CN105726274B - 可改变触感和快慢的自动痒痒挠 - Google Patents

可改变触感和快慢的自动痒痒挠 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可改变触感和快慢的自动痒痒挠，包括多根手指、手掌、手柄和控制器，每个手指包括两个指关节，指关节之间通过关节销轴连接；每个指关节包括两个磁流变弹性体圆柱块、导磁铁芯和铜线圈，随着铜线圈内电流大小的不同，磁流变弹性体圆柱块的硬度发生改变；手掌内设置有形状记忆合金弹簧，形状记忆合金弹簧随着由电流通断而导致的温度改变延伸或收缩，进而控制指关节伸直或弯曲；手指与手掌之间通过手掌销轴连接，控制器通过导线与手掌和手指连接，控制电流大小和脉冲发生频率。本发明通过控制器改变指关节的硬度和抓挠的快慢，从而使使用者不费力且感觉舒适。

Description

可改变触感和快慢的自动痒痒挠
技术领域
本发明涉及一种全自动痒痒挠，特别是一种可改变触感和快慢的自动痒痒挠。
背景技术
痒痒挠是许多人必备的生活用具，普通的痒痒挠需要使用者自己手握并进行移动，这对于体弱多病的老人来说，尤其是对于独居的老人，是比较困难的一项动作。在市场上广泛销售的痒痒挠普遍是非自动的，触感和快慢由使用者利用自己的体力完成。
发明专利201310205940.X公开了一种多功能痒痒挠，包括挠爪、手柄以及按摩锤，所述按摩锤包括半球捶体、小球捶体以及连接弹簧，所述半球捶体和小球捶体通过所述连接弹簧连接。该发明也是一种需要依靠使用者体力操作的痒痒挠。
实用新型专利201420470745.X公开了一种新型电动痒痒挠，外壳内部设置有电机、蜗杆、蜗轮和凸轮，利用电机和机械机构来实现自动功能。发明专利201210348695.3公开了一种自动痒痒挠，由手柄、电池盒和可伸缩支杆组成，可伸缩支杆由弹簧类钢丝组成，通过手柄开关，控制可伸缩支杆活动，进而使痒痒挠自动活动；该发明申请自动动作的实现，也是靠机械机构来实现。
发明专利201310616285.7公开了一种设有电动保健锤的痒痒挠，包括连接杆，连接杆的一端连接有挠头，另一端连接有保健锤，保健锤内设有震动装置，震动装置与设置在连接杆内的直流电源连接，通过电源控制震动装置震动，进而控制保健锤震动，对人体进行按摩。该发明是一种利用电机和机械机构工作的多功能痒痒挠，存在质量重、耗电量大等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可改变触感和快慢的自动痒痒挠。
实现本发明目的的技术方案为：一种可改变触感和快慢的自动痒痒挠，包括多根手指、手掌、手柄和控制器，每根手指包括第一指关节和第二指关节；
第一指关节包括第一磁流变弹性体圆柱块、第二磁流变弹性体圆柱块、第一导磁铁芯和第一铜线圈，第一导磁铁芯的两端分别与第一磁流变弹性体圆柱块和第二磁流变弹性体圆柱块连接，所述第一铜线圈套接设置在第一导磁铁芯外周，两端与第一磁流变弹性体圆柱块和第二磁流变弹性体圆柱块接触；
第二指关节包括第三磁流变弹性体圆柱块、第四磁流变弹性体圆柱块、第二导磁铁芯和第二铜线圈；第二导磁铁芯的两端分别与第三磁流变弹性体圆柱块和第四磁流变弹性体圆柱块连接，所述第二铜线圈套接设置在第二导磁铁芯外周，两端与第三磁流变弹性体圆柱块和第四磁流变弹性体圆柱块接触；
第一指关节和第二指关节通过关节销轴连接，关节销轴用于实现指关节转动，第一指关节和第二指关节之间还设置有第一弹性元件，第二指关节与手掌之间设置有第二弹性元件，第一弹性元件和第二弹性元件分别用于指关节和手指弯曲后复直；
所述手掌由手掌本体、SMA弹簧和手掌销轴组成，所述SMA弹簧设置在手掌本体内，SMA弹簧数量与手指数量相同，手掌本体通过手掌销轴与手指连接，手掌本体通过手柄联接段与手柄连接；
所述控制器通过导线与每根手指的SMA弹簧、第二铜线圈和第一铜线圈连接，向SMA弹簧、第二铜线圈和第一铜线圈施加不同大小和不同频率的电流脉冲。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
(1)本发明的自动化程度高，不需消耗使用者的体力；(2)本发明可通过改变电流大小自动改变痒痒挠对皮肤的触感；(3)本发明可通过改变电路脉冲的发生频率自动改变挠痒痒的快慢；(4)与电机—机械机构的痒痒挠相比，本发明结构轻质，耗电量小。
