CN114653494A - 清洗吸附多用喷头、机械臂及清洗作业平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种清洗吸附多用喷头，包括软体吸盘、调压头部以及伸缩管，软体吸盘与调压头部的主调压腔第一端连通，伸缩管与主调压腔第二端连通，伸缩管内布设有导通阀，导通阀使流体从伸缩管向调压头部流动时无阻碍流通，而从调压头部向伸缩管回流时阻碍减压，伸缩管能够相对于调压头部伸缩，以改变主调压腔的大小，主调压腔与调压管形成连通，调压管用于调节主调压腔的压力。本发明兼具喷液清洗以及真空吸附等功能，有效减小了机械臂执行末端的布置复杂程度和占用体积，使对中小型、精细物件的清洗修复成本显著降低，确保过程更具专业性、全面性，节约资源，摆脱传统人工操作的困境。本发明还提供了一种机械臂以及清洗作业平台。

Description

清洗吸附多用喷头、机械臂及清洗作业平台

技术领域

本发明涉及工件清洗技术领域，特别涉及一种清洗吸附多用喷头、机械臂及清洗作业平台。

背景技术

中小型物件的清洗修复操作、以及精细物件如非遗物品的修复与保护等可以依靠机械臂精确控制完成，而传统安装在机械臂上的喷头、吸盘等通常是分立式的，即喷液、吸附通过不同的部件完成并分别独立控制，对于中小型、精细物件来说，采用分立式结构增大了机械臂执行末端的布置复杂程度和占用体积，不利于对中小型、精细物件的灵活操作。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种兼具喷液或吸附功能、且能够灵活切换的多用喷头以及清洗机械臂相关方案，使对中小型、精细物件的清洗修复成本显著降低，确保过程更具专业性、全面性，节约资源，摆脱传统人工操作的困境。

为了达到上述目的，本发明提供了一种清洗吸附多用喷头，包括软体吸盘、调压头部以及伸缩管，所述软体吸盘的通孔与所述调压头部的主调压腔第一端连通，所述伸缩管与所述调压头部的主调压腔第二端连通，所述伸缩管内布设有导通阀，所述导通阀使流体从所述伸缩管向所述调压头部流动时无阻碍流通，而从所述调压头部向所述伸缩管回流时阻碍减压，所述伸缩管能够相对于所述调压头部伸缩，以改变所述主调压腔的大小，所述主调压腔与调压管形成连通，所述调压管用于调节所述主调压腔的压力。

进一步地，所述主调压腔布设有V型通道，以使流体增压喷出。

进一步地，所述主调压腔还布设有副调压腔，所述副调压腔与所述调压管连接。

进一步地，所述导通阀由回形岔道与主干通道组成，所述主干通道布设单个，所述回形岔道沿所述主干通道布设多个，首尾均与所述主干通道连通。

进一步地，所述伸缩管的端部为带外螺纹的弹性体，所述弹性体与所述调压头部的内螺纹活动连接且密封。

进一步地，所述软体吸盘的吸附面自外围至中心依次设有密度逐渐增加的圆环面，同时最外围附有可替换的软体胶圈。

进一步地，所述伸缩管与加压泵以及第一电磁阀连通，所述调压管与真空泵以及第二电磁阀连通。

本发明还提供了一种机械臂，包括机械臂本体以及布设在机械臂本体末端的上述清洗吸附多用喷头。

进一步地，所述机械臂本体的背面还布设有储液仓，所述储液仓能够可视化内部液体量。

本发明还提供了一种清洗作业平台，包括可旋转切换工位的旋转底座、以及与旋转底座各个工位对应的上述机械臂。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的清洗吸附多用喷头，兼具喷液清洗以及真空吸附等功能，通过导通阀、调压管等结构的设置能够灵活切换不同功能，有效减小了机械臂执行末端的布置复杂程度和占用体积，便于对中小型、精细物件的灵活操作，使对中小型、精细物件的清洗修复成本显著降低，确保过程更具专业性、全面性，节约资源，摆脱传统人工操作的困境；

