微小件真空夾持裝置的制作方法

專利名稱：微小件真空夾持裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及真空夾持裝置，尤其是涉及一種微小件真空夾持裝置。
背景技術：
使用真空吸盤夾持具有較大平面的零件已是人所共知的技術，這類真空吸盤甚至可以夾持住平面上存在一些不規則凸起的零件，例如專利公開號為86102911的“工業用真空夾持器”、專利公開號為86105532的“撓性真空夾持器”、專利公開號為CN 201573094U的 “應用于硅片化學機械拋光設備中的機械手終端夾持夾持器”等。以上技術都是針對有一個較大平面或基本為平面的零件來說的，真空夾持器的吸盤與零件的平面易形成一個密封的真空腔，以保持對零件的夾持力。有些尺寸小于20mm的微小零件，具有薄壁結構，對零件的圓柱面還需要精確定位，且零件的強度也不適合對它從兩側進行夾持，若采用真空吸附夾持就不易實現穩定的真空夾持。在這樣的空間尺寸下，吸盤上復雜的結構難以展開，而剛性曲面的加工誤差又不易實現吸盤真空腔的密封，這樣微小件的柱面就存在難以穩定夾持的問題。圖2中的被夾持件6即為一個這類需要夾持的零件，但不局限于這類零件。另外對細微精密零件位置和姿態的感知，進而控制整個夾持過程，實現快速、準確、自動化的夾持都是目前還沒有解決的問題。對表面質量要求非常高的零件，在裝配過程中不能因夾持等動作而損壞零件光滑的表面。所以在夾持夾持動作時，必須把真空吸附面準確的移動到零件相對應的表面處并緊密的貼合以后，才能啟動夾持動作，否則極易損壞被夾持零件的表面。在精密儀器的制造和組裝過程中，某些細小的精密零件，特別是某些具有柱面外表特征的細小零件，在夾持并移動零件進行精確定位時，夾持設備的夾持力和對零件的保護能力都是不易保證的。

發明內容
為了解決現有技術的問題，本發明目的是提供一種微小件真空夾持置，同時也是對微小零件，特別是對有柱狀曲面特征的精細零件，進行精確定位并穩定可靠夾持的方案。為實現所述目的，本發明提供的微小件真空夾持裝置的技術方案是由機械夾持機構、電控移動平臺、手調平臺、真空單元、視覺感知單元、微力傳感器、夾持器和控制單元組成，其中機械夾持機構，具有內腔、接口端和末端；電控移動平臺，其上固定有機械夾持機構并一起移動，用以多自由度調整機械夾持機構的位置和姿態；真空單元，具有控制端和真空輸出端，其真空輸出端與機械夾持機構的接口端連接，用于產生負壓；夾持器，具有中空腔體，中空腔體的兩端具有一接頭端和一曲面體夾持端頭，接頭端與機械夾持機構的末端連接，使中空腔體與機械夾持機構的內腔結合形成穩定的真空腔，曲面體夾持端頭與被夾持件的曲面緊密貼合；
手調平臺，其上固定有微力傳感器，被夾持件的底部固接在微力傳感器上，用于以多自由度調整被夾持件的位置和姿態，使電控移動平臺上的夾持器與被夾持件之間在空間上配合；微力傳感器，用來感知被夾持件在被夾持過程中的受力情況；控制單元的輸出端分別與真空單元、視覺感知單元和電控移動平臺電氣連接；控制單元接收被夾持件的位置和姿態信息，并輸出控制信號；控制單元的輸出端向電控移動平臺發送控制信號，控制電控移動平臺移動，用于調整夾持器的位置，直到使夾持器的夾持端頭與被夾持件的曲面緊密貼合；控制單元的輸出端向真空單元發送控制信號，用于控制真空單元開啟和關閉，使真空單元接通氣路；控制單元輸出端向視覺感知單元發送控制信號，用于控制視覺感知單元調整視場和焦距，采集被夾持件的位置和姿態信息。本發明的優點和積極效果本發明可以快速準確的識別需要夾持的零件，根據零件的位置和姿態信息調整夾持器的曲面體夾持端頭的位置，實現夾持器相對于被夾持零件的精確定位，使曲面體夾持端頭真空吸附面與被夾持零件在夾持前實現緊密貼合，接通真空單元夾住零件，避免夾持過程沖擊損壞被夾持零件；本發明解決了對微小零件尋找和夾持的難題，本發明夾持過程中，可感知被夾持件的受力情況，避免被夾持件受力過大，保證了夾持過程中不對零件產生損壞，對解決微小器件裝配難題有重要意義。本發明對復雜精細裝置的裝配也有重要意義，本發明適合夾取具有柱面特征、球面特征和平面特征的微小零件的夾持。


