TWI526380B - 接觸式渦流固持裝置 - Google Patents

Description

接觸式渦流固持裝置

本揭露係有關於一種固持裝置，尤指一種利用渦流之接觸式固持裝置。

在未來的高科技工廠中，從零件製造到產品組裝，高度自動化或人機共工化已經是必然的趨勢，所以在工廠內必須設置愈來愈多能取放各種零組件的終端效應器(end effector)或稱夾爪(gripper)。

渦流夾爪係將壓縮空氣沿切線方向注入一渦流杯中，該空氣沿渦流杯之環形內壁所產生空氣漩渦往杯底流動，進而產生一個負壓，該負壓將對於該渦流杯下方之物體(object)產生誘導升力，透過適當地調整參數，可以使得物體的重量和升力間達到平衡，達成非接觸地「夾取」(實為吸取)物體之效果。

然而，使用一般的渦流夾爪時，因底部氣流成高速旋轉狀態，所以被夾取的物體也會跟著旋轉，所以大多須採用四個(或者其倍數)夾爪使其旋轉的力道互相抵銷，才能避免物體旋轉，而導致成本上升且夾爪系統複雜化。

本揭露提出一種接觸式渦流固持裝置，藉由渦流提供之吸力以及止滑部與該工件接觸時產生之摩擦力固持工件，以避免工件旋轉。

於一實施例中，本揭露提出一種接觸式渦流固持裝置，其包括一本體、一凹槽、複數個穿孔以及至少一止滑部；該本體具有一底表面與一外側壁，該凹槽係由該本體之一內側壁與一內頂面而成形於該本體之內部，並連接該底表面，該複數個穿孔係貫穿該本體，且各該穿孔之第一端係位於該外側壁，且各該穿孔之第二端係位於該內側壁，該止滑部係設置於該底表面。

1‧‧‧接觸式渦流固持裝置

10‧‧‧本體

11‧‧‧頂表面

12‧‧‧底表面

121‧‧‧內邊緣

122‧‧‧外邊緣

13‧‧‧外側壁

14‧‧‧內側壁

15‧‧‧內頂面

20‧‧‧凹槽

30‧‧‧穿孔

40‧‧‧止滑部

401‧‧‧第一側壁

402‧‧‧第二側壁

403‧‧‧第三側壁

41‧‧‧間隙

50‧‧‧工件

51‧‧‧凸起部

60‧‧‧供氣接頭

θ1‧‧‧第一夾角

θ2‧‧‧第二夾角

V‧‧‧渦流

第1圖係本揭露接觸式渦流固持裝置第一實施例之立體示意圖。

第2圖係第一實施例另一視角之立體示意圖。

第3圖係第一實施例之分解結構示意圖。

第4圖係第二實施例之立體示意圖。

第5圖係第1圖實施例之A-A剖面結構示意圖。

第6圖係內邊緣之半徑與吸力間的關係圖。

第7圖係第三實施例之剖面結構示意圖。

第8圖係穿孔數目、夾角和穿孔孔徑與吸力間的關係圖。

第9圖係第四實施例之立體示意圖。

第10圖係第四實施例之剖面結構示意圖。

第11圖係第五實施例之立體示意圖。

第12圖係第11圖之部分放大圖。

以下將參照隨附之圖式來描述本揭露為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利貴審查委員瞭解，但本揭露之技術手段並不限於所列舉圖式。

請參閱第1圖至第3圖以及第5圖所示接觸式渦流固持裝置第一實施例示意圖，接觸式渦流固持裝置1包括一本體10、一凹槽20、複數個穿孔30以及一止滑部40。本體10例如可為中空之圓柱體，具有一頂表面11、一底表面12、一外側壁13、一內側壁14與一內頂面15。頂表面11與底表面12係相對設置，且外側壁13連接於頂表面11。凹槽20係由該本體10之內側壁14與內頂面15而成形於本體10之內部，並連接底表面12。在本實施例中，凹槽20實質上係為一圓柱形之空間。複數個穿孔30貫穿本體10，且各穿孔30之第一端係位於該外側壁13，各穿孔30之第二端係位於內側壁14；各穿孔30之軸向係平行或重合於內側壁14的切線方向，並適於經供氣接頭60導入氣流至凹槽20以形成一渦流V。止滑部40係設置於底表面12。穿孔30之數量例如是四個且對稱分布於本體10，相鄰兩個穿孔30軸向之夾角為90°。在本實施例中，止滑部40之材質為彈性材質，例如為合成膠、止滑橡膠、低彈性膠、矽膠或優力膠。請參閱第4圖，在另一實施例中，止滑部40為經粗化處理後之底表面12，粗化處理例如為 噴砂處理。當接觸式渦流固持裝置1對一表面具有一凸起部51的工件50進行固持作業時，渦流V產生一負壓，該負壓對於該本體10下方之工件50產生一吸力(誘導升力)以及一旋轉力。當工件50因誘導升力朝向本體10移動，而使凸起部51接觸止滑部40時，凸起部51與止滑部40間產生一摩擦力以抵銷旋轉力，以避免工件50旋轉。

