一种微小产品抓取装置的制作方法

本发明涉及负压抓取设备领域，具体涉及一种微小产品抓取装置。

背景技术：

微小产品的抓取一直是微电子产业为代表的工业领域的一个重要技术环节。利用负压技术，在产品表面产生低于大气压的局部负压场，就可以在产品上形成升力，从而实现对产品的吸取，以完成后续的转运等操作。

微小产品的抓取技术伴随着微电子产业的发展而发展，发展出了多种技术来完成相应的产品的抓取，有代表性的技术为负压抓取、物理夹取、静电吸取、电磁吸取等，其中负压抓取由于适用面宽、可靠性高、对产品的损伤小等优点，得到了大量的应用。针对越来越小的微小产品尺寸，特别是亚毫米的产品的抓取，对负压抓取技术的要求也越来越高，其中最主要的技术问题包括：一是吸头的尺寸为了与产品相匹配，因此其尺寸特别是吸头上吸孔的尺寸必须越来越小；二是由于吸孔越来越少因此吸头与微小产品之间的有效距离越来越近，这要求在吸头工作时，吸头与产品的上表面的平行度要求越来越高，否则由于温度变化、振动引起的位移形变等会导致吸头的表面在长期工作后发生偏转，从而导致吸取失效或吸头压坏产品。这些不利因素难以依靠吸头产品的初始安装一次性的克服，因此发展一种在工作中具备感知并能及时矫正吸头姿态的智能化吸头技术就成为了必然的选择。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种微小产品抓取装置解决了现有负压抓取设备无法实时调整吸头与被抓取物的平行度，使得吸头容易压坏被抓取物的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种微小产品抓取装置，其包括数据处理模块、负压腔、方位调整器和吸头；负压腔的上端设置有抽气口，并与外部抽气设备相连；

方位调整器包括空心柱、中间分别设置有通孔的顶盖和底座；空心柱的上端与顶盖的内侧相连接，顶盖的上表面外侧与负压腔相连接；空心柱的下端与底座的内侧相连接，底座与顶盖之间设置有至少两个长度调整器，所有长度调整器与空心柱的中心不在同一直线上；

吸头包括与底座下表面外侧相连接的空腔腔壁，空腔腔壁的下端设置有开口，开口的下端设置有表面突出空腔腔壁的吸盘，开口的上表面设置有压电传感器，压电传感器的上表面设置有绝缘压板，绝缘压板的上表面至底座的下表面之间设置有压簧；压电传感器的中间设置有第一通风孔，绝缘压板的中间设置有第二通风孔；

数据处理模块，分别与压电传感器和长度调整器连接。

进一步地，吸盘的下表面设置有镀金层。

进一步地，吸盘中孔径大于等于0.01mm且小于等于吸取物体尺寸的二分之一。

进一步地，压电传感器为压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器的整个下表面为一个电极，上表面设置有四条从内到外的绝缘缝，将压电陶瓷传感器的上表面分割为四个相互独立的上电极；每个上电极均与数据处理模块相连接。

进一步地，顶盖上设置有信号线接口。

进一步地，顶盖上设置有至少两个第一固定孔，底座上设置有至少两个第二固定孔，顶盖和底座分别通过穿过第一固定孔和第二固定孔的螺钉与负压腔和空腔腔壁固定连接。

进一步地，长度调整器设置为两个，两个长度调整器分别与空心柱中心的连线相互垂直。

进一步地，数据处理模块为计算机。

进一步地，绝缘压板上设置有与上电极相对应的四个信号线通孔。

进一步地，长度调整器为压电伸缩柱。

本发明的有益效果为：本装置通过压电传感器实时感知吸盘与被抓取物之间的接触力，并将接触力转化为电信号发送至数据处理模块，数据处理模块根据接收到的电信号识别吸盘与被抓取物所接触的方位，进而对应调整长度调整器，抬高接触的地方，减轻吸盘与被抓取物之间的硬接触，防止吸盘压坏被抓取物。

附图说明

图1为本装置的剖视图；

图2为压电传感器的结构示意图；

图3为方位调整器的俯视图；

图4为绝缘压板的结构示意图。

其中：1、抽气口；2、负压腔；3、螺钉；4、顶盖；5、空心柱；6、长度调整器；7、底座；8、空腔腔壁；9、绝缘压板；10、吸盘；11、压电传感器；12、压簧；13、信号线接口；14、绝缘缝；15、上电极；16、第一通风孔；17、第一固定孔；18、第二固定孔；19、信号线通孔；20、第二通风孔。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该微小产品抓取装置包括数据处理模块、负压腔2、方位调整器和吸头；负压腔2的上端设置有抽气口1，并与外部抽气设备相连；

方位调整器包括空心柱5、中间分别设置有通孔的顶盖4和底座7；空心柱5的上端与顶盖4的内侧相连接，顶盖4的上表面外侧与负压腔2相连接；空心柱5的下端与底座7的内侧相连接，底座7与顶盖4之间设置有至少两个长度调整器6，所有长度调整器6与空心柱5的中心不在同一直线上，使得每个长度调整器6均可以控制不同方向的调整；