附图说明
图1为本发明可改变触感和快慢的自动痒痒挠的整体结构图。
图2为图1所示痒痒挠的单个手指内部剖开示意图。
图3为图1所示痒痒挠的单个手指外形图。
图4为图1所示痒痒挠的三个手指结构示意图。
图5为图1所示痒痒挠的手指与手掌结构示意图。
图6为图1所示痒痒挠的手掌结构示意图。
图7为图1所示痒痒挠通电后的伸长状态结构示意图。
图8为图1所示痒痒挠断电后的手指弯曲状态结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明提出的具体装置的细节及工作情况。
结合图1，本发明的可改变触感和快慢的自动痒痒挠由手指100、手掌200、手柄205以及控制器300三个部分组成，每根手指包括第一指关节和第二指关节；
结合图2，第一指关节LF包括第一磁流变弹性体圆柱块102、第二磁流变弹性体圆柱块103、第一导磁铁芯106和第一铜线圈108，第一导磁铁芯106的两端分别与第一磁流变弹性体圆柱块102和第二磁流变弹性体圆柱块103连接，所述第一铜线圈108套接设置在第一导磁铁芯106外周，两端与第一磁流变弹性体圆柱块102和第二磁流变弹性体圆柱块103接触；
第二指关节RF包括第三磁流变弹性体圆柱块104、第四磁流变弹性体圆柱块105、第二导磁铁芯107和第二铜线圈109；第二导磁铁芯107的两端分别与第三磁流变弹性体圆柱块104和第四磁流变弹性体圆柱块105连接，所述第二铜线圈109套接设置在第二导磁铁芯107外周，两端与第三磁流变弹性体圆柱块104和第四磁流变弹性体圆柱块105接触；
结合图3、图4，第一指关节和第二指关节之间设置有关节销轴112，用于实现两个指关节转动，第一指关节和第二指关节之间还设置有第一弹性元件110，第二指关节与手掌200之间设置有第二弹性元件111，第一弹性元件110和第二弹性元件111分别用于指关节和手指弯曲后复直；
所述手掌200由手掌本体201、SMA弹簧和手掌销轴203组成，所述SMA弹簧设置在手掌本体201内，SMA弹簧数量与手指数量相同，手掌本体201通过手掌销轴203与手指100连接，手掌本体201通过手柄联接段204与手柄205连接；
结合图5，所述控制器300通过导线301与每根手指的SMA弹簧、第二铜线圈109和第一铜线圈108连接，控制器通过导线301向SMA弹簧、第二铜线圈109和第一铜线圈108施加不同大小和不同频率的电流脉冲。
进一步的，所述第一导磁铁芯106和第二导磁铁芯107结构相同，均呈工字型，第一导磁铁芯106的左右两端分别嵌入在第一磁流变弹性体圆柱块102和第二磁流变弹性体圆柱块103内部，第二导磁铁芯107的左右两端分别嵌入在第三磁流变弹性体圆柱块104和第四磁流变弹性体圆柱块105内部。
优选的，手指的数量为3根。
如图6所示，手掌本体201内部开有3个圆形孔槽201a和埋线槽201b，所述SMA弹簧的数量为三个，分别第一SMA弹簧202a、第二SMA弹簧202b和第三SMA弹簧202c，三个SMA弹簧分别设置在3个圆形孔槽201a内，导线301设置在埋线槽201b内。
所述第一磁流变弹性体圆柱块102、第一导磁铁芯106、第二磁流变弹性体圆柱块103、第三磁流变弹性体圆柱块104、第二导磁铁芯107和第四磁流变弹性体圆柱块105均设置有中孔和引线孔，用于导线301的引入和引出，所述导线301与第一SMA弹簧202a的一端连接，第一SMA弹簧202a的另一端经第四磁流变弹性体圆柱块中孔105a、第二导磁铁芯第一引线孔107b、第四磁流变弹性体圆柱块引线孔105b与第二铜线圈109的一端连接，第二铜线圈109的另一端经第三磁流变弹性体圆柱块引线孔104b、第二导磁铁芯第二引线孔107c、第三磁流变弹性体圆柱块中孔104a、第二磁流变弹性体圆柱块中孔103a、第一导磁铁芯第一引线孔106b、第二磁流变弹性体圆柱块引线孔103b与第一铜线圈108的一端连接，第一铜线圈108的另一端经第一磁流变弹性体圆柱块引线孔102b、第一导磁铁芯第二引线孔106c、第一磁流变弹性体圆柱块中孔102a，然后经第一导磁铁芯中孔106a、第二磁流变弹性体圆柱块中孔103a、第三磁流变弹性体圆柱块中孔104a、第二导磁铁芯中孔107a、第四磁流变弹性体圆柱块中孔105a、手掌本体201内的圆形孔槽201a，进入到埋线槽201b内，再通过该埋线槽连接第二SMA弹簧202b的右端。按上述的接线关系，第二SMA弹簧202b和第三SMA弹簧202c可以与其它两根手指的第一铜线圈108、第二铜线圈109相接，形成所有SMA弹簧和所有线圈的相互串联关系，导线301最后再次进入埋线槽201b，然后通过手柄205的中孔与控制器300连接。
