專利名稱：微小件真空夾持裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
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(shù)，這類真空吸盤甚至可以夾持住平面上存在一些不規(guī)則凸起的零件，例如專利公開號為86102911的“工業(yè)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(yīng)用于硅片化學(xué)機械拋光設(shè)備中的機械手終端夾持夾持器”等。以上技術(shù)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(jié)構(gòu)，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(cè)進行夾持，若采用真空吸附夾持就不易實現(xiàn)穩(wěn)定的真空夾持。在這樣的空間尺寸下，吸盤上復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難以展開，而剛性曲面的加工誤差又不易實現(xiàn)吸盤真空腔的密封，這樣微小件的柱面就存在難以穩(wěn)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(tài)的感知，進而控制整個夾持過程，實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、自動化的夾持都是目前還沒有解決的問題。對表面質(zhì)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(zhǔn)確的移動到零件相對應(yīng)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(shè)備的夾持力和對零件的保護能力都是不易保證的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)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(wěn)定可靠夾持的方案。為實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供的微小件真空夾持裝置的技術(shù)方案是由機械夾持機構(gòu)、電控移動平臺、手調(diào)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(gòu)，具有內(nèi)腔、接口端和末端；電控移動平臺，其上固定有機械夾持機構(gòu)并一起移動，用以多自由度調(diào)整機械夾持機構(gòu)的位置和姿態(tài)；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(gòu)的接口端連接，用于產(chǎn)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(gòu)的末端連接，使中空腔體與機械夾持機構(gòu)的內(nèi)腔結(jié)合形成穩(wěn)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(diào)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(diào)整被夾持件的位置和姿態(tài)，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(tài)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(fā)送控制信號，控制電控移動平臺移動，用于調(diào)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(fā)送控制信號，用于控制真空單元開啟和關(guān)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(fā)送控制信號，用于控制視覺感知單元調(diào)整視場和焦距，采集被夾持件的位置和姿態(tài)信息。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明可以快速準(zhǔn)確的識別需要夾持的零件，根據(jù)零件的位置和姿態(tài)信息調(diào)整夾持器的曲面體夾持端頭的位置，實現(xiàn)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(xiàn)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(fā)明解決了對微小零件尋找和夾持的難題，本發(fā)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(chǎn)生損壞，對解決微小器件裝配難題有重要意義。本發(fā)明對復(fù)雜精細裝置的裝配也有重要意義，本發(fā)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(fā)明微小件真空夾持器總成結(jié)構(gòu)；
圖2為被夾持件；
圖3為本發(fā)明曲面體夾持端頭的一實施例；
圖4、圖5、圖6分別為本發(fā)明曲面體夾持端頭的三種應(yīng)用例。
圖中標(biāo)號說明
I-機械夾持機構(gòu)；2-電控移動平臺；
3-手調(diào)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(biāo)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(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
本發(fā)明可以對精密零件進行準(zhǔn)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(diào)平臺上，通過視覺識別單元感知精密零件的位置和姿態(tài)，調(diào)整該平臺使精密零件的位置和姿態(tài)處于較有利的狀態(tài)。機械夾持機構(gòu)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(gòu)的夾持端頭快速準(zhǔn)確的移動到理想位置，接通真空單元的閥門，夾持零件?？刂茊卧ㄟ^電控移動平臺可以把精密零件移動到預(yù)定位置。本發(fā)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(fā)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(gòu)I、電控移動平臺2、手調(diào)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(gòu)I，具有內(nèi)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(gòu)I并一起移動，用以多自由度調(diào)整機械夾持機構(gòu)I的位置和姿態(tài)；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(gòu)I的接口端連接，用于產(chǎn)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(gòu)I的末端連接，使中空腔體與機械夾持機構(gòu)I的內(nèi)腔結(jié)合形成穩(wěn)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(diào)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(diào)整被夾持件6的位置和姿態(tài)，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(tài)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(fā)送控制信號，控制電控移動平臺移動2，用于調(diào)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(fā)送控制信號，用于控制真空單元4開啟和關(guān)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(fā)送控制信號，用于控制視覺感知單元調(diào)整視場和焦距，采集被夾持件6的位置和姿態(tài)信息。所述電動移動平臺2是多自由度移動調(diào)整平臺，所述多自由度移動調(diào)整平臺是六自由度調(diào)整平臺、三自由度移動調(diào)整平臺、或二自由度移動調(diào)整平臺中的一種。或根據(jù)需要，也可以是其他維度的多自由度調(diào)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(gòu)I還可以固定在微力傳感器7上。手調(diào)平臺3可以是六自由度調(diào)整平臺，也可以是其他維度的多自由度調(diào)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(diào)平臺3上，電動移動平臺2和手調(diào)平臺3可以一起使用，也可以只使用其中一個平臺。手調(diào)平臺3可以調(diào)整被夾持件6的位置和姿態(tài)，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(yīng)性。圖3為夾持器8的曲面體夾持端頭可根據(jù)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(shè)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(biāo)識82、多個真空氣路開口 83，在夾持曲面81上設(shè)有多個真空氣路開口 83和一個定位標(biāo)識82，且多個真空氣路開口 83位于定位標(biāo)識82的兩側(cè)，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(wěn)穩(wěn)地把柱面的被夾持件6夾持住。