本实用新型涉及一种可快速拆装变换式的机械原理示教用抓取机构。
背景技术：
机械原理课程中关于机构的认识，通常需要通过机构展示或机构模型来增强学生对机构中各部件的连接及运动的感性认识。倘若在教学过程中缺少实际的教学器具，机械原理的理论知识教学将会变成乏味的语言描述，这些机构也很难在学生的脑海中形成一个比较完整的实物形象。现有技术中，虽然也有一些机械原理示教器具，但大多存在体积大不利于演示，或者功能较为单一的不足。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种可快速拆装变换式的机械原理示教用抓取机构，其杆件数量少、结构简单且具有良好的示教功能。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种可快速拆装变换式的机械原理示教用抓取机构，所述的抓取机构包括安装基座、连接直杆及两组抓取臂杆组，每组所述抓取臂杆组均包括第一直杆、第二直杆和第三直杆，所述第一直杆上设有沿其长度方向间隔分布的多个销孔；所述第二直杆上设有沿其长度方向间隔分布的多个销孔；所述第三直杆上具有沿其长度方向间隔分布的多个销孔，所述连接直杆上也设有连接孔，
所述抓取机构具有第一使用状态，在所述第一使用状态下，所述连接直杆可滑动地设于所述安装基座上，每组所述抓取臂杆组中，所述第一直杆的中部通过一个销轴枢轴连接在所述安装基座上，所述第二直杆的一端通过一个销轴枢轴连接在所述第一直杆的一端，所述第二直杆的另一端与所述第三直杆的一端通过销轴固定连接，所述第三直杆的另一端通过一个销轴枢轴连接在所述连接直杆上。
优选地，每组所述抓取臂杆组还包括弯杆，所述弯杆具有长度延伸方向相异的第一杆部与第二杆部，所述弯杆上沿长度延伸方向上间隔地设有多个销孔，所述抓取机构具有第二使用状态，在所述第二使用状态下，每组所述抓取臂杆组中，所述第一直杆的中部通过一个销轴枢轴连接在所述安装基座上，所述第一杆部通过两个销轴固定地连接在所述第一直杆的一端，所述第二杆部与所述第三直杆的一端通过一个销轴枢轴连接，所述第三直杆的另一端通过一个销轴枢轴连接在所述连接直杆上。
优选地，所述的连接直杆有两根，两根所述连接直杆之间相对固定地设置并共同可滑动地设于所述安装基座上，两根所述连接直杆之间形成导向通道，每组所述抓取臂杆组均还包括滑块，所述抓取机构具有第三使用状态，在所述第三使用状态下，每组所述抓取臂杆组中，所述第一直杆的中部通过一个销轴枢轴连接在所述安装基座上，所述第二直杆的一端通过一个销轴枢轴连接在所述第一直杆的一端，所述滑块枢轴连接在所述第二直杆的另一端，且所述滑块滑动地设于所述导向通道中。
优选地，所述抓取机构还包括滑动地设于所述安装基座上的驱动板，所述连接直杆固定地安装在所述驱动板上，每组所述抓取臂杆组均还包括滚轮和弹簧，所述抓取机构具有第四使用状态，在所述第四使用状态下，每组所述抓取臂杆组中，所述第一直杆的中部通过一个销轴枢轴连接在所述安装基座上，所述第二直杆的一端通过一个销轴枢轴连接在所述第一直杆的一端，所述滑块枢轴连接在所述第二直杆的另一端，且所述滚轮滚动地设于所述驱动板上，所述弹簧的一端枢轴连接在所述安装基座上且其另一端枢轴连接在所述第一直杆上并提供用于驱使所述滚轮朝向所述连接直杆运动的弹性力。
进一步地，所述第一直杆具有分设于其与所述安装基座之间枢接点相异两侧的连接杆部与夹持杆部，所述连接杆部与所述第二直杆相连接，所述弹簧连接在所述连接杆部上。
优选地，每组的所述抓取臂杆组还包括第四直杆，所述第四直杆上设有沿其长度方向间隔分布的多个销孔，所述第四直杆通过至少一根销轴连接在所述安装基座上，所述第一直杆的中部通过一根销轴与所述第四直杆相枢轴连接而枢轴连接在所述安装基座上。
优选地，所述抓取机构还包括用于连接所述连接直杆用于提供拉力或推力的力输入杆。
进一步地，所述抓取机构还包括用于提供所述力输入杆以推拉力的动力装置。