圖I為本發明微小件真空夾持器總成結構；
圖2為被夾持件；
圖3為本發明曲面體夾持端頭的一實施例；
圖4、圖5、圖6分別為本發明曲面體夾持端頭的三種應用例。
圖中標號說明
I-機械夾持機構；2-電控移動平臺；
3-手調平臺；4-真空單元；
5-視覺感知單元；
6-被夾持件；61-薄壁；
62-開孔；
7-微力傳感器；
8-夾持器；81-夾持曲面；
82-定位標識；83-真空氣路開口 ；
84-彈性涂層；85-凸起；
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
本發明可以對精密零件進行準確的識別、夾持、移動和快速定位，精密零件被放置在位姿手調平臺上，通過視覺識別單元感知精密零件的位置和姿態，調整該平臺使精密零件的位置和姿態處于較有利的狀態。機械夾持機構固定在電控移動平臺上，通過控制單元控制該平臺，使夾持機構的夾持端頭快速準確的移動到理想位置，接通真空單元的閥門，夾持零件。控制單元通過電控移動平臺可以把精密零件移動到預定位置。本發明在保證了對精密零件的夾持能力的同時，還能不損壞精密零件的表面特征，同樣適用于其他精密細微裝置的裝配過程。本發明的實施例之一是對慣性約束核聚變實驗裝置的靶進行裝配時，使用的自動真空夾持裝置，圖I所示為微小件真空夾持裝置，由機械夾持機構I、電控移動平臺2、手調平臺3、真空單元4、視覺感知單元5、被夾持件6、微力傳感器7、夾持器8和控制單元組成， 其中機械夾持機構I，具有內腔、接口端和末端；電控移動平臺2，其上固定有機械夾持機構I并一起移動，用以多自由度調整機械夾持機構I的位置和姿態；真空單元3，具有控制端和真空輸出端，其真空輸出端與機械夾持機構I的接口端連接，用于產生負壓；夾持器8，具有中空腔體，中空腔體的兩端具有一接頭端和一曲面體夾持端頭，接頭端與機械夾持機構I的末端連接，使中空腔體與機械夾持機構I的內腔結合形成穩定的真空腔，曲面體夾持端頭與被夾持件6的曲面緊密貼合；手調平臺3，其上固定有微力傳感器7，被夾持件的底部固接在微力傳感器7上，用于以多自由度調整被夾持件6的位置和姿態，使電控移動平臺2上的夾持器8與被夾持件 6之間在空間上配合；微力傳感器7,用來感知被夾持件6在被夾持過程中的受力情況；控制單元的輸出端分別與真空單元4、視覺感知單元5和電控移動平臺電氣2連接；控制單元接收被夾持件6的位置和姿態信息，并輸出控制信號；控制單元的輸出端向電控移動平臺2發送控制信號，控制電控移動平臺移動2，用于調整夾持器8的位置，直到使夾持器8的曲面體夾持端頭與被夾持件6的曲面緊密貼合， 吸附被夾持件6的外廓；控制單元的輸出端向真空單元4發送控制信號，用于控制真空單元4開啟和關閉， 使真空單元4接通氣路；控制單元輸出端向視覺感知單元5發送控制信號，用于控制視覺感知單元調整視場和焦距，采集被夾持件6的位置和姿態信息。所述電動移動平臺2是多自由度移動調整平臺，所述多自由度移動調整平臺是六自由度調整平臺、三自由度移動調整平臺、或二自由度移動調整平臺中的一種。或根據需要，也可以是其他維度的多自由度調整平臺。在電控移動平臺2上還可以安裝微力傳感器 7，則機械夾持機構I還可以固定在微力傳感器7上。手調平臺3可以是六自由度調整平臺，也可以是其他維度的多自由度調整平臺。 被夾持件6的平臺固定在微力傳感器7上，微力傳感器7又固定在手調平臺3上，電動移動平臺2和手調平臺3可以一起使用，也可以只使用其中一個平臺。手調平臺3可以調整被夾持件6的位置和姿態，進一步的增加了夾持器8與被夾持件6之間在空間上的配合能力，增強了夾持器8的適應性。圖3為夾持器8的曲面體夾持端頭可根據被夾持件6的外廓特點，所述夾持器8的曲面體夾持端頭設計成圓弧凹面體夾持端頭、或錐形面體夾持端頭、或橢圓弧面夾持端頭。 所述曲面體夾持端頭上有夾持曲面81、一個定位標識82、多個真空氣路開口 83，在夾持曲面81上設有多個真空氣路開口 83和一個定位標識82，且多個真空氣路開口 83位于定位標識82的兩側，真空氣路開口 83與被夾持件6的曲面之間形成真空腔，通過壓力差，穩穩地把柱面的被夾持件6夾持住。