CN116177219B - 一种柔性吸盘机构及工件搬运方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性吸盘机构，其包括具有吸取腔的底座、设置在底座上的吸取组件及限位组件，吸取组件包括设置在吸取腔底部的吸盘，限位组件包括多个限位杆和锁定件，多个限位杆分布于吸盘的周围，限位杆具有远离锁定件的第一状态以及与锁定件紧密接触的第二状态，在第一状态下限位杆可沿纵向滑动，在第二状态下限位杆位置固定，且限位杆在驱动组件的作用下实现第一状态及第二状态的自由切换。本发明的柔性吸盘机构，通过设置有多个限位杆，在贴合工件的过程中可自由滑动，且限位杆直接通过锁定件及驱动块来锁定，保证吸起来后产品是平稳的，以此实现装配前后物体状态不变。本发明还提供了一种适用于该柔性吸盘机构的工件搬运方法。

Description

一种柔性吸盘机构及工件搬运方法

技术领域

本发明涉及自动化组装技术领域，特别地，涉及一种柔性吸盘机构及工件搬运方法。

背景技术

在PCBA自动化组装行业内通常使用标准的SMT吸盘，但是只能吸取较小尺寸且有合适吸位置的PCBA。对于尺寸较大或特殊的PCBA一般会根据其特点进行非标设计吸盘，但非标设计的吸盘通用性差，无法兼容多种PCBA，另外还有一种海绵吸盘，可以用来吸取较大的表面凹凸不平的物体，但因吸取后很难保证水平，只能适用于普通搬运，无法用于精密装配。

为了解决精密装配的问题，公开号为CN112456137A的专利，其公开了一种多位置自适应斜面的海绵吸盘抓手，其包括四组上下浮动组件和浮动接头，从而能够实现不同高度、不同角度的自适应调节，但是其通过四个吸盘独立的吸取，吸到工件的吸盘真空吸住，吸不到工件的吸盘自动关闭真空防止漏气，每个吸盘是独立且随着弹簧浮动的，吸起来的物体极有可能发生歪斜。另外，公开号为CN112265013A的专利，其公开了一种自适应斜面的海绵吸盘抓手，通过弹簧套在导向柱上结合限位结构去自适应工件表面，这种用弹簧浮动的方案具有明显的缺点，其压缩量越大，压在产品上的力越大，容易损失PCBA上的器件。

发明内容

基于此，有必要提供一种防止歪斜、防止损失PCBA上的器件的柔性吸盘机构；

还有必要提供一种适用于该柔性吸盘机构的工件搬运方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性吸盘机构，所述柔性吸盘机构包括具有吸取腔的底座和设置在所述底座上的吸取组件，所述吸取组件包括设置在所述吸取腔底部的吸盘，所述柔性吸盘机构还包括设置在所述底座上的限位组件，所述限位组件包括相对所述底座沿纵向可滑动的多个限位杆和安装在所述底座上的锁定件，多个所述限位杆分布于所述吸盘的周围，所述限位杆具有远离所述锁定件的第一状态以及与所述锁定件紧密接触的第二状态，在第一状态下所述限位杆可沿纵向独立滑动，在第二状态下所述限位杆位置固定，且所述限位杆在驱动组件的作用下实现第一状态及第二状态的自由切换。

进一步地，多个所述限位杆分布在所述锁定件的外侧，所述锁定件在所述底座内通过沿垂直于所述限位杆的方向往复运动以贴近或远离所述限位杆。

进一步地，所述底座与所述锁定件之间弹性抵持有弹性件，所述弹性件在自然状态下推抵所述锁定件远离所述限位杆。

进一步地，所述驱动组件设有多个作用端，任意一个所述作用端均与一个所述锁定件相抵持，任意一个所述锁定件的活动区域内均设置有至少一个所述限位杆；所述限位杆在所述驱动组件的作用下形成与所述锁定件紧密接触的第二状态或远离所述锁定件的第一状态。

