一种基于伯努利效应和超声近场悬浮的无接触抓取装置的制作方法

本实用新型涉及无接触抓取技术领域，具体是一种基于伯努利效应和超声近场悬浮的无接触抓取装置。

背景技术：

光伏产业中的电池片、半导体产业中的晶圆、光学玻璃等在生产加工中对产品表面光洁度有特殊要求，要求在生产过程中尽可能的减少甚至杜绝表面的物理接触，以减少产品表面污染，其中电池片、晶圆等还具有薄、脆、易碎裂等特点。在现有生产工艺中，伯努利吸盘被广泛应用于抓取工位中，伯努利吸盘需要持续的往被抓取物表面吹出高速的稳定气流，才能在被抓取物表面形成稳定的伯努利效应，使被抓取物上表面的压力显著低于下表面的环境压力，在上下两个压力差的作用下，伯努利吸盘对被抓取物形成抓取力，同时伯努利吸盘喷气孔周边还会均匀的分布3-4个凸点，在抓取时给被抓取物提供一个向下的支撑力，使其与伯努利效应形成向上的抓取力、自身重力保持平衡，并在整体装置做水平移动时，提供一个水平方向的表面摩檫力，以确保在移动过程中被抓取物位置的稳定。

这种现有技术虽然广泛应用，但其存在以下几点不足：1、需要伯努利吸盘吹出的气流长时间保持稳定，不然会导致抓取不稳；2、吹出的气流为高压高速气流，哪怕气体中或者被抓取物上表面存在极小的颗粒，都有可能在气流长时间的作用下，在产品表面形成划痕，造成不可挽回的损伤；3、长时间的高压高速气流会对周围空气产生不必要的扰动；4、抓取时，伯努利吸盘几个凸点对应的产品表面位置会产生较大的集中受力，可能会导致产品产生隐裂纹甚至破裂等；5、最重要的一点，几个凸点与被抓取物产生了物理接触，有可能污染被抓取物上表面，在被抓取物随同整个抓取机构做搬运动作时，水平方向摩檫力的存在可能导致被抓取物上表面产生划痕。

结合现有技术存在的问题，本实用新型提出了基于伯努利效应和超声近场悬浮技术的混合无接触抓取解决方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于伯努利效应和超声近场悬浮的无接触抓取装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于伯努利效应和超声近场悬浮的无接触抓取装置，包括真空腔和基板，所述真空腔固定在基板上方，和基板形成一体结构；真空腔上设有真空管，真空管与真空泵连接，通过真空泵的工作，在真空腔内形成稳定的负压环境；基板的下方固定有悬浮板，悬浮板上设有负压孔，悬浮板的一端固定有超声换能器，超声换能器与超声电源连接，超声电源驱动超声换能器并带动悬浮板产生高频振动，使悬浮板表面产生超声近场悬浮力；基板下方安装有喷气嘴，喷气嘴连接有喷气组件，提供伯努利效应及吹放动作所需的正压气流。

作为本实用新型进一步的方案：所述基板与悬浮板之间设有密封垫，密封垫内设有用于使真空腔与悬浮板上的负压孔导通的气路；利用密封垫可将悬浮板与基板隔开并固定，真空腔与悬浮板上的负压孔导通。

作为本实用新型进一步的方案：所述喷气组件包括气压管、压力板和储气罐，所述喷气嘴经压力板与气压管连接，气压管连接有气阀、稳压阀、调压阀，最终连接储气罐。

作为本实用新型进一步的方案：所述基板的两侧设有限位销，可以根据被抓取物的尺寸大小，在悬浮板的边缘设置设置若干个限位销，以确保被抓取物被抓取至稳定悬浮位置时不会发生水平方向的移动，在整体装置做搬运动作时，被抓取物同样能处于稳定状态。

作为本实用新型进一步的方案：所述真空腔的顶壁上设有安装孔，通过安装孔可以将该装置固定于自动化产线、机械手等外部结构上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

该基于伯努利效应和超声近场悬浮的无接触抓取装置结构简便，使用方便，可适用于各类超薄、易碎、表面质量要求高的片装产品的抓取、吹放，结合自动化产线、机械手等，能对该类产品实现安全、可靠、高品质的运输、翻转等，解决了现有生产工艺中抓取、搬运存在的隐患问题，实现真正的非接触抓取和搬运，满足对表面有特定要求的产品的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例。

