CN114833854A - 一种用于机械臂末端的吸附机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械技术领域，公开一种用于机械臂末端的吸附机构，包括储气管以及位于储气管一端的吸盘，储气管内密封移动有第一活塞，第一活塞和吸盘之间固定有与储气管端部密封滑移配合的连管，连管的两端分别与吸盘以及第一活塞靠近吸盘的一侧腔室连通，储气管外于连管外套设有两端分别与储气管和吸盘抵接的第一弹性件，储气管远离吸盘的一端设置有排气槽，储气管外设置有当第一活塞向远离吸盘的一端运动时可打开排气槽的单向排气机构，单向排气机构包括在储气管外设置的弹性抵接于排气槽上的弹性封堵，弹性封堵上设置有向第一活塞远离吸盘的一侧腔室补气的补气机构，该吸附机构存在能耗低、安全性高和适用性高等优点。

Description

一种用于机械臂末端的吸附机构

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体为一种用于机械臂末端的吸附机构。

背景技术

机械臂想要拿取东西，一般采用夹爪夹取或吸盘吸取两种方式，一些长度和宽度较大的物体，只能采用吸取的方式拿取。

公告号为CN213918333U的中国专利公开一种吸盘式机械臂，包括机械臂本体和连接杆，所述机械臂本体的工作部呈可伸入或移出注塑机设置，所述连接杆呈水平设置，所述连接杆顶面连接于机械臂本体的工作部，所述连接杆连接有吸盘，所述吸盘的工作部呈朝向塑料成品设置，所述机械臂本体连接有抽气组件，所述抽气组件的工作部与吸盘的顶部连通，抽气组件为抽气泵。

现有的吸盘实现负压或正压的切换利用的是抽气泵的启闭，在吸附时，抽气泵需要始终处于工作状态以维持吸盘内部负压的状态，存在能耗大的问题。

发明内容

针对现有的吸盘的负压需要抽气泵持续工作来保持，存在能耗大的问题，本发明的目的在于提供一种用于机械臂末端且能够显著降低能耗的吸附机构。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于机械臂末端的吸附机构，包括储气管以及位于储气管一端的吸盘，储气管内密封移动有第一活塞，第一活塞和吸盘之间固定有与储气管端部密封滑移配合的连管，连管的两端分别与吸盘以及第一活塞靠近吸盘的一侧腔室连通，储气管外于连管外套设有两端分别与储气管和吸盘抵接的第一弹性件，储气管远离吸盘的一端设置有排气槽，储气管外设置有当第一活塞向远离吸盘的一端运动时可打开排气槽的单向排气机构，单向排气机构包括在储气管外设置的弹性抵接于排气槽上的弹性封堵、与储气管固定的支架以及两端与弹性封堵和支架固定的第一弹性件，弹性封堵上设置有向第一活塞远离吸盘的一侧腔室补气的补气机构，补气机构包括于弹性封堵上设置的与储气管内部连通的泄气槽以及于泄气槽侧壁设置的可沿垂直于排气槽的排气方向伸缩以打开或封闭泄气槽的堵块，堵块的伸缩受控于电磁控制机构。

根据上述方案，当吸盘受到压力后，第一弹性件压缩，吸盘、连管和第一活塞同步移动，由于吸盘、吸管以及第一活塞靠近吸盘的一侧腔室连通，随着第一活塞的移动，该侧腔室体积不断增加，气压不断减小，驱使吸盘吸附在物体上，而第一活塞远离吸盘的一侧腔室随着第一活塞的移动体积不断减小，该腔室内气压不断增加导致弹性封堵远离排气槽，该腔室内的气体随之排出，当第一活塞停止移动后，弹性封堵再次堵住排气槽，此时吸盘保持负压状态，吸盘上物体的重量会驱使第一活塞存在向靠近吸盘的方向运动的趋势，导致弹性封堵被牢牢堵在排气槽上，而补气机构中，堵块的伸缩方向垂直于排气槽，故，堵块收缩时通过泄气槽进行泄气的方式需要的力不足直接将弹性封堵拉出的力的1/10,可显著降低能耗，同时，相较于现有的抽气泵的驱动方式，即使出现突发停电的状况，也不会导致物体自吸盘上脱离的状况，安全性高。

