CN116477350A - 一种真空机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空腔体交接技术领域，特别涉及一种真空机械手。包括交接叉组件、曲柄连杆滑块机构、机械手底座及驱动装置，其中曲柄连杆滑块机构和驱动装置分别设置于机械手底座的两端，交接叉组件与曲柄连杆滑块机构连接，驱动装置通过机械手底座和曲柄连杆滑块机构驱动交接叉组件绕机械手底座的轴线旋转同时能够伸缩。本发明可以在各种真空环境下，完成对样品的360°的旋转传输，传输稳定、可靠，可以满足不同交接距离，不同质量样品的真空传输。

Description

一种真空机械手

技术领域

本发明涉及真空腔体交接技术领域，特别涉及一种真空机械手。

背景技术

在真空环境下进行科学研究和工业生产时，需要在不破坏真空室内真空度的前提下，利用机械机构对真空室内的样品进行传递和操作。随着技术发展，样品需要多次在不同工艺腔室内部稳定传输。

目前，国内生产的磁力传递杆只能沿单一方向传输交接，对于多室交接需要很多传递杆共同完成交接任务，同时多传递杆共用的方式占用空间极大，并且每个都需要单独的控制，容错率小。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种真空机械手。该真空机械手可以在真空内360°自转，满足多角度的样品传输，同时真空机械手具备伸缩功能，可以把样品传递到量程内部任意位置，传输样品稳定、可靠。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种真空机械手，包括交接叉组件、曲柄连杆滑块机构、机械手底座及驱动装置，其中曲柄连杆滑块机构和驱动装置分别设置于机械手底座的两端，交接叉组件与曲柄连杆滑块机构连接，驱动装置通过机械手底座驱动交接叉组件绕机械手底座的轴线旋转及通过曲柄连杆滑块机构带动交接叉组件伸缩。

所述曲柄连杆滑块机构包括两个机械手前臂和两个机械手后臂，其中两个机械手后臂的一端与所述机械手底座转动连接，另一端分别与两个机械手前臂的一端转动连接，两个机械手前臂的另一端与所述交接叉组件转动连接，从而形成对称的四连杆结构。

所述交接叉组件包括样品托支撑及设置于样品托支撑上的样品托，两个所述机械手前臂的另一端通过两个前臂关节与样品托支撑转动连接，两个前臂关节的外侧分别设有相互啮合的两个导向齿。

所述机械手底座包括伸缩轴组件、自转轴组件、固定底座及转动支架，其中伸缩轴组件和自转轴组件由内到外同轴且能够转动地安装在固定底座上，伸缩轴组件和自转轴组件的下端通过传动齿轮组与所述驱动装置连接，自转轴组件的上端与转动支架连接，两个所述机械手后臂的一端通过后臂轴承座与转动支架连接；伸缩轴组件的上端通过驱动齿轮组件与两个所述机械手后臂的一端连接，当伸缩轴组件旋转时，通过驱动齿轮组件带动两个所述机械手后臂反向旋转。

所述驱动齿轮组件包括主动齿轮、从动齿轮Ⅰ及从动齿轮Ⅱ，其中从动齿轮Ⅰ和从动齿轮Ⅱ分别设置于两个所述机械手后臂一端端部，且相互啮合，主动齿轮设置于所述伸缩轴组件上，且与从动齿轮Ⅰ或从动齿轮Ⅱ啮合。

所述驱动装置包括两个磁力转轴组件和驱动组件，其中驱动组件包括驱动调节固定架及设置于驱动调节固定架上的两个驱动电机，两个驱动电机的输出端分别与两个磁力转轴组件连接，两个磁力转轴组件的输出端与所述传动齿轮组连接。

