一種剛柔混合機構實驗教學演示平臺的制作方法
【專利摘要】一種剛柔混合機構實驗教學演示平臺，屬于教學儀器【技術領域】，特別是涉及一種剛柔混合機構實驗教學演示平臺。本實用新型能夠實現傳統傳動機構的功能，具有安全性，氣動肌肉的柔順性；且結構緊湊，安裝方便。本實用新型包括底板和供氣機構，供氣機構由氣泵、氣動二聯件及氣動肌肉控制單元組成，氣動二聯件的輸入端與氣泵相連接，輸出端與氣動肌肉控制單元的輸入端相連接；在底板上設置有力矩平衡機構、第一曲柄滑塊機構、第二曲柄滑塊機構，鉸接四桿機構或類比凸輪機構。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于教學儀器【技術領域】，特別是涉及一種剛柔混合機構實驗教學演示 平臺。 一種剛柔混合機構實驗教學演示平臺

【背景技術】
[0002] -般而言，大學生上機械類課程時都能了解到傳動機構將驅動部分的運動形式傳 遞給執行構件，使得整體機械設備正常運轉，其在整個機械設備中具有非常重要的地位。然 而，在機械原理、機械設計等機械類教學中，上實驗課時學生僅僅能接觸到傳統的傳動機 構，主要包括：齒輪傳動機構、齒輪齒條傳動機構、凸輪機構、帶傳動機構和鏈傳動機構等。 但是，以上幾種傳統的傳動機構也有諸多缺點，比如：齒輪傳動機構振動和噪聲大，不可實 現無級調速；齒輪齒條傳動機構不能自鎖，因此需要外加鎖緊裝置；凸輪機構點、線接觸易 磨損；帶傳動機構外廓尺寸大，傳動效率低，皮帶壽命短，鏈傳動機構鏈條磨損后，鏈節變 長，容易產生脫鏈現象。以上幾種傳動機構為傳統機械設備中常用的傳動機構，能夠傳遞直 線運動、旋轉運動與直線旋轉復合運動。但是這些機構都是剛性機構，隨著工業的發展，傳 統的機構所具有的安全性、柔順性不足等缺點限制了其在安全性要求高的服務機器人、醫 療設備領域的應用。因此急需讓機械專業的學生再了解到具有柔順性能好、安全性高的機 構。 實用新型內容
[0003] 針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種剛柔混合機構實驗教學演示平 臺，該演示平臺能夠實現傳統傳動機構的功能，具有安全性，氣動肌肉的柔順性；且結構緊 湊，安裝方便。
[0004] 為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：一種剛柔混合機構實驗教學 演示平臺，包括底板和供氣機構，供氣機構由氣泵、氣動二聯件及氣動肌肉控制單元組成， 氣動二聯件的輸入端與氣泵相連接，輸出端與氣動肌肉控制單元的輸入端相連接；在底板 上設置有力矩平衡機構、第一曲柄滑塊機構、第二曲柄滑塊機構，鉸接四桿機構或類比凸輪 機構；
[0005] 所述力矩平衡機構由固定軸、第一連桿及左、右力矩機構組成；第一連桿的中部與 固定軸相連接，固定軸設置在底板上；左、右力矩機構以固定軸為中心，呈中心對稱設置， 左、右力矩機構均由滑塊、具有滑道的固定塊、氣動肌肉及氣動肌肉固定軸組成，固定塊固 定在底板上，滑塊與固定塊的滑道相配合，滑塊的一端與第二連桿的一端通過銷軸相連接， 第二連桿的另一端與第一連桿的一端、氣動肌肉的一端接口通過銷軸相連接，氣動肌肉的 另一端接口與氣動肌肉固定軸相連接，氣動肌肉固定軸設置在底板上；左、右力矩機構的氣 動肌肉的進氣端接口分別與氣動肌肉控制單元的輸出端相連接；
[0006] 所述第一曲柄滑塊機構由第三連桿、第四連桿、固定軸、第二固定軸、具有導軌的 第一導桿、氣動肌肉及氣動肌肉固定軸組成，第一導桿的兩端分別通過固定軸固定在底板 上，第三連桿的一端與第一導桿的導軌通過銷軸相連接，第三連桿的另一端與第四連桿的 一端、氣動肌肉的一端接口通過銷軸相連接，氣動肌肉的另一端接口與氣動肌肉固定軸相 連接，氣動肌肉固定軸設置在底板上，第四連桿的另一端與第二固定軸相連接，第二固定軸 設置在底板上；氣動肌肉的進氣端接口與氣動肌肉控制單元的輸出端相連接；
