一种大型真空机械手

1.本发明涉及真空腔体交接技术领域，特别涉及一种大型真空机械手。


背景技术：

2.在真空环境下进行科学研究和工业生产时，需要在不破坏真空室内真空度的前提下，利用机械机构对真空室内的物品进行传递和操作。目前，国内生产的磁力传递杆只能短行程交接小型样品，交接长行程，大负载样品，传递杆会发生形变甚至损坏，无法完成交接任务。
3.目前，真空内部传输还有用到带轮以及链条传动方式，带轮、链条传动效率差，精度低。同时、其传动方式只能用于低真空设备，不能在超高真空内。并且只能完成水平传输，无小幅摆动等动作辅助交接。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种大型真空机械手，该大型真空机械手原理简单，运动稳定可靠，传递行程可调，可交接大行程，大负载样品，在低、高真空环境都可以使用，应用范围广。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供一种大型真空机械手，包括水平传动机构、支撑翘动机构、固定组件、翘动腔体及传递杆组件，其中翘动腔体活动安装在固定组件上，支撑翘动机构设置于固定组件上，且与翘动腔体连接，支撑翘动机构用于支撑及驱动翘动腔体上下摆动；传递杆组件贯穿翘动腔体且能够沿轴向移动；水平传动机构设置于固定组件上且与传递杆组件传动连接，水平传动机构用于驱动传递杆组件伸缩。
6.所述固定组件包括固定腔体；所述翘动腔体容置于固定腔体内，且后端通过翘动轴组件与固定腔体转动连接；所述翘动腔体的前端与所述支撑翘动机构连接。
7.所述支撑翘动机构包括波纹管伸缩组件、翘动连杆组件、支撑电机组件及支撑座，其中支撑座与所述固定腔体连接，支撑电机组件设置于支撑座上，且输出端通过翘动连杆组件与波纹管伸缩组件的一端连接，波纹管伸缩组件的另一端穿过所述固定腔体上设有的连接套筒，且与所述翘动腔体连接。
8.所述波纹管伸缩组件包括波纹管和驱动杆，其中波纹管的外侧端与所述连接套筒密封连接，驱动杆贯穿波纹管且与波纹管的内侧端密封连接，驱动杆的内侧端与所述翘动腔体上设有的连接柱连接，驱动杆的外侧端与所述翘动连杆组件连接。
9.所述翘动连杆组件包括连杆ⅰ和连杆ⅱ，其中连杆ⅰ的一端与所述支撑座铰接，另一端与所述支撑电机组件连接，连杆ⅱ的一端与连杆ⅰ铰接，另一端与所述驱动杆的外侧端铰接；所述支撑座上设有光电固定组件，光电固定组件与连杆ⅰ的另一端相配合，从而对所述传递杆组件的摆动进行控制和定位。
10.所述支撑电机组件包括翘动电机、丝母及丝杠，其中翘动电机浮动安装在所述支撑座上，且输出端与丝杠的一端连接，丝母与丝杠螺纹连接，所述连杆ⅰ的另一端与丝母活动连接。
11.所述传递杆组件包括工字钢传递杆、光电定位片及传递叉组件，其中传递叉组件设置于工字钢传递杆的前端，用于物品的交接传输；光电定位片设置于工字钢传递杆上；所述固定腔体上设有对射开关，对射开关通过工字钢传递杆上的光电定位片的位置变化，获得工字钢传递杆直线移动位置信息，且反馈给所述水平传动机构，所述水平传动机构让工字钢传递杆沿直线移动到指定位置。
12.所述水平传动机构包括主动齿组件、水平传动电机、磁力转轴组件、波纹管联轴节及齿条，其中齿条设置于所述传递杆组件上；主动齿组件沿径向安装在所述翘动腔体上且能够转动，主动齿组件与齿条啮合；水平传动电机设置于所述固定组件上，且输出端通过磁力转轴组件与主动齿组件连接。
13.所述固定腔体的前端与真空腔体连接，后端与传递杆外罩相连，传递杆外罩用于机械手的真空密封。
