一种用于低刚度骨架类零件无损夹持的气囊夹持器的制作方法

本发明属于微操作与微机电技术领域，具体涉及一种用于低刚度骨架类零件无损夹持的气囊夹持器。

背景技术：

目前，低刚度的骨架类零件越来越多地被应用在高新微小型科技领域中，对于例如内径26mm、外径28.5m、高11mm、中间四根宽2mm支撑柱的铜合金骨架类零件，无损夹持是亟待解决的问题。此外，对于低刚度骨架类零件，在装配时配合间隙小且需要胶接，如何保证精密装配且配合间隙均匀，需要对装配过程进行监控，为完成低刚度骨架类零件的无损夹持和精密装配，亟须研制一种柔性且带有多维力监控的夹持器。

现有技术有一种将橡胶气囊内置于四周开有长条孔的管壁内，带压气体进入气囊中，气囊膨胀，未受管壁压迫的气囊从长条孔凸出，从而夹取零件。但此方案无法夹取微小零件，且气囊只是单方向挤压零件，对于低刚度类零件，单方向挤压极易使零件变形，并不适用于低刚度骨架类零件的无损夹持。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于低刚度骨架类零件无损夹持的气囊夹持器，能够精确无损地双向挤压夹持低刚度骨架类的待装配零件。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种用于低刚度骨架类零件无损夹持的气囊夹持器，包括：气腔座、保持架、气囊及气路组件；

待夹持的零件为低刚度的骨架类零件，所述骨架类零件为环形薄壁结构；

所述气腔座为一端开口、一端封闭的结构，气腔座的侧面安装有气管接头；

所述气囊为一端开口、一端封闭的结构；其封闭端具有向内凹陷的圆柱型空腔及与该圆柱型空腔同轴的圆环型空腔，圆环型空腔用于与骨架类零件的环形面配合，圆柱型空腔用于与装配位置的轴配合；

所述保持架与气囊的外形一致，其圆环型空腔两相对的圆周面上分别加工有一个以上的开口，且两个圆周面上的开口位置一一对应；

整体连接关系如下：气腔座的开口端与气囊的开口端对接；保持架套装在气囊的外表面，并固定在气腔座的开口端端面；

所述气路组件通过气管接头与气腔座的空腔连通，用于给气囊充气和排气。

进一步的，还包括传感器保护夹具、六维力传感器、转接板及力监控组件；

转接板的下表面与气腔座的封闭端对接；六维力传感器安装在转接板的上表面，转接板上加工有用于放置六维力传感器的连接电缆的缆线槽；传感器保护夹具套装在六维力传感器的外部；

力监控组件通过与引线与六维力传感器连接，用于对夹持骨架类零件在装配位置进行装配产生的装配力进行实时监测。

进一步的，所述力监控组件包括：顺序电性连接的电源与信号变送盒、数据采集卡及主机；电源与信号变送盒为六维力传感器提供工作电压，并将六维力传感器的原始应变信号经放大后转换为电压信号；数据采集卡采集电源与信号变送盒输出的电压信号，并将采集到的电压信号进行a/d转换，得到a/d转换值后，储存在自身的内部寄存器中；主机通过线缆与数据采集卡连接，并读取数据采集卡中储存的a/d转换值后，通过标定文件将所述a/d转换值换算为力/力矩信息。

进一步的，所述气路组件包括：气源、过滤器、调压阀、电磁换向阀及调速阀；气源通过气管与气腔座上的气管接头连接，并与气腔座的柱形空腔连通；沿气源到气管接头的气管上顺序安装有过滤器、调压阀、电磁换向阀及调速阀。

进一步的，所述气囊的材料为硅胶。

进一步的，当骨架类零件的直径尺寸在保持架的圆环型空腔的包络范围内变化时，通过调整调压阀，设置不同的气囊内的工作气压，即可以调整气囊充气膨胀的伸出量来加持和装配骨架类零件。

