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(jī)架上的滑塊或中心固定在機(jī)架上的圓柱形外表面的導(dǎo)向件，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?！颈尘凹夹g(shù)】[0003]在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計中，單純依靠機(jī)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(jī)，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(jī)，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(xiàn)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(xiàn)CN 103252709 A公 開的數(shù)控揉搓式研磨機(jī)床，則采用了 3個伺服電機(jī)，以及極其復(fù)雜的機(jī)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。[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(jī)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]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]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。[0007]為達(dá)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(jī)架、設(shè)于所述機(jī)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(jī)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，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，所述連桿上 開設(shè)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(jī)架上用于提 供所述連桿導(dǎo)向的滑塊，所述滑塊間隙配合地設(shè)于所述滑槽中，所述機(jī)架上還設(shè)有氣缸、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，所述雙面齒條上長度方向的兩側(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。[0008]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。[0009]第二技術(shù)方案:一種氣動雙手揉搓仿生裝置，包括機(jī)架、設(shè)于所述機(jī)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(jī)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，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，所述連桿上 開設(shè)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(shè)置在所述機(jī)架上用 于提供所述連桿導(dǎo)向的導(dǎo)向件，所述導(dǎo)向件間隙配合地設(shè)于所述滑槽中，所述導(dǎo)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(jī)架上還設(shè)有氣缸、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，所述雙面齒條上長度方向的兩側(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。[0010]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述導(dǎo)向件的軸心線與所述齒輪的軸心線相互平行。[0011]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述導(dǎo)向件為圓柱銷、滾動軸承、滑動軸承中的一種。[0012]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。[0013]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(jī) 架上的滑塊或中心固定在機(jī)架上的圓柱形外表面的導(dǎo)向件，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。[0014]【專利附圖】

【附圖說明】[0015]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。[0016]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’ 一滑 槽；5、5’ 一滑塊；6、6’ 一導(dǎo)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(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(jìn)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(jī)架(圖中未示出)、設(shè)于機(jī)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(zhuǎn)動地設(shè)于機(jī)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。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。連桿2上開 設(shè)有一滑槽4，該滑槽4沿連桿2的長度方向延伸，機(jī)架上設(shè)有中心鉸接在機(jī)架上用于提供 連桿2導(dǎo)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(jī)架上，滑塊5可繞兩軸 端鉸接點的連線旋轉(zhuǎn)地設(shè)于機(jī)架上，滑塊5間隙配合地設(shè)于滑槽4中，其能夠沿滑槽4的長 度延伸方向相對連桿2滑移，滑塊5與滑槽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的作用下相對于滑塊5的鉸支中心既做直線滑移運動又做擺動， 而滑塊5只做擺動運動，這樣連桿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。[0021]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(jī) 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’，以及中心鉸接在機(jī)架上用于提供 連桿2’導(dǎo)向的滑塊5’，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 下相對于滑塊5’的鉸支中心既做直線滑移運動又做擺動，連桿2’的下端也就能夠產(chǎn)生類 似于人手揉搓的仿生運動。[0022]參見圖1所示，機(jī)架上還設(shè)有氣缸7、通過氣缸7驅(qū)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(jī)架上的第一缸筒71和第二缸筒73,以及設(shè)于第一缸筒71上 的第一活塞72、設(shè)于第二缸筒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(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8的兩側(cè)，且齒輪1、齒輪I’分別與雙面齒條8相嚙合設(shè)置。[0023]這樣當(dāng)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(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。[0024]設(shè)置時可根據(jù)操作需要調(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)，或者實現(xiàn)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(yīng)連桿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(jī)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。[0027]氣缸7在換向時能夠改變齒輪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(jìn)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(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)向的部件為中心固定 設(shè)置在機(jī)架上的導(dǎo)向件6、6’，導(dǎo)向件6、6’分別間隙配合地設(shè)于滑槽4、4’中，導(dǎo)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(dǎo)向件6、6’分別與滑槽4、4’ 形成平面高副。當(dāng)雙面齒條8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’的作用下相對于圓柱形外表面的導(dǎo)向件6、6’既做直線運動又做擺動，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。[0029]上述運動過程中，圓柱形外表面的導(dǎo)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(dǎo)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，適用于載荷較小的場合，而實施例1的方式則適用于載荷較大的場合。 圓柱形外表面的導(dǎo)向件6、6’可采用圓柱銷、滾動軸承、滑動軸承等部件，若采用簡單的固定圓柱銷，其成本最低，但摩擦和磨損相對較大，而采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(gòu)件，來創(chuàng)新設(shè)計出模仿雙手揉搓的機(jī)構(gòu)，始終是機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域的一個技術(shù)難題，因為作為一個機(jī)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。[0031]實施例1中的單側(cè)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8、齒輪I 0-)、連桿2 (2’)、滑塊5 (5’);實施例2中的單側(cè)揉搓動作中，從運動學(xué)意義上來說只有3個實質(zhì)性運動構(gòu)件，即雙面齒條8、齒輪I 0-)、連桿2 (2’)。[0032]本發(fā)明的創(chuàng)新點即在于，僅利用非常簡單的氣缸7、雙面齒條8、齒輪I 0-)、連桿2(2’)、中心鉸接在機(jī)架上的滑塊5 (5’)或中心固定在機(jī)架上的圓柱形外表面的導(dǎo)向件6 (6’)，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。[0033]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(hù)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(hù)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(jī)架、設(shè)于所述機(jī)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(jī)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，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，所述連桿上開設(shè)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(jī)架上用于提供所述連桿導(dǎo)向的滑塊，所述滑塊間隙配合地設(shè)于所述滑槽中，所述機(jī)架上還設(shè)有氣缸、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，所述雙面齒條上長度方向的兩側(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。
3.一種氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:包括機(jī)架、設(shè)于所述機(jī)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(jī)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，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，所述連桿上開設(shè)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(shè)置 在所述機(jī)架上用于提供所述連桿導(dǎo)向的導(dǎo)向件，所述導(dǎo)向件間隙配合地設(shè)于所述滑槽中， 所述導(dǎo)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(jī)架上還設(shè)有氣缸、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，所述雙面齒條上長度方向的兩側(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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:所述導(dǎo)向件的軸心線 與所述齒輪的軸心線相互平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣動雙手揉搓仿生裝置，其特征在于:所述導(dǎo)向件為圓柱銷、 滾動軸承、滑動軸承中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3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】F16H47/00GK103498906SQ201310493975
【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】竇云霞, 王傳洋, 鐘康民 申請人:蘇州大學(xué)