优选地，所述的动力装置包括力输入液压缸和力输出液压缸，其中，
所述力输入液压缸包括第一缸体与主动活塞杆组件，所述主动活塞杆组件包括主动活塞杆和固定在所述主动活塞杆一端的主动活塞，所述主动活塞与所述第一缸体的内侧周壁之间相动密封地连接，所述主动活塞杆沿轴向伸出所述第一缸体外，
所述力输出液压缸包括第二缸体与伪活塞杆组件，所述伪活塞杆组件包括力输出活塞杆和固定在所述力输出活塞杆一端的伪活塞，所述伪活塞将所述第二缸体的内腔分隔为第一腔与第二腔，所述伪活塞上开设有连通所述第一腔与第二腔的液流通道，所述力输出活塞杆穿过所述第二腔并穿至所述第二缸体外并与所述力输入杆固定连接，且所述力输出活塞杆与所述第二缸体之间相动密封地连接，所述第二腔中还设有用于提供所述伪活塞杆组件弹性复位力的弹性件，所述第一腔与所述力输入液压缸的无杆腔之间通过液流管相液流连通。
优选地，所述的动力装置包括电磁驱动组件与永磁铁组件，其中，所述电磁驱动组件包括固定在所述安装基座上的感应线圈、可沿轴向运动地穿设在所述感应线圈中的铁芯，以及自所述铁芯的一端向外伸出的导向滑柱，所述永磁铁组件包括沿所述导向滑柱的长度延伸方向依次排布的多个永磁铁，所有的所述永磁铁均可相对滑动地套设在所述导向滑柱上，相邻两个所述永磁铁之间相邻端磁极相异地设置，所述导向滑柱的外端部穿出至所述永磁铁组件的外侧并与所述力输入杆固定连接。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型的可快速拆装变换式的机械原理示教用抓取机构，其杆件数量少、结构简单。采用该抓取机构，可以学习机械原理中关于直线与曲杠杆原理、肘杆机构原理、肘杆-杠杆复合机构原理、通过滚轮与滑块学习高副与低副概念、学习形封闭机构与力封闭机构理论知识，以及学习自由度理论知识。该抓取机构的示教功能丰富，能够学习到较多的机械原理与机构学知识。
附图说明
附图1为本实用新型的示教用抓取机构中包含的杆件的分解示意图；
附图2为本实用新型的示教用抓取机构第一使用状态下的结构示意图；
附图3为附图2的抓取机构处于释放工作状态时的原理示意图；
附图4为附图2的抓取机构处于夹持工作状态时的原理示意图；
附图5为附图3的抓取机构的另一种实施方式的原理示意图，其中抓取机构处于释放工作状态；
附图6为附图5的抓取机构处于夹持工作状态时的原理示意图；
附图7为附图2的示教用抓取机构第一使用状态下的另一种安装结构示意图；
附图8为本实用新型的示教用抓取机构第二使用状态下的结构示意图；
附图9为本实用新型的示教用抓取机构第三使用状态下的结构示意图；
附图10为本实用新型的示教用抓取机构第四使用状态下的结构示意图；
附图11为采用真伪活塞液压缸驱动装置的抓取机构的结构示意图，其中，抓取机构处于释放工作状态；
附图12为采用真伪活塞液压缸驱动装置的抓取机构的结构示意图，其中，抓取机构处于夹持工作状态；
附图13为附图11中力输出液压缸的截面示意图；
附图14为采用电磁驱动装置的抓取机构的结构示意图，其中，抓取机构处于释放工作状态；
附图15为采用电磁驱动装置的抓取机构的结构示意图，其中，抓取机构处于夹持工作状态；
其中：100、抓取臂杆组；1、第一直杆；2、第二直杆；3、第三直杆；4、第四直杆；5、弯杆；5a、第一杆部；5b、第二杆部；6、滑块；7、滚轮；8、夹爪头；9、弹簧；11、连接直杆；12、驱动板；13、力输入杆；
10、力输入液压缸；101、第一缸筒；102、第一缸盖；103、主动活塞；104、主动活塞杆；101a、第一液流孔；102a、第一通孔；
20、力输出液压缸；201、第二缸筒；202、第二缸盖；203、伪活塞；204、力输出活塞杆；201a、第二液流孔；203a、开口槽；205、弹性件；
30、液流管；40、力输入平台压板；50、电磁驱动组件；501、电磁线圈；502、铁芯；503、导向滑柱；504、限位挡板；60、永磁铁组件；601、永磁铁。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