进一步的，电磁控制机构包括于弹性封堵远离储气管的一端凸设的安装块、于安装块靠近弹性封堵的一侧凹陷的容置槽以及于容置槽内作靠近或远离弹性封堵运动的第二活塞，容置槽靠近泄气槽的一端侧壁上设置的可供堵块密封移动的开槽，在容置槽底部固定有电磁铁，在电磁铁和第二活塞之间设置有两端与两者抵接或固定的第三弹性件，第二活塞的移动受控于电磁铁的得电或失电。

根据上述方案，电磁铁得电时，第二活塞向远离开槽的方向移动，第二活塞远离电磁铁的一侧腔室随着体积增加形成负压将堵块吸入开槽内，此时，露出泄气槽，第二活塞在第一弹性件作用下向吸盘方向移动，外部空气进入到第一活塞靠近排气槽的一侧腔室内，吸盘内部恢复至常压，物体从吸盘上脱离；当电磁铁失电时，第二活塞向靠近开槽的方向移动，第二活塞远离电磁铁的一侧腔室体积减小形成正压将堵块局部顶出开槽直至封住泄气槽。

进一步的，泄气槽远离堵块的一侧凹陷有可供堵块局部嵌入的凹槽。

根据上述方案，凹槽的设置可以供堵块局部嵌入，增加堵块封闭的牢固性。

进一步的，储气管和吸盘设置有若干个且均设置于安装盒的一侧，单向排气机构设置于安装盒内且设置个数与储气管设置个数一致，所有的电磁铁相互串联或并联于同一个控制电路上。

根据上述方案，将吸盘和储气管以阵列形式设置在安装盒的一侧，每个吸盘只有受到压力且与物体充分接触才具备吸力，吸盘之间互不干扰，可以适用不同形状或体积的物体的吸取，若只有部分吸盘与物体接触，只有与物体接触的吸盘存在负压，其他吸盘为常压，而现有技术采用抽气泵控制吸盘的方式，需要每个吸盘都单独连接一个抽气泵，不然很难根据不同物体的大小和形状去单独控制吸盘的吸力，本方案大大增加了适用性。

进一步的，储气管呈阵列排布于安装盒的一侧。

根据上述方案，储气管呈阵列布设后，吸盘同步排布，机械臂无需正对物体进行吸附，只需存在部分吸盘与物体有效接触，就能够将物体吸取，对物体的吸取精度可有效降低，更加易于机械臂的控制。

进一步的，储气管远离吸盘的一端为通槽且与安装盒一体连接，在安装盒内设置有可快速安装所有单向排气机构的快装结构。

根据上述方案，快装结构能够提神安装速度，提高组装的便捷性。

进一步的，快装结构包括密封固定于安装盒靠近储气管的一侧侧壁上的封板，封板上设置有对应每个储气管的排气槽，封板远离储气管的一端以排气槽为中心凸设有与支架固定的螺纹管，支架上设置有与螺纹管配合的螺纹槽。

根据上述方案，封板的设置能够有效降低生产难度，封板封住储气管后，利用其上的排气槽进行储气管内气体的排放，单向排气机构可拆卸设置在封板上，安装或维护均十分便捷。

进一步的，安装盒侧壁设置有与外界连通的通气槽。

根据上述方案，通气槽的设置驱使安装盒内始终保持在常压状态，安装盒内的气压不受储气管内气体的排出或充入而变化，保护安装盒结构不受压力变化出现变形。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、吸盘可相对储气管伸缩，在吸盘伸缩过程中可实现吸盘内部负压或正压的切换，当吸盘受到压力后，第一弹性件压缩，吸盘、连管和第一活塞同步移动，由于吸盘、吸管以及第一活塞靠近吸盘的一侧腔室连通，随着第一活塞的移动，该侧腔室体积不断增加，气压不断减小，驱使吸盘吸附在物体上，而第一活塞远离吸盘的一侧腔室随着第一活塞的移动体积不断减小，该腔室内气压不断增加导致弹性封堵远离排气槽，该腔室内的气体随之排出，当第一活塞停止移动后，弹性封堵再次堵住排气槽，此时吸盘保持负压状态，吸盘上物体的重量会驱使第一活塞存在向靠近吸盘的方向运动的趋势，导致弹性封堵被牢牢堵在排气槽上，而补气机构中，堵块的伸缩方向垂直于排气槽，故，堵块收缩时通过泄气槽进行泄气的方式需要的力不足直接将弹性封堵拉出的力的1/10,可显著降低能耗，同时，相交于现有的抽气泵的驱动方式，即使出现突发停电的状况，也不会导致物体自吸盘上脱离，安全性高。

