通用真空吸盘和提升物体的方法
阅读说明：本技术 通用真空吸盘和提升物体的方法 (Universal vacuum chuck and method of lifting an object ) 是由 H·M·蔡 W·M·金 D·黄 于 2020-10-30 设计创作，主要内容包括：提供了一种真空吸盘组件和提升物体的方法。所述真空吸盘组件包括吸盘结构,所述吸盘结构限定位于近端处的开口、位于远端处的凹部以及位于所述近端与所述远端之间的空腔区域,其中所述空腔区域包括至少一个空腔。开口与凹部和空腔区域流体连通。内部结构设置在空腔区域中。内部结构被构造成当负压通过吸盘结构中的开口施加到空腔区域时将吸盘结构保持在夹紧位置中。吸盘结构被构造成在负压不被施加到空腔区域的情况下处于静止位置。真空吸盘组件在静止位置中具有第一形状,并且在夹紧位置中具有第二形状。(A vacuum chuck assembly and method of lifting an object are provided. The vacuum chuck assembly includes a chuck structure defining an opening at a proximal end, a recess at a distal end, and a cavity region between the proximal end and the distal end, wherein the cavity region includes at least one cavity. The opening is in fluid communication with the recess and the cavity region. The internal structure is disposed in the cavity region. The internal structure is configured to hold the suction cup structure in the clamped position when negative pressure is applied to the cavity region through the opening in the suction cup structure. The suction cup structure is configured to be in a rest position without negative pressure being applied to the cavity area. The vacuum chuck assembly has a first shape in the rest position and a second shape in the clamping position.)
技术领域
本公开涉及一种用于提升物体的真空吸盘组件和一种使用该真空吸盘组件提升物体的方法。
背景技术
真空吸盘可用于提升汽车装配厂中的物体。典型的设计包括由刚性材料形成的扁平真空吸盘和包括柔性可折叠型端部的波纹管式真空吸盘。
由于其刚性，扁平真空吸盘只能与可以与其形成密封的扁平物体一起工作，以便施加真空压力。此外，由于它们的不灵活性，对于不同的物体可能需要不同的扁平真空吸盘。在其它应用中，用于汽车部件的操纵系统必须通过调节真空吸盘连接器的角度而被重新配置用于不同的部件操纵。因此，提升系统的至少部分需要重新配置以适应具有不同几何形状的物体。
波纹管式真空吸盘比扁平真空吸盘具有更大的柔性。然而，波纹管式真空吸盘的内部部件可能损坏被提升的物体，因为波纹管是柔性的，并且波纹管式真空吸盘的刚性内部部件可能被压入物体中，而波纹管部分不提供任何保护。
由于现有真空吸盘的缺点，可以使用提升物体的其它系统来代替真空吸盘，从而增加了成本和复杂性。因此，需要一种改进的提升系统，其不会显著增加成本和复杂性。
发明内容
本公开提供了一种智能通用真空吸盘，其使用层挤压构思来改变真空吸盘的刚度。内部结构设置在真空吸盘内的一个或多个空腔中，并且当负压被施加到一个或多个空腔时，内部结构被压缩在一起，这增加了真空的刚性及其夹紧物体的能力和/或增加了锁定吸盘的位置的力。因此，内部结构在其中未施加负压的初始位置中是柔性的，并且包括内部结构的真空吸盘组件在施加负压时变得更硬并且与被提升的物体相适应。