进一步的，每根手指的第四磁流变弹性体圆柱块105设置有转轴孔105c，用于与手掌销轴203连接。
结合图7，控制器300由控制盒302、线缆303及插头304构成，控制盒302通过线缆303与插头304连接，插头304与手柄205上设置的插口配合，用于接通导线301，插头304可以从手柄205上拔掉，以便于整个痒痒挠的存放；控制盒302由可充电锂电池供电，内部设置有电流控制芯片，对导线301施加不同大小和不同频率的脉冲电流，也就是给各个SMA弹簧和各个铜线圈施加不同大小和不同频率的脉冲电流，可以通过电子显示的方式或设置按钮的方式来实现。
本发明的进一步改进为：所述第一指关节和第二指关节外部设置有胶皮套101，胶皮套101直接与使用者的皮肤相接触，可以采用乳胶制作，以增加皮肤的舒适感。
第一铜线圈108和第二铜线圈109一旦被施加电流，就会产生相应的磁场，参见图5中的磁力线，经由第一导磁铁芯106、第二导磁铁芯107，上述磁场会作用于第一磁流变弹性体圆柱块102、第二磁流变弹性体圆柱块103、第三磁流变弹性体圆柱块104和第四磁流变弹性体圆柱块105；磁流变弹性体是将微米尺度的铁磁性颗粒掺入到高分子聚合物中，在磁场环境下固化，从而基体内的颗粒具有链或柱状结构，这种材料的弹性模量可随外加磁场强度而变化，根据磁流变弹性体特有的物理特性，线圈内电流大小的不同会导致产生的磁场强度的不同，各个磁流变弹性体圆柱块内由于具有不同的磁场强度大小，就会发生刚度与阻尼的变化，当这些磁弹性体圆块与皮肤接触时，皮肤就会有不同软硬的触感。
形状记忆合金(SMA)具有形状记忆效应，以记忆合金制成的弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。
当第一SMA弹簧202a、第二SMA弹簧202b、第三SMA弹簧202c被施加电流时，SMA弹簧丝会发热，根据形状记忆合金特有的物理特性，三个SMA弹簧会伸长；当断电后，SMA弹簧丝冷却，上述三个SMA弹簧会收缩并回复到原来的位置，即三个SMA弹簧内电流的接通与断开，会造成三个SMA弹簧的伸长与收缩运动。
通过以上阐述，本发明的自动痒痒挠的工作原理为：当三个SMA弹簧被通电后，由于弹簧丝的发热，三个SMA弹簧会伸长；当第一铜线圈108和第二铜线圈109被施加电流后，产生的磁场会使第一磁流变弹性体圆柱块102、第二磁流变弹性体圆柱块103、第三磁流变弹性体圆柱块104和第四磁流变弹性体圆柱块105变硬。当三个SMA弹簧被断电后，由于冷却，三个SMA弹簧会收缩并回复到原来的位置，当第一铜线圈108和第二铜线圈109被断电后，由于磁场消失，第一磁流变弹性体圆柱块102、第二磁流变弹性体圆柱块103、第三磁流变弹性体圆柱块104和第四磁流变弹性体圆柱块105会恢复到原来偏软的硬度。通过控制器300改变施加于导线301上的电流脉冲的幅值和频率，三个SMA弹簧就会产生不同频率的伸长与缩短动作。当三个SMA弹簧伸长时，由于弹性元件110和弹性元件111的作用，手指100会绕着销轴203转动，实现手指的伸直，如图7所示；当断电后，三个SMA弹簧缩短时，经由引线301的作用，手指100会发生绕销轴203以及关节销轴112的弯曲动作，如图8所示。而当第一铜线圈108和第二铜线圈109被施加不同大小的电流后，会使第一磁弹性体圆块102、第二磁弹性体圆块103、第三磁弹性体圆块104和第四磁弹性体圆块105变硬或变软，从而改变手指100对皮肤的触感。
综上所述，在使用所发明的自动痒痒挠时，首先在控制器300上设定需要的电流的大小和电流脉冲的发生频率，手握手柄205，将三个手指100放置到皮肤上面，本发明的自动痒痒挠就会产生自动挠痒痒的动作。

Claims (5)

1.一种可改变触感和快慢的自动痒痒挠，包括多根手指(100)、手掌(200)、手柄(205)和控制器(300)，每根手指(100)包括第一指关节和第二指关节，其特征在于：
