CN112809723A - 一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，包括柔性腕、吸附器和电磁铁，柔性腕包括外框、设于外框内的转动部，吸附器包括气筒、活塞、弹性件、气道和吸附管，气筒安装在转动部上，活塞设于气筒内，弹性件的一端与活塞相连接，另一端与气筒的内底壁相连接，气道与气筒相连通，吸附管与气道相连通，电磁铁与活塞对应设置。本发明将气筒、气道和吸附管全部集成在一起，大大减小了真空吸附式夹持器的体积，实现了吸附式夹持器的微型化；另一方面，由于体积的减小，可将其完全集成于微力传感器中，解决吸附式夹持器无法完成微力检测的问题；实现微牛级别微小受力的偏转检测；通过弹簧一直拉扯活塞，使气筒内部始终保持负压状态。

Description

一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器

技术领域

本发明属于微操作设备技术领域，尤其涉及一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器。

背景技术

近几十年来，工业装配领域对微操作的需求增加了，这是由于技术进步到微尺度组件装配的本质。由于微观额外的吸引力、观测难度、高精度要求，这些微尺寸零件在不使用微操作工具的情况下进行操作是一个极大的挑战。

为了提高效率和产品的质量，各国正研究使用自动化机器人来支持微操作设备。微夹持器作为微操作的关键，通常被设计来保证尺寸的紧凑性、准确性和可控性，由于这些特性，它被广泛应用，特别是在制造、电子和生物医学领域。

复杂微器件在国防工业、国民经济中得到了越来越广泛的应用。其在促进武器装备小型化、智能化进程，提升民用高科技产品性能方面发挥着重要的作用。并且微装配技术对于降低制造成本、实现复杂三维微细结构等方面有着重要意义。目前在微装配领域中，其中一项的装配难点在于微球靶器件的装配，靶球受力很容易发生变形，并且在装配时与其他装配部件有较大的接触，所以控制装配力以及检测接触力的大小很关键。

哈尔滨工业大学研发的真空吸附式微夹持器，该夹持器通过控制真空压强改变吸附力的大小，可以做到吸附不同大小的物体。并且通过整合不同大小和形状的末端执行器，由真空微夹工具操纵的目标微元件(微球、薄壁组件)的尺寸可以从几十微米到毫米不等。真空微夹持器结构简单，易于安装在微操作机构上进行操作。然而，真空工具的小型化和精确控制是比较困难的。并且在该吸附式夹持器中，无法做到对吸附目标的受力检测。

真空吸附式微夹持器在对微小平板类零件的“拾取—运动—释放”类装配中具有独特的优势。目前在微装配系统中，需要外部真空发生器提供吸附管内的负压，以及一系列辅助器件完成真空吸附，真空发生器在气路中产生真空，在真空吸附头处产生压力差，最后通过控制系统控制吸附力的大小和方向以满足对操作对象的吸取和释放要求。所以吸附式夹持器尺寸一般较大。由于吸附式夹持器的器件较多，需要气管进行气路的连通，所以吸附式夹持器很难做到集成传感器来检测外部受力。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，包括柔性腕、吸附器和电磁铁，所述柔性腕包括外框、设于所述外框内的转动部，所述吸附器包括气筒、活塞、弹性件、气道和吸附管，所述气筒安装在所述转动部上，所述活塞设于所述气筒内，所述弹性件的一端与所述活塞相连接，另一端与所述气筒的内底壁相连接，所述气道与所述气筒相连通，所述吸附管与所述气道相连通，所述电磁铁与所述活塞对应设置。

作为本发明的进一步改进，所述转动部包括外环和内环，所述外环可转动地连接在所述外框内，所述内环可转动地连接在所述外环内。

作为本发明的进一步改进，所述外环与所述外框之间连接有第一销钉，所述内环与所述外环之间连接有第二销钉。

作为本发明的进一步改进，所述第一销钉竖直设置，所述第二销钉水平设置。

作为本发明的进一步改进，所述气筒的外底部设置有配重孔。

作为本发明的进一步改进，所述配重孔呈圆形。

作为本发明的进一步改进，还设置有外壳，所述外壳与所述外框固定连接，所述外壳上设置有限位口，所述吸附管穿过所述限位口。

作为本发明的进一步改进，所述限位口呈圆形。

作为本发明的进一步改进，还设置有后盖，所述后盖与所述外框固定连接，所述电磁铁位于所述后盖内。

作为本发明的进一步改进，所述弹性件为弹簧。

本发明的有益效果是：

(1)本发明将气筒、气道和吸附管全部集成在一起，无需通过气管连接外部真空泵，真正做到一体化，大大减小了真空吸附式夹持器的体积，实现了吸附式夹持器的微型化；另一方面，由于体积的减小，可将其完全集成于微力传感器中，从而解决吸附式夹持器无法完成微力检测的问题，可以实现二维力检测功能。

(2)在进行微装配时，可以消除零件自身重力对力的检测精度的影响，实现微牛级别微小受力的偏转检测。

(3)通过弹簧一直拉扯活塞，使气筒内部始终保持负压状态，装配任务只需在弹簧拉扯活塞回缩的时间内完成即可保持稳定吸附目标零件的状态，解决吸附管与目标零件接触处会产生漏气的问题。

(4)在装配过程中，吸附器安装在柔性腕的内环上，能够实现转动，使得夹持器调整位姿，避免对目标零件如靶球造成变形，实现装配的快速化和准确性，确保目标零件的装配质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的优选实施例的结构示意图；

