CN114083556B - 一种刚柔混合手指、手指模具及手指的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种刚柔混合手指、手指模具及手指的制造方法。刚柔混合手指包括IP指间关节(1)、MCP掌指关节(2)、DP指骨(3)、MP指骨(4)、PP指骨(5)、弯曲传感器(6)和基座(7)；IP指间关节(1)包括DIP指间关节(8)与PIP指间关节(9)；DP指骨(3)、DIP指间关节(8)、MP指骨(4)、PIP指间关节(9)、PP指骨(5)、MCP掌指关节(2)和基座(7)依次连接并包裹硅胶外壳(9)，弯曲传感器(6)缠绕在IP指间关节(1)和MCP掌指关节(2)；该手指气腔在长度方向呈倒梯形结构。本发明用以解决现有的硬质机器手指对在一些对柔软易变形物体的抓握或操作任务中破坏物体的问题，能够实现仿人的动作、抓握及操作。

Description

一种刚柔混合手指、手指模具及手指的制造方法
技术领域
本发明属于仿人机器人的技术领域；具体涉及一种刚柔混合手指、手指模具及手指的制造方法。
背景技术
现有的机器人灵巧手多为刚性构件及运动副关节组成的复杂机电系统。由于其复杂的结构，这些灵巧手在抗冲击性能上存在不足，控制复杂且价格昂贵。在一些对柔软易变形物体的抓握或操作任务中存在将物体抓变形或直接抓碎。
发明内容
本发明提供了一种刚柔混合手指、手指模具及手指的制造方法，用以解决现有的硬质机器手指对在一些对柔软易变形物体的抓握或操作任务中破坏物体的问题，能够实现仿人的动作、抓握及操作。
本发明通过以下技术方案实现：
一种刚柔混合关节，所述刚柔混合关节包括IP指间关节1，所述IP指间关节1包括硬质指骨1-1、IP指间关节应变限制层1-2、IP指间关节弹性基体1-3和IP指间关节玻璃纤维丝线1-4；所述弹性基体1-3包括上部的均匀半圆结构和下部的矩形结构，所述弹性基体1-3的外部套设硬质指骨1-1，所述弹性基体1-3的底面贴敷应变限制层1-2，所述硬质指骨1-1的两个边贴合应变限制层1-2，所述硬质指骨1-1外平行缠绕玻璃纤维丝线1-4。
一种刚柔混合关节，所述刚柔混合关节还包括MCP掌指关节2，所述MCP掌指关节2包括中心弹性基体2-1、底部弹性基体Ⅰ2-2、底部弹性基体Ⅱ2-7、MCP掌指关节玻璃纤维丝线2-3和玻璃纤维硅胶管2-4；所述中心弹性基体2-1、底部弹性基体Ⅰ2-2和底部弹性基体Ⅱ2-7呈三角设置；所述中心弹性基体2-1形成中心气腔2-5，所述底部弹性基体Ⅰ2-2形成底部气腔Ⅰ2-6，所述底部弹性基体Ⅱ2-7形成底部气腔Ⅱ2-8，所述底部弹性基体Ⅰ2-2和底部弹性基体Ⅱ2-7之间夹持玻璃纤维硅胶管2-4，所述中心弹性基体2-1、底部弹性基体Ⅰ2-2和底部弹性基体Ⅱ2-7分别进行双螺旋缠绕MCP掌指关节玻璃纤维丝线2-3，所述中心弹性基体2-1、底部弹性基体Ⅰ2-2和底部弹性基体Ⅱ2-7通过两半椭圆弧进行包裹。
一种刚柔混合手指，所述刚柔混合手指包括IP指间关节1、MCP掌指关节2、DP指骨3、MP指骨4、PP指骨5、弯曲传感器6和基座7；所述IP指间关节1包括DIP指间关节8与PIP指间关节9；
所述DP指骨3、DIP指间关节8、MP指骨4、PIP指间关节9、PP指骨5、MCP掌指关节2和基座7依次连接，所述弯曲传感器6缠绕在IP指间关节1和MCP掌指关节2；
所述DP指骨3、DIP指间关节8、MP指骨4、PIP指间关节9、PP指骨5、MCP掌指关节2和弯曲传感器6外包裹硅胶外壳10；
所述DP指骨3、DIP指间关节8、MP指骨4、PIP指间关节9、PP指骨5形成气腔，该气腔在长度方向呈倒梯形结构。
一种刚柔混合手指，所述基座7包括内层7-1、外层7-2与连层7-3，所述内层7-1通过连层7-3与外层7-2相连接，所述内层7-1开有中央气腔密闭环形孔7-4、底部气腔密闭环形孔Ⅰ7-5和底部气腔密闭环形孔Ⅱ7-6，所述内层7-1的外表面开有多组传感器固定孔7-9，所述外层7-2上开有传感器集线孔7-7、中央限制管固定槽7-8、硅胶溢出孔7-10及三个气腔孔；