第一指关节包括第一磁流变弹性体圆柱块(102)、第二磁流变弹性体圆柱块(103)、第一导磁铁芯(106)和第一铜线圈(108)，第一导磁铁芯(106)的两端分别与第一磁流变弹性体圆柱块(102)和第二磁流变弹性体圆柱块(103)连接，所述第一铜线圈(108)套接设置在第一导磁铁芯(106)外周，两端与第一磁流变弹性体圆柱块(102)和第二磁流变弹性体圆柱块(103)接触；
第二指关节包括第三磁流变弹性体圆柱块(104)、第四磁流变弹性体圆柱块(105)、第二导磁铁芯(107)和第二铜线圈(109)；第二导磁铁芯(107)的两端分别与第三磁流变弹性体圆柱块(104)和第四磁流变弹性体圆柱块(105)连接，所述第二铜线圈(109)套接设置在第二导磁铁芯(107)外周，两端与第三磁流变弹性体圆柱块(104)和第四磁流变弹性体圆柱块(105)接触；
第一指关节和第二指关节通过关节销轴(112)连接，关节销轴(112)用于实现指关节转动，第一指关节和第二指关节之间还设置有第一弹性元件(110)，第二指关节与手掌(200)之间设置有第二弹性元件(111)，第一弹性元件(110)和第二弹性元件(111)分别用于指关节和手指弯曲后复直；
所述手掌(200)由手掌本体(201)、SMA弹簧和手掌销轴(203)组成，所述SMA弹簧设置在手掌本体(201)内，SMA弹簧数量与手指数量相同，手掌本体(201)通过手掌销轴(203)与手指(100)连接，手掌本体(201)通过手柄联接段(204)与手柄(205)连接；
所述控制器(300)通过导线(301)与每根手指的SMA弹簧、第二铜线圈(109)和第一铜线圈(108)连接，向SMA弹簧、第二铜线圈(109)和第一铜线圈(108)施加不同大小和不同频率的电流脉冲。
2.根据权利要求1所述的可改变触感和快慢的自动痒痒挠，其特征在于，所述第一导磁铁芯(106)和第二导磁铁芯(107)结构相同，均呈工字型，第一导磁铁芯(106)的左右两端分别嵌入在第一磁流变弹性体圆柱块(102)和第二磁流变弹性体圆柱块(103)内部，第二导磁铁芯(107)的左右两端分别嵌入在第三磁流变弹性体圆柱块(104)和第四磁流变弹性体圆柱块(105)内部。
3.根据权利要求1或2所述的可改变触感和快慢的自动痒痒挠，其特征在于，所述第一磁流变弹性体圆柱块(102)、第一导磁铁芯(106)、第二磁流变弹性体圆柱块(103)、第三磁流变弹性体圆柱块(104)、第二导磁铁芯(107)和第四磁流变弹性体圆柱块(105)均设置有中孔和引线孔，用于导线(301)的引入和引出；所述导线(301)与其中一根SMA弹簧的一端连接，SMA弹簧的另一端经第四磁流变弹性体圆柱块中孔(105a)、第二导磁铁芯第一引线孔(107b)、第四磁流变弹性体圆柱块引线孔(105b)与第二铜线圈(109)的一端连接，第二铜线圈(109)的另一端经第三磁流变弹性体圆柱块引线孔(104b)、第二导磁铁芯第二引线孔(107c)、第三磁流变弹性体圆柱块中孔(104a)、第二磁流变弹性体圆柱块中孔(103a)、第一导磁铁芯第一引线孔(106b)、第二磁流变弹性体圆柱块引线孔(103b)与第一铜线圈(108)的一端连接，第一铜线圈(108)的另一端经第一磁流变弹性体圆柱块引线孔(102b)、第一导磁铁芯第二引线孔(106c)、第一磁流变弹性体圆柱块中孔(102a)，然后经第一导磁铁芯中孔(106a)、第二磁流变弹性体圆柱块中孔(103a)、第三磁流变弹性体圆柱块中孔(104a)、第二导磁铁芯中孔(107a)、第四磁流变弹性体圆柱块中孔(105a)返回并与另一根SMA弹簧连接。
4.根据权利要求1所述的可改变触感和快慢的自动痒痒挠，其特征在于，手指的数量为三个。
5.根据权利要求4所述的可改变触感和快慢的自动痒痒挠，其特征在于，手掌本体(201)内部开有三个圆形孔槽(201a)和埋线槽(201b)，所述SMA弹簧的数量为三个，分别为第一SMA弹簧(202a)、第二SMA弹簧(202b)和第三SMA弹簧(202c)，三个SMA弹簧分别设置在三个圆形孔槽(201a)内，导线(301)设置在埋线槽(201b)内。
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