CN114321140A - 真空负压吸附装置及多足机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空负压吸附装置及多足机器人，包括：硬质吸盘，硬质吸盘包括内凹的容纳空间，硬质吸盘的顶板上设置有安装通孔，安装通孔侧边设置有通气孔，硬质吸盘的下端能够贴合吸附面且硬质吸盘不会变形；气动活塞，气动活塞活动设置于容纳空间内，气动活塞将容纳空间分隔为负压腔和通气腔；电液作动器，电液作动器与顶板固定连接，电液作动器包括设置在集成阀块内的无感控制电机和液压泵，集成阀块连通液压缸，液压缸的活塞杆穿过安装通孔连接气动活塞。多足机器人的支撑腿末端连接吸附装置。本发明的吸附装置，体积小，使用灵活，能够维持长时间的吸附效果，多足机器人能够适于爬壁，运动灵活，且稳定性高。

Description

真空负压吸附装置及多足机器人

技术领域

本发明涉及吸附器件技术领域，尤其是指一种真空负压吸附装置及多足机器人。

背景技术

真空吸盘是真空设备执行器之一，能够吸附在玻璃、瓷砖等表面，用于悬挂或抓取物件。由于真空吸盘能够随意移动变换位置，所以在冶金、建材、机械制造、医疗等领域都得到了广泛的应用。

现有技术中的真空吸盘一般采用硅橡胶或PVC材料或聚氨酯或丁腈橡胶或含乙烯基的聚合物等具一定刚性又具有一定柔韧性的可塑性材料制成。真空吸盘的结构为中空锥形体，朝向吸附物表面的吸盘壁面为中部向上凹陷的锥形。

一般存在两种工作方式，一种是将吸盘抵在吸附物表面后再抽取吸盘腔内空气，使吸盘腔内形成负压从而能够吸紧在吸附物的表面；这类吸盘依靠抽气产生吸力，需要背负一个大型负压真空装置，由于负压真空装置不易移动，因此使用不够方便。另一种使用时将吸盘抵在吸附物表面后向吸附物表面按压吸盘中部，使吸盘的锥形腔内的空气被挤出，然后放开吸盘，吸盘在自行复位的过程中在吸盘的锥形腔内产生负压，使吸盘能够吸附在物品的表面；这类吸盘靠自身的形变产生吸力，吸附力较小，且在使用时吸盘的内壁及四周边缘受到吸盘复位产生的一个向内的拉力，可能导致吸盘的四周边缘向内移动出现漏气从而从吸附物表面滑落。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中真空吸盘在不连接负压抽真空装置的情况下吸附力较小且容易漏气的缺陷，提供一种真空负压吸附装置及多足机器人。

为解决上述技术问题，本发明提供了真空负压吸附装置，包括：

硬质吸盘，所述硬质吸盘包括内凹的容纳空间，所述硬质吸盘的顶板上设置有安装通孔，所述安装通孔侧边设置有通气孔，所述硬质吸盘的下端能够贴合吸附面且所述硬质吸盘不会变形；

气动活塞，所述气动活塞活动设置于所述容纳空间内，所述气动活塞将所述容纳空间分隔为负压腔和通气腔；

电液作动器，所述电液作动器与所述顶板固定连接，所述电液作动器包括设置在集成阀块内的无感控制电机和液压泵，所述集成阀块连通液压缸，所述液压缸的活塞杆穿过所述安装通孔连接所述气动活塞。

在本发明的一个实施例中，所述硬质吸盘的下端连接有软弹性材料制成的锥形密封圈，所述锥形密封圈的内侧与所述硬质吸盘固定连接，所述锥形密封圈的外缘延伸出所述硬质吸盘的外周。