图2为本发明的优选实施例的柔性腕与吸附器连接的结构示意图；

图3为本发明的优选实施例的柔性腕的结构示意图；

图4为本发明的优选实施例的吸附器的结构示意图；

图5为本发明的优选实施例的后盖内设置电磁铁的结构示意图；

图中：10、柔性腕，12、吸附器，14、电磁铁，16、外框，18、转动部，20、气筒，22、活塞，24、气道，26、吸附器，28、外环，30、内环，32、第一销钉，36、配重孔，38、外壳，40、限位口，42、后盖，44、弹簧，46、靶球。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，包括柔性腕10、吸附器12和电磁铁14，柔性腕10包括外框16、设于外框16内的转动部18，吸附器12包括气筒20、活塞22、弹性件、气道24和吸附管26，气筒20安装在转动部18上，气筒20能够转动，便于吸附器12调整位姿，便于装配，活塞22设于气筒20内，弹性件的一端与活塞22相连接，另一端与气筒20的内底壁相连接，气道24与气筒20相连通，吸附管26与气道24相连通，气筒20、气道24和吸附管26设置为一体，实现了夹持器的微型化，电磁铁14与活塞22对应设置，当电磁铁14通电时通过磁力的作用将活塞22向上推，此时弹性件处于拉伸状态；当电磁铁14断电，磁力消失，活塞22失去磁力的作用，此时回缩，拉动活塞22自上而下运动，当活塞22下移时在气筒20内部产生负压，通过吸附管26前端吸附目标零件，由于弹性件一直拉着活塞22，使气筒22内部始终保持负压状态，解决了吸附管26与目标零件接触处会产生漏气的问题，确保稳定吸附目标零件。

如图3所示，本发明优选转动部18包括外环28和内环30，外环28可转动地连接在外框16内，内环30可转动地连接在外环28内，此时，气筒20安装在内环30上。

为了便于外环28和内环30的转动，本发明优选外环28与外框16之间连接有第一销钉32，内环30与外环28之间连接有第二销钉(图中未示出)。

具体地，如图3所示，第一销钉32竖直设置，使得外环28可以绕着Z轴也就是第一销钉32任意转动，第二销钉水平设置，使得内环30可以绕着Y轴也就是第二销钉任意转动。

本发明优选气筒20的外底部设置有配重孔36，用来平衡吸附器12和夹持零件的重量，使得柔性腕10的内环30始终保持平衡的状态。当更换夹持零件后由于零件的重量发生改变，可以在配重孔36中添加或者减少相应的重量，使装配过程相对简单并且增加了夹持器的适用性。

为了便于在配重孔36内增加或减少重量，便于加工，本发明优选配重孔36呈圆形。

本发明还设置有外壳38，外壳38与外框16固定连接，外壳38上设置有限位口40，吸附管26穿过限位口40。

为了便于与吸附管26相配合，本发明优选限位口40呈圆形。

本发明还设置有后盖42，后盖42与外框16固定连接，电磁铁14位于后盖42内，便于电磁铁14的定位，便于与活塞22相配合。但并不局限于此种方式，也可以通过在外框16底部向外延伸支撑座，电磁铁14可以设置在支撑座内。

本发明优选弹性件为弹簧44，但并不局限于弹簧44，也可以为其它部件，能够实现拉伸和自动回缩即可。

本发明在使用时，在进行夹持任务时，安装在后盖42上的电磁铁14通电，通过磁力作用于活塞22，使活塞22上移，此时，柔性腕10是不工作的，当活塞22到达气筒20的预定位置，电磁铁14去磁，活塞22回撤，此时由于电磁铁14对吸附器12没有作用力所以柔性腕10是可以精准的捕捉到吸附管12的任何偏转。弹簧44一直拉扯活塞22，使气筒20内部始终保持负压状态，只需在弹簧44拉扯活塞22回缩的时间内完成即可保持吸附管26稳定吸附靶球46的状态。另外，吸附器12夹持靶球46进行装配过程中，由于吸附管26与靶球46的相互接触，产生力的相互作用，带动吸附管26发生偏转，而吸附器12是安装在柔性腕10的内环30上的，吸附管26的微小偏转都会带动柔性腕10的内环30和外环28发生相同方向的偏转，并且，由于吸附管26相当于杠杆放大机构，在吸附管26与靶球46相互接触处发生的微小偏转，通过吸附管26可以将其放大，有利于柔性腕10对偏转的捕捉，从而调整夹持器的位姿完成装配。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，包括柔性腕、吸附器和电磁铁，所述柔性腕包括外框、设于所述外框内的转动部，所述吸附器包括气筒、活塞、弹性件、气道和吸附管，所述气筒安装在所述转动部上，所述活塞设于所述气筒内，所述弹性件的一端与所述活塞相连接，另一端与所述气筒的内底壁相连接，所述气道与所述气筒相连通，所述吸附管与所述气道相连通，所述电磁铁与所述活塞对应设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，所述转动部包括外环和内环，所述外环可转动地连接在所述外框内，所述内环可转动地连接在所述外环内。

3.根据权利要求2所述的一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，所述外环与所述外框之间连接有第一销钉，所述内环与所述外环之间连接有第二销钉。

4.根据权利要求3所述的一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，所述第一销钉竖直设置，所述第二销钉水平设置。

5.根据权利要求1所述的一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，所述气筒的外底部设置有配重孔。

6.根据权利要求5所述的一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，所述配重孔呈圆形。

7.根据权利要求1所述的一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，还设置有外壳，所述外壳与所述外框固定连接，所述外壳上设置有限位口，所述吸附管穿过所述限位口。

8.根据权利要求7所述的一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，所述限位口呈圆形。

9.根据权利要求1所述的一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，还设置有后盖，所述后盖与所述外框固定连接，所述电磁铁位于所述后盖内。

10.根据权利要求1所述的一种基于柔性腕结构的真空吸附式夹持器，其特征在于，所述弹性件为弹簧。

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