專利名稱：一種圓形薄片類零件的夾持裝置和方法
技術領域：
本發明涉及精密裝配技術領域，尤其是一種圓形薄片類零件的夾持裝置和方法。
背景技術：
精密裝配領域中存在一類圓形薄片零件(厚度50-200微米)，使用傳統的夾持方法或裝置在夾持過程中極易損壞零件，無法滿足精密裝配的要求。因此亟需一種新型的基于顯微視覺和力覺控制的夾持裝置和方法來實現此類零件的無損夾持。

發明內容
本發明的目的在于提供一種精密裝配中圓形薄片類零件的夾持裝置和方法，基于顯微視覺和力覺信息實現零件的無損夾持，以克服傳統夾持方法的不足、提高圓形薄片類零件夾持的可靠性。·為達到上述目的，本發明提出一種圓形薄片類零件夾持裝置，其特征在于，該裝置包括底座I、三自由度手動調整臺2、微力傳感器3、通氣懸臂4和夾持部位，所述夾持部位包括氣孔塞5、通氣管件6和夾持頭7，其中所述底座I用于固定所述夾持裝置；所述三自由度手動調整臺2通過螺釘與所述底座I相連，用于對所述通氣懸臂4、氣孔塞5、通氣管件6和夾持頭7的姿態進行調整；所述微力傳感器3為圓形零件，其中一個端面通過螺釘與三自由度手動調整臺2的上端面相連，另一個端面與通氣懸臂4通過螺釘相固連，用于檢測所述夾持頭7受到的外力；所述通氣懸臂4 一端通過螺釘固定在所述微力傳感器3上，另一端由上至下依次與氣孔塞5、通氣管件6之間通過膠相粘連；所述通氣懸臂4與氣孔塞5、通氣管件6進行連接的連接部位32上開設一通氣槽31 ;該通氣槽31與位于所述通氣懸臂4側面靠近連接部位32處的圓形氣孔33相通；所述圓形氣孔33處安裝有氣動插頭，氣動插頭上安裝有軟管，所述軟管與真空發生裝置相連；所述通氣管件6的中心為通氣孔槽62，在所述通氣管件6的一個側面上開設有一氣槽64，其同時與所述通氣孔槽62和所述通氣懸臂4中的通氣槽31相通；所述氣孔塞5用于封堵所述通氣管件6的真空氣路；所述夾持頭7與所述通氣管件6的一端相粘連，用于夾持圓形薄片類零件8，所述夾持頭7與圓形薄片類零件8的接觸部位為三個扇形面，三個扇形面上分別開設三個通氣圓弧孔，所述三個通氣圓弧孔與所述通氣管件6中的通氣孔槽62相通。根據本發明的另一方面，提出一種使用所述夾持裝置夾持圓形薄片類零件的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟I :在夾持裝配臺上布置一路豎直和兩路水平方向的顯微視覺鏡頭，將三路鏡頭均對準所述夾持裝置的夾持頭；
步驟2 :根據通過豎直方向的顯微視覺鏡頭采集得到的顯微視覺圖像將所述夾持裝置的夾持頭和被夾持零件進行豎直對準，即將所述夾持頭和被夾持零件兩者的圓心對準，為夾持操作做準備；步驟3 :控制夾持裝置向被夾持零件移動，當夾持裝置的夾持頭與被夾持零件之間距離為一預定距離時，調整三自由手動調整臺，使得所述夾持頭的夾持面與所述被夾持零件的端面平行；步驟4 :控制夾持裝置向被夾持零件移動，當夾持裝置的夾持頭與被夾持零件之間距離為一預定較小距離時，開啟真空發生裝置，對零件進行真空吸附夾持；步驟5 :通過夾持裝置帶動被夾持零件向目標位置運動，當被夾持零件和其它零件接觸后，通過微力傳感器感知夾持裝置的夾持頭產生的裝配作用力，當檢測到所述裝配作用力達到某一極限值時，夾持裝置停止運動，關閉所述真空發生裝置，完成對所述圓形薄片類零件的夾持。 本發明利用顯微視覺和力覺信息實現圓形薄片類零件的夾持，具體地，本發明首先利用顯微視覺鏡頭采集的圖像調整夾持頭和被夾持零件之間的相對位置和姿態，完成調整后再進行真空吸附夾持，裝配過程中本發明還利用微力傳感器感知裝配力的大小。本發明能夠實現圓形薄片類零件的真空吸附夾持，可以滿足精密裝配中無損夾持的要求。