在本发明的一个实施例中，所述硬质吸盘的下端设置有向硬质吸盘外周延伸的凸缘。

在本发明的一个实施例中，所述硬质吸盘凸缘下表面开设有若干条第一密封槽，所述密封槽内嵌设有第一密封圈。

在本发明的一个实施例中，所述第一密封圈为X型密封圈，所述X型密封圈的两个相邻密封唇的一部分伸出所述第一密封槽。

在本发明的一个实施例中，所述气动活塞与所述硬质吸盘之间密封相接，所述气动活塞一周设置有第二密封槽，所述第二密封槽内设置有第二密封圈。

在本发明的一个实施例中，所述气动活塞的顶面设置有一圈环形凸台，所述环形凸台与所述通气孔位置相错。

在本发明的一个实施例中，所述环形凸台设置于所述气动活塞的外周，所述环形凸台与所述硬质吸盘之间设置有第三密封圈。

在本发明的一个实施例中，所述容纳空间的高度为所述气动活塞厚度的3-5倍。

在本发明的一个实施例中，所述无感控制电机为湿式电机，所述液压泵为二维活塞泵。

一种多足机器人，包括多条支撑腿，所述支撑腿末端连接上述的真空负压吸附装置。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的吸附装置，体积小，使用灵活，能够维持长时间的吸附效果。

本发明所述的多足机器人能够适于爬壁，运动灵活，且稳定性高。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明的爆炸示意图。

说明书附图标记说明：100、吸附装置；

110、硬质吸盘；111、容纳空间；112、安装通孔；113、通气孔；114、通气腔；115、负压腔；116、锥形密封圈；117、凸缘；118、第一密封槽；119、第一密封圈；

120、气动活塞；121、第二密封槽；122、第二密封圈；123、环形凸台；124、第三密封圈；

130、电液作动器；131、集成阀块；132、无感控制电机；133、液压泵；134、液压缸；135、活塞杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1和图2所示，为本发明的真空负压吸附装置整体结构示意图。本发明的吸附装置包括：

硬质吸盘110，所述硬质吸盘110包括内凹的容纳空间111，所述硬质吸盘110的顶板上设置有安装通孔112，所述安装通孔112侧边设置有通气孔113，所述硬质吸盘110的下端能够贴合吸附面且所述硬质吸盘110不会变形；

气动活塞120，所述气动活塞120活动设置于所述容纳空间111内，所述气动活塞120将所述容纳空间111分隔为负压腔115和通气腔114；

电液作动器130，所述电液作动器130与所述顶板固定连接，所述电液作动器130包括设置在集成阀块131内的无感控制电机132和液压泵133，所述集成阀块131连通液压缸134，所述液压缸134的活塞杆135穿过所述安装通孔112连接所述气动活塞120。

本实施例中，在进行吸附过程中，电液作动器130推动气动活塞120在容纳空间111中移动，气动活塞120下表面靠近硬质吸盘110中容纳空间111的开口，容纳空间111的开口指向吸附面，硬质吸盘110的下端贴合吸附面，此时硬质吸盘110、气动活塞120和吸附面围合使得负压腔115密封，且此时负压腔115的体积较小。而后电液作动器130反向驱动气动活塞120移动，挤压通气腔114的空间，使得的通气腔114的空间体积减小，负压腔115的体积增大，由于通气腔114通过通气孔113与外界连通，因此通气腔114的压强始终与外界压强相同，而负压腔115由于其内的气体含量不变，随着负压腔115体积的增大，负压腔115内的压强减小，形成负压状态。从而硬质吸盘110被压紧在吸附面上。在不需要吸附时，电液作动器130将气动活塞120向负压腔115的方向推动，此时通气腔114的体积增加，负压腔115的体积减小。由于通气腔114通过通气孔113与外界连通，因此通气腔114的压强保持与外界压强相同。负压腔115由于体积减小而逐渐解除负压状态，吸附装置100与吸附面之间的吸附力逐渐减小，实现将吸附装置100从吸附面上取下。

