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：

在工业自动化领域，采用气动吸盘作为抓取机构，其应用十分广泛。对于一般自动化设备，相应的工况较为单一，目前的吸盘结构可以满足其要求；但是随着机器人、机械臂应用的推广，人们尝试利用它们进行智能化作业，机器人或机械臂面对的场景并不是单一的、事先规划好的。对于利用气动吸盘方式进行抓取或爬壁的机器人而言，面对不确定的环境，普通的传统吸盘已经无法满足工作需求了。当吸盘与待吸附面存在较大角度偏差时，若不能进行角度检测及相应地调整，因为无法产生有效负压环境，吸盘将无法实现吸附。

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，其在吸盘的周围设置了多个接触杆和对应的用于检测接触杆的位置的传感器，以根据传感器检测的数据确定待吸附表面与吸盘支撑架之间的角度差，从而为吸盘支撑架的角度调整给出调整依据。

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；

多个接触杆容置腔，所述多个接触杆容置腔间隔地设置在所述吸盘支撑架的周缘，每个所述接触杆容置腔沿着垂直于所述吸盘支撑架的方向延伸，且在朝向待吸附表面的一侧具有开口，每个接触杆容置腔内具有一个弹性接触机构，所述弹性接触机构的端部自所述开口伸出以接触所述待吸附表面，每个所述弹性接触机构具有沿着垂直于所述吸盘支撑架的方向的相互独立的弹性变形量，所述弹性接触机构的端部比所述吸盘的端部更邻近所述待吸附表面；

传感器，每个接触杆容置腔具有一个传感器，其用于检测所述弹性接触机构在所述接触杆容置腔内的移动距离；

控制器，在所述多个弹性接触机构的端部均接触所述待吸附表面时，所述控制器根据多个传感器检测的数据确定所述待吸附表面与所述吸盘支撑架的角度差，并根据该角度差控制所述吸盘支撑架旋转至与所述待吸附表面平行的位置，然后控制所述吸盘支撑架朝向所述待吸附表面移动，以使所述吸盘吸附至所述待吸附表面。

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，所述多个接触杆容置腔位于所述侧壁的外侧；

所述吸盘的端部比所述侧壁的端部更邻近所述待吸附表面。

优选地，所述弹性接触机构包括：

接触杆，所述接触杆设置在对应的一个接触杆容置腔内，所述接触杆的端部自所述开口伸出以接触所述待吸附表面；

接触杆复位弹性元件，所述接触杆接触所述待吸附表面时朝向所述接触杆容置腔内部的移动压缩所述接触杆复位弹性元件，所述接触杆复位弹性元件在所述接触杆与所述待吸附表面脱离接触时驱使所述接触杆回复至初始位置。

优选地，所述传感器为压力传感器，所述压力传感器检测所述接触杆容置腔内的压力变化值，以检测所述接触杆在所述接触杆容置腔内的移动距离。

优选地，所述接触杆容置腔包括：

密封腔，所述密封腔位于所述接触杆容置腔内，密封腔的背离所述开口的一侧由密封腔上盖密封，所述接触杆伸入至所述密封腔内；

第一活塞，所述第一活塞位于所述密封腔内，并且与所述接触杆连接，以在所述接触杆的驱动下在密封腔内沿着垂直于所述吸盘支撑架的方向往复移动；

所述压力传感器与所述密封腔上盖连接，以检测所述密封腔内的压力变化值。

优选地，所述传感器为位移传感器，所述位移传感器检测所述接触杆在所述接触杆容置腔内的移动距离。

优选地，所述接触杆容置腔包括：

第二活塞，所述第二活塞位于所述接触杆容置腔，并且与所述接触杆连接，以在所述接触杆的驱动下在接触杆容置腔内沿着垂直于所述吸盘支撑架的方向往复移动；

限位板，所述限位板位于所述接触杆容置腔的背离所述待吸附表面的一侧，以限制所述第二活塞的行程范围；

所述位移传感器装设在所述接触杆容置腔的内壁，以检测所述第二活塞在所述接触杆容置腔内的移动距离。

优选地，所述吸盘的端部具有多个沿着垂直于所述吸盘支撑架的方向排列的折边，以使所述吸盘的端部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，当所述角度差小于第一阈值时，所述控制器不控制所述吸盘支撑架旋转，并控制所述吸盘支撑架朝向所述待吸附表面移动，以使所述吸盘吸附至所述待吸附表面。

优选地，所述接触杆的端部具有滚珠。

优选地，所述弹性接触机构的行程范围大于等于所述弹性接触机构的端部至所述侧壁的端部的距离。

由以上技术方案可知，本实施例提供了一种吸盘装置，其在吸盘的周围设置了多个接触杆和对应的用于检测接触杆的位置的传感器，以根据传感器检测的数据确定待吸附表面与吸盘支撑架之间的角度差，从而为吸盘支撑架的角度调整给出调整依据。