所述夾持曲面81上涂設(shè)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(chǎn)生粘連效果。所述定位標(biāo)識82的結(jié)構(gòu)形狀與被夾持件6的幾何結(jié)構(gòu)相同且相互配合，被夾持件 6為圓形體時，定位標(biāo)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(biāo)識82與被夾持件6上的開孔62相互對應(yīng)放置，有助于準(zhǔn)確感知曲面體夾持端頭與被夾持件6之間的相對位置關(guān)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(shù)，進一步提高了曲面體夾持端頭的夾持能力。定位標(biāo)識82的數(shù)量不受圖3所限,體現(xiàn)與被夾持件6幾何特點的配合，是技術(shù)本質(zhì)所在。定位標(biāo)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(biāo)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(jù)被夾持件6的幾何特點會有變化，這正是本發(fā)明本質(zhì)精神的體現(xiàn)，在應(yīng)用例中給出了其他形式的體現(xiàn)。另外本發(fā)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(xiàn)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(jié)構(gòu)相同且相互配合設(shè)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(jù)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(shù)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(jié)構(gòu)形式體現(xiàn)了與被夾持件6幾何特點的相互配合，是技術(shù)本質(zhì)所在。真空氣路開口 83的結(jié)構(gòu)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(jù)被夾持件6的薄壁61上的開孔62的位置和形狀，設(shè)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(tài)信息反饋到控制單元中，控制單元根據(jù)這些信息通過電控移動平臺2快速準(zhǔn)確的調(diào)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(diào)平臺3上串聯(lián)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(fā)出信號，調(diào)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(cè)。被夾持件6為診斷環(huán)、環(huán)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(gòu)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(biāo)識82、真空氣路開口 83和彈性涂層84與圖3的結(jié)構(gòu)相同，還包括多個凸起 85，在被夾持件6為診斷環(huán)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(xù)，留有缺口形成一個凹槽，所述夾持曲面81上涂設(shè)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(jù)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(biāo)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(jù)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(chǎn)生夾持力；而定位標(biāo)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(biāo)定。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)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(gòu)、電控移動平臺、手調(diào)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(gòu)，具有內(nèi)腔、接口端和末端；電控移動平臺，其上固定有機械夾持機構(gòu)并一起移動，用以多自由度調(diào)整機械夾持機構(gòu)的位置和姿態(tài)；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(gòu)的接口端連接，用于產(chǎn)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(gòu)的末端連接，使中空腔體與機械夾持機構(gòu)的內(nèi)腔結(jié)合形成穩(wěn)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(diào)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(diào)整被夾持件的位置和姿態(tài)，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(tài)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(fā)送控制信號，控制電控移動平臺移動，用于調(diào)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(fā)送控制信號，用于控制真空單元開啟和關(guān)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(fā)送控制信號，用于控制視覺感知單元調(diào)整視場和焦距，采集被夾持件的位置和姿態(tài)信息。
2.如權(quán)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(diào)整平臺，所述多自由度移動調(diào)整平臺是六自由度調(diào)整平臺、三自由度移動調(diào)整平臺、或二自由度移動調(diào)整平臺中的一種。
3.如權(quán)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(gòu)再固定在微力傳感器上。
4.如權(quán)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(quán)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(biāo)識、多個真空氣路開口，在夾持曲面上設(shè)有多個真空氣路開口和一個定位標(biāo)識，且多個真空氣路開口位于定位標(biāo)識的兩側(cè)，真空氣路開口與被夾持件的曲面之間形成真空腔。
6.如權(quán)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(jié)構(gòu)相同且相互配合設(shè)置形成氣路。
7.如權(quán)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(quán)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(biāo)識的結(jié)構(gòu)形狀與被夾持件的幾何結(jié)構(gòu)相互配合，被夾持件為圓形體時，定位標(biāo)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(quán)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(shè)有一層具有增強夾持力、不粘滯的彈性涂層。
全文摘要
本發(fā)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(diào)整機械夾持機構(gòu)的位置和姿態(tài)；手調(diào)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(diào)平臺用于多自由度調(diào)整被夾持件的位置和姿態(tài)，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(tài)信息，并輸出控制信號控制電控移動平臺移動，調(diào)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(qū)動機械夾持機構(gòu)、控制視覺感知單元，采集被夾持件的位置和姿態(tài)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(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者史亞莉, 張正濤, 徐德, 李海鵬 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所