图1为本实用新型实施例的立体结构示意图。

图2为本实用新型实施例的剖视结构示意图。

图3为抓取过程中被抓取物(以电池片为例)第一阶段受力图。

图4为抓取过程中被抓取物(以电池片为例)第二阶段受力图。

图5为吹放过程中被抓取物(以电池片为例)受力图。

图中：1-安装孔，2-超声换能器，3-气压管，4-真空管，5-悬浮板，6-限位销，7-真空腔，8-密封垫，9-基板，10-压力板，11-喷气嘴，12-负压孔，13-电池片。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

请参阅图1～5，本实用新型实施例中，一种基于伯努利效应和超声近场悬浮的无接触抓取装置，包括真空腔7和基板9，所述真空腔7固定在基板9上方，和基板9形成一体结构；真空腔7上设有真空管4，真空管4与真空泵(图中未示出)连接，通过真空泵的工作，在真空腔7内形成稳定的负压环境；基板9的下方固定有悬浮板5，悬浮板5上设有负压孔12，悬浮板5的一端固定有超声换能器2，超声换能器2与超声电源连接，超声电源驱动超声换能器2并带动悬浮板5产生高频振动，使悬浮板5表面产生超声近场悬浮力；基板9下方安装有喷气嘴11，喷气嘴11连接有喷气组件，提供伯努利效应及吹放动作所需的正压气流。

进一步的，所述基板9与悬浮板5之间设有密封垫8，密封垫8内设有用于使真空腔7与悬浮板5上的负压孔12导通的气路；利用密封垫8可将悬浮板5与基板9隔开并固定，真空腔7与悬浮板5上的负压孔12导通。

具体的，所述喷气组件包括气压管3、压力板10和储气罐(图中未示出)，所述喷气嘴11经压力板10与气压管3连接，气压管3连接有气阀、稳压阀、调压阀，最终连接储气罐。

进一步的，所述基板9的两侧设有限位销6，可以根据被抓取物的尺寸大小，在悬浮板5的边缘设置设置若干个限位销6，以确保被抓取物被抓取至稳定悬浮位置时不会发生水平方向的移动，在整体装置做搬运动作时，被抓取物同样能处于稳定状态。

本实用新型实施例的工作原理是：在装置使用时，首先打开超声电源，调整频率和功率，超声换能器2振动频率在25khz-40khz，超声换能器2和悬浮板5处于连续工作状态，使悬浮板5获得稳定的超声近场悬浮力；再打开真空泵，通过真空管4对真空腔7抽气，使其压力值达到60-80kpa范围，并保持稳定；通过稳压阀，调压阀将储气罐的输出压力调整在0.3-0.6mpa的稳定范围内；将该装置横放在电池片13上方5-10mm的距离，通过控制系统点动开启气压管3上连接的气阀，使喷气嘴11喷出百毫秒级别的气流，当气流喷到电池片13上，形成伯努利效应，此时fb+fv>g+fu，被抓取物距离悬浮板5较远，fv、fu可忽略不计，此时伯努利效应产生的吸力fb远大于电池片13自身重力g(如附图3)，电池片13被吸起，并加速靠近悬浮板5，同时关断喷气嘴11喷气，正压喷气孔气流被关断，伯努利效应消失，fb＝0，fv<g+fu，被抓取物向上做减速运动，随着被抓取物与与悬浮板5之间的距离d进一步减小，真空腔负压吸力fv和超声近场悬浮力fu逐步增大，悬浮片靠近悬浮板5后被负压孔12形成的吸力fv俘获，此时重力g、悬浮力fu、负压吸力fv三者达到平衡，重力g+悬浮力fu＝负压吸力fv(如附图4)，电池片13边沿位置被限位销6所限制，电池片13被抓取后处于稳定的非接触悬浮状态。

吹放电池片13时，通过控制系统点动开启气压管3上连接的气阀，使喷气嘴11喷出百毫秒级别(比抓取时用的喷气时间更短)的气流，原先电池片13处于被抓取的悬浮位置，距离悬浮板5较近，此时伯努利效应尚未形成，fb＝0，当气流喷到电池片13上表面，气流吹力fa远大于悬浮力fu(如附图5)，导致电池片13被瞬间吹离悬浮位置，并在形成稳定的伯努利效应之前关断喷气嘴，悬电池片13最终在重力g、吹力的作用下，被吹离本抓取装置。

实施例2

请参阅图1～5，本实用新型实施例中，一种基于伯努利效应和超声近场悬浮的无接触抓取装置，与实施例1不同的是，所述真空腔7的顶壁上设有安装孔1，通过安装孔1可以将该装置固定于自动化产线、机械手等外部结构上，其适用性强，用途广泛。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。