一种刚柔混合机构实验教学演示平台的制作方法

一种刚柔混合机构实验教学演示平台的制作方法
【专利摘要】一种刚柔混合机构实验教学演示平台，属于教学仪器【技术领域】，特别是涉及一种刚柔混合机构实验教学演示平台。本实用新型能够实现传统传动机构的功能，具有安全性，气动肌肉的柔顺性；且结构紧凑，安装方便。本实用新型包括底板和供气机构，供气机构由气泵、气动二联件及气动肌肉控制单元组成，气动二联件的输入端与气泵相连接，输出端与气动肌肉控制单元的输入端相连接；在底板上设置有力矩平衡机构、第一曲柄滑块机构、第二曲柄滑块机构，铰接四杆机构或类比凸轮机构。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于教学仪器【技术领域】，特别是涉及一种刚柔混合机构实验教学演示 平台。 一种刚柔混合机构实验教学演示平台

【背景技术】
[0002] -般而言，大学生上机械类课程时都能了解到传动机构将驱动部分的运动形式传 递给执行构件，使得整体机械设备正常运转，其在整个机械设备中具有非常重要的地位。然 而，在机械原理、机械设计等机械类教学中，上实验课时学生仅仅能接触到传统的传动机 构，主要包括：齿轮传动机构、齿轮齿条传动机构、凸轮机构、带传动机构和链传动机构等。 但是，以上几种传统的传动机构也有诸多缺点，比如：齿轮传动机构振动和噪声大，不可实 现无级调速；齿轮齿条传动机构不能自锁，因此需要外加锁紧装置；凸轮机构点、线接触易 磨损；带传动机构外廓尺寸大，传动效率低，皮带寿命短，链传动机构链条磨损后，链节变 长，容易产生脱链现象。以上几种传动机构为传统机械设备中常用的传动机构，能够传递直 线运动、旋转运动与直线旋转复合运动。但是这些机构都是刚性机构，随着工业的发展，传 统的机构所具有的安全性、柔顺性不足等缺点限制了其在安全性要求高的服务机器人、医 疗设备领域的应用。因此急需让机械专业的学生再了解到具有柔顺性能好、安全性高的机 构。 实用新型内容
[0003] 针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种刚柔混合机构实验教学演示平 台，该演示平台能够实现传统传动机构的功能，具有安全性，气动肌肉的柔顺性；且结构紧 凑，安装方便。
[0004] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种刚柔混合机构实验教学 演示平台，包括底板和供气机构，供气机构由气泵、气动二联件及气动肌肉控制单元组成， 气动二联件的输入端与气泵相连接，输出端与气动肌肉控制单元的输入端相连接；在底板 上设置有力矩平衡机构、第一曲柄滑块机构、第二曲柄滑块机构，铰接四杆机构或类比凸轮 机构；
[0005] 所述力矩平衡机构由固定轴、第一连杆及左、右力矩机构组成；第一连杆的中部与 固定轴相连接，固定轴设置在底板上；左、右力矩机构以固定轴为中心，呈中心对称设置， 左、右力矩机构均由滑块、具有滑道的固定块、气动肌肉及气动肌肉固定轴组成，固定块固 定在底板上，滑块与固定块的滑道相配合，滑块的一端与第二连杆的一端通过销轴相连接， 第二连杆的另一端与第一连杆的一端、气动肌肉的一端接口通过销轴相连接，气动肌肉的 另一端接口与气动肌肉固定轴相连接，气动肌肉固定轴设置在底板上；左、右力矩机构的气 动肌肉的进气端接口分别与气动肌肉控制单元的输出端相连接；
[0006] 所述第一曲柄滑块机构由第三连杆、第四连杆、固定轴、第二固定轴、具有导轨的 第一导杆、气动肌肉及气动肌肉固定轴组成，第一导杆的两端分别通过固定轴固定在底板 上，第三连杆的一端与第一导杆的导轨通过销轴相连接，第三连杆的另一端与第四连杆的 一端、气动肌肉的一端接口通过销轴相连接，气动肌肉的另一端接口与气动肌肉固定轴相 连接，气动肌肉固定轴设置在底板上，第四连杆的另一端与第二固定轴相连接，第二固定轴 设置在底板上；气动肌肉的进气端接口与气动肌肉控制单元的输出端相连接；