所述传动齿轮组包括传动齿轮Ⅰ、传动齿轮Ⅱ、磁力转轴输出齿轮Ⅰ和磁力转轴输出齿轮Ⅱ，其中传动齿轮Ⅰ设置于所述自转轴组件上，传动齿轮Ⅱ设置于所述伸缩轴组件上，且位于传动齿轮Ⅰ的下方；磁力转轴输出齿轮Ⅰ和磁力转轴输出齿轮Ⅱ分别设置于两个所述磁力转轴组件的输出端，磁力转轴输出齿轮Ⅰ与传动齿轮Ⅰ啮合，磁力转轴输出齿轮Ⅱ与传动齿轮Ⅱ啮合。

所述机械手底座上设有校准机构，校准机构的尾部设有凹槽，凹槽通过真空腔体外侧的反射或对射开关监测，达到对机械手自转的校准和控制。

所述校准机构安装在所述自转轴组件上，且与所述交接叉组件处于同一平面内。

所述机械手底座的底部设有连接法兰，连接法兰与真空腔体密封连接，所述驱动装置设置于连接法兰上，且位于真空腔体的外侧。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明提供的一种真空机械手，可以实现单一机械手向多腔室的传输，节约设备占地空间和程序控制难度。

2.本发明利用磁力转轴组件将扭矩输入到真空腔内部，传输效率高，高、低真空内部都能应用。

3.本发明传输稳定可靠、适用范围广，可以在真空外部调整交接角度，交接距离。

附图说明

图1为本发明一种真空机械手的轴测图；

图2为本发明一种真空机械手的伸缩示意图；

图3为本发明的交接叉组件的结构示意图；

图4为本发明的机械手前臂的结构示意图；

图5为本发明的机械手后臂的结构示意图；

图6为本发明的机械手底座的结构示意图；

图7为本发明的机械手底座的轴测图；

图8为本发明的磁力转轴组件与机械手底座之间的齿轮啮合示意图；

图9为本发明的驱动齿轮组件的啮合示意图；

图10为本发明的驱动组件的结构示意图。

图中：1为交接叉组件，2为机械手前臂，3为机械手后臂，4为校准机构，5为机械手底座，6为连接法兰，7为磁力转轴组件，8为驱动组件，9为样品托，10为样品托支撑，13为前臂关节，14为导向齿，15为前臂梁，16为前臂轴承座，18为后臂连接轴，19为后臂梁，20为后臂轴承座，21为驱动齿轮组件，22为伸缩轴组件，23为自转轴组件，23为固定底座，27为驱动调节固定架，28为驱动电机，29为转动支架，30为传动齿轮Ⅰ，31为传动齿轮Ⅱ，211为主动齿轮，212为从动齿轮Ⅰ，213为从动齿轮Ⅱ，71为磁力转轴输出齿轮Ⅰ，72为磁力转轴输出齿轮Ⅱ。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-2所示，本发明提供一种真空机械手，包括交接叉组件1、曲柄连杆滑块机构、机械手底座5及驱动装置，其中曲柄连杆滑块机构和驱动装置分别设置于机械手底座5的两端，交接叉组件1与曲柄连杆滑块机构连接，驱动装置通过机械手底座5和曲柄连杆滑块机构驱动交接叉组件1绕机械手底座5的轴线旋转，同时能够伸缩。该真空机械手可以在真空内360°自转，满足多角度的样品传输，同时真空机械手具备伸缩功能，可以把样品传递到量程内部任意位置，传输样品稳定、可靠。

如图1所示，本发明的实施例中，机械手底座5的底部设有连接法兰6，连接法兰6与真空腔体密封连接，驱动装置设置于连接法兰6上，且位于真空腔体的外侧，连接法兰6确保真空机械手的真空密封。

如图3所示，本发明的实施例中，交接叉组件1包括样品托支撑10及设置于样品托支撑10上的样品托9。优选地，样品托9设置于样品托支撑10的一端，样品托支撑10的另一端设有两个安装孔。

如图1所示，本发明的实施例中，曲柄连杆滑块机构包括两个机械手前臂2和两个机械手后臂3，其中两个机械手后臂3的一端与机械手底座5转动连接，另一端分别与两个机械手前臂2的一端转动连接，两个机械手前臂2的另一端均与样品托支撑10上的两个安装孔转动连接，从而形成对称的四连杆结构。也就是说，交接叉组件1、机械手前臂2及机械手后臂3形成类似曲柄连杆滑块机构，样品托支撑10在曲柄连杆滑块机构中起滑块的作用。

