接觸式真空吸取技術(shù)的研究現(xiàn)狀

2020-04-12 郭鐘華 南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院

  接觸式真空吸取技術(shù)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中,利用負(fù)壓來夾持工件,具有成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等優(yōu)點。真空吸取的執(zhí)行器為真空吸盤,采用負(fù)壓抽吸等方法在吸盤內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度,從而吸著工件。

  在半導(dǎo)體工業(yè)中,利用真空吸盤顯像管、包裝盒等工件,完成物流輸送、自動裝配等工序;

  在食品生產(chǎn)與加工中,真空吸盤運送糕點、瓜果等食品,免人工,安全衛(wèi)生而高效;

  在新興的機器人技術(shù)領(lǐng)域,爬墻機器人安裝了真空吸盤,輕松地吸附于高層建筑墻面,服務(wù)型機器人末端的真空吸盤則為服務(wù)對象快速安全地拿取所需的物品。

  真空吸盤易實現(xiàn)柔性夾持,對物件表面損傷小,具有安全、可靠、價格低廉、輕便、節(jié)能等優(yōu)點,而氣壓驅(qū)動的高柔順性更易于實現(xiàn)仿生結(jié)構(gòu),具有良好的前景。

1、夾持需求

  夾持需求包括兩個方面:

 、傥P能適應(yīng)物件的形狀,與物件有效貼合。

 、谔峁┛煽康恼婵斩。

  接觸式真空吸取技術(shù),為自動化物流和機器人提供了便利的真空夾持方法,而生產(chǎn)技術(shù)的進步又對真空吸取技術(shù)提出了更高的要求,夾持工作環(huán)境趨于多樣化,例如:

  人類探尋海洋深處的秘密需要適應(yīng)水下環(huán)境;

  空間探測則需要適應(yīng)宇宙環(huán)境;

  混流生產(chǎn)工件形狀的多元化需要夾持器能適應(yīng)多種工件形狀;

  社會服務(wù)需求的增多,需要大量能提供生活服務(wù)的機器人,而這些機器人是否具有靈活可靠的夾持末端,大大影響服務(wù)的效果;

  全球性能源短缺,使得節(jié)約能源成為人類的迫切需求。

  這些新要求促使接觸式真空吸取技術(shù)朝著多工況適應(yīng)、多形狀夾持、高效節(jié)能等方向發(fā)展。

2、接觸式真空吸取技術(shù)研究現(xiàn)狀

  2.1、真空吸盤結(jié)構(gòu)形式

  真空吸盤為接觸式真空吸取的末端執(zhí)行器。常規(guī)吸盤的材料為丁腈橡膠、硅橡膠、聚氨酯、氟化橡膠等彈性較好的非金屬材料,結(jié)構(gòu)形式多為平直型、深凹型、風(fēng)琴型等,并可根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)尺寸專門設(shè)計微型或大型吸盤。

  針對現(xiàn)行負(fù)壓吸盤的剛度和形狀不能調(diào)整所帶來的問題,國內(nèi)外研究者對吸盤材質(zhì)和形狀進行了研究和探索。通過在吸盤連接處設(shè)計緩沖連接器,改變緩沖連接器的彈性和形狀來調(diào)節(jié)吸盤的剛度和夾持耦合面,以適應(yīng)更多工作條件的要求。圖1為球鉸式吸盤,吸盤可適應(yīng)工件吸附表面的傾斜而自由轉(zhuǎn)動,吸盤體上的抽吸孔通過貫穿球節(jié)的孔,與安裝在球節(jié)端部的吸盤相通。

  由于單個吸盤提供的吸著面有限,在實際運用中常采用多個吸盤一起工作的安裝方式。

  葉鵬等發(fā)明了一種具有姿態(tài)自主檢測和吸附面自適應(yīng)能力的負(fù)壓吸附模塊(圖2),通過傾角傳感器測量吸附模塊相對于吸附面的位置和姿態(tài),通過距離傳感器測距,計算出吸盤面與被吸附面間的夾角和距離,從而調(diào)整裝置的位置參數(shù),更好地適應(yīng)吸附面。

接觸式真空吸取技術(shù)的研究現(xiàn)狀

  孫錦山等研制了氣動多吸盤爬墻機器人(圖3),多個吸盤提供了更大的吸著面。與圖2所示裝置不同,各吸盤之間采用了柔性驅(qū)動器連接,能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的彎曲,由于吸盤之間的相對位置可以隨柔性驅(qū)動器的彎曲而改變,因此控制策略更為簡單。

接觸式真空吸取技術(shù)的研究現(xiàn)狀

  2.2、真空吸取力產(chǎn)生方法

  將吸盤腔室內(nèi)的氣體抽去,從而產(chǎn)生負(fù)壓吸引力,是最基礎(chǔ)的吸取力產(chǎn)生方式,這種方法的前提是吸盤需和物體緊密接觸,使吸盤腔室密閉。通過吸盤對物體的貼附,產(chǎn)生密閉腔室,采用真空泵或其他真空發(fā)生元件產(chǎn)生真空。