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的实施例1整体结构示意图；

图2为本发明的实施例1内部结构示意图；

图3为本发明的实施例2整体结构示意图；

图4为本发明的实施例2临时储液仓结构示意图；

图5为本发明的实施例3整体结构示意图；

图6为本发明的实施例3旋转底座结构示意图；

图7为本发明的实施例3自咬合软体稳固夹具与调压底座配合示意图；

图8为本发明的实施例3自咬合软体稳固夹具端面示意图；

图9为本发明的实施例3夹具侧部结构示意图；

图10为本发明的实施例3执行末端侧部结构示意图；

图11为本发明的实施例3安装T型横向专用喷头的机械臂示意图；

图12为本发明的实施例3T型横向专用喷头示意图。

【附图标记说明】

1-软体吸盘；2-调压头部；3-伸缩管；4-主调压腔；5-导通阀；6-V型通道；7-副调压腔；8-调压管；9-回形岔道；10-主干通道；11-弹性体；12-机械臂本体；13-临时储液仓；14-旋转底座；15-蛛网型排污槽；16-自咬合软体稳固夹具；17-执行末端；18-等腰梯形凹槽；19-直角梯形凸块；20-侧槽；21-加强减偏凸出软体；22-额外内槽；23-调压底座；24-T型横向专用喷头。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2所示，本发明的实施例提供了一种清洗吸附多用喷头，包括软体吸盘1、调压头部2以及伸缩管3。其中，软体吸盘1中心的通孔与调压头部2的主调压腔4第一端连通，主调压腔4为开设在调压头部2内的腔室，伸缩管3与调压头部2的主调压腔4第二端连通。伸缩管3内布设有导通阀5，导通阀5能够使流体从伸缩管3向调压头部2流动时保持无阻碍流通，而从调压头部2向伸缩管3回流时阻碍减压。

其中，伸缩管3可以通过气动或电动调节的方式向主调压腔4移动，以改变主调压腔4的大小，进而控制进入调压头部2的流量，实现喷出压力的调节。而主调压腔4压力过大时，能够使伸缩管3自动地向外退出，无需额外的动力使伸缩管3退出，且使主调压腔4体积扩大，而产生释压效果。

作为优选的实施方式，本实施例中主调压腔4布设有V型通道6，V型通道6的末端与软体吸盘1中心的通孔连通，流体从导通阀5进入调压头部2的主调压腔4后，依靠V型通道6增压喷出，以提升喷口流体流速等，确保清洗效果。

作为进一步改进，本实施例中主调压腔4的旁侧还布设有副调压腔7，副调压腔7作为副调压区，与主调压腔4以及调压管8直接连通。部分流体通过主调压腔4流向副调压腔7，并在流体压力过大时通过连接的外部的调压管8进一步释压，实现主调压腔4压力的减少。此时，导通阀5阻碍主调压腔4以及副调压腔7流体回流，并减少整体压力输出。

在本实施例中，导通阀5由回形岔道9与主干通道10级联组成。其中，主干通道10布设单个，回形岔道9沿主干通道10布设多个，首尾均与主干通道10连通。流体从伸缩管3向调压头部2流动时为几乎无阻碍的通道，仅有少部分流体会在刚流进时进入回形岔道9，但主干通道10逐步流通、速率稳定后，流体会因伯努利现象而回到主干通道10，保持无阻碍流通。而逆向流入的流体大部分会首先进入回形岔道9，对主干通道10的流动产生明显阻碍。因此，能够实现流体的稳定单向流出与有效回流阻碍减压，使得本实施例提供的多用喷头不仅可用于喷液清洗物件操作，更能适合修复物件操作的填料补喷。

在本实施例中，伸缩管3的端部为带外螺纹的弹性体11，弹性体11与调压头部2的内螺纹活动连接且密封，因此，伸缩管3的端部能够相对于主调压腔4移动、改变主调压腔4容积，同时保持主调压腔4的密封状态。

作为进一步改进，本实施例中软体吸盘1的吸附面为中心凹陷的新型波浪形结构，自外围至中心依次设有密度逐渐增加的圆环面，同时最外围附有可替换的软体胶圈。

用于吸附时，在调压管8的真空负压作用下，伸缩管3的端部受压收缩至主调压腔4的最内层，新型波浪形软体吸附面在真空负压作用下能够实现抓取的高适应性与稳定性。

其中，伸缩管3与加压泵以及第一电磁阀连通，调压管8与真空泵以及第二电磁阀连通。吸附时第二电磁阀打开，真空泵抽真空，而导通阀5的流体进入口连通的第一电磁阀关闭，实现软体吸盘1接触空间的抽气与局部真空发生，保证吸附的稳定，整体实现可控吸附抓取操作。