[0007] 所述第二曲柄滑块机构由第五连杆、第六连杆、固定轴、滑块、具有滑道的固定块、 气动肌肉及气动肌肉固定轴组成，固定块固定在底板上，滑块与固定块的滑道相配合，滑块 的一端通过销轴与第五连杆的一端相连接，第五连杆的另一端与第六连杆的一端通过销轴 相连接，第六连杆的另一端通过固定轴设置在底板上，气动肌肉的一端接口活动套装在第 六连杆上，气动肌肉的另一端接口与气动肌肉固定轴相连接，气动肌肉固定轴设置在底板 上；气动肌肉的进气端接口与气动肌肉控制单元的输出端相连接；
[0008] 所述铰接四杆机构由左、右转盘、第七连杆、第八连杆、固定轴、气动肌肉及气动肌 肉固定轴组成，左、右转盘均通过固定轴设置在底板上，第七连杆的一端通过销轴与一个转 盘的非中心处相连接，另一端通过销轴与另一个转盘的非中心处及第八连杆的一端相连 接，第八连杆的另一端通过销轴与气动肌肉的一端接口相连接，气动肌肉的另一端接口与 气动肌肉固定轴相连接，气动肌肉固定轴设置在底板上；气动肌肉的进气端接口与气动肌 肉控制单元的输出端相连接；
[0009] 所述类比凸轮机构由固定轴、滑块、第二导杆、具有滑道的固定块、气动肌肉、具有 导向槽的摆杆及气动肌肉固定轴组成，固定块固定在底板上，滑块与固定块的滑道相配合， 第二导杆设置在滑块上，且与摆杆的导向槽相配合，导向槽设置在摆杆的一端，摆杆的另一 端通过固定轴设置在底板上，所述气动肌肉的一端接口与摆杆的中部通过销轴相连接，气 动肌肉的另一端接口与气动肌肉固定轴相连接，气动肌肉固定轴设置在底板上；气动肌肉 的进气端接口与气动肌肉控制单元的输出端相连接。
[0010] 所述第一曲柄滑块机构的第三连杆由两根平行设置的平板组成，两根平板的一端 分别设置在第一导杆的两侧，且通过销轴相连接，销轴设置在第一导杆的导轨内，两根平板 的另一端与第四连杆的一端、气动肌肉的一端接口通过销轴相连接。
[0011] 在所述底板上设置有通孔，固定块通过通孔固定在底板上。
[0012] 本实用新型的有益效果：
[0013] 本实用新型能够实现传统传动机构的功能，且具有安全性，气动肌肉的柔顺性；本 实用新型采用的气动肌肉与气缸或液压缸相比，无需活塞、活塞杆等诸多零部件，无需润 滑，无粘滑特性，并实现了慢速运动；而且气动肌肉本身就是驱动器，使得驱动、传动一体 化，因此使结构紧凑，节省空间；本实用新型的各种机构能够根据需要由活动零件快速组装 而成，进行模块化展示，且组装简单、使用方便。
[0014] 本实用新型能够作为一种新型的具有柔性元件-气动肌肉的传动机构，与《机械 原理》课程中的普通传动机构进行对比教学，加深学生对不同种类的传动机构的理解。并 且，还能够作为《液压与气动》课程及《机器人学》课程的教学演示平台。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型的刚柔混合机构实验教学演示平台的底板、供气机构及力矩平 衡机构连接后的结构示意图；
[0016] 图2是本实用新型的刚柔混合机构实验教学演示平台的底板、供气机构及第一曲 柄滑块机构连接后的结构示意图；
[0017] 图3是本实用新型的刚柔混合机构实验教学演示平台的底板、供气机构及第二曲 柄滑块机构连接后的结构示意图；
[0018] 图4是本实用新型的刚柔混合机构实验教学演示平台的底板、供气机构及铰接四 杆机构连接后的结构示意图；
[0019] 图5是本实用新型的刚柔混合机构实验教学演示平台的底板、供气机构及类比凸 轮机构连接后的结构示意图；
