[發明專利]一種多自由度仿人剛柔混合手及其制造工藝

有效

• 申請號: 202010177322.9
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111300459B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 姜力;甄睿辰;樊紹巍;程明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/12;B25J19/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種多自由度仿人剛柔混合手，包括硬質手掌(1)以及可拆卸安裝在硬質手掌(1)上的五根結構相同的軟體手指(2)；每個所述軟體手指(2)的指間關節(4)均包括中央氣腔(4-4)、貼附在中央氣腔(4-4)底面的應變限制層(4-7)、由纏繞在中央氣腔(4-4)和應變限制層(4-7)外側的不可伸縮絲線而形成纖維限制層(4-1)，以及覆蓋在外表面的軟體外殼(4-6)；

其特征在于：每個所述軟體手指(2)均包括掌指關節(3)及指間關節(4)；所述掌指關節(3)包括纖維限制螺紋管(3-2)、中央氣道(3-3)、手指底座(3-4)及多個掌指關節氣腔(3-1)；所述多個掌指關節氣腔(3-1)環繞應變限制管(7)，應變限制管(7)內部中空形成中央氣道(3-3)，所述中央氣道(3-3)與中央氣腔(4-4)連通，且掌指關節氣腔(3-1)外側纏繞一層纖維限制螺紋管(3-2)，在中央氣道(3-3)和多個掌指關節氣腔(3-1)末端插入手指底座(3-4)；

所述硬質手掌(1)的主體部內設有通氣腔，硬質手掌(1)通過螺釘固定軟體手指(2)；

每個中央氣道(3-3)、每個掌指關節氣腔(3-1)以及每個中央氣腔(4-4)均通過各自的毛細硅膠軟管進氣，

所述多自由度仿人剛柔混合手的制造工藝，包括以下步驟：

制作手指：S1.將各氣腔的基體材料EcoFlex00-30硅膠的AB組分按照質量分數比例1:1在室溫下攪拌混合均勻；

S2.基體材料在負0.8個大氣壓的真空中靜置脫泡處理；

S3.將基體材料分別倒入掌指關節模具(5)及指間關節中央氣腔模具(6)；

S4.室溫固化4小時之后，開模取出氣腔基體；

S5.掌指關節(3)的中央氣道(3-3)內插入應變限制管(7)并用硅膠膠水固定，外層纏繞Kevlar纖維；在指間關節(4)的中央氣腔(4-4)下方貼附應變限制層(4-7)并纏繞Kevlar纖維，依次插入近指節骨骼(4-2)、中指節骨骼(4-3)及軟指節骨骼(4-5)并用硅膠膠水固定；

S6.將掌指關節(3)和指間關節(4)組裝固定后整體放入外殼模具(8)；

S7.合模后，將靜置脫泡后的硅膠混合液體通過外殼模具(8)前端的澆注口(8-1)緩慢倒入，至硅膠充滿內部空腔后，在排氣口處抽氣排出氣泡，避免氣泡產生的固化缺陷；澆注完成后，常溫固化4小時；

S8.待整體固化完成后脫模修剪飛邊；

組裝：S9.使用硅膠膠水固定手指底座(3-4)，并將直徑2mm的毛細硅膠軟管插入手指底座(3-4)上的氣孔并用硅膠膠水密封固定，即完成剛柔混合手指的制造及組裝。

2.根據權利要求1所述的一種多自由度仿人剛柔混合手，其特征在于：所述指間關節(4)還包括近指節骨骼(4-2)、中指節骨骼(4-3)及軟指節骨骼(4-5)；所述近指節骨骼(4-2)、中指節骨骼(4-3)和軟指節骨骼(4-5)依次間隔設置，并套裝在纖維限制層(4-1)外側上。

3.根據權利要求2所述的一種多自由度仿人剛柔混合手，其特征在于：每個所述軟指節骨骼(4-5)為兩端敞口中部設有隔板的圓筒結構。

4.根據權利要求1或3所述的一種多自由度仿人剛柔混合手，其特征在于：所述硬質手掌(1)的通過前蓋板(1-1)和后蓋板(1-2)相對設置形成主體部，且前蓋板(1-1)和后蓋板(1-2)通過螺釘固定，主體部底部設有的安裝孔內插入連接件(1-3)，連接件(1-3)設有用于引出多根毛細硅膠軟管的中心通孔。

5.據權利要求4所述的一種多自由度仿人剛柔混合手，其特征在于：所述多個中央氣道(3-3)、多個掌指關節氣腔(3-1)以及多個中央氣腔(4-4)的基體由EcoFlex00-30硅膠制成。

6.根據權利要求1所述的一種多自由度仿人剛柔混合手，其特征在于：所述多自由度仿人剛柔混合手采用嵌入式控制系統，相應配套集成軟體控制器，該軟體控制器集成2x10個高速電磁閥陣列及其功率放大驅動芯片，4x 5+1氣壓傳感器陣列以及高流量微型氣泵。