所述中央气腔密闭环形孔7-4连通中央气腔孔7-4-1，所述底部气腔密闭环形孔Ⅰ7-5连通中央气腔孔Ⅰ7-5-1，所述底部气腔密闭环形孔Ⅱ7-6连通中央气腔孔Ⅱ7-6-1；
所述传感器集线孔7-7开在中央气腔孔7-4-1的上方；
所述中央限制管固定槽7-8内插入玻璃纤维硅胶管2-4；所述中央气腔密闭环形孔7-4配合中心弹性基体2-1形成的气腔使用，所述底部气腔密闭环形孔Ⅰ7-5配合底部弹性基体Ⅰ2-2形成的气腔使用，所述底部气腔密闭环形孔Ⅱ7-6配合底部弹性基体Ⅱ2-7形成的气腔使用。
一种刚柔混合手指，所述DP指骨3包括圆台形半开硬质指骨3-1和拱形硬质指骨3-2，所述圆台形半开硬质指骨3-1尾部顶端开有DP指骨传感器固定槽3-3，所述圆台形半开硬质指骨3-1的尾端与拱形硬质指骨3-2相连接，所述拱形硬质指骨3-2上开有DP指骨纤维引导坑道3-4。
一种刚柔混合手指，所述MP指骨4为半开梯形，所述半开梯形的左侧与右侧分别设置MP指骨4纤维引导坑道4-4，所述MP指骨4纤维引导坑道4-4与DP指骨纤维引导坑道3-4配合使用。
一种刚柔混合手指，所述PP指骨5包括拱形PP指骨5-1和半开直角梯形PP指骨5-2，所述拱形PP指骨5-1和半开直角梯形PP指骨5-2相连接，所述拱形PP指骨5-1上开有PP指骨传感器固定槽5-5，所述半开直角梯形PP指骨5-2上开有PP指骨纤维引导坑道5-3，所述PP指骨纤维引导坑道5-3配合MP指骨4纤维引导坑道4-4与DP指骨纤维引导坑道3-4使用；
所述PP指骨5还包括IP气腔密封凸台5-7和PP指骨连接架5-9，所述PP指骨连接架5-9内开有MCP掌指关节定位通孔，所述IP气腔密封凸台5-7与PP指骨连接架5-9相连接，所述IP气腔密封凸台5-7开有IP气腔口5-8，所述IP气腔口5-8连通MCP掌指关节的气腔，所述PP指骨连接架5-9的尾端外侧开有PP指骨连接架传感器定位槽5-10。
一种刚柔混合关节的模具，所述关节的模具包括IP指间关节模具11包括IP指间关节内模具11-1和IP指间关节外模具11-2，所述IP指间关节内模具11-1底端连接IP指间关节底座11-3，所述IP指间关节内模具11-1设置IP指间关节注胶口11-4，所述IP指间关节注胶口11-4外套IP指间关节注胶塞11-5，所述IP指间关节内模具11-1的外表面和IP指间关节外模具11-2的内表面开有IP指间关节纤维槽11-6。
一种刚柔混合关节的模具，所述关节的模具还包括MCP掌指关节模具Ⅰ12和MCP掌指关节模具Ⅱ13；
所述MCP掌指关节模具Ⅰ12包括MCP掌指关节内基座12-1和MCP掌指关节外基座12-10，所述MCP掌指关节内基座12-1内开有中心气腔槽12-2、底部气腔槽Ⅰ12-3、底部气腔槽Ⅱ12-4和限位槽12-5，所述中心气腔槽12-2、底部气腔槽Ⅰ12-3、底部气腔槽Ⅱ12-4的外部开有传感器固定孔位12-6，所述MCP掌指关节外基座12-10开有MCP掌指关节玻璃纤维丝线槽12-11，所述MCP掌指关节内基座12-1插入MCP掌指关节外基座12-10内形成MCP掌指关节玻璃纤维丝线槽12-11缠绕中心气腔槽12-2、底部气腔槽Ⅰ12-3和底部气腔槽Ⅱ12-4的形状进行注胶，所述MCP掌指关节外基座12-10底端开有注胶口12-12；
所述MCP掌指关节模具Ⅱ13包括椭圆形气腔外膜13-1和圆柱形气腔内膜13-2，所述椭圆形气腔外膜13-1包含两个腔体，每个所述圆柱形气腔内膜13-2装入一个椭圆形气腔外膜13-1内，所述椭圆形气腔外膜13-1的基座中间设置注入口13-3，所述注入口13-3配合注入盖13-4使用。
一种刚柔混合手指的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤1：注射成型MCP关节三个圆柱气腔；
