CN111997985B - 双空间吸附器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双空间吸附器，包括内部设有腔体的壳体，腔体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，在腔体的内侧壁上设置切向喷嘴，外部流体通过切向喷嘴沿着腔体的切线方向进入腔体，在壳体上安装有驱动装置，在腔体内设置有扇叶，驱动装置的输出轴穿过腔体的封闭端与扇叶连接，扇叶位于腔体的中部。本发明旋转的扇叶能大幅降低腔体中心区域的压力，起到增强吸附腔体吸力的作用。本发明的结构简单实用。

Description

双空间吸附器

技术领域

本发明属于流体旋转吸附技术领域，特别涉及一种双空间吸附器。

背景技术

吸附技术是一种被广泛应用的基础技术，一个典型的应用场景是在自动化生产线上吸附和移动工件。

在公开号为CN3640313D的专利文献公开了一种空气喷嘴，如图1a和图1b所示。该空气喷嘴设有吸盘，吸盘具有一个本体1′，本体内设置腔体2′。腔体2′具有一个封闭端面和一个开口端面，开口端面形成吸盘吸附对象物体A′的端面，在腔体2′的侧壁面上设置切向喷嘴3′，外部流体通过切向喷嘴3′沿着腔体的切线方向进入腔体2′。流体喷出后沿着腔体2′的壁面流动，从而在腔体2′的外周区域形成旋转流层，旋转流层的离心力使腔体2′内部形成凹陷形状的低压分布，如图2所示，从而能够实现吸附下方的对象物体A′。

然而，该吸盘存在一个缺陷。旋转流层存在于腔体2′的外周区域。旋转流层通过流体的粘性作用驱动中心区域的流体旋转。但是，因为流体的粘性作用非常有限，无法有效地驱动中心区域的流体，所以，中心区域的流体的旋转很微弱。于是，可以看到，图2的腔体内的压力分布分成两个区域，即，压力变化不明显的中心区域和由旋转流层所形成的压力变化明显的外周区域。微弱的旋转流动不能产生足够的离心力，也就无法形成显著的低压分布。如图2所示，中心区域的压力变化非常小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有较大吸附力的双空间吸附器。

本发明是这样实现的，提供一种双空间吸附器，包括内部设有腔体的壳体，腔体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，在腔体的内侧壁上设置切向喷嘴，外部流体通过切向喷嘴沿着腔体的切线方向进入腔体，在壳体上安装有驱动装置，在腔体内设置有扇叶，驱动装置的输出轴穿过腔体的封闭端与扇叶连接；在腔体内设置隔离结构，隔离结构与壳体固定连接，隔离结构将腔体分隔成两部分：位于隔离结构内侧的内侧空间和位于隔离结构外侧的外侧空间，切向喷嘴与外侧空间相连通，扇叶设置在内侧空间中。

进一步地，所述隔离结构的截面为圆筒形或多边筒形。

进一步地，所述隔离结构筒壁的内侧空间和外侧空间处于相互连通状态。

进一步地，在所述隔离结构与被吸附物体表面之间存在连通间隙，连通间隙连通隔离结构筒壁的内侧空间和外侧空间。

进一步地，在所述隔离结构的筒壁上设置连通流路，连通流路连通隔离结构筒壁的内侧空间和外侧空间。

进一步地，所述连通流路为通孔或细缝。

进一步地，连通流路设置在壳体的封闭端面与隔离结构之间。

进一步地，所述隔离结构面向被吸附物体表面的一端与腔体的开口端面不在同一平面内。

进一步地，所述隔离结构面向被吸附物体表面的一端面突出于腔体的开口端面。

与现有技术相比，本发明的双空间吸附器，通过在腔体的中心部设置扇叶，并使用驱动装置驱动扇叶旋转。旋转的扇叶能大幅降低腔体中心区域的压力，起到增强吸附腔体吸力的作用。本发明的结构简单实用。

附图说明

图1a为现有技术吸盘实施例的主视剖面示意图；

图1b为图1a的俯视图；

图2为图1中流体流经工件和吸盘底面外缘之间的流道所产生的正压分布图；

图3a为本发明双空间吸附器实施例1的主视剖面示意图；

图3b为图3a的俯视图；

图4为图3a中流体流经工件物体和壳体底面外缘之间的流道所产生的正压分布图；

图5为本发明双空间吸附器实施例2的主视剖面示意图；

图6a为图5的一种俯视图；

图6b为图6a的另一种俯视图；

图7为本发明双空间吸附器实施例3的一种使用状态下的主视剖面示意图；

图8为图7中流体流经工件物体和壳体底面外缘之间的流道所产生的正压分布图；

图9a为本发明双空间吸附器实施例3的一种主视剖面示意图；

图9b为本发明双空间吸附器实施例3的另一种主视剖面示意图；

图10为本发明双空间吸附器实施例4的主视剖面示意图；

图11为本发明双空间吸附器实施例5的主视剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参照图3a和图3b所示，本发明双空间吸附器的第一种较佳实施例，包括内部设有腔体2的壳体1，腔体2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A的端面，在腔体2的内侧壁上设置切向喷嘴3，外部流体通过切向喷嘴3沿着腔体2的切线方向进入腔体，在壳体1上安装有驱动装置4，在腔体2内设置有扇叶5，驱动装置4的输出轴穿过壳体1与扇叶5连接，驱动装置4通过输出轴带动扇叶5转动。