圖I為本發明的圓形薄片類零件夾持裝置的三維結構圖；圖2為本發明夾持裝置的三自由度手動調整臺的結構示意圖；圖3為本發明夾持裝置的通氣懸臂的結構示意圖；圖4為本發明夾持裝置吸附有圓形薄片類零件8的夾持部位的三維結構圖；圖5為本發明夾持裝置吸附有圓形薄片類零件8的夾持部位的俯視圖；圖6為本發明夾持裝置的通氣管件的結構示意圖；圖7為本發明夾持裝置的夾持頭的結構示意圖。
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。圖I為本發明的圓形薄片類零件夾持裝置的三維結構圖，如圖I所示，本發明的圓形薄片類零件夾持裝置主要包括底座I、三自由度手動調整臺2、微力傳感器3、通氣懸臂
4、氣孔塞5、通氣管件6和夾持頭7，其中所述底座I用于固定所述夾持裝置。所述三自由度手動調整臺2通過螺釘與所述底座I相連，用于對所述通氣懸臂4、氣孔塞5、通氣管件6和夾持頭7的姿態進行調整，所述三自由度手動調整臺2 (Sigma三軸手動調整平臺，型號KKD-25C)的結構示意圖如圖2所示，通過三自由度手動調整臺2上的旋轉、傾斜和俯仰按鈕控制其上端面沿著三個坐標軸進行轉動。所述微力傳感器3為圓形零件，其中一個端面通過螺釘與三自由度手動調整臺2的上端面相連，另一個端面與通氣懸臂4通過螺釘相固連，用于檢測所述夾持頭7受到的外力。所述通氣懸臂4 一端通過螺釘固定在所述微力傳感器3上，另一端由上至下依次與氣孔塞5、通氣管件6之間通過膠相粘連。由于通氣懸臂4與微力傳感器3之間通過螺釘固連，微力傳感器3又與三自由度手動調整臺2通過螺釘固連，因此三自由度手動調整臺2沿著三個坐標軸進行轉動時通氣懸臂4也沿著三個坐標軸轉動。圖3為本發明夾持裝置的通氣懸臂4的結構示意圖，如圖3所示，所述通氣懸臂4與所述氣孔塞5和所述通氣管件6連接的連接部位32設計成圓弧形狀，以方便與所述氣孔塞5和所述通氣管件6粘連；同時在所述通氣懸臂4的連接部位32上開設一通氣槽31，該通氣槽31與位于所述通氣懸臂4側面靠近連接部位32處的圓形氣孔33相通，所述圓形氣孔33處安裝有氣動插頭，氣動插頭上安裝有軟管，并通過軟管與真空發生裝置相連。 所述氣孔塞5、通氣管件6和夾持頭7三個零件組成所述夾持裝置的夾持部位，被夾持的圓形薄片類零件8被吸附在夾持頭7上，吸附有圓形薄片類零件8的夾持部位的三維結構圖如圖4所示。所述夾持部位的三個零件外形均為中心為圓柱，邊緣為三個扇形面，且扇形面直徑小于被夾持的圓形薄片類零件的外圓的直徑，以便在俯視圖中能觀察到所述圓形薄片類零件的外圓，吸附有圓形薄片類零件8的夾持部位的俯視圖如圖5所示。所述氣孔塞5用于封堵所述通氣管件6的真空氣路；圖6為所述通氣管件6的結構示意圖，如圖6所示，所述通氣管件6的一端61與夾持頭7相粘連，另一端與所述氣孔塞5粘連，其中心為通氣孔槽62，三個側面63設計成圓弧形，以方便與所述通氣懸臂4的連接部位32粘連，在所述通氣管件6的一個側面上開設有一氣槽64，其同時與所述通氣孔槽62和所述通氣懸臂4中的通氣槽31相通。圖7為所述夾持頭7的結構示意圖，如圖7所示，所述夾持頭7與圓形薄片類零件的接觸部位為三個扇形面(如圖7中1-1、1-2和1-3所示)，在三個扇形面上分別開設三個通氣圓弧孔(如圖7中2-1、2-2和2-3所示)，所述三個通氣圓弧孔與所述通氣管件6中的通氣孔槽62相通。由于氣孔塞5、通氣管件6和通氣懸臂4之間通過膠粘連，夾持頭7和通氣管件6之間也通過膠相粘連，因此可通過三自由度手動調整臺2實現氣孔塞5、通氣管件6和夾持頭 繞三個坐標軸的轉動。本發明夾持裝置的工作原理為將真空發生裝置產生的負壓通過真空氣路傳遞到夾持頭7上的三個通氣圓弧孔(如圖7中2-1、2-2和2-3所示)，利用大氣壓力實現對圓形薄片類零件8(如圖4中的8所示)的吸附夾持。