CN113771071A - 一种多自由度气动指间岔开角度调节装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多自由度气动指间岔开角度调节装置，包括：腔体层，其上部设有多个并排间隔设置的手指套，任意相邻两所述手指套之间设有一U形空腔，所述U形空腔的两侧分别设置于相邻两所述手指套的相对两侧壁内部，每一所述U形空腔设有一气管，每一所述手指套用于连接一软体手指；以及与所述腔体层底部连接的应变限制层，所述应变限制层与各所述手指套垂直。本发明的有益效果：通过控制U形空腔内部气压来调节相邻软体手指之间的岔开角度，可以较为真实的模拟出真实手指之间的岔开和并拢功能，自由度更高，提高了软体手指的仿生性；另外在于抓取较大物体时，由于软体手指之间岔开角度可以调节，可以扩展抓取范围，提高抓取稳定性。

Description

一种多自由度气动指间岔开角度调节装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及软体仿生手指技术领域，尤其涉及一种多自由度气动指间岔开角度调节装置及其制作方法。

背景技术

生活中绝大多数操作离不开灵巧的手指，手指作为人们与世界沟通的桥梁，发挥着巨大的作用。一款性能优良的仿人手装置，可以代替人手完成各种精细、复杂的任务，是现代仿生学与机器人学高度结合的产物。近年来，由于制造业技术的提高，仿人手的应用场景也从单一化走向多元化，这也对仿人手的灵活仿生性提出了更高的要求。

区别于传统仿人手由刚性材料制成，目前新型仿人手大多基于硅橡胶等软体材料，具有柔软易变形、环境适应性佳等优点。例如申请号为202010765144.1的中国发明专利申请公开了一种多功能软体灵巧手，该装置将5根软体手指固定在平板上，可以实现手指的弯曲运动。又如申请号为202010523543.7的中国发明专利公开了一种手部康复外骨骼结构，该结构由5根软体仿人手指组成，使用时将中风患者的手指套入软体仿人手指中，通过驱动软体仿人手指弯曲带动中风患者的手指弯曲，以达到训练康复的目的。

然而不足的是，目前的软体仿人手指结构主要集中在单根手指弯曲运动，直接将多根手指安装在固定的位置，通过控制单根手指的弯曲状态来实现抓取功能。而真实手指除了可以弯曲，相邻手指之间还可以实现岔开和并拢运动，因此目前仿生手指缺少岔开和并拢功能，仿生性有待提高。

发明内容

有鉴于此，为了解决软体手指之间无法控制岔开和并拢角度的问题，本发明的实施例提供了一种多自由度气动指间岔开角度调节装置及其制作方法。

本发明的实施例提供一种多自由度气动指间岔开角度调节装置，包括：

腔体层，其上部设有多个并排间隔设置的手指套，任意相邻两所述手指套之间设有一U形空腔，所述U形空腔的两侧分别设置于相邻两所述手指套的相对两侧壁内部，每一所述U形空腔设有一气管，每一所述手指套用于连接一软体手指；

以及与所述腔体层底部连接的应变限制层，所述应变限制层与各所述手指套垂直。

进一步地，所述U形空腔包括竖直设置于一所述手指套侧壁内部的第一矩形槽、竖直设置于相邻一所述手指套侧壁内部的第二矩形槽、以及连通所述第一矩形槽底部和所述第二矩形槽底部的气体通道。

进一步地，所述手指套为柱状结构，其上部设有可与所述软体手指插接的插接口。

进一步地，所述U形空腔相对相邻两所述手指套的中分面对称。

进一步地，所述腔体层通过硅胶注塑一体成型，所述应变限制层通过硅胶注塑成型，且所述应变限制层的刚度大于所述腔体层的刚度。

进一步地，所述应变限制层与所述腔体层底部粘接连接。

本发明的实施例提供的一种多自由度气动指间岔开角度调节装置的技术方案带来的有益效果是：通过控制U形空腔内部气压来调节相邻软体手指之间的岔开角度，可以较为真实的模拟出真实手指之间的岔开和并拢功能，自由度更高，提高了软体手指的仿生性；另外在于抓取较大物体时，由于软体手指之间岔开角度可以调节，可以扩展抓取范围，提高抓取稳定性。

另外本发明的实施例还提供了上述的多自由度气动指间岔开角度调节装置的制作方法，主要包括以下步骤：

S1以一种硅胶为材料通过腔体模具制作腔体层，所述腔体模具包括主模具、内模块和上模盖，其中所述主模具内腔设有间隔设置的多个凸台，相邻两所述凸台之间设有一隔板，所述内模块设有间隔设置的多个开口朝下的插槽，所述内模块扣入所述主模具的内腔内，且每一所述凸台插入一所述插槽内；所述内模块上表面任意相邻两所述插槽之间设有一工字形的空槽，所述上模盖下表面设有隔间设置的多组插板组，每组所述插板组包括两插板及连接两所述插板的凸条，所述上模盖与所述主模具上部盖合，且每一所述插板组的两插板分别插入一所述空槽的两端，所述凸条嵌入所述空槽；