进一步地，所述锁定件为球状结构，所述限位杆为圆柱杆，所述限位杆沿所述锁定件的中轴线对称设置在所述锁定件远离所述驱动组件的一侧。

进一步地，所述驱动组件包括沿纵向可滑动的驱动块、驱动件以及沿纵向弹性抵持在所述驱动块与所述底座之间的弹性部件，所述驱动件的输出端与所述驱动块固定连接，所述锁定件与所述驱动块的作用端相抵持，在所述驱动块的纵向滑动下贴近或远离所述限位杆。

进一步地，所述驱动块在连接所述驱动件的首端及连接所述弹性部件的末端之间具有多个作为作用端的调节面，在所述调节面与所述锁定件一一对应设置。

进一步地，所述调节面设为由上至下向内收缩的过渡斜面，所述驱动块在纵向滑动过程中，所述过渡斜面带动对应的所述锁定件贴近或远离所述限位杆，实现所述限位杆的第一状态及第二状态的切换。

进一步地，所述限位组件还包括压盖，所述底座上开设有与所述限位杆相配合的滑槽，所述限位杆沿其延伸方向的一端固定安装在所述压盖上，所述限位杆的另一端自由悬伸于所述滑槽中；

所述底座上与所述压盖之间具有沿第一方向延伸的容置腔，所述容置腔与所述滑槽相互连通，且所述容置腔的高度及宽度与所述锁定件相适配，所述锁定件内置于所述容置腔中且在所述驱动组件的作用下具有沿垂直于所述限位杆方向的运动分量。

一种工件搬运方法，适用于上述所述的柔性吸盘机构，该搬运方法包括以下步骤：

步骤S1：对工件进行吸取前，所述锁定件在所述弹性件的作用下远离所述限位杆，所述限位杆处于可自由上下的第一状态；

步骤S2：在吸取工件时，所述柔性吸盘机构整体下降，所述限位杆被工件顶起，随着所述柔性吸盘机构继续下降至所述吸盘接触所述工件表面，此时，多个所述限位杆根据被所述工件的表面轮廓各自进行高度自适应，同时，通过所述驱动组件驱动所述锁定件朝向所述限位杆运动直至所述限位杆被锁定达到第二状态，对所述吸盘开启抽真空装置，待所述工件吸取稳定后所述柔性吸盘机构整体上升；

步骤S3：所述工件组装转移到指定位置后，关闭抽真空装置，所述柔性吸盘机构整体上升，所述工件被释放，控制所述驱动组件复位后，所述锁定件在弹性作用下复位，所述限位杆在重力作用下复位自由下落至所述吸盘以下。

本发明的有益效果是：本发明提供的柔性吸盘机构，通过设置多个限位杆，在贴合工件的过程中可自由滑动，且限位杆直接通过锁定件及驱动块来锁定，使得多个限位杆的高度可以不一样，能根据工件表面进行仿形，仿形后可以锁定，保证吸起来后工件是平稳的，以此实现装配前后工件状态不变，同时，本发明在向下压缩接触工件时对工件只有限位杆的重力，而且几乎是恒定且较轻的力，从而能够防止损坏工件；由上述，本发明柔性吸盘结构紧凑，体积小，重量轻，自适应性强，可兼容多种物料，解决了自动化行业中表面复杂物料无法的自动化作业的难题，同时又免去了用户换型的烦恼，降低了自动化行业对作业物料的苛刻要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的柔性吸盘机构的立体图；

图2是图1所示柔性吸盘机构的右视图；

图3是图2所示柔性吸盘机构中沿A-A的剖视图；

图4是图3所示柔性吸盘机构中B处的局部放大图；

图5是图1所示柔性吸盘机构的主视图；

图6是图5所示柔性吸盘机构中沿C-C的剖视图；

图7是图5所示柔性吸盘机构中沿D-D的剖视图；

图8是图1所示柔性吸盘机构中压盖的结构示意图；

图9是图1所示柔性吸盘机构中限位杆的结构示意图；

图10是图1所示柔性吸盘机构吸取前与吸取后的结构状态图。

图中零部件名称及其编号分别为：1、底座；10、吸取腔；11、滑槽；12、容置腔；13、凹槽；2、吸取组件；21、吸杆；22、吸盘；23、缓冲圈；24、真空接头；3、限位组件；31、压盖；311、安装槽；312、穿孔；313、通槽；32、限位杆；321、抵持部；322、限定部；33、锁定件；34、弹性件；35、安装块；4、驱动组件；41、驱动块；411、调节面；42、驱动件；43、弹性部件；5、固定板。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