在本实施例中，弹性接触机构在不受外力的自由状态下，其端部比自由状态的吸盘的端部更邻近待吸附表面，也就是说在吸盘装置朝向待吸附表面移动的过程中，弹性接触机构会先于吸盘的端部接触至待吸附表面。则本实施例的吸盘装置可在下压动作过程期间即完成对于待吸附表面的角度检测和调整动作，而角度检测和调整动作可对下压动作的进程无影响，从而使得吸盘装置的下压和吸附过程无停顿地进行。并且在吸盘的吸附之前完成对吸盘装置的角度调整可以防止由于待吸附表面与吸盘装置之间的角度差导致吸盘的端部(边缘)产生褶皱而导致吸附失败或者导致机器人关节变形等问题。

当每个弹性接触机构均已接触待吸附表面时，如果待吸附表面与吸盘支撑架平行时，则多个弹性接触机构由于待吸附表面的与吸盘装置之间的挤压而产生移动的距离应当完全相同，而当待吸附表面与吸盘支撑架之间存在角度差时，则多个弹性接触机构移动的距离会不相同。在本实施例中，多个弹性接触机构的移动量是相互独立的，而非同步移动的，其只由待吸附表面对其产生的压力决定。本实施例中针对每个弹性接触机构设置对应的测量其移动位置的传感器，并根据多个弹性接触机构的移动距离来确定待吸附表面与吸盘支撑架的角度差，从而为吸盘支撑架的角度调整提供调整依据。

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1a和图1b是本发明的吸盘装置的第一实施例的结构示意图。

图2是本发明的第一实施例的局部剖视图。

图3是本发明的第二实施例的局部剖视图。

图4是本发明的第三实施例的局部剖视图。

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，其通过设置多个先于吸盘接触待吸附表面的接触杆以及用于检测接触杆位置的传感器，能够在吸盘吸附之前确定待吸附表面与吸盘之间的角度偏差，从而为吸盘提供角度调整依据，使得能够产生有效的负压环境，实现吸盘的良好吸附。

图1a和图1b是本发明的吸盘装置的第一实施例的结构示意图。图2是本发明的第一实施例的局部剖视图。如图1a、图1b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的朝向待吸附表面的一侧，吸盘20的端部与吸盘支撑架10平行；

多个接触杆容置腔30，多个接触杆容置腔30间隔地设置在吸盘支撑架10的周缘，每个接触杆容置腔30沿着垂直于吸盘支撑架10的方向延伸，且在朝向待吸附表面的一侧具有开口31，每个接触杆容置腔30内具有一个弹性接触机构40，弹性接触机构40的端部自开口31伸出以接触待吸附表面，每个弹性接触机构40具有沿着垂直于吸盘支撑架10的方向的相互独立的弹性变形量，弹性接触机构40的端部比吸盘20的端部更邻近待吸附表面；

传感器50，每个接触杆容置腔30具有一个传感器50，其用于检测弹性接触机构40在接触杆容置腔30内的移动距离；

控制器(图中未示出)，在多个弹性接触机构40的端部均接触待吸附表面时，控制器根据多个传感器50检测的数据确定待吸附表面与吸盘支撑架10的角度差，并根据该角度差控制吸盘支撑架10旋转至与待吸附表面平行的位置，然后控制吸盘支撑架10朝向待吸附表面移动，以使吸盘20吸附至待吸附表面。

由以上技术方案可知，本实施例提供了一种吸盘装置，其在吸盘的周围设置了多个接触杆和对应的用于检测接触杆的位置的传感器，以根据传感器检测的数据确定待吸附表面与吸盘支撑架之间的角度差，从而为吸盘支撑架的角度调整给出调整依据。

现有的吸盘装置的吸附过程一般为控制器控制例如机械臂的机器人终端带动吸盘装置朝向待吸附表面移动(通常为下压动作)，直至吸盘的端部完全贴合待吸附表面后，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。而当吸盘的端部与待吸附表面具有一定的角度偏差时，则在下压动作期间可能只能实现吸盘的部分端部贴合待吸附表面，而存在吸盘的部分端部不能贴合待吸附表面的情况，则无法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，也就无法实现吸盘的有效吸附。

在本实施例中，如图2所示，弹性接触机构40在不受外力的自由状态下，其端部比自由状态的吸盘20的端部更邻近待吸附表面，也就是说在吸盘装置朝向待吸附表面移动的过程中，弹性接触机构40会先于吸盘20的端部接触至待吸附表面。则本实施例的吸盘装置可在下压动作过程期间即完成对于待吸附表面的角度检测和调整动作，而角度检测和调整动作可对下压动作的进程无影响，从而使得吸盘装置的下压和吸附过程无停顿地进行。并且在吸盘的吸附之前完成对吸盘装置的角度调整可以防止由于待吸附表面与吸盘装置之间的角度差导致吸盘的端部(边缘)产生褶皱而导致吸附失败或者导致机器人关节变形等问题。

