CN107856044A - 一种气动软体机械手及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气动软体机械手及制作方法。本发明中的软体机械手采用分体式设计方案，分为波纹管装部分和底板部分，制作此软体机械手也采用分体式浇注的工艺制成。在分别加工制成两部分后，采用专用的硅胶粘接剂将两部分粘接起来。软体机械手的性能除了依靠自身结构外，还依赖于硅胶固化成型的质量。在实际制作软体机械手的过程中，经过不断对浇注模具的改进和手指制作工艺的提升，制定了一套完整的制作工艺，保证了软体机械手的加工质量。

Description

一种气动软体机械手及制作方法
技术领域
本发明涉及一种气动软体机械手，尤其涉及一种气动软体机械手的设计、制作方法和装配方案。
背景技术
随着工业自动化和机械化的发展，传统的刚性机械手和灵巧手等仿人手的机械装置已经被广泛应用于人类的社会生活和生产之中，很大程度上解放了人的繁重劳动。传统刚性机械手适用于工业现场中结构性的、重复的、较危险的工作，并向着高定位精度、高灵活性以及高响应速度等方向发展；灵巧手主要体现在具有较多的自由度和精确的力度位置控制上，为了保证被抓物体的安全和完整，对具有较多自由度的刚性灵巧手的控制是非常复杂的。
随着社会不断的发展与进步，人们在更多新的领域对于机械手有了新的要求，例如对食品的分拣、对易碎物品的抓取、对海洋软体生物的无损捕捉以及辅助患者进行运动型医疗康复等。在这些应用场景中由于环境刚度较低，传统的刚性机械手很难与环境刚度相匹配，因此难以实现上述工作场景的工作要求。而灵巧手想要实现此类操作需要较高的硬件成本与十分复杂的控制系统，不利于推广应用。
目前已有一定针对上述工作环境的软体机械手的研究和应用，主要针对于食品等易碎物品的抓取。现有的软体机械手中有很大一部分采用了TPU材料直接3D打印制成，其表面硬度较高，容易对待抓取物品造成损伤，并不算严格意义上的软体机械手；另一部分的软体机械手采用各类硅胶注塑成型，其内部能承受的压力有限且带负载能力较低。因此，现有的软体机械手限于本身的结构性能，并未大面积推广应用。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种气动软体机械手与制作方法，制作出一种基于硅胶的软体机械手，使其拥有良好的结构性能，机械手整体硬度较高，能承受较高的内部压力，拥有较强的带负载能力，同时拥有较广的抓取尺寸范围，可替代人工在非刚性工作环境中进行作业。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种气动软体机械手与制作方法，包括软体机械手指的设计与制作以及软体机械手的间距可调式装配方案。
此软体机械手采用分体式设计方案，分为波纹管装部分和底板部分，制作此软体机械手也采用分体式浇注的工艺制成。在分别加工制成两部分后，采用专用的硅胶粘接剂将两部分粘接起来。
软体机械手的性能除了依靠自身结构外，还依赖于硅胶固化成型的质量。在实际制作软体机械手的过程中，经过不断对浇注模具的改进和手指制作工艺的提升，制定了一套完整的制作工艺，保证了软体机械手的加工质量，包括以下步骤：
步骤一：模具准备：
a.利用光敏树脂材料3D打印生成模具；
b.在模具内表面喷涂脱模剂。
步骤二：硅胶混合搅拌：
a.将A、B两种成分的硅胶按1:1的比例混合在一起；
b.将混合后的硅胶装入离心机中进行高速离心搅拌，使其混合均匀。
步骤三：硅胶注模成型：
a.将混合均匀的硅胶注入模具中；
b.将模具放入真空箱中进行抽真空除气泡；
c.将除气泡后的模具静置，待其中的硅胶固化成型；
d.利用专用的硅胶粘接剂将分体式手指的两部分粘接在一起。
考虑到软体机械手在实际应用中要适应多种工作环境与要求，专门设计了一种软体机械手固定装置，实现了软体机械手的端部间距可调式装配方案。
作为本发明的气动软体机械手的进一步改进：选用硬度更高的硅胶进行软体机械手的制作。
作为本发明的气动软体机械手的进一步改进：在软体机械手内部设计了台阶状结构，即凹凸结构，增大了两部分的粘接面积。
作为本发明的气动软体机械手的进一步改进：在手指光整平面侧均匀布置了条状橡胶磁。
作为本发明的气动软体机械手的进一步改进：对于软体机械手的端部间距可调式装配方案进一步改进，增大了软体机械手的调节范围，提高了固定装置的强度。
本发明与背景技术相比，具有有益的效果是：
一，在浇注过程中选用了硬度较高的硅胶，在手指粘接处设计了专用凹凸结构来保证手指的粘接强度，可保证手指至少可以承受200kpa的内部压力，弯曲角度可达180°，在150kpa的内部压力下可持续作业。
二，在软体机械手的光整平面侧均匀布置了条状橡胶磁，增大了手指与待抓取物品之间的摩擦力，在橡胶磁的磁力作用下，各软体机械手更易于夹紧待抓取物品，有效提升了软体机械手的抓取能力。
