一種抓取力連續(xù)可調的多自由度超高真空機械手的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于超高真空裝備【技術領域】，具體為一種抓取力連續(xù)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(xù)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于超高真空，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] 本實用新型屬于超高真空裝備【技術領域】，具體涉及超高真空環(huán)境下的操縱抓放裝 置。 一種抓取力連續(xù)可調的多自由度超高真空機械手

【背景技術】
[0002] 超高真空環(huán)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(huán)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(huán)境中的樣品等 部件進行操縱。保持超高真空的環(huán)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復雜，體積龐大，不能進 行精密操作；現有機械手的抓取力依賴于彈簧恢復力，抓取力依賴于生產時使用的彈簧，不 能夠方便地調整抓取力度；現有機械手的旋轉操作機構復雜，可靠性低。 實用新型內容
[0003] 本實用新型的目的在于克服現有機械手的缺點和不足，提供一種適用于超高真空 環(huán)境，結構簡單，可靠性高，能夠連續(xù)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(xù)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(huán)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(huán)設置于兩片夾鉗之間，夾鉗開閉驅動環(huán)和傳 動軸的一端徑向連接，夾鉗開閉驅動環(huán)的前后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后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；所述支承機構位于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(huán)，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(huán)設置在基座后面，用于防止旋轉球 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 間前后位移變化；第二超高真空刀口法蘭與密封驅動管后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后 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于：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(xù)可調，且調整省力方便。該機械手通過材料選取和加工方 案制定適用于超高真空，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(huán)；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(huán)；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(yōu)點更加清楚明了，下面結合具體實施例， 并參照附圖，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于超高真空抓取力連續(xù)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(huán)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(huán)6和傳動軸的如 端9徑向連接，夾鉗開閉驅動環(huán)6的前后運動帶動夾鉗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(jié)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位于伸縮波紋管10后端；密封驅動管16 位于波紋管內部用于密封并連接夾持結構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，并且把夾鉗固定座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前后運動帶動套裝在密封驅動管16前端的夾持機構1前后運 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于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(huán)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，然后通過焊 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(huán)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(xié)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、用于鎖緊旋轉驅動器 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之間前后位移變化。手動伸縮器的第二超高真空刀口 法蘭17與密封驅動管16后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 用于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后端相連。
[0023] 手動伸縮器的伸縮能夠使得傳動軸9相對于密封驅動管16運動。傳動軸9的運 動帶動夾鉗開閉驅動環(huán)6的前后移動，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(xù)可調的多自由度超高真空機械手，其特征在于，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(huán)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(huán)設置于兩片夾鉗之間，夾鉗開閉驅動環(huán)和傳動軸 的一端徑向連接，夾鉗開閉驅動環(huán)的前后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 封驅動管外從前到后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 承機構位于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(huán)，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(huán)設置在基座后面，用于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 后位移變化；第二超高真空刀口法蘭與密封驅動管后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后端相 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(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】吳施偉, 張帥, 黃迪 申請人:復旦大學