2、将吸盘和储气管以阵列形式设置在安装盒的一侧，每个吸盘只有受到压力且与物体充分接触才具备吸力，吸盘之间互不干扰，可以适用不同形状或体积的物体的吸取，若只有部分吸盘与物体接触，只有与物体接触的吸盘存在负压，其它吸盘为常压，而现有技术采用抽气泵控制吸盘的方式，需要每个吸盘都单独连接一个抽气泵，不然很难根据不同物体的大小和形状去单独控制吸盘的吸力，本方案大大增加了适用性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本实施例的一种用于机械臂末端的吸附机构的轴测图；

图2是本实施例的一种用于机械臂末端的吸附机构的主视图；

图3是图2的A-A的剖视图；

图4是图3的B-B的剖视图；

图5是图4的A的放大图；

图6是本实施例的堵块收缩时的局部示意图；

图7-图8是本实施例的单向排气机构的轴测图。

图中：1、安装盒；2、储气管；3、连管；4、吸盘；5、第一弹性件；6、通气槽；7、第一活塞；8、封板；9、排气槽；10、螺纹管；11、支架；12、螺纹槽；13、弹性封堵；14、第二弹性件；15、泄气槽；16、堵块；17、安装块；18、开槽；19、容置槽；20、电磁铁；21、第三弹性件；22、第二活塞；23、凹槽。

具体实施方式

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。

实施例

一种用于机械臂末端的吸附机构，参照图1-5所示，包括安装盒1，安装盒1内部中空，安装盒1的一侧中心凸设有与机械臂末端连接的配合块，在安装盒1远离配合块的一侧呈阵列形式分布有若干的储气管2，储气管2远离吸盘4的一端为通槽且与安装盒1一体连接，每个储气管2内密封移动有第一活塞7，第一活塞7远离安装盒1的一侧固定有延伸至储气管2外的连管3，连管3与储气管2端部密封滑移配合，连管3远离第一活塞7的一端固定有吸盘4，连管3的两端分别与吸盘4内部以及第一活塞7靠近吸盘4的一侧腔室连通，储气管2外于连管3外套设有两端分别与储气管2和吸盘4弹性抵接的第一弹性件5，该第一弹性件5为弹簧，参照图4-图5所示，在安装盒1内密封固定有可封住所有储气管2的封板8，封板8上设置有与每个储气管2对应的排气槽9，当吸盘4受到压缩进行收缩时，第一活塞7远离吸盘4的一侧腔室内的气体随着排气槽9排至安装盒1内，与物体接触的吸盘4内部形成负压牢牢吸附住物体。

在安装盒1内设置有供储气管2内气体排出排气槽9的单向排气机构，参照图5、图7和图8所示，单向排气机构包括在安装盒1内于封板8远离储气管2的一侧设置的弹性地接于排气槽9上的弹性封堵13、固定在封板8远离储气管2一侧的支架11以及两端与弹性封堵13和支架11固定的第二弹性件14，第二弹性件14为弹簧，为了便于快速安装，设置快装结构将支架11与封板8进行连接，快装机构包括于封板8远离储气管2的一端以排气槽9为中心凸设的螺纹管10，本实施例为外螺纹管，支架11为开口朝向螺纹管10的管帽，该管帽侧壁设置有可供排气的通槽，管帽的端部设置有与螺纹管10配合的螺纹槽12，通过单向排气机构，只需机械臂携带该吸附机构向物体施加一个压力，利用吸盘4压缩的力将第一活塞7远离吸盘4的一侧腔室内的气体排出储气管2，并在卸力后使弹性封堵13自动堵住排气槽9，从而驱使吸盘4内部保持负压状态，吸盘4吸力与第一活塞7与排气槽9之间的间距呈反比，即第一活塞7与排气槽9越近，吸盘4吸力越大，反之，则吸盘4吸力越小。