步骤2：将步骤1的MCP关节圆柱气腔缠绕双螺旋MCP掌指关节玻璃纤维丝线2-3；
步骤3：将步骤2中缠绕好的圆柱气腔放入MCP关节模具，注射成型；
步骤4：基于步骤3的MCP关节进行组装，并用Sil-Poxy粘牢；
步骤5：注射成型IP关节气腔；
步骤6：基于步骤5的IP关节气腔，进行IP关节耦合组装，粘贴指间骨骼及应变限制薄膜；
步骤7：基于组装的IP关节平行缠绕玻璃纤维丝线1-4；
步骤8：将缠绕好的IP关节浇注IP关节外层硅胶；
步骤9：将步骤4的MCP关节与步骤8的IP关节粘合；
步骤10：在步骤9粘接后的关节上固定传感器的硅胶毛细管；
步骤11：将组装后的手指浇注外层硅胶；
步骤12：像浇注后的手指注入EGaIn。
本发明的有益效果是：
本发明预制引导坑道的方法方便纤维缠绕机传感器固定。
本发明的中央限制气管同时作为掌指关节的应变限制层，通过向其中一气腔充气，可以使关节向气腔的对向弯曲，通过控制每个气腔的充气压力可以控制关节的弯曲方向及角度形成耦合的运动，以同时产生弯曲与侧摆。
本发明的手指结构上使用同一气腔贯穿连接两个IP“准关节”，实现DIP及PIP的同步弯曲运动。
本发明通过在气腔外侧整体缠绕一层纤维丝限制气腔的径向膨胀，进一步增加气腔上部的充气变形量同时增加气腔抵抗高压的能力，使之能够承受更大的气压，输出更大的作用力，提供较高的刚度。
附图说明
附图1是本发明的IP指间关节示意图。
附图2是本发明的MCP掌指关节示意图。
附图3是本发明的MCP掌指关节7.5mm模具Ⅱ示意图。
附图4是本发明的MCP掌指关节13.5mm模具Ⅱ示意图
附图5是本发明的MCP掌指关节模具Ⅰ示意图。
附图6是本发明的中央气腔模具示意图。
附图7是本发明的IP_Senor模具示意图。
附图8是本发明的外壳模具-shell模具示意图。
附图9是本发明的DP指骨示意图。
附图10是本发明的MP指骨示意图。
附图11是本发明的PP-1指骨示意图。
附图12是本发明的PP-2指骨示意图。
附图13是本发明的基座示意图。
附图14是本发明的手指示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种刚柔混合关节，所述刚柔混合关节包括IP指间关节1，所述IP指间关节1包括硬质指骨1-1、IP指间关节应变限制层1-2、IP指间关节弹性基体1-3和IP指间关节玻璃纤维丝线1-4；所述弹性基体1-3包括上部的均匀半圆结构和下部的矩形结构，所述弹性基体1-3的外部套设硬质指骨1-1，所述弹性基体1-3的底面贴敷应变限制层1-2，所述硬质指骨1-1的两个边贴合应变限制层1-2，所述硬质指骨1-1外平行缠绕玻璃纤维丝线1-4。
在指间关节中，气腔弹性基体采用Dragonskin10(Smooth-on,USA)液态硅胶制成，内孔截面使用半圆与矩形组合的截面形状。这种截面的气腔下部为一平面方便设置应变限制层，上部为均匀半圆面以产生均匀的膨胀变形，中部使用矩形结构调整气腔截面竖向高度与横向宽度的比例，与纯半圆截面相比，能够在相同高度与宽度的条件下拥有更大的气腔截面积。
为了形成单向的弯曲，气腔截面下部贴敷一层应变限制层(3M8915)，并在整个气腔外部平行缠绕玻璃纤维丝线。在气腔充气时，应变限制层层视为可弯曲但不可伸长，从而限制了气腔下部的变形，而气腔上部仍然可以以较大的拉伸比例变形从而使气腔产生整体向下弯曲的变形。通过在气腔外侧整体缠绕一层纤维丝限制气腔的径向膨胀，进一步增加气腔上部的充气变形量同时增加气腔抵抗高压的能力，使之能够承受更大的气压，输出更大的作用力，提供较高的刚度。
为了在关节这样一个很小的范围内实现大曲率的弯曲，气腔在长度方向设计为倒梯形结构，这种结构相比于普通结构能够降低在相同关节弯曲角度下的气腔上部硅胶材料的伸长比，显著降低非线性及材料变形阻力。在相同的充气气压下，倒梯形气腔能够获得更大的弯曲角度；在相同的弯曲角度下，可以缩短气腔下部不可拉伸应变层长度。这种性质有助于提升关节处的弯曲曲率并减小关节的长度方向尺寸。为实现两指间关节1:1的耦合弯曲，手指具体结构上使用同一气腔贯穿连接两个IP“准关节”，实现DIP及PIP的同步弯曲运动。