[0020] 图中，1-气泵，2-气动二联件，3-气动肌肉控制单元，4一橡胶管，5-底板， 6-气动肌肉，7-气动肌肉固定轴，8-固定轴，9-固定块，10-滑块，11一第一连杆，12- 第二连杆，13-第一导杆，14 一第三连杆，15-第四连杆，16-第二导杆，17-第五连杆， 18-第六连杆，19一左转盘，20-第七连杆，21-第八连杆，22-摆杆，23 -导轨，24 -导向 槽，25-第二固定轴，26-右转盘。

【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
[0022] -种刚柔混合机构实验教学演示平台，包括底板5、供气机构及力矩平衡机构，供 气机构由气泵1、气动二联件2及气动肌肉控制单元3组成，气动二联件2的输入端与气泵 1通过橡胶管4相连接，输出端与气动肌肉控制单元3的输入端通过橡胶管4相连接；
[0023] 如图1所示，力矩平衡机构由固定轴8、第一连杆11及左、右力矩机构组成；第一 连杆11的中部与固定轴8活动连接，固定轴8固定在底板5上，第一连杆11能够以固定轴 8为圆心旋转；左、右力矩机构以固定轴8为中心，设置为中心对称结构，左、右力矩机构均 由滑块10、具有滑道的固定块9、气动肌肉6及气动肌肉固定轴7组成，固定块9固定在底 板5上，滑块10与固定块9的滑道相配合，能够沿着滑道移动，滑块10的一端与第二连杆 12的一端通过销轴相连接，第二连杆12的另一端与第一连杆11的一端、气动肌肉6的一端 接口通过销轴相连接，气动肌肉6的另一端接口与气动肌肉固定轴7相铰接，气动肌肉固定 轴7固定在底板5上；左、右力矩机构的气动肌肉6的进气端接口分别与气动肌肉控制单元 3的输出端通过橡胶管4相连接。
[0024] 如图2所示，第一曲柄滑块机构由第三连杆14、第四连杆15、固定轴8、第二固定轴 25、具有导轨23的第一导杆11、气动肌肉6及气动肌肉固定轴7组成，第一导杆11的两端 分别通过固定轴8固定在底板5上，第三连杆14的一端与第一导杆11的导轨23通过销轴 相连接，并能够沿着导轨23移动；第三连杆14的另一端与第四连杆15的一端、气动肌肉6 的一端接口通过销轴相连接，气动肌肉6的另一端接口与气动肌肉固定轴7相铰接，气动肌 肉固定轴7固定在底板5上；第四连杆15的另一端与第二固定轴25活动连接，第二固定轴 25固定在底板5上；气动肌肉6的进气端接口与气动肌肉控制单元3的输出端通过橡胶管 4相连接。所述第三连杆14由两根平行设置的平板组成，两根平板的一端分别设置在第一 导杆11的两侧，且通过销轴相连接，销轴设置在第一导杆11的导轨23内，两根平板的另一 端与第四连杆15的一端、气动肌肉6的一端接口通过销轴相连接。
[0025] 如图3所示，第二曲柄滑块机构由第五连杆17、第六连杆18、固定轴8、滑块10、具 有滑道的固定块9、气动肌肉6及气动肌肉固定轴7组成，固定块9固定在底板5上，滑块10 与固定块9的滑道相配合，能够沿着滑道移动，滑块10的一端通过销轴与第五连杆17的一 端相连接，第五连杆17的另一端与第六连杆18的一端通过销轴相连接，第六连杆18的另 一端与固定轴8活动连接，固定轴8固定在底板5上，气动肌肉6的一端接口活动套装在第 六连杆18上，气动肌肉6的另一端接口与气动肌肉固定轴7相铰接，气动肌肉固定轴7固 定在底板5上；气动肌肉6的进气端接口与气动肌肉控制单元3的输出端通过橡胶管4相 连接。