请参阅图1至图10，本发明提供了一种柔性吸盘机构，其包括底座1、吸取组件2、限位组件3以及驱动组件4，吸取组件2和限位组件3均设置在底座1上，驱动组件4设置在底座1的上方，驱动组件4用于对限位组件3进行锁定。

请参阅图1和图7，吸取组件2包括吸杆21、吸盘22、缓冲圈23以及真空接头24，底座1上开设有吸取腔10，吸杆21及真空接头24分别设置在吸取腔10的两端，吸杆21设置在底座1的底部，吸杆21的内腔与吸取腔10相连通，吸杆21部分伸入至吸取腔10内，从而能够使得吸杆21与底座1连接得更加稳定，进而使得吸杆21不易从底座1上掉落。吸盘22设置在吸杆21的底部，缓冲圈23安装在吸盘22的底部，从而能够使得吸盘22将工件吸附住时，一方面能够保证不会对所述工件造成伤害，另一方面能够提升吸盘22与所述工件之间的密封性。真空接头24与底座1固定连接，且真空接头24的内腔与吸取腔10相连通。进一步地，真空接头24连接有抽真空装置。使用时，所述抽真空装置工作，从而能够对吸杆21及吸盘22内的空气进行抽真空，使得吸盘22的底部产生负压，进而能够使得所述工件被吸盘22吸附住。

在本实施方式中，缓冲圈23由海绵材料制成。在其他未示出的实施方式中，缓冲圈23还可以由硅胶或者橡胶材料制成。

请参阅图2至图9，限位组件3包括压盖31、限位杆32、锁定件33以及弹性件34，压盖31固定设置在底座1的上端，限位杆32安装在压盖31上，限位杆32相对底座1沿纵向可滑动设置，压盖31上开设有安装槽311及穿孔312，安装槽311与穿孔312相连通，且安装槽311的直径尺寸大于穿孔312的直径尺寸，底座1上还开设有与限位杆32相配合的滑槽11，限位杆32沿其延伸方向的一端固定安装在压盖31上，限位杆32的另一端自由悬伸于滑槽11中，且滑槽11与穿孔312相对应，安装时，限位杆32安装在安装槽311、穿孔312及滑槽11内。底座1与压盖31之间具有沿第一方向（即，图6中水平面内的方向S）延伸的容置腔12，容置腔12大致呈腰形状结构，容置腔12与滑槽11相互连通，且容置腔12的高度（即，图3中高度H）及宽度（即，图6中宽度W）均与锁定件33相适配，锁定件33内置于容置腔12中且在驱动组件4的作用下具有沿垂直于限位杆32方向的运动分量，由此，在锁定件33朝着限位杆32发生直接接触作用下，能够实现从第一状态向第二状态的切换，以平稳的吸取并转移所述工件。弹性件34弹性抵持在底座1与锁定件33之间，弹性件34在自然状态下推抵锁定件33远离限位杆32。进一步地，限位杆32具有远离锁定件33的第一状态以及与锁定件33紧密接触的第二状态，在第一状态下限位杆32可沿纵向独立且自由的滑动，在第二状态下限位杆32位置固定，且限位杆32在驱动组件4的作用下实现第一状态及第二状态的自由切换。在第二状态下，吸盘22吸取到工件表面时，多个限位杆32的高度根据所述工件进行仿形定位，实现与所述工件表面的稳定吸取固定。

进一步地，限位杆32、锁定件33以及弹性件34均具有多个，多个限位杆32均匀分布在吸盘22的周围，锁定件33在底座1内通过沿垂直于限位杆32的方向往复运动以贴近或远离限位杆32，且多个锁定件33及多个弹性件34均设置在容置腔12内。活动锁定件33，使得锁定件33与限位杆32相抵持，进而使得锁定件33对限位杆32进行锁定。在本实施方式中，限位杆32具有四个，锁定件33和弹性件34均具有两个，其中，一个锁定件33与两个限位杆32相对应，一个锁定件33用于对两个限位杆32进行锁定。