进一步的，所述刚柔混合关节还包括MCP掌指关节2，所述MCP掌指关节2包括中心弹性基体2-1、底部弹性基体Ⅰ2-2、底部弹性基体Ⅱ2-7、MCP掌指关节玻璃纤维丝线2-3和玻璃纤维硅胶管2-4；所述中心弹性基体2-1、底部弹性基体Ⅰ2-2和底部弹性基体Ⅱ2-7呈三角设置；所述中心弹性基体2-1形成中心气腔2-5，所述底部弹性基体Ⅰ2-2形成底部气腔Ⅰ2-6，所述底部弹性基体Ⅱ2-7形成底部气腔Ⅱ2-8，所述底部弹性基体Ⅰ2-2和底部弹性基体Ⅱ2-7之间夹持玻璃纤维硅胶管2-4，所述中心弹性基体2-1、底部弹性基体Ⅰ2-2和底部弹性基体Ⅱ2-7分别进行双螺旋缠绕MCP掌指关节玻璃纤维丝线2-3，所述中心弹性基体2-1、底部弹性基体Ⅰ2-2和底部弹性基体Ⅱ2-7通过两半椭圆弧进行包裹。
在掌指关节中，气腔弹性基体同样采用Dragonskin10(Smooth-on,USA)液态硅胶制成。由于掌指关节需要同时实现两个方向的弯曲运动，为了简化结构以及建模复杂度，使用相对于中心对称的关节气腔排布方案。关节截面为外轮廓为上下凭借的两半椭圆弧，在截面上分布三个圆形气腔。为了缩短双向弯曲关节的整体长度同时增加弯曲曲率，每个气腔均缠绕有双螺旋结构的纤维。关节中心通过一玻璃纤维硅胶管作为中央限制气管实现与指间关节气腔连通。中央限制气管同时作为掌指关节的应变限制层，通过向其中一气腔充气，可以使关节向气腔的对向弯曲，通过控制每个气腔的充气压力可以控制关节的弯曲方向及角度形成耦合的运动，以同时产生弯曲与侧摆。
一种刚柔混合手指，所述刚柔混合手指包括IP指间关节1、MCP掌指关节2、DP指骨3、MP指骨4、PP指骨5、弯曲传感器6和基座7；所述IP指间关节1包括DIP指间关节8与PIP指间关节9；
所述DP指骨3、DIP指间关节8、MP指骨4、PIP指间关节9、PP指骨5、MCP掌指关节2和基座7依次连接，所述弯曲传感器6缠绕在IP指间关节1和MCP掌指关节2；
所述DP指骨3、DIP指间关节8、MP指骨4、PIP指间关节9、PP指骨5、MCP掌指关节2和弯曲传感器6外包裹硅胶外壳10；
所述DP指骨3、DIP指间关节8、MP指骨4、PIP指间关节9、PP指骨5形成气腔，该气腔在长度方向呈倒梯形结构。
进一步的，所述基座7包括内层7-1、外层7-2与连层7-3，所述内层7-1通过连层7-3与外层7-2相连接，所述内层7-1开有中央气腔密闭环形孔7-4、底部气腔密闭环形孔Ⅰ7-5和底部气腔密闭环形孔Ⅱ7-6，所述内层7-1的外表面开有多组传感器固定孔7-9，所述外层7-2上开有传感器集线孔7-7、中央限制管固定槽7-8、硅胶溢出孔7-10及三个气腔孔；
所述中央气腔密闭环形孔7-4连通中央气腔孔7-4-1，所述底部气腔密闭环形孔Ⅰ7-5连通中央气腔孔Ⅰ7-5-1，所述底部气腔密闭环形孔Ⅱ7-6连通中央气腔孔Ⅱ7-6-1；
所述传感器集线孔7-7开在中央气腔孔7-4-1的上方；
所述多组传感器固定孔7-9包括中央气腔密闭环形孔7-4的左右两侧各一组对称的传感器固定孔7-9，以及底部气腔密闭环形孔Ⅰ7-5和底部气腔密闭环形孔Ⅱ7-6的外侧分别设置个一组对称的传感器固定孔7-9；
所述中央限制管固定槽7-8内插入玻璃纤维硅胶管2-4；所述中央气腔密闭环形孔7-4配合中心弹性基体2-1形成的气腔使用，所述底部气腔密闭环形孔Ⅰ7-5配合底部弹性基体Ⅰ2-2形成的气腔使用，所述底部气腔密闭环形孔Ⅱ7-6配合底部弹性基体Ⅱ2-7形成的气腔使用。
进一步的，所述DP指骨3包括圆台形半开硬质指骨3-1和拱形硬质指骨3-2，所述圆台形半开硬质指骨3-1，所述拱形硬质指骨3-2的尾部顶端开有DP指骨传感器固定槽3-3，所述拱形硬质指骨3-2的尾端与拱形硬质指骨3-2相连接，所述拱形硬质指骨3-2上开有DP指骨纤维引导坑道3-4。所述圆台形半开硬质指骨3-1的开口与拱形硬质指骨3-2的开口方向一致，如图9所示均在下方。
