CN102581837A - 微小件真空夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微小件真空夹持装置，包括电控移动平台，用于多自由度调整机械夹持机构的位置和姿态；手调平台上固定有微力传感器，被夹持件的底部固接在微力传感器上，手调平台用于多自由度调整被夹持件的位置和姿态，使夹持器与被夹持件之间在空间上配合；微力传感器，用来感知被夹持件在被夹持过程中的受力情况；真空单元、视觉感知单元和电控移动平台分别与控制单元的输出端电气连接；控制单元接收被夹持件的位置和姿态信息，并输出控制信号控制电控移动平台移动，调整夹持端头与被夹持件的曲面紧密贴合，感知夹持过程中被夹持件的受力情况、控制真空单元接通气路驱动机械夹持机构、控制视觉感知单元，采集被夹持件的位置和姿态信息。

Description

微小件真空夹持装置

技术领域

本发明涉及真空夹持装置，尤其是涉及一种微小件真空夹持装置。

背景技术

使用真空吸盘夹持具有较大平面的零件已是人所共知的技术，这类真空吸盘甚至可以夹持住平面上存在一些不规则凸起的零件，例如专利公开号为86102911的“工业用真空夹持器”、专利公开号为86105532的“挠性真空夹持器”、专利公开号为CN 201573094U的“应用于硅片化学机械抛光设备中的机械手终端夹持夹持器”等。以上技术都是针对有一个较大平面或基本为平面的零件来说的，真空夹持器的吸盘与零件的平面易形成一个密封的真空腔，以保持对零件的夹持力。有些尺寸小于20mm的微小零件，具有薄壁结构，对零件的圆柱面还需要精确定位，且零件的强度也不适合对它从两侧进行夹持，若采用真空吸附夹持就不易实现稳定的真空夹持。在这样的空间尺寸下，吸盘上复杂的结构难以展开，而刚性曲面的加工误差又不易实现吸盘真空腔的密封，这样微小件的柱面就存在难以稳定夹持的问题。图2中的被夹持件6即为一个这类需要夹持的零件，但不局限于这类零件。

另外对细微精密零件位置和姿态的感知，进而控制整个夹持过程，实现快速、准确、自动化的夹持都是目前还没有解决的问题。

对表面质量要求非常高的零件，在装配过程中不能因夹持等动作而损坏零件光滑的表面。所以在夹持夹持动作时，必须把真空吸附面准确的移动到零件相对应的表面处并紧密的贴合以后，才能启动夹持动作，否则极易损坏被夹持零件的表面。在精密仪器的制造和组装过程中，某些细小的精密零件，特别是某些具有柱面外表特征的细小零件，在夹持并移动零件进行精确定位时，夹持设备的夹持力和对零件的保护能力都是不易保证的。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明目的是提供一种微小件真空夹持置，同时也是对微小零件，特别是对有柱状曲面特征的精细零件，进行精确定位并稳定可靠夹持的方案。

为实现所述目的，本发明提供的微小件真空夹持装置的技术方案是由机械夹持机构、电控移动平台、手调平台、真空单元、视觉感知单元、微力传感器、夹持器和控制单元组成，其中：

机械夹持机构，具有内腔、接口端和末端；

电控移动平台，其上固定有机械夹持机构并一起移动，用以多自由度调整机械夹持机构的位置和姿态；

真空单元，具有控制端和真空输出端，其真空输出端与机械夹持机构的接口端连接，用于产生负压；

夹持器，具有中空腔体，中空腔体的两端具有一接头端和一曲面体夹持端头，接头端与机械夹持机构的末端连接，使中空腔体与机械夹持机构的内腔结合形成稳定的真空腔，曲面体夹持端头与被夹持件的曲面紧密贴合；

手调平台，其上固定有微力传感器，被夹持件的底部固接在微力传感器上，用于以多自由度调整被夹持件的位置和姿态，使电控移动平台上的夹持器与被夹持件之间在空间上配合；微力传感器，用来感知被夹持件在被夹持过程中的受力情况；