在一种形式中，其可与本文所公开的其它形式组合或分开，提供了一种真空吸盘组件，其包括在近端处限定开口且在远端处限定凹部的吸盘结构。吸盘结构限定近端和远端之间的空腔区域，其中空腔区域包括至少一个空腔。开口与凹部和空腔区域流体连通。多个内部结构设置在空腔区域中。多个内部结构被构造成当至少预定负压通过吸盘结构中的开口施加到空腔区域时将吸盘结构保持在夹紧位置中。所述吸盘结构被构造成在所述预定负压不被施加到所述吸盘结构的所述空腔区域的情况下处于静止位置。真空吸盘组件在静止位置中具有第一形状，并且在夹紧位置中具有第二形状，第一形状与第二形状不同。
在可与本文所公开的其它形式组合或分开的另一形式中，提供了一种提升物体的方法。该方法包括提供真空吸盘组件，其中真空吸盘组件包括在近端处限定开口并且在远端处限定凹部的吸盘结构。吸盘结构在近端和远端之间限定空腔区域，空腔区域限定至少一个空腔。开口与凹部和空腔区域流体连通。多个内部结构设置在空腔区域中。该方法还包括将真空吸盘组件的远端设置成与物体接触，以在真空吸盘组件的初始位置中至少部分地封闭真空吸盘组件和物体之间的凹部。该方法包括通过开口将预定负压施加到空腔区域中并且施加到凹部中，以使真空吸盘组件与物体相适应并且将物体保持在真空吸盘组件的夹紧位置中。
可以提供附加特征，包括但不限于以下：其中所述多个内部结构包括第一层和第二层；其中，所述吸盘结构由第一材料形成；所述第一材料是柔性的；其中所述第一层和所述第二层由第二材料形成；所述第二材料比所述第一材料更硬；所述真空吸盘组件在所述静止位置中具有第一刚度，并且在所述夹紧位置中具有第二刚度；所述第二刚度大于所述第一刚度；所述真空吸盘组件还包括由所述第一材料形成的柔性层；所述柔性层在所述空腔区域中设置在所述第一层和所述第二层之间；所述柔性层将所述空腔区域划分成其中设置所述第一层的第一空腔和其中设置所述第二层的第二空腔；所述第一层限定穿过所述第一层的中心的第一孔；所述第二层限定穿过所述第二层的中心的第二孔；所述柔性层限定穿过所述柔性层的中心的第三孔；所述第一孔、第二孔和第三孔协作以形成将所述开口连接到所述凹部的通道；在静止位置中，所述柔性层与所述第一层和所述第二层中的至少一个在其间限定气隙；所述气隙在所述夹紧位置中闭合；所述第一层和所述第二层能够移动成多个形状以形成多个附加夹紧位置；所述第一材料是橡胶；所述第二材料是塑料；所述吸盘结构具有限定所述凹部的截头圆锥形内表面；所述第一层和所述第二层中的每一者具有截头圆锥形主体部分和从所述截头圆锥形主体部分延伸的多个腿部；和/或其中所述多个内部结构包括多个粒状本体。
可以可选地提供另外的附加特征，包括但不限于以下：其中施加负压的步骤包括增加真空吸盘组件的刚度；该方法包括在初始位置中在柔性层与第一和第二层中的至少一个之间提供气隙，并且在夹紧位置中闭合气隙；所述方法还包括将真空吸盘组件提供为基于多个附加物体的对应形状可重新配置到多个附加夹紧位置中；和/或施加负压的步骤还包括在所述空腔区域内移动所述粒状本体以使所述吸盘结构与所述物体的形状相适应。
本发明还包括以下技术方案：
技术方案1. 一种真空吸盘组件，包括：
吸盘结构，所述吸盘结构在近端处限定开口并且在远端处限定凹部，所述吸盘结构在所述近端与所述远端之间限定空腔区域，所述空腔区域包括至少一个空腔，所述开口与所述凹部并且与所述空腔区域流体连通；以及
多个内部结构，所述多个内部结构设置在所述空腔区域中，所述多个内部结构构造成当至少预定负压通过所述吸盘结构中的所述开口施加至所述空腔区域时将所述吸盘结构保持在夹紧位置中，所述吸盘结构构造成在所述预定负压未施加至所述吸盘结构的所述空腔区域的情况下处于静止位置中，所述真空吸盘组件在所述静止位置中具有第一形状，并且在所述夹紧位置中具有第二形状，所述第一形状与所述第二形状不同。
技术方案2. 根据技术方案1所述的真空吸盘组件，其中，所述多个内部结构包括第一层和第二层。
