CN111231189A - 一种无缆水驱软体机器人、制造模具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缆水驱软体机器人、制造模具及其制造方法，其软体机器人包括至少一个软体支臂，围绕以主体部件设置，其中，所述软体支臂通过阴阳模的两次注模工艺完成，第一注模形成所述软体支臂的下侧臂体，并在第二注模时完成所述软体支臂的剩余部分。本发明无缆水驱软体机器人、模具及其制造方法由于采用了两级注模工艺，通过设置在模具底板上的矮壁，实现软体支臂的制造过程中的快速高效和产品良率更高。

Description

一种无缆水驱软体机器人、制造模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种软体机器人领域，尤其涉及的是一种无缆水驱机器人制造方法及其软体机器人和模具的改进。

背景技术

现有技术中的软体机器人是一种最新机器人装置，尤其是在水下的操作操控中，可以充分利用水驱控制的软体支臂的波动和摆动，从而实现软体机器人的水下运动控制。

当前的软体机器人大部分为有缆结构，且采用气体驱动为主，流体入口密封采用刚性的塑料或金属夹紧的方法。气体驱动设备体积较大，不方便携带，且与机器人本体之间需用气管连接，降低了机器人的灵活性，缩小了使用范围。刚性部件普遍质量较重，增加了机器人本体重量，增加了能量损耗，且与柔性部件相比，增加了目标物体的受损风险。目前，同类产品主要是软硬一体式结构，软性本体与硬质电子舱采用胶水粘接或采用螺丝紧固装配，此法增加了机器人本体与电子舱的拆装成本，不拆卸时又不便于对运输条件苛刻的电子器件的运输，且水下机器人出水携带较多液体，不利于直接打开电子舱进行设备维护。

一般软体机器人驱动模块为外置设备，通过缆绳连接驱动源和机器人本体，这种方案减小了机器人末端重量，但限制了机器人运动的灵活性，缆绳易对机器人运动形成干扰，限制了机器人的运动范围。郭钟华等发明的注水软体机器人(公开号CN107031807A)，请参考图1所示，臂爪与电子舱通过螺丝装配，且水泵供电为外接设备，尚不属于无缆范畴。

Jennifer Frame等人制作的jellyfish软体机器人，采用同一种材料进行注模，上层部分一次性成型，机器人本体各处刚度一致，与电子舱配合采用胶水粘结。为了方便脱模，模具采用阴阳模，空腔模具为阴模，外壁模具为阳模，阴阳模组合时易发生硅胶渗漏现象，因此一般会采用密封胶密封，但密封胶的密封方式容易导致脱模时对模具或产品本身的损坏。

机器人制作顺序一般是先注模机器人的上层部分，常温固化后脱模，然后注模底面层时将脱模后的上层部分压于底面层上并进行硅胶粘连，待底面层硅胶固化后，上下部分也融合为一体，形成密闭空腔，请参考图2(公开号CN109733493A)所示。由于上下部分都是硅胶材质，因此通过硅胶粘连就很容易形成融合的整体结构。

现有技术的软体机器人带缆，容易干扰机器人，限制了运动范围，降低了机器人的灵活性；而使用同种材料浇筑时，会使机器人的软体支臂各处刚度一样，无法满足不同的刚度需求，容易导致本体与电子舱配合不紧密以及本体弯曲变形时流量分配腔的变形严重等问题。在软体支臂的注模制造过程中，由于使用密封胶密封模具，对密封胶的要求较高，既要固化快、密封性好，又要承受一定高温且易剥离，但脱胶困难，在上胶和脱胶的过程中，容易损坏模具。装配软体支臂和主体时，现有技术通常采用胶水粘接或螺丝紧固的方式装配，不方便拆卸电子舱，增加了维护、储存和运输成本。

此外，由于软体支臂的主要应用材料是硅胶，较为粘稠，自流平差，容易造成腔室顶面壁厚的不均匀，引起局部鼓包问题。而硅胶在注模到底层并装配上层时，由于底层硅胶没有固化，一次性注模容易造成上层部分在重力作用下陷入底层硅胶中，使得软体支臂内部的腔室被堵塞，造成腔室无法连通，流体无法进出驱动，最终形成不良产品。

