[0031]如果改變圓柱體4、4’或滑座5、5’的鉸接中心在機架上的位置，則可同時改變連桿2、2’下端的揉搓位置與揉搓動作的運動曲線。[0032]氣缸7在換向時能夠相應(yīng)改變齒輪1、1’的轉(zhuǎn)動方向，從而實現(xiàn)連桿2、2’下端的揉搓方向在由內(nèi)至外與由外至內(nèi)之間進行切換。[0033]綜上，如何以較少或最少的運動構(gòu)件，來創(chuàng)新設(shè)計出模仿雙手揉搓的機構(gòu)，始終是機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的一個技術(shù)難題，因為作為一個機構(gòu)來說，運動構(gòu)件少不僅意味著結(jié)構(gòu)簡單和制造成本低，更重要的是意味著工作可靠性高。[0034]在實施例1和實施例2的兩種技術(shù)方案中，對于單側(cè)的揉搓動作中，從運動學(xué)意義上來說只有4個實質(zhì)性運動構(gòu)件，即雙面齒條7、齒輪I 0- )、連桿2 (2’)、中心鉸接在機架上的圓柱體4 (4’)或滑座5 (5’)。本發(fā)明的創(chuàng)新點即在于，僅利用這幾個簡單的機械構(gòu)件便實現(xiàn)了復(fù)雜的模仿雙手揉搓的平面運動，在連桿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(jié)構(gòu)極為簡單，造價特別低廉，工作可靠性高，能夠滿足不同行業(yè)對于揉搓仿生裝置的需求。這與現(xiàn)有的那些結(jié)構(gòu)龐大復(fù)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。[0035]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:包括機架、設(shè)于所述機架上的兩組揉搓 組件，每組所述揉搓組件均包括轉(zhuǎn)動地設(shè)于所述機架上的齒輪、一端通過銷軸轉(zhuǎn)動地設(shè)于 所述齒輪上的連桿、鉸接在所述機架上的圓柱體，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，所述圓柱體可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地設(shè)于所述機架上，所 述圓柱體上開設(shè)有沿徑向貫穿的通孔，所述連桿間隙配合地穿設(shè)在所述通孔中，所述仿生 裝置還包括設(shè)于所述機架上的氣缸、通過所述氣缸驅(qū)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(shè)于所述第一缸筒上的第一活塞、設(shè)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，所述雙面齒條的兩側(cè)分別設(shè)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(shè)于所述雙面齒條的兩側(cè)，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(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:所述圓柱體的軸心線 與所述齒輪的軸心線相互平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:所述齒輪上設(shè)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桿上，其另 一端轉(zhuǎn)動地穿設(shè)在所述銷孔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:所述通孔為圓柱形孔， 對應(yīng)地，所述連桿上與所述通孔配合的周向表面為圓柱面。
5.一種氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:包括機架、設(shè)于所述機架上的兩組揉搓 組件，每組所述揉搓組件均包括轉(zhuǎn)動地設(shè)于所述機架上的齒輪、一端通過銷軸轉(zhuǎn)動地設(shè)于 所述齒輪上的連桿、中心鉸接在所述機架上的滑座，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，所述滑座上開設(shè)有可供所述連桿沿軸向穿入的通孔， 所述連桿間隙配合地穿設(shè)在所述通孔中，所述仿生裝置還包括設(shè)于所述機架上的氣缸、通 過所述氣缸驅(qū)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(shè) 于所述第一缸筒上的第一活塞、設(shè)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，所述雙面齒條的兩側(cè)分別設(shè)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(shè)于所述雙面齒條的兩側(cè)，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(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:所述滑座的兩軸向端 部連接在所述機架上呈簡支梁結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:所述通孔為圓柱形孔， 對應(yīng)地，所述連桿上與所述通孔配合的周向表面為圓柱面。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:所述齒輪上設(shè)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桿上，其另 一端轉(zhuǎn)動地穿設(shè)在所述銷孔中。
【文檔編號】F16H47/00GK103498905SQ201310493974
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】王傳洋, 竇云霞, 鐘康民 申請人:蘇州大學(xué)