技术方案3. 根据技术方案2所述的真空吸盘组件，其中所述吸盘结构由第一材料形成，所述第一材料是柔性的，并且所述第一层和所述第二层由比所述第一材料更硬的第二材料形成，所述真空吸盘组件在所述静止位置中具有第一刚度，并且在所述夹紧位置中具有第二刚度，所述第二刚度大于所述第一刚度。
技术方案4. 根据技术方案3所述的真空吸盘组件，还包括由所述第一材料形成的柔性层，所述柔性层在所述空腔区域中设置在所述第一层和所述第二层之间。
技术方案5. 根据技术方案4所述的真空吸盘组件，所述柔性层将所述空腔区域分成第一空腔和第二空腔，所述第一层设置在所述第一空腔中，所述第二层设置在所述第二空腔中。
技术方案6. 根据技术方案5所述的真空吸盘组件，所述第一层限定穿过所述第一层的中心的第一孔，所述第二层限定穿过所述第二层的中心的第二孔，并且所述柔性层限定穿过所述柔性层的中心的第三孔，所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔协作以形成将所述开口连接到所述凹部的通道。
技术方案7. 根据技术方案4所述的真空吸盘组件，在所述静止位置中，所述第一层和所述第二层中的至少一个与所述柔性层限定了在其间的气隙，所述气隙在所述夹紧位置中是闭合的。
技术方案8. 根据技术方案7所述的真空吸盘组件，所述夹紧位置是第一夹紧位置，所述第一层和所述第二层能够移动成多种形状以形成多个附加的夹紧位置。
技术方案9. 根据技术方案7所述的真空吸盘组件，所述第一材料是橡胶。
技术方案10. 根据技术方案9所述的真空吸盘组件，所述第二材料是塑料。
技术方案11. 根据技术方案7所述的真空吸盘组件，所述吸盘结构具有限定所述凹部的截头圆锥形内表面。
技术方案12. 根据技术方案11所述的真空吸盘组件，所述第一层和所述第二层中的每一个具有截头圆锥形主体部分和从所述截头圆锥形主体部分延伸的多个腿部。
技术方案13. 根据技术方案1所述的真空吸盘组件，其中，所述多个内部结构包括多个粒状本体。
技术方案14. 一种提升物体的方法，所述方法包括：
提供真空吸盘组件，所述真空吸盘组件包括：
吸盘结构，所述吸盘结构在近端处限定开口并且在远端处限定凹部，所述吸盘结构在所述近端与所述远端之间限定空腔区域，所述空腔区域限定至少一个空腔，所述开口与所述凹部并且与所述空腔区域流体连通；以及
多个内部结构，所述多个内部结构设置在所述空腔区域中；
将所述真空吸盘组件的所述远端设置成与所述物体接触，以在所述真空吸盘组件的初始位置中至少部分地封闭所述真空吸盘组件和所述物体之间的所述凹部；以及
通过所述开口将预定负压施加到所述空腔区域中并且施加到所述凹部中，以使所述真空吸盘组件与所述物体相适应并且将所述物体保持在所述真空吸盘组件的夹紧位置中。
技术方案15. 根据技术方案14所述的方法，还包括：
将所述多个内部结构提供为包括第一层和第二层；
将所述吸盘结构提供为由第一材料形成，所述第一材料是柔性的；以及
将所述第一层和所述第二层提供为由比所述第一材料更硬的第二材料形成，
其中施加所述预定负压的步骤包括：增加所述真空吸盘组件的刚度。
技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，还包括：将所述真空吸盘组件提供为具有在所述空腔区域中设置在所述第一层和所述第二层之间的柔性层，所述柔性层由所述第一材料形成。
技术方案17. 根据技术方案16所述的方法，还包括：将所述第一层提供为限定穿过所述第一层的中心的第一孔、将所述第二层提供为限定穿过所述第二层的中心的第二孔、以及将所述柔性层提供为限定穿过所述柔性层的中心的第三孔，所述第一孔、所述第二孔、以及所述第三孔协作以形成将所述开口连接到所述凹部的通道。
技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，还包括：
在所述初始位置中，在所述第一层和所述第二层中的至少一个与所述柔性层之间提供气隙；以及
在所述夹紧位置中闭合所述气隙。
技术方案19. 根据技术方案18所述的方法，所述夹紧位置是第一夹紧位置，所述方法还包括：将所述真空吸盘组件提供为能够基于多个附加物体的对应形状而重新配置到多个附加夹紧位置中。
技术方案20. 根据技术方案14所述的方法，还包括：将所述多个内部结构提供为多个粒状本体，施加所述负压的步骤还包括：使所述粒状本体在所述空腔区域内移动以使所述吸盘结构与所述物体的形状相适应。