[0007] 所述第二曲柄滑塊機構由第五連桿、第六連桿、固定軸、滑塊、具有滑道的固定塊、 氣動肌肉及氣動肌肉固定軸組成，固定塊固定在底板上，滑塊與固定塊的滑道相配合，滑塊 的一端通過銷軸與第五連桿的一端相連接，第五連桿的另一端與第六連桿的一端通過銷軸 相連接，第六連桿的另一端通過固定軸設置在底板上，氣動肌肉的一端接口活動套裝在第 六連桿上，氣動肌肉的另一端接口與氣動肌肉固定軸相連接，氣動肌肉固定軸設置在底板 上；氣動肌肉的進氣端接口與氣動肌肉控制單元的輸出端相連接；
[0008] 所述鉸接四桿機構由左、右轉盤、第七連桿、第八連桿、固定軸、氣動肌肉及氣動肌 肉固定軸組成，左、右轉盤均通過固定軸設置在底板上，第七連桿的一端通過銷軸與一個轉 盤的非中心處相連接，另一端通過銷軸與另一個轉盤的非中心處及第八連桿的一端相連 接，第八連桿的另一端通過銷軸與氣動肌肉的一端接口相連接，氣動肌肉的另一端接口與 氣動肌肉固定軸相連接，氣動肌肉固定軸設置在底板上；氣動肌肉的進氣端接口與氣動肌 肉控制單元的輸出端相連接；
[0009] 所述類比凸輪機構由固定軸、滑塊、第二導桿、具有滑道的固定塊、氣動肌肉、具有 導向槽的擺桿及氣動肌肉固定軸組成，固定塊固定在底板上，滑塊與固定塊的滑道相配合， 第二導桿設置在滑塊上，且與擺桿的導向槽相配合，導向槽設置在擺桿的一端，擺桿的另一 端通過固定軸設置在底板上，所述氣動肌肉的一端接口與擺桿的中部通過銷軸相連接，氣 動肌肉的另一端接口與氣動肌肉固定軸相連接，氣動肌肉固定軸設置在底板上；氣動肌肉 的進氣端接口與氣動肌肉控制單元的輸出端相連接。
[0010] 所述第一曲柄滑塊機構的第三連桿由兩根平行設置的平板組成，兩根平板的一端 分別設置在第一導桿的兩側，且通過銷軸相連接，銷軸設置在第一導桿的導軌內，兩根平板 的另一端與第四連桿的一端、氣動肌肉的一端接口通過銷軸相連接。
[0011] 在所述底板上設置有通孔，固定塊通過通孔固定在底板上。
[0012] 本實用新型的有益效果：
[0013] 本實用新型能夠實現傳統傳動機構的功能，且具有安全性，氣動肌肉的柔順性；本 實用新型采用的氣動肌肉與氣缸或液壓缸相比，無需活塞、活塞桿等諸多零部件，無需潤 滑，無粘滑特性，并實現了慢速運動；而且氣動肌肉本身就是驅動器，使得驅動、傳動一體 化，因此使結構緊湊，節省空間；本實用新型的各種機構能夠根據需要由活動零件快速組裝 而成，進行模塊化展示，且組裝簡單、使用方便。
[0014] 本實用新型能夠作為一種新型的具有柔性元件-氣動肌肉的傳動機構，與《機械 原理》課程中的普通傳動機構進行對比教學，加深學生對不同種類的傳動機構的理解。并 且，還能夠作為《液壓與氣動》課程及《機器人學》課程的教學演示平臺。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型的剛柔混合機構實驗教學演示平臺的底板、供氣機構及力矩平 衡機構連接后的結構示意圖；
[0016] 圖2是本實用新型的剛柔混合機構實驗教學演示平臺的底板、供氣機構及第一曲 柄滑塊機構連接后的結構示意圖；
[0017] 圖3是本實用新型的剛柔混合機構實驗教學演示平臺的底板、供氣機構及第二曲 柄滑塊機構連接后的結構示意圖；
[0018] 圖4是本實用新型的剛柔混合機構實驗教學演示平臺的底板、供氣機構及鉸接四 桿機構連接后的結構示意圖；
[0019] 圖5是本實用新型的剛柔混合機構實驗教學演示平臺的底板、供氣機構及類比凸 輪機構連接后的結構示意圖；
