一种软体二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二指机器人，其包括有一个A支架(3A)、两个双通道软体手指(1A、1B)、两个充气嘴(2A、2B)、以及用于分别连接所述手指和所述充气的气流导通阀，A支架(3A)的两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】
一种软体二指机器人
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种软体手指，更特别地说，是指一种具有双通道的软体手指组 合成软体二指机器人。
【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二指机器人，该软体二指机器人通过在一支架 上安装两个具有双通道的软体手指，并配上气流导通阀而构成。本实用新型软体二指机器 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二指机器人，其特征在于:软体二指机器人包括有A双 通道软体手指（ΙΑ)、B双通道软体手指（IB)、E双通道软体手指（IE)、A气流导通阀（4A)、B气 流导通阀(4B)、E气流导通阀(4E)、A充气嘴(2A)、B充气嘴(2B)、E充气嘴(2E)和B支架(3B);
[0005] 其中，A双通道软体手指（1A)、B双通道软体手指（1B)和E双通道软体手指（1E)的结 构相同；
[0006] 其中，A气流导通阀（4A)、B气流导通阀（4B)和E气流导通阀（4E)的结构相同；
[0007]其中，A充气嘴(2A)、B充气嘴(2B)和E充气嘴(2E)的结构相同；
[0008] 双通道软体手指（1A、1B、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（1A、1B、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)、A支臂（3B2)、B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;A支臂（3B2)用于连接A气流导通阀（4A)，B支臂 (3B3)用于连接B气流导通阀（4B)，E支臂(3B4)用于连接E气流导通阀（4E);
[0010] A气流导通阀（4A)由A上阀头(4A1)和A下阀头(4A2)组成，A上阀头(4A1)上安装有A 充气嘴(2A)，A下阀头(4A2)下方安装有A双通道软体手指(1A)的手指接头；
[0011] Α上阀头（4Α1)的一端设有用于安装Α充气嘴（2Α)的ΑΑ螺纹孔（4Α1Α)，Α上阀头 (4Α1)的另一端设有ΑΑ锥体椭圆凸嘴(4Α1Β)，Α上阀头(4Α1)的上阀面板(4A1C)与Α下阀头 (4A2)的下阀面板(4A2C)通过螺钉固定连接;A上阀头(4A1)的中部设有AA气流通道(4A1B)， AA锥体椭圆凸嘴(4A1B)接插在A双通道软体手指(1A)的手指接头的进气口中；
[0012] A下阀头（4A2)的一端是下阀面板(4A2C)，A下阀头(4A2)的另一端是AA空心锥体 (4A2B); A下阀头(4A2)的中部设有AA锥体椭圆通孔(4A2B)和AA内凸台（4A2A)，该AA内凸台 (4A2A)用于支撑A双通道软体手指（1A)的手指接头的外环形体;AA锥体椭圆通孔(4A2B)用 于A双通道软体手指(1A)的手指接头穿过；
[0013] B气流导通阀（4B)由B上阀头(4B1)和B下阀头(4B2)组成，B上阀头(4B1)上安装有B 充气嘴(2B)，B下阀头(4B2)下方安装有B双通道软体手指(1B)的手指接头；
[0014] B上阀头（4B1)的一端设有用于安装B充气嘴（2B)的AB螺纹孔（4B1A)，B上阀头 (4B1)的另一端设有AB锥体椭圆凸嘴(4B1B)，B上阀头(4B1)的上阀面板(4B1C)与B下阀头 (4B2)的下阀面板(4B2C)通过螺钉固定连接;B上阀头(4B1)的中部设有AB气流通道(4B1D)， AB锥体椭圆凸嘴(4B1B)接插在B双通道软体手指（1B)的手指接头进气口中；
[0015] B下阀头（4B2)的一端是下阀面板(4B2C)，B下阀头(4B2)的另一端是AB空心锥体 (4B2B); B下阀头(4B2)的中部设有AB锥体椭圆通孔(4B2D)和AB内凸台（4B2A)，该AB内凸台 (4B2A)用于支撑B双通道软体手指（1B)的手指接头的外环形体;AB锥体椭圆通孔(4B2D)用 于B双通道软体手指(1B)的手指接头穿过。
[0016]本实用新型的软体二指机器人的优点在于：
[0017]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。
[0018]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。
[0019] ③本实用新型的二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二指机器人的运动，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。