从本文提供的描述中，另外的方面、优点和适用领域将变得显而易见。应当理解的是，描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。
本文的附图本质上是示意性的，并且不一定按比例绘制或表示所示元件之间的距离或关系。
图1是根据本公开的原理的处于静止位置的真空吸盘组件的透视图；
图2是根据本公开的原理的处于静止位置的图1的真空吸盘组件的下侧的透视图；
图3是根据本公开的原理的处于静止位置的图1和图2的真空吸盘组件的沿图2中的线3-3截取的截面图；
图4是根据本公开的原理的处于静止位置的图1-图3的真空吸盘组件的剖视透视图；
图5A是根据本公开的原理的图1-图4的真空吸盘组件的吸盘结构的截面图；
图5B是根据本公开的原理的图1-图4的真空吸盘组件的第一层和第二层的透视图；
图6是根据本公开的原理的在夹紧位置中被应用于提升物体的图1-图4的真空吸盘组件的示意图；
图7是示出根据本公开的原理的提升物体的方法的框图；以及
图8是根据本公开的原理的真空吸盘组件的另一变型的截面图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或使用。
现在参考图1-图6，其中相同的附图标记表示相同的元件，提供了通用真空吸盘组件，并且其总体上以10表示。真空吸盘组件10包括吸盘结构12，吸盘结构12由第一材料形成，第一材料是柔性材料，诸如橡胶。吸盘结构12具有外表面14和内表面16。吸盘结构12的近端18被构造成例如通过螺纹接头22连接到软管20（图6中所示），以通过真空吸盘组件10施加真空压力或负压，这将在下面进一步详细描述。近端18限定了连接到软管20的开口23。
吸盘结构12的内表面16具有外侧25，该外侧是截头圆锥形的并且在吸盘结构12的远端26处限定凹部24。在替代方案中，吸盘结构12可以具有其它不同的形状和表面，而不超出本公开的精神和范围。外表面14可以具有台阶28。
吸盘表面12限定了由内表面16的内侧32和外表面14的内侧34在近端18和远端26之间限定的空腔区域30。空腔区域30包括至少一个空腔。在该示例中，包括将空腔区域30分成第一空腔38和第二空腔40的柔性层36。柔性层36可以由与吸盘结构12相同的材料与吸盘结构12一体地形成，柔性层36可以附接到吸盘结构12，或者柔性层36可以是与吸盘结构12断开的单独件。柔性层36优选地由诸如橡胶的柔性材料形成，但是柔性层36不必需要由与吸盘结构12相同的材料形成。空腔区域30与开口23和凹部24流体连通。
多个内部结构设置在空腔区域30中。在图1-图6的示例中，多个内部结构包括至少第一层42和第二层44。柔性层36（如果包括）设置在空腔区域30中的第一层42和第二层44之间。第一层42设置在第一空腔38中，并且第二层44设置在第二空腔40中。虽然示出了两个层42、44，但是如果需要，也可以存在附加层。例如，可以使用三个、四个、五个或更多个层。
第一层42限定了穿过第一层42中心的第一孔46，并且第二层44限定了穿过第二层44中心的第二孔48。进一步地，柔性层36限定了穿过柔性层36中心的第三孔50。第一孔46、第二孔48和第三孔50协作以形成将开口23连接到凹部24的通道52。在真空吸盘组件10的静止位置中，第一层42和第二层44中的至少一个与柔性层36限定了其间的气隙g。在该示例中，气隙g限定在柔性层36和第一层42之间，但是应当理解，气隙g可以替代地限定在柔性层36和第二层44之间，或者气隙g可以存在于柔性层36与第一层42和第二层44两者之间。
在所示的示例中，第一层42和第二层44中的每一个包括截头圆锥形主体部分54和从截头圆锥形主体部分54延伸的多个腿部56，然而，应当理解，在不超出本公开的精神和范围的情况下，可以使用第一层42和第二层44的各种其它形状和构造。第一层42和第二层44可以是相同的，如图所示，或者它们可以彼此不同。
第一层42和第二层44由第二材料形成，该第二材料可以比形成吸盘结构12的第一材料更硬。例如，第二材料可以是塑料（例如，热塑性塑料）或比吸盘结构12的橡胶更硬的橡胶。当真空吸盘组件10处于初始或静止位置时，如图1-4所示，气隙g存在于第一层42和第二层44之间，或至少第一层42和第二层44没有被压在一起。由于基本上没有压力施加到空腔区域30，第一层42和第二层44具有一些柔性，像吸盘结构12本身。