参见图1所示，其列出了本实施例的可快速拆装变换式的机械原理示教用抓取机构中涉及的杆件的示意图。
该抓取机构包括安装基座（图中未示出）、连接直杆11和两组抓取臂杆组100，每组的抓取臂杆组100包括第一直杆1、第二直杆2、第三直杆3、第四直杆4、弯杆5、滑块6、滚轮7、夹爪8以及弹簧9。第一直杆1、第二直杆2、第三直杆3、第四直杆4、弯杆5这几根杆中每根杆上均开设有沿自身长度延伸方向间隔分布的多个销孔，以用于通过销轴而实现彼此之间的连接；其中弯杆5具有长度延伸方向相异的第一杆部5a与第二杆部5b，此处，第一杆部5a与第二杆部5b的长度延伸方向相互垂直地设置；第一直杆1的长度应大于其他杆件的长度。
该抓取机构还包括驱动板12和力输入杆13，力输入杆13的一端部与驱动板12连接或与连杆支杆11相连接，力输入杆13的另一端部则用于与动力装置相连接，以用于获取推力或拉力。连接直杆11、力输入杆13及驱动板12上也各自开设有连接孔，以用于彼此之间及与其他部件的连接。
根据上述的杆件/部件，抓取机构至少能够具有如下的几种使用状态：
第一使用状态：
参见图2所示，连接直杆11可滑动地设于安装基座上，每组抓取臂杆组100中，第一直杆1的中部通过一个销轴枢轴连接在安装基座上，第二直杆2的一端通过一个销轴枢轴连接在第一直杆1的一端，第二直杆2的另一端与第三直杆3的一端通过一个销轴固定连接，第三直杆3的另一端通过一个销轴枢轴连接在连接直杆11上；夹爪头6则安装在第一直杆1的另一端上，即第一直杆1的外端部上。力输入杆13的一端连接在连接直杆11上。
该第一使用状态下，抓取机构的工作原理如图3、图4所示，通过施加力输入杆13以推拉力，便可驱使连接直杆11相应滑动，从而使得两个抓取臂杆组100中的各杆件相对转动而实现安装在第一直杆1端部上的两个夹爪头6的相对张开或相对闭合。如图3所示为抓取机构释放工作状态，两夹爪头6相对远离；图4所示为抓取机构夹持工作状态，力输入杆13获取推力而使得连接直杆11向外滑动，驱使两夹爪头6相对靠拢闭合。
在某些实施场景下，通过对各杆连接点的位置予以调整，可以获得如图5、图6所示的抓取机构，其中，在力输入杆13获取推力时抓取机构由夹持工作状态转换为释放工作状态，而在力输入杆13获取拉力时抓取机构由释放工作状态转换为夹持工作状态。
该第一使用状态中，如图7所示，第一直杆1与安装基座之间的枢轴连接可以通过采用第四直杆4来实现，具体地，将第四直杆4的一端通过销轴固定连接在安装基座上，然后再将其另一端通过销轴枢轴连接在第一直杆1的中部。
第二使用状态：
参见图8所示，在该第二使用状态中，通过采用弯杆5来取代第一使用状态中的第二直杆2。具体地，每组抓取臂杆组100中，第一直杆1的中部通过一个销轴枢轴连接在安装基座上，第一杆部5a通过两个销轴固定地连接在第一直杆1的一端，第二杆部5b与第三直杆3的一端通过一个销轴枢轴连接，第三直杆3的另一端通过一个销轴连接在连接直杆11上，连接直杆11滑动地设于安装基座上，力输入杆11。
第三使用状态：
参见图9所示，在该第三使用状态下，采用两根连接直杆11，两根连接直杆11分别固定在驱动板12上，两连接直杆11之间相对固定，且两者之间形成可提供滑块6滑动导向的导向通道，驱动板12滑动地设于安装基座上，力输入杆13的一端连接在内侧的连接直杆11上。
该第三使用状态下，每组抓取臂杆组100中，第一直杆1的中部通过一个销轴枢轴连接在安装基座上，第二直杆2的一端通过一个销轴枢轴连接在第一直杆1的一端，滑块6枢轴连接在第二直杆2的另一端，且该滑块6滑动地设于上述两个连接直杆11形成的导向通道中。该抓取机构形成的为形封闭机构。
第四使用状态：
参见图10所示，在该第四使用状态下，将一根连接直杆11固定连接在驱动板12的外侧端部上，驱动板12滑动地设于安装基座上，力输入杆13的一端连接在驱动板12的内侧端部上。在该第四使用状态下，还采用滚轮7与弹簧9。
