CN203236476U - 一种真空摇摆机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种真空摇摆机械手，包括：适于抓取样品的夹持机构(14)；连接夹持机构(14)的传动套管(8)和传动连杆(9)，它们能够相对滑动；手动的操纵机构(10)；密封固定在真空腔体上的法兰(1)，法兰(1)具有开口；适于将传动套管(8)活动支承在法兰上的支承机构(20)；沿轴向套设在传动套管(8)外的第一波纹管(6)和直径小于且长度大于其的第二波纹管(13)，它们在夹持机构(14)和法兰(1)之间形成柔性密封连接并且彼此由连接件(7)密封连接。其中，法兰(1)的开口的口径较大并且连接件(7)能够在传动套管(8)上滑动，从而使得本实用新型的机械手最大摆动张角不小于60度。

Description

一种真空摇摆机械手

技术领域

本实用新型涉及真空机械装置，特别涉及一种真空摇摆机械手。 

背景技术

在科学研究还是工业生产中，人们有时需要一个真空环境进行材料制备或者科学实验。这种真空条件通常是利用一个真空腔体和一组真空泵来实现和维持的。在真空腔体内部，为了实现多种处理和测试，样品需要在不同位置之间进行传递。在同一个真空腔体内，样品的机械运动主要依靠摇摆机械手实现。摇摆机械手是指机械手安装在真空腔体上之后，能够在一定张角幅度内进行角向摆动或枢转的机械手，通常摇摆机械手也能够实现前后移动，通过这些运动在真空腔体内传递样品。 

现有的摇摆机械手，例如中国实用新型专利CN201410663Y所公开的一种摇摆机械手，其包括：抓取样品的夹持机构，该夹持机构包括机械手外罩、二连杆和抓手；在前端通过连接件固定连接机械手外罩的驱动管或传动套管；在前端通过螺纹连接该二连杆从而连接抓手的驱动轴或传动连杆，该驱动轴活动穿设在驱动管内；其法兰开口的口径较小，并且其包含的两段波纹管之间的连接件是不可活动的，因此摇摆最大张角只有22度左右，活动范围较小，不适合在大型真空腔体上使用。该实用新型专利的内容通过引用结合入本文。 

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是针对上述真空摇摆机械手做出改进，使其摇摆最大张角不小于60度。 

为实现以上目的，本实用新型采用的方案是提供一种真空摇摆机械手，其包括：适于抓取样品的夹持机构；在前端连接夹持机构的传动套管；在前端连接夹持机构并可滑动地穿设在传动套管内的传动连杆，传动连杆相对传动套管的轴向滑动能够控制夹持机构的开闭；连接在传动套管后端 以及传动连杆后端的操纵机构，通过操纵机构能够控制传动套管的移动和摆动以及传动连杆相对传动套管的轴向滑动进而控制夹持机构的移动和开闭；密封固定在真空腔体上的法兰，法兰具有供传动套管穿设的开口；适于将传动套管活动支承在法兰上的支承机构；沿轴向套设在传动套管外的第一波纹管和直径小于且长度大于第一波纹管的第二波纹管，该第一波纹管和该第二波纹管彼此通过连接件对接并且设置在该夹持机构和该法兰之间以对该传动套管和该支承机构形成密封。第一波纹管主要提供弯曲的柔性而第二波纹管主要提供伸缩的柔性，该机械手还包括适于将该传动套管活动支承在该法兰上的支承机构；该法兰的开口内缘上的任一点与旋转球球心所形成的连线与该传动连杆轴线的夹角均不小于60度。其中，法兰的开口的口径较大并且连接件能够在传动套管上沿轴向滑动从而使得传动套管的最大摆动张角不小于60度。 

在本实用新型中，该夹持机构和法兰之间的这种柔性密封连接分为两个部分：传动套管与第一波纹管和第二波纹管之间是空气，在靠近该夹持机构的位置处，第一波纹管的内部和传动套管的外部焊接在一起，从而实现真空密封；在传动套管和该传动连杆之间是真空，传动套管外部焊接在操纵机构上，从而形成另一真空密封。操纵机构内部中空，并且形成真空。操纵机构里面通过两个波纹管和传动连杆套装，这样可以实现传动连杆和传动套管之间柔性连接，从而可以相对运动。 

在本实用新型中，较大的法兰开口口径使得传动套管摆动的自由度更大，可活动的连接件使得波纹管变形时的应力分布更加均匀，不仅有利于增大摇摆角度，还有利于降低波纹管因应力集中而发生破损的概率。 

根据本实用新型的一个方案，支承机构包括旋转球卡座、旋转球。旋转球卡座固定至法兰，并将旋转球可滚动地卡设在开口内侧的径向区域内。旋转球具有通孔，传动套管穿过通孔并与之形成滑动配合。通过这种设置，使得支承机构的结构简单，并且传动套管的活动更加灵活。 