本实施例中，硬质吸盘110的硬度使得硬质吸盘110能够产生微小形变以贴合吸附面，但不会因为负压腔115内压强的变化而自身产生巨大形变，保证气动活塞120能够在容纳空间111中顺畅移动，实现吸附装置100对吸附面的吸附与放开。气动活塞120完全位于容纳空间111内，通过硬质吸盘110实现吸附，从而电液作动器130在调整气动活塞120的位置时，气动活塞120的形状不发生变化。硬质吸盘110与吸附面接触的位置不会因为气动活塞120向通气腔114方向的移动而导致硬质吸盘110的四周边缘向内移动，避免了因为硬质吸盘110四周边缘向内移动而造成的漏气，保证负压腔115的密封效果，进而确保提供足够的吸附力。进一步的，即使吸盘四周边缘出现漏气，电液作动器130能够继续驱动气动活塞120向通气腔114的方向移动，使负压腔115的体积进一步增加，保持负压腔115的负压状态，从而增长吸附装置100的吸附时长。更进一步的，电液作动器130为集成化结构，体积小，方便连接，自动调整活塞杆135及气动活塞120的位置，解决了现有技术中真空吸盘要么需要连接大尺寸负压真空装置，要么容易漏气吸附时间短的技术问题，达到了吸附装置100体积小、便于安装应用，且吸附效果好，吸附时间长的技术效果。

在可选的实施方式中，所述硬质吸盘110的下端连接有软弹性材料制成的锥形密封圈116，所述锥形密封圈116的内侧与所述硬质吸盘110固定连接，所述锥形密封圈116的外缘延伸出所述硬质吸盘110的外周。

在本实施例中，硬质吸盘110贴合吸附面，进行吸附，硬质吸盘110下端所在平面的平整度存在误差，或者吸附面的平整度存在误差，则硬质吸盘110下端无法与吸附面完全贴合，不能实现负压腔115的负压效果。在硬质吸盘110需要维持形状的基础上，在硬质吸盘110的下端连接软弹性材料的锥形密封圈116，当硬质吸盘110下压接触吸附面，锥形密封圈116首先接触吸附面，随着吸附装置100的继续下压，锥形密封圈116产生形变，紧密贴合吸附面，且在锥形密封圈116接触吸附面到完全贴合吸附面的过程中，负压腔115内的空气已经被挤出去一部分。气动活塞120再向通气腔114移动时，进一步增强负压腔115的负压效果，保证吸附的牢固。

在可选的实施方式中，所述硬质吸盘110的下端设置有向硬质吸盘110外周延伸的凸缘117。

在本实施例中，凸缘117位于硬质吸盘110下端外周，凸缘117下表面与硬质吸盘110下端所在表面处于同一平面，在吸附装置100下压时，硬质吸盘110下端接触吸附面，同时凸缘117下表面接触吸附面，吸附装置100与吸附面的贴合面积大，从而在负压腔115形成负压后，吸附装置100与吸附面贴合的更加紧密。在存在凸缘117的基础上，锥形密封圈116可以设置在凸缘117的下端靠近外周位置，从而进一步增加与吸附面的接触面积。在其他实施例中，锥形密封圈116也可以设置在凸缘117的下端靠近内周位置，从而吸附时，凸缘117压合在锥形密封圈116上，将锥形密封圈116压紧在吸附面上，防止硬质的凸缘117对吸附面造成损伤。

在可选的实施方式中，所述硬质吸盘110凸缘117下表面开设有若干条第一密封槽118，所述密封槽内嵌设有第一密封圈119。

在本实施例中，第一密封圈119为软弹性材料制作，一方面第一密封圈119能够产生形变使得第一密封圈119完全与吸附面贴合，另一方面软弹性材料内部具有开放的多孔结构,吸附性强。当第一密封圈119压紧在吸附面上，第一密封圈119内部的多孔结构中的空气被挤压出去，第一密封圈119本身与吸附面之间产生负压吸附。而后气动活塞120在电液作动器130的驱动下向通气腔114的方向移动，负压腔115的体积增加，形成负压环形，外界压强进一步将硬质吸盘110压在吸附面上。由于第一密封圈119本身与吸附面的吸附作用，使得第一密封圈119与吸附面之间不易分离，从而吸附装置100不易漏气，提高了吸附装置100的吸附时长。在其他实施例中，多个同轴设置的第一密封圈119位于凸缘117的下表面，锥形密封圈116安装于凸缘117下表面靠近外周的位置。从而当吸附装置100贴合吸附面，负压腔115的开口位置被从外向内多重密封，即使某一层密封的密封效果不好，在其他层密封良好的情况下，依然能够保证负压腔115的密封效果。相对于一层密封而言，负压腔115的密封性能更好，漏气的可能性更低，保证吸附力的足够，提高了吸附时长。