进一步的，所述MP指骨4为半开梯形，所述半开梯形的左侧与右侧分别设置MP指骨4纤维引导坑道4-4，所述MP指骨4纤维引导坑道4-4与DP指骨纤维引导坑道3-4配合使用。
进一步的，所述PP指骨5包括拱形PP指骨5-1和半开直角梯形PP指骨5-2，所述拱形PP指骨5-1和半开直角梯形PP指骨5-2相连接，所述拱形PP指骨5-1上开有PP指骨传感器固定槽3-3，所述半开直角梯形PP指骨5-2上开有PP指骨纤维引导坑道5-3，所述PP指骨纤维引导坑道5-3配合MP指骨4纤维引导坑道4-4与DP指骨纤维引导坑道3-4使用；
所述PP指骨5还包括IP气腔密封凸台5-7和PP指骨连接架5-9，所述PP指骨连接架5-9内开有MCP掌指关节定位通孔5-6，所述IP气腔密封凸台5-7与PP指骨连接架5-9相连接，所述IP气腔密封凸台5-7开有IP气腔口5-8，所述IP气腔口5-8连通MCP掌指关节的气腔，所述PP指骨连接架5-9的尾端外侧开有PP指骨连接架传感器定位槽5-10。
进一步的，所述关节的模具包括IP指间关节模具11包括IP指间关节内模具11-1和IP指间关节外模具11-2，所述IP指间关节内模具11-1底端连接IP指间关节底座11-3，所述IP指间关节内模具11-1设置IP指间关节注胶口11-4，所述IP指间关节注胶口11-4外套IP指间关节注胶塞11-5，所述IP指间关节内模具11-1的外表面和IP指间关节外模具11-2的内表面开有IP指间关节纤维槽11-6。
进一步的，所述关节的模具还包括MCP掌指关节模具Ⅰ12和MCP掌指关节模具Ⅱ13；图3及图4是固化成型圆柱形腔体，将圆柱形腔体外表面缠绕纤维后插入图5中浇筑一层硅胶，形成三腔结构的MCP关节；
如图5所示，所述MCP掌指关节模具Ⅰ12包括MCP掌指关节内基座12-1和MCP掌指关节外基座12-10，所述MCP掌指关节内基座12-1内开有中心气腔槽12-2、底部气腔槽Ⅰ12-3、底部气腔槽Ⅱ12-4和限位槽12-5，所述MCP掌指关节外基座12-10开有MCP掌指关节玻璃纤维丝线槽12-11，所述MCP掌指关节内基座12-1插入MCP掌指关节外基座12-10内形成MCP掌指关节玻璃纤维丝线槽12-11缠绕中心气腔槽12-2、底部气腔槽Ⅰ12-3和底部气腔槽Ⅱ12-4的形状进行注胶，所述MCP掌指关节外基座12-10底端开有注胶口12-12；
如图4所示，所述MCP掌指关节模具Ⅱ13包括椭圆形气腔外膜13-1和圆柱形气腔内膜13-2，所述椭圆形气腔外膜13-1包含两个腔体，每个所述圆柱形气腔内膜13-2装入一个椭圆形气腔外膜13-1内，所述椭圆形气腔外膜13-1的基座中间设置注入口13-3，所述注入口13-3配合注入盖13-4使用。
图3和图4分别为MCP7.5mm气腔模具和MCP13.5mm气腔模具。都是由气腔内膜和气腔外模两部分组成，气腔外模内部有螺旋凸起的微小结构，用于成型气腔外侧引导缠线的坑道。内外两部分通过限位结构配合在一起，形成用于浇注MCP关节的气腔，气腔外模底部均有注射孔道与气腔相通，在注射口设置有堵头。该注射口用于注射器吸入液态硅胶后，通过硅胶管经由注射孔道将液态硅胶缓慢从底部注注入模具，模具上部设置有开口方便硅胶溢出，便于硅胶完全充满模具内部空腔。这种方式可以有效减少注入过程中气泡的产生。待注入的硅胶填充完整后刮平出口处溢出的材料，使用堵头封住注射口避免硅胶流出。硅胶固化后可直接从模具上方开口处将固化成型的MCP关节气腔拔出。
图5是MPC关节模具，由MCP-bass1、MCP-bass2、MCP-bass3和螺栓螺母(标准件)组成，模具内部在MCP传感器所在位置设计有微小凸起用于成型MCP关节处的传感器引导坑道，方便组装骨架时对传感器的定位及固定。模具各个部分通过限位结构配合在一起，并用螺栓螺母固定以避免插入气腔结构时候导致的模具松脱，向模具插入玻璃纤维硅胶管和已经缠好玻璃纤维线的MCP关节气腔后，形成用于浇注MCP关节组件的腔体结构。MCP-bass1底部有注射孔道与内部空腔相通，浇注方法同上，同样可以快速注入硅胶并有效抑制浇注过程中气泡的产生。
