CN108483037B - 一种基于颗粒物塑形的真空吸盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于颗粒物塑形的真空吸盘，包括与物体表面进行贴合的薄膜，薄膜内部填充有颗粒材料，其颈部嵌有内部连接板，内部连接板上部拥有两个盲孔，上部端盖通过内部连接板的两个盲孔实现定位连接，上部端盖的下表面连接有防止薄膜过度变形的固定罩，其上表面嵌有两个限位螺栓，限位螺栓通过定位板与上部端盖之间的连接实现固定，定位板的中心通过一根软管，软管底部与顶板连接，顶板与薄膜底部贴合，软管通过软管固定件实现升降同时带动顶板形成薄膜底部凹陷深度的改变，薄膜由于底部凹陷从而形成边缘为环状的吸盘形状，可以很好的实现贴合和塑形的目的。

Description

一种基于颗粒物塑形的真空吸盘

技术领域

本发明涉及气压传动领域，特别是一种基于颗粒物塑形的真空吸盘。

背景技术

在气压传动系统中，真空吸盘是实用有效的吸附夹持工具，对于大多数拥有光洁平整外表面的物体来说，真空吸盘都可以实现良好的吸附夹持效果。但是，随着各行业生产线自动化程度的发展，夹持工件的复杂多样性对吸盘的适形性要求不断提高。传统的真空吸盘由于边缘形状和材质的原因导致其在吸附夹持表面粗糙物体时难以保证气密性，而气密性不良易导致夹持失败。同时，可吸附夹持的物体类型单一，无法满足现代化生产线多品种夹持的需求。这类真空吸盘不能满足通用性，气密性等要求，因此在切换生产线时需要频繁更换夹持器，给生产商增加高额的成本。因此，如何保证真空吸盘吸附夹持时的气密性，增强吸盘的通用性是我们亟需解决的问题。为了解决这一问题，国内外的专家学者提出了很多有效的解决方案。

针对多品种小批量生产线中需要频繁更换大小不同的负压吸盘问题，中国专利(201710465108.1)提出了一种可以适应多种零件尺寸的柔性快调式真空吸盘，其结构包括了多个圆形凹槽，而且将多个圆形凹槽的吸附表面设置在同一平面，通过不同的圆形凹槽的尺寸适应不同的工件尺寸。但是，由于其结构需要设置多个圆形凹槽，在材质的选择上缺乏一定的柔性，多个圆形凹槽的加工也会导致整个吸盘结构的刚性不足，而且吸盘的接触表面是平面，对于粗糙度较高的零件并不能完全保证气密性，因此只能实现一定程度上的通用性。

为了吸附抓取异形曲面零件，成都飞机工业申请的中国专利(201621351213.X)提出了一种曲面异形真空吸盘，设计人员根据零件的形状可以定制专用的模具加工出弹性吸盘主体，只需要更换吸盘主体底部的唇口形状就可以被动的适应各种异形零件。这种定制的方式极大的提高了吸附夹持的可靠性，并且采用了弹性材料，在一定程度上保证了气密性，但是每一次定制都需要制作专用的模具，极大的提高了制造生产成本，而且其唇口是为了贴合物体表面设计，主要是曲面贴合，物体表面的微小凸起和凹陷都会影响吸附的气密性，在设计上没有达到完全贴合的效果。

相比于形状贴合来保证吸附夹持时的气密性，中国专利(201710106321.3)提出了一种真空吸盘，其用真空吸盘内储存的黏胶来填满吸盘与物体之间的空隙，粘胶的流动性可以填满空隙的每个角落，保证了气密性，在粘胶固化后的粘性还可以提升吸盘的吸附夹持力。然而，粘胶的存在一方面保证了气密性，另一方面会对物体的表面造成损伤，对于某些脆弱零件来说，无异于将零件报废。并且每一次夹持都需释放粘胶，然后等待粘胶的固化，不仅浪费了大量的粘胶，还消耗了大量的固化时间。