总之，现有技术水驱软体机器人大多采用大体积的驱动源，而且电子舱与机器人本体之间不可拆卸，不利于维护、储存和运输，并且软体支臂在运动过程中变形异常，容易出现脱胶。而在整个软体机器人的核心工作部件即软体支臂注模过程中，由于软体支臂的大部分材料使用的是硅胶，在软体支臂的灌注模具中，需要在模具的上盖和底板之间设置涂覆密封胶，这样就容易在模具的底部上盖与底板之间的缝隙处容易形成紧密的粘连，导致脱模时对软体支臂或模具造成损害，并会降低产品制造效率和良率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无缆水驱软体机器人、模具及其制造方法，针对现有技术中软体支臂的铸造需要灌胶封闭导致无法快速有效分离的问题，提供方便分离的技术解决方案，可形成更为快速安全脱模的铸造制造方法和软体机器人产品。

本发明的技术方案如下：

一种无缆水驱软体机器人，其包括至少一个软体支臂，围绕以主体部件设置，其中，所述软体支臂通过阴阳模的两次注模工艺完成，第一注模形成所述软体支臂的下侧臂体，并在第二注模时完成所述软体支臂的剩余部分；

所述软体支臂中设置有一用于水流驱动的空腔；

所述软体支臂下部还设置有一延伸叶片部，用于受所述软体支臂的运动驱动工作。

一种用于制造所述无缆水驱软体机器人的模具，其中，所述模具包括一底板，在所述底板上设置有用于形成所述软体支臂内部空腔的阴模；围绕所述软体支臂外周侧还设置有一用于第一次注模的围挡；在所述围挡的外侧还设置有一阳模，并在该阳模上设置有匹配第二次注模高度的模具边板。

所述的无缆水驱软体机器人的模具，其中，在所述边板之间对应的软体支臂形状之间还设置有肋板。

所述的无缆水驱软体机器人的模具，其中，在每一对应所述软体支臂的形状之内还设置有数个隔板。

所述的无缆水驱软体机器人的模具，其中，在所述对应软体支臂的模具形状辐辏中央还设置有一圈流量分配腔模具形状，连接所述软体支臂的模具形状设置。

所述的无缆水驱软体机器人的模具，其中，所述围挡高度为所述边板高度的三分之一至二分之一。

所述的无缆水驱软体机器人的模具，其中，所述模具边板的顶侧还配置有一盖板，用于控制第二次注模的程度。

一种采用所述无缆水驱软体机器人模具的制造方法，其包括两次注模的以下步骤：

A、向所述模具底板上的围挡内第一次注模，使注模硅胶与所述围挡平齐，并使注模硅胶凝固；

B、将模具边板罩设在所述围挡外侧，并第二次注模，使注模硅胶与所述边板平齐，并使注模硅胶凝固。

所述无缆水驱软体机器人模具的制造方法，其中，所述步骤A还包括：

A1、准备模具，清理毛刺、灰尘和水分，组合好阴阳模，喷涂脱模剂，按1：1的比例打印好软体机器人模型的俯视图，裁剪好与图纸大小一致的不可延展布，布平铺于图纸上，用胶水粘牢，在布层上沿着图纸最外围圆形轮廓涂敷玻璃胶，以形成所述延伸叶片部；

A2、将硅胶Ecoflex00-30的A、B组分按1：1的比例混合搅拌均匀，在容器上贴好标签，再将硅胶Dragon Skin30的A、B组分按1：1的比例混合搅拌均匀，同时将两份搅拌均匀的硅胶放入真空机中消除气泡后取出；

A3、将硅胶混合液倒入臂爪模具，沿所述软体支臂模具形状从里向外浇筑，将Dragon Skin30硅胶倒入流量分配腔模具形状，将注模后的模具和布层放入干燥箱内以60℃的恒温加热1小时后取出。

所述无缆水驱软体机器人模具的制造方法，其中，所述步骤B还包括：

B1、第二次将硅胶混合液倒入臂爪模具，沿所述软体支臂模具形状从里向外浇筑，将Dragon Skin30硅胶倒入流量分配腔模具形状，并用一环形平板即盖板压盖在模具上，再将Dragon Skin30硅胶倒入堵头模具；

B2、将注模后的模具再次放入干燥箱内保持60℃恒温1小时后取出，脱模。

本发明所提供的一种无缆水驱软体机器人、模具及其制造方法，由于采用了两级注模工艺，通过设置在模具底板上的矮壁，实现软体支臂的制造过程中的快速高效和产品良率更高。

附图说明

图1为现有技术的软体机器人示意图。

图2为现有技术的软体机器人另一示例示意图。

图3本发明所述软体机器人的立体示意图。

图4为本发明所述软体机器人另一角度的立体示意图。

图5为本发明所述软体机器人制造模具的立体分解示意图。

图6为图5所示模具示例中的俯视局部示意图。

图7为本发明所述模具较佳实施例的环形平板示意图。

图8为本发明所述模具的堵头实施例示意图。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

本发明公开的是一种无缆水驱软体机器人、模具及其制作方法的较佳实施例，提供一种采用微型潜水泵替代大体积驱动源的软体机器人，电子舱与机器人本体之间是可拆卸的，易于维护、储存和运输，并采用软硬硅胶结合的方式解决本体与电子舱配合不紧密以及本体弯曲变形时流量分配腔变形严重的问题，解决流体入口密封性问题。本发明还提供了一种软体机器人制作模具和方法，通过实现第一次注模用的加高挡板和第二次注模全部的方法来解决注模渗漏和脱模困难的问题，并通过加厚模具边板和底板以及严格控制固化温度防止模具加热变形，以及通过加盖环形平板的方法解决顶面壁厚不均引起的局部鼓包问题。