在可选的实施方式中，所述第一密封圈119为X型密封圈，所述X型密封圈的两个相邻密封唇的一部分伸出所述第一密封槽118。

本实施例中，第一密封圈119安装在凸缘117下表面，硬质吸盘110下压贴合吸附面，第一密封圈119的两个密封唇接触吸附面。硬质吸盘110继续下压，由于两个密封唇之间存在一定的角度，第一密封圈119的两个密封唇在下压的过程中向两侧打开，增加了与吸附面的接触面积。进一步的，第一密封圈119与吸附面贴合后，电液作动器130驱动气动活塞120向通气腔114的方向移动，使负压腔115形成负压环境，硬质吸盘110被大气压压紧在吸附面上。第一密封圈119被压在硬质吸盘110的凸缘117和吸附面之间，在压紧的过程中，原本呈一定角度的两密封唇趋向于被压平，从而两密封唇之间的空气被挤压出去。当吸附装置100需要放开吸附面，电液作动器130驱动气动活塞120向负压腔115的方向移动，解除负压腔115的负压状态，硬质吸盘110不再挤压第一密封圈119，第一密封圈119有复位的趋势，复位的过程中在两密封唇之间产生负压，使第一密封圈119本身与吸附面之间存在一定的吸附力，从而即使吸附装置100不再对吸附面产生吸附力，吸附装置100与光滑的吸附面之间也不会打滑，从而本发明的吸附装置100作为机器人的足部机构时，能够满足行走需要。

在可选的实施方式中，所述气动活塞120与所述硬质吸盘110之间密封相接，所述气动活塞120一周设置有第二密封槽121，所述第二密封槽121内设置有第二密封圈122。

在本实施例中，气动活塞120将真空吸盘的容纳空间111分隔为通气腔114和负压腔115，负压腔115是通过对其进行密封，而后增加负压腔115的体积实现负压腔115的负压状态，因此要保证负压腔115密封。而通气腔114通过通气孔113与外界大气相通，因此第二密封圈122能够将通气腔114与负压腔115完全分隔。

在可选的实施方式中，所述气动活塞120的顶面设置有一圈环形凸台123，所述环形凸台123与所述通气孔113位置相错。

在本实施例中，气动活塞120将容纳空间111分隔为通气腔114和负压腔115，通过将负压腔115密封，气动活塞120向通气腔114的方向移动，实现负压腔115体积增大，达到负压状态，通气腔114始终与外界大气连通，保持通气腔114的压强与外界压强相同。当完成吸附，吸附装置100放开吸附面，电液作动器130需要驱动气动活塞120向负压腔115的方向移动，以解除负压腔115的负压状态。当气动活塞120过分上提，气动活塞120与硬质吸盘110的顶板贴合，则通气腔114内的空气完全被挤出，通气腔114也处于负压状态，电液作动器130需要极大的力才能驱动气动活塞120向负压腔115的方向移动，而环形凸台123使得气动活塞120与硬质吸盘110的顶板之间始终存在一定的间隙，保证气动活塞120能够顺畅复位。进一步的，所述环形凸台123设置于所述气动活塞120的外周，此时气动活塞120外周厚度增加，为保证密封效果，所述环形凸台123与所述硬质吸盘110之间设置有第三密封圈124。

