CN104385285A - 吸附器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种吸附器，包括有本体，所述本体内具有横截面为圆形的腔体，腔体具有一个封闭端面和一个开口端面，所述的开口端面形成吸附物体的端面，所述腔体的内壁上有连通所述腔体和外部的流体供给源的切向设置的喷嘴，所述本体其下方通过连接件设置有环状底板，所述环状底板与所述本体下端面之间留有间隙，该间隙形成排出流道，所述排出流道连通腔体内部与外周环境；本发明能吸附柔软的、表面粗糙不平整的物体，且物体在横向的搬运过程中不会发生滑动和脱落。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸附器。
背景技术
在工业自动化生产线上，我们常常需要对一些表面粗糙不平整或是柔软材质的物体实施搬运操作，这样的操作在物体的装箱，排列，工件筛选等作业中尤其重要。如何抓起这样的物体是一个技术难题。目前常用的方式是采用爪形机械手，但是，爪形机械手的造价高昂，机械结构的故障率高，日常维护复杂，并且，无法适用于一些片状以及柔软的物体。采用真空吸盘是另一种常用的方式，真空吸盘与真空源（真空泵或是射流真空发生器）相连接，通过抽吸真空吸盘和物体之间的空气来产生真空和吸力，但是，真空吸盘所能吸附的对象只限于表面平整且光滑的物体；如果物体的表面粗糙或是不平整的话，吸盘和物体之间就会出现缝隙，从而导致空气流入吸盘内破坏真空，使真空吸盘失效。
现有的日本公开技术，公开号JP 2005-51260，参见图1、图2、图3和图4，该公开技术的吸盘包括有一个圆筒形腔体1，在该圆筒形腔体的圆形壁面处加工了两个切线喷嘴2，流体喷出后在腔体内形成旋转流动，旋转流动的离心力使圆形腔体内形成低于外周环境压力的低压分布，从而能够实现吸附下方的板状物体3。但是该技术存在着以下缺陷：
1）如图4所示，从喷嘴2进入圆筒腔体的流体将会从该吸盘的下方排出，因此，该吸盘在吸起下方物体的同时会和物体保持一定的间距，流体流入该缝隙并流经该缝隙排出，这导致了该吸盘和物体没有发生接触，因此，该吸盘无法给物体在横向上提供摩擦力。没有横向的摩擦力，物体就无法跟随吸盘在横向做移动。
2）当流体流经吸盘外缘底面和物体之间的缝隙流道时，在粘性的作用下会在缝隙流道中形成高于外周环境压力的高压分布，参见图5，该高压分布不仅会对下方的工件施加一个排斥力，而且还会使得圆筒腔体内的低压分布向高压方向移动，这些都导致了吸力的减弱。
3）在下方的物体表面比较粗糙或是凹凸不平整的情况，物体表面和吸盘外缘底面所组成的缝隙流道的流阻会增加，且流阻在圆周方向上是不规则，即有些地方的流阻大，有些地方的流阻小，于是，流体在流经这样的流道时发生紊乱，参见图6，这些因素会导致吸力急剧下降且吸附变得不稳定。根据我们的研究发现，吸盘的缝隙流道中的高压分布与腔体内的低压分布有一个连动的关系，也就是说，若缝隙流道的高压分布变得紊乱，腔体内的低压分布也会变得紊乱，从而导致吸力变得不稳定；另外，物体的表面变得粗糙会导致流体流经缝隙流道时的阻力增加，缝隙流道的高压分布就会增大，作用在物体上的排斥力就会增加，并且，增大的高压分布还会使得腔体内的低压分布向高压方向移动，最终结果就是导致吸力急剧减小。