在详细说明本发明较佳实施例之前，先对本发明较佳实施例中的具体技术特征做简单说明：流量分配腔，是用来连接机器人臂爪与电子舱的环形腔室结构，当水泵运行时，水泵将流体泵入流量分配腔，再从流量分配腔流入软体支臂的腔室内，之后再允许腔室内的水流释放来实现软体支臂的完全运动。无缆：软体机器人与岸基、母船或驱动源之间不需要通过缆绳连接便可实现通信、供能和操控，此需要在软体机器人的本体电子舱内增加驱动模块，需要电子舱内有足够的空间和重量负载空间，才能实现，例如具有无线控制收发系统，关于软体机器人的运动控制以及无线控制，具体的实现方式为现有技术所已知，在此不再赘述。有缆：机器人与岸基、母船或驱动源之间需要通过缆绳连接，以实现通信或供能或操控。阴阳模：模具行业用语，因为模具分为两块，能分开，能复合，复合时做产品，分开时拿出产品，通常都是一个静止，一个动的，动的称之为阳模，不动的称之为阴模。

如图3所示的，本发明所述无缆水驱软体机器人100，其包括一主体部件110，以及围绕该主体部件110设置的至少一软体支臂120，较佳的是设置为多个软体支臂，如图中所示采用的是八个软体支臂120的实现方案。所述软体支臂120设置包括了两层，通常都采用硅胶制成，一层为上层121用来纳置形成密闭的空腔腔室，在该腔室中可以通过受控制注水或放水形成软体支臂的蠕动弯曲动作等。所述上层121外表上具有曲折回环部，以方便软体支臂的弯折动作过程。在所述上层121的下层122设置采用比上层121单薄且更长的延伸叶片部，用于受所述上层121的运动驱动，可以扩大其扇动的作用范围。所述主体部件110作为电子舱可以承载各种控制部件。

如图4所示的，在所述主体部件110的底部设置有微型潜水泵111，该微型潜水泵111可以设置为多个，如图中所示为两个，并受所述电子舱内的电路控制；所述微型潜水泵111通过软管112将水流导向通过堵头114连接的流量分配腔113，如图3所示位置。所述流量分配腔113连通所述软体支臂120内的空腔设置，通过围绕在所述主体部件110周边的流量分配腔113的设置方式，即强化了流量分配腔113的支撑能力，防止腔体内部变形，同时，通过流量分配腔的略紧适配和稍微扩张，可以将所述软体支臂120更好地装配到所述主体部件110上。

如图5所示的，为本发明所提供的无缆水驱软体机器人的模具装置，在该模具中采用了阴模和阳模两部分，具体地，在一底板210上设置有用于形成软体支臂整体结构的阴模，阴模中具有多个片件结构214以便在所述软体支臂内形成腔体，围绕将待注模形成的软体支臂外周侧还设置有一用于第一次注模的围挡211。与所述底板210上的阴模配合设置有一阳模板220，所述阳模板上设置有用于匹配第二次注模高度的模具边板221。所述围挡211的高度可以但不限于是所述模具边板221的三分之一到二分之一，这样，在本发明所述软体支臂的注模加工过程中，就可以通过先第一次注模到所述围挡211的高度，并常温固化相应的硅胶后，再在第二次注模时将硅胶注入到所述模具边板221的高度上，并进行常温固化到最终完成软体支臂的制作。

本发明所述较佳实施例中，在注模、固化完成进行脱模时，就不需要再使用密封胶，而是直接在第二次注模时利用硅胶的粘性可以封住所述围挡211和所述模具边板221之间的缝隙(所述围挡211和所述模具边板221可以略紧适配)，这样就在脱模时很方便的脱离阴模和阳模，而不至于造成模具和产品的损坏。所述围挡211和所述模具边板221的外形轮廓是一致的，围挡211的高度可以是但不限于为5mm，以用来解决现有技术注模时的模具易渗漏问题。