真空氣路的組成為真空發生裝置通過軟管與通氣懸臂4的圓形氣孔33相連(如圖3中的33所示)，通氣懸臂4的圓形氣孔33與通氣槽31相通(如圖3中的31所示)；通氣懸臂4的通氣槽31與通氣管件6側面開設的氣槽64(如圖6中的64所示)相通，通氣管件6的氣槽64與通氣孔槽62相通(如圖6中的62所示);通氣管件6的通氣孔槽62與夾持頭7上的三個通氣圓弧孔相通(如圖7中2-1、2-2和2-3所示)；由此實現將真空發生裝置產生的負壓傳遞到夾持頭7的夾持面(如圖7中1-1、1-2和1-3所示)，通過三個通氣圓弧孔上的負壓實現圓形薄片類零件的夾持。本發明同時還提出一種使用所述夾持裝置夾持圓形薄片類零件的方法，所述夾持基于真空吸附原理，該方法包括以下步驟步驟I :在夾持裝配臺上布置一路豎直和兩路水平方向的顯微視覺鏡頭，將三路鏡頭均對準所述夾持裝置的夾持頭；步驟2 :根據通過豎直方向的顯微視覺鏡頭采集得到的顯微視覺圖像將所述夾持裝置的夾持頭和被夾持零件進行豎直對準，即將所述夾持頭和被夾持零件兩者的圓心對準，為夾持操作做準備；步驟3 :在步驟2豎直對準的基礎上控制夾持裝置向被夾持零件移動，當夾持裝置的夾持頭與被夾持零件之間距離為一預定距離，比如可以為I毫米(通過兩路水平顯微視覺鏡頭采集的圖像確定)時，調整三自由手動調整臺，使得所述夾持頭的夾持面與所述被夾持零件的端面平行；步驟4 :在步驟3姿態調整的基礎上控制夾持裝置向被夾持零件移動，當夾持裝置 的夾持頭與被夾持零件之間距離為一預定較小距離，比如可以為200微米(通過兩路水平顯微視覺鏡頭采集的圖像確定)時，開啟真空發生裝置，對零件進行真空吸附夾持；步驟5 :通過夾持裝置帶動被夾持零件向目標位置運動，當被夾持零件和其它零件接觸后，通過微力傳感器感知夾持裝置的夾持頭產生的裝配作用力，即被夾持零件與其它零件接觸時產生的接觸力的反作用力，當檢測到所述裝配作用力達到某一極限值，比如100微牛時，夾持裝置停止運動，以避免裝配力過大而損傷被夾持零件，關閉所述真空發生裝置，完成對所述圓形薄片類零件的夾持。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
1.一種圓形薄片類零件夾持裝置，其特征在于，該裝置包括底座(I)、三自由度手動調整臺(2)、微力傳感器(3)、通氣懸臂(4)和夾持部位，所述夾持部位包括氣孔塞(5)、通氣管件(6)和夾持頭(7)，其中 所述底座(I)用于固定所述夾持裝置； 所述三自由度手動調整臺(2)通過螺釘與所述底座(I)相連，用于對所述通氣懸臂(4)、氣孔塞(5)、通氣管件(6)和夾持頭(7)的姿態進行調整； 所述微力傳感器(3)為圓形零件，其中一個端面通過螺釘與三自由度手動調整臺(2)的上端面相連，另ー個端面與通氣懸臂(4)通過螺釘相固連，用于檢測所述夾持頭(7)受到的外力； 所述通氣懸臂(4) 一端通過螺釘固定在所述微力傳感器(3)上，另一端由上至下依次與氣孔塞(5)、通氣管件(6)之間通過膠相粘連；所述通氣懸臂⑷與氣孔塞(5)、通氣管件(6)進行連接的連接部位(32)上開設一通氣槽(31);該通氣槽(31)與位于所述通氣懸臂(4)側面靠近連接部位(32)處的圓形氣孔(33)相通；所述圓形氣孔(33)處安裝有氣動插頭，氣動插頭上安裝有軟管，所述軟管與真空發生裝置相連； 所述通氣管件出)的中心為通氣孔槽(62)，在所述通氣管件￠)的一個側面上開設有ー氣槽(64)，其同時與所述通氣孔槽￠2)和所述通氣懸臂(4)中的通氣槽(31)相通； 所述氣孔塞(5)用于封堵所述通氣管件(6)的真空氣路； 所述夾持頭(7)與所述通氣管件￠)的一端相粘連，用于夾持圓形薄片類零件(8)，所述夾持頭(7)與圓形薄片類零件(8)的接觸部位為三個扇形面，三個扇形面上分別開設三個通氣圓弧孔，所述三個通氣圓弧孔與所述通氣管件出)中的通氣孔槽￠2)相通。
2.根據權利要求I所述的夾持裝置，其特征在于，所述三自由度手動調整臺(2)通過三自由度手動調整臺(2)上的旋轉、傾斜和俯仰按鈕控制其上端面沿著三個坐標軸進行轉動。
