CN101907121A

CN101907121A - 一种自带真空源的负压吸附模块

Info

Publication number: CN101907121A
Application number: CN 201010223519
Authority: CN
Inventors: 朱海飞; 管贻生; 张联盟; 张宪民; 张宏
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2010-12-08

Abstract

本发明涉及一种自带真空源的负压吸附模块。该模块将三个真空吸盘连接在一起，由模块自带的真空泵同时抽真空而形成负压。主要包括真空吸盘、单向阀、真空泵、主支架、真空压力传感器、二位二通真空电磁阀、连接架、气管等。二位二通真空电磁阀控制三个真空吸盘内腔与大气的通断，不连通时真空吸盘便与被吸附表面形成密闭空腔，真空泵工作就使腔内形成负压而产生吸附功能；连通时吸盘负压解除而使模块脱离吸附表面。本模块结构简单、自成一体、独立完整，与其它模块或零部件连接方便，可用作爬壁机器人的吸附足或者操作臂的末端执行器。

Description

一种自带真空源的负压吸附模块

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体而言涉及一种用于爬壁机器人和于工业界的自带真空源的负压吸附模块。

背景技术

负压吸附作为一种依赖于大气压力来实现抓取或者固定的技术，具有无污染、成本低、使用方便、维护容易、对环境有良好的适应性等优点，因此为工业界所广泛采用。根据形成压力差的方法，一般可将负压吸附分为真空吸附、气流负压吸附和挤压排气吸附等。气流负压吸附基于文丘里原理产生吸气效果，因而需要为负压吸附装置源源不断地输送压缩空气，不方便移动，噪声较大，效率也很低，在工业中应用较多。挤压排气吸附则依靠挤压密闭腔体尽量排出气体来形成真空，所能产生的真空度非常有限，难以应付大负载的需求。

北京蓝星哈工大机器人技术有限公司研制的一种负压吸附单元(专利号：zl01202018.4)采用单吸盘和离心风机组合，通过高速离心风机对吸盘腔抽取真空，但这种结构所提供的真空度有限且噪声大，一旦风机停止，吸附装置马上失效；美国密西根州大学开发了重35g的单吸盘“智能机器人足(Smart Robotic Foot，SRF)”，国内沈阳自动化研究所也开发了类似装置。但这种SRF仅针对微小型负重而开发的。上述两者均采用单吸盘机构，而吸盘在大负重后不可避免地发生较大的扭曲变形，将导致负载产生明显倾斜和吸盘的一侧翘起，使失效的可能性大大增加，降低了吸附的可靠性和安全性。因此，这种负压吸附装置用于爬壁机器人时，必然给机器人的控制带来更为严格的要求，而机器人仅能进行一些简单的检测等工作，对于建筑、化工、核工业和消防等领域的常规尺寸爬壁机器人则无能为力。综上，面向常规尺寸爬壁机器人，开发一个吸附牢固可靠、结构和控制简单的真空吸附模块，对爬壁机器人具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自带真空源的负压吸附模块，其结构简单、控制容易、使用可靠，既可作为仿生爬壁机器人的一个独立吸附模块，充当爬壁机器人的两个附着足，又可作为机器人操作臂的末端执行器，还可作为一种工业界通用的自带真空源，需要大负载和长距离移动能力的末端吸附装置。自带真空源的负压吸附是长距离移动、大负载的机械系统末端执行器的理想工作方式之一。

本发明公开一种自带真空源的负压吸附模块，主要由真空吸盘、单向阀、真空泵、主支架、真空压力传感器、二位二通真空电磁阀、连接架、L形快插式螺纹接头、气管、四合一分气接头构成；三个真空吸盘呈正三角形布置固定于主支架上，三个真空吸盘分别连接L形快插式螺纹接头，气管分别从三个L形快插式螺纹接头顶端引出，并由四合一分气接头汇聚到一起，再由分气接头与二位二通真空电磁阀连接；气管从二位二通真空电磁阀另一端引出，通过单向阀、快插式变径接头，接到真空泵的抽气口上；真空压力传感器通过气管连接到分气接头的其中一个汇合口上，与上述真空吸盘内腔气路相通。