[0020] 圖中，1-氣泵，2-氣動二聯件，3-氣動肌肉控制單元，4一橡膠管，5-底板， 6-氣動肌肉，7-氣動肌肉固定軸，8-固定軸，9-固定塊，10-滑塊，11一第一連桿，12- 第二連桿，13-第一導桿，14 一第三連桿，15-第四連桿，16-第二導桿，17-第五連桿， 18-第六連桿，19一左轉盤，20-第七連桿，21-第八連桿，22-擺桿，23 -導軌，24 -導向 槽，25-第二固定軸，26-右轉盤。

【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0022] -種剛柔混合機構實驗教學演示平臺，包括底板5、供氣機構及力矩平衡機構，供 氣機構由氣泵1、氣動二聯件2及氣動肌肉控制單元3組成，氣動二聯件2的輸入端與氣泵 1通過橡膠管4相連接，輸出端與氣動肌肉控制單元3的輸入端通過橡膠管4相連接；
[0023] 如圖1所示，力矩平衡機構由固定軸8、第一連桿11及左、右力矩機構組成；第一 連桿11的中部與固定軸8活動連接，固定軸8固定在底板5上，第一連桿11能夠以固定軸 8為圓心旋轉；左、右力矩機構以固定軸8為中心，設置為中心對稱結構，左、右力矩機構均 由滑塊10、具有滑道的固定塊9、氣動肌肉6及氣動肌肉固定軸7組成，固定塊9固定在底 板5上，滑塊10與固定塊9的滑道相配合，能夠沿著滑道移動，滑塊10的一端與第二連桿 12的一端通過銷軸相連接，第二連桿12的另一端與第一連桿11的一端、氣動肌肉6的一端 接口通過銷軸相連接，氣動肌肉6的另一端接口與氣動肌肉固定軸7相鉸接，氣動肌肉固定 軸7固定在底板5上；左、右力矩機構的氣動肌肉6的進氣端接口分別與氣動肌肉控制單元 3的輸出端通過橡膠管4相連接。
[0024] 如圖2所示，第一曲柄滑塊機構由第三連桿14、第四連桿15、固定軸8、第二固定軸 25、具有導軌23的第一導桿11、氣動肌肉6及氣動肌肉固定軸7組成，第一導桿11的兩端 分別通過固定軸8固定在底板5上，第三連桿14的一端與第一導桿11的導軌23通過銷軸 相連接，并能夠沿著導軌23移動；第三連桿14的另一端與第四連桿15的一端、氣動肌肉6 的一端接口通過銷軸相連接，氣動肌肉6的另一端接口與氣動肌肉固定軸7相鉸接，氣動肌 肉固定軸7固定在底板5上；第四連桿15的另一端與第二固定軸25活動連接，第二固定軸 25固定在底板5上；氣動肌肉6的進氣端接口與氣動肌肉控制單元3的輸出端通過橡膠管 4相連接。所述第三連桿14由兩根平行設置的平板組成，兩根平板的一端分別設置在第一 導桿11的兩側，且通過銷軸相連接，銷軸設置在第一導桿11的導軌23內，兩根平板的另一 端與第四連桿15的一端、氣動肌肉6的一端接口通過銷軸相連接。
[0025] 如圖3所示，第二曲柄滑塊機構由第五連桿17、第六連桿18、固定軸8、滑塊10、具 有滑道的固定塊9、氣動肌肉6及氣動肌肉固定軸7組成，固定塊9固定在底板5上，滑塊10 與固定塊9的滑道相配合，能夠沿著滑道移動，滑塊10的一端通過銷軸與第五連桿17的一 端相連接，第五連桿17的另一端與第六連桿18的一端通過銷軸相連接，第六連桿18的另 一端與固定軸8活動連接，固定軸8固定在底板5上，氣動肌肉6的一端接口活動套裝在第 六連桿18上，氣動肌肉6的另一端接口與氣動肌肉固定軸7相鉸接，氣動肌肉固定軸7固 定在底板5上；氣動肌肉6的進氣端接口與氣動肌肉控制單元3的輸出端通過橡膠管4相 連接。