进一步的，当骨架类零件的直径尺寸不在保持架的圆环型空腔的包络范围内时，通过更换不同尺寸的保持架，来调整气囊充气膨胀的伸出量以夹持骨架类零件。

有益效果：(1)本发明通过气囊双向挤压夹持零件，能够精确无损地夹持低刚度的骨架类零件，有效解决了刚度小、强度差，容易出现变形失效甚至发生损坏的骨架类零件的夹持，起到了柔性均匀夹持低刚度的骨架类零件的作用。

(2)本发明通过六维力传感器，能够有效监控骨架类零件的装配力，能够实现柔性夹持和装配，操作方便，提高了装配精度和装配效率。

(3)本发明中骨架类零件的直径尺寸在保持架的圆环型空腔的包络范围内变化时，通过调整调压阀，设置不同的气囊内的工作气压，即可以调整气囊充气膨胀的伸出量来加持和装配骨架类零件；当骨架类零件的直径尺寸不在保持架的圆环型空腔的包络范围内时，通过更换不同尺寸的保持架，来调整气囊充气膨胀的伸出量以夹持骨架类零件，实现柔性夹持，提高装配精度效率。

附图说明

图1为本发明的结构外形图；

图2为本发明的结构组成图；

图3为本发明待夹持的骨架类零件结构图；

图4为本发明的气囊结构图；

图5为本发明的保持架结构图；

图6为本发明的力监控组件电性连接关系图；

图7为本发明的气路组件连接关系图；

其中，1-传感器保护夹具，2-六维力传感器，3-转接板，4-气腔座，5-气管接头，6-保持架，7-骨架类零件，8-气囊，10-电源与信号变送盒，11-数据采集卡，13-主机，14-气源，15-过滤器，16-调压阀，17-电磁换向阀，18-调速阀。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于低刚度骨架类零件无损夹持的气囊夹持器，参见附图1和2，包括：传感器保护夹具1、六维力传感器2、转接板3、气腔座4、保持架6、气囊8、力监控组件及气路组件；

待夹持的零件为低刚度的骨架类零件7，所述骨架类零件7为一体成型，参见附图3，由两个同轴的圆环及连接两个圆环的四根支撑柱组成；

所述气腔座4的内部加工有柱形空腔，形成一端开口、一端封闭的结构，起到气路导通的作用，气腔座4的下端面开有螺纹孔，用于固定气囊8和保持架6，上端面开有螺纹孔用于固定连接转接板3，侧面开有螺纹孔用于安装气管接头5；

参见附图4，所述气囊8为一端开口、一端封闭的圆柱型结构；圆柱型结构的开口端加工有用于对其固定安装的扁平状圆环沿，圆柱型结构的封闭端有向内凹陷的圆柱型空腔及圆环型空腔，且所述圆柱型空腔和圆环型空腔均与圆柱型结构同轴，圆环型空腔用于与骨架类零件7配合，圆柱型空腔用于(在夹持骨架类零件7安装在装备位置时)与装配位置的待装配的零件的轴配合；所述气囊8的材料为硅胶；

参见附图5，所述保持架6与气囊8的外形一致，同样为一端开口、一端封闭的圆柱型结构；圆柱型结构的开口端加工有用于对其固定安装的扁平状圆环沿，圆柱型结构的封闭端有向内凹陷的圆柱型空腔及圆环型空腔，且所述圆柱型空腔和圆环型空腔均与圆柱型结构同轴，圆环型空腔用于与骨架类零件7配合，圆柱型空腔用于(在夹持骨架类零件7安装在装备位置时)与装配位置的待装配的零件的轴配合；所述圆环型空腔的两相对的圆周面上分别加工有四个沿周向均匀分布的开口，且两个圆周面上的开口位置分别一一对应；

整体连接关系如下：所述六维力传感器2安装在转接板3的上表面，六维力传感器2的外部套装有传感器保护夹具1，转接板3上加工有用于放置六维力传感器2的连接电缆的缆线槽；转接板3的下表面与气腔座4的封闭端对接；气腔座4的开口端与气囊8的开口端对接；保持架6套装在气囊8的外表面，并固定在气腔座4的开口端端面，用于保护气囊8，同时防止气囊8充气变形；