图6是中央气腔模具，用于成型两个内孔相通的倒梯形IP气腔结构。模具由中央气腔内膜、中央气腔外模和中央气腔盖组成，其中外模在倒梯形结构处设置有平行的微小结构用于成型纤维缠绕的引导坑道。三部分通过限位结构配合在一起，形成用于注射成型IP关节的内部空腔，气腔外模底部设置有注射孔道与内部空腔相通，注射器吸入液态硅胶后，再通过硅胶管经由注射孔道将液态硅胶缓慢从底部注射入模具，最后通过下部的堵头密封避免硅胶固化过程中产生泄露。
图7是IP传感器模具，用于成型IP关节处的传感器预埋坑道，引导传感器的安装。模具由上盖107、底座108、覆板109和细棍110组成。将细棍上缠绕好丝线的IP气腔扣入底座，再将上盖盖上，形成浇注空腔。待硅胶填满空腔后盖上覆板加温固化。
图8为硅胶外壳模具，用于成型手指硅胶外壳。模具由盖111、外壳模具112(上、下模具)、底座113和浇筑口114组成。为方便脱模，外壳模具分为两半，两部分外壳模具组合在一起形成浇注空腔；底座用于固定外壳模具，方便浇注；盖通过三个螺钉与制造完成的手指骨架连接，盖上设置了两个与外壳模具相配合的球形定位槽，主要起到手指骨架与外壳模具之间的限位作用，同时在将手指骨架压入外壳模具空腔时，提供了抓握处；为保证手指骨架完全且顺利地插入注有液态硅胶的空腔，使多余的液态硅胶流出空腔，在外壳模具上端两侧各设有一个开口，这会导致模具开口处手指部分本该有硅胶覆盖的地方的液态硅胶也会流出，造成手指缺陷，这就需要在最后将浇注口插入模具开口，用于在开口处补充硅胶，以保证手指硅胶外壳的完整性。
以上所有模具采用透明光敏树脂3D打印制成。这种材料可方便于观察气泡缺陷，且易于脱模，成型手指表面光滑，提高了手指表面质量。
内部硬质骨骼由尼龙材料制成，表面较为粗糙可以较好地与液态硅胶固化粘接。为了更方便地缠绕玻璃纤维丝线及固定传感器，硬质骨骼上设计有引导坑道及结构。为了固定及密封气腔结构，在IP关节处设置了高凸台及止口结构；在MCP关节设计有气腔配合圆孔及环形槽孔；为了固定传感器，基座左右两侧及背面设置有穿孔，两排穿孔之间设计有空槽用于传感器的排布及固定；为了固定MCP关节的中央限制管并避免在MCP关节在大气压下产生伸长变形，基座及PP指骨上的中央限制管孔位外侧均设计有凹槽用于填充胶水固定限制管及与之相接的气管。
一种刚柔混合手指的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤1：注射成型MCP关节三个圆柱气腔；
步骤2：将步骤1的MCP关节圆柱气腔缠绕双螺旋MCP掌指关节玻璃纤维丝线2-3；
步骤3：将步骤2中缠绕好的圆柱气腔放入MCP关节模具，注射成型；
步骤4：基于步骤3的MCP关节进行组装，并用Sil-Poxy粘牢；
步骤5：注射成型IP关节气腔；
步骤6：基于步骤5的IP关节气腔，进行IP关节耦合组装，粘贴指间骨骼及应变限制薄膜；
步骤7：基于组装的IP关节平行缠绕玻璃纤维丝线1-4；
步骤8：将缠绕好的IP关节浇注IP关节外层硅胶；
步骤9：将步骤4的MCP关节与步骤8的IP关节粘合；
步骤10：在步骤9粘接后的关节上固定传感器的硅胶毛细管；
步骤11：将组装后的手指浇注外层硅胶；
步骤12：向浇注后的手指注入EGaIn。

Claims (8)

1.一种刚柔混合关节，其特征在于，所述刚柔混合关节包括IP指间关节(1)，所述IP指间关节(1)包括硬质指骨(1-1)、IP指间关节应变限制层(1-2)、IP指间关节弹性基体(1-3)和IP指间关节玻璃纤维丝线(1-4)；所述弹性基体(1-3)包括上部的均匀半圆结构和下部的矩形结构，所述弹性基体(1-3)的外部套设硬质指骨(1-1)，所述弹性基体(1-3)的底面贴敷应变限制层(1-2)，所述硬质指骨(1-1)的两个边贴合应变限制层(1-2)，所述硬质指骨(1-1)外平行缠绕玻璃纤维丝线(1-4)；