图中的箭头所示方向为流体的流动方向，以下同。

从图2的压力分布曲线可知，旋转扇叶5占据的空间应覆盖压力变化不明显的腔体2的中心区域，起到驱动中心区域的流体旋转和产生负压的作用。同时，旋转扇叶5占据的空间应不要与切向喷嘴3的旋转流层的空间发生过多的重叠，否则扇叶5会阻碍切向喷嘴3的旋转流层。

在本实施例中，驱动装置4是电机，流体是空气。扇叶5能够有效地驱动腔体2的中心区域的空气旋转，从而在中心区域形成显著的低压分布。于是，腔体2内的旋转流动由两部分组成：一个是由切向喷嘴3在腔体2的外周区域形成的旋转流动，一个是由扇叶5在腔体2的中心区域形成的旋转流动。图4是压力分布示意图，与图2的压力分布相比，旋转的扇叶5能大幅降低中心区域的压力，起到增强双空间吸附器吸力的作用。

实施例2

请参照图5、图6a以及图6b所示，本发明双空间吸附器的第二种较佳实施例。与实施例1相比，该实施例在腔体2内设置隔离结构6，隔离结构6的一端（图中为顶端）与壳体1固定连接，即与腔体2的封闭端（图中为壳体1内顶壁）固定连接。隔离结构6将腔体2分隔成两部分：位于隔离结构内侧的内侧空间7和隔离结构外侧的外侧空间8。切向喷嘴与外侧空间相连通，扇叶设置在内侧空间中，从切向喷嘴的喷出的流体带动外侧空间内的流体转动，旋转的扇叶带动内侧空间内的流体同向转动。

在实施例1中，腔体2内的旋转流动由两部分组成：一个是由切向喷流在腔体2的外周区域形成的旋转流动，一个是由扇叶5在腔体2的中心区域形成的旋转流动。两个旋转流动的转动速度完全一致时，两个旋转流动形成一个整体。但是，在实际的实施应用中，两个旋转流动的转动速度难以准确匹配，也就是说，两个旋转流动存在着相对转动，从而导致流场干涉。例如，当扇叶5旋转速度太快时，中心区域的旋转流动快于外周的旋转流动，于是，外周区域的流体会对中心区域的流体形成粘性拖拽作用，导致在扇叶5之间形成逆时针的二次流动。同样地，当扇叶5旋转速度太慢时，中心区域的旋转流动慢于于外周的旋转流动，于是，外周区域的流体会对中心区域的流体形成粘性带动作用，导致在扇叶5之间形成顺时针的二次流动。无论是顺时针的二次流动还是逆时针的二次流动都会严重扰乱流场，削弱整体的旋转流动。为了阻断两个旋转流动的相互干扰，在腔体2内设置隔离结构6，如图5所示。隔离结构6是在圆周方向上包围扇叶5的闭合壁面结构。隔离结构6把腔体2分成两个空间。隔离结构6与腔体2的圆筒壁面之间的空间称为隔离结构的外侧空间8。隔离结构6所包围的空间称为隔离结构的内侧空间7。扇叶5处于隔离结构的内侧空间7。切向喷嘴3在隔离结构的外侧空间8形成高速旋转的流动。扇叶5驱动隔离结构的内侧空间7的空气做高速旋转的流动。隔离结构6能够避免两个旋转流动之间的相互干涉，因此不会产生二次流动，解决了流场扰乱的问题，进一步提高了腔体2中心区域的低压，也就提高了双空间吸附器的吸力。

所述隔离结构6的截面为圆筒形或多边筒形。隔离结构6的理想形状是圆筒形，如图6a所示，但是，其他形状，例如如图6b的多边形——八边的筒形，也能在一定程度上产生上述的有益效果。

实施例3

请参照图7、图8、图9a以及图9b所示，本发明双空间吸附器的第三种较佳实施例。与实施例2相比，该实施例在所述隔离结构6（图中隔离结构6的下端）与被吸附物体表面之间存在连通间隙9。或者，在所述隔离结构6的筒壁上设置连通流路10。连通间隙9或连通流路10连通隔离结构6的筒壁的内侧空间7和外侧空间8。所述连通流路10为通孔或细缝。

