一种吸盘装置的制作方法

本发明涉及真空吸附设备领域，特别涉及一种吸盘装置。

背景技术：

近几年，随着机器人行业的兴起，吸盘装置被广泛运用到了工业机器人如物品分拣，搬运等，另外在爬壁机器人中也被广泛应用。传统的吸盘在吸盘的边缘有一圈柔边，只能吸收微小的姿态误差，当存在姿态误差时吸附的过程中对吸盘的下压力要求较大，使用场景比较严格。然而对于吸附环境不确定时，尤其是爬壁机器人，难以在吸盘上集成多个传感器来检测吸附面的姿态，因此需要设计一种自适应吸盘来解决这些问题。

例如中国专利201511000946.9在吸盘边缘安装一圈传感器，通过传感器来检测与吸附臂面的相对位置，从而通过两个电机来控制吸盘的姿态使其与平面平行接触，该种主动控制的方式需要使用大量的传感器与多个电机，成本较高，而且无法集成在小型吸盘上，实用性差。

例如中国专利201810126435.9中吸盘架通过铰链的连接方式与机器人连接，具有一定的自由转动角度，并通过压簧来使吸盘复位，这种通过外界接触力的来被动调节吸盘姿态的方式虽然在成本和实用性上有所提高，但是只适合于小角度的姿态适应，当吸盘与吸附面夹角较大时，随着吸盘的下压，吸盘的边缘与吸附面会产生一个较大的摩擦力，容易导致吸盘边缘褶皱吸附失败。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种吸盘装置，其提供了先于吸盘支撑架接触待吸附表面的活动架，并以活动架作为带动吸盘支撑架转动的转动支点，使得吸盘支撑架能够在吸盘装置的下压过程中转动至与待吸附表面平行的姿态。

本发明的一个实施例提供了一种吸盘装置，包括：

吸盘支撑架，吸盘固定在所述吸盘支撑架的中心，并且位于所述吸盘支撑架的朝向待吸附表面的一侧，所述吸盘的端部与所述吸盘支撑架平行，所述吸盘支撑架通过转动副连接至驱动装置，所述驱动装置驱动所述吸盘支撑架朝向或者远离所述待吸附表面移动；

活动架，所述活动架装设在所述吸盘支撑架的朝向待吸附表面的一侧，所述活动架的底部边缘比所述吸盘支撑架的底部边缘更邻近所述待吸附表面；

所述驱动装置驱动所述吸盘支撑架朝向所述待吸附表面移动时，所述活动架先于所述吸盘支撑架接触所述待吸附表面，当所述吸盘支撑架与所述待吸附表面具有角度差时，所述活动架受到的来自待吸附表面的支撑力驱使所述吸盘支撑架以所述活动架与待吸附表面的接触点为支点、以所述转动副为转动中心、朝向使所述角度差减小的方向旋转，直至所述吸盘支撑架与所述待吸附表面平行。

优选地，所述吸盘支撑架包括：

盘形本体，吸盘固定在所述盘形本体的中心，并且位于所述盘形本体的朝向待吸附表面的一侧；

侧壁，所述侧壁自所述盘形本体的周缘朝向所述待吸附表面延伸；

支撑壁，所述支撑壁自所述盘形本体的朝向待吸附表面的一侧朝向所述待吸附表面延伸，所述支撑壁位于所述吸盘的外侧、并且位于所述侧壁的内侧，所述支撑壁的底部边缘比所述侧壁的底部边缘更邻近所述待吸附表面；