14.所述翘动腔体包括翘动筒及对称设置于翘动筒两端的两组导向组件，两组导向组件用于对所述传递杆组件进行支撑及导向；所述导向组件包括传递杆导向a、传递杆导向b及调节机构，其中传递杆导向b和传递杆导向a上下设置，用于夹持所述传递杆组件，调节机构设置于传递杆导向a的下方，用于调整传递杆导向a的沿高度方向的安装位置。
15.本发明的优点及有益效果是：1.本发明驱动采用工字钢传递杆，屈服强度高，可以交接长行程、大负载样品，不易发生弯曲，整体强度高，高温烘烤不变形。
16.2.本发明不仅可以完成长行程直线传递，同时还可以完成类似于竖直方向小幅度升降，更方便交接样品。
17.3.本发明在样品传输过程中，利用对射开关将样品停在指定位置，调节方便，稳定可靠。
18.4.发明在支撑翘动机构中，利用光电开关控制工字钢传递杆沿轴向方向摆动角度，调节方便，稳定可靠。
19.5.本发明机械手扭矩传输稳定，机械效率高，整体耐高温烘烤，在低、高真空环境都可以使用，应用范围广。
附图说明
20.图1为本发明一种大型真空机械手的轴测图；图2为本发明一种大型真空机械手的主视图；图3为本发明的固定组件的结构示意图；图4为本发明的翘动腔体的轴测图；图5为本发明的翘动腔体的主视图；图6为图5的侧视图；
图7为本发明的传递杆组件的轴测图；图8为本发明的工字钢传递杆的局部视图；图9为本发明的水平传动机构的结构示意图；图10为本发明的支撑翘动机构的结构示意图；图11为本发明的支撑翘动机构的安装示意图。
21.图中：1为传递杆外罩，2为水平传动机构，3为支撑翘动机构，4为固定组件，5为翘动腔体，6为传递杆组件，7为固定腔体，8为对射开关，9为调节机构，10为传递杆导向a，11为传递杆导向b，12为翘动轴组件，13为主动齿组件，14为翘动筒，15为波纹管伸缩组件，151为波纹管，152为驱动杆，16为翘动连杆组件，161为连杆ⅰ，162为连杆ⅱ，17为支撑电机组件，171为翘动电机，172为丝母，173为丝杠，18为光电固定组件，19为工字钢传递杆，20为光电定位片，21为传递叉组件，22为水平传动电机，23为磁力转轴组件，24为波纹管联轴节，25为连接柱，26为齿条，27为支撑座，28为连接套筒。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
23.如图1-2所示，本发明提供一种大型真空机械手，包括水平传动机构2、支撑翘动机构3、固定组件4、翘动腔体5及传递杆组件6，其中翘动腔体5活动安装在固定组件4上，支撑翘动机构3设置于固定组件4上，且与翘动腔体5连接，支撑翘动机构3用于支撑及驱动翘动腔体5上下摆动；传递杆组件6贯穿翘动腔体5且能够沿轴向移动；水平传动机构2设置于固定组件4上且与传递杆组件6传动连接，水平传动机构2用于驱动传递杆组件6伸缩。该大型真空机械手通过水平传动机构2可以驱动传递杆组件6沿其轴向方向直线移动，通过支撑翘动机构3驱动翘动腔体5及其内部传递杆组件6沿上下方向完成小角度摆动，原理简单，运动稳定可靠，传递行程可调，可交接大行程，大负载样品，在低、高真空环境都可以使用，应用范围广。
24.如图1、图3所示，本发明的实施例中，固定组件4包括固定腔体7，翘动腔体5容置于固定腔体7内。固定腔体7上设有对射开关8和连接套筒28，连接套筒28用于连接支撑翘动机构3。进一步地，固定腔体7的前端与真空腔体连接，后端与传递杆外罩1相连，传递杆外罩1用于机械手的真空密封。具体地，传递杆外罩1与固定腔体7采用金属刀口密封方式，能够在超高真空中使用。如果无高真空要求，其它例如胶圈密封也可以实现此功能。
25.如图4-6所示，本发明的实施例中，翘动腔体5包括翘动筒14及对称设置于翘动筒14两端的两组导向组件，两组导向组件用于对传递杆组件6进行支撑及导向。具体地，导向组件包括传递杆导向a10、传递杆导向b11及调节机构9，其中传递杆导向b11和传递杆导向a10上下设置，用于夹持传递杆组件6，调节机构9设置于传递杆导向a10的下方，用于调整传递杆导向a10的沿高度方向的安装位置。