[0026] 如圖4所示，鉸接四桿機構由圓形的左、右轉盤、第七連桿20、第八連桿21、固定軸 8、 氣動肌肉6及氣動肌肉固定軸7組成，左、右轉盤均通過固定軸8設置在底板5上，第七 連桿20的一端通過銷軸與左轉盤19的非中心處相連接，另一端通過銷軸與右轉盤26的非 中心處及第八連桿21的一端相連接，第八連桿21的另一端通過銷軸與氣動肌肉6的一端 接口相連接，氣動肌肉6的另一端接口與氣動肌肉固定軸7相鉸接，氣動肌肉固定軸7固定 在底板5上；氣動肌肉6的進氣端接口與氣動肌肉控制單元3的輸出端通過橡膠管4相連 接。
[0027] 如圖5所示，類比凸輪機構由固定軸8、滑塊10、第二導桿16、具有滑道的固定塊 9、 氣動肌肉6、具有導向槽24的擺桿22及氣動肌肉固定軸7組成，固定塊9固定在底板5 上，滑塊10與固定塊9的滑道相配合，能夠沿著滑道移動，所述固定塊9的數目為兩個，第 二導桿16設置在滑塊10上，位于兩個固定塊9之間，且第二導桿16與擺桿22的導向槽24 相配合，導向槽24設置在擺桿22的一端，擺桿22的另一端與固定軸8活動連接，固定軸8 固定在底板5上，所述氣動肌肉6的一端接口與擺桿22的中部通過銷軸相連接，氣動肌肉 6的另一端接口與氣動肌肉固定軸7相鉸接，氣動肌肉固定軸7固定在底板5上；氣動肌肉 6的進氣端接口與氣動肌肉控制單元3的輸出端通過橡膠管4相連接。
[0028] 在所述底板5上設置有通孔，固定塊9通過通孔固定在底板5上，便于裝卸。
[0029] 所述氣動二聯件2的型號為AL2000 ;所述氣泵1的型號為WA70DC-TH。
[0030] 所述氣動肌肉6采用的是英國shadow公司的30mm Air Muscle (30mm直徑的氣動 肌肉）。
[0031] 所述氣動肌肉控制單元3采用的是英國shadow公司的Pneumatic Control Unit (氣動肌肉控制單元）。
[0032] 下面結合【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型的一次使用過程：
[0033] 如圖1所示，氣體經過氣泵1壓縮后進入氣動二聯件2,氣動二聯件2對進入的氣 體進行過濾和穩壓，再進入氣動肌肉控制單元3,氣動肌肉控制單元3的氣閥打開，氣動肌 肉6進氣后長度變短，使得第一連桿11轉動，同時帶動第二連桿12轉動，第二連桿12推動 滑塊10在固定塊9的滑道內滑動。由于左、右力矩機構呈中心對稱設置，所以形成了力矩 平衡。
[0034] 如圖2所示，氣體經過氣泵1壓縮后進入氣動二聯件2,氣動二聯件2對進入的氣 體進行過濾和穩壓，再進入氣動肌肉控制單元3,氣動肌肉控制單元3的氣閥打開，氣動肌 肉6進氣后長度變短，帶動第三連桿14沿著導軌23移動、第四連桿15轉動，實現了曲柄滑 塊運動。
[0035] 如圖3所示，氣體經過氣泵1壓縮后進入氣動二聯件2,氣動二聯件2對進入的氣 體進行過濾和穩壓，再進入氣動肌肉控制單元3,氣動肌肉控制單元3的氣閥打開，氣動肌 肉6進氣后長度變短，拉動第六連桿18轉動，第六連桿18帶動第五連桿17轉動，從而帶動 滑塊10在固定塊9的滑道內移動，實現了曲柄滑塊運動。
[0036] 如圖4所示，氣體經過氣泵1壓縮后進入氣動二聯件2,氣動二聯件2對進入的氣 體進行過濾和穩壓，再進入氣動肌肉控制單元3,氣動肌肉控制單元3的氣閥打開，氣動肌 肉6進氣后長度變短，拉動第八連桿21移動，帶動左、右轉盤發生轉動，實現了鉸接四桿運 動。
[0037] 如圖5所示，氣體經過氣泵1壓縮后進入氣動二聯件2,氣動二聯件2對進入的氣 體進行過濾和穩壓，再進入氣動肌肉控制單元3,氣動肌肉控制單元3的氣閥打開，氣動肌 肉6進氣后長度變短，帶動擺桿22轉動，從而帶動滑塊10在固定塊9的滑道內滑動，實現 了類比凸輪運動。
【權利要求】