利用相似的原理来保证吸盘与工件之间气密性的还有中国专利(201710129647.8),它提出了一种能够吸附在毛糙物体表面的真空吸盘，首先将吸盘预粘在物体表面，然后利用吸盘与物体之间的内压将用于预粘的双面胶贴片向物体挤压，若是物体表面粗糙，被挤压的双面胶贴片会发生变形从而填充吸盘与物体之间的空隙。然而，双面胶的存在同样会对物体表面造成损伤，而且气密性的保证基本依赖于双面胶的变形，对于粗糙程度较大的物体，双面胶的适形能力难以保证气密性。

类似于以上的中国专利还有201710081547.2和201510349314.7，它们只能在一定的程度上保证气密性，而且通用性较低，对于部分特定零件拥有良好的吸附夹持效果，但是不能符合多品种、小批量生产线的要求。

目前，通用性、气密性和经济性应该是衡量负压真空吸盘性能的主要方面，在保持气密性的情况下，如何实现一种吸盘解决吸附夹持大多数物体是未来发展的主要趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于颗粒物塑形的真空吸盘，解决了吸盘吸附物体时易漏气问题，且对于非平面物体，利用颗粒材料具有的刚性可变的特点可以使吸盘在正负压的作用下实现柔顺性和刚性的切换，达到被动贴合形成刚性可靠约束的目的。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于颗粒物塑形的真空吸盘，包括第一软管、内部连接板、上部端盖、定位板、固定件组、薄膜、颗粒材料、顶板、两根第二软管和两根限位螺栓；薄膜为桶形，顶面开口，其底面开有一个第一通孔，圆柱形的内部连接板设置在薄膜的颈部，薄膜伸出内部连接板的部分铺设于内部连接板的顶面，上部端盖为圆柱形，底部设有一个圆形凹槽，上部端盖卡在铺设了薄膜的内部连接板上，定位板固连在上部端盖的顶面，第二通孔自上向下贯穿定位板、上部端盖和内部连接板的中心，两个第三通孔位于第二通孔两侧均自上向下贯穿定位板、上部端盖和内部连接板，第一软管底部外翻作水平面，顶板中心设有第四通孔，第一软管自下向上依次穿过第四通孔、第一通孔、第二通孔后伸出定位板，第一软管底部的水平面与顶板固连，薄膜形成气囊，两根第二软管分别穿过两个第三通孔伸入气囊，颗粒材料填充在气囊内，两根限位螺栓对称设置，其头部嵌入上部端盖，螺杆向上伸出定位板，固定件组与第一软管固连，并套在限位螺栓上。

所述固定件组包括软管固定件、连接件和两个螺帽，软管固定件位于连接件上方，软管固定件为长条形，其中心设有第五通孔，第五通孔两侧对称共设置两个第六通孔，连接件为长条形，其中心设有第七通孔，第七通孔两侧对称共设有两个第八通孔和两个六角形凸起，第一软管穿过第五通孔和第七通孔，两根限位螺栓分别穿过两个第八通孔，两个螺帽分别套在两根限位螺栓上，且与连接件顶面的六角形凸起配合，固定件和连接件通过螺栓固连。

所述固定罩、外形为圆台形，内部中空，与上部端盖的底部固连，套在气囊外部，防止气囊在充气膨胀时发生过度变形，从而造成夹持的失败。

所述第二软管采用4mm软管，第一软管采用46mm软管。

所述上部端盖的顶面开设两个限位螺栓定位孔15，其形状尺寸与限位螺栓的头部匹配，使得限位螺栓的头部完全嵌入上部端盖。

所述颗粒材料的填充度为70％-90％。

所述薄膜的材料选用乳胶或硅胶。

所述颗粒材料选用石英砂、谷物颗粒、咖啡粉、碎稻壳、聚苯乙烯泡沫塑料、塑料、聚合物颗粒、玻璃粉、果壳屑、种子的一种或多种组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明夹持主体采用乳胶或硅胶材料制作，兼有柔性和韧性的特征，不仅能够很好的与物体形成柔性接触，而且还能很好的贴合物体的表面形状。

