CN114799796A - 一种吸附器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸附器，包括：陀螺仪支撑机构，陀螺仪支撑机构包括外框、外活动部和内活动部，外活动部转动连接于所述外框内，内活动部转动连接于外活动部内；吸附机构，吸附机构包括气管、球面轴头和吸附管，球面轴头包括相通的球壳和球头，球壳与气管相连通，球头至少部分设于球壳内且与球壳内间隙配合，球头固定于内活动部，吸附管与球头相连通，吸附管的自由端穿过内活动部；工作时，所述外框与球壳均保持固定不动。本发明不需要气路管道的连接，避免对球头转动的干扰，大大提高了检测的精度，实现了微牛级别微小受力的偏转检测；提高装配效率和装配质量；实现了吸附靶球功能与检测力功能一体化；可有效防止靶球变形，确保靶球质量。

Description

一种吸附器

技术领域

本发明涉及微操作技术领域，尤其涉及一种吸附器。

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。

目前在微装配领域的研究比较少，主要是在装配的精度和多种复杂微器件的适用性上存在困难。而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。

现有出现了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。目前在微装配系统中，真空吸附式微夹持器需要外部真空发生器提供气路内的负压，以及一系列气路、管路等完成真空吸附，也就是辅助部件多，连接结构繁杂，真空夹持器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。虽然也有用传感器去检测装配力的，但是检测的精度无法得到保证，因为避免不了受气路管道连接的影响，气路管道的存在大大地干扰了微牛级精度的检测。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种吸附器。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种吸附器，包括：

陀螺仪支撑机构，所述陀螺仪支撑机构包括外框、外活动部和内活动部，所述外活动部转动连接于所述外框内，所述内活动部转动连接于所述外活动部内；

吸附机构，所述吸附机构包括气管、球面轴头和吸附管，所述球面轴头包括相通的球壳和球头，所述球壳与所述气管相连通，所述球头至少部分设于所述球壳内且与所述球壳内间隙配合，所述球头固定于所述内活动部，所述吸附管与所述球头相连通，所述吸附管的自由端穿过所述内活动部；

工作时，所述外框与球壳均保持固定不动。

作为本发明的进一步改进，所述外框上设置有第一传感器支架和第二传感器支架，所述第一传感器支架、第二传感器支架上分别设置有第一电容传感器、第二电容传感器，所述第一电容传感器靠近所述外活动部的一侧，所述第二电容传感器靠近所述内活动部的一侧。

作为本发明的进一步改进，所述外活动部通过第一轴承和第一销钉与所述外框转动连接，所述内活动部通过第二轴承和第二销钉与所述外活动部转动连接。

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，所述球壳内设置有相连通的气道和容纳腔，所述气管与所述气道相连通，所述球头内设置出气孔，所述球头至少部分设于所述容纳腔内，所述气道与所述出气孔相通。

作为本发明的进一步改进，所述球壳包括相连接的圆柱体和球壳本体，所述气道自所述圆柱体的外周壁延伸至所述球壳本体，所述容纳腔设于所述球壳本体内。

作为本发明的进一步改进，所述气道包括相连通的第一气道和第二气道，所述第一气道的轴线与所述第二气道的轴线垂直设置。

作为本发明的进一步改进，所述出气孔包括依次相连通的圆台孔和圆柱孔，所述圆台孔对准所述气道。

作为本发明的进一步改进，所述内活动部设置有通孔，所述吸附管的自由端穿过所述通孔。

作为本发明的进一步改进，还设置有外壳和后盖，所述外壳与后盖拼接形成用于容纳所述陀螺仪支撑机构和吸附机构的空腔，所述外壳与后盖均固定于所述外框，所述外壳设置有限位口，所述吸附管的自由端穿过所述限位口，所述球壳固定于所述后盖内，所述气管的自由端伸出所述后盖。

本发明的有益效果是：

(1)采用球面轴头这样的结构，结构简单，便于加工生产，球面轴头的球头和球壳之间存在一定的间隙，通过球壳与球头之间的气膜可以实现非常低阻尼转动的方式，不需要气路管道的连接，避免对球头转动的干扰，大大提高了检测的精度，实现了微牛级别微小受力的偏转检测。

(2)实现了二维度的高精度的微力检测，当靶球与零件装配时受到相互作用力产生偏转，通过调整夹持器的位姿来调整靶球的位姿，也就是通过控制夹持器带动靶球往受力相反的方向运动，从而实现靶球的复位，提高装配效率和装配质量。

