一种软体三指机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种软体三指机器人，其包括有一个B支架(3B)、三个双通道软体手指(1C、1D、1E)、四个充气嘴(2C、2D、2E)、以及用于分别连接所述手指和所述充气的气流导通阀，B支架(3B)的三个支臂上分别连接有气流导通阀。所述双通道软体手指上设有手指末端(1)、手指接头(2)、柔性关节(3)、手指指板(4)和柔性节肩(5)。手指末端(1)与手指接头(2)之间间隔设置有多个柔性关节(3)和柔性节肩(5)，且柔性关节(3)与柔性节肩(5)的下部是手指指板(4)。手指内部设有两个气路通道，当向气路通道中进行充气时，充入的气体通过气路通道导入气囊中。
【专利说明】
一种软体三指机器人
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种软体机器人，更特别地说，是指一种将具有双通道的软体手 指组合成软体三指机器人。
【背景技术】
[0002] 柔性是生物体本质而普适的重要属性。绝大部分生物都具有柔软的组织，这些生 物依靠自身柔性，能够高效、和谐地与自然界交互。"软体"的机器人也能像生物体一样，主 动或被动地改变自身形状、刚度和运动，从而更加安全高效地与环境交互。传统柔性铰链原 理的机器人是依靠多个微小刚性单元的连接以及弹簧等刚性元件的使用来达到"柔性"的 目的，但控制方式与传统刚性机器人没有本质的区别，故这类机器人虽然在一定程度上解 决一些刚性机器人存在的问题，依旧有其局限性，依然应该划分于"刚性"机器人的范畴。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的是设计一种软体三指机器人，该软体三指机器人通过在一支架 上安装三个具有双通道的软体手指，并配上气流导通阀而构成。本实用新型软体三指机器 人是一种基于软体材料和气动控制的气动软体机构，以代替传统机械手执行末端进行高效 而安全的作业。通过向手指内部的通道进行充气或吸气，从而实现手指向外弯曲或者向内 弯曲的姿态变形，达到抓持或拾取物体。
[0004] 本实用新型设计了一种软体三指机器人，其包括有C双通道软体手指（1C)、D双通 道软体手指（ID)、E双通道软体手指（IE)、C气流导通阀（4C)、D气流导通阀（4D)、E气流导通 阀(4E)、C充气嘴(2C)、D充气嘴(2D)、E充气嘴(2E)和B支架(3B);
[0005] 其中，C双通道软体手指（1C)、D双通道软体手指（1D)和E双通道软体手指（1E)的结 构相同；
[0006] 其中，C气流导通阀（4C)、D气流导通阀（4D)和E气流导通阀（4E)的结构相同；
[0007] 其中，C充气嘴(2C)、D充气嘴(2D)和E充气嘴(2E)的结构相同；
[0008] 双通道软体手指（1C、1D、1E)上设有手指末端（1)、手指接头(2)、柔性关节(3)、手 指指板(4)和柔性节肩（5);手指末端（1)与手指接头(2)之间间隔设置有多个柔性关节(3) 和柔性节肩(5);柔性关节(3)和柔性节肩（5)间隔设置在手指指板(4)的上部，手指指板(4) 的下部设置有多个凸起(41);手指接头(2)的端部是外凸环形体(22)，手指接头(2)端部与 柔性关节（3)的过渡段是锥形体(23);双通道软体手指（1C、1D、1E)的内部设有A气路通道 (6)和B气路通道(7)，当向A气路通道(6)和B气路通道(7)中进行充气时，充入的气体通过A 气路通道(6)和B气路通道(7)导入气囊(31)中；
[0009] B支架（3B)上设有安装面板(3B1)、C支臂（3B2)、D支臂（3B3)、E支臂（3B4)，安装面 板（3B1)用于实现与外部设备进行固定；C支臂（3B2)用于连接C气流导通阀（4C)，D支臂 (3B3)用于连接D气流导通阀（4D)，E支臂(3B4)用于连接E气流导通阀（4E);