根据本实用新型的一个方案，旋转球卡座包括法兰连接件、第一限位件、第二限位件。法兰连接件密封固定在法兰上。第一限位件固定在法兰连接件上，第二限位件固定在第一限位件内部。第一限位件和第二限位件各自具有与旋转球形状配合并沿轴向并列对中的第一限位孔和第二限位孔。旋转球被保持在第一限位孔和第二限位孔中。这种设置使得支承机构的结构轻便，并且旋转球的限位牢固不易滑脱。 

根据本实用新型的一个方案，波纹管的短粗段密封连接在法兰连接件上。这有利于实现更好的密封。 

根据本实用新型的一个方案，粗短段的直径大约为细长段的两倍，细长段的长度大约为粗短段的两倍。 

根据本实用新型的一个方案，连接件由不锈钢制成。 

根据本实用新型的一个方案，粗短段设于传动套管的后侧，细长段设于传动套管的前侧。将粗短段设置在更接后支承机构的位置，此位置上传动套管的摆动幅度较小，有利于最大限度地利用粗短段的弯曲柔性。 

总之，通过采用以上方案，使得本实用新型的真空摇摆机械手结构简单、操作方便，通过对各部件尺寸形状的巧妙设计，大幅度提升了摇摆机械手的最大张角，特别能够满足大型真空腔体内部的样品传递需求。 

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，同样的标记表示相同或相似的构件，其中： 

图1为根据本实用新型的一个实施例的真空摇摆机械手的部分剖视图； 

图2为根据本实用新型的一个实施例的真空摇摆机械手部分结构的剖视图。 

具体实施方式

本实用新型总体上提供一种真空摇摆机械手，包括：适于抓取样品的夹持机构14；在前端连接夹持机构14的传动套管8；在前端连接夹持机构14并可滑动地穿设在传动套管8内的传动连杆9，传动连杆9相对传动套管8的轴向滑动能够控制夹持机构14的开闭；连接在传动套管8后端以及传动连杆9后端的操纵机构10，通过操纵机构10能够控制传动套管8的移动和摆动以及传动连杆9相对传动套管8的轴向滑动进而控制夹持机构14的移动和开闭；密封固定在真空腔体上的法兰1，法兰1具有供传动套管8穿设的开口；适于将传动套管8活动支承在法兰上的支承机构；沿轴向套设在传动套管8外的第一波纹管6和直径小于且长度大于第一波纹管的第二波纹管13，第一波纹管6和第二波纹管13彼此通过连接件7对接并且设置在该夹持机构14和该法兰1之间以对该传动套管8和该支 承机构形成密封，第一波纹管6主要提供弯曲的柔性而第二波纹管13主要提供伸缩的柔性。其中，法兰1的开口的口径较大并且连接件7能够在传动套管8上沿轴向滑动，从而使得传动套管8的最大摆动张角不小于60度。 

图1示出了根据本实用新型一实施例的真空摇摆机械手。如图所示，在本实施例中，夹持机构14包括两片夹钳15、两根撑杆16和夹钳基座17。夹钳基座17在后侧与传动套管8(见图2)的前端固定连接，连接方式例如是螺纹连接、焊接等，在前侧与上下两片夹钳15相铰接，铰接方式例如是螺栓连接、铆钉连接等。两根撑杆16形状大小相同，它们各有一端分别铰接两片夹钳15的根部，各自的另一端相互重合并铰接在传动连杆9(见图2)的前端，从而使得两根撑杆16形成开口向后的夹角，角顶点位于传动连杆9的前端。 

在本实施例的夹持机构14中，由于两根撑杆16所形成的夹角为开口向后，传动连杆9在相对传动套管8向后滑动时牵动两根撑杆16的夹角顶点向后移动，传动套管8通过夹钳基座17顶住夹钳15的根部，从而使夹角变大，并将两片夹钳15撑开，使该夹持机构14处于打开状态。相反，传动连杆9相对传动套管8向前移动时牵动两根撑杆16的夹角顶点向前移动，从而使夹角变小，并使两片夹钳15闭合。可以理解的是，虽然在本实施例中传动套管8与夹持机构14的连接是固定连接，传动连杆9与夹持机构14的连接是铰接，但是其它能够使传动连杆9与传动套管8通过相对滑动来控制夹持机构14开闭的连接方式也是可行的。 