(2)本发明为了解决传统吸盘与物体接触施加真空时出现的漏气问题，采用了刚性可控的阻塞技术，颗粒物被填充于柔性薄膜内，未施压时，吸盘的环状边缘表面内的颗粒物随着被吸附物体的表面形状流动，从而完全贴合被吸附物体表面，随后在吸盘与物体充分接触后抽出接触内部空气完成吸附夹持。

(3)本发明同时也可对非平面物体进行夹持，利用刚性可控的阻塞技术，未施压时与非平面物体形成挤压，待充分接触后抽空吸盘内部空气使吸盘内部的颗粒物材料真空固化与被夹持物体形成刚性的可靠约束。

(4)本发明可依据物体表面粗糙度的大小调节薄膜中空凹陷的深度，从而对具有不同粗糙度的物体都可实现有效吸附夹持，解决了频繁更换夹持器的问题。

(5)本发明实现吸附和夹持的回路均依靠气压传动实现，同时吸盘的主体材料亦采用乳胶或硅胶类材料，有益于环保节能。

附图说明

图1为本发明一种基于颗粒物塑形的真空吸盘的整体结构的四分之一剖视图。

图2为本发明一种基于颗粒物塑形的真空吸盘的上部端盖的四分之一剖视图

图3为本发明一种基于颗粒物塑形的真空吸盘的软管固定件的结构示意图。

图4为本发明一种基于颗粒物塑形的真空吸盘的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述。

结合图1至图4，本发明的实现方式为采用气压驱动原理，利用第二软管9对薄膜10内部施加正压，填充有颗粒材料12的薄膜10微微膨胀，使其内部的颗粒材料12拥有一定的流动空间，待吸盘下端与被吸附夹持的工件接触后，薄膜10被动的贴合工件的表面形状，其内部的颗粒材料12随着薄膜10的变形而随之流动，拟出物体的表面形状，待完全贴合后，通过第一软管1对吸盘与工件之间的空隙施加负压，实现工件的吸附夹持。对于粗糙度较大，甚至拥有凸起的零件，在吸盘与物体充分接触后，利用第二软管9对薄膜10内部施加正压，薄膜10内部的颗粒材料12会相互挤压形成类固体状态，从而与物体表面的凸起形成稳定可靠的约束，最后利用第一软管1对接触空隙施加负压，进一步增强吸附夹持力。得益于上述特点，所述真空吸盘解决了吸盘在吸附夹持物体时易产生漏气的问题，并且拥有很好的通用性。

一种基于颗粒物塑形原理的真空吸盘，包括第一软管1、内部连接板7、上部端盖6、定位板5、固定件组、薄膜10、颗粒材料12、顶板11、两根第二软管9和两根限位螺栓2。薄膜10为桶形，顶面开口，其底面开有一个第一通孔，用于吸附夹持物体，圆柱形的内部连接板7设置在薄膜10的颈部，薄膜10伸出内部连接板7的部分铺设于内部连接板7的顶面，上部端盖6为圆柱形，底部设有一个圆形凹槽，上部端盖6卡在铺设了薄膜10的内部连接板7上，定位板5固连在上部端盖6的顶面，第二通孔自上向下贯穿定位板5、上部端盖6和内部连接板7的中心，两个第三通孔位于第二通孔两侧均自上向下贯穿定位板5、上部端盖6和内部连接板7，第一软管1底部外翻作水平面，顶板11中心设有第四通孔，顶板11用于调节薄膜中空凹陷深度，第一软管1自下向上依次穿过第四通孔、第一通孔、第二通孔后伸出定位板5，第一软管1底部的水平面与顶板11固连，薄膜10形成气囊，两根第二软管9分别穿过两个第三通孔伸入气囊，颗粒材料12填充在气囊内，两根限位螺栓2对称设置，其头部嵌入上部端盖6，螺杆向上伸出定位板5，固定件组与第一软管1固连，并套在限位螺栓2上。