(3)通过电容传感器实现对吸附器末端工作时受到外力作用而偏转的检测，结构简单，灵敏度高，动态响应性好，温度稳定性好。

(4)实现了吸附靶球功能与检测力功能一体化。

(5)当工作负压过大时，多余的负压会从球面轴头的球壳和球头中的间隙处溢出，可有效防止靶球变形，确保靶球质量，从而提高装配质量。

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隐藏部分后盖和部分外壳的结构示意图；

图2为本发明的优选实施例的陀螺仪支撑机构与吸附器装配的结构示意图；

图3为本发明的优选实施例的陀螺仪支撑机构的结构示意图；

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球面轴头的结构示意图；

图6为图5的A-A向剖示图；

图中：1、陀螺仪支撑机构，2、吸附器，10、外框，101、第一传感器支架，102、第二传感器支架，103、第一电容传感器，104、第二电容传感器，105、第一轴承，106、第一销钉，107、第二轴承，108、第二销钉，20、外活动部，30、内活动部，301、通孔，40、气管，42、吸附管，50、球壳，501、气道，502、容纳腔，503、圆柱体，504、球壳本体，505、第一气道，506、第二气道，60、球头，601、出气孔，602、圆台孔，603、圆柱孔，70、外壳，701、限位口，80、后盖，90、空腔。

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。

请参阅图1-图6，本申请实施例提供了一种吸附器，包括：陀螺仪支撑机构1，陀螺仪支撑机构1包括外框10、外活动部20和内活动部30，外活动部20转动连接于外框10内，内活动部30转动连接于外活动部20内；吸附机构2，吸附机构2包括气管40、球面轴头和吸附管42，球面轴头包括相通的球壳50和球头60，球壳50与气管40相连通，球头60至少部分设于球壳50内且与球壳50内间隙配合，球头60固定于内活动部30，吸附管42与球头60相连通，吸附管42的自由端穿过内活动部30；工作时，外框10与球壳50均保持固定不动。工作时，通过外接气源吸气产生工作所需的负压，气体经吸附管42流入球头60，当气体流出球头60时，气体会自然分流，一部分气体溢出在球壳50和球头60之间的空隙处形成气膜，实现气体润滑，避免对球头60转动的影响，另一部分气体流入球壳50中，并沿气管40流出，为吸附靶球提供工作负压。如果外接气源提供的工作负压过大，会有更多的气体从球壳50和球头60之间的间隙中流出，可以有效避免因负压过大而造成靶球被破坏的现象。另外，球面轴头的球头60固定在陀螺仪支撑机构1的内活动部30上，可以同步内活动部30和外活动部20的转动，也就是可以随着内活动部30和外活动部20实现二维的转动，这就意味着此结构可以检测两个维度的力，且球面轴头的球壳50和球头60不是直接接触的，而是存在一定的空隙，也不通过气路管道相连接，这样球头50的转动不存在气路管道连接的干扰，从而大大提高了受力检测精度，可达微牛级别。

在本实施例中，外框10上设置有第一传感器支架101和第二传感器支架102，第一传感器支架101、第二传感器支架102上分别设置有第一电容传感器103、第二电容传感器104，第一电容传感器103靠近外活动部20的一侧，第二电容传感器104靠近内活动部30的一侧，当外活动部20转动时，第一电容传感器103与外活动部20的相对距离会发生改变，当内活动部30转动时，第二电容传感器104与内活动部30的相对距离会发生改变，从而引起电容值的改变，可以通过电容值的变化计算出所测力的大小，所测力指的是待装配的靶球所受到的力。具体地，第一电容传感器103在外活动部20上的正投影位于外活动部20内，第二电容传感器104在内活动部30上的正投影位于内活动部30内。若设定吸附管70的延伸方向为前方，则第一电容传感器103靠近外活动部20的一侧指的是第一电容传感器103与外活动部20的前侧或后侧相对设置，外活动部20的前侧、外活动部20的后侧是与吸附管70的延伸方向相同的相对两侧，第二电容传感器104靠近内活动部30的一侧指的是第二电容传感器104与内活动部30的前侧或后侧相对设置，内活动部30的前侧、内活动部30的后侧是与吸附管70的延伸方向相同的相对两侧，第一电容传感器103靠近外活动部20的距离以不干涉外活动部20的转动来设定，第二电容传感器104靠近内活动部30的距离以不干涉内活动部30的转动来设定。

具体地，外活动部20通过第一轴承105和第一销钉106与外框10转动连接，内活动部30通过第二轴承107和第二销钉108与外活动部20转动连接。更具体地，第一轴承105设置在外框10内，第一销钉106的一端与第一轴承105的内圈固定连接，另一端与外活动部20固定连接，第二轴承107设置在外活动部20内，第二销钉108的一端与第二轴承107的内圈固定连接，另一端与内活动部20固定连接。

具体地，第一销钉106竖直设置，外活动部20能够实现绕着第一销钉106也就是竖直方向转动，第二销钉108水平设置，内活动部30能够实现绕着第二销钉108也就是水平方向转动。参照图3所示，YOZ面是外活动部20和内活动部30所在平面，内活动部30绕Y轴方向转动，外活动部20绕Z轴方向转动，X轴方向与吸附管42的方向一致。

在本实施例中，球壳50内设置有相连通的气道501和容纳腔502，气管40与气道501相连通，球头60内设置出气孔601，球头60至少部分设于容纳腔502内，气道501与出气孔601相通。气管40与气道501形成通路，气管40与外界的气泵相连接。

为了便于气道501的开设，优选球壳50包括相连接的圆柱体503和球壳本体504，气道501自圆柱体503的外周壁延伸至球壳本体504，容纳腔502设于球壳本体504内。

