一種抓取力連續可調的多自由度超高真空機械手的製作方法
2023-05-07 15:24:36
一種抓取力連續可調的多自由度超高真空機械手的製作方法
【專利摘要】本實用新型屬於超高真空裝備【技術領域】，具體為一種抓取力連續可調的多自由度超高真空機械手。該機械手包括：夾持機構，伸縮搖擺機構，傳動機構和抓放、旋轉操縱機構。該機械手能夠進行扭擺、伸縮、抓放和旋轉等操作。該機械手通過扭擺波紋管、伸縮波紋管和密封驅動管的配合實現扭擺、伸縮操作；通過新型、精巧的手動伸縮器和旋轉驅動器來實現抓放和旋轉操作，抓取力可通過手動伸縮器連續可調，且調整省力方便。該機械手通過材料選取和加工方案制定適用於超高真空，且結構簡單、性能可靠，能夠實現高精密操作。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於超高真空裝備【技術領域】，具體涉及超高真空環境下的操縱抓放裝 置。 一種抓取力連續可調的多自由度超高真空機械手
【背景技術】
[0002] 超高真空環境在表面科學研究、新材料合成、器件加工測試等領域具有重要應用。 在超商真空環境中進行科學研究和技術應用尚不開在大氣端對超商真空環境中的樣品等 部件進行操縱。保持超高真空的環境的同時對超高真空中的樣品等部件進行方便快捷地傳 送、操縱需要相應的超高真空操縱抓放裝置。目前，在超高真空裝備領域已經有能夠進行拉 伸、扭擺、抓放、旋轉操作的機械手，如中國實用新型專利CN201410663Y和中國實用新型專 利CN203236476U。但是現有機械手控制抓放、旋轉操作的部件結構複雜，體積龐大，不能進 行精密操作；現有機械手的抓取力依賴於彈簧恢復力，抓取力依賴於生產時使用的彈簧，不 能夠方便地調整抓取力度；現有機械手的旋轉操作機構複雜，可靠性低。 實用新型內容
[0003] 本實用新型的目的在於克服現有機械手的缺點和不足，提供一種適用於超高真空 環境，結構簡單，可靠性高，能夠連續調整抓取力度，實現精密操作的機械手。
[0004] 本實用新型提供的一種抓取力連續可調的多自由度超高真空機械手，包括：夾持 機構，伸縮搖擺機構，傳動機構和抓放、旋轉操縱機構；所述傳動機構包括傳動軸，傳動軸的 兩端部分別連接夾持機構和抓放、旋轉操縱機構，中間部分設置伸縮搖擺機構；其中：
[0005] 所述夾持機構包括兩片夾鉗、夾鉗固定座、夾鉗開閉驅動環和夾鉗旋轉驅動片；所 述夾鉗鉸接在夾鉗固定座上；夾鉗開閉驅動環設置於兩片夾鉗之間，夾鉗開閉驅動環和傳 動軸的一端徑向連接，夾鉗開閉驅動環的前後運動帶動夾鉗的開啟和閉合；夾鉗旋轉驅動 片和傳動軸相連，夾鉗旋轉驅動片的旋轉帶動夾鉗固定座和夾鉗的旋轉。
[0006] 所述伸縮搖擺機構包括伸縮波紋管、扭擺波紋管、密封驅動管、第一超高真空刀口 法蘭和支承機構；所述密封驅動管套在傳動軸上，其前端通過連接件和夾鉗固定座轉動連 接，同時密封驅動管外從前到後依次設置伸縮波紋管、扭擺波紋管和第一超高真空刀口法 蘭；所述支承機構位於第一超高真空刀口法蘭內部，其包括旋轉球、旋轉球基座和旋轉球限 位環，旋轉球基座固定在第一超高真空刀口法蘭上，旋轉球設置在旋轉球基座內，旋轉球中 部開孔，密封驅動管從旋轉球中貫穿通過；旋轉球限位環設置在基座後面，用於防止旋轉球 脫離旋轉球基座。
[0007] 所述抓放、旋轉操縱機構包括手動伸縮器、旋轉驅動器和鎖緊螺母；所述手動伸縮 器包括第二超高真空刀口法蘭和第三超高真空刀口法蘭，連接兩法蘭的可伸縮的焊接波紋 管及內螺紋管；第二超高真空刀口法蘭外部套內螺紋管，第三超高真空刀口法蘭的延伸部 分設置外螺紋，使得內螺紋管轉動時，第二超高真空刀口法蘭和第三超高真空刀口法蘭之 間前後位移變化；第二超高真空刀口法蘭與密封驅動管後面焊接的刀口法蘭密封連接；第 三超高真空刀口法蘭與旋轉驅動器的刀口法蘭密封連接；旋轉驅動器的旋轉軸與傳動軸後 端相連，旋轉驅動器上設置鎖緊螺母。