26.进一步地，翘动筒14的后端通过翘动轴组件12与固定腔体7转动连接，翘动筒14能够以翘动轴组件12为轴，相对于固定腔体7小角度摆动；翘动筒14的前端底部设有用于与支撑翘动机构3连接的连接柱25。
27.如图7-8所示，本发明的实施例中，传递杆组件6包括工字钢传递杆19、光电定位片
20及传递叉组件21，其中工字钢传递杆19的两端通过两组导向组件支撑和导向，传递叉组件21设置于工字钢传递杆19的前端，用于交接大负载样品；光电定位片20设置于工字钢传递杆19上。固定腔体7上的对射开关8通过工字钢传递杆19上的光电定位片20的位置变化，获得工字钢传递杆19直线移动位置信息，且反馈给水平传动机构2，水平传动机构2让工字钢传递杆19沿直线移动到指定位置。
28.如图4、图8-9所示，本发明的实施例中，水平传动机构2包括主动齿组件13、水平传动电机22、磁力转轴组件23、波纹管联轴节24及齿条26，其中齿条26设置于工字钢传递杆19上；主动齿组件13沿径向安装在翘动腔体5上且能够转动，主动齿组件13与齿条26啮合；水平传动电机22设置于固定腔体7上，且输出端通过磁力转轴组件23与主动齿组件13连接，磁力转轴组件23与固定腔体7密封连接。水平传动电机22通过磁力转轴组件23驱动主动齿组件13转动，从而带动工字钢传递杆19沿轴向作直线运动，即实现传递杆组件6的伸缩。本实施例中，水平传动电机22提供旋转扭矩，磁力转轴组件完成真空密封以及将扭矩输送到波纹管联轴节24上，波纹管连轴节24与主动齿组件13配合，传递扭矩到翘动腔体5的内部。对射开关8可以通过传递杆组件6中光电定位片的位置变化，获得工字钢传递杆19直线移动位置信息，反馈给水平传动电机22减速停止，让工字钢传递杆19沿直线移动到指定位置。
29.本实施例中，主动齿组件13与工字钢传递杆19采用齿轮齿条啮合方式驱动，机械效率高，运动稳定。其它例如带轮、链条机构也可以实现此功能。采用波纹管联轴节24，方便安装，同时可以在微小形变的情况下继续传递扭矩，优先采用的是液压波纹管，强度大，允许形变量大。其它例如焊接波纹管、加长型柔性连轴节也可以实现此功能。工字钢传递杆19采用类似“工”字的结构，提高其屈服强度的同时，尽可能减轻重量。具体地，工字钢传递杆19的材料选用304不锈钢，304不锈钢强度高、价格便宜、方便加工。其它材料可以根据传递端的负载选用铝制或者钛制结构等也可以实现此功能。
30.如图10-11所示，本发明的实施例中，支撑翘动机构3包括波纹管伸缩组件15、翘动连杆组件16、支撑电机组件17及支撑座27，其中支撑座27与固定腔体7上的连接套筒28连接，支撑电机组件17设置于支撑座27上，且输出端通过翘动连杆组件16与波纹管伸缩组件15的一端连接，波纹管伸缩组件15的另一端穿过连接套筒28，且与翘动腔体5上的连接柱25螺纹连接。
31.如图11所示，本发明的实施例中，波纹管伸缩组件15包括波纹管151和驱动杆152，其中波纹管151的外侧端与连接套筒28密封连接，驱动杆152贯穿波纹管151且与波纹管151的内侧端密封连接，驱动杆152的内侧端与翘动腔体5上设有的连接柱25连接，驱动杆152的外侧端与翘动连杆组件16连接。