因此，为了实现在吸盘20的端部(边缘)接触至待吸附表面之前完成吸盘装置的角度调整，可根据调整角度的范围调整弹性接触机构40的端部与吸盘20的端部之间的距离。

当每个弹性接触机构40均已接触待吸附表面时，如果待吸附表面与吸盘支撑架10平行时，则多个弹性接触机构40由于待吸附表面的与吸盘装置之间的挤压而产生移动的距离应当完全相同，而当待吸附表面与吸盘支撑架10之间存在角度差时，则多个弹性接触机构40移动的距离会不相同。在本实施例中，多个弹性接触机构40的移动量是相互独立的，而非同步移动的，其只由待吸附表面对其产生的压力决定。本实施例中针对每个弹性接触机构40设置对应的测量其移动位置的传感器50，并根据多个弹性接触机构40的移动距离来确定待吸附表面与吸盘支撑架10的角度差，从而为吸盘支撑架10的角度调整提供调整依据。

由于三个点即可确定一个平面，因此如图1a和图1b所示，本实施例的吸盘装置设置三个接触杆容置腔30和对应的三个弹性接触机构40。其中，三个接触杆容置腔30间隔设置，其角度间隔可相同或者不同。优选地，可为了重心平衡的原因而将多个接触杆容置腔等角度间隔设置，也可为了避让其他零部件而选择非等角度间隔设置。

如图1a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延伸，多个接触杆容置腔30位于侧壁12的外侧；

吸盘20的端部比侧壁12的端部更邻近待吸附表面。

当盘形本体11与待吸附表面平行时，则吸盘20的端部也与待吸附表面平行，从而能够实现有效的吸附。吸盘20的端部比侧壁12的端部更邻近待吸附表面可保证吸盘20的端部先于侧壁12的端部接触待吸附表面，吸盘装置可在吸盘20的端部接触待吸附表面后继续下压动作，直至侧壁12的端部接触待吸附表面，从而既能够确保吸盘20的良好吸附，又能够利用侧壁12对整个吸盘装置形成支撑。因此，如图2所示，侧壁12的端部可进一步包括防滑圈13。吸盘支撑架10上还设有与吸盘20内部连通的气嘴14。

如图2所示，弹性接触机构40包括：

接触杆41，接触杆41设置在对应的一个接触杆容置腔30内，接触杆41的端部自开口31伸出以接触待吸附表面；

接触杆复位弹性元件42，接触杆41接触待吸附表面时朝向接触杆容置腔30内部的移动压缩接触杆复位弹性元件42，接触杆复位弹性元件42在接触杆41与待吸附表面脱离接触时驱使接触杆41回复至初始的自由位置。在本实施例中，接触杆复位弹性元件42选择为套设在接触杆41上的复位弹簧，其一端抵靠接触杆41的端部，另一端抵靠接触杆容置腔30。

如图2所示，接触杆41的端部具有滚珠43。

滚珠43可保证接触杆41的端部与待吸附表面之间的接触为点接触，而非面接触，由于面接触可能会对接触杆41的位移产生影响，则会影响对待吸附表面的角度确定的准确性。

弹性接触机构40的行程范围应当大于等于弹性接触机构40的端部至侧壁12的端部之间的距离。

在图2所示的实施例中，传感器50为压力传感器50a，压力传感器50a检测接触杆容置腔30内的压力变化值，以检测接触杆41在接触杆容置腔30内的移动距离。

其中，具体地，接触杆容置腔30包括：

密封腔32，密封腔32位于接触杆容置腔30内，密封腔32的背离开口31的一侧由密封腔上盖33密封，接触杆41伸入至密封腔32内；

第一活塞34，第一活塞34位于密封腔32内，并且与接触杆41连接，以在接触杆41的驱动下在密封腔32内沿着垂直于吸盘支撑架10的方向往复移动，从而压缩或释放密封腔32内的气体；

压力传感器50a与密封腔上盖33接触，以检测密封腔32内的压力变化值。

其中，优选地，密封腔32内可填充压缩惰性气体。压力传感器50a可为压力薄膜传感器，其通过传感器固定板35固定至密封腔上盖33，当第一活塞34在接触杆41的驱动下在密封腔32内移动时压缩密封腔32内的气体，以使密封腔32内的压力发生变化，该压力变化值与接触杆41的压缩行程成正比，因此可通过测量该压力变化值确定接触杆41在接触杆容置腔30内、或者密封腔32内的移动距离。其中，接触杆复位弹性元件42和密封腔32内的气压均可调节。