控制单元的输出端分别与真空单元、视觉感知单元和电控移动平台电气连接；控制单元接收被夹持件的位置和姿态信息，并输出控制信号；

控制单元的输出端向电控移动平台发送控制信号，控制电控移动平台移动，用于调整夹持器的位置，直到使夹持器的夹持端头与被夹持件的曲面紧密贴合；

控制单元的输出端向真空单元发送控制信号，用于控制真空单元开启和关闭，使真空单元接通气路；

控制单元输出端向视觉感知单元发送控制信号，用于控制视觉感知单元调整视场和焦距，采集被夹持件的位置和姿态信息。

本发明的优点和积极效果：本发明可以快速准确的识别需要夹持的零件，根据零件的位置和姿态信息调整夹持器的曲面体夹持端头的位置，实现夹持器相对于被夹持零件的精确定位，使曲面体夹持端头真空吸附面与被夹持零件在夹持前实现紧密贴合，接通真空单元夹住零件，避免夹持过程冲击损坏被夹持零件；本发明解决了对微小零件寻找和夹持的难题，本发明夹持过程中，可感知被夹持件的受力情况，避免被夹持件受力过大，保证了夹持过程中不对零件产生损坏，对解决微小器件装配难题有重要意义。本发明对复杂精细装置的装配也有重要意义，本发明适合夹取具有柱面特征、球面特征和平面特征的微小零件的夹持。

附图说明

图1为本发明微小件真空夹持器总成结构；

图2为被夹持件；

图3为本发明曲面体夹持端头的一实施例；

图4、图5、图6分别为本发明曲面体夹持端头的三种应用例。

图中标号说明：

1-机械夹持机构；            2-电控移动平台；

3-手调平台；                4-真空单元；

5-视觉感知单元；

6-被夹持件；                61-薄壁；

62-开孔；

7-微力传感器；

8-夹持器；                  81-夹持曲面；

82-定位标识；               83-真空气路开口；

84-弹性涂层；               85-凸起；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明可以对精密零件进行准确的识别、夹持、移动和快速定位，精密零件被放置在位姿手调平台上，通过视觉识别单元感知精密零件的位置和姿态，调整该平台使精密零件的位置和姿态处于较有利的状态。机械夹持机构固定在电控移动平台上，通过控制单元控制该平台，使夹持机构的夹持端头快速准确的移动到理想位置，接通真空单元的阀门，夹持零件。控制单元通过电控移动平台可以把精密零件移动到预定位置。本发明在保证了对精密零件的夹持能力的同时，还能不损坏精密零件的表面特征，同样适用于其他精密细微装置的装配过程。

本发明的实施例之一是对惯性约束核聚变实验装置的靶进行装配时，使用的自动真空夹持装置，图1所示为微小件真空夹持装置，由机械夹持机构1、电控移动平台2、手调平台3、真空单元4、视觉感知单元5、被夹持件6、微力传感器7、夹持器8和控制单元组成，其中：

机械夹持机构1，具有内腔、接口端和末端；

电控移动平台2，其上固定有机械夹持机构1并一起移动，用以多自由度调整机械夹持机构1的位置和姿态；

真空单元3，具有控制端和真空输出端，其真空输出端与机械夹持机构1的接口端连接，用于产生负压；

夹持器8，具有中空腔体，中空腔体的两端具有一接头端和一曲面体夹持端头，接头端与机械夹持机构1的末端连接，使中空腔体与机械夹持机构1的内腔结合形成稳定的真空腔，曲面体夹持端头与被夹持件6的曲面紧密贴合；

手调平台3，其上固定有微力传感器7，被夹持件的底部固接在微力传感器7上，用于以多自由度调整被夹持件6的位置和姿态，使电控移动平台2上的夹持器8与被夹持件6之间在空间上配合；微力传感器7，用来感知被夹持件6在被夹持过程中的受力情况；

控制单元的输出端分别与真空单元4、视觉感知单元5和电控移动平台电气2连接；控制单元接收被夹持件6的位置和姿态信息，并输出控制信号；

控制单元的输出端向电控移动平台2发送控制信号，控制电控移动平台移动2，用于调整夹持器8的位置，直到使夹持器8的曲面体夹持端头与被夹持件6的曲面紧密贴合，吸附被夹持件6的外廓；

控制单元的输出端向真空单元4发送控制信号，用于控制真空单元4开启和关闭，使真空单元4接通气路；

控制单元输出端向视觉感知单元5发送控制信号，用于控制视觉感知单元调整视场和焦距，采集被夹持件6的位置和姿态信息。

所述电动移动平台2是多自由度移动调整平台，所述多自由度移动调整平台是六自由度调整平台、三自由度移动调整平台、或二自由度移动调整平台中的一种。或根据需要，也可以是其他维度的多自由度调整平台。在电控移动平台2上还可以安装微力传感器7，则机械夹持机构1还可以固定在微力传感器7上。