S2以另一种刚度更高的硅胶为材料通过应变限制层模具注塑制作应变限制层；

S3将所述应变限制层与所述腔体层底部粘接，并在所述应变限制层上布置多根气管，使每一所述气管与一所述腔体层的U形空腔连通。

本发明的实施例提供的一种多自由度气动指间岔开角度调节装置的制作方法的技术方案带来的有益效果是：制作出的多自由度气动指间岔开角度调节装置可以调节相邻软体手指之间的岔开角度，较为真实的模拟出真实手指之间的岔开和并拢功能，自由度更高，提高了软体手指的仿生性，扩展抓取范围，抓取稳定。

附图说明

图1是本发明一种多自由度气动指间岔开角度调节装置安装软体手指后的示意图；

图2是本发明一种多自由度气动指间岔开角度调节装置安装软体手指后的示意图；

图3是图2中腔体层1和应变限制层2的剖视图；

图4是图2中应变限制层2的示意图；

图5是软体手指的示意图；

图6是本发明一种多自由度气动指间岔开角度调节装置安装的软体手指岔开的示意图；

图7是腔体模具的爆炸图；

图8是图7中主模具5的示意图；

图9是图7中内模块6的示意图；

图10是图7中上模盖7的示意图；

图11是应变限制层模具的示意图。

图中：1-腔体层、101-手指套、101a-插接口、102-U形空腔、102a-第一矩形槽、102b-第二矩形槽、102c-气体通道、2-应变限制层、2a-穿孔、3-软体手指、3a-插接头、4-气管、5-主模具、501-凸块、502-隔板、6-内模块、601-空槽、602-插槽、7-上模盖、701-插板、702-凸条、8-模板、801-平面凹槽、802-凸柱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1、2和3，本发明的实施例提供了一种多自由度气动指间岔开角度调节装置，包括腔体层1和应变限制层2。

所述腔体层1由软质材料制成，制作材料可以选择美国Smooth-on公司生产的型号为Econflex00-10的硅胶。所述腔体层1上部设有多个并排间隔设置的手指套101，各所述手指套101上部平齐、下部连为一体。相邻两所述手指套101上部之间应保持适当距离形成间隙。

所述手指套101的数量可以设为多个，每一所述手指套101用于连接一软体手指3。这里所述手指套101的数量设置为五个，用以分别连接五软体手指3，更接近真实手指数量。所述手指套101与所述软体手指3之间可以有多种连接方式，本实施例中所述手指套101为柱状结构，其上部设有截面为拱形的插接口101a，所述软体手指3下端设有插接头3a，所述软体手指3通过所述插接头3a与所述手指套101的插接口101a插接。

任意相邻两所述手指套101之间设有一U形空腔102，所述U形空腔102的两侧分别设置于相邻两所述手指套101的相对两侧壁内部。所述U形空腔102相对相邻两所述手指套101的中分面对称，所述U形空腔102具体包括竖直设置于一所述手指套101侧壁内部的第一矩形槽102a、竖直设置于相邻一所述手指套101侧壁内部的第二矩形槽102b、以及连通所述第一矩形槽102a底部和所述第二矩形槽102b底部的气体通道102c。

所述应变限制层2与所述腔体层1底部固定连接，所述应变限制层2近似为直板状，与所述腔体层1底部粘接连接，且与各所述手指套101垂直。这里先所述腔体层1通过硅胶注塑一体成型，所述应变限制层2也通过硅胶成型，所述应变限制层2的刚度大于所述腔体层1的刚度。然后将所述应变限制层2与所述腔体层1粘接固定。

另外，请参考图3和4，每一所述U形空腔102设有一气管4，所述气管4连接所述气体通道102c。具体的，所述应变限制层2在每一所述气体通道102c中部对应位置设有一穿孔2a，每一所述气管4粘接于一所述穿孔2a处与一所述U形空腔102内部连通。通过所述气管4可对所述U形空腔102内部充气或吸气，进而改变所述U形空腔102内部的气压。

请参考图1和6，上述多自由度气动指间岔开角度调节装置在使用时，每一所述手指套101连接一软体手指3，通过各所述气管4对各所述U形空腔102冲气或吸气，控制各所述U形空腔102内部的气压大小，受气压作用所述U形空腔102形变。也就是说充气时所述U形空腔102膨胀使其所在的两所述手指套101岔开角度增大，所述软体手指3之间展开；而吸气时所述U形空腔102收缩使其所在的两所述手指套101岔开角度减小，所述软体手指3之间收拢，这样可以实现各所述软体手指3之间的岔开和并拢。

