[發明專利]一種抓取和釋放樣品托的真空機械手

有效

• 申請號: 201210160383.X
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN103419205A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 郭曉東;顏世超;謝楠;單欣巖;郭陽;陸興華
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 蔡民軍

技術領域

本發明涉及真空儀器，特別涉及一種抓取和釋放樣品托的真空機械手。

背景技術

在利用真空環境進行的科學研究和工業生產中，人們經常采用真空腔體并通過其內安裝的機械裝置控制和觀察真空腔中的物品。為進行一些生產和實驗，人們需要在不破壞真空腔體真空度的前提下利用機械裝置對真空內的物品進行抓取、釋放和傳遞。在一些真空內進行的生產和實驗中，例如一種表面物理領域的實驗，通常采用一種具有國際上通用的特定形狀的樣品托來放置樣品。這種樣品托通常大致呈正方形，正方形的一邊具有把柄，把柄具有柄頭和較窄的柄頸。對樣品托進行抓取、釋放和傳遞是在有關實驗和生產中經常應用的一種基本操作。

現有的真空機械裝置中能夠抓取、釋放和傳遞樣品托的裝置包括搖擺機械手，例如中國實用新型專利CN201410663Y中公開的“超高真空機械手”，其包括多個波紋管，利用波紋管的密封與彈性兼備的特性使機械手能夠搖擺、伸縮從而實現傳遞，并通過鉸接抓手實現抓取和釋放。但是這種搖擺機械手的活動自由度有限，傳遞距離短。由于過多使用薄壁零件波紋管，一旦失效或破裂便會導致系統漏氣，真空度降低，使得這種機械手的結構復雜而可靠性不足。此外，這種機械手的制造成本較高。

另外，一些真空機械裝置例如磁力傳送桿可以控制一根真空中的傳送桿進行沿軸向的直線運動和繞軸的旋轉運動，從而對真空內的物品進行傳遞。中國實用新型專利CN201398162Y公開的“磁結合直線旋轉驅動器”就是磁力傳送桿的一個示例，這種驅動器利用分別設置在大氣側與真空側的兩組相互吸引的磁體進行傳動。這種真空機械裝置通常傳遞距離長，結構簡單，可靠性良好并且制造成本較低，但是不能抓取和釋放物品，應用范圍較窄。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種機械手，該機械手結構簡單，運動范圍大，能作直線運動和繞軸的旋轉運動，可對真空內具有特定形狀的樣品托進行抓取和釋放。

為實現上述目的，本發明提供一種抓取和釋放樣品托的真空機械手，包括夾持裝置、傳送桿和驅動裝置。驅動裝置安裝在傳送桿的一端并驅動傳送桿旋轉和沿旋轉軸線方向直線移動。夾持裝置安裝在傳送桿的另一端。樣品托具有向外延伸的把柄，該把柄具有柄頭和柄頸。其中，夾持裝置包括：外套筒，該外套筒在一端固定連接傳送桿并在另一端具有在特定角位讓柄頭通過的限位開口；可相對外套筒旋轉地設于外套筒內的夾持軸，該夾持軸具有與限位開口連通并與柄頭大致互補的容槽；至少一部分進入容槽內的偏壓機構，該偏壓機構用于頂壓進入容槽的柄頭；設于夾持軸內并能夠使夾持軸相對外套筒定位的定位機構；在外套筒相對夾持軸旋轉至第一相對位置時，所述限位開口與容槽相對準，從而允許柄頭的進出；在所述限位開口與容槽相對錯開的第二相對位置，該柄頭不能進入或退出容槽。

根據本發明的一個方案，這種真空機械手的定位機構包括位于夾持軸的徑向孔中的定位彈簧，以及抵靠在定位彈簧末端的至少一個定位球。定位球在一側抵靠定位彈簧并在另一側抵靠在外套筒內，并且能夠在外套筒相對夾持軸旋轉時滑動或滾動。外套筒內部形成有定位坑。在夾持軸相對外套筒旋轉至第一相對位置和第二相對位置時定位球卡入定位坑內。

根據本發明的一個方案，這種真空機械手的夾持軸的徑向孔為通孔。定位機構包括兩個分別置于定位彈簧兩端的定位球。這種兩端鎖定結構使夾持軸的受力更加平衡，進而使得定位機構對于夾持軸的定位更加穩定和準確。

根據本發明的一個方案，這種真空機械手的該外套筒在柄頭進入容槽后旋轉時，在力的作用下樣品托克服定位彈簧的彈力并阻止夾持軸跟隨外套筒旋轉。例如，外套筒旋轉時這一力來自固定在真空腔中用于放置樣品托的樣品架的反作用力，其形成有與樣品托形狀配合的格子，使得樣品托只能從其中抽出而不能在其中自由轉動。當然，其它的外力也是可以想到的，例如另一樣品托固定裝置的夾持力，或者在大氣環境中直接用手來限制樣品托旋轉時所提供的力。

優選地，柄頭呈扁平狀，從而使限位開口被構造成與柄頭形狀配合的扁平開口，容槽被構造成柄頭形狀配合的扁平槽。

根據本發明的一個方案，這種真空機械手的夾持軸相對外套筒旋轉的旋轉軸線始終經過限位開口連通容槽的部分。這使得在抓取過程中，夾持軸將樣品托夾持在其軸心位置處。

根據本發明的一個方案，這種機械手的外套筒在限位開口附近的內壁具有止擋部。柄頭在靠近柄頸的一側具有肩臺。偏壓機構包括一端伸進容槽的頂壓彈簧以及設于頂壓彈簧未伸進容槽的一端的頂靠螺桿。