真空泵通过真空泵固定板固定于主支架上；连接架通过内六角螺钉固定在主支架上，分气接头设置在连接架中；真空压力传感器和二位二通真空电磁阀均通过螺钉固定在主支架上。

三个真空吸盘均为圆锥状吸盘，各自通过六角螺帽固定于主支架上，三个真空吸盘分别通过顶端带有螺纹的六角螺帽连接L形快插式螺纹接头。

本发明采用DSP2812作为主控制器；真空压力传感器接入DSP2812的16位A/D模块进行数据采集和转换，用于实时监测真空吸盘内部气压；真空泵和二位二通真空电磁阀均由DSP2812通过驱动电路控制工作与否；与其它部件相连接构成系统时，主控制器DSP2812作为下位机，受上位机支配，响应上位机的指令，它们之间通过RS232串口或者CAN总线通讯。

本发明一个模块上采用多个相同的吸盘而不采用单个大吸盘，可有效解决单吸盘模块存在的受载后因吸盘大变形使模块大幅度倾斜而造成控制困难的问题，提高吸附的可靠性和安全性。该功能模块的工作原理和过程如下：当上位机(如PC机)给出吸附指令时，吸附模块的主控制器DSP2812(即下位机)响应，驱动真空泵电机，开始对三个真空吸盘和被吸附表面形成的密闭空腔抽真空，同时不断采集真空压力传感器的输出，实时监测密闭空间的真空度；当真空度达到支撑负载的要求时，即可停止抽真空操作，并由单向阀和二位二通真空电磁阀保持腔内真空。当上位机给出脱吸附指令时，下位机接通二位二通真空电磁阀，使得密闭空腔直接与大气连通，恢复气压，脱开吸附。吸盘内腔真空度采用压力传感器检测，通过下位机实时采集和使用，并供上位机读取和显示等。

吸附模块自带真空泵，从而摆脱了拖带压缩空气输送管的束缚。选用干式回转真空泵，由24V直流电机驱动，可提供25KPa左右的绝对压力(真空度)。24V二位二通直流驱动电磁阀控制真空吸盘内腔是否与大气连通，与真空泵配合而相应地产生吸附和脱吸附作用。单向阀保证吸附模块的断电保护功能。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.自带高真空度真空泵，摆脱了拖带压缩空气输送管的束缚；

2.由多个相同的吸盘组成，吸附可靠，基本无负载变形，消除了单吸盘模块的不足；

3.结构简单、自成一体、独立完整，与其它模块的连接方便、快捷；

4.气路简单，控制容易。

附图说明

图1是本发明负压吸附模块的外观图；

图2是本发明负压吸附模块的结构展开图；

图3是本发明负压吸附模块的气路连接图；

图4是本发明负压吸附模块的气路原理图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，自带真空源的负压吸附模块包括真空吸盘01、单向阀02、真空泵03、主支架04、真空压力传感器05、二位二通真空电磁阀06、连接架07、六角螺帽08、真空泵固定板13和内六角螺钉14。三个真空吸盘01均为圆锥状吸盘，各自通过六角螺帽08固定于主支架04上，呈正三角形布置。三个真空吸盘01分别通过顶端带有螺纹的六角螺帽08连接L形快插式螺纹接头09，气管11分别从三个L形快插式螺纹接头09顶端引出，并由四合一分气接头12汇聚到一起，再通过快插式变径接头10后由L形快插式螺纹接头09与二位二通真空电磁阀06(接常闭通口)连接。气管11从二位二通真空电磁阀06另一端引出，通过单向阀02、快插式变径接头10，接到真空泵03的抽气口上。真空压力传感器05通过气管11连接到分气接头12的其中一个汇合口上，与上述空气路相通，用以检测吸盘内腔的真空度；真空泵03通过真空泵固定板13固定于主支架04上；连接架07通过内六角螺钉14固定在主支架04上，分气接头12设置在连接架07中；真空压力传感器05和二位二通真空电磁阀06均通过螺钉固定在主支架04上。