每个限位杆32包括相互连接的抵持部321和限定部322，抵持部321安装在安装槽311内，限定部322穿过穿孔312及滑槽11后延伸至底座1的外部。安装时，将限位杆32安装在安装槽311、穿孔312及滑槽11后，此时，抵持部321的下端面与安装槽311的槽底壁相抵持。

进一步地，锁定件33为球状结构，限位杆32为圆柱杆，限位杆32沿锁定件33的中轴线Z对称设置在锁定件33远离驱动组件4的一侧，弹性件34位于锁定件33的中轴线Z上。在本实施方式中，锁定件33为钢珠。在其他未示出的实施方式中，锁定件33还可以为铜珠，此处对锁定件33的材料及形状不作限定，只需满足锁定件33能够将限位杆32进行锁定。

进一步地，限位组件3还包括安装块35，安装块35具有两个，两个安装块35分别设置在底座1的相对两端，弹性件34弹性抵持在安装块35与锁定件33之间，具体地，弹性件34的一端安装在安装块35上，弹性件34的另一端与锁定件33相抵持。

在本实施方式中，弹性件34为弹簧。在其他未示出的实施方式中，弹性件34还可以是诸如不锈钢弹片或铜制弹片等具有弹性和钢性的元件，此处不作限定。

使用时，首先将限位杆32安装至压盖31及底座1后，此时，抵持部321的下端面与安装槽311的槽底壁相抵持，此时，限位杆32处于第一状态，向下移动所述柔性吸盘机构，限位杆32与所述工件的上表面相接触，且被所述工件顶起使得限位杆32相对于底座1向上移动，此时，限位杆32处于第二状态，启动所述抽真空装置工作，从而能够对吸杆21及吸盘22内的空气进行抽真空，使得吸盘22的底部产生负压，进而能够使得所述工件被吸盘22吸附住，然后将两个锁定件33相互远离，使得弹性件34被进一步压缩，直至锁定件33与限位杆32相抵持后，使得限位杆32被锁定。

进一步地，所述柔性吸盘机构还包括固定板5，底座1固定设置在固定板5上。

请参阅图3和图4，驱动组件4设有多个作用端，任意一个作用端均抵持一个锁定件33，任意一个锁定件33的活动区域内均设置有至少一个限位杆32，限位杆32在驱动组件4的作用下形成与锁定件33紧密接触的第二状态或远离锁定件33的第一状态。至此，通过来自驱动组件4的一个推力源，实现多个限位杆32的同时锁紧，且锁紧力几乎相同，不会出现个别限位杆32锁不紧的情况。

具体地，驱动组件4包括驱动块41、驱动件42以及弹性部件43，驱动块41可纵向滑动地设置在压盖31上，锁定件33与驱动块41的作用端相抵持，由此，在驱动块41的纵向滑动下贴近或远离限位杆32。压盖31上开设有与驱动块41相配合的通槽313，驱动件42安装在固定板5上，且驱动件42的输出端与驱动块41固定连接，弹性部件43沿纵向弹性抵持在驱动块41与底座1之间。具体地，弹性部件43的一端与驱动块41固定连接，弹性部件43的另一端与容置腔12的槽底壁固定连接。在本实施方式中，驱动件42为气缸。

进一步地，为了防止弹性部件43发生歪斜的现象， 容置腔12的槽底壁向下凹陷形成有凹槽13，弹性部件43弹性抵持在驱动块41与凹槽13之间，具体地，弹性部件43的一端与驱动块41的底部固定连接，弹性部件43的另一端与凹槽13的槽底壁固定连接。