[0020] ④本实用新型的二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。二指机器人与刚性机器手相比，二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。
[0021] ⑤本实用新型的二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】
[0022] 图1是本实用新型二指机器人抓状态的结构图。
[0023] 图1A是本实用新型二指机器人撑状态的结构图。
[0024] 图2是本实用新型二指机器人中支架的结构图。
[0025] 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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 图4A是本实用新型气流导通阀的剖视图。
[0032] 图5是本实用新型AA气流导通阀中上阀头不同视角的结构图。
[0033] 图5 A是本实用新型AA气流导通阀中下阀头不同视角的结构图。
[0034]图6是本实用新型AB气流导通阀中上阀头不同视角的结构图。
[0035]图6A是本实用新型AB气流导通阀中下阀头不同视角的结构图。
[0036]
【具体实施方式】
[0038] 下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
[0039] 本实用新型设计的双通道二指软体机器人的抓物体动作的示意图如图1所示。本 实用新型设计的双通道二指软体机器人的撑物体动作的示意图如图1A所示。
[0040] 参见图1、图1A所示，本实用新型设计的双通道二指软体机器人，其包括有A双通道 软体手指1A、B双通道软体手指1B、A气流导通阀4A、B气流导通阀4B、A充气嘴2A、B充气嘴2B 和A支架3A。其中，A双通道软体手指1A与B双通道软体手指1B的结构相同;A气流导通阀4A与 B气流导通阀4B的结构相同;A充气嘴2A与B充气嘴2B的结构相同。
[0041] A双通道软体手指1A与B双通道软体手指1B的结构与图3、图3A所示的双通道软体 手指相同。
[0042] A气流导通阀4A与B气流导通阀4B的结构与图4、图4A所示的气流导通阀相同。
[0043] 双通道手指
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 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。
[0047] 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 个波浪形凸起41。所述凸起41用于增大拾取物体时与物体之间的摩擦力。
[0048] 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卡合在下 阀头的内凸台上;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插入在下 阀头中的锥体椭圆通孔中，上阀头的锥体椭圆凸嘴插入在手指接头2的进气口21。
[0049]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。 [0050]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。
[00511 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。
[0052] 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。
[0053] A 支架 3A
[0054]参见图1、图1A、图2所示，A支架3A上设有安装面板3A1、A支臂3A2、B支臂3A3，安装 面板3A1用于实现(将双通道二指软体机器人)与外部设备进行固定;A支臂3A2用于连接A气 流导通阀4A，B支臂3A3用于连接B气流导通阀4B。
[0055] A气流导通阀4A
[0056] 参见图1、图1A、图4、图4A、图5、图5A所示，A气流导通阀4A由A上阀头4A1和A下阀头 4A2组成，A上阀头4A1上安装有A充气嘴2A，A下阀头4A2下方安装有A双通道软体手指1A的手 指接头。
[0057] A上阀头4A1的一端设有用于安装A充气嘴2A的AA螺纹孔4A1A，该AA螺纹孔4A1A设 在AA气流通道4A1D上，A上阀头4A1的另一端设有AA锥体椭圆凸嘴4A1B，A上阀头4A1的上阀 面板4A1C与A下阀头4A2的下阀面板4A2C通过螺钉固定连接。从A上阀头4A1的剖面结构（图 5)上能够看出，A上阀头4A1的中部设有AA气流通道4A1D，该AA气流通道4A1D的一端是AA螺 纹孔4A1A，该AA气流通道4A1D的另一端是AA锥体椭圆凸嘴4A1BAA锥体椭圆凸嘴4A1B接插 在A双通道软体手指1A的手指接头的进气口中。
[0058] A下阀头4A2的一端是下阀面板4A2C，该下阀面板4A2C与A上阀头4A1的上阀面板 4A1C通过螺钉固定连接;A下阀头4A2的另一端是AA空心锥体4A2B;从A下阀头4A2的剖面结 构（图5A)上能够看出，A下阀头4A2的中部设有AA锥体椭圆通孔4A2D和AA内凸台4A2A，该AA 内凸台4A2A用于支撑A双通道软体手指1A的手指接头的外环形体。AA锥体椭圆通孔4A2D用 于A双通道软体手指1A的手指接头穿过。