1. 一種剛柔混合機構實驗教學演示平臺，其特征在于包括底板和供氣機構，供氣機構 由氣泵、氣動二聯件及氣動肌肉控制單元組成，氣動二聯件的輸入端與氣泵相連接，輸出端 與氣動肌肉控制單元的輸入端相連接；在底板上設置有力矩平衡機構、第一曲柄滑塊機構、 第二曲柄滑塊機構，鉸接四桿機構或類比凸輪機構； 所述力矩平衡機構由固定軸、第一連桿及左、右力矩機構組成；第一連桿的中部與固定 軸相連接，固定軸設置在底板上；左、右力矩機構以固定軸為中心，呈中心對稱設置，左、右 力矩機構均由滑塊、具有滑道的固定塊、氣動肌肉及氣動肌肉固定軸組成，固定塊固定在底 板上，滑塊與固定塊的滑道相配合，滑塊的一端與第二連桿的一端通過銷軸相連接，第二連 桿的另一端與第一連桿的一端、氣動肌肉的一端接口通過銷軸相連接，氣動肌肉的另一端 接口與氣動肌肉固定軸相連接，氣動肌肉固定軸設置在底板上；左、右力矩機構的氣動肌肉 的進氣端接口分別與氣動肌肉控制單元的輸出端相連接； 所述第一曲柄滑塊機構由第三連桿、第四連桿、固定軸、第二固定軸、具有導軌的第一 導桿、氣動肌肉及氣動肌肉固定軸組成，第一導桿的兩端分別通過固定軸固定在底板上，第 三連桿的一端與第一導桿的導軌通過銷軸相連接，第三連桿的另一端與第四連桿的一端、 氣動肌肉的一端接口通過銷軸相連接，氣動肌肉的另一端接口與氣動肌肉固定軸相連接， 氣動肌肉固定軸設置在底板上，第四連桿的另一端與第二固定軸相連接，第二固定軸設置 在底板上；氣動肌肉的進氣端接口與氣動肌肉控制單元的輸出端相連接； 所述第二曲柄滑塊機構由第五連桿、第六連桿、固定軸、滑塊、具有滑道的固定塊、氣動 肌肉及氣動肌肉固定軸組成，固定塊固定在底板上，滑塊與固定塊的滑道相配合，滑塊的一 端通過銷軸與第五連桿的一端相連接，第五連桿的另一端與第六連桿的一端通過銷軸相連 接，第六連桿的另一端通過固定軸設置在底板上，氣動肌肉的一端接口活動套裝在第六連 桿上，氣動肌肉的另一端接口與氣動肌肉固定軸相連接，氣動肌肉固定軸設置在底板上；氣 動肌肉的進氣端接口與氣動肌肉控制單元的輸出端相連接； 所述鉸接四桿機構由左、右轉盤、第七連桿、第八連桿、固定軸、氣動肌肉及氣動肌肉固 定軸組成，左、右轉盤均通過固定軸設置在底板上，第七連桿的一端通過銷軸與一個轉盤的 非中心處相連接，另一端通過銷軸與另一個轉盤的非中心處及第八連桿的一端相連接，第 八連桿的另一端通過銷軸與氣動肌肉的一端接口相連接，氣動肌肉的另一端接口與氣動肌 肉固定軸相連接，氣動肌肉固定軸設置在底板上；氣動肌肉的進氣端接口與氣動肌肉控制 單元的輸出端相連接； 所述類比凸輪機構由固定軸、滑塊、第二導桿、具有滑道的固定塊、氣動肌肉、具有導向 槽的擺桿及氣動肌肉固定軸組成，固定塊固定在底板上，滑塊與固定塊的滑道相配合，第二 導桿設置在滑塊上，且與擺桿的導向槽相配合，導向槽設置在擺桿的一端，擺桿的另一端通 過固定軸設置在底板上，所述氣動肌肉的一端接口與擺桿的中部通過銷軸相連接，氣動肌 肉的另一端接口與氣動肌肉固定軸相連接，氣動肌肉固定軸設置在底板上；氣動肌肉的進 氣端接口與氣動肌肉控制單元的輸出端相連接。
2. 根據權利要求1所述的剛柔混合機構實驗教學演示平臺，其特征在于所述第一曲柄 滑塊機構的第三連桿由兩根平行設置的平板組成，兩根平板的一端分別設置在第一導桿的 兩側，且通過銷軸相連接，銷軸設置在第一導桿的導軌內，兩根平板的另一端與第四連桿的 一端、氣動肌肉的一端接口通過銷軸相連接。
3.根據權利要求1所述的剛柔混合機構實驗教學演示平臺，其特征在于在所述底板上 設置有通孔，固定塊通過通孔固定在底板上。
【文檔編號】G09B25/02GK203838954SQ201420220842
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】馬志灃, 張 杰, 魏東, 郝麗娜 申請人:馬志灃, 張 杰, 魏東