所述活动架装设在所述侧壁和所述支撑壁之间，所述活动架的底部边缘比所述支撑壁的底部边缘更邻近所述待吸附表面。

优选地，所述吸盘的底部边缘比支撑壁的底部边缘更邻近所述待吸附表面，所述活动架的底部边缘比所述吸盘的底部边缘更邻近所述待吸附表面。

优选地，进一步包括：

吸盘复位弹簧，所述吸盘复位弹簧固定至所述吸盘支撑架和转动副之间，以在所述吸盘支撑架受到的外力撤销时驱使所述吸盘支撑架回复至初始位置。

优选地，进一步包括：

活动架复位弹簧，所述活动架复位弹簧固定至所述活动架和所述盘形本体之间，以在所述活动架受到的外力撤销时驱使所述活动架回复至初始位置，

所述活动架复位弹簧的刚度大于所述吸盘复位弹簧的刚度。

优选地，所述活动架包括：

环形侧壁，所述环形侧壁装设在所述侧壁和所述支撑壁之间，所述环形侧壁的内表面贴合所述支撑壁的外表面，

唇边，所述唇边自所述环形侧壁顶部周缘向外水平延伸，

所述侧壁的底部边缘具有向内水平延伸的活动架挡圈，所述唇边搭接在所述活动架挡圈上，以将所述活动架限位在所述侧壁和所述支撑壁之间。

优选地，所述吸盘具有多个沿着垂直于所述吸盘支撑架的方向排列的折边，以使所述吸盘具有沿着垂直于所述吸盘支撑架的方向的弹性变形量。

优选地，所述活动架的底部边缘具有滚珠，所述滚珠沿着所述活动架的外周缘布置。

优选地，所述转动副的转动中心与所述待吸附表面的连线为所述吸盘装置的中心线，所述中心线与所述待吸附表面垂直；

所述活动架与所述待吸附表面的接触点位于所述中心线的外侧。

优选地，所述角度差小于等于45°。

由以上技术方案可知，本实施例的吸盘装置提供先于吸盘支撑架接触待吸附表面的活动架，并以活动架作为带动吸盘支撑架转动的转动支点，使得吸盘支撑架能够在吸盘装置的下压过程中转动至与待吸附表面平行的姿态。而在调整的过程中，吸盘并不与待吸附表面接触，当吸盘与待吸附表面接触时，其边缘已经调整至与待吸附表面平行的位置，从而避免吸盘的边缘产生褶皱而导致吸盘吸附失败的问题。本实施例的吸盘装置在吸盘支撑架与待吸附表面存在角度差的情况下，将活动架代替吸盘作为吸盘支撑架转动的支点，因此能够避免吸盘边缘在下压力的作用下发生褶皱的问题。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1是本发明的吸盘装置的结构示意图。

图2是本发明的吸盘装置的第一使用状态图。

图3是本发明的吸盘装置的第二使用状态图。

图4是本发明的吸盘装置的局部放大示意图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

为了解决现有技术中当吸盘与待吸附表面存在较大角度偏差时吸盘无法实现有效吸附的问题，本发明提供了一种吸盘装置，其通过设置先于吸盘支撑架接触待吸附表面的活动架，并以活动架作为带动吸盘支撑架转动的转动支点，使得吸盘支撑架能够在吸盘装置的下压过程中转动至与待吸附表面平行的姿态。

图1是本发明的吸盘装置的结构示意图。图2是本发明的吸盘装置的第一使用状态图。如图1和图2所示，本发明的一个实施例提供了一种吸盘装置，包括：

吸盘支撑架10，吸盘20固定在吸盘支撑架10的中心，并且位于吸盘支撑架10的朝向待吸附表面2的一侧，吸盘20的端部与吸盘支撑架10平行，吸盘支撑架10通过转动副1连接至驱动装置(图中未示出)，驱动装置驱动吸盘支撑架10朝向或者远离待吸附表面2移动；

活动架30，活动架30装设在吸盘支撑架10的朝向待吸附表面的一侧，活动架30可在外力的作用下沿着与吸盘支撑架10垂直的方向移动的自由度，活动架30具有其底部边缘比吸盘支撑架10的底部边缘更邻近待吸附表面2的第一初始位置和如图3所示的其底部边缘在外力作用下收纳至吸盘支撑架10内部的第一收纳位置，活动架30的底部边缘与吸盘支撑架10的底部边缘平行；