[0026] 如图4所示，铰接四杆机构由圆形的左、右转盘、第七连杆20、第八连杆21、固定轴 8、 气动肌肉6及气动肌肉固定轴7组成，左、右转盘均通过固定轴8设置在底板5上，第七 连杆20的一端通过销轴与左转盘19的非中心处相连接，另一端通过销轴与右转盘26的非 中心处及第八连杆21的一端相连接，第八连杆21的另一端通过销轴与气动肌肉6的一端 接口相连接，气动肌肉6的另一端接口与气动肌肉固定轴7相铰接，气动肌肉固定轴7固定 在底板5上；气动肌肉6的进气端接口与气动肌肉控制单元3的输出端通过橡胶管4相连 接。
[0027] 如图5所示，类比凸轮机构由固定轴8、滑块10、第二导杆16、具有滑道的固定块 9、 气动肌肉6、具有导向槽24的摆杆22及气动肌肉固定轴7组成，固定块9固定在底板5 上，滑块10与固定块9的滑道相配合，能够沿着滑道移动，所述固定块9的数目为两个，第 二导杆16设置在滑块10上，位于两个固定块9之间，且第二导杆16与摆杆22的导向槽24 相配合，导向槽24设置在摆杆22的一端，摆杆22的另一端与固定轴8活动连接，固定轴8 固定在底板5上，所述气动肌肉6的一端接口与摆杆22的中部通过销轴相连接，气动肌肉 6的另一端接口与气动肌肉固定轴7相铰接，气动肌肉固定轴7固定在底板5上；气动肌肉 6的进气端接口与气动肌肉控制单元3的输出端通过橡胶管4相连接。
[0028] 在所述底板5上设置有通孔，固定块9通过通孔固定在底板5上，便于装卸。
[0029] 所述气动二联件2的型号为AL2000 ;所述气泵1的型号为WA70DC-TH。
[0030] 所述气动肌肉6采用的是英国shadow公司的30mm Air Muscle (30mm直径的气动 肌肉）。
[0031] 所述气动肌肉控制单元3采用的是英国shadow公司的Pneumatic Control Unit (气动肌肉控制单元）。
[0032] 下面结合【专利附图】

【附图说明】本实用新型的一次使用过程：
[0033] 如图1所示，气体经过气泵1压缩后进入气动二联件2,气动二联件2对进入的气 体进行过滤和稳压，再进入气动肌肉控制单元3,气动肌肉控制单元3的气阀打开，气动肌 肉6进气后长度变短，使得第一连杆11转动，同时带动第二连杆12转动，第二连杆12推动 滑块10在固定块9的滑道内滑动。由于左、右力矩机构呈中心对称设置，所以形成了力矩 平衡。
[0034] 如图2所示，气体经过气泵1压缩后进入气动二联件2,气动二联件2对进入的气 体进行过滤和稳压，再进入气动肌肉控制单元3,气动肌肉控制单元3的气阀打开，气动肌 肉6进气后长度变短，带动第三连杆14沿着导轨23移动、第四连杆15转动，实现了曲柄滑 块运动。
[0035] 如图3所示，气体经过气泵1压缩后进入气动二联件2,气动二联件2对进入的气 体进行过滤和稳压，再进入气动肌肉控制单元3,气动肌肉控制单元3的气阀打开，气动肌 肉6进气后长度变短，拉动第六连杆18转动，第六连杆18带动第五连杆17转动，从而带动 滑块10在固定块9的滑道内移动，实现了曲柄滑块运动。
[0036] 如图4所示，气体经过气泵1压缩后进入气动二联件2,气动二联件2对进入的气 体进行过滤和稳压，再进入气动肌肉控制单元3,气动肌肉控制单元3的气阀打开，气动肌 肉6进气后长度变短，拉动第八连杆21移动，带动左、右转盘发生转动，实现了铰接四杆运 动。
[0037] 如图5所示，气体经过气泵1压缩后进入气动二联件2,气动二联件2对进入的气 体进行过滤和稳压，再进入气动肌肉控制单元3,气动肌肉控制单元3的气阀打开，气动肌 肉6进气后长度变短，带动摆杆22转动，从而带动滑块10在固定块9的滑道内滑动，实现 了类比凸轮运动。
【权利要求】