[0010] C气流导通阀（4C)由C上阀头(4C1)和C下阀头(4C2)组成，C上阀头(4C1)上安装有C 充气嘴(2C)，C下阀头(4C2)下方安装有C双通道软体手指(1C)的手指接头；
[0011] C上阀头（4C1)的一端设有用于安装C充气嘴（2C)的AC螺纹孔（4C1A)，C上阀头 (4C1)的另一端设有AC锥体椭圆凸嘴(4C1B)，C上阀头(4C1)的上阀面板(4C1C)与C下阀头 (4C2)的下阀面板(4C2C)通过螺钉固定连接;C上阀头(4C1)的中部设有AC气流通道(4C1D)， AC锥体椭圆凸嘴(4C1B)接插在C双通道软体手指(1C)的手指接头的进气口中；
[0012] C下阀头（4C2)的一端是下阀面板(4C2C)，C下阀头(4C2)的另一端是AC空心锥体 (4C2B);C下阀头(4C2)的中部设有AC锥体椭圆通孔(4C2D)和AC内凸台（4C2A)，该AC内凸台 (4C2A)用于支撑C双通道软体手指（1C)的手指接头的外环形体;AC锥体椭圆通孔(4C2D)用 于C双通道软体手指(1C)的手指接头穿过；
[0013] D气流导通阀（4D)由D上阀头(4D1)和D下阀头(4D2)组成，D上阀头(4D1)上安装有D 充气嘴(2D)，D下阀头(4D2)下方安装有D双通道软体手指(1D)的手指接头；
[0014] D上阀头（4D1)的一端设有用于安装D充气嘴（2D)的AD螺纹孔（4D1A)，D上阀头 (4D1)的另一端设有AD锥体椭圆凸嘴(4D1B)，D上阀头(4D1)的上阀面板(4D1C)与D下阀头 (4D2)的下阀面板(4D2C)通过螺钉固定连接;D上阀头(4D1)的中部设有AD气流通道(4D1D)， AD锥体椭圆凸嘴(4D1B)接插在D双通道软体手指(1D)的手指接头进气口中；
[0015] D下阀头（4D2)的一端是下阀面板(4D2C)，D下阀头(4D2)的另一端是AD空心锥体 (4D2B); D下阀头(4D2)的中部设有AD锥体椭圆通孔(4D2D)和AD内凸台（4D2A)，该AD内凸台 (4D2A)用于支撑D双通道软体手指（1D)的手指接头的外环形体;AD锥体椭圆通孔(4D2D)用 于D双通道软体手指(1D)的手指接头穿过；
[0016] E气流导通阀（4E)由E上阀头(4E1)和E下阀头(4E2)组成，E上阀头(4E1)上安装有E 充气嘴(2E)，E下阀头(4E2)下方安装有E双通道软体手指(1E)的手指接头；
[0017] E上阀头（4E1)的一端设有用于安装E充气嘴（2E)的AE螺纹孔（4E1A)，E上阀头 (4E1)的另一端设有AE锥体椭圆凸嘴(4EIB)，E上阀头(4E1)的上阀面板(4E 1C)与E下阀头 (4E2)的下阀面板(4E2C)通过螺钉固定连接;E上阀头(4E1)的中部设有AE气流通道(4E1D)， AE锥体椭圆凸嘴(4E1B)接插在E双通道软体手指（1E)的手指接头进气口中；
[0018] E下阀头（4E2)的一端是下阀面板(4E2C)，E下阀头(4E2)的另一端是AE空心锥体 (4E2B);E下阀头(4E2)的中部设有AE锥体椭圆通孔(4E2D)和AE内凸台（4E2A)，该AE内凸台 (4E2A)用于支撑E双通道软体手指（1E)的手指接头的外环形体;AE锥体椭圆通孔(4E2D)用 于E双通道软体手指(1E)的手指接头穿过；
[0019] 本实用新型的软体三指机器人的优点在于：
[0020] ①采用气流导通阀与具有双通道的软体手指的连接，并配以支架，实现了并排拾 取物体。
[0021 ]②软体手指采用双气流通道进行作业，通过指板约束柔性关节运动。