如图4所示，本发明的实施例中，机械手前臂2包括前臂梁15及设置于前臂梁15两端的前臂关节13和前臂轴承座16，其中前臂关节13与样品托支撑10上的安装孔配合安装，前臂轴承座16与机械手后臂3的另一端转动连接。优选地，前臂梁15为弧形结构，前臂梁15可以相对于样品托支撑10发生转动，前臂梁15在曲柄连杆滑块机构中起连杆的作用。

进一步地，两个前臂关节13的外侧设有相互啮合的两个导向齿14，两个导向齿14起校准和辅助安装作用，确保机械手在伸缩时，沿导向齿14的啮合位置渐开线方向移动。

如图5所示，本发明的实施例中，机械手后臂3包括后臂梁19及设置于后臂梁19两端的后臂连接轴18和后臂轴承座20，其中后臂轴承座20与机械手底座5连接，后臂连接轴18与机械手前臂2的一端连接，机械手前臂2能够绕后臂连接轴18转动。优选地，后臂梁19由后向前逐级变细，且为镂空结构。

本实施例中，后臂连接轴18与前臂轴承座16配合安装，后臂梁19可以相对于前臂梁15发生转动，后臂梁19在曲柄连杆滑块的机构中起曲柄的作用。驱动装置转动时，机械手后臂3会以后臂连接轴18为轴做圆周运动，带动机械手前臂2及接叉组件1做直线往复运动。

如图6-7所示，本发明的实施例中，机械手底座5包括伸缩轴组件22、自转轴组件23、固定底座24及转动支架29，其中伸缩轴组件22和自转轴组件23由内到外同轴且能够转动地安装在固定底座24上，伸缩轴组件22和自转轴组件23的下端通过传动齿轮组与驱动装置连接，自转轴组件23的上端与转动支架29连接，两个机械手后臂3的一端通过后臂轴承座20与转动支架29连接；伸缩轴组件22的上端通过驱动齿轮组件21与两个机械手后臂3的一端连接，当伸缩轴组件22旋转时，通过驱动齿轮组件21带动两个机械手后臂3反向旋转。

如图9所示，本发明的实施例中，驱动齿轮组件21包括主动齿轮211、从动齿轮Ⅰ212及从动齿轮Ⅱ213，其中从动齿轮Ⅰ212和从动齿轮Ⅱ213分别设置于两个机械手后臂后端的后臂轴承座20上，且从动齿轮Ⅰ212和从动齿轮Ⅱ213相互啮合。主动齿轮211设置于伸缩轴组件22上，且与从动齿轮Ⅰ212或从动齿轮Ⅱ213啮合。伸缩轴组件22转动时带动主动齿轮211旋转，因主动齿轮211与从动齿轮Ⅰ212或从动齿轮Ⅱ213啮合，所以带动从动齿轮Ⅰ212和从动齿轮Ⅱ213反向转动，从而带动两个机械手后臂3反向转动。

如图1、图10所示，本发明的实施例中，驱动装置包括两个磁力转轴组件7和驱动组件8，其中驱动组件8包括驱动调节固定架27及设置于驱动调节固定架27上的两个驱动电机28，两个驱动电机28的输出端分别与两个磁力转轴组件7连接，两个磁力转轴组件7的输出端与传动齿轮组连接。