1. 一种刚柔混合机构实验教学演示平台，其特征在于包括底板和供气机构，供气机构 由气泵、气动二联件及气动肌肉控制单元组成，气动二联件的输入端与气泵相连接，输出端 与气动肌肉控制单元的输入端相连接；在底板上设置有力矩平衡机构、第一曲柄滑块机构、 第二曲柄滑块机构，铰接四杆机构或类比凸轮机构； 所述力矩平衡机构由固定轴、第一连杆及左、右力矩机构组成；第一连杆的中部与固定 轴相连接，固定轴设置在底板上；左、右力矩机构以固定轴为中心，呈中心对称设置，左、右 力矩机构均由滑块、具有滑道的固定块、气动肌肉及气动肌肉固定轴组成，固定块固定在底 板上，滑块与固定块的滑道相配合，滑块的一端与第二连杆的一端通过销轴相连接，第二连 杆的另一端与第一连杆的一端、气动肌肉的一端接口通过销轴相连接，气动肌肉的另一端 接口与气动肌肉固定轴相连接，气动肌肉固定轴设置在底板上；左、右力矩机构的气动肌肉 的进气端接口分别与气动肌肉控制单元的输出端相连接； 所述第一曲柄滑块机构由第三连杆、第四连杆、固定轴、第二固定轴、具有导轨的第一 导杆、气动肌肉及气动肌肉固定轴组成，第一导杆的两端分别通过固定轴固定在底板上，第 三连杆的一端与第一导杆的导轨通过销轴相连接，第三连杆的另一端与第四连杆的一端、 气动肌肉的一端接口通过销轴相连接，气动肌肉的另一端接口与气动肌肉固定轴相连接， 气动肌肉固定轴设置在底板上，第四连杆的另一端与第二固定轴相连接，第二固定轴设置 在底板上；气动肌肉的进气端接口与气动肌肉控制单元的输出端相连接； 所述第二曲柄滑块机构由第五连杆、第六连杆、固定轴、滑块、具有滑道的固定块、气动 肌肉及气动肌肉固定轴组成，固定块固定在底板上，滑块与固定块的滑道相配合，滑块的一 端通过销轴与第五连杆的一端相连接，第五连杆的另一端与第六连杆的一端通过销轴相连 接，第六连杆的另一端通过固定轴设置在底板上，气动肌肉的一端接口活动套装在第六连 杆上，气动肌肉的另一端接口与气动肌肉固定轴相连接，气动肌肉固定轴设置在底板上；气 动肌肉的进气端接口与气动肌肉控制单元的输出端相连接； 所述铰接四杆机构由左、右转盘、第七连杆、第八连杆、固定轴、气动肌肉及气动肌肉固 定轴组成，左、右转盘均通过固定轴设置在底板上，第七连杆的一端通过销轴与一个转盘的 非中心处相连接，另一端通过销轴与另一个转盘的非中心处及第八连杆的一端相连接，第 八连杆的另一端通过销轴与气动肌肉的一端接口相连接，气动肌肉的另一端接口与气动肌 肉固定轴相连接，气动肌肉固定轴设置在底板上；气动肌肉的进气端接口与气动肌肉控制 单元的输出端相连接； 所述类比凸轮机构由固定轴、滑块、第二导杆、具有滑道的固定块、气动肌肉、具有导向 槽的摆杆及气动肌肉固定轴组成，固定块固定在底板上，滑块与固定块的滑道相配合，第二 导杆设置在滑块上，且与摆杆的导向槽相配合，导向槽设置在摆杆的一端，摆杆的另一端通 过固定轴设置在底板上，所述气动肌肉的一端接口与摆杆的中部通过销轴相连接，气动肌 肉的另一端接口与气动肌肉固定轴相连接，气动肌肉固定轴设置在底板上；气动肌肉的进 气端接口与气动肌肉控制单元的输出端相连接。
2. 根据权利要求1所述的刚柔混合机构实验教学演示平台，其特征在于所述第一曲柄 滑块机构的第三连杆由两根平行设置的平板组成，两根平板的一端分别设置在第一导杆的 两侧，且通过销轴相连接，销轴设置在第一导杆的导轨内，两根平板的另一端与第四连杆的 一端、气动肌肉的一端接口通过销轴相连接。
3.根据权利要求1所述的刚柔混合机构实验教学演示平台，其特征在于在所述底板上 设置有通孔，固定块通过通孔固定在底板上。
【文档编号】G09B25/02GK203838954SQ201420220842
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】马志沣, 张 杰, 魏东, 郝丽娜 申请人:马志沣, 张 杰, 魏东