[0008] 本實用新型的有益效果在於：其通過扭擺波紋管、伸縮波紋管和密封驅動管的配 合實現扭擺、伸縮操作；通過新型、精巧的手動伸縮器和旋轉驅動器來實現抓放和旋轉操 作，抓取力可通過手動伸縮器連續可調，且調整省力方便。該機械手通過材料選取和加工方 案制定適用於超高真空，且結構簡單、性能可靠，能夠實現高精密操作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1是本實用新型外觀結構圖。
[0010] 圖2是本實用新型剖視圖。
[0011] 圖3是本實用新型夾持機構示意圖。
[0012] 圖4是本實用新型抓放、旋轉操縱機構示意圖。
[0013] 圖中標號：1-夾持機構；2-傳動機構；3-伸縮搖擺機構；4-抓放、旋轉操縱機構； 5_夾鉗；6-夾鉗開閉驅動環；7-夾鉗旋轉驅動片；8-夾鉗固定座；9-傳動軸；10-伸縮波 紋管；11-扭擺波紋管；12-旋轉球；13-旋轉球限位環；14-旋轉球基座；15-第一超高真空 刀口法蘭；16-密封驅動管；17-第二超高真空刀口法蘭；18-內螺紋管；19-焊接波紋管； 20-第三超高真空刀口法蘭；21-旋轉驅動器；22-鎖緊螺母。
【具體實施方式】
[0014] 為了使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施例， 並參照附圖，對本實用新型做進一步詳細說明。
[0015] 如圖1所示，本實用新型提供的適用於超高真空抓取力連續可調的多自由度高精 密機械手包括：操縱樣品的夾持機構1 ;傳動機構2 ;伸縮搖擺機構3 ;抓放、旋轉操縱機構 4。
[0016] 如圖2所示是本實用新型剖視圖。
[0017] 機械手的傳動機構2包括傳動軸9,傳動軸9連接夾持機構1和抓放、旋轉操縱機 構4。
[0018] 機械手的夾持機構1包括兩片夾鉗5、夾鉗固定座8、夾鉗開閉驅動環6、夾鉗旋轉 驅動片7。夾謝5通過絞接方式固定在夾謝固定座8上。夾謝開閉驅動環6和傳動軸的如 端9徑向連接，夾鉗開閉驅動環6的前後運動帶動夾鉗5的開啟和閉合，實現抓放操作。夾 鉗旋轉驅動片7和傳動軸9固定連接，傳動軸9旋轉時帶動夾鉗固定座8和夾鉗5 -起轉 動，完成旋轉操作。具體細節參考圖3。
[0019] 機械手的伸縮搖擺機構3包括伸縮波紋管10、扭擺波紋管11、密封驅動管16、第一 超高真空刀口法蘭15和支承機構。扭擺波紋管11位於伸縮波紋管10後端；密封驅動管16 位于波紋管內部用於密封並連接夾持結構1和抓放、旋轉操縱機構4 ;第一超高真空刀口法 蘭15和扭擺波紋管11焊接在一起，密封驅動管16的前端和伸縮波紋管10的前端焊接在 一起，並且把夾鉗固定座8套裝在密封驅動管16的前端，夾鉗固定座8可以繞密封驅動管 16前端轉動；密封驅動管16前後運動帶動套裝在密封驅動管16前端的夾持機構1前後運 動，伸縮波紋管10隨之伸長或壓縮保證密封，完成對機械手的伸縮操作。
[0020] 供密封驅動管16伸縮搖擺的支承機構位於第一超高真空刀口法蘭15內部，其包 括旋轉球12、旋轉球基座14和旋轉球限位環13。旋轉球12中部開孔，使得密封驅動管16 從旋轉球12中貫穿通過。旋轉球基座14固定在第一超高真空刀口法蘭15上（圖2中旋 轉球基座14和第一超高真空刀口法蘭15為一個整體，應用中也可以分開加工，然後通過焊 接、緊固件固定等方式固定在一起)。旋轉球12能夠在旋轉球基座14內自由地旋轉。旋轉 球限位環13用來防止旋轉球12脫離旋轉球基座14。密封驅動管16以旋轉球12為支點， 在扭擺波紋管11的協同配合下可以實現機械手的扭擺操作。