吸头包括与底座7下表面外侧相连接的空腔腔壁8，空腔腔壁8的下端设置有开口，开口的下端设置有表面突出空腔腔壁8的吸盘10，开口的上表面设置有压电传感器11，压电传感器11的上表面设置有绝缘压板9，绝缘压板9的上表面至底座7的下表面之间设置有压簧12，压簧12处于压紧状态，保证压电传感器11处于受力状态，避免压电传感器11晃动；压电传感器11的中间设置有第一通风孔16，绝缘压板9的中间设置有第二通风孔20；

数据处理模块，分别与压电传感器11和长度调整器6连接，用于根据压电传感器11的信号对应控制长度调整器6，进而调整吸盘10与被抓取物的平行度。

为了减轻吸头在调整与被抓取对象的距离和角度时与被抓取对象的硬接触，防止损坏吸头或被抓取对象，吸盘10可以采用金属材质，并在其下表面设置镀金层，镀金层的厚度可以设置为几微米至几十微米。为了保证抓取效果，吸盘10中孔径大于等于0.01mm且小于等于吸取物体尺寸的二分之一。

如图2所示，为了保证本装置的灵敏度，并使得本装置可以感知不同方向的受力情况，压电传感器11为压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器的整个下表面为一个电极，上表面设置有四条从内到外的绝缘缝14，将压电陶瓷传感器的上表面分割为四个相互独立的上电极15；每个上电极15均与数据处理模块相连接。如图4所示，绝缘压板9上设置有与上电极15相对应的四个信号线通孔19。

在具体实施过程中，可以采用无线传输方案，在空腔腔壁8内设置无线传输装置将压电传感器11的数据发送至数据处理模块，也可以在顶盖4上设置信号线接口13，通过信号线接口13将压电传感器11的信号线引出并接至数据处理模块。

如图3所示，为了有效固定且便于拆卸方位调整器与吸头和负压腔2，顶盖4上设置有至少两个第一固定孔17，底座7上设置有至少两个第二固定孔18，顶盖4和底座7分别通过穿过第一固定孔17和第二固定孔18的螺钉3与负压腔2和空腔腔壁8固定连接。其中第一固定孔17和第二固定孔18均可以等间距地设置为4个，使相邻两个第一固定孔17或相邻两个第二固定孔18之间的距离相等。

长度调整器6设置为两个，两个长度调整器6分别与空心柱5中心的连线相互垂直。该设置方式可以通过两个长度调整器6的长度调整使得吸盘10具备四向调节能力。当数据处理模块接收到位于左侧的上电极15的信号，而没接收到其他上电极15的信号时，表示被抓取物位于吸盘10的左侧，此时若与左侧的上电极15和吸盘10中心点所在同一条直线上的长度调整器6位于吸盘10中心点的左侧，则只需收缩该长度调整器6的长度，即可防止吸盘10继续压向被抓取物；同理，若与左侧的上电极15和吸盘10中心点所在同一条直线上的长度调整器6位于吸盘10中心点的右侧，则只需加长该长度调整器6的长度，即可防止吸盘10继续压向被抓取物。

在本发明的一个实施例中，数据处理模块为计算机。此外，作为数据处理模块的计算机最好也能控制夹持本装置的机械手或其他设备，使得夹持本装置的机械手或其他设备也可以根据压电传感器11的数据来进行水平移动，使得吸盘10上的通孔可以更接近被抓取物，进而提高抓取效率。

例如以四轴机器人作为载体，在其第四轴上通过抽气口1安装本装置，气体可以从吸盘10的孔中进入，并依次穿过压电传感器11、绝缘压板9、底座7、空心柱5、顶盖4和负压腔2到达抽气口1。该系统的工作流程为：利用四轴机器人带动本装置进行运动，到达待吸取产品的上表面，在此过程中，通过压电传感器11对抓取过程进行实时监控，在压电传感器11四线信号输出信号的基础上，如果吸盘10与吸取产品表面平行度较差，导致发生异常的接触信号，可直接通过该信号控制四轴机器人停止运动，并根据事先设定的修正策略，控制压电伸缩柱的伸缩，从而对覆盖了镀金层的吸盘10的夹角进行调整，完成对吸头的方向调整，此后压电传感器11反馈信号至四轴机器人，四轴机器人再次启动抓取动作，此过程循环反复，直至完成良好的吸取动作。若在循环过程中，循环次数超过5次，仍未能完成吸取动作，四轴机器人可以进行报警，并终止动作。

综上所述，本发明通过压电传感器11实时感知吸盘10与被抓取物之间的接触力，并将接触力转化为电信号发送至数据处理模块，数据处理模块根据接收到的电信号识别吸盘10与被抓取物所接触的方位，进而对应调整长度调整器6，抬高接触的地方，减轻吸盘10与被抓取物之间的硬接触，防止吸盘10压坏被抓取物。