在本实施例中，传动连杆9相对传动套管8的滑动是通过操纵机构10手动控制的。如图1所示，操纵机构1包括本体18、握把19、扳片11和挡头12。传动套管8与本体18固定连接，传动连杆9穿过本体18与设于本体18后侧的挡头12固定连接。本体18内部设有复位弹簧(未示出)，其一端固定在本体18上，另一端连接至传动连杆9上。该复位弹簧适于将传动连杆9拉回相对传动套管8的初始位置从而使夹持机构14自动闭合。握把19可固定连接到本体18，也可以与本体18一体制成。扳片11一端铰接到握把19，另一端卡设于挡头12的前侧，从而扳动该扳片11能够将挡头12向后侧拨动从而牵动传动连杆9向后侧滑动。应当理解，其它适于控制传动套管8摆动也是可能的。 

在实际操作时，操作者需要一只手扶住本体18，另一只手握住握把 19和扳片11。将扳片11握紧时，夹持机构14打开，从而能够使样品(未示出)进入两片夹钳15之间；然后松开扳片11，夹钳15受复位弹簧作用而闭合，夹持机构14则可以抓紧样品。此后还可以通过控制本体10将样品送到想要传送的地方，再握紧扳片11，夹钳15张开，样品放下。这样就完成了一次样品在真空腔体内部的传送过程。 

在本实施例中，法兰1套设在夹持机构14和操纵机构10之间的传动套管8外。法兰1例如是真空刀口法兰，其可以密封固定在真空腔体(未示出)的腔壁上，从而形成供摇摆机械手特别是传动套管8和传动连杆9穿过的入口。法兰1具有开口，传动套管8和传动连杆9架设在法兰1的开口附后处，从而形成摇摆支点。具体来说，在本实施例中，传动套管8被支承机构20支承在法兰1开口内偏前侧的位置。如图所示，法兰1的开口直径影响到传动套管8的摆动幅度，因此，本实用新型的法兰1的开口直径较大，从而增大了传动套管8的摆动幅度，改善了机械手的传递性能。 

如图所示，在法兰1与夹持机构14之间的传动套管8外侧设有两段用于形成柔性密封连接的波纹管6、13，它们由连接件7相互密封连接。第一波纹管6的直径大于第二波纹管13，而第一波纹管6的长度小于第二波纹管13。这种设置是为了最大限度地利用波纹管的柔性来减小对机械手运动范围的限制。具体来说，由于第一波纹管6的直径较大，其可弯曲的幅度也较大，因此更能提供弯曲的柔性，以使传动套管8的摆动幅度尽量增大；第二波纹管13的长度较大，其可伸缩的幅度也较大，因此更能提供伸缩的柔性，以使传动套管8轴向移动的幅度尽量增大。在本实施例中，传动套管8与第一波纹管6和第二波纹管13之间是空气，在靠近夹持机构14的位置，第一波纹管的内部和传动套管8的外部焊接在一起，从而实现真空密封。另外，传动套管8和传动连杆9之间是真空，传动套管8外部焊接在操纵机构10上，形成真空密封。操纵机构10内部中空，并形成真空。操纵机构10内部通过两个波纹管和传动连杆9套装，这样可以实现传动连杆9和传动套管8之间柔性连接，从而可以相对运动。传动套管8和第一波纹管6的靠近夹持机构的一侧焊接在一起，其后端和操纵机构的本体18焊接在一起，从而其内部形成密封的真空。在后端密封连接连接件7；第二波纹管13前端密封连接连接件7，后端密封连接在支承机构20上，密封连接的方式例如为焊接。在一个具体实施例中，第一波纹管6的直径大致为第二波纹管13的两倍，第一波纹管6的长度大致为第 二波纹管13的二分之一。可以理解的是，其它的两段波纹管的尺寸比例也是可能的，例如第一波纹管6的直径大致为第二波纹管13的1.5倍，而第一波纹管6的长度大致为第二波纹管的1/8。 

图2示出了本实用新型实施例的真空摇摆机械手部分结构的剖视图。如图所示，本实用新型的连接件7是可活动的。在本实施例中，连接件7例如由不锈钢制成，其大致呈变截面的喇叭形，前端直径较小，适于连接第二波纹管13；后端直径较大，适于连接第一波纹管6。连接件7中部具有滑移孔，传动套管8从该滑移孔中穿过，从而使得连接件7能够在传动套管8上滑移。可以理解是，其它能够连接第一波纹管6和第二波纹管13并且能够在传动套管8上滑动的连接件7结构也是可能的，例如呈环片状的连接件。 

如图所示，在本实施例中，支承机构20包括旋转球5和旋转球卡座，旋转球5中具有通孔，传动套管8可滑动地穿设在通孔内，从而使得人们能够通过推动把手19来使夹持机构14向前或向后移动。旋转球卡座固定在法兰上并且将旋转球5可滚动地夹持在其中，从而为传动套管8提供摇摆支点。 