为了保持吸盘4的吸力足够，第一活塞7优选移动至与封板8贴合的状态，这就导致，弹性封堵13很难脱离排气槽9以使空气进入第一活塞7远离吸盘4的那侧腔室内，吸盘4上的物体需要很大的力才能实现脱离，为了解决这个技术问题，在弹性封堵13上设置向第一活塞7远离吸盘4的一侧腔室补气的补气机构，具体参照图5-图6所示，该补气机构包括于弹性封堵13上设置的与储气管2内部连通的泄气槽15，在泄气槽15的侧壁设置有可沿着垂直于排气槽9排气方向伸缩的堵块16，该堵块16的伸缩受控于一电磁控制机构。

电磁控制机构包括于弹性封堵13远离储气管2的一端凸设的安装块17、于安装块17靠近弹性封堵13的一侧凹陷的容置槽19以及于容置槽19内作靠近或远离弹性封堵13运动的第二活塞22，安装块17与弹性封堵13密封焊接，使容置槽19为一密封腔体，在容置槽19靠近泄气槽的一侧侧壁上设置与堵块16连通的开槽18，堵块密封移动于开槽内，在容置槽19底部固定电磁铁20，在电磁铁20和第二活塞22之间设置两端与两者弹性抵接或固定连接的第三弹性件21，第三弹性件21为弹簧，第二活塞22的移动受控于电磁铁20的得电或失电，第二活塞22包括内部为铁芯以及包裹于铁芯外部的弹性层，电磁铁20的得电或失电受控于一控制电路，该控制电路包括相相互串联或并联的电磁铁20以及与所有的电磁铁20串联的控制开关，当电磁铁20得电时，第二活塞22向远离开槽18的方向移动，堵块16收缩露出泄气槽15；当电磁铁20失电时，第二活塞22向靠近开槽18的方向移动，堵块16局部伸出堵住泄气槽15，为了增加堵块16密封的可靠性，在泄气槽15远离堵块16的一侧凹陷可供堵块16局部嵌入的凹槽23，当堵块16局部伸出后，堵块16远离开槽18一端顶入凹槽23内。

上述补气机构这样设置的理由在于，堵块16的伸缩方向垂直于储气管2内气压的压力方向，堵块16收缩需要克服的力很小，这个力不足直接拔出弹性封堵13的1/10，且这个比值与吸盘4吸力的大小呈反比，即，吸盘4吸力越大，堵块16收缩克服的力与拔出弹性封堵13的力的比值越小于1/10，故，十分省力，具体原理可参考磁体的磁力，两块磁力相互滑移克服的力远远小于分开两者的力，这样，能够显著降低电磁铁20所需的磁力，起到降低能耗的作用，上述的电磁铁20在失电时，堵块16处于伸出状态，可驱使弹性封堵13处于封住排气槽9的状态，这种设置的另一种好处就是安全，现有的利用抽气泵持续抽取保持吸力的状态，不仅能耗大，一旦停电还可能导致吸盘4吸取的物体脱落的状况，存在安全隐患，本发方案还有个显著的效果就是适用性广，每个吸盘4只有受到压力且与物体充分接触才具备吸力，吸盘4之间互不干扰，可以适用不同形状或体积的物体的吸取，若只有部分吸盘4与物体接触，只有与物体接触的吸盘4存在负压，其他吸盘4为常压，而现有技术采用抽气泵控制吸盘4的方式，需要每个吸盘4都单独连接一个抽气泵，不然很难根据不同物体的大小和形状去单独控制吸盘4的吸力，这就导致成本的显著提高。

控制电路内的控制开关与机械臂的控制器连接，控制器为PLC，本方案的吸附机构与机械臂连接后的具体吸附-解吸过程如下：

1、吸附过程：机械臂控制吸盘4对准物体后下压，第一弹性件5收缩，第一活塞7向远离吸盘4的方向移动，弹性封堵13受气压顶动打开排气槽9，当第一活塞7移动至与封板8贴合停止，弹性封堵13在第二弹性件14作用下自动堵住排气槽9，吸盘4内部处于负压状态，物体吸附在吸盘4上，在上述过程中，电磁铁20均处于失电状态，堵块16受正压影响处于伸出状态；