手调平台3可以是六自由度调整平台，也可以是其他维度的多自由度调整平台。被夹持件6的平台固定在微力传感器7上，微力传感器7又固定在手调平台3上，电动移动平台2和手调平台3可以一起使用，也可以只使用其中一个平台。手调平台3可以调整被夹持件6的位置和姿态，进一步的增加了夹持器8与被夹持件6之间在空间上的配合能力，增强了夹持器8的适应性。

图3为夹持器8的曲面体夹持端头可根据被夹持件6的外廓特点，所述夹持器8的曲面体夹持端头设计成圆弧凹面体夹持端头、或锥形面体夹持端头、或椭圆弧面夹持端头。所述曲面体夹持端头上有夹持曲面81、一个定位标识82、多个真空气路开口83，在夹持曲面81上设有多个真空气路开口83和一个定位标识82，且多个真空气路开口83位于定位标识82的两侧，真空气路开口83与被夹持件6的曲面之间形成真空腔，通过压力差，稳稳地把柱面的被夹持件6夹持住。

所述夹持曲面81上涂设有一层具有增强夹持力、不粘滞的弹性涂层84。要求弹性涂层84既能增强夹持端头8的夹持力，又不会在释放被夹持件6时产生粘连效果。

所述定位标识82的结构形状与被夹持件6的几何结构相同且相互配合，被夹持件6为圆形体时，定位标识82为圆形盲孔、凹坑、凸起中的一种或它们的任意组合，所述圆形盲孔位于曲面体夹持端头的中心位置。定位标识82与被夹持件6上的开孔62相互对应放置，有助于准确感知曲面体夹持端头与被夹持件6之间的相对位置关系。弹性涂层84在提高气密性的同时，增加了曲面体夹持端头与被夹持件6之间的摩擦系数，进一步提高了曲面体夹持端头的夹持能力。定位标识82的数量不受图3所限，体现与被夹持件6几何特点的配合，是技术本质所在。定位标识82为一圆形盲孔，位于夹持曲面81对称中心的位置。需要说明的是，定位标识82和气孔的形状和位置并不是僵死的，其取决于被夹持件6的几何特点，根据被夹持件6的几何特点会有变化，这正是本发明本质精神的体现，在应用例中给出了其他形式的体现。另外本发明的曲面体夹持端头不局限于夹持柱形特征的零件，更换曲面体夹持端头，可以实现对球形零件和有较大平面的零件的夹持(图5)。

所述真空气路开口83与被夹持件6上的开孔的位置、几何结构相同且相互配合设置形成气路。所述真空气路开口83为多个长圆形孔、或圆形孔、或新月形孔，但根据被夹持件6上开孔的位置和形状(参见图2)，真空气路开口83可以是满足夹持许可的其他形状和大小，不局限于长圆孔形；其数量也不局限于2个；其位置也不局限于图3曲面体夹持端头上所示的位置。真空气路开口83的结构形式体现了与被夹持件6几何特点的相互配合，是技术本质所在。真空气路开口83的结构为多个长圆形孔，充分利用空间，增大真空压差的作用面积，提高夹持力。还可根据被夹持件6的薄壁61上的开孔62的位置和形状，设置真空气路开口83夹持许可形状和尺寸的开口。

视觉感知单元5为显微镜，把被夹持件6的位置和姿态信息反馈到控制单元中，控制单元根据这些信息通过电控移动平台2快速准确的调整夹持器8的位置，直到使夹持器8的夹持曲面81与被夹持件6的曲面紧密贴合。显微镜把这一信息反馈给控制单元，使真空单元4的气路接通，夹住被夹持件6，减小了被夹持件6与夹持器8之间的冲击。手调平台3上串联着微力传感器7，用来感知被夹持件6被夹持过程中的受力情况，如果被夹持件6的受力过大，即向控制单元发出信号，调整夹持器8的位置。微力传感器7也可以装在夹持器8的一侧。

被夹持件6为诊断环、环状微小零件、小球或球形零件；

夹持器8的实施方案一：

机械夹持机构1与电控移动平台2之间通过微力传感器7连接，使曲面体夹持端头可以感知夹持过程中被夹持件6的受力情况。

夹持器8的曲面体夹持端头的实施方案二：

如图4示出夹持器8的曲面体夹持端头的第一实施例，曲面体夹持端头包括：夹持曲面81、定位标识82、真空气路开口83和弹性涂层84与图3的结构相同，还包括多个凸起85，在被夹持件6为诊断环时，可以增强被夹持件6承受轴向载荷的能力。实施例用四个凸起85对称地位于夹持曲面81的四个角上，四个凸起85分为两对上凸和下凸起且其中间不连续，留有缺口形成一个凹槽，所述夹持曲面81上涂设有一层具有增强夹持力、不粘滞的弹性涂层84。