实施例2：

同时如图3所示，本发明的实施例2提供了一种机械臂，包括机械臂本体12以及布设在机械臂本体12端部的清洗吸附多用喷头，该清洗吸附多用喷头如实施例1所述。

其中，加压泵、真空泵、第一电磁阀和第二电磁阀等均布设在机械臂本体12的主干部位内部，可为充入的流体或填料提供仓储空间，为操作时提供高压液流及抽气。另外如图4所示，在主干部位的背面增设临时储液仓13，采用玻璃等透明材料制成，方便实时观察液量状况。

作为进一步改进，本实施例中机械臂本体12上还布设有可卸式摄像头，摄像头由夹具夹持供电，灵活安装在机械臂本体12上，优选地，靠近执行末端的位置。进行重构时可以旋转物件进行摄像，实现其全方位的图像采样，进行SFM、MVS等先进三维重构与稳定点云数据采集，建立工作物完整三维模型，而无需依赖高成本多自由度的多轴机械臂进行固定采样，在增加灵活性的同时显著减少系统成本与复杂度。

其中，实现三维重构主要解决优化传统相机位姿估计问题，其算法流程主要为：

a.相机姿态估计。

给定一组n张图像I₁,…,I_n，假设部分本质矩阵

元素为

(以此标记输入图像测量值)，对每个本质矩阵进行因式分解，得到唯一旋转对

忽略

使用运动简并优化得到基本输入数据。

进一步对图像进行谱分解，令G为由两个成对旋转矩阵串联的3n×3n对称矩阵，

由上一步可进行过约束优化：

其中，为解决传统SFM成对旋转矩阵中部分对的缺失问题，对G修改优化填充缺失旋转块，即令d_i表示第i块中可用旋转对的个数，构造对称矩阵D，得到：

由此得D^-1G组成谱分解完整特征向量R^T。

其次，转化最小值，求解下式进行半定规SDP凸优化，得到相机姿态估计矩阵：

b.相机位置估计。

设空间点方程有：

R_jP_j-R_iP_i＝t_i-t_j

由方程空间齐次性，点映射方程有：

为优化使得本质方程的表示只依赖于每个相机的位置和方向，而不再需要点映射对(R_ij,t_ij)的信息，设向量

为M_ij分别对应于图像I_i与I_j的特征匹配点，定义每对点

的对应齐次外极线方程：

进一步，定义旋转对

与平移变化t_i-t_j的排列不变乘积，变换优化上述方程：

得到线性方程对应每个点的映射方向为六个自由度3×t_i，3×t_j，从而线性约束对应每个相机的位置特征匹配向量，联合上一步，定义外极关系求解，得本质矩阵

可由相机的位置和方向来表示：

完成相机的位姿估计优化，进一步完成三维重构。

实施例3：

同时如图5所示，本发明的实施例3提供了一种综合式的清洗作业平台，包括可旋转切换工位的旋转底座14、以及布设在旋转底座14对应工位外侧的、实施例2提供的机械臂。

采用该综合式的清洗作业平台，能够针对中小型、精细物件进行图像采集、三维重构、清洗修复等全部操作，以广泛应用于中小型、精细物件的精细自动重构与清洗修复操作、以及如非遗物品的修复与保护。

同时如图6所示，作为优选的实施方式，本实施例中旋转底座上布设有蛛网型排污槽15，整体分布呈蛛网型，模仿蛛网结构，利用凹槽倾斜增大物件接触面摩擦力同时，助于顺利将清洗废液与废渣分离引入底部蓄水槽，汇入废液收集口，能使废液稳定快速排下，并防止废液汇聚及回流，保证工作面的清洁。

同时如图7-图10所述，作为进一步改进，本实施例中设置自咬合软体稳固夹具16，可通过电动或气动实现自动更换机械臂执行末端17(如清洗吸附喷头)的操作。其中，自咬合软体稳固夹具16对执行末端17的咬合采用三层嵌套的方式，分别从整体定位咬合、稳固咬合、加强减偏咬合进行嵌套夹持。