[0059] B气流导通阀4B
[0060] 参见图1、图1A、图4、图4A、图6、图6A所示，B气流导通阀4B由B上阀头4B1和B下阀头 4B2组成，B上阀头4B1上安装有B充气嘴2B，B下阀头4B2下方安装有B双通道软体手指1B的手 指接头。
[0061 ]由于B上阀头4B1与A上阀头4A1的结构相同，可以参考A上阀头4A1的图4A进行说 明。B上阀头4B1的一端设有用于安装B充气嘴2B的AB螺纹孔4B1A，该AB螺纹孔4B1A设在AB气 流通道上4B ID，B上阀头4B1的另一端设有AB锥体椭圆凸嘴4B1B，B上阀头4B1的上阀面板 4B1C与B下阀头4B2的下阀面板4B2C通过螺钉固定连接。从B上阀头4B1的剖面结构（图6)上 能够看出，B上阀头4B1的中部设有AB气流通道4B1D，该AB气流通道4B1D的一端是AB螺纹孔 4B1A，该AB气流通道4B1D的另一端是AB锥体椭圆凸嘴4B1B。AB锥体椭圆凸嘴4B1B接插在B双 通道软体手指1B的手指接头的进气口中。
[0062]由于B下阀头4B2与A下阀头4A2的结构相同，可以参考A下阀头4A2的图4A进行说 明。B下阀头4B2的一端是下阀面板4B2C，该下阀面板4B2C与B上阀头4B1的上阀面板4B2C通 过螺钉固定连接;B下阀头4B2的另一端是AB空心锥体4B2B;从B下阀头4B2的剖面结构（图 6A)上能够看出，B下阀头4B2的中部设有AB锥体椭圆通孔4B2D和AB内凸台4B2A，该AB内凸台 4B2A用于支撑B双通道软体手指1B的手指接头的外环形体。AA锥体椭圆通孔4B2D用于B双通 道软体手指1B的手指接头穿过。
【主权项】
1. 一种软体二指机器人，其特征在于:软体二指机器人包括有A双通道软体手指（ΙΑ)、B 双通道软体手指（IB)、E双通道软体手指（IE)、A气流导通阀（4A)、B气流导通阀（4B)、E气流 导通阀(4E)、A充气嘴(2A)、B充气嘴(2B)、E充气嘴(2E)和B支架(3B); 其中，A双通道软体手指（1A)、B双通道软体手指（1B)和E双通道软体手指（1E)的结构相 同； 其中，A气流导通阀(4A)、B气流导通阀(4B)和E气流导通阀(4E)的结构相同； 其中，A充气嘴(2A)、B充气嘴(2B)和E充气嘴(2E)的结构相同； 双通道软体手指（1A、1B、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（1A、1B、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)、A支臂（3B2)、B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;A支臂（3B2)用于连接A气流导通阀（4A)，B支臂（3B3) 用于连接B气流导通阀（4B)，E支臂(3B4)用于连接E气流导通阀（4E); A气流导通阀（4A)由A上阀头(4A1)和A下阀头(4A2)组成，A上阀头(4A1)上安装有A充气 嘴(2A)，A下阀头(4A2)下方安装有A双通道软体手指(1A)的手指接头； A上阀头(4A1)的一端设有用于安装A充气嘴(2A)的AA螺纹孔(4A1A)，A上阀头(4A1)的 另一端设有AA锥体椭圆凸嘴(4A1B)，A上阀头(4A1)的上阀面板(4A1C)与A下阀头(4A2)的下 阀面板(4A2C)通过螺钉固定连接;A上阀头(4A1)的中部设有AA气流通道(4A1B)，AA锥体椭 圆凸嘴(4A1B)接插在A双通道软体手指(1A)的手指接头的进气口中； A下阀头（4A2)的一端是下阀面板（4A2C)，A下阀头（4A2)的另一端是AA空心锥体 (4A2B); A下阀头(4A2)的中部设有AA锥体椭圆通孔(4A2B)和AA内凸台（4A2A)，该AA内凸台 (4A2A)用于支撑A双通道软体手指（1A)的手指接头的外环形体;AA锥体椭圆通孔(4A2B)用 于A双通道软体手指(1A)的手指接头穿过； B气流导通阀（4B)由B上阀头(4B1)和B下阀头(4B2)组成，B上阀头(4B1)上安装有B充气 嘴(2B)，B下阀头(4B2)下方安装有B双通道软体手指(1B)的手指接头； B上阀头(4B1)的一端设有用于安装B充气嘴（2B)的AB螺纹孔(4B1A)，B上阀头(4B1)的 另一端设有AB锥体椭圆凸嘴(4B1B)，B上阀头(4B1)的上阀面板(4B1C)与B下阀头(4B2)的下 阀面板(4B2C)通过螺钉固定连接;B上阀头(4B1)的中部设有AB气流通道(4B1D)，AB锥体椭 圆凸嘴(4B1B)接插在B双通道软体手指(1B)的手指接头进气口中； B下阀头（4B2)的一端是下阀面板（4B2C)，B下阀头（4B2)的另一端是AB空心锥体 (4B2B); B下阀头(4B2)的中部设有AB锥体椭圆通孔(4B2D)和AB内凸台（4B2A)，该AB内凸台 (4B2A)用于支撑B双通道软体手指（1B)的手指接头的外环形体;AB锥体椭圆通孔(4B2D)用 于B双通道软体手指(1B)的手指接头穿过。2. 根据权利要求1所述的软体二指机器人，其特征在于：双通道软体手指为硅橡胶材 质。
【文档编号】B25J15/12GK205704257SQ201620683993
【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