驱动装置驱动吸盘支撑架10朝向待吸附表面2移动时，活动架30先于吸盘支撑架10接触待吸附表面2，当吸盘支撑架10如图2所示的与待吸附表面2具有角度差α时，活动架30受到的来自待吸附表面2的支撑力驱使吸盘支撑架10以活动架30与待吸附表面2的接触点a为支点、以转动副1为转动中心、朝向使角度差α减小的方向旋转，直至吸盘支撑架10与待吸附表面平行。

其中，转动副1作为吸盘装置与驱动装置之间的连接件，其除了提供连接的作用以外，还需要为吸盘装置提供至少两个方向上的自由度，以使吸盘装置能够在与待吸附表面具有角度差时可以调整方向，使得吸盘的边缘在与待吸附表面接触时与待吸附表面平行，从而保证吸盘能够良好地吸附至待吸附表面。优选地，转动副1可如图1所示采用球铰的形式，吸盘支撑架10具有用于容纳球铰1的球头的球形腔，球铰1的球头能够在球形腔内相对于吸盘支撑架10转动，球头通过密封压盖16封装在球形腔内。其中，球铰1可具有与吸盘20的内腔连通的气道1a，以在吸盘20吸附至待吸附表面2以后通过抽真空装置使得吸盘与待吸附表面产生真空负压环境，从而实现吸盘对待吸附表面的吸附。

转动副1还可以采用例如多级连杆、机器人关节等结构形式，其需要能够提供至少两个方向上的自由度。

在本实施例中，吸盘装置在驱动装置的驱动下朝向待吸附表面移动(通常称为下压动作)，驱动装置通过转动副1向吸盘支撑架10提供朝向待吸附表面2的压力，在图1和图2中为向下的压力。由于活动架30的底部边缘比吸盘支撑架10的底部边缘更邻近待吸附表面2，因此活动架30先于吸盘支撑架10接触待吸附表面2。

当如图2所示的，吸盘支撑架10与待吸附表面2之间存在角度差α时，活动架30的底部边缘与待吸附表面2形成点接触，活动架30受到来自待吸附表面2的向上的支撑力f1。该支撑力f1经过活动架30传递至吸盘支撑架10，并驱使吸盘支撑架10以转动副1的中心为转动中心发生如图2中所示的顺时针旋转，即驱使吸盘支撑架10朝向使得角度差α减小的方向转动。进一步地，由于吸盘装置与驱动装置连接，并且受到来自驱动装置给予的向下的压力，则该支撑力f1和压力f2共同作用，驱使吸盘支撑架10以转动副1的中心为转动中心、朝向使得角度差α减小的方向转动。

具体地，转动副1的转动中心与待吸附表面2的连线为吸盘装置的中心线l，中心线l与待吸附表面2垂直。为了使得支撑力f1能够产生使得吸盘支撑架10以转动副1的中心为转动中心的转动，接触点a需要与中心线l不重合。而为了使得支撑力f1能够产生使得吸盘支撑架10朝向使得角度差α减小的方向转动，活动架30与待吸附表面的接触点a需要位于中心线l的外侧。即中心线l与吸盘装置的底面(吸盘20的底部边缘所在的表面)具有交点，且活动架30上与接触点a相对的边缘处与接触点a分别位于中心线l的不同侧。

在下压过程中，在支撑力f1和压力f2的共同作用下，吸盘支撑架10以活动架30与待吸附表面的接触点a为支点、转动副1的中心为转动中心、朝向使得角度差α减小的方向转动，直至吸盘支撑架10与待吸附表面2平行，角度差α为0，则如图3所示，活动架30与待吸附表面2的接触由点接触变为面接触或者线接触，活动架30整体受到均匀分布的支撑力，从而使得吸盘支撑架10停止转动。驱动装置的持续下压可使得活动架30朝向吸盘支撑架10内部继续移动，以从第一初始位置移动至如图3所示的第一收纳位置。则此时吸盘20的底部边缘与待吸附表面2接触，其在接触时已经可以被调整至与待吸附表面2平行的位置，则可以避免其边缘发生褶皱而导致吸附失败的问题。