所述夾持曲面81上涂設有一層具有增強夾持力、不粘滯的彈性涂層84。要求彈性涂層84既能增強夾持端頭8的夾持力，又不會在釋放被夾持件6時產生粘連效果。所述定位標識82的結構形狀與被夾持件6的幾何結構相同且相互配合，被夾持件 6為圓形體時，定位標識82為圓形盲孔、凹坑、凸起中的一種或它們的任意組合，所述圓形盲孔位于曲面體夾持端頭的中心位置。定位標識82與被夾持件6上的開孔62相互對應放置，有助于準確感知曲面體夾持端頭與被夾持件6之間的相對位置關系。彈性涂層84在提高氣密性的同時，增加了曲面體夾持端頭與被夾持件6之間的摩擦系數，進一步提高了曲面體夾持端頭的夾持能力。定位標識82的數量不受圖3所限,體現與被夾持件6幾何特點的配合，是技術本質所在。定位標識82為一圓形盲孔,位于夾持曲面81對稱中心的位置。 需要說明的是，定位標識82和氣孔的形狀和位置并不是僵死的，其取決于被夾持件6的幾何特點，根據被夾持件6的幾何特點會有變化，這正是本發明本質精神的體現，在應用例中給出了其他形式的體現。另外本發明的曲面體夾持端頭不局限于夾持柱形特征的零件，更換曲面體夾持端頭，可以實現對球形零件和有較大平面的零件的夾持(圖5)。所述真空氣路開口 83與被夾持件6上的開孔的位置、幾何結構相同且相互配合設置形成氣路。所述真空氣路開口 83為多個長圓形孔、或圓形孔、或新月形孔，但根據被夾持件6上開孔的位置和形狀(參見圖2)，真空氣路開口 83可以是滿足夾持許可的其他形狀和大小，不局限于長圓孔形；其數量也不局限于2個；其位置也不局限于圖3曲面體夾持端頭上所示的位置。真空氣路開口 83的結構形式體現了與被夾持件6幾何特點的相互配合，是技術本質所在。真空氣路開口 83的結構為多個長圓形孔，充分利用空間，增大真空壓差的作用面積，提高夾持力。還可根據被夾持件6的薄壁61上的開孔62的位置和形狀，設置真空氣路開口 83夾持許可形狀和尺寸的開口。視覺感知單元5為顯微鏡，把被夾持件6的位置和姿態信息反饋到控制單元中，控制單元根據這些信息通過電控移動平臺2快速準確的調整夾持器8的位置，直到使夾持器 8的夾持曲面81與被夾持件6的曲面緊密貼合。顯微鏡把這一信息反饋給控制單元，使真空單元4的氣路接通，夾住被夾持件6，減小了被夾持件6與夾持器8之間的沖擊。手調平臺3上串聯著微力傳感器7，用來感知被夾持件6被夾持過程中的受力情況，如果被夾持件 6的受力過大，即向控制單元發出信號，調整夾持器8的位置。微力傳感器7也可以裝在夾持器8的一側。被夾持件6為診斷環、環狀微小零件、小球或球形零件；夾持器8的實施方案一機械夾持機構I與電控移動平臺2之間通過微力傳感器7連接，使曲面體夾持端頭可以感知夾持過程中被夾持件6的受力情況。
夾持器8的曲面體夾持端頭的實施方案二 如圖4示出夾持器8的曲面體夾持端頭的第一實施例，曲面體夾持端頭包括夾持曲面81、定位標識82、真空氣路開口 83和彈性涂層84與圖3的結構相同，還包括多個凸起 85，在被夾持件6為診斷環時，可以增強被夾持件6承受軸向載荷的能力。實施例用四個凸起85對稱地位于夾持曲面81的四個角上，四個凸起85分為兩對上凸和下凸起且其中間不連續，留有缺口形成一個凹槽，所述夾持曲面81上涂設有一層具有增強夾持力、不粘滯的彈性涂層84。夾持器8曲面體夾持端頭的的實施方案三如圖5示出夾持器8的曲面體夾持端頭的第二實施例，曲面體夾持端頭包括真空氣路開口 83和夾持曲面81，所述夾持曲面81為夾持錐形面，含有夾持錐形面的曲面體夾持端頭可以夾持球形的被夾持件6。根據需要，夾持錐形面上可以涂彈性涂層84，增加夾持力。夾持器8的曲面體夾持端頭的實施方案四如圖6示出夾持器8的曲面體夾持端頭的第三實施例，曲面體夾持端頭包括夾持曲面81、定位標識82、兩個真空氣路開口 83，夾持曲面81為柱體形夾持曲面，根據需要柱體形夾持曲面上可以涂彈性涂層。在夾持被夾持件6時，兩個真空氣路開口 83上下對稱對著被夾持件6的薄壁61上的兩個開孔62之間的實體部分，產生夾持力；而定位標識82則對著被夾持件6的開孔62，用于曲面體夾持端頭與被夾持件6之間位置的標定。