[0022]③本实用新型的三指机器人突破了常规机构和控制方法的限制，采用了软体材料 (杨氏模量小于IMpa)，通过气动控制方式来控制三指机器人的运动，实现了制造工艺和驱 动方式的创新。手指采用软体材料浇铸而成，整体呈现出足够的柔性;其外形、气腔经过合 理的设计，具备很好的性能，在与人和工件的交互中有很好的实用性和安全性。
[0023]④本实用新型的三指机器人具有结构简单、高柔性、高功重比、质量轻和成本低廉 等优势。三指机器人与刚性机器手相比，三指机器人没有类似刚性机器手的连杆、铰链和电 机等结构上的限制，没有复杂的控制系统;在抓持易碎、形状复杂的工件时具有不可替代的 优势。
[0024]⑤本实用新型的三指机器人通过外部提供的气源来实现手指的姿态变化，可以实 现抓起和释放球状、片状、立方体状、锥刺表面以及各种复杂外形的实体。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型软体三指机器人抓状态的结构图。
[0026]图1A是本实用新型软体三指机器人撑状态的结构图。
[0027]图2是本实用新型软体三指机器人中支架的结构图。
[0028] 图3是本实用新型设计的一种双通道软体手指的外部结构图。
[0029] 图3A是本实用新型设计的一种双通道软体手指的另一视角外部结构图。
[0030] 图3B是本实用新型设计的一种双通道软体手指的轴向剖面结构图。
[0031 ]图3C是本实用新型设计的一种双通道软体手指的柔性关节纵向剖面结构图。
[0032] 图3D是本实用新型设计的一种双通道软体手指的柔性节肩纵向剖面结构图。
[0033] 图4是本实用新型双通道软体手指与气流导通阀的装配剖视图。
[0034]图4A是本实用新型气流导通阀的剖视图。
[0035] 图5是本实用新型AC气流导通阀中上阀头不同视角的结构图。
[0036] 图5A是本实用新型AC气流导通阀中下阀头不同视角的结构图。
[0037]图6是本实用新型AD气流导通阀中上阀头不同视角的结构图。
[0038]图6A是本实用新型AD气流导通阀中下阀头不同视角的结构图。
[0039]图7是本实用新型AE气流导通阀中上阀头不同视角的结构图。
[0040]图7A是本实用新型AE气流导通阀中下阀头不同视角的结构图。
【具体实施方式】
[0042]下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
[0043]参见图1、图1A所示，本实用新型设计了一种软体三指机器人，其包括有C双通道软 体手指1C、D双通道软体手指1D、E双通道软体手指1E、C气流导通阀4C、D气流导通阀4D、E气 流导通阀4E、C充气嘴2C、D充气嘴2D、E充气嘴2EE充气嘴2E和B支架3B。其中，C双通道软体手 指1C、D双通道软体手指1D和E双通道软体手指1E的结构相同；C气流导通阀4C、D气流导通阀 4D和E气流导通阀4E的结构相同；C充气嘴2C、D充气嘴2D和E充气嘴2E的结构相同。
[0044] 双通道软体手指
[0045] 参见图3、图3A、图3B、图3C、图3D所示，双通道软体手指为一体成型结构件。双通道 软体手指采用silicon rubber原料(即娃橡胶)加工，故为软体特质。
[0046]本实用新型设计了一种双通道软体手指，该双通道软体手指上设有手指末端1、手 指接头2、柔性关节3、手指指板4和柔性节肩5。
[0047]手指末端1与手指接头2之间间隔设置有多个柔性关节3和柔性节肩5。
[0048]柔性关节3和柔性节肩5间隔设置在手指指板4的上部，手指指板4的下部设置有多 个凸起41。所述凸起41用于增大拾取物体时与物体之间的摩擦力。
[0049] 参见图1、图4所示，手指接头2的端部是外凸环形体22,该外凸环形体22卡合在C下 阀头4C2的内凸台上;手指接头2端部与柔性关节3的过渡段是锥形体23，该锥形体23插入在 C下阀头4C2中的AC锥体椭圆通孔4C2D中，C上阀头4C1的AC锥体椭圆凸嘴4C1B插入在手指接 头2的进气口 21。