内部连接板7中心的第二通孔的两侧开有对称的盲孔，上部端盖6的下表面设有两个圆柱凸起与内部连接板7形成配合，完成上部端盖6的定位。

上部端盖6的圆形凹槽，尺寸与内部连接板7的直径一致，深度与内部连接板7的高度一致，使得内部连接板7可以完全包络于上部端盖6内部。上部端盖6的上表面开设有限位螺栓定位孔15，其形状尺寸与限位螺栓2的底部一致，使得限位螺栓2的底部可以完全嵌入上部端盖6，上部端盖6的四周开有呈圆周分布的螺纹孔，定位板5通过螺钉与上部端盖6进行连接，定位板5的底部开有圆环形状的凹槽，由于上部端盖6与内部连接板7通过螺钉进行连接，因此螺钉的凸起部分可以被定位板5的圆环形凹槽所容纳,使其连接没有缝隙，同时，定位板5、上部端盖6、内部连接板7的中心开有留待第一软管1通过的第二通孔，第二通孔两侧开有留待第二软管9通过的第三通孔，定位板5的中心孔两侧开用4mm通孔使得限位螺栓得以伸出。

第一软管1通过第二通孔伸入薄膜10的底部并穿过顶板11上的第四通孔通过螺钉连接，软管1的上部通过软管固定件3的第五通孔形成紧密配合，软管固定件3的两侧开有两个第六通孔，其下部拥有对称分布的六角形凸起16，六角形凸起16的底部向内凹陷形成六角形凹槽，尺寸与安装于限位螺栓2上的螺帽一致，深度与螺帽的高度一致，使得螺帽可以完全嵌于其中。连接件4通过螺钉与软管固定件3进行连接，其中心两侧开有第八通孔供螺栓通过，此时螺母与软管固定件3和第一软管1成为整体，第一软管1的高度可由限位螺栓上的螺帽进行调节，当与第一软管1连接的顶板11上升时，顶板11会对薄膜10造成挤压，从而使得薄膜底部出现凹陷的形状，塑造吸盘的外形，凹陷的深度可变，使得其可适应多种物体的吸附夹持。

固定罩8通过螺钉与上部端盖6的底部进行连接，其外形为圆台，内部中空作用是防止薄膜10在充气膨胀时发生过度变形，从而造成夹持的失败。

薄膜10的内部填充了颗粒材料12,颗粒材料12的填充度可依据薄膜的尺寸进行调节，经试验，当填充度为80％时效果较佳。

薄膜10的材料优先选用乳胶、硅胶等兼有韧性和柔性的环保材料，能够拥有很好的适形能力。

球形薄膜10内填充颗粒材料12，颗粒材料12可选石英砂、谷物颗粒、咖啡粉、碎稻壳、聚苯乙烯泡沫塑料、塑料、聚合物颗粒、玻璃粉、果壳屑、种子种的任一种或者任意组合。

实施例1

下面结合附图对本发明真空吸盘吸附夹持的工作过程做进一步的阐述：

第一软管1接第一正压源供气，第二软管9接第二正压源供气，两路正压源的气压不一致，同时第一软管1的气路中并联真空发生器，真空发生器的气源采用第三正压源供气，第二软管9气路中同样并联真空发生器，此气路中真空发生器采用第四正压源供气。

首先将真空吸盘移动于工件上空，然后在下降的过程中采用第二正压源向薄膜10内部进行供气使薄膜10微微膨胀呈现饱满的形状，薄膜10内部的颗粒材料12可以自由的流动，待薄膜10与工件接触后，由于薄膜10的柔性使得其可以随着工件表面的形状而变形，其内部的颗粒材料12随着薄膜10的变形发生对应的流动，拟合工件的表面形状。

待薄膜10与工件完全接触后，此时可根据工件的形状采用两种方案：

当被吸附夹持的工件为较低的粗糙度时，采用第三正压源对真空发生器进行供气，此时吸盘与工件之间没有间隙，真空发生器将吸盘与工件接触部分的空隙抽取真空使得工件得以被吸附夹持。