具体地，气道501包括相连通的第一气道505和第二气道506，第一气道505的轴线与第二气道506的轴线垂直设置，便于气体的进入和流通。更具体地，气管40与第一气道505相连通，第二气道506与容纳腔502相连通。

具体地，出气孔601包括依次相连通的圆台孔602和圆柱孔603，圆台孔602对准气道501。圆台孔602的宽口端对准气道501，圆台孔602的窄口端与圆柱孔603连通，便于圆台孔602内的气体快速进入气道501。更具体地，圆台孔602的宽口端对准第二气道506。

为了便于吸附管42的设置，优选内活动部30设置有通孔301，吸附管42的自由端穿过通孔301。

在本实施例中，还设置有外壳70和后盖80，外壳70与后盖80拼接形成用于容纳陀螺仪支撑机构1和吸附机构2的空腔90，外壳70与后盖80均固定于外框10，外壳70设置有限位口701，吸附管42的自由端穿过限位口701，球壳60固定于后盖80内，气管40的自由端伸出后盖80。外壳70与后盖80包裹住陀螺仪支撑机构1和吸附器2，形成一个相对密闭的环境，可以避免外界的干扰，提高检测的精度，同时可以保证内部结构的整洁，图1中只示出了一半的外壳70与后盖80；后盖80可以起到支撑限位气管40的作用，确保气流流通顺畅。具体地，将球壳50的顶部固定在后盖80内，工作时保持不动的状态。

本发明在工作时，通过外接的气泵吸气产生工作所需的负压，气体经吸附管42流入球头60，当气体流出球头60时，气体会自然分流，一部分气体溢出在球壳50和球头60之间的空隙处形成气膜，实现气体润滑，另一部分气体流入球壳50中，并沿气管40流出，为吸附靶球提供工作负压。吸附管42吸附靶球与其它零件进行装配过程中，由于靶球与其它零件的相互接触，产生力的相互作用，带动吸附管42发生偏转，而吸附管42是通过球头60安装在陀螺仪支撑机构1的内活动部30上，吸附管42的微小偏转都会带动陀螺仪支撑机构1的内活动部30和外活动部20发生相应偏转。并且，由于吸附管42相当于杠杆放大机构，在靶球与其它零件相互接触处发生的微小偏转，通过吸附管42可以将其放大，有利于陀螺仪支撑机构1对偏转的捕捉，通过调整吸附管42的位姿从而调整靶球3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)

1.一种吸附器，其特征在于，包括：

陀螺仪支撑机构，所述陀螺仪支撑机构包括外框、外活动部和内活动部，所述外活动部转动连接于所述外框内，所述内活动部转动连接于所述外活动部内；

吸附机构，所述吸附机构包括气管、球面轴头和吸附管，所述球面轴头包括相通的球壳和球头，所述球壳与所述气管相连通，所述球头至少部分设于所述球壳内且与所述球壳内间隙配合，所述球头固定于所述内活动部，所述吸附管与所述球头相连通，所述吸附管的自由端穿过所述内活动部；

工作时，所述外框与球壳均保持固定不动。

2.根据权利要求1所述的一种吸附器，其特征在于，所述外框上设置有第一传感器支架和第二传感器支架，所述第一传感器支架、第二传感器支架上分别设置有第一电容传感器、第二电容传感器，所述第一电容传感器靠近所述外活动部的一侧，所述第二电容传感器靠近所述内活动部的一侧。

3.根据权利要求1所述的一种吸附器，其特征在于，所述外活动部通过第一轴承和第一销钉与所述外框转动连接，所述内活动部通过第二轴承和第二销钉与所述外活动部转动连接。

4.根据权利要求3所述的一种吸附器，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所述的一种吸附器，其特征在于，所述球壳内设置有相连通的气道和容纳腔，所述气管与所述气道相连通，所述球头内设置出气孔，所述球头至少部分设于所述容纳腔内，所述气道与所述出气孔相通。

6.根据权利要求5所述的一种吸附器，其特征在于，所述球壳包括相连接的圆柱体和球壳本体，所述气道自所述圆柱体的外周壁延伸至所述球壳本体，所述容纳腔设于所述球壳本体内。

7.根据权利要求6所述的一种吸附器，其特征在于，所述气道包括相连通的第一气道和第二气道，所述第一气道的轴线与所述第二气道的轴线垂直设置。

8.根据权利要求5所述的一种吸附器，其特征在于，所述出气孔包括依次相连通的圆台孔和圆柱孔，所述圆台孔对准所述气道。

9.根据权利要求1所述的一种吸附器，其特征在于，所述内活动部设置有通孔，所述吸附管的自由端穿过所述通孔。

10.根据权利要求1所述的一种吸附器，其特征在于，还设置有外壳和后盖，所述外壳与后盖拼接形成用于容纳所述陀螺仪支撑机构和吸附机构的容纳腔，所述外壳与后盖均固定于所述外框，所述外壳设置有限位口，所述吸附管的自由端穿过所述限位口，所述球壳固定于所述后盖内，所述气管的自由端伸出所述后盖。

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