通过三个压力传感器50a的数据，可确定盘形本体11与待吸附表面之间的角度偏差，通过调整吸盘支撑架10的角度使得盘形本体11与待吸附表面平行，以确保吸盘20能够良好地吸附至待吸附表面。

优选地，吸盘20的端部可具有自吸盘侧壁的周缘朝向外部成角度延伸的翻边22，以为吸盘20与待吸附表面的接触形成导向作用。

图3是本发明的第二实施例的局部剖视图。图3中所示的实施例与图2中的实施例具有大体相同的结构，其传感器的类型相同，吸盘支撑架、接触杆容置腔、弹性接触机构的结构均相同，其区别在于吸盘的结构不同。

在图3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，当待吸附表面与吸盘支撑架之间的角度差处于一定的范围内时，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。

因此，当待吸附表面与吸盘支撑架之间的角度差小于第一阈值时，控制器可不控制吸盘支撑架10旋转，并控制吸盘支撑架10朝向待吸附表面移动，以使吸盘20’吸附至待吸附表面。

其中，吸盘20’和吸盘20可均采用具有一定柔性和/或弹性的材料制造。该第一阈值根据吸盘20’的结构和整个吸盘装置的结构确定。

图4是本发明的第三实施例的局部剖视图。图4中所示的实施例与图3中的实施例具有大体相同的结构，其吸盘、吸盘支撑架、弹性接触机构的结构均相同，其区别在于传感器的类型不同，相应的接触杆容置腔内部的结构也不同。

如图4所示，传感器为位移传感器50b，位移传感器50b检测接触杆41在接触杆容置腔30内的移动距离。其中，位移传感器50b可例如为容栅/光栅传感器。

对应地，接触杆容置腔30包括：

第二活塞36，第二活塞36位于接触杆容置腔30，并且与接触杆41连接，以在接触杆41的驱动下在接触杆容置腔30内沿着垂直于吸盘支撑架10的方向往复移动；

限位板37，限位板37位于接触杆容置腔30的背离待吸附表面的一侧，以限制第二活塞36的行程范围。

位移传感器50b装设在接触杆容置腔30的内壁，以检测第二活塞36在接触杆容置腔30内的移动距离。

其中，限位板37也可由封闭的接触杆容置腔30的顶盖实现，相应地，第二活塞36的端部可设置为平面结构。

位移传感器的优势在于能够直接测量出接触杆41的移动距离，从而根据多个位移传感器的测量数据直接地确定待吸附表面的角度以及待吸附表面与吸盘支撑架之间的角度差。

在本实施例中也采用了具有折边的吸盘20’，以在待吸附表面与吸盘支撑架之间的角度差处于一定的范围内时，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。当然，在本实施例中也可采用实施例一种所采用的吸盘20的结构。

由以上技术方案可知，本实施例提供了一种吸盘装置，其在吸盘的周围设置了多个接触杆和对应的用于检测接触杆的位置的传感器，以根据传感器检测的数据确定待吸附表面与吸盘支撑架之间的角度差，从而为吸盘支撑架的角度调整给出调整依据。

在本实施例中，弹性接触机构在不受外力的自由状态下，其端部比自由状态的吸盘的端部更邻近待吸附表面，也就是说在吸盘装置朝向待吸附表面移动的过程中，弹性接触机构会先于吸盘的端部接触至待吸附表面。则本实施例的吸盘装置可在下压动作过程期间即完成对于待吸附表面的角度检测和调整动作，而角度检测和调整动作可对下压动作的进程无影响，从而使得吸盘装置的下压和吸附过程无停顿地进行。并且在吸盘的吸附之前完成对吸盘装置的角度调整可以防止由于待吸附表面与吸盘装置之间的角度差导致吸盘的端部(边缘)产生褶皱而导致吸附失败或者导致机器人关节变形等问题。

当每个弹性接触机构均已接触待吸附表面时，如果待吸附表面与吸盘支撑架平行时，则多个弹性接触机构由于待吸附表面的与吸盘装置之间的挤压而产生移动的距离应当完全相同，而当待吸附表面与吸盘支撑架之间存在角度差时，则多个弹性接触机构移动的距离会不相同。在本实施例中，多个弹性接触机构的移动量是相互独立的，而非同步移动的，其只由待吸附表面对其产生的压力决定。本实施例中针对每个弹性接触机构设置对应的测量其移动位置的传感器，并根据多个弹性接触机构的移动距离来确定待吸附表面与吸盘支撑架的角度差，从而为吸盘支撑架的角度调整提供调整依据。

进一步地，本发明还可提供具有一定的自适应功能的吸盘结构，其折边在吸盘的周缘方向上的不同位置处可具有不同的压缩量，这样，当待吸附表面与吸盘支撑架之间的角度差处于一定的范围内时，吸盘可通过折边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。

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。