所述围挡211与所述底板210可以一体设置，并在所述对应软体支臂的模具形状辐辏中央设置了一圈流量分配腔模具形状212，如图6所示，其内圈最终注模形成的硅胶壁是用来适配所述主体部件的外壁的，其外圈设置有最终形成连通所述软体支臂内部腔体的连接机构，以便注模形成后流量分配腔和软体支臂。

本发明所述模具中，在阳模结构上还设置了在所述边板上对应注模形成的相邻软体支臂形状之间设置有肋板213，用来加强所述边板结的强度结构，并且为最终注模形成所述软体支臂上的深槽(以便弯曲运动)，在所述阳模板220上在每一对应软件支臂的模具结构上都设置了数个隔板222，如图5所示。

本发明所述无缆水驱软体机器人的模具装置较佳实施例中，如图7所示，在所述阳模板220及所述模具边板221的顶端还设置有一盖板223，可以用来在第二次注模过程中对注模的硅胶进行平抑处理，从而保证了软体支臂顶壁的均匀性，防止起泡不均匀等问题。

如图8所示，本发明还提供了有关堵头114的模具，利用半片的卡合壁部141(也是阳模)与对应缺口形状的堵头模具凹窝142(也是阴模)卡合适配后形成模具空间，并在中央设置有一柱部143，从而可以最终形成堵头114的模具结构。本发明所述模具中，所述堵头114的外径可以采用16mm，内径6mm，高8mm的空心圆柱体，中间插入外径为8mm的PU管，用来解决电子舱底部的水流入口密封问题。

本发明所述的无缆水驱软体机器人模具的制造方法，根据上述模具结构，主要是实现了两次注模，并包括以下步骤：

A、向所述模具底板上的围挡内第一次注模，使注模硅胶与所述围挡平齐，并常温使注模硅胶凝固；

B、将模具边板罩设在所述围挡外侧，并第二次注模，使注模硅胶与所述边板平齐，并常温使注模硅胶凝固。

本发明无缆水驱软体机器人的制造方法，具体可以包括以下步骤：

步骤一、准备模具，清理毛刺、灰尘和水分，组合好阴阳模，喷Ease Release 200脱模剂(脱模剂不限于采用Ease Release 200)，按1：1的比例打印好软体机器人模型的俯视图，裁剪好与图纸大小一致的不可延展布，布平铺于图纸上，用胶水粘牢，在布层上沿着图纸最外围圆形轮廓涂敷玻璃胶，以形成所述延伸叶片部；

步骤二、将硅胶Ecoflex00-30的A、B组分按1：1的比例混合搅拌均匀，在容器上贴好标签，再将硅胶Dragon Skin30的A、B组分按1：1的比例混合搅拌均匀，同时将两份搅拌均匀的硅胶放入真空机中消除气泡后取出；

步骤三、将Ecoflex00-30的硅胶混合液倒入臂爪模具，按图6中标注的部位14、部位15、部位16、部位17、部位18的顺序沿所述软体支臂模具形状从里向外浇筑，将DragonSkin30硅胶倒入流量分配腔模具形状212，两种硅胶的注模可以同时进行，以保证刚度梯度的形成，从而解决本体与电子舱配合不紧密以及本体弯曲变形时流量分配腔容易变形严重等问题。

(第一次注模)

步骤四、将注模后的模具和布层放入干燥箱内以60℃的恒温加热1小时后取出，按步骤二调配两种硅胶，消除气泡后按步骤三的方法将硅胶倒入臂爪模具和流量分配腔模具形状212，用一环形平板即盖板223压盖在模具上，再将Dragon Skin30硅胶倒入堵头模具；

步骤五、将注模后的模具再次放入干燥箱内保持60℃恒温1小时后取出，脱模；

步骤六、将Dragon Skin30硅胶倒入步骤一中制备的布层上形成底层122，待底层122干燥后在底层上再涂敷薄层Dragon Skin30硅胶混合液，将机器人上层121部分压放在底层122上，晾干固化后，上下层会粘接在一起；按此步骤可以解决软体机器人制作过程中上、下层部分结合易堵塞腔室的问题。

步骤七、在底层122粘附的图纸上确定两个流体入口的位置后钻孔，在孔周围涂敷Dragon Skin30硅胶混合液，将堵头114对齐流体入口压放在硅胶上，晾干固化；

步骤八、嵌入电子舱主体部件110，用热熔胶将水泵111固定在电子舱110底部，堵头114中插入PU管144，再用乳胶管145连通PU管144和水泵111出水口(所述乳胶管145连接两端的PU管144形成软管112)，如图4所示，然后裁剪底层122，完成无缆软体机器人的制造装配。