本发明的整个吸附模块采用DSP2812作为主控制器。真空压力传感器05接入DSP2812的16位A/D模块进行数据采集和转换，以实时监测真空吸盘内部气压；真空泵03和二位二通真空电磁阀06均由DSP2812通过驱动电路控制工作与否。与其它部件相连接构成系统时，主控制器DSP2812作为下位机，受上位机(如PC机等)支配，响应上位机的指令，它们之间通过RS232串口或者CAN总线通讯。

三个真空吸盘01呈正三角形布置，可有效减小由于负重导致吸盘变形而带来机器人本体倾斜等影响。

本发明的工作原理和过程如下：开始时，该负压吸附模块与被吸附表面紧密贴合，二位二通真空电磁阀06不动作，即工作在右位，三个真空吸盘01和被吸附平面间形成一个与真空泵连通的密闭空腔。当上位机(如PC机，图中未画出)给出吸附指令时，吸附模块的主控制器DSP2812(即下位机)响应，驱动真空泵03电机，开始对该密闭空腔抽真空，同时不断采集真空压力传感器05的输出，实时监测密闭空间的真空度；当真空度达到支撑负载的要求时，即可停止抽真空操作，并由单向阀02保持腔内真空；而当真空压力传感器05的输出指示密闭腔内真空度降低至一定程度时，下位机又再次启动真空泵03对密闭腔进行抽真空作业，如此反复即可保证吸附既牢固可靠又节省能源(这对于自带电源的爬壁机器人尤为重要)。当上位机给出脱吸附指令时，只要接通二位二通真空电磁阀06，即工作在左位，使得密闭空腔直接与大气连通，即可恢复其气压，脱开吸附。

Claims

1.一种自带真空源的负压吸附模块，其特征在于主要由真空吸盘、单向阀、真空泵、主支架、真空压力传感器、二位二通真空电磁阀、连接架、L形快插式螺纹接头、气管、四合一分气接头构成；三个真空吸盘呈正三角形布置固定于主支架上，三个真空吸盘分别连接L形快插式螺纹接头，气管分别从三个L形快插式螺纹接头顶端引出，并由四合一分气接头汇聚到一起，再由分气接头与二位二通真空电磁阀连接；气管从二位二通真空电磁阀另一端引出，通过单向阀、快插式变径接头，接到真空泵的抽气口上；真空压力传感器通过气管连接到分气接头的其中一个汇合口上，与上述真空吸盘内腔气路相通。

2.根据权利要求1所述的负压吸附模块，其特征在于真空泵通过真空泵固定板固定于主支架上；连接架通过内六角螺钉固定在主支架上，分气接头设置在连接架中；真空压力传感器和二位二通真空电磁阀均通过螺钉固定在主支架上。

3.根据权利要求1或2所述的负压吸附模块，其特征在于三个真空吸盘均为圆锥状吸盘，各自通过六角螺帽固定于主支架上，三个真空吸盘分别通过顶端带有螺纹的六角螺帽连接L形快插式螺纹接头。

4.根据权利要求3所述的负压吸附模块，其特征在于采用DSP2812作为主控制器；真空压力传感器接入DSP2812的16位A/D模块进行数据采集和转换，用于实时监测真空吸盘内部气压；真空泵和二位二通真空电磁阀均由DSP2812通过驱动电路控制工作与否；与其它部件相连接构成系统时，主控制器DSP2812作为下位机，受上位机支配，响应上位机的指令，它们之间通过RS232串口或者CAN总线通讯。