现在参考图6和图7，并继续参考图1-图4，在框图中示出了提升物体58的方法100。方法100包括提供真空吸盘组件、诸如上述真空吸盘组件10的步骤102。方法100包括如下的步骤104：将真空吸盘组件10的远端26设置成与物体58接触以在真空吸盘组件10的初始或静止位置中至少部分地封闭真空吸盘组件10和物体58之间的凹部24。因此，凹部24使得真空吸盘组件10能够与物体58产生吸力。
方法100还包括如下的步骤106：通过开口23施加预定负压进入空腔区域30和进入凹部24以使真空吸盘组件10与物体58相适应并将物体58保持在真空吸盘组件10的夹紧位置中。例如，参照图6，当负压通过软管20施加到真空吸盘组件10的空腔区域30和凹部24中时，真空吸盘组件10处于夹紧位置并且已经与物体58的圆形形状相适应。
多个内部结构42、44与吸盘结构12一起被构造成当至少预定负压通过吸盘结构12中的开口18施加到空腔区域30时将吸盘结构12保持在夹紧位置中。另一方面，吸盘结构12被构造成在预定负压没有施加到吸盘结构12的空腔区域30的情况下处于初始或静止位置，如图1-4所示。真空吸盘组件10在静止位置中具有第一形状（如图1-图4所示）并且在夹紧位置中具有第二形状（如图6所示），所述第一形状不同于所述第二形状。
因此，真空吸盘组件10在静止位置中具有第一刚度（因为层42、44没有被压缩在一起）并且在夹紧位置中具有第二刚度，第二刚度大于第一刚度。较大的刚度是由第一层42和第二层44之间的层挤压效应引起的。例如，当层42、44被负压挤压在一起时，它们被挤压在一起形成较厚的更硬的组合结构。在静止位置中限定在第一层42和第二层44之间的气隙g在夹紧位置中闭合。因此，施加负压的步骤106包括增加真空吸盘组件10整体的刚度。
真空吸盘组件10是通用的，因为其可借助于内层42、44而与各种物体形状相适应，所述内层在以下意义上是形状可调的：当它们被压在一起时可整体上变得更硬，并且在吸盘结构12的空腔区域30中的层42、44之间的气隙g被消除。因此，真空吸盘组件10可基于各种附加物体的对应形状重新配置到多个附加夹紧位置中。真空吸盘组件10具有柔性几何形状，用于与物体58初始接触，然后柔性几何形状与物体58的形状相适应并变硬以提升物体58。
现在参考图8，示出了真空吸盘组件的另一变型，并且总体上以110表示。真空吸盘组件110可与真空吸盘组件10相同或相似，并且具有其所有相同的特性和特征，除了描述为不同的地方。例如，真空吸盘组件110可包括具有外表面114以及限定凹部124的内表面116的吸盘结构112。吸盘结构112的近端118构造成连接到软管（未示出，但例如，如图6所示），而远端126构造成夹紧物体。
吸盘表面112限定了由内表面116的内侧132和外表面114的内侧134在吸盘结构112的近端118和远端126之间限定的空腔区域130。多个内部结构设置在空腔区域130中，并且在这种情况下，所述多个内部结构包括多个粒状本体160。在该示例中，吸盘结构112在空腔130的边缘处并且邻近穿过真空吸盘组件110的通道152限定边缘唇缘162，以保持本体160不从空腔130脱离。
粒状本体160可以是圆形的，诸如球形或卵形的，或者它们可以具有任何其它期望的形状，举例来说，棱柱或锥体，或者具有三角形截面。本体160可以比形成吸盘结构112的柔性材料更硬或更软。
因此，多个内部结构可以是粒状的，诸如本体160，或者它们可以是层状材料，诸如层42、44。在一些变型中，可以提供层状材料42、44和粒状材料（诸如本体160）两者。
方法100也可以使用图8的真空吸盘组件110来实施。施加负压的步骤106将包括：在空腔区域130内移动粒状物体160，以使吸盘结构112与物体的形状相适应。
该描述本质上仅仅是示例性的，并且变型旨在处于本公开的范围内。在不超出本公开的精神和范围的情况下，可以以各种方式组合本文所示的示例。这些变型不应被认为是偏离了本公开的精神和范围。
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