CN103498906B - 气动双手揉搓仿生装置 - Google Patents
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Abstract
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滑块或中心固定在机架上的圆柱形外表面的导向件，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。
Description
技术领域
本发明涉及一种气动双手揉搓仿生装置。
背景技术
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。
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。
发明内容
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。
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，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，所述连杆上开设有沿其长度方向延伸的滑槽，每组所述揉搓组件还包括中心铰接在所述机架上用于提供所述连杆导向的滑块，所述滑块间隙配合地设于所述滑槽中，所述机架上还设有气缸、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，所述双面齿条上长度方向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。
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。
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，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，所述连杆上开设有沿其长度方向延伸的滑槽，每组所述揉搓组件还包括中心固定设置在所述机架上用于提供所述连杆导向的导向件，所述导向件间隙配合地设于所述滑槽中，所述导向件上与所述滑槽长度方向槽壁相配合的周向外表面为圆柱面，所述机架上还设有气缸、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，所述双面齿条上长度方向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。
在该技术方案中，优选地，所述导向件的轴心线与所述齿轮的轴心线相互平行。
在该技术方案中，优选地，所述导向件为圆柱销、滚动轴承、滑动轴承中的一种。
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。
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滑块或中心固定在机架上的圆柱形外表面的导向件，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。
附图说明
附图1为本发明的实施例1的结构示意图；
附图2为本发明的实施例2的结构示意图。
其中：10、10’—揉搓组件；1、1’—齿轮；2、2’—连杆；3、3’—销轴；4、4’—滑槽；5、5’—滑块；6、6’—导向件，7、气缸；71、第一缸筒；72、第一活塞；73、第二缸筒；74、第二活塞；8、双面齿条。
具体实施方式
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。
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’。
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。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。连杆2上开设有一滑槽4，该滑槽4沿连杆2的长度方向延伸，机架上设有中心铰接在机架上用于提供连杆2导向的滑块5，即滑块5的两轴向端部的中心位置处铰接在机架上，滑块5可绕两轴端铰接点的连线旋转地设于机架上，滑块5间隙配合地设于滑槽4中，其能够沿滑槽4的长度延伸方向相对连杆2滑移，滑块5与滑槽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的作用下相对于滑块5的铰支中心既做直线滑移运动又做摆动，而滑块5只做摆动运动，这样连杆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。
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’，以及中心铰接在机架上用于提供连杆2’导向的滑块5’，当齿轮1’在外部驱动力的作用下转动时，连杆2’在销轴3’的作用下相对于滑块5’的铰支中心既做直线滑移运动又做摆动，连杆2’的下端也就能够产生类似于人手揉搓的仿生运动。
参见图1所示，机架上还设有气缸7、通过气缸7驱动可沿自身长度方向移动的双面齿条8，气缸7包括安装在机架上的第一缸筒71和第二缸筒73，以及设于第一缸筒71上的第一活塞72、设于第二缸筒73上的第二活塞74，其中第一活塞72和第二活塞74的轴心线沿同一直线方向延伸。双面齿条8的两端部分别固定在第一活塞72和第二活塞74上，双面齿条8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8的两侧，且齿轮1、齿轮1’分别与双面齿条8相啮合设置。
这样当向第一缸筒71、第二缸筒73充入气体时，第一活塞72或第二活塞73带动双面齿条8沿长度方向移动，双面齿条8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。
设置时可根据操作需要调整销轴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），或者实现双手不对称仿生揉搓动作。
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。
如果改变滑块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。
气缸7在换向时能够改变齿轮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。
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’导向的部件为中心固定设置在机架上的导向件6、6’，导向件6、6’分别间隙配合地设于滑槽4、4’中，导向件6、6’上与滑槽4、4’长度方向槽壁相配合的周向外表面为圆柱面，导向件6、6’分别与滑槽4、4’形成平面高副。当双面齿条8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’的作用下相对于圆柱形外表面的导向件6、6’既做直线运动又做摆动，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。
上述运动过程中，圆柱形外表面的导向件6、6’与滑槽4、4’之间的摩擦较小，相比实施例1的方式，可有效地降低导向件与滑槽槽壁之间的摩擦和磨损，但其承载力相比实施例1的方式较小，适用于载荷较小的场合，而实施例1的方式则适用于载荷较大的场合。圆柱形外表面的导向件6、6’可采用圆柱销、滚动轴承、滑动轴承等部件，若采用简单的固定圆柱销，其成本最低，但摩擦和磨损相对较大，而采用中心固定的滚动轴承或滑动轴承，能够有效地降低摩擦与磨损。
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。
实施例1中的单侧揉搓动作中，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8、齿轮1（1’）、连杆2（2’）、滑块5（5’）；实施例2中的单侧揉搓动作中，从运动学意义上来说只有3个实质性运动构件，即双面齿条8、齿轮1（1’）、连杆2（2’）。
本发明的创新点即在于，仅利用非常简单的气缸7、双面齿条8、齿轮1（1’）、连杆2（2’）、中心铰接在机架上的滑块5（5’）或中心固定在机架上的圆柱形外表面的导向件6（6’），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。
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。
Claims (6)
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，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，所述连杆上开设有沿其长度方向延伸的滑槽，每组所述揉搓组件还包括中心铰接在所述机架上用于提供所述连杆导向的滑块，所述滑块间隙配合地设于所述滑槽中，
所述机架上还设有气缸、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，所述双面齿条上长度方向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。
2.根据权利要求1所述的气动双手揉搓仿生装置，其特征在于：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。
3.一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，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，所述连杆上开设有沿其长度方向延伸的滑槽，每组所述揉搓组件还包括中心固定设置在所述机架上用于提供所述连杆导向的导向件，所述导向件间隙配合地设于所述滑槽中，所述导向件上与所述滑槽长度方向槽壁相配合的周向外表面为圆柱面，
所述机架上还设有气缸、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，所述双面齿条上长度方向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。
4.根据权利要求3所述的气动双手揉搓仿生装置，其特征在于：所述导向件的轴心线与所述齿轮的轴心线相互平行。
5.根据权利要求3所述的气动双手揉搓仿生装置，其特征在于：所述导向件为圆柱销、滚动轴承、滑动轴承中的一种。
6.根据权利要求3所述的气动双手揉搓仿生装置，其特征在于：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。
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