4）当物体是柔软材质时，物体在腔体内的低压作用下发生变形从而导致中心部分陷入腔体内，这样的变形很有可能导致物体和吸盘发生局部接触，参见图7，发生局部接触的部位无法排出流体，从而导致了流体的排出在圆周方向上严重不对称，且流体排出时会发生混乱，这样的非对称排出和混乱会破坏圆筒腔体内的流体旋转的流动状态，其结果就是吸力的大幅下降。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种能吸附柔软的、表面粗糙不平整物体的吸附器。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是: 它包括有本体，所述本体内具有横截面为圆形的腔体，腔体具有一个封闭端面和一个开口端面，所述的开口端面形成吸附物体的端面，所述腔体的内壁上有连通所述腔体和外部的流体供给源的切向设置的喷嘴，所述本体其下方通过连接件设置有环状底板，所述环状底板与所述本体下端面之间留有间隙，该间隙形成排出流道，所述排出流道连通腔体内部与外周环境。
上述技术方案中，更具体的方案还可以是：所述本体上方设有顶板，该顶板通过所述连接件与所述环状底板连接，该连接件设置在所述本体两侧壁的通孔内，所述本体的内壁下端开设有测压孔，该测压孔与差压传感器连接，所述本体上端面安装有电机，该电机通过其驱动的螺杆与所述顶板连接；所述螺杆与所述顶板螺纹连接。
进一步的：所述连接件为连杆。
进一步的：所述环状底板的下端面附着有柔软垫片。
进一步的：所述柔软垫片为橡胶垫。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、由于环状底板与本体下端面之间形成一个平整且畅通的排出流道，腔体内的流体能够通过这一流道均匀地排出，因此，流体不会流入物体和环状底板之间，这使得环状底板的下端面和物体有一个充分的接触，因此能够在横向上产生足够的摩擦力确保物体在横向的搬运过程中不会发生滑动和脱落；
2、流体流经环状底板和本体下端面之间的排出流道排出时，粘性的作用会在排出流道部分形成高于外周环境压力的高压分布，环状底板阻隔了高压分布所产生的向下排斥力，使物体不必承受这一排斥力。
3、环状底板在本体下端面建立起了一个平整且畅通的排出流道，从喷嘴流入腔内的流体能够通过这一流道平稳且均匀地排出，因此，即使是吸附表面粗糙的物体的情况，物体的表面并不会影响流体的排出，从而能够避免流体排出时产生的流动紊乱等问题，也就避免了腔体内的流体旋转发生紊乱的问题，这减小了物体的粗糙表面对吸力所产生的影响，有利于吸力的稳定。
4、在吸附柔软材质的物体时，物体会在腔体内的低压的作用下发生变形，物体即使因为形变和环状底板发生接触，也不会堵塞流体的排出流道，因此也不会影响流体的排出。
附图说明
图1是现有吸盘的立体图。
图2是现有吸盘的主视图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是现有吸盘在吸附物体时流体的流向示意图。
图5是现有吸盘在吸附物体时高压分布示意图。
图6是现有吸盘在吸附表面比较粗糙或是凹凸不平整的物体时流体的流向示意图。
图7是现有吸盘在吸附柔软物体时流体的流向示意图。
图8是本发明的结构示意图。
图9是图8的俯视图。
图10是本发明吸力和排出流道高度之间的关系图。
图11是本排出流道的入口压力和排出流道高度的关系图。
具体实施方式
以下结合附图实例，对本发明作进一步详述：
如图8和图9所示的实施例，它包括有本体11，本体内具有横截面为圆形的腔体11-1，腔体11-1具有一个封闭端面和一个开口端面，开口端面形成吸附物体的端面，本体11的内壁上有连通腔体11-1内部和外部的流体供给源的切向设置的喷嘴12，喷嘴喷出的流体在腔体内部11-1产生旋转流动，喷嘴可以是一个也可以是多个，沿着圆筒腔体的圆周方向等距分布，本体11其下方设置有环状底板13，其上方设有顶板14，环状底板13与顶板14之间通过设置在本体11两侧壁通孔15内的两根连杆16连接，连杆16穿过本体11的通孔并与该通孔15滑动配合；环状底板13与本体下端面之间存在间隙并形成