在本实施例中，旋转球卡座包括法兰连接件3、第一限位件2和第二限位件4。其中，法兰连接件3固定连接在法兰1的开口处，例如密封连接，连接方式可以是焊接。在本实施例中，第一波纹管6密封连接在法兰连接件3上，密封连接方式例如是焊接。当然，第一波纹管6也可以密封连接在法兰1上。法兰连接件3中间具有安装孔，第一限位件2和第二限位件4均固定在该安装孔内。第一限位件2大致呈底部开口的杯状，杯口固定在法兰连接件3的安装孔内，底部的开口设置在旋转球5的前侧。底部的开口形成第一限位孔，其与旋转球5的形状配合，从而能够在允许旋转球滚动的同时防止旋转球向前侧滑出。第二限位件4设置在第一限位件内部，其大致呈环形片状，并且在周缘上形成向后侧延伸的凸缘。环形片状的第二限位件4内的环口形成第二限位孔，其与旋转球5的形状配合，从而能够在允许旋转球滚动的同时防止旋转球向后侧滑出。这样一来，第一限位孔和第二限位孔共同将旋转球5可滑动地夹持在固定位置上，使得该旋转球5的球心成为传动套管8的枢转支点，从而实现该真空机械手的摇摆运动。 

尽管以上对本实用新型的实施例进行了具体的描述，但是这些描述仅 是为了说明本实用新型，不得被解释为对本实用新型造成限制。本领域技术人员在本实用新型的精神下对以上具体描述所做出的任何显而易见的改进和替换都是可能的，并且这些改进和替换都落入本实用新型的范围内。 

Claims (6)

1.一种真空摇摆机械手，包括：抓取样品的夹持机构(14)；在前端连接该夹持机构(14)的传动套管(8)；在前端连接该夹持机构(14)并可滑动地穿设在该传动套管(8)内的传动连杆(9)，该传动连杆(9)相对该传动套管(8)的轴向滑动能够控制该夹持机构(14)的开闭；连接在该传动套管(8)后端以及该传动连杆(9)后端的操纵机构(10)，通过该操纵机构(10)能够控制该传动套管(8)的移动和摆动以及该传动连杆(9)相对该传动套管(8)的轴向滑动进而控制该夹持机构(14)的移动和开闭；密封固定在真空腔体上的法兰(1)，该法兰(1)具有供该传动套管(8)穿设的开口；沿轴向套设在该传动套管(8)外的第一波纹管(6)和直径小于且长度大于该第一波纹管(6)的第二波纹管(13)，该第一波纹管(6)和该第二波纹管(13)彼此通过连接件(7)对接并且设置在该夹持机构(14)和该法兰(1)之间以对该传动套管(8)和该支承机构(20)形成密封，该第一波纹管(6)主要提供弯曲的柔性而该第二波纹管(13)主要提供伸缩的柔性；其特征是，该机械手还包括适于将该传动套管(8)活动支承在该法兰(1)上的支承机构(20)；该法兰(1)的开口内缘上的任一点与旋转球(5)球心所形成的连线与该传动连杆(9)轴线的夹角均不小于60度，该连接件(7)能够在该传动套管(8)上沿轴向滑动从而使得该传动套管(8)的最大摆动张角不小于60度。

2.根据权利要求1所述的真空摇摆机械手，其特征是，该支承机构(1)包括旋转球卡座、旋转球(5)，该旋转球卡座固定至该法兰(1)并将该旋转球(5)可滚动地卡设在该开口内侧的径向区域内，该旋转球(5)具有通孔，该传动套管(8)穿过该通孔并与之形成滑动配合。

3.根据权利要求2所述的真空摇摆机械手，其特征是，该旋转球卡座包括法兰连接件(3)、第一限位件(2)、第二限位件(4)，该法兰连接件(3)密封固定在该法兰(1)上，该第一限位件(2)固定在该法兰连接件(3)上，该第二限位件(4)固定在该第一限位件(2)内部，该第一限位件(2)和该第二限位件(4)各自具有与该旋转球(5)形状配合并沿轴向并列对中的第一限位孔和第二限位孔，该旋转球(5)被保持在该第一限位孔和该第二限位孔中。

4.根据权利要求1所述的真空摇摆机械手，其特征是，该第一波纹管(6)的直径大约为该第二波纹管(13)的两倍，该第二波纹管(13)的长度大约为该第一波纹管(6)的两倍。

5.根据权利要求1所述的真空摇摆机械手，其特征是，该连接件(7)由不锈钢制成。

6.根据权利要求1所述的真空摇摆机械手，其特征是，该第一波纹管(6)设于该传动套管(8)的后侧，该第二波纹管(13)设于该传动套管(8)的前侧。

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