夹持器8曲面体夹持端头的的实施方案三：

如图5示出夹持器8的曲面体夹持端头的第二实施例，曲面体夹持端头包括真空气路开口83和夹持曲面81，所述夹持曲面81为夹持锥形面，含有夹持锥形面的曲面体夹持端头可以夹持球形的被夹持件6。根据需要，夹持锥形面上可以涂弹性涂层84，增加夹持力。

夹持器8的曲面体夹持端头的实施方案四：

如图6示出夹持器8的曲面体夹持端头的第三实施例，曲面体夹持端头包括夹持曲面81、定位标识82、两个真空气路开口83，夹持曲面81为柱体形夹持曲面，根据需要柱体形夹持曲面上可以涂弹性涂层。在夹持被夹持件6时，两个真空气路开口83上下对称对着被夹持件6的薄壁61上的两个开孔62之间的实体部分，产生夹持力；而定位标识82则对着被夹持件6的开孔62，用于曲面体夹持端头与被夹持件6之间位置的标定。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微小件真空夹持装置，其特征在于，由机械夹持机构、电控移动平台、手调平台、真空单元、视觉感知单元、微力传感器、夹持器和控制单元组成，其中：

机械夹持机构，具有内腔、接口端和末端；

电控移动平台，其上固定有机械夹持机构并一起移动，用以多自由度调整机械夹持机构的位置和姿态；

真空单元，具有控制端和真空输出端，其真空输出端与机械夹持机构的接口端连接，用于产生负压；

夹持器，具有中空腔体，中空腔体的两端具有一接头端和一曲面体夹持端头，接头端与机械夹持机构的末端连接，使中空腔体与机械夹持机构的内腔结合形成稳定的真空腔，曲面体夹持端头与被夹持件的曲面紧密贴合；

手调平台，其上固定有微力传感器，被夹持件的底部固接在微力传感器上，用于以多自由度调整被夹持件的位置和姿态，使电控移动平台上的夹持器与被夹持件之间在空间上配合；微力传感器，用来感知被夹持件在被夹持过程中的受力情况；

控制单元的输出端分别与真空单元、视觉感知单元和电控移动平台电气连接；控制单元接收被夹持件的位置和姿态信息，并输出控制信号；

控制单元的输出端向电控移动平台发送控制信号，控制电控移动平台移动，用于调整夹持器的位置，直到使夹持器的曲面体夹持端头与被夹持件的曲面紧密贴合；

控制单元的输出端向真空单元发送控制信号，用于控制真空单元开启和关闭，使真空单元接通气路；

控制单元输出端向视觉感知单元发送控制信号，用于控制视觉感知单元调整视场和焦距，采集被夹持件的位置和姿态信息。

2.如权利要求1所述的微小件真空夹持装置，其特征在于，所述电动移动平台是多自由度移动调整平台，所述多自由度移动调整平台是六自由度调整平台、三自由度移动调整平台、或二自由度移动调整平台中的一种。

3.如权利要求1所述的微小件真空夹持装置，其特征在于，微力传感器还能安装在电控移动平台上，机械夹持机构再固定在微力传感器上。

4.如权利要求1所述的微小件真空夹持装置，其特征在于，所述曲面体夹持端头是圆弧凹面体夹持端头、或锥形面体夹持端头；或椭圆曲面夹持端头。

5.如权利要求1所述的微小件真空夹持装置，其特征在于，所述曲面体夹持端头上有夹持曲面、一个定位标识、多个真空气路开口，在夹持曲面上设有多个真空气路开口和一个定位标识，且多个真空气路开口位于定位标识的两侧，真空气路开口与被夹持件的曲面之间形成真空腔。

6.如权利要求5所述的微小件真空夹持装置，其特征在于，所述真空气路开口与被夹持件上的开孔的位置、几何结构相同且相互配合设置形成气路。

7.如权利要求5所述的微小件真空夹持装置，其特征在于，所述真空气路开口为多个长圆形孔或圆形孔或新月形孔。

8.如权利要求5所述的微小件真空夹持装置，其特征在于，所述定位标识的结构形状与被夹持件的几何结构相互配合，被夹持件为圆形体时，定位标识为圆形盲孔、凹坑、凸起中的一种或它们的任意组合，所述圆形盲孔位于曲面体夹持端头的中心位置。

9.如权利要求5所述的微小件真空夹持装置，其特征在于，所述夹持曲面上涂设有一层具有增强夹持力、不粘滞的弹性涂层。

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