如图8所示，本发明的实施例中，传动齿轮组包括传动齿轮Ⅰ30、传动齿轮Ⅱ31、磁力转轴输出齿轮Ⅰ71和磁力转轴输出齿轮Ⅱ72，其中传动齿轮Ⅰ30设置于自转轴组件23上，传动齿轮Ⅱ31设置于伸缩轴组件22上，且位于传动齿轮Ⅰ30的下方；磁力转轴输出齿轮Ⅰ71和磁力转轴输出齿轮Ⅱ72分别设置于两个磁力转轴组件7的输出端，磁力转轴输出齿轮Ⅰ71与传动齿轮Ⅰ30啮合，磁力转轴输出齿轮Ⅱ72与传动齿轮Ⅱ31啮合。一磁力转轴组件7通过磁力转轴输出齿轮Ⅰ71和传动齿轮Ⅰ30组成的齿轮组驱动自转轴组件23转动，另一磁力转轴组件7通过磁力转轴输出齿轮Ⅱ72和传动齿轮Ⅱ31组成的齿轮组驱动伸缩轴组件22转动。本实施例中，固定底座24和磁力转轴组件7分别安装在连接法兰6的两侧，驱动电机28提供机械手自转和伸缩的扭矩，驱动调节固定架27可以方便驱动机构28与磁力转轴组件7相连。伸缩轴组件22、自转轴组件23配合安装后，两个磁力转轴组件7可以分别驱动伸缩轴组件22及自转轴组件23转动，而互不影响。本实施例中，优选地，选择用齿轮组来完成扭矩传输，其它例如带轮传输、棘轮传输也可以实现此功能。

进一步地，机械手底座5上设有校准机构4，校准机构4的尾部设有凹槽，凹槽通过真空腔体外侧的反射或对射开关监测，达到对机械手自转的校准和控制。优选地，校准机构4安装在自转轴组件23上，且与交接叉组件1处于同一平面内。

本发明提供的一种真空机械手，其工作原理是：

驱动组件8扭矩传递给磁力转轴组件7，磁力转轴组件7将扭矩传递至真空腔内部，通过机械手底座5底部的传动齿轮组配合， 一方面可以驱动机械手底座5中自转轴组件23旋转，从而带动机械手后臂3、机械手前臂2及交接叉组件1以自转轴组件为轴完成360°自转，可以实现样品向360°各方向完成交接。另一方面，可以驱动机械手底座5中伸缩轴组件22旋转，两只机械手后臂3会以后臂连接轴18为轴镜像做圆周运动，驱动机械手后臂3、机械手前臂2及交接叉组件1做类似曲柄连杆滑块运动，从而带动交接叉组件1沿其上导向齿14的啮合位置渐开线方向移动，即带动机械手前臂2及接叉组件1做直线往复运动，实现伸缩功能。同时校准机构4安装在自转轴组件23上，与交接叉组件1处于同一平面内，真空机械手自转时，校准机构4尾部凹槽可以通过真空外的反射或对射开关监测，达到对机械手自转的校准和控制。校准机构4也可替换为其它接近信号等，也可以实现此功能。

本实施例中，优选地选择磁力转轴组件7，将扭矩传递到真空内部，磁力转轴组件7为市购产品，购置于莱斯克公司的磁力转轴组件，其它真空动密封组件例如磁流体、O圈密封也可以实现此功能。

本实施例中，优选地，利用机械手后臂3、机械手前臂2及交接叉组件1形成的曲柄连杆滑块机构来完成样品的伸缩运动，其它例如抽拉式结构、齿轮齿条式结构也可以实现此功能。

本发明可以在各种真空环境下，完成对样品的360°的旋转传输，传输稳定、可靠，可以满足不同交接距离，不同质量样品的真空传输。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。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、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种真空机械手，其特征在于，包括交接叉组件（1）、曲柄连杆滑块机构、机械手底座（5）及驱动装置，其中曲柄连杆滑块机构和驱动装置分别设置于机械手底座（5）的两端，交接叉组件（1）与曲柄连杆滑块机构连接，驱动装置通过机械手底座（5）驱动交接叉组件（1）绕机械手底座（5）的轴线旋转及通过曲柄连杆滑块机构带动交接叉组件（1）伸缩。