整体定位咬合通过夹具端面的等腰梯形体凹槽18与执行末端17对应结构嵌套。夹具内侧设有直角梯形凸块19，整体定位咬合后夹具的直角梯形凸块19滑入执行末端17两侧的侧槽20紧密咬合，实现稳固咬合。而直角梯形凸块19表面再设有加强减偏凸出软体21，在稳固咬合后加强减偏凸出软体21受挤压，紧密嵌套咬合进执行末端17侧槽20内壁的数个额外内槽22，充分填充空余空间，可选择性通过气动装置加压，使加强减偏凸出软体21膨胀进一步稳固夹持，实现加强咬合以及夹持偏差的减少。

其中，执行末端17的额外内槽22同为直角梯形体，其深度自槽口至内部等比例降低，有效防止夹持时可能的卡位、以及随使用时间增加软体的逐渐松动；同时也便于减压更换执行末端17时夹具的顺利脱离。

同时，旋转底座14的各工位处还布设有调压底座23，依靠调压底座23可实现自动更换执行末端17的操作。当执行末端17需安装在机械臂上时，夹具随机械臂插入执行末端17完成整体定位咬合，同时夹具底部通向调压底座23，而后调压底座23通过气动或电动驱动夹具，使夹具逐步逐层夹持稳固，并可通过再次加压使加强减偏凸出软体21膨胀进一步稳固。

而需取下执行末端17时，执行末端17、夹具随机械臂插入调压底座23后，夹具驱动而自内向外逐层稳定脱落，同时调压底座23驱动直角梯形凸块19打开，可使夹具稳定而迅速解锁并取下执行末端17，极大提高更换效率。

同时如图11、图12所示，通过更换不同的执行末端，如T型横向专用喷头24，在两用喷头的结构基础上实现横向喷液，对于特定较窄的物件结构可以高效清洗，或用于修复平整物件表面等等。

因此，整个作业平台系统可实现单个或多个机械臂针对性进行物件的定位、外形重构、清洗、修复等全部操作，使系统成本大大降低，过程更具专业性、全面性，节约资源，摆脱传统人工操作的困境。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种清洗吸附多用喷头，其特征在于，包括软体吸盘、调压头部以及伸缩管，所述软体吸盘的通孔与所述调压头部的主调压腔第一端连通，所述伸缩管与所述调压头部的主调压腔第二端连通，所述伸缩管内布设有导通阀，所述导通阀使流体从所述伸缩管向所述调压头部流动时无阻碍流通，而从所述调压头部向所述伸缩管回流时阻碍减压，所述伸缩管能够相对于所述调压头部伸缩，以改变所述主调压腔的大小，所述主调压腔与调压管形成连通，所述调压管用于调节所述主调压腔的压力。

2.根据权利要求1所述的清洗吸附多用喷头，其特征在于，所述主调压腔布设有V型通道，以使流体增压喷出。

3.根据权利要求1所述的清洗吸附多用喷头，其特征在于，所述主调压腔还布设有副调压腔，所述副调压腔与所述调压管连接。

4.根据权利要求1所述的清洗吸附多用喷头，其特征在于，所述导通阀由回形岔道与主干通道组成，所述主干通道布设单个，所述回形岔道沿所述主干通道布设多个，首尾均与所述主干通道连通。

5.根据权利要求1所述的清洗吸附多用喷头，其特征在于，所述伸缩管的端部为带外螺纹的弹性体，所述弹性体与所述调压头部的内螺纹活动连接且密封。

6.根据权利要求1所述的清洗吸附多用喷头，其特征在于，所述软体吸盘的吸附面自外围至中心依次设有密度逐渐增加的圆环面，同时最外围附有可替换的软体胶圈。

7.根据权利要求1所述的清洗吸附多用喷头，其特征在于，所述伸缩管与加压泵以及第一电磁阀连通，所述调压管与真空泵以及第二电磁阀连通。

8.一种机械臂，其特征在于，包括机械臂本体以及布设在机械臂本体末端的、如权利要求1-7任意一项所述清洗吸附多用喷头。

9.根据权利要求8所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂本体的背面还布设有储液仓，所述储液仓能够可视化内部液体量。

10.一种清洗作业平台，其特征在于，包括可旋转切换工位的旋转底座、以及与所述旋转底座各个工位对应的、如权利要求8-9任意一项所述的机械臂。

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