所述刚柔混合关节还包括MCP掌指关节(2)，所述MCP掌指关节(2)包括中心弹性基体(2-1)、底部弹性基体Ⅰ(2-2)、底部弹性基体Ⅱ(2-7)、MCP掌指关节玻璃纤维丝线(2-3)和玻璃纤维硅胶管(2-4)；所述中心弹性基体(2-1)、底部弹性基体Ⅰ(2-2)和底部弹性基体Ⅱ(2-7)呈三角设置；所述中心弹性基体(2-1)形成中心气腔(2-5)，所述底部弹性基体Ⅰ(2-2)形成底部气腔Ⅰ(2-6)，所述底部弹性基体Ⅱ(2-7)形成底部气腔Ⅱ(2-8)，所述底部弹性基体Ⅰ(2-2)和底部弹性基体Ⅱ(2-7)之间夹持玻璃纤维硅胶管(2-4)，所述中心弹性基体(2-1)、底部弹性基体Ⅰ(2-2)和底部弹性基体Ⅱ(2-7)分别进行双螺旋缠绕MCP掌指关节玻璃纤维丝线(2-3)，所述中心弹性基体(2-1)、底部弹性基体Ⅰ(2-2)和底部弹性基体Ⅱ(2-7)通过两半椭圆弧进行包裹。
2.根据权利要求1所述一种刚柔混合关节的模具，其特征在于，所述关节的模具包括IP指间关节模具(11)包括IP指间关节内模具(11-1)和IP指间关节外模具(11-2)，所述IP指间关节内模具(11-1)底端连接IP指间关节底座(11-3)，所述IP指间关节内模具(11-1)设置IP指间关节注胶口(11-4)，所述IP指间关节注胶口(11-4)外套IP指间关节注胶塞(11-5)，所述IP指间关节内模具(11-1)的外表面和IP指间关节外模具(11-2)的内表面开有IP指间关节纤维槽(11-6)。
3.根据权利要求1所述一种刚柔混合关节的模具，其特征在于，所述关节的模具还包括MCP掌指关节模具Ⅰ(12)和MCP掌指关节模具Ⅱ(13)；
所述MCP掌指关节模具Ⅰ(12)包括MCP掌指关节内基座(12-1)和MCP掌指关节外基座(12-10)，所述MCP掌指关节内基座(12-1)内开有中心气腔槽(12-2)、底部气腔槽Ⅰ(12-3)、底部气腔槽Ⅱ(12-4)和限位槽(12-5)，所述中心气腔槽(12-2)、底部气腔槽Ⅰ(12-3)、底部气腔槽Ⅱ(12-4)的外部开有传感器固定孔位(12-6)，所述MCP掌指关节外基座(12-10)开有MCP掌指关节玻璃纤维丝线槽(12-11)，所述MCP掌指关节内基座(12-1)插入MCP掌指关节外基座(12-10)内形成MCP掌指关节玻璃纤维丝线槽(12-11)缠绕中心气腔槽(12-2)、底部气腔槽Ⅰ(12-3)和底部气腔槽Ⅱ(12-4)的形状进行注胶，所述MCP掌指关节外基座(12-10)底端开有注胶口(12-12)；
所述MCP掌指关节模具Ⅱ(13)包括椭圆形气腔外膜(13-1)和圆柱形气腔内膜(13-2)，所述椭圆形气腔外膜(13-1)包含两个腔体，每个所述圆柱形气腔内膜(13-2)装入一个椭圆形气腔外膜(13-1)内，所述椭圆形气腔外膜(13-1)的基座中间设置注入口(13-3)，所述注入口(13-3)配合注入盖(13-4)使用。
4.一种刚柔混合手指，其特征在于，所述刚柔混合手指包括IP指间关节(1)、MCP掌指关节(2)、DP指骨(3)、MP指骨(4)、PP指骨(5)、弯曲传感器(6)和基座(7)；所述IP指间关节(1)包括DIP指间关节(8)与PIP指间关节(9)；
所述DP指骨(3)、DIP指间关节(8)、MP指骨(4)、PIP指间关节(9)、PP指骨(5)、MCP掌指关节(2)和基座(7)依次连接，所述弯曲传感器(6)缠绕在IP指间关节(1)和MCP掌指关节(2)；
所述DP指骨(3)、DIP指间关节(8)、MP指骨(4)、PIP指间关节(9)、PP指骨(5)、MCP掌指关节(2)和弯曲传感器(6)外包裹硅胶外壳(10)；
所述DP指骨(3)、DIP指间关节(8)、MP指骨(4)、PIP指间关节(9)、PP指骨(5)形成气腔，该气腔在长度方向呈倒梯形结构；