本发明所述无缆水驱软体机器人及其模具和制造方法中，提供了无缆方案，且实现经过微型潜水泵工作，无需携带气源，更具灵活性；该机器人尤其是其软体支臂具有多种刚度，解决了流量分配腔严重变形和电子舱结合不良的问题，电子舱可以反复拆装，并且拆装简单，方便分离存储及运输。并且所采用的模具装置通过围挡结构和二次注模方式的采用，实现了防止渗漏的问题，解决了软体机器人上层部分的腔室顶面壁厚不均匀和机器人上下层部分结合易堵塞腔室的问题，并且解决了堵头结构处的水密性和强度要求的平衡。本发明所述软体支臂的材料全部采用硅胶，并且在臂爪部分采用偏软的硅胶而在流量分配腔位置材质偏硬，从而可以保证与电子舱的紧密配合，而除硅胶外，本发明所述软体支臂无需采用其他材料，方便形成整体性的结构强度，并且方便通过注模完成加工，且制造完成的软体机器人可控性更强。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种无缆水驱软体机器人，其包括至少一个软体支臂，围绕以主体部件设置，其特征在于，所述软体支臂通过阴阳模的两次注模工艺完成，第一注模形成所述软体支臂的下侧臂体，并在第二注模时完成所述软体支臂的剩余部分；

所述软体支臂中设置有一用于水流驱动的空腔；

所述软体支臂下部还设置有一延伸叶片部，用于受所述软体支臂的运动驱动工作。

2.一种用于制造如权利要求1所述无缆水驱软体机器人的模具，其特征在于，所述模具包括一底板，在所述底板上设置有用于形成所述软体支臂内部空腔的阴模；围绕所述软体支臂外周侧还设置有一用于第一次注模的围挡；在所述围挡的外侧还设置有一阳模，并在该阳模上设置有匹配第二次注模高度的模具边板。

3.根据权利要求2所述的无缆水驱软体机器人的模具，其特征在于，在所述边板之间对应的软体支臂形状之间还设置有肋板。

4.根据权利要求3所述的无缆水驱软体机器人的模具，其特征在于，在每一对应所述软体支臂的形状之内还设置有数个隔板。

5.根据权利要求4所述的无缆水驱软体机器人的模具，其特征在于，在所述对应软体支臂的模具形状辐辏中央还设置有一圈流量分配腔模具形状，连接所述软体支臂的模具形状设置。

6.根据权利要求5所述的无缆水驱软体机器人的模具，其特征在于，所述围挡高度为所述边板高度的三分之一至二分之一。

7.根据权利要求6所述的无缆水驱软体机器人的模具，其特征在于，所述模具边板的顶侧还配置有一盖板，用于控制第二次注模的程度。

8.一种采用如权利要求2所述无缆水驱软体机器人模具的制造方法，其包括两次注模的以下步骤：

A、向所述模具底板上的围挡内第一次注模，使注模硅胶与所述围挡平齐，并使注模硅胶凝固；

B、将模具边板罩设在所述围挡外侧，并第二次注模，使注模硅胶与所述边板平齐，并使注模硅胶凝固。

9.根据权利要求8所述无缆水驱软体机器人模具的制造方法，其特征在于，所述步骤A还包括：

A1、准备模具，清理毛刺、灰尘和水分，组合好阴阳模，喷涂脱模剂，按1：1的比例打印好软体机器人模型的俯视图，裁剪好与图纸大小一致的不可延展布，布平铺于图纸上，用胶水粘牢，在布层上沿着图纸最外围圆形轮廓涂敷玻璃胶，以形成所述延伸叶片部；

A2、将硅胶Ecoflex00-30的A、B组分按1：1的比例混合搅拌均匀，在容器上贴好标签，再将硅胶Dragon Skin30的A、B组分按1：1的比例混合搅拌均匀，同时将两份搅拌均匀的硅胶放入真空机中消除气泡后取出；

A3、将硅胶混合液倒入臂爪模具，沿所述软体支臂模具形状从里向外浇筑，将DragonSkin30硅胶倒入流量分配腔模具形状，将注模后的模具和布层放入干燥箱内以60℃的恒温加热1小时后取出。

10.根据权利要求9所述无缆水驱软体机器人模具的制造方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

B1、第二次将硅胶混合液倒入臂爪模具，沿所述软体支臂模具形状从里向外浇筑，将Dragon Skin30硅胶倒入流量分配腔模具形状，并用一环形平板即盖板压盖在模具上，再将Dragon Skin30硅胶倒入堵头模具；

B2、将注模后的模具再次放入干燥箱内保持60℃恒温1小时后取出，脱模。

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