排出流道17，排出流道17连通腔体内部与外周环境；本体11的内壁下端开设有测压孔18，该测压孔与装在本体11上端面的差压传感器19连接，测压孔测量的是排出流道的入口压力，测压孔与差压传感器相连接；本体11上端面安装有电机20，该电机的转轴与螺杆21连接，螺杆21与顶板14螺纹连接，差压传感器测量排出流道的入口压力和外周环境压力的压力差值，该差值作为反馈信号输入到控制器，控制器以压力差值为零作为控制目标调节电机的转角，电机带动螺杆转动后通过螺杆传动来带动顶板及与顶板相连接的连接杆和环状底板做上下移动，从而改变环状底板和本体下端面的间距，也就是改变了排出流道的高度，使其到达最佳设计值，以保证吸力始终处于最大值。环状底板13的下端面设置有橡胶垫22，以增加环状底板13的下端面的摩擦效果。
如图10所示，流体的排出流道的高度非常重要，通过实验分析发现，如果排出流道的高度太小，流体在狭窄的流道中流动时会在粘性摩擦的作用下形成很高的高压分布，也就是说排出流道的入口压力是大于外周环境压力的，该高压会使腔体内的低压分布向高压方向移动，这就减弱了吸力；若逐渐增加排出流道的高度，流道中的高压分布逐渐减小，腔体内的低压就会向下移动，吸力增大；当排出流道的入口压力等于外周环境压力时，吸力到达最大值，这时的排出流道的高度则为最佳设定值；当把排出流道的高度设定更大的话，吸力开始逐渐减弱，其原因是过大的流道使得流体没能在腔体内进行充分的旋转就流入了排出流道，这会使得排出流道入口处的压力低于环境压力，因此，吸附器外周的流体会被倒吸入腔体内，形成逆流，逆流会严重破坏流体的旋转，削弱吸力。从图10和图11中可以看到，吸力到达最大值时排出流道的入口压力是等于外周的环境压力的，也就是说，当排出流道的入口压力等于外周环境压力时的流道高度是最佳设定值。同时，排出流道的最佳高度设定值会随着供给流量的变化而变化。当喷嘴的供给流量较大时，流道的最佳高度值会增加，当喷嘴的供给流量较小时，通道的最佳高度值会减小。但是，当流道高度达到最佳设计值时流道的入口压力等于外周环境压力这一结论依然成立。因此，我们通过使用差压传感器测量排出流道的入口压力和外周环境压力的压力差值，并将该差值作为反馈信号输入到控制器，控制器以压力差值为零作为控制目标调节电机的转角，电机带动螺杆转动后通过螺杆传动来带动顶板及与顶板相连接的连接杆和环状底板做上下移动，将排出流道的高度设置为最佳设计值，以保证吸力始终处于最大值。
Claims (5)
1.一种吸附器，包括有本体，所述本体内具有横截面为圆形的腔体，腔体具有一个封闭端面和一个开口端面，所述的开口端面形成吸附物体的端面，所述腔体的内壁上有连通所述腔体和外部的流体供给源的切向设置的喷嘴，其特征在于：所述本体其下方通过连接件设置有环状底板，所述环状底板与所述本体下端面之间留有间隙，该间隙形成排出流道，所述排出流道连通腔体内部与外周环境。
2.根据权利要求1所述的吸附器，其特征在于：所述本体上方设有顶板，该顶板通过所述连接件与所述环状底板连接，该连接件设置在所述本体两侧壁的通孔内，所述本体的内壁下端开设有测压孔，该测压孔与差压传感器连接，所述本体上端面安装有电机，该电机通过其驱动的螺杆与所述顶板连接；所述螺杆与所述顶板螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的吸附器，其特征在于：所述连接件为连杆。
4.根据权利要求1或2所述的吸附器，其特征在于：所述环状底板的下端面设置有柔软垫片。
5.根据权利要求4所述的吸附器，其特征在于：所述柔软垫片为橡胶垫。
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