請參閱表格1，在底表面12之止滑部40係取不同材質及硬度(介於蕭式硬度表A32至A70間)共六種進行推力實驗，實驗時固定接觸式渦流固持裝置1之吸力為125克重，以18克重且有零件之不平整電路板作為欲吸取的工件50以及凸起部51，同時以無止滑部40之全金屬本體10和底表面12噴砂處理等兩種接觸式渦流固持裝置作為對照。推力部分係用一推拉力計固定於一可以微調之滑軌上，推拉力計之端點頂住已被接觸式渦流固持裝置吸取之電路板一端，並移動滑軌，使推拉力計推動電路板，且分別記錄滑軌移動1、2、5毫米(mm)時所需之推拉力計的最大推力值。由表格1可以看出，在設定的硬度範圍內，軟的材質止滑的效果(推動已吸取的工件50所需推力)比硬的稍好，比如同為矽膠的兩種結果，但是更重要的因素是材質本身的差異所造成的影響。

請參閱第5圖，在第一實施例中，底表面12為環狀且具有一內邊緣121與一外邊緣122，且內邊緣121連接於內側壁14。由於本體10之外部輪廓係呈與圓形凹槽20同軸之圓柱，藉由適當的調整內邊緣121與外邊緣122的半徑比例，將可最佳化固持工件之吸力。請參閱第6圖，在固定氣體流量以及本體10之外部輪廓(外邊緣122)半徑為20mm的前提下，變更圓形凹槽20(內邊緣121)的半徑，經數值模擬後，可知當內邊緣121之半徑與該外邊緣122之半徑的比係介於5：10到7：10時，能將吸力最佳化。

請參閱第7圖，在另一實施例中，底表面12係由外邊 緣122向內邊緣121凹陷傾斜，內側壁14與底表面12具有第一夾角θ 1。請參閱第8圖，在固定流量及本體10之外部輪廓的大小時，經數值模擬不同穿孔30數目、穿孔30直徑及第一夾角θ 1之後，可知當該第一夾角θ 1係介於90°到93°時，能將吸力最佳化。

在上述實施例中，係以止滑部40為單一個環狀且與底表面12重合為例說明，然而，在另一實施例中，止滑部40亦可為複數個。請參閱第9圖與第10圖，在本實施例中，止滑部40為複數個顆粒狀且散布設置於底表面12，各止滑部40間具有間隙41，且工件50不需具有凸起部51。當工件50因誘導升力朝向本體10移動而接觸止滑部40時，氣流由各止滑部40間之間隙41流出，工件50與各止滑部40間產生一摩擦力以抵銷旋轉力，以避免工件50旋轉。若工件50具有凸起部51，同樣地當工件50因誘導升力朝向本體10移動，而使凸起部51抵接止滑部40時，凸起部51與止滑部40間產生一阻擋力以抵銷旋轉力，亦可避免工件50旋轉。在另一實施例中，複數個止滑部40之材質為彈性材質。

在又一實施例中，上述複數個止滑部40亦可均勻地設置於底表面12，且具有一符合氣流流線的形狀，以減少對氣流的干擾並防止吸力降低。請參閱第11圖與第12圖，在本實施例中，止滑部40之數量以4個為例，但不限於4個，亦可為2、3、8...等任意數量，只要不至於對氣流流場有太大的影響即可。止滑部40均勻地設置於底表面12， 每一該止滑部40具有一厚度，且更具有第一側壁401與第二側壁402，分別連接於底表面12，且第一側壁401與第二側壁402彼此連接。第一側壁401與第二側壁402彼此連接之處可靠近外側壁13或與該外側壁13重合。第一側壁401可較第二側壁402更靠近外側壁13，第一側壁401之延伸與外側壁13形成第一夾角θ 1，第一側壁401與第二側壁402形成一第二夾角θ 2。止滑部40更具有第三側壁403，其同時連接於底表面12、第一側壁401與第二側壁402。請同時參閱附件1，附件1為本實施例之止滑部40設置於底表面12且吸取工件50時之氣流流場模擬圖，當氣流經由各止滑部40間流出時，為了減少對氣流的干擾，故止滑部40之外型需符合氣流流線，在本實施例中，第一夾角θ 1例如是介於25°到50°，第二夾角θ 2例如是介於1°到6°，且第三側壁403在底表面12之投影可為圓弧形或是半橢圓形。而為了避免氣流經過各止滑部40產生上下壓差，以更進一步減少對氣流的干擾，第一側壁401與第二側壁402在底表面12之投影長度可為相等，以使氣流經過第一側壁401與第二側壁402之距離亦相同。第一側壁401與第二側壁402在底表面12之投影亦可皆為曲率相等之圓弧形，且圓弧之開口朝向內側壁14，以使氣流的流動更順暢。在本實施例中，雖然是以穿孔30的數量為4個舉例，但不限於此。