所述力监控组件通过与引线与六维力传感器2连接，用于对夹持骨架类零件7在装配位置进行装配产生的装配力进行实时监测；所述力监控组件包括：顺序电性连接的电源与信号变送盒10、数据采集卡11及主机13；参见附图6，电源与信号变送盒10用于为六维力传感器2提供工作电压，并将六维力传感器2的原始应变信号经放大后转换为电压信号；数据采集卡11用于采集电源与信号变送盒10输出的电压信号，并将采集到的电压信号进行a/d转换，得到a/d转换值后，储存在自身的内部寄存器中；主机13通过线缆与数据采集卡11连接，并读取数据采集卡11中储存的a/d转换值后，通过标定文件将所述a/d转换值换算为力/力矩信息；

所述气路组件通过气管接头5与气腔座4的柱形空腔连通，用于给气囊8充气和排气；气路组件包括：气源14、过滤器15、调压阀16、电磁换向阀17及调速阀18；参见附图7，气源14通过气管与气腔座4上的气管接头5连接，并与气腔座4的柱形空腔连通；沿气源14到气管接头5的气管上顺序安装有过滤器15、调压阀16、电磁换向阀17及调速阀18；工作时，气源14产生的带压气体依次通过过滤器15、调压阀16、电磁换向阀17、调速阀18、气管接头5、气腔座4的柱形空腔，到达气囊8内部；其中，调压阀16用于控制气囊8内的压力，调速阀18用于调节气流量，电磁换向阀17用于控制气囊8的充气和排气。

工作原理：调整调压阀16和调速阀18到设定值，使气囊8在充气时能够在额定的气压值下工作后；保持调压阀16、调速阀18和电磁换向阀17均处于关闭状态；

当外部的运动执行机构通过传感器保护夹具1带动所述气囊夹持器运动到位后，利用外部的视觉系统对气囊8和待夹持的骨架类零件7进行对位，经标定，保证气囊8与骨架类零件7的同轴度在许用误差范围内，此时气囊8位于骨架类零件7的正上方，气囊8未膨胀；

外部的运动执行机构继续带动气囊夹持器下移，使得气囊8插入骨架类零件7，即气囊8的圆环形空腔与骨架类零件7间隙配合，当保持架6的圆环型空腔底面与骨架类零件7的顶面到达设定间隙时，运动执行机构停止下移；此时，打开调压阀16、调速阀18和电磁换向阀17，气源14提供的带压气体经气管、气管接头5、气腔座4的柱形空腔，最终通入到气囊8中，给气囊8充气，气囊8充气膨胀，气囊8的圆环型空腔的侧壁从保持架6的圆环型空腔的两个侧面的开口伸出，从骨架类零件7的内外均匀包裹骨架类零件7，即双向挤压夹持骨架类零件7；此时，气囊8与骨架类零件7的接触面积增大，一定程度上接触力减小，成功实现无损夹持；

外部的运动执行机构通过传感器保护夹具1带动气囊夹持器及骨架类零件7移动到相应装配位置，在视觉系统的帮助下将骨架类零件7与待装配的零件进行定位后，运动执行机构带动气囊夹持器下移将骨架类零件7插入待装配的零件中，当骨架类零件7与待装配的零件未对正时，会产生侧向的装配力，通过力监控组件监测是否产生装配力，即可进一步提高装配精度；

当骨架类零件7与待装配的零件到达设定间隙时，运动执行机构停止下移，然后，电磁换向阀17换向，将排气口打开，气囊8进行放气，释放骨架类零件7，完成装配。

当骨架类零件7的直径尺寸在保持架6的圆环型空腔的包络范围内变化时，通过调整调压阀16，设置不同的气囊8内的工作气压，即可以调整气囊8充气膨胀的伸出量来加持和装配骨架类零件7，实现柔性夹持，提高装配精度效率。

当骨架类零件7的直径尺寸不在保持架6的圆环型空腔的包络范围内时，通过更换不同尺寸的保持架6，来调整气囊8充气膨胀的伸出量以夹持骨架类零件7，实现柔性夹持，提高装配精度效率。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。