如图7所示，使用实施例2的双空间吸附器来吸附一个具有台阶面形状的对象物体A。对象物体A中心部分凸起的台阶的直径比隔离结构6略大且小于腔体2的内径。对象物体A被双空间吸附器吸住时，对象物体A的台阶面顶住隔离结构6。从切向喷嘴3流入的流体可以从对象物体A和壳体1的外缘之间的缝隙流出。而对象物体A的台阶面和隔离结构6在中心区域形成一个封闭的空间（即内侧空间7）。封闭的空间阻断了内侧空间7和外侧空间8之间的压力连通，这会导致内侧空间7的压力和外侧空间8的压力相互独立，极有可能形成压力跳变。而且，这样的压力跳变是随机的，即，压力跳变可能向上跳变（图8），也可能是向下跳变。向上跳变会抬升内侧空间7的压力，导致吸附力大幅降低。

为了消除上述压力跳变，一个可行的方法是连通隔离机构筒壁的内侧空间7和外侧空间8。连通的方式多种多样。图9a是一种连通的方式。当双空间吸附器吸附一个平板工件物体A且与该平板工件物体A保持一定的间距时，隔离结构6和工件物体A的表面之间存在连通间隙9，这个连通间隙9就起到连通隔离机构筒壁的内侧空间7和外侧空间8的作用。有许多实现的办法，例如，在壳体1外周设置若干顶杆11，顶杆11与被吸附物体A表面发生接触。与被吸附物体A表面的接触的顶杆11的一端凸出于腔体2的开口端面，从而能够在被吸附物体A表面和腔体2的开口端面之间形成连通间隙9。

图9b是另一种连通方式。在隔离结构6上设置若干连通流路10，连通流路10连通隔离机构筒壁的内侧空间7和外侧空间8，消除压力跳变。连通流路10可以是孔，也可以是细缝。于是，在吸附台阶表面形状的工件物体A时，即使台阶表面接触隔离结构6，内侧空间7和外侧空间8也可以通过连通流路10保持压力连通的状态。

实施例4

请参照图10所示，本发明双空间吸附器的第四种较佳实施例。与实施例3相比，该实施例所述隔离结构6面向工件的一端与腔体2的开口端面不在同一平面内，分别处于不同的平面。图中所述隔离结构6的面向工件的一端延伸并凸出于腔体2的开口端面。当吸附平板物体A时，物体A被吸起并与贴紧隔离结构6的下端面。因为隔离结构6的下端面凸出于壳体1的下端面，所以物体A和壳体1之间形成缝隙12。该缝隙12能够为切向喷嘴3流入的流体提供排出流道。

实施例5

请参照图11所示，本发明双空间吸附器的第五种较佳实施例。在实施例3的附图9b中，从切向喷嘴3进入腔体2的空气从壳体的开口端面与工件A之间的缝隙流出，形成排气流动。当空气从一个相对宽敞的空间（腔体2）流入一个相对狭小的空间（缝隙）时，流动会在排气流动区域引起强烈的紊乱流动。紊乱流动会引起压力波动，并且，距离紊乱流动区域越近，压力波动越大。压力波动会通过连通流路10传递至隔离结构6的内侧空间7并导致内侧空间7的压力发生波动，最终导致吸附力不稳定。基于这一现象，连通流路10的较优设置位置是壳体1的封闭端面与隔离结构6之间，如图11所示，使连通流路10远离排气的紊乱流动区域，降低压力波动对隔离结构6的内侧空间的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双空间吸附器，包括内部设有腔体的壳体，腔体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，在腔体的内侧壁上设置切向喷嘴，外部流体通过切向喷嘴沿着腔体的切线方向进入腔体，其特征在于，在壳体上安装有驱动装置，在腔体内设置有扇叶，驱动装置的输出轴穿过腔体的封闭端与扇叶连接；在腔体内设置隔离结构，隔离结构与壳体固定连接，隔离结构将腔体分隔成两部分：位于隔离结构内侧的内侧空间和位于隔离结构外侧的外侧空间，切向喷嘴与外侧空间相连通，扇叶设置在内侧空间中；所述隔离结构筒壁的内侧空间和外侧空间处于相互连通状态。

2.如权利要求1所述的双空间吸附器，其特征在于，所述隔离结构的截面为圆筒形或多边筒形。

3.如权利要求1所述的双空间吸附器，其特征在于，在所述隔离结构与被吸附物体表面之间存在连通间隙，连通间隙连通隔离结构筒壁的内侧空间和外侧空间。

4.如权利要求1所述的双空间吸附器，其特征在于，在所述隔离结构的筒壁上设置连通流路，连通流路连通隔离结构筒壁的内侧空间和外侧空间，或者，连通流路设置在壳体的封闭端面与隔离结构之间。

5.如权利要求4所述的双空间吸附器，其特征在于，所述连通流路为通孔或细缝。

6.如权利要求1所述的双空间吸附器，其特征在于，所述隔离结构面向被吸附物体表面的一端与腔体的开口端面不在同一平面内。

7.如权利要求6所述的双空间吸附器，其特征在于，所述隔离结构面向被吸附物体表面的一端面突出于腔体的开口端面。

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