32.本发明的实施例中，支撑电机组件17包括翘动电机171、丝母172及丝杠173，其中翘动电机171浮动安装在支撑座27上，能够下幅度的摆动。翘动电机171的输出端与丝杠173的一端连接，丝杠173的另一端设有限位螺母。丝母172与丝杠173螺纹连接，形成螺纹副。翘动连杆组件16包括连杆ⅰ161和连杆ⅱ162，其中连杆ⅰ161的一端与支撑座27铰接，另一端与支撑电机组件17中的丝母172活动连接，连杆ⅱ162的一端与连杆ⅰ161铰接，另一端与驱动杆152的外侧端铰接。翘动电机171驱动丝杠173转动，丝母172带动连杆ⅰ161摆动，连杆ⅰ161通过连杆ⅱ162和驱动杆152带动翘动腔体5及其内的传递杆组件6绕翘动轴组件12上下小角度的摆动。
33.本实施例中，支撑翘动机构3采用曲柄滑块的运动方式，完成对支撑翘动机构3的摆动控制。波纹管伸缩组件15采用波纹管超高真空密封方式，同时满足伸缩行程的变化。如果无高真空要求，其它例如利用o型橡胶圈等动密封方式也可以实现此功能。通过调节机构9来调节工字钢传递杆19与主动齿28的齿轮齿条配合。具体地，调节机构9包括固定板和调节螺栓，固定板固定在翘动腔体5上，调节螺栓与固定板螺纹连接，且端部与传递杆导向a10抵接。
34.进一步地，支撑座27上设有光电固定组件18，光电固定组件18与连杆ⅰ161的另一端相配合，从而对传递杆组件6的摆动进行控制和定位。
35.本发明提供一种大型真空机械手，其工作原理是：水平传动机构2和翘动腔体5安装在固定组件4上，传递杆组件6安装在翘动腔体5上，通过水平传动机构2可以驱动传递杆组件6沿其轴向方向直线移动。支撑翘动机构3一端安装在固定组件4上，一端与翘动腔体5连接，通过支撑翘动机构3驱动翘动腔体5及其内部传递杆组件6沿上下方向完成小角度摆动，达到传递杆组件6前端类似于上下升降作用，便于交接样品。光电固定组件18配合翘动连杆组件16，能够控制传递杆组件6的摆动角度。在翘动腔体5在做小幅摆动时，水平传动机构2中的波纹管联轴节24也会跟着小幅摆动，利用波纹管的可弯曲性，可以在摆动同时，完成扭矩传递。
36.本发明提供的一种大型真空机械手原理简单，运动稳定可靠，传递行程可调，可交接大行程，大负载样品，在低、高真空环境都可以使用，应用范围广。
37.以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种大型真空机械手，其特征在于，包括水平传动机构（2）、支撑翘动机构（3）、固定组件（4）、翘动腔体（5）及传递杆组件（6），其中翘动腔体（5）活动安装在固定组件（4）上，支撑翘动机构（3）设置于固定组件（4）上，且与翘动腔体（5）连接，支撑翘动机构（3）用于支撑及驱动翘动腔体（5）上下摆动；传递杆组件（6）贯穿翘动腔体（5）且能够沿轴向移动；水平传动机构（2）设置于固定组件（4）上且与传递杆组件（6）传动连接，水平传动机构（2）用于驱动传递杆组件（6）伸缩。2.根据权利要求1所述的大型真空机械手，其特征在于，所述固定组件（4）包括固定腔体（7）；所述翘动腔体（5）容置于固定腔体（7）内，且后端通过翘动轴组件（12）与固定腔体（7）转动连接；所述翘动腔体（5）的前端与所述支撑翘动机构（3）连接。3.根据权利要求2所述的大型真空机械手，其特征在于，所述支撑翘动机构（3）包括波纹管伸缩组件（15）、翘动连杆组件（16）、支撑电机组件（17）及支撑座（27），其中支撑座（27）与所述固定腔体（7）连接，支撑电机组件（17）设置于支撑座（27）上，且输出端通过翘动连杆组件（16）与波纹管伸缩组件（15）的一端连接，波纹管伸缩组件（15）的另一端穿过所述固定腔体（7）上设有的连接套筒（28），且与所述翘动腔体（5）连接。4.根据权利要求3所述的大型真空机械手，其特征在于，所述波纹管伸缩组件（15）包括波纹管（151）和驱动杆（152），其中波纹管（151）的外侧端与所述连接套筒（28）密封连接，驱动杆（152）贯穿波纹管（151）且与波纹管（151）的内侧端密封连接，驱动杆（152）的内侧端与所述翘动腔体（5）上设有的连接柱（25）连接，驱动杆（152）的外侧端与所述翘动连杆组件（16）连接。