当被吸附夹持的工件拥有较高的粗糙度，甚至表面有凸起或者凹陷时，待吸盘与工件完全接触后，首先采用第三正压源对真空发生器供气，此时工件与吸盘已形成非常紧密的贴合，然后采用第四正压源对真空发生器进行供气，抽取薄膜10内部的真空，薄膜10内部的颗粒材料12在已拟合工件表面形状的情况下会发生真空固化形成类固体的状态，从而与工件表面的凸起部分形成稳定可靠的约束，进一步的提升吸附夹持力。至此，真空吸盘完成了整个吸附夹持过程。

Claims (8)

1.一种基于颗粒物塑形的真空吸盘，其特征在于：包括第一软管（1）、内部连接板（7）、上部端盖（6）、定位板（5）、固定件组、薄膜（10）、颗粒材料（12）、顶板（11）、两根第二软管（9）和两根限位螺栓（2）；薄膜（10）为桶形，顶面开口，其底面开有一个第一通孔，圆柱形的内部连接板（7）设置在薄膜（10）的颈部，薄膜（10）伸出内部连接板（7）的部分铺设于内部连接板（7）的顶面，上部端盖（6）为圆柱形，底部设有一个圆形凹槽，上部端盖（6）卡在铺设了薄膜（10）的内部连接板（7）上，定位板（5）固连在上部端盖（6）的顶面，第二通孔自上向下贯穿定位板（5）、上部端盖（6）和内部连接板（7）的中心，两个第三通孔位于第二通孔两侧均自上向下贯穿定位板（5）、上部端盖（6）和内部连接板（7），第一软管（1）底部外翻作水平面，顶板（11）中心设有第四通孔，第一软管（1）自下向上依次穿过第四通孔、第一通孔、第二通孔后伸出定位板（5），第一软管（1）底部的水平面与顶板（11）固连，薄膜（10）形成气囊，两根第二软管（9）分别穿过两个第三通孔伸入气囊，颗粒材料（12）填充在气囊内，两根限位螺栓（2）对称设置，其头部嵌入上部端盖（6），螺杆向上伸出定位板（5），固定件组与第一软管（1）固连，并套在限位螺栓（2）上。

2.根据权利要求1所述的基于颗粒物塑形的真空吸盘，其特征在于：所述固定件组包括软管固定件（3）、连接件（4）和两个螺帽，软管固定件（3）位于连接件（4）上方，软管固定件（3）为长条形，其中心设有第五通孔，第五通孔两侧对称共设置两个第六通孔，连接件（4）为长条形，其中心设有第七通孔，第七通孔两侧对称共设有两个第八通孔和两个六角形凸起，第一软管（1）穿过第五通孔和第七通孔，两根限位螺栓（2）分别穿过两个第八通孔，两个螺帽分别套在两根限位螺栓（2）上，且与连接件（4）顶面的六角形凸起配合，固定件（3）和连接件（4）通过螺栓固连。

3.根据权利要求1所述的基于颗粒物塑形的真空吸盘，其特征在于：还包括固定罩（8），外形为圆台形，内部中空，与上部端盖（6）的底部固连，套在气囊外部，防止气囊在充气膨胀时发生过度变形，从而造成夹持的失败。

4.根据权利要求1所述的基于颗粒物塑形的真空吸盘，其特征在于：所述第二软管（9）采用4mm软管，第一软管（1）采用46mm软管。

5.根据权利要求1所述的基于颗粒物塑形的真空吸盘，其特征在于：所述上部端盖（6）的顶面开设两个限位螺栓定位孔（15），其形状尺寸与限位螺栓（2）的头部匹配，使得限位螺栓（2）的头部完全嵌入上部端盖（6）。

6.根据权利要求1所述的基于颗粒物塑形的真空吸盘，其特征在于：所述颗粒材料（12）的填充度为70%-90%。

7.根据权利要求1所述的基于颗粒物塑形的真空吸盘，其特征在于：所述薄膜（10）的材料选用乳胶或硅胶。

8.根据权利要求1所述的基于颗粒物塑形的真空吸盘，其特征在于：所述颗粒材料（12）选用石英砂、谷物颗粒、咖啡粉、碎稻壳、聚合物颗粒、玻璃粉、果壳屑、种子的一种或多种组合。