三，由于选用硅胶硬度较高和结构性能良好，此软体机械手在可以承受较高内部压力的同时也拥有较高的带负载能力，单根手指在90°弯曲时负载能力在500g以上。
四，对于整个软体机械手的装配采取固定间距式和可变间距式两种方式，使得此软体机械手可以适用于多个场景，抓取不同形状尺寸的物品，提升了此机械手的适用性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明中气动软体机械手制作方法的流程示意图；
图2、图3是本发明中气动软体机械手的结构示意图；
图4是本发明中气动软体机械手的端部间距可调式装配方案示意图；
图中：1、手指波纹管状部分，2、手指光整平面部分，3、条状橡胶磁，4、软体机械手指，5、装配板，6、进气口。
具体实施方式
参照图1至图3对本发明中的软体机械手制作方法做进一步说明。
一种气动软体机械手制作方法，具体包括以下步骤：
步骤一：模具准备：
a.利用光敏树脂材料3D打印生成模具：利用3维建模软件对模具进行建模并生成STL文件，将STL文件导入切片软件中进行切片处理，使用SLA光固化成型3D打印进行模具的打印。
b.在模具内表面喷涂脱模剂：将脱模剂均匀喷涂在分体式模具的内表面，并静置15分钟。
步骤二：硅胶混合搅拌：
a.将A、B两种组分的硅胶按1:1的比例混合在一起(硅胶是SMOOTH-ON公司的DragonSkin 30)：按1:1的比例各取A、B两种组分的硅胶40g，加入到塑料试管中并进行手动搅拌。
b.将混合后的硅胶装入离心机中进行高速离心搅拌，使其混合均匀。
步骤三：硅胶注模成型：
a.将混合均匀的硅胶注入模具中。
b.将模具放入真空箱中进行抽真空除气泡：利用空压机抽真空并保持真空度-0.09MPa 15分钟，使硅胶中的气泡全部逸出。
c.将除气泡后的模具静置，待其中的硅胶固化成型：在室温20摄氏度的环境中静置20小时，硅胶即可固化成型。
d.利用专用的硅胶粘接剂（粘接剂是SMOOTH-ON公司的Sil-Poxy 硅胶粘接剂）将分体式手指的两部分粘接在一起：将专用硅胶粘接剂分别涂抹在手指波纹管状部分1和手指光整平面部分2的粘接结合处，并将手指两部分按压在一起，静置半小时即可完成粘接。
e.用粘接剂将条状橡胶磁3均匀粘接在手指光整平面部分2的外表面上
图2和图3结合给出了一种气动软体机械手，包括手指波纹管状部分1、手指光整平面部分2，利用专用的硅胶粘接剂将手指波纹管状部分1和手指光整平面部分2做密封性粘接，并利用粘接剂将条状橡胶磁3均匀粘接在手指光整平面部分2的外表面上。
图4给出了一种气动软体机械手的端部间距可调式装配方案，包括软体机械手指4、装配板5、进气口6。在实际装配过程中，先将进气口6安装在软体机械手指4的端部，并用螺钉对进气口6的上下两部分进行连接，以保证进气口6的气密性；继而将装有进气口6的软体机械手指4用螺钉、螺母固定在装配板5上，并且可沿装配板5上的导槽快速调整软体机械手4的安装位置，实现软体机械手指4之间距离的快速调节。
本发明的气动软体机械手的工作原理如下：
此软体机械手设计为单侧波纹管状结构，另一侧设计为光整平面，在其内部设计有相应形状的空腔。当向此软体机械手中通入高压空气时，由于机械手两侧的内表面积不同，拥有波纹管状结构的一面更易于延展，因此机械手向光整平面侧弯曲，完成模拟人体手指的弯曲动作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种气动软体机械手，包括多根气动软体机械手指及手指固定装置，其特征在于：所述的气动软体机械手指一侧为波纹管状结构，另一侧为光整平面结构，气动软体机械手指整体采用硅胶制作，在光整平面结构侧上固定有多根条状橡胶磁。
2.根据权利要求1所述的一种气动软体机械手，其特征在于：在手指固定装置上开有便于多根气动软体机械手指调节相对位置的滑动槽。
3.一种制作气动软体机械手指的方法，采用分体式设计方案，分为手指波纹管状部分和手指光整平面部分，在分别加工制成两部分后，采用硅胶粘接剂将两部分粘接起来，其特征在于：
步骤一：模具准备：
a.利用光敏树脂材料3D打印生成模具，包括手指波纹管状部分模具和手指光整平面部分模具；
b.在模具内表面喷涂脱模剂；
步骤二：硅胶混合搅拌：
a.将能形成硅胶的两种A、B组分按1:1的质量比例混合在一起；
b.将混合后的硅胶装入离心机中进行高速离心搅拌，使其混合均匀；
步骤三：硅胶注模成型：
a.将混合均匀的硅胶注入模具中；
b.将模具放入真空箱中进行抽真空除气泡；
c.将除气泡后的模具静置，待其中的硅胶固化成型；
d.利用硅胶粘接剂将手指波纹管状部分和手指光整平面部分粘接在一起。
4.根据权利要求3所述的一种制作气动软体机械手指的方法，其特征在于：所述的手指波纹管状部分带有凸起，手指光整平面部分带有凹槽，凸起与凹槽相配。
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