5.根据权利要求4所述的大型真空机械手，其特征在于，所述翘动连杆组件（16）包括连杆ⅰ（161）和连杆ⅱ（162），其中连杆ⅰ（161）的一端与所述支撑座（27）铰接，另一端与所述支撑电机组件（17）连接，连杆ⅱ（162）的一端与连杆ⅰ（161）铰接，另一端与所述驱动杆（152）的外侧端铰接；所述支撑座（27）上设有光电固定组件（18），光电固定组件（18）与连杆ⅰ（161）的另一端相配合，从而对所述传递杆组件（6）的摆动进行控制和定位。6.根据权利要求5所述的大型真空机械手，其特征在于，所述支撑电机组件（17）包括翘动电机（171）、丝母（172）及丝杠（173），其中翘动电机（171）浮动安装在所述支撑座（27）上，且输出端与丝杠（173）的一端连接，丝母（172）与丝杠（173）螺纹连接，所述连杆ⅰ（161）的另一端与丝母（172）活动连接。7.根据权利要求2所述的大型真空机械手，其特征在于，所述传递杆组件（6）包括工字钢传递杆（19）、光电定位片（20）及传递叉组件（21），其中传递叉组件（21）设置于工字钢传递杆（19）的前端，用于物品的交接传输；光电定位片（20）设置于工字钢传递杆（19）上；所述固定腔体（7）上设有对射开关（8），对射开关（8）通过工字钢传递杆（19）上的光电定位片（20）的位置变化，获得工字钢传递杆（19）直线移动位置信息，且反馈给所述水平传动机构（2），所述水平传动机构（2）让工字钢传递杆（19）沿直线移动到指定位置。8.根据权利要求2所述的大型真空机械手，其特征在于，所述固定腔体（7）的前端与真空腔体连接，后端与传递杆外罩（1）相连，传递杆外罩（1）用于机械手的真空密封。9.根据权利要求1所述的大型真空机械手，其特征在于，所述水平传动机构（2）包括主动齿组件（13）、水平传动电机（22）、磁力转轴组件（23）、波纹管联轴节（24）及齿条（26），其
中齿条（26）设置于所述传递杆组件（6）上；主动齿组件（13）沿径向安装在所述翘动腔体（5）上且能够转动，主动齿组件（13）与齿条（26）啮合；水平传动电机（22）设置于所述固定组件（4）上，且输出端通过磁力转轴组件（23）与主动齿组件（13）连接。10.根据权利要求1所述的大型真空机械手，其特征在于，所述翘动腔体（5）包括翘动筒（14）及对称设置于翘动筒（14）两端的两组导向组件，两组导向组件用于对所述传递杆组件（6）进行支撑及导向；所述导向组件包括传递杆导向a（10）、传递杆导向b（11）及调节机构（9），其中传递杆导向b（11）和传递杆导向a（10）上下设置，用于夹持所述传递杆组件（6），调节机构（9）设置于传递杆导向a（10）的下方，用于调整传递杆导向a（10）的沿高度方向的安装位置。

技术总结
本发明涉及真空腔体交接技术领域，特别涉及一种大型真空机械手。包括水平传动机构、支撑翘动机构、固定组件、翘动腔体及传递杆组件，其中翘动腔体活动安装在固定组件上，支撑翘动机构设置于固定组件上，且与翘动腔体连接，支撑翘动机构用于支撑及驱动翘动腔体上下摆动；传递杆组件贯穿翘动腔体且能够沿轴向移动；水平传动机构设置于固定组件上且与传递杆组件传动连接，水平传动机构用于驱动传递杆组件伸缩。本发明原理简单，运动稳定可靠，传递行程可调，可交接大行程，大负载样品，在低、高真空环境都可以使用，应用范围广。应用范围广。应用范围广。


技术研发人员：赵崇凌 王启佳 张学锋 李治 王忠旭 王勇 毕永生 佟雷
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/7/22