2.根据权利要求1所述的真空机械手，其特征在于，所述曲柄连杆滑块机构包括两个机械手前臂（2）和两个机械手后臂（3），其中两个机械手后臂（3）的一端与所述机械手底座（5）转动连接，另一端分别与两个机械手前臂（2）的一端转动连接，两个机械手前臂（2）的另一端与所述交接叉组件（1）转动连接，从而形成对称的四连杆结构。

3.根据权利要求2所述的真空机械手，其特征在于，所述交接叉组件（1）包括样品托支撑（10）及设置于样品托支撑（10）上的样品托（9），两个所述机械手前臂（2）的另一端通过两个前臂关节（13）与样品托支撑（10）转动连接，两个前臂关节（13）的外侧分别设有相互啮合的两个导向齿（14）。

4.根据权利要求2所述的真空机械手，其特征在于，所述机械手底座（5）包括伸缩轴组件（22）、自转轴组件（23）、固定底座（24）及转动支架（29），其中伸缩轴组件（22）和自转轴组件（23）由内到外同轴且能够转动地安装在固定底座（24）上，伸缩轴组件（22）和自转轴组件（23）的下端通过传动齿轮组与所述驱动装置连接，自转轴组件（23）的上端与转动支架（29）连接，两个所述机械手后臂（3）的一端通过后臂轴承座（20）与转动支架（29）连接；伸缩轴组件（22）的上端通过驱动齿轮组件（21）与两个所述机械手后臂（3）的一端连接，当伸缩轴组件（22）旋转时，通过驱动齿轮组件（21）带动两个所述机械手后臂（3）反向旋转。

5.根据权利要求4所述的真空机械手，其特征在于，所述驱动齿轮组件（21）包括主动齿轮（211）、从动齿轮Ⅰ（212）及从动齿轮Ⅱ（213），其中从动齿轮Ⅰ（212）和从动齿轮Ⅱ（213）分别设置于两个所述机械手后臂（3）一端端部，且相互啮合，主动齿轮（211）设置于所述伸缩轴组件（22）上，且与从动齿轮Ⅰ（212）或从动齿轮Ⅱ（213）啮合。

6.根据权利要求4所述的真空机械手，其特征在于，所述驱动装置包括两个磁力转轴组件（7）和驱动组件（8），其中驱动组件（8）包括驱动调节固定架（27）及设置于驱动调节固定架（27）上的两个驱动电机（28），两个驱动电机（28）的输出端分别与两个磁力转轴组件（7）连接，两个磁力转轴组件（7）的输出端与所述传动齿轮组连接。

7.根据权利要求6所述的真空机械手，其特征在于，所述传动齿轮组包括传动齿轮Ⅰ（30）、传动齿轮Ⅱ（31）、磁力转轴输出齿轮Ⅰ（71）和磁力转轴输出齿轮Ⅱ（72），其中传动齿轮Ⅰ（30）设置于所述自转轴组件（23）上，传动齿轮Ⅱ（31）设置于所述伸缩轴组件（22）上，且位于传动齿轮Ⅰ（30）的下方；磁力转轴输出齿轮Ⅰ（71）和磁力转轴输出齿轮Ⅱ（72）分别设置于两个所述磁力转轴组件（7）的输出端，磁力转轴输出齿轮Ⅰ（71）与传动齿轮Ⅰ（30）啮合，磁力转轴输出齿轮Ⅱ（72）与传动齿轮Ⅱ（31）啮合。

8.根据权利要求4所述的真空机械手，其特征在于，所述机械手底座（5）上设有校准机构（4），校准机构（4）的尾部设有凹槽，凹槽通过真空腔体外侧的反射或对射开关监测，达到对机械手自转的校准和控制。

9.根据权利要求8所述的真空机械手，其特征在于，所述校准机构（4）安装在所述自转轴组件（23）上，且与所述交接叉组件（1）处于同一平面内。

10.根据权利要求1所述的真空机械手，其特征在于，所述机械手底座（5）的底部设有连接法兰（6），连接法兰（6）与真空腔体密封连接，所述驱动装置设置于连接法兰（6）上，且位于真空腔体的外侧。