請參閱附件2，附件2為氣流流線形狀的止滑部40設置於底表面12且吸取工件50，但穿孔30的數量為2個時 之氣流流場模擬圖。在此實施例中，第一夾角θ 1亦是介於25°到50°，第二夾角θ 2亦是介於1°到6°，且第三側壁403在底表面12之投影亦可為圓弧形或是半橢圓形，故可知穿孔30的數量對止滑部40之形狀並無明顯的影響。

綜上所述，本揭露的接觸式渦流固持裝置可固持非平面物體(例如電路板)或平面物體，並僅以簡易之結構即達成防止受固持工件旋轉之效果，且能將整體吸力最佳化，以節省整體裝置成本。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧接觸式渦流固持裝置

10‧‧‧本體

11‧‧‧頂表面

13‧‧‧外側壁

40‧‧‧止滑部

60‧‧‧供氣接頭

Claims (21)

1. 一種接觸式渦流固持裝置，包括：一本體，具有一底表面與一外側壁；一凹槽，係由該本體之一內側壁與一內頂面而成形於該本體之內部，並連接該底表面；複數個穿孔，係貫穿該本體，且各該穿孔之第一端係位於該外側壁，且各該穿孔之第二端係位於該內側壁；以及至少一止滑部，係設置於該底表面；其中，該底表面具有一內邊緣與一外邊緣，該內邊緣之半徑與該外邊緣之半徑的比例係介於5：10到7：10。
2. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該止滑部之材質為彈性材質。
3. 如申請專利範圍第2項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該止滑部之材質為合成膠、止滑橡膠、低彈性膠、矽膠或優力膠。
4. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該止滑部為該底表面經粗化處理者。
5. 如申請專利範圍第4項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該粗化處理為噴砂處理。
6. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該底表面為環狀，且該內邊緣連接於該內側壁。
7. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該底表面係由該外邊緣向該內邊緣凹陷傾斜。
8. 如申請專利範圍第7項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該內側壁與該底表面之夾角係介於90°到93°。
9. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該止滑部為環狀且與該底表面重合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該止滑部為複數個且係散布設置於該底表面。
11. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該凹槽為圓柱形，且各該穿孔之軸向係平行或重合於該內側壁的切線方向。
12. 如申請專利範圍第1項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該等穿孔適於導入氣流至該凹槽以形成一渦流。
13. 如申請專利範圍第12項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該接觸式渦流固持裝置適於固持一工件，該工件具有一凸起部；當該渦流提供一吸力將該工件朝向該本體吸附時，該止滑部與該凸起部接觸，以固持該工件。
14. 如申請專利範圍第10項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該接觸式渦流固持裝置適於固持一工件，且該等穿孔適於導入氣流至該凹槽以形成一渦流；當該渦流提供一吸力將該工件朝向該本體吸附時，該等止滑部與該工件接觸，且該氣流由該等止滑部間之間隙流出，以固持該工件。
15. 如申請專利範圍第10項所述之接觸式渦流固持裝置，其中每一該止滑部更具有一第一側壁、一第二側壁與一第三側壁，分別連接於該底表面且彼此連接。
16. 如申請專利範圍第15項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該第一側壁與該第二側壁在該底表面之投影長度相等。
17. 如申請專利範圍第16項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該第一側壁與該第二側壁在該底表面之投影皆為曲率相等之圓弧形。
18. 如申請專利範圍第15項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該第一側壁與該第二側壁彼此連接之處靠近該外側壁或與該外側壁重合。
19. 如申請專利範圍第18項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該第一側壁較該第二側壁更靠近該外側壁，該第一側壁之延伸與該外側壁形成一夾角，該夾角係介於25°到50°。
20. 如申請專利範圍第19項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該第一側壁與該第二側壁形成一夾角，該夾角係介於1°到6°。
21. 如申請專利範圍第15項所述之接觸式渦流固持裝置，其中該第三側壁在該底表面之投影為一圓弧形或半橢圓形。