该第四使用状态下，每组抓取臂杆组100中，第一直杆1的中部通过一个销轴枢轴连接在安装基座上，第二直杆2的一端通过一个销轴枢轴连接在第一直杆1的一端，滚轮7枢轴连接在第二直杆2的另一端，该滚轮7滚动地设于驱动板12上。弹簧9的一端枢轴连接在安装基座上且其另一端枢轴连接在第一直杆1上并提供用于驱使滚轮7朝向连接直杆11运动的弹性力，使得滚轮7抵挡在连接直杆11的侧边部上。
具体地，第一直杆1具有分设于其与安装基座之间枢接点相异两侧的连接杆部与夹持杆部，夹持杆部即为用于与夹爪头6相连接的外端杆部，连接杆部即为与第二直杆2相连接的内端杆部，弹簧9连接在上述连接杆部与安装基座之间，形成力封闭机构。
当然，利用上述的杆件/部件，还可以实现其他形式的抓取机构，此处不一一列出。
可见，采用上述的抓取机构，可以学习机械原理中的如下知识：直线与曲杠杆原理、肘杆机构原理、肘杆-杠杆复合机构原理、通过滚轮与滑块学习高副与低副概念、学习形封闭机构与力封闭机构理论知识，以及学习自由度理论知识。该抓取机构的基本构件很少，示教功能丰富，能够学习到较多的机械原理与机构学知识。
在某些实施例中，该抓取机构还包括用于提供力输入杆13以拉力或推力的动力装置。
实施例一
参见图11至13所示为采用真伪活塞液压缸驱动装置的抓取机构，具体地，该驱动装置主要由力输入液压缸10和力输出液压缸20组成，这两个液压缸的结构具体如下：
力输入液压缸10包括第一缸体与主动活塞杆组件，本实施例中，该主动活塞杆组件相对第一缸体输出沿竖直方向的往复运动。第一缸体包括第一缸筒101和固设于第一缸筒101顶部的第一缸盖102；主动活塞杆组件包括主动活塞杆104和固定在主动活塞杆104下端部的主动活塞103，主动活塞103与第一缸筒101的内侧周壁之间相动密封地连接。由于该主动活塞103与第一缸体之间为密封连接，该主动活塞103也被称为真活塞。
第一缸筒101上位于主动活塞103下方的内腔形成力输入液压缸10的无杆腔。第一缸筒101的底部开设有第一液流孔101a，用于连通力输入液压缸10外部与上述的无杆腔。
主动活塞杆104的上端部沿轴向伸出第一缸体外，具体地，第一缸盖102上开设有供主动活塞杆104滑动穿出的第一通孔102a，该第一通孔102a的孔径大于主动活塞杆104的孔径，且小于主动活塞103的直径，使得第一缸盖102形成对主动活塞103的限位。主动活塞杆104的上端部上还固定地设有力输入平台压板40。
力输出液压缸20包括第二缸体与伪活塞杆组件，本实施例中，参见图11所示，伪活塞杆组件相对第二缸体输出沿水平方向的往复运动。具体地，第二缸体包括第二缸筒201和固设于第二缸筒201右端部的第二缸盖202；伪活塞杆组件包括伪活塞203和力输出活塞杆204，力输出活塞杆204的轴心线沿水平方向延伸，伪活塞203固定在力输出活塞杆204的左端部上，伪活塞203设于第二缸筒201的内腔中并将第二缸体的内腔分隔为第一腔（左腔）与第二腔（右腔），伪活塞203上开设有连通上述第一腔与第二腔的液流通道。
在本实施例中，参见图11、图12所示，伪活塞203的外侧周部上开设有开口槽203a，每个开口槽203a与第二缸筒201的内侧周壁之间均形成一条液流通道。在这里，如图13所示，开口槽203a设有三个，该三个开口槽203a在伪活塞203的外侧周部上沿周向均匀间隔地分布。因该伪活塞203与第二缸筒201之间并没有密封连接，故而称之为伪活塞。
力输出活塞杆204的右侧端部穿过第二腔并穿至第二缸体外并与力输入杆13相连接，且该力输出活塞杆204与第二缸体之间相动密封地连接。在这里，第二缸盖202上开设有供力输出活塞杆204滑动穿出的第二通孔，力输出活塞杆204与第二通孔之间相动密封连接。
第二缸筒201的左侧端部开设有第二液流通孔201a，用于连通力输出液压缸20外部与其第一腔。