在本实施方式中，弹性部件43为弹簧。在其他未示出的实施方式中，弹性部件43还可以是诸如不锈钢弹片或铜制弹片等具有弹性和钢性的元件，此处不作限定。

驱动块41呈楔形状结构，驱动块41在连接驱动件42的首端及连接弹性部件43的末端之间具有多个作用端的调节面411，且调节面411与锁定件33一一对应设置。调节面411设为由上至下向内收缩的过渡斜面，驱动块41在纵向滑动过程中，该过渡斜面带动对应的锁定件33贴近或远离限位杆32，实现第一状态及第二状态的切换。

在本实施方式中，调节面411具有两个，锁定件33具有两个，限位杆32具有四个，一个锁定件33与两个限位杆32相对应，两个锁定件33对称分布在调节面411的两侧，滑槽11布置在容置腔12的四角，限位杆32设置在对应的容置腔12，使对限位杆32的锁定更加稳固。更具体的，控制锁定件33的圆心到限位杆32中轴线的最短连线与该锁定件33的中轴线Z呈45°夹角，使锁定件33的作用力更加稳固的传递到限位杆32的侧面上，提高对限位杆32的锁定作用。使用时，驱动块41在纵向滑动过程中，调节面411带动对应的锁定件33贴近或远离对应的限位杆32，实现第一状态及第二状态的切换。在其他未示出的实施方式中，调节面411还可以为四个，锁定件33对应设为四个，限位杆32对应设为八个。实际应用中，调节面411即为锥形面，驱动块41即为锥形块。至此，通过一个推力作用，实现四个限位杆32的同时锁紧，且锁紧力基本一致。

基于此，本发明还提供了一种适用于上述柔性吸盘机构的工件搬运方法，该搬运方法包括以下步骤：

步骤S1：对所述工件进行吸取前，锁定件33在弹性件34的作用下远离限位杆32，限位杆32处于可自由上下的第一状态；

步骤S2：在吸取工件时，柔性吸盘机构整体下降，限位杆32被所述工件顶起，随着柔性吸盘机构继续下降至吸盘22接触所述工件表面，此时多个限位杆32根据被所述工件的表面轮廓各自进行高度自适应，同时，通过驱动组件4驱动锁定件33朝向限位杆32运动直至限位杆32被锁定达到第二状态，对吸盘22开启抽真空装置，待所述工件吸取稳定后所述柔性吸盘机构整体上升；

步骤S3：工件组装转移到指定位置后，关闭抽真空装置，柔性吸盘机构整体上升，所述工件被释放，控制驱动组件4复位后（通过驱动块41的纵向往复移动实现），锁定件33在弹性作用下复位，限位杆32在重力作用下复位自由下落至吸盘22以下。

本发明提供的柔性吸盘机构，通过设置多个限位杆32，在贴合工件的过程中可自由滑动，且限位杆32直接通过锁定件33及驱动块41来锁定，使得多个限位杆32的高度可以不一样，能根据工件表面进行仿形，仿形后可以锁定，保证吸起来后工件是平稳的，以此实现装配前后工件状态不变，同时，本发明在向下压缩接触工件时对工件只有限位杆32的重力，而且几乎是恒定且较轻的力，从而能够防止损坏工件；由上述，本发明柔性吸盘结构紧凑，体积小，重量轻，自适应性强，可兼容多种物料，解决了自动化行业中表面复杂物料无法的自动化作业的难题，同时又免去了用户换型的烦恼，降低了自动化行业对作业物料的苛刻要求。

此外，本发明提供的柔性吸盘机构可以串并联使用，以同时处理多个复杂的物料的吸取转移。该柔性吸盘能效果优异的应用于自动化行业中对表面凹凸不平复杂物料的吸取，尤其是在结构紧凑的前提下以实现自动化组装或搬运的目的。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种柔性吸盘机构，所述柔性吸盘机构包括具有吸取腔的底座和设置在所述底座上的吸取组件，所述吸取组件包括设置在所述吸取腔底部的吸盘，其特征在于：所述柔性吸盘机构还包括设置在所述底座上的限位组件，所述限位组件包括相对所述底座沿纵向可滑动的多个限位杆和安装在所述底座上的锁定件，多个所述限位杆分布于所述吸盘的周围，所述限位杆具有远离所述锁定件的第一状态以及与所述锁定件紧密接触的第二状态，在第一状态下所述限位杆可沿纵向独立且自由的滑动，在第二状态下所述限位杆位置固定，且所述限位杆在驱动组件的作用下实现第一状态及第二状态的自由切换，且由第一状态向第二状态切换过程中，工件的上表面仅受到来自所述限位杆的重力作用。