所述基座(7)包括内层(7-1)、外层(7-2)与连层(7-3)，所述内层(7-1)通过连层(7-3)与外层(7-2)相连接，所述内层(7-1)开有中央气腔密闭环形孔(7-4)、底部气腔密闭环形孔Ⅰ(7-5)和底部气腔密闭环形孔Ⅱ(7-6)，所述内层(7-1)的外表面开有多组传感器固定孔(7-9)，所述外层(7-2)上开有传感器集线孔(7-7)、中央限制管固定槽(7-8)、硅胶溢出孔(7-10)及三个气腔孔；
所述中央气腔密闭环形孔(7-4)连通中央气腔孔(7-4-1)，所述底部气腔密闭环形孔Ⅰ(7-5)连通中央气腔孔Ⅰ(7-5-1)，所述底部气腔密闭环形孔Ⅱ(7-6)连通中央气腔孔Ⅱ(7-6-1)；
所述传感器集线孔(7-7)开在中央气腔孔(7-4-1)的上方；
所述中央限制管固定槽(7-8)内插入玻璃纤维硅胶管(2-4)；所述中央气腔密闭环形孔(7-4)配合中心弹性基体(2-1)形成的气腔使用，所述底部气腔密闭环形孔Ⅰ(7-5)配合底部弹性基体Ⅰ(2-2)形成的气腔使用，所述底部气腔密闭环形孔Ⅱ(7-6)配合底部弹性基体Ⅱ(2-7)形成的气腔使用。
5.根据权利要求4所述一种刚柔混合手指，其特征在于，所述DP指骨(3)包括圆台形半开硬质指骨(3-1)和拱形硬质指骨(3-2)，所述圆台形半开硬质指骨(3-1)尾部顶端开有DP指骨传感器固定槽(3-3)，所述圆台形半开硬质指骨(3-1)的尾端与拱形硬质指骨(3-2)相连接，所述拱形硬质指骨(3-2)上开有DP指骨纤维引导坑道(3-4)。
6.根据权利要求4所述一种刚柔混合手指，其特征在于，所述MP指骨(4)为半开梯形，所述半开梯形的左侧与右侧分别设置MP指骨(4)纤维引导坑道(4-4)，所述MP指骨(4)纤维引导坑道(4-4)与DP指骨纤维引导坑道(3-4)配合使用。
7.根据权利要求4所述一种刚柔混合手指，其特征在于，所述PP指骨(5)包括拱形PP指骨(5-1)和半开直角梯形PP指骨(5-2)，所述拱形PP指骨(5-1)和半开直角梯形PP指骨(5-2)相连接，所述拱形PP指骨(5-1)上开有PP指骨传感器固定槽(5-5)，所述半开直角梯形PP指骨(5-2)上开有PP指骨纤维引导坑道(5-3)，所述PP指骨纤维引导坑道(5-3)配合MP指骨(4)纤维引导坑道(4-4)与DP指骨纤维引导坑道(3-4)使用；
所述PP指骨(5)还包括IP气腔密封凸台(5-7)和PP指骨连接架(5-9)，所述PP指骨连接架(5-9)内开有MCP掌指关节定位通孔，所述IP气腔密封凸台(5-7)与PP指骨连接架(5-9)相连接，所述IP气腔密封凸台(5-7)开有IP气腔口(5-8)，所述IP气腔口(5-8)连通MCP掌指关节的气腔，所述PP指骨连接架(5-9)的尾端外侧开有PP指骨连接架传感器定位槽(5-10)。
8.根据权利要求4所述一种刚柔混合手指的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
步骤1：注射成型MCP关节三个圆柱气腔；
步骤2：将步骤1的MCP关节圆柱气腔缠绕双螺旋MCP掌指关节玻璃纤维丝线(2-3)；
步骤3：将步骤2中缠绕好的圆柱气腔放入MCP关节模具，注射成型；
步骤4：基于步骤3的MCP关节进行组装，并用Sil-Poxy粘牢；
步骤5：注射成型IP关节气腔；
步骤6：基于步骤5的IP关节气腔，进行IP关节耦合组装，粘贴指间骨骼及应变限制薄膜；
步骤7：基于组装的IP关节平行缠绕玻璃纤维丝线(1-4)；
步骤8：将缠绕好的IP关节浇注IP关节外层硅胶；
步骤9：将步骤4的MCP关节与步骤8的IP关节粘合；
步骤10：在步骤9粘接后的关节上固定传感器的硅胶毛细管；
步骤11：将组装后的手指浇注外层硅胶；
步骤12：像浇注后的手指注入EGaIn。
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