3.根據權利要求I所述的夾持裝置，其特征在于，所述通氣懸臂(4)與所述氣孔塞(5)和所述通氣管件(6)連接的連接部位(32)設計成圓弧形狀，以方便與所述氣孔塞(5)和所述通氣管件(6)粘連。
4.根據權利要求I所述的夾持裝置，其特征在于，所述氣孔塞(5)、通氣管件(6)和夾持頭(7)的外形均為中心為圓柱，邊緣為三個扇形面，且扇形面直徑小于被夾持的圓形薄片類零件的外圓的直徑。
5.根據權利要求I所述的夾持裝置，其特征在于，所述通氣管件(6)的三個側面(63)設計成圓弧形，以方便與所述通氣懸臂(4)的連接部位(32)粘連。
6.根據權利要求I所述的夾持裝置，其特征在于，將真空發生裝置產生的負壓通過真空氣路傳遞到夾持頭(7)上的三個通氣圓弧孔，利用大氣壓カ實現對圓形薄片類零件(8)的吸附夾持。
7.根據權利要求6所述的夾持裝置，其特征在于，所述真空氣路為真空發生裝置通過軟管與通氣懸臂(4)的圓形氣孔(33)相連，通氣懸臂(4)的圓形氣孔(33)與通氣槽(31)相通；通氣懸臂(4)的通氣槽(31)與通氣管件(6)側面開設的氣槽￠4)相通，通氣管件(6)的氣槽￠4)與通氣孔槽￠2)相通；通氣管件￠)的通氣孔槽￠2)與夾持頭(7)上的三個通氣圓弧孔相通。
8.ー種使用權利要求I所述的夾持裝置夾持圓形薄片類零件的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟I :在夾持裝配臺上布置一路豎直和兩路水平方向的顯微視覺鏡頭，將三路鏡頭均對準所述夾持裝置的夾持頭； 步驟2 :根據通過豎直方向的顯微視覺鏡頭采集得到的顯微視覺圖像將所述夾持裝置的夾持頭和被夾持零件進行豎直對準，即將所述夾持頭和被夾持零件兩者的圓心對準，為夾持操作做準備； 步驟3 :控制夾持裝置向被夾持零件移動，當夾持裝置的夾持頭與被夾持零件之間距離為ー預定距離時，調整三自由手動調整臺，使得所述夾持頭的夾持面與所述被夾持零件的端面平行； 步驟4 :控制夾持裝置向被夾持零件移動，當夾持裝置的夾持頭與被夾持零件之間距離為ー預定較小距離吋，開啟真空發生裝置，對零件進行真空吸附夾持； 步驟5 :通過夾持裝置帶動被夾持零件向目標位置運動，當被夾持零件和其它零件接觸后，通過微力傳感器感知夾持裝置的夾持頭產生的裝配作用力，當檢測到所述裝配作用カ達到某ー極限值時，夾持裝置停止運動，關閉所述真空發生裝置，完成對所述圓形薄片類零件的夾持。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在干，將所述夾持裝置的夾持頭和被夾持零件進行豎直對準的標準為將所述夾持頭和被夾持零件兩者的圓心對準。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述夾持頭與被夾持零件之間距離通過兩路水平顯微視覺鏡頭采集的圖像來確定。
全文摘要
本發明公開了一種圓形薄片(厚度50-200微米)類零件的夾持裝置和方法。該裝置包括底座1、三自由度手動調整臺2、微力傳感器3、通氣懸臂4和夾持部位，所述夾持部位包括氣孔塞5、通氣管件6和夾持頭7。該方法包括首先，利用豎直方向上顯微視覺鏡頭采集的圖像，在豎直方向進行夾持頭和被夾持零件的對準；然后，根據水平方向上顯微視覺鏡頭采集的圖像控制夾持頭接近被夾持零件，當兩者距離在200微米時開啟真空吸附裝置產生吸附力，實現夾持操作；最后，夾持裝置帶動被夾持零件向目標裝配位置運動，根據微力傳感器感知到的被夾持零件和其它零件接觸后產生的裝配力調整夾持裝置的運動以實現零件無損夾持的目標。
文檔編號B25B11/00GK102773817SQ20121029236
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者張大朋, 張正濤, 徐德, 高群 申請人:中國科學院自動化研究所