另外本发明的实施例还提供了上述的多自由度气动指间岔开角度调节装置的制作方法，主要包括以下步骤：

S1：请参考图7，以一种硅胶为材料通过腔体模具制作腔体层1。

具体的，所述腔体模具包括主模具5、内模块6和上模盖7。请参考图8，其中所述主模具5内腔为长条槽状，其沿着长度方向设有间隔设置的多个凸台501，所述凸台501截面形状为拱形，相邻两所述凸台501之间设有一隔板502，各所述隔板502在所述主模具5内腔内间隔形成多个柱状空间。

请参考图9，所述内模块6为长条状，其设有间隔设置的多个开口朝下的插槽602，相邻两所述插槽602之间留有间隙。所述内模块6扣入所述主模具5的内腔内，且每一所述凸台501插入一所述插槽602内。所述内模块6上表面任意相邻两所述插槽602之间设有一工字形的空槽601。

请参考图10，所述上模盖7下表面设有隔间设置的多组插板组，每组所述插板组包括两插板701以及连接两所述插板701的凸条702，所述上模盖7与所述主模具5上部盖合，且每一所述插板组的两插板701分别插入一所述空槽601的两端，所述凸条702嵌入所述空槽601，且两所述插板701位于一所述隔板502两侧。

在注塑成型时先将所述主模具5内注入硅胶，然后将所述内模块6扣入、所述上模盖7盖合，硅胶固化后形成所述腔体层1。

S2：请参考图11，以另一种刚度更高的硅胶为材料通过应变限制层模具注塑制作应变限制层2。具体的，所述应变限制层模具包括模板8，所述模板8上表面设有平面凹槽801，所述平面凹槽801的截面形状与所述腔体层1的截面形状近似相同，且所述平面凹槽801内设有多个凸柱802。在所述平面凹槽801内注入硅胶，硅胶固化后形成所述应变限制层2，且各所述凸柱802使所述应变限制层2上形成多个穿孔2a。

S3将所述应变限制层2与所述腔体层1底部粘接，并在所述应变限制层2上布置多根气管4，所述气管4端部与所述穿孔2a粘接，使每一所述气管4与一所述腔体层1的U形空腔102连通，这样完成上述的多自由度气动指间岔开角度调节装置的制作。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多自由度气动指间岔开角度调节装置，其特征在于，包括：

腔体层，其上部设有多个并排间隔设置的手指套，任意相邻两所述手指套之间设有一U形空腔，所述U形空腔的两侧分别设置于相邻两所述手指套的相对两侧壁内部，每一所述U形空腔设有一气管，每一所述手指套用于连接一软体手指；

以及与所述腔体层底部连接的应变限制层，所述应变限制层与各所述手指套垂直。

2.如权利要求1所述的一种多自由度气动指间岔开角度调节装置，其特征在于：所述U形空腔包括竖直设置于一所述手指套侧壁内部的第一矩形槽、竖直设置于相邻一所述手指套侧壁内部的第二矩形槽、以及连通所述第一矩形槽底部和所述第二矩形槽底部的气体通道。

3.如权利要求1所述的一种多自由度气动指间岔开角度调节装置，其特征在于：所述手指套为柱状结构，其上部设有可与所述软体手指插接的插接口。

4.如权利要求1所述的一种多自由度气动指间岔开角度调节装置，其特征在于：所述U形空腔相对相邻两所述手指套的中分面对称。

5.如权利要求1所述的一种多自由度气动指间岔开角度调节装置，其特征在于：所述腔体层通过硅胶注塑一体成型，所述应变限制层通过硅胶注塑成型，且所述应变限制层的刚度大于所述腔体层的刚度。

6.如权利要求1所述的一种多自由度气动指间岔开角度调节装置，其特征在于：所述应变限制层与所述腔体层底部粘接连接。

7.如权利要求1～6任意一项所述的一种多自由度气动指间岔开角度调节装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1以一种硅胶为材料通过腔体模具制作腔体层，所述腔体模具包括主模具、内模块和上模盖，其中所述主模具内腔设有间隔设置的多个凸台，相邻两所述凸台之间设有一隔板，所述内模块设有间隔设置的多个开口朝下的插槽，所述内模块扣入所述主模具的内腔内，且每一所述凸台插入一所述插槽内；所述内模块上表面任意相邻两所述插槽之间设有一工字形的空槽，所述上模盖下表面设有隔间设置的多组插板组，每组所述插板组包括两插板及连接两所述插板的凸条，所述上模盖与所述主模具上部盖合，且每一所述插板组的两插板分别插入一所述空槽的两端，所述凸条嵌入所述空槽；

S2以另一种刚度更高的硅胶为材料通过应变限制层模具注塑制作应变限制层；

S3将所述应变限制层与所述腔体层底部粘接，并在所述应变限制层上布置多根气管，使每一所述气管与一所述腔体层的U形空腔连通。

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