[0050] 在本实用新型中，双通道软体手指选用waker公司的M4641型号硅橡胶进行制作。 [0051]如图3B、图3C、图3D所示，本实用新型设计的一种双通道软体手指的内部设有A气 路通道6和B气路通道7,当向A气路通道6和B气路通道7中进行充气时，充入的气体通过A气 路通道6和B气路通道7导入气囊31中。
[0052] 如图3、图3A、图3B、图3C、图3D所示，柔性关节3上设有拱形段32和关节支撑33;柔 性关节3的内部为气囊31结构，该气囊31与A气路通道6和B气路通道7导通。
[0053] 在本实用新型中，双通道软体手指上的多个柔性关节3依照叠层排布，构成褶皱式 结构体。在外部气栗提供的压缩气体向所述气路通道(6、7)和所述气囊31进行充气或吸气， 从而实现双通道软体手指向外或者向内弯曲变形，达到拾取物体的目的。
[0054] B 支架 3B
[0055]参见图1、图1A、图2所示，B支架3B上设有安装面板3B1、C支臂3B2、D支臂3B3、E支臂 3B4,安装面板3B1用于实现(将双通道三指软体机器人）与外部设备进行固定;C支臂3B2用 于连接C气流导通阀4C，D支臂3B3用于连接D气流导通阀4D，E支臂3B4用于连接E气流导通阀 4E〇
[0056] C气流导通阀4C
[0057] 参见图1、图1A、图4、图4A、图5、图5A所示，C气流导通阀4C由C上阀头4C1和C下阀头 4C2组成，C上阀头4C1上安装有C充气嘴2C，C下阀头4C2下方安装有C双通道软体手指1C的手 指接头。
[0058] C上阀头4C1的一端设有用于安装C充气嘴2C的AC螺纹孔4C1A，该AC螺纹4C1A孔设 在AC气流通道4C1D上，C上阀头4C1的另一端设有AC锥体椭圆凸嘴4C1B，C上阀头4C1的上阀 面板4C1C与C下阀头4C2的下阀面板4C2C通过螺钉固定连接。从C上阀头4C1的剖面结构上能 够看出，C上阀头4C1的中部设有AC气流通道4C1D(该AC气流通道4C1D用于经C充气嘴2C的气 体通过），该AC气流通道4C1D的一端是AC螺纹孔4C1A，该AC气流通道4C1D的另一端是AC锥体 椭圆凸嘴4C1BAC锥体椭圆凸嘴4C1B接插在C双通道软体手指1C的手指接头的进气口中。 [0059] C下阀头4C2的一端是下阀面板4C2C，该下阀面板4C2C与C上阀头4C1的上阀面板 4C1C通过螺钉固定连接;C下阀头4C2的另一端是AC空心锥体4C2B;从C下阀头4C2的剖面结 构上能够看出，C下阀头4C2的中部设有AC锥体椭圆通孔4C2D和AC内凸台4C2A，该AC内凸台 4C2A用于支撑C双通道软体手指1C的手指接头的外环形体。AC锥体椭圆通孔4C2D用于C双通 道软体手指1C的手指接头穿过。
[0060] D气流导通阀4D
[0061 ] 参见图6、图6A所示，D气流导通阀4D由D上阀头4D1和D下阀头4D2组成，D上阀头4D1 上安装有D充气嘴2D，D下阀头4D2下方安装有D双通道软体手指1D的手指接头。
[0062]由于D上阀头4D1与C上阀头4C1的结构相同，可以参考C上阀头4C1的图4A进行说 明。D上阀头4D1的一端设有用于安装D充气嘴2D的AD螺纹孔4D1A，该AD螺纹孔4D1A设在AD气 流通道4D1D上，D上阀头4D1的另一端设有AD锥体椭圆凸嘴4D1B，D上阀头4D1的上阀面板 4D1C与D下阀头4D2的下阀面板4D2C通过螺钉固定连接。从D上阀头4D1的剖面结构上能够看 出，D上阀头4D1的中部设有AD气流通道4D1D(该AD气流通道4D1D用于经D充气嘴2D的气体通 过），该AD气流通道4D1D的一端是AD螺纹孔4D1A，该AD气流通道4D1D的另一端是AD锥体椭圆 凸嘴4D1BAD锥体椭圆凸嘴4D1B接插在D双通道软体手指1D的手指接头进气口中。