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種微小件真空夾持裝置，其特征在于，由機械夾持機構、電控移動平臺、手調平臺、 真空單元、視覺感知單元、微力傳感器、夾持器和控制單元組成，其中機械夾持機構，具有內腔、接口端和末端；電控移動平臺，其上固定有機械夾持機構并一起移動，用以多自由度調整機械夾持機構的位置和姿態；真空單元，具有控制端和真空輸出端，其真空輸出端與機械夾持機構的接口端連接，用于產生負壓；夾持器，具有中空腔體，中空腔體的兩端具有一接頭端和一曲面體夾持端頭，接頭端與機械夾持機構的末端連接，使中空腔體與機械夾持機構的內腔結合形成穩定的真空腔，曲面體夾持端頭與被夾持件的曲面緊密貼合；手調平臺，其上固定有微力傳感器，被夾持件的底部固接在微力傳感器上，用于以多自由度調整被夾持件的位置和姿態，使電控移動平臺上的夾持器與被夾持件之間在空間上配合；微力傳感器，用來感知被夾持件在被夾持過程中的受力情況；控制單元的輸出端分別與真空單元、視覺感知單元和電控移動平臺電氣連接；控制單元接收被夾持件的位置和姿態信息，并輸出控制信號；控制單元的輸出端向電控移動平臺發送控制信號，控制電控移動平臺移動，用于調整夾持器的位置，直到使夾持器的曲面體夾持端頭與被夾持件的曲面緊密貼合；控制單元的輸出端向真空單元發送控制信號，用于控制真空單元開啟和關閉，使真空單元接通氣路；控制單元輸出端向視覺感知單元發送控制信號，用于控制視覺感知單元調整視場和焦距，采集被夾持件的位置和姿態信息。
2.如權利要求I所述的微小件真空夾持裝置，其特征在于，所述電動移動平臺是多自由度移動調整平臺，所述多自由度移動調整平臺是六自由度調整平臺、三自由度移動調整平臺、或二自由度移動調整平臺中的一種。
3.如權利要求I所述的微小件真空夾持裝置，其特征在于，微力傳感器還能安裝在電控移動平臺上，機械夾持機構再固定在微力傳感器上。
4.如權利要求I所述的微小件真空夾持裝置，其特征在于，所述曲面體夾持端頭是圓弧凹面體夾持端頭、或錐形面體夾持端頭；或橢圓曲面夾持端頭。
5.如權利要求I所述的微小件真空夾持裝置，其特征在于，所述曲面體夾持端頭上有夾持曲面、一個定位標識、多個真空氣路開口，在夾持曲面上設有多個真空氣路開口和一個定位標識，且多個真空氣路開口位于定位標識的兩側，真空氣路開口與被夾持件的曲面之間形成真空腔。
6.如權利要求5所述的微小件真空夾持裝置，其特征在于，所述真空氣路開口與被夾持件上的開孔的位置、幾何結構相同且相互配合設置形成氣路。
7.如權利要求5所述的微小件真空夾持裝置，其特征在于，所述真空氣路開口為多個長圓形孔或圓形孔或新月形孔。
8.如權利要求5所述的微小件真空夾持裝置，其特征在于，所述定位標識的結構形狀與被夾持件的幾何結構相互配合，被夾持件為圓形體時，定位標識為圓形盲孔、凹坑、凸起中的一種或它們的任意組合，所述圓形盲孔位于曲面體夾持端頭的中心位置。
9.如權利要求5所述的微小件真空夾持裝置，其特征在于，所述夾持曲面上涂設有一層具有增強夾持力、不粘滯的彈性涂層。
全文摘要
本發明提供一種微小件真空夾持裝置，包括電控移動平臺，用于多自由度調整機械夾持機構的位置和姿態；手調平臺上固定有微力傳感器，被夾持件的底部固接在微力傳感器上，手調平臺用于多自由度調整被夾持件的位置和姿態，使夾持器與被夾持件之間在空間上配合；微力傳感器，用來感知被夾持件在被夾持過程中的受力情況；真空單元、視覺感知單元和電控移動平臺分別與控制單元的輸出端電氣連接；控制單元接收被夾持件的位置和姿態信息，并輸出控制信號控制電控移動平臺移動，調整夾持端頭與被夾持件的曲面緊密貼合，感知夾持過程中被夾持件的受力情況、控制真空單元接通氣路驅動機械夾持機構、控制視覺感知單元，采集被夾持件的位置和姿態信息。
文檔編號B25J7/00GK102581837SQ20121008604
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月28日 優先權日2012年3月28日
發明者史亞莉, 張正濤, 徐德, 李海鵬 申請人:中國科學院自動化研究所