由以上技术方案可知，本实施例的吸盘装置提供先于吸盘支撑架接触待吸附表面的活动架，并以活动架作为带动吸盘支撑架转动的转动支点，使得吸盘支撑架能够在吸盘装置的下压过程中转动至与待吸附表面平行的姿态。而在调整的过程中，吸盘并不与待吸附表面接触，当吸盘与待吸附表面接触时，其边缘已经调整至与待吸附表面平行的位置，从而避免吸盘的边缘产生褶皱而导致吸盘吸附失败的问题。本实施例的吸盘装置在吸盘支撑架与待吸附表面存在角度差的情况下，将活动架代替吸盘作为吸盘支撑架转动的支点，因此能够避免吸盘边缘在下压力的作用下发生褶皱的问题。

如图1和图2所示，吸盘支撑架10包括：

盘形本体11，吸盘20固定在盘形本体11的中心，并且位于盘形本体11的朝向待吸附表面2的一侧；

侧壁12，侧壁12自盘形本体11的周缘朝向待吸附表面2延伸；

支撑壁13，支撑壁13自盘形本体11的朝向待吸附表面2的一侧朝向待吸附表面2延伸，支撑壁13位于吸盘20的外侧、并且位于侧壁12的内侧，支撑壁13的底部边缘比侧壁12的底部边缘更邻近待吸附表面2；

活动架30装设在侧壁12和支撑壁13之间的环形间隙中，活动架30处于第一初始状态时其底部边缘比支撑壁13的底部边缘更邻近待吸附表面。

优选地，盘形本体11可为圆盘形，则对应地，活动架30可为圆环的形状，其插入在侧壁12和支撑壁13之间的环形间隙中，中心用于暴露吸盘20。

其中，活动架30包括：

环形侧壁32，环形侧壁32装设在侧壁12和支撑壁13之间，环形侧壁32的内表面贴合支撑壁13的外表面，

唇边33，唇边33自环形侧壁32的顶部周缘向外水平延伸，

侧壁12的底部边缘具有向内水平延伸的活动架挡圈15，唇边33搭接在活动架挡圈15上，以将活动架30限位在侧壁12和支撑壁13之间。唇边33搭接在活动架挡圈15上的位置对应于活动架30的第一初始位置。

其中，吸盘20的底部边缘比支撑壁13的底部边缘更邻近待吸附表面2，活动架30处于第一初始位置时其底部边缘比吸盘20的底部边缘更邻近待吸附表面2。即，吸盘20的底部边缘的高度位于支撑臂13的底部边缘和活动架30的底部边缘之间。

相应地，在吸附过程中，接触待吸附表面的顺序为活动架30、吸盘20、支撑臂13。当支撑臂13接触待吸附表面时，吸盘20的底部边缘受到一定的压缩，可以确保与待吸附表面的良好接触，则此时可以通过真空装置产生吸盘腔内的负压。当然，真空装置也可在吸盘下压的过程中一直处于抽气的状态，以保证吸盘20与待吸附表面的良好接触。

优选地，支撑臂13的底部具有密封圈17，其在与待吸附表面接触时能够防止滑动摩擦和密封外界可能对吸盘20的吸附产生影响的水、灰尘等物质。

如图1所示，本实施例的吸盘装置进一步包括：

吸盘复位弹簧14，吸盘复位弹簧14固定至吸盘支撑架10和转动副1之间，以在吸盘支撑架10受到的外力撤销时驱使吸盘支撑架10回复至初始位置。

对应地，本实施例的吸盘装置进一步包括：

活动架复位弹簧31，活动架复位弹簧31固定至活动架30和盘形本体11之间，以在活动架30受到的外力撤销时驱使活动架30回复至初始位置，其中，活动架复位弹簧31的刚度大于吸盘复位弹簧14的刚度。