力输出液压缸20还包括设于第二腔中提供伪活塞杆组件以弹性力的弹性件205，此处，该弹性件205采用的为套设在力输出活塞杆204上的弹簧205，该弹簧205的两端分别抵挡在第二缸盖202与伪活塞203上。
该直线运动驱动装置还包括连接在上述第一液流孔101a与上述第二液流孔201a的液流管30。
这样，当在力输入平台压板40处输入外力Fi时，主动活塞103与主动活塞杆104共同下行，力输出液压缸10的无杆腔中的液体通过液流管30进入力输出液压缸20的第一腔，推动伪活塞203与力输出活塞杆204向右运动。
在上述过程中，由于伪活塞203上开设的液流通孔连通第一腔与第二腔，主动活塞103推动伪活塞203运动的过程中第一腔内的液体可以回流到第二腔中实现面积差动，其行程放大倍数为：
ΔLo/ΔLi= Si /So= Di^2 /do^2
其中，ΔLo为力输出活塞杆204的行程；ΔLi为力输入活塞杆104的行程；
Si为主动活塞103的直径，So为伪活塞杆组件的有效作用面积；
Di为主动活塞103的直径；do为力输出活塞杆204的杆径。
这样，驱使力输入平台压板40做小幅的位移，便可以使得力输出活塞杆204实现较大的位移量，从而驱使运动机构的直线运动，使得两夹爪头8由如图12所示的夹持工作状态转换至如图11所示的释放工作状态。
当施加于力输入平台压板40的外力消失时，可以依靠弹性件205复位，使得两夹爪头8重新相对靠拢而转换为夹持工作状态。此处的力输入平台压板40处，外力的输入可以依靠脚踩或压持重物的方式实现，其操作简单方便。
实施例二
参见图14至15所示为采用电磁驱动装置的抓取机构，具体地，该驱动装置主要包括电磁驱动组件50和永磁铁组件60，具体地，
电磁驱动组件50包括固定在安装基座上的感应线圈501、可沿轴向运动地穿设在感应线圈501中的铁芯502，以及自铁芯502一端向外伸出的导向滑柱503。当感应线圈501通电时，铁芯502沿轴向向外运动，带动导向滑柱503一起沿轴向向外运动。
永磁铁组件60包括沿导向滑柱503的长度延伸方向依次排布的多个永磁铁601，所有的永磁铁均可相对滑动地套设在导向滑柱503上，且相邻的两个永磁铁601之间的相邻端部磁极相异地设置。导向滑柱503的外端部穿出至永磁铁组件60的外侧并与力输入杆13相连接。
在本实施例中，所有的永磁铁601均呈中空环状，且所有的永磁铁601间隔分布地套设在导向滑柱503上。在这里，所有的永磁铁601中，与铁芯502相隔最远的永磁铁601固定地设于安装基座上，其余的永磁铁601分别沿导向滑柱503的轴向相对滑动地设于安装基座上，导向滑柱503可滑动地穿过所有的永磁铁601中间的环孔，除最外侧永磁铁601外的其他永磁铁601也可沿导向滑柱503相对滑动。
参见图14、图15所示，在本实施例中，铁芯502与导向滑柱503之间固定地设置有限位挡板504，铁芯502与永磁铁组件60分设于限位挡板504的相异两侧，该限位挡板504主要用于对多个永磁铁601沿轴向滑动位置予以限位。
参见图14所示，在感应线圈501未通电时，即电磁驱动组件50处于断电工作状态时，在多个永磁铁601之间彼此磁性斥力的作用下，多个永磁铁601彼此之间保持较大的间隔，并推动限位挡板504而使得铁芯502位于感应线圈501中，使得两夹爪头6之间相对趋近而保持闭合状态，从而使得抓取机构稳定地处于抓取工作状态，实现对待夹持物的稳定夹持。
当需要松开对待夹持物的夹持或者需要准备夹持时，将感应线圈501通电，即使得电磁驱动组件50转换为通电工作状态，产生的电磁力使得铁芯502相对感应线圈501沿轴向向外运动，从而克服多个永磁铁601之间的磁性斥力，使得导向滑柱503沿轴向向外运动，进而使得两个夹爪头8相对摆动张开，使得抓取机构转换为释放工作状态。
上述两实施例所示出的驱动装置，其结构也很新颖、简单、占用空间小，也具有良好的示教作用。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。