[0063]由于D下阀头4D2与C下阀头4C2的结构相同，可以参考C下阀头4C2的图4A进行说 明。D下阀头4D2的一端是下阀面板4D2C，该下阀面板4D2C与D上阀头4D1的上阀面板4D1C通 过螺钉固定连接;D下阀头4D2的另一端是AD空心锥体4D2B;从D下阀头4D2的剖面结构上能 够看出，D下阀头4D2的中部设有AD锥体椭圆通孔4D2D和AD内凸台4D2A，该AD内凸台4D2A用 于支撑D双通道软体手指1D的手指接头的外环形体。AD锥体椭圆通孔4D2D用于D双通道软体 手指1D的手指接头穿过。
[0064] E气流导通阀4E
[0065] 参见图7、图7A所示，E气流导通阀4E由E上阀头4E1和E下阀头4E2组成，E上阀头4E1 上安装有E充气嘴2EE充气嘴2E，E下阀头4E2下方安装有E双通道软体手指1E的手指接头。 [0066]由于E上阀头4E1与C上阀头4C1的结构相同，可以参考C上阀头4C1的图4A进行说 明。E上阀头4E1的一端设有用于安装E充气嘴2EE充气嘴2E的AE螺纹孔4E1A，该AE螺纹孔 4E1A设在AE气流通道4E1D上，E上阀头4E1的另一端设有AE锥体椭圆凸嘴4E IB，E上阀头4E1 的上阀面板4E1C与E下阀头4E2的下阀面板4E2C通过螺钉固定连接。从E上阀头4E1的剖面结 构上能够看出，E上阀头4E1的中部设有AE气流通道4E1D(该AE气流通道4E1D用于经E充气嘴 2EE充气嘴2E的气体通过），该AE气流通道4E1D的一端是AE螺纹孔4E1A，该AE气流通道4E1D 的另一端是AE锥体椭圆凸嘴4E1BJE锥体椭圆凸嘴4E1B接插在E双通道软体手指1E的手指 接头进气口中。
[0067]由于E下阀头4E2与C下阀头4C2的结构相同，可以参考C下阀头4C2的图4A进行说 明。E下阀头4E2的一端是下阀面板4E2C，该下阀面板4E2C与E上阀头4E1的上阀面板4E1C通 过螺钉固定连接;E下阀头4E2的另一端是AE空心锥体4E2B;从E下阀头4E2的剖面结构上能 够看出，E下阀头4E2的中部设有AE锥体椭圆通孔4E2D和AE内凸台4E2A，该AE内凸台4E2A用 于支撑E双通道软体手指1E的手指接头的外环形体。AE锥体椭圆通孔4E2D用于E双通道软体 手指1E的手指接头穿过。
【主权项】
1. 一种软体三指机器人，其特征在于:软体三指机器人包括有C双通道软体手指（1C)、D 双通道软体手指（ID)、E双通道软体手指（IE)、C气流导通阀（4C)、D气流导通阀（4D)、E气流 导通阀(4E)、C充气嘴(2C)、D充气嘴(2D)、E充气嘴(2E)和B支架(3B); 其中，C双通道软体手指（1C)、D双通道软体手指（1D)和E双通道软体手指（1E)的结构相 同； 其中，C气流导通阀(4C)、D气流导通阀(4D)和E气流导通阀(4E)的结构相同； 其中，C充气嘴(2C)、D充气嘴(2D)和E充气嘴(2E)的结构相同； 双通道软体手指（1C、1D、1E)上设有手指末端（1)、手指接头(2)、柔性关节(3)、手指指 板(4)和柔性节肩（5);手指末端（1)与手指接头(2)之间间隔设置有多个柔性关节(3)和柔 性节肩（5);柔性关节(3)和柔性节肩(5)间隔设置在手指指板(4)的上部，手指指板(4)的下 部设置有多个凸起(41);手指接头(2)的端部是外凸环形体(22)，手指接头(2)端部与柔性 关节(3)的过渡段是锥形体(23);双通道软体手指（1C、1D、1E)的内部设有A气路通道(6)和B 气路通道(7)，当向A气路通道(6)和B气路通道(7)中进行充气时，充入的气体通过A气路通 道(6)和B气路通道(7)导入气囊(31)中； B支架（3B)上设有安装面板（3B1)、C支臂（3B2)、D支臂（3B3)、E支臂（3B4)，安装面板 (3B1)用于实现与外部设备进行固定;C支臂（3B2)用于连接C气流导通阀（4C)，D支臂（3B3) 用于连接D气流导通阀（4D)，E支臂(3B4)用于连接E气流导通阀（4E); C气流导通阀（4C)由C上阀头(4C1)和C下阀头(4C2)组成，C上阀头(4C1)上安装有C充气 嘴(2C)，C下阀头(4C2)下方安装有C双通道软体手指(1C)的手指接头； C上阀头(4C1)的一端设有用于安装C充气嘴(2C)的AC螺纹孔(4C1 A)，C上阀头(4C1)的 另一端设有AC锥体椭圆凸嘴(4C1B)，C上阀头(4C1)的上阀面板(4C1C)与C下阀头(4C2)的下 阀面板(4C2C)通过螺钉固定连接;C上阀头(4C1)的中部设有AC气流通道(4C1D)，AC锥体椭 圆凸嘴(4C1B)接插在C双通道软体手指(1C)的手指接头的进气口中； C下阀头（4C2)的一端是下阀面板（4C2C)，C下阀头（4C2)的另一端是AC空心锥体 (4C2B);C下阀头(4C2)的中部设有AC锥体椭圆通孔(4C2D)和AC内凸台（4C2A)，该AC内凸台 (4C2A)用于支撑C双通道软体手指（1C)的手指接头的外环形体;AC锥体椭圆通孔(4C2D)用 于C双通道软体手指(1C)的手指接头穿过； D气流导通阀（4D)由D上阀头(4D1)和D下阀头(4D2)组成，D上阀头(4D1)上安装有D充气 嘴(2D)，D下阀头(4D2)下方安装有D双通道软体手指(1D)的手指接头； D上阀头(4D1)的一端设有用于安装D充气嘴（2D)的AD螺纹孔(4D1A)，D上阀头(4D1)的 另一端设有AD锥体椭圆凸嘴(4D1B)，D上阀头(4D1)的上阀面板(4D1C)与D下阀头(4D2)的下 阀面板(4D2C)通过螺钉固定连接;D上阀头(4D1)的中部设有AD气流通道(4D1D)，AD锥体椭 圆凸嘴(4D1B)接插在D双通道软体手指(1D)的手指接头进气口中； D下阀头（4D2)的一端是下阀面板（4D2C)，D下阀头（4D2)的另一端是AD空心锥体 (4D2B); D下阀头(4D2)的中部设有AD锥体椭圆通孔(4D2D)和AD内凸台（4D2A)，该AD内凸台 (4D2A)用于支撑D双通道软体手指（1D)的手指接头的外环形体;AD锥体椭圆通孔(4D2D)用 于D双通道软体手指(1D)的手指接头穿过； E气流导通阀（4E)由E上阀头(4E1)和E下阀头(4E2)组成，E上阀头(4E1)上安装有E充气 嘴(2E)，E下阀头(4E2)下方安装有E双通道软体手指(1E)的手指接头； E上阀头(4E1)的一端设有用于安装E充气嘴（2E)的AE螺纹孔(4E1 A)，E上阀头(4E1)的 另一端设有AE锥体椭圆凸嘴(4E1B)，E上阀头(4E1)的上阀面板(4E1C)与E下阀头(4E2)的下 阀面板(4E2C)通过螺钉固定连接;E上阀头(4E1)的中部设有AE气流通道(4E1D)，AE锥体椭 圆凸嘴(4E1B)接插在E双通道软体手指(1E)的手指接头进气口中； E下阀头（4E2)的一端是下阀面板（4E2C)，E下阀头（4E2)的另一端是AE空心锥体 (4E2B);E下阀头(4E2)的中部设有AE锥体椭圆通孔(4E2D)和AE内凸台（4E2A)，该AE内凸台 (4E2A)用于支撑E双通道软体手指（1E)的手指接头的外环形体;AE锥体椭圆通孔(4E2D)用 于E双通道软体手指(1E)的手指接头穿过。2.根据权利要求1所述的软体三指机器人，其特征在于：双通道软体手指为硅橡胶材 质。
【文档编号】B25J15/10GK205704256SQ201620690558
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】鲍磊, 高少龙, 杨佳
【申请人】北京软体机器人科技有限公司