[0021] 機械手的抓取、旋轉操縱機構4包括通過旋轉可以實現長度變化的手動伸縮器 (由部件17、18、19、20組成)、與傳動軸9連接在一起的旋轉驅動器21、用於鎖緊旋轉驅動器 21的鎖緊螺母22。
[0022] 如圖4所示，手動伸縮器包括第二超高真空刀口法蘭17、第三超高真空刀口法蘭 20,第二超高真空刀口法蘭17外套內螺紋管18,第三超高真空刀口法蘭20的延伸部分設置 外螺紋，第二超高真空刀口法蘭17和第三超高真空刀口法蘭20之間通過焊接波紋管19相 連，焊接波紋管19能夠伸縮，使得內螺紋管18轉動時，螺紋之間的相對運動就會帶動兩個 法蘭之間的相對運動，之間的焊接波紋管19也會相應的伸縮，最終實現第二超高真空刀口 法蘭17和第三超高真空刀口法蘭20之間前後位移變化。手動伸縮器的第二超高真空刀口 法蘭17與密封驅動管16後面焊接的刀口法蘭密封連接；第三超高真空刀口法蘭20與能夠 用於超高真空的旋轉驅動器21的刀口法蘭密封連接。手動伸縮器也可以直接焊接在密封 驅動管16上，不必通過第二超高真空刀口法蘭17實現真空密封。旋轉驅動器21的旋轉軸 與傳動軸9後端相連。
[0023] 手動伸縮器的伸縮能夠使得傳動軸9相對於密封驅動管16運動。傳動軸9的運 動帶動夾鉗開閉驅動環6的前後移動，實現夾鉗的開啟或者閉合。旋轉驅動器21的轉動能 夠帶動傳動軸9的轉動，傳動軸9帶動夾持機構1中旋轉驅動片7轉動，進而實現夾鉗固定 座8和夾鉗5的轉動，完成旋轉操作。
【權利要求】
1. 一種抓取力連續可調的多自由度超高真空機械手，其特徵在於，其包括：夾持機構， 伸縮搖擺機構，傳動機構和抓放、旋轉操縱機構；所述傳動機構包括傳動軸，傳動軸的兩端 分別連接夾持機構和抓放、旋轉操縱機構，中間部分設置伸縮搖擺機構；其中： 所述夾持機構包括兩片夾鉗、夾鉗固定座、夾鉗開閉驅動環和夾鉗旋轉驅動片；所述夾 鉗鉸接在夾鉗固定座上；夾鉗開閉驅動環設置於兩片夾鉗之間，夾鉗開閉驅動環和傳動軸 的一端徑向連接，夾鉗開閉驅動環的前後運動帶動夾鉗的開啟和閉合；夾鉗旋轉驅動片和 傳動軸相連，夾鉗旋轉驅動片的旋轉帶動夾鉗固定座和夾鉗的旋轉； 所述伸縮搖擺機構包括伸縮波紋管、扭擺波紋管、密封驅動管、第一超高真空刀口法蘭 和支承機構；所述密封驅動管套在傳動軸上，其前端通過連接件和夾鉗固定座轉動連接，密 封驅動管外從前到後依次設置伸縮波紋管、扭擺波紋管和第一超高真空刀口法蘭；所述支 承機構位於第一超高真空刀口法蘭內部，其包括旋轉球、旋轉球基座和旋轉球限位環，旋轉 球基座固定在第一超高真空刀口法蘭上，旋轉球設置在旋轉球基座內，旋轉球中部開孔，密 封驅動管從旋轉球中貫穿通過；旋轉球限位環設置在基座後面，用於防止旋轉球脫離旋轉 球基座； 所述抓放、旋轉操縱機構包括手動伸縮器、旋轉驅動器和鎖緊螺母；所述手動伸縮器包 括第二超高真空刀口法蘭和第三超高真空刀口法蘭，連接兩法蘭的可伸縮的焊接波紋管及 內螺紋管；第二超高真空刀口法蘭外部套內螺紋管，第三超高真空刀口法蘭的延伸部分設 置外螺紋，使得內螺紋管轉動時，第二超高真空刀口法蘭和第三超高真空刀口法蘭之間前 後位移變化；第二超高真空刀口法蘭與密封驅動管後面焊接的刀口法蘭密封連接；第三超 高真空刀口法蘭與旋轉驅動器的刀口法蘭密封連接；旋轉驅動器的旋轉軸與傳動軸後端相 連，旋轉驅動器上設置鎖緊螺母。
【文檔編號】B25J15/08GK203901292SQ201420162746
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】吳施偉, 張帥, 黃迪 申請人:復旦大學