2、解吸过程：电磁铁20得电，第二活塞22向远离开槽18的方向移动，堵块16受负压影响收缩从而露出泄气槽15，由于泄气槽15的打开，气体自泄气槽15进入到第一活塞7靠近泄气槽15的腔室内，在物体重力和第一弹性件5的共同作用下，第一活塞7向远离排气槽9的方向移动，吸盘4内部负压逐渐减小至恢复常压，物体自吸盘4上脱离。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于机械臂末端的吸附机构，包括储气管(2)以及位于储气管(2)一端的吸盘(4)，其特征在于：储气管(2)内密封移动有第一活塞(7)，第一活塞(7)和吸盘(4)之间固定有与储气管(2)端部密封滑移配合的连管(3)，连管(3)的两端分别与吸盘(4)以及第一活塞(7)靠近吸盘(4)的一侧腔室连通，储气管(2)外于连管(3)外套设有两端分别与储气管(2)和吸盘(4)抵接的第一弹性件(5)，储气管(2)远离吸盘(4)的一端设置有排气槽(9)，储气管(2)外设置有当第一活塞(7)向远离吸盘(4)的一端运动时可打开排气槽(9)的单向排气机构，单向排气机构包括在储气管(2)外设置的弹性抵接于排气槽(9)上的弹性封堵(13)、与储气管固定的支架(11)以及两端与弹性封堵(13)和支架(11)固定的第一弹性件(5)，弹性封堵(13)上设置有向第一活塞(7)远离吸盘(4)的一侧腔室补气的补气机构，补气机构包括于弹性封堵(13)上设置的与储气管(2)内部连通的泄气槽(15)以及于泄气槽(15)侧壁设置的可沿垂直于排气槽(9)的排气方向伸缩以打开或封闭泄气槽的堵块(16)，堵块(16)的伸缩受控于电磁控制机构。

2.根据权利要求1所述的一种用于机械臂末端的吸附机构，其特征在于：电磁控制机构包括于弹性封堵(13)远离储气管(2)的一端凸设的安装块(17)、于安装块(17)靠近弹性封堵(13)的一侧凹陷的容置槽(19)以及于容置槽(19)内作靠近或远离弹性封堵(13)运动的第二活塞(22)，容置槽(19)靠近泄气槽的一端侧壁上设置的可供堵块密封移动的开槽(18)，在容置槽(19)底部固定有电磁铁(20)，在电磁铁(20)和第二活塞(22)之间设置有两端与两者抵接或固定的第三弹性件(21)，第二活塞(22)的移动受控于电磁铁(20)的得电或失电。

3.根据权利要求2所述的一种用于机械臂末端的吸附机构，其特征在于：泄气槽(15)远离堵块(16)的一侧凹陷有可供堵块(16)局部嵌入的凹槽(23)。

4.根据权利要求2所述的一种用于机械臂末端的吸附机构，其特征在于：储气管(2)和吸盘(4)设置有若干个且均设置于安装盒(1)的一侧，单向排气机构设置于安装盒(1)内且设置个数与储气管(2)设置个数一致，所有的电磁铁(20)相互串联或并联于同一个控制电路上。

5.根据权利要求4所述的一种用于机械臂末端的吸附机构，其特征在于：储气管(2)呈阵列排布于安装盒(1)的一侧。

6.根据权利要求5所述的一种用于机械臂末端的吸附机构，其特征在于：储气管(2)远离吸盘(4)的一端为通槽且与安装盒(1)一体连接，在安装盒(1)内设置有可快速安装所有单向排气机构的快装结构。

7.根据权利要求6所述的一种用于机械臂末端的吸附机构，其特征在于：快装结构包括密封固定于安装盒(1)靠近储气管(2)的一侧侧壁上的封板(8)，封板(8)上设置有对应每个储气管(2)的排气槽(9)，封板(8)远离储气管(2)的一端以排气槽(9)为中心凸设有与支架(11)固定的螺纹管(10)，支架(11)上设置有与螺纹管(10)配合的螺纹槽(12)。

8.根据权利要求4所述的一种用于机械臂末端的吸附机构，其特征在于：安装盒(1)侧壁设置有与外界连通的通气槽(6)。

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