在可选的实施方式中，所述容纳空间111的高度为所述气动活塞120厚度的3-5倍。使得气动活塞120有足够的移动空间，同时吸附装置100的尺寸不会过大。

在可选的实施方式中，所述无感控制电机132为湿式电机，所述液压泵133为二维活塞泵。

在本实施例中，二维活塞泵结构简单、体积小、重量轻，且密封性好、工作压力高、容积效率和总效率高、响应快，能够与湿式电机一同封装在集成阀块131内，湿式电机浸泡在二维活塞泵的工作油液中，大大减小了电液作动器130的体积。使得电液作动器130能够安装于体积较小的硬质吸盘110上。液压缸134连接于集成阀块131的侧面，使得电液作动器130在长度方向上的尺寸也较小。液压缸134为双活塞杆135结构，从而液压缸134在伸缩时具有相同的运动特性。

本发明还提供一种多足机器人，履带式机器人的越障能力差，轮式机器人不适于竖直面移动，因此出现了多足机器人，多足机器人为昆虫类动物设计。多足机器人包括多条支撑腿，在地面行走时，多条支撑条可以直接完成行走动作，但在竖直面上或大倾角斜面上行走时，由于多足机器人自身的重力作用，多足机器人无法固定在竖直面上。在本实施例中，所述支撑腿末端连接上述的真空负压吸附装置100。吸附装置100能够满足多足机器人吸附在竖直墙面上所需的吸附力，且吸附装置100结构小巧，满足多足机器人的灵活性要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.真空负压吸附装置，其特征在于，包括：

硬质吸盘，所述硬质吸盘包括内凹的容纳空间，所述硬质吸盘的顶板上设置有安装通孔，所述安装通孔侧边设置有通气孔，所述硬质吸盘的下端能够贴合吸附面且所述硬质吸盘不会变形；

气动活塞，所述气动活塞活动设置于所述容纳空间内，所述气动活塞将所述容纳空间分隔为负压腔和通气腔；

电液作动器，所述电液作动器与所述顶板固定连接，所述电液作动器包括设置在集成阀块内的无感控制电机和液压泵，所述集成阀块连通液压缸，所述液压缸的活塞杆穿过所述安装通孔连接所述气动活塞。

2.根据权利要求1所述的真空负压吸附装置，其特征在于，所述硬质吸盘的下端连接有软弹性材料制成的锥形密封圈，所述锥形密封圈的内侧与所述硬质吸盘固定连接，所述锥形密封圈的外缘延伸出所述硬质吸盘的外周。

3.根据权利要求1或2所述的真空负压吸附装置，其特征在于，所述硬质吸盘的下端设置有向硬质吸盘外周延伸的凸缘。

4.根据权利要求3所述的真空负压吸附装置，其特征在于，所述硬质吸盘凸缘下表面开设有若干条第一密封槽，所述密封槽内嵌设有第一密封圈。

5.根据权利要求4所述的真空负压吸附装置，其特征在于，所述第一密封圈为X型密封圈，所述X型密封圈的两个相邻密封唇的一部分伸出所述第一密封槽。

6.根据权利要求1所述的真空负压吸附装置，其特征在于，所述气动活塞与所述硬质吸盘之间密封相接，所述气动活塞一周设置有第二密封槽，所述第二密封槽内设置有第二密封圈。

7.根据权利要求1所述的真空负压吸附装置，其特征在于，所述气动活塞的顶面设置有一圈环形凸台，所述环形凸台与所述通气孔位置相错。

8.根据权利要求7所述的真空负压吸附装置，其特征在于，所述环形凸台设置于所述气动活塞的外周，所述环形凸台与所述硬质吸盘之间设置有第三密封圈。

9.根据权利要求1所述的真空负压吸附装置，其特征在于，所述容纳空间的高度为所述气动活塞厚度的3-5倍。

10.根据权利要求1所述的真空负压吸附装置，其特征在于，所述无感控制电机为湿式电机，所述液压泵为二维活塞泵。

11.一种多足机器人，其特征在于，包括多条支撑腿，所述支撑腿末端连接如权利要求1-10任一项所述的真空负压吸附装置。

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