在本发明的一个优选实施例中，活动架30的底部边缘具有滚珠43，滚珠43沿着活动架30的外周缘布置。滚珠43使得活动架30在与待吸附表面2接触时可以发生移动，而不会由于与待吸附表面2的静摩擦力而导致的“卡住”的现象。滚珠43通过滚珠压盖44而固定在其滚道内不掉出。

具体地，如图4所示，活动架30的底部边缘具有滚珠凹槽，所述滚珠凹槽沿着活动架30的底部边缘的外周缘设置，以使活动架30在以其底部边缘中的任一点接触待吸附表面时可保证是滚珠43接触，而非活动架30的底部边缘接触。进一步地，滚珠43的圆心位于所述滚珠凹槽的边界连线d的内部，即滚珠43的圆心比滚珠凹槽的边界连线d更靠近活动架30的内部，从而保证滚珠43能够牢固地安装至活动架30。

对应地，在本实施例的吸盘装置吸附过程中，当吸盘20与具有一定夹角的待吸附表面2接触时，活动架30先与待吸附表面接触，由于活动架30的边缘滚珠43具有滚动自由度，因此在外力的作用下活动架30与待吸附表面2会发生相对移动，由于活动架复位弹簧31的刚度大于吸盘复位弹簧14的刚度，因此活动架30同时压缩吸盘复位弹簧14，使球铰1与吸盘支撑架10发生相对转动，当吸盘支撑架10自适应调整到与待吸附表面平行时，吸盘复位弹簧14停止变形，此时活动架复位弹簧31开始被压缩，直至吸盘20与待吸附表面2接触，由于吸盘10具有一定的变形能力，因此可以吸附表面略有凹凸不平的待吸附表面。当吸盘20接触待吸附表面2时，吸盘腔内真空度快速降低(在吸盘下压的过程中气泵一直处于往外抽气的状态)，吸盘20被压缩，最后密封圈17与待吸附表面2接触，从而完成一个吸附周期。

在图1中所示的实施例中，吸盘20的端部具有多个沿着垂直于吸盘支撑架10的方向排列的折边21，以使吸盘20的端部具有沿着垂直于吸盘支撑架10的方向的弹性变形量。

其中，折边21的弯折方向可大体上沿着盘形本体11的延伸方向，多个折边21的延伸方向相反，多个折边21沿着垂直于吸盘支撑架10的方向首尾相接的排列，以在吸盘20在于待吸附表面接触时通过折边21的相互靠近而具有垂直于吸盘支撑架10的方向的弹性变形量。另外，由于折边21沿着吸盘20的周缘方向延伸，因此，折边21在吸盘20的周缘方向上的不同位置处可具有不同的压缩量，这样，当待吸附表面略有凹凸不平时，吸盘20可通过折边21在周缘方向上的不同位置处的不同的压缩量而实现在整个周缘方向上均与待吸附表面良好接触，从而实现自适应地调整。

其中，吸盘20’可采用具有一定柔性和/或弹性的材料制造。

由以上技术方案可知，本发明的吸盘装置可具有以下优点：

1、传统的吸盘在自适应调整过程中边缘褶皱的现象的根本原因是由于吸盘与吸附面直接的摩擦力太大，本装置通过增加活动架，避免了姿态调整过程当中吸盘直接与吸附面接触；另外通过滚珠，将静摩擦力转换成了滚动摩擦力，只需在整个装置上施加较小的下压力即可完成自适应调整。

2、传统的被动自适应吸盘只能吸收小范围的姿态误差(10°以内)，而本装置可以大大提高自适应调整的范围，只需要保证接触点在在中心线之外(如图2所示，可以达到30°以上，和具体结构尺寸相关，具体地，可上至45°)。

3、对于爬壁机器人，吸盘与吸附面夹角较大时，传统被动自适应吸盘由于吸盘的被动调整范围较小容易导致关节产生变形，不利于机器人的控制，本装置增大了吸盘的自适应调整范围，避免了关节受力变形，在不增加任何传感器的前提下提高了爬壁机器人的环境自适应能力。

在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。

除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。