2.如权利要求1所述的柔性吸盘机构，其特征在于：多个所述限位杆分布在所述锁定件的外侧，所述锁定件在所述底座内通过沿垂直于所述限位杆的方向往复运动以贴近或远离所述限位杆。

3.如权利要求2所述的柔性吸盘机构，其特征在于：所述底座与所述锁定件之间弹性抵持有弹性件，所述弹性件在自然状态下推抵所述锁定件远离所述限位杆。

4.如权利要求1所述的柔性吸盘机构，其特征在于：所述驱动组件设有多个作用端，任意一个所述作用端均与一个所述锁定件相抵持，任意一个所述锁定件的活动区域内均设置有至少一个所述限位杆；所述限位杆在所述驱动组件的作用下形成与所述锁定件紧密接触的第二状态或远离所述锁定件的第一状态。

5.如权利要求4所述的柔性吸盘机构，其特征在于：所述锁定件为球状结构，所述限位杆为圆柱杆，所述限位杆沿所述锁定件的中轴线对称设置在所述锁定件远离所述驱动组件的一侧。

6.如权利要求4所述的柔性吸盘机构，其特征在于：所述驱动组件包括沿纵向可滑动的驱动块、驱动件以及沿纵向弹性抵持在所述驱动块与所述底座之间的弹性部件，所述驱动件的输出端与所述驱动块固定连接，所述锁定件与所述驱动块的作用端相抵持，在所述驱动块的纵向滑动下贴近或远离所述限位杆。

7.如权利要求6所述的柔性吸盘机构，其特征在于：所述驱动块在连接所述驱动件的首端及连接所述弹性部件的末端之间具有多个作为作用端的调节面，在所述调节面与所述锁定件一一对应设置。

8.如权利要求7所述的柔性吸盘机构，其特征在于：所述调节面设为由上至下向内收缩的过渡斜面，所述驱动块在纵向滑动过程中，所述过渡斜面带动对应的所述锁定件贴近或远离所述限位杆，实现所述限位杆的第一状态及第二状态的切换。

9.如权利要求1所述的柔性吸盘机构，其特征在于：所述限位组件还包括压盖，所述底座上开设有与所述限位杆相配合的滑槽，所述限位杆沿其延伸方向的一端固定安装在所述压盖上，所述限位杆的另一端自由悬伸于所述滑槽中；

所述底座上与所述压盖之间具有沿第一方向延伸的容置腔，所述容置腔与所述滑槽相互连通，且所述容置腔的高度及宽度与所述锁定件相适配，所述锁定件内置于所述容置腔中且在所述驱动组件的作用下具有沿垂直于所述限位杆方向的运动分量。

10.一种工件搬运方法，其特征在于：适用于如权利要求3所述的柔性吸盘机构，该搬运方法包括以下步骤：

步骤S1：对工件进行吸取前，所述锁定件在所述弹性件的作用下远离所述限位杆，所述限位杆处于可自由上下的第一状态；

步骤S2：在吸取工件时，所述柔性吸盘机构整体下降，所述限位杆被工件顶起，随着所述柔性吸盘机构继续下降至所述吸盘接触所述工件表面，此时，多个所述限位杆根据被所述工件的表面轮廓各自进行高度自适应，同时，通过所述驱动组件驱动所述锁定件朝向所述限位杆运动直至所述限位杆被锁定达到第二状态，对所述吸盘开启抽真空装置，待所述工件吸取稳定后所述柔性吸盘机构整体上升；

步骤S3：所述工件组装转移到指定位置后，关闭抽真空装置，所述柔性吸盘机构整体上升，所述工件被释放，控制所述驱动组件复位后，所述锁定件在弹性作用下复位，所述限位杆在重力作用下复位自由下落至所述吸盘以下。