[发明专利]一种抓取和释放样品托的真空机械手

说明书

技术领域

本发明涉及真空仪器，特别涉及一种抓取和释放样品托的真空机械手。

背景技术

在利用真空环境进行的科学研究和工业生产中，人们经常采用真空腔体并通过其内安装的机械装置控制和观察真空腔中的物品。为进行一些生产和实验，人们需要在不破坏真空腔体真空度的前提下利用机械装置对真空内的物品进行抓取、释放和传递。在一些真空内进行的生产和实验中，例如一种表面物理领域的实验，通常采用一种具有国际上通用的特定形状的样品托来放置样品。这种样品托通常大致呈正方形，正方形的一边具有把柄，把柄具有柄头和较窄的柄颈。对样品托进行抓取、释放和传递是在有关实验和生产中经常应用的一种基本操作。

现有的真空机械装置中能够抓取、释放和传递样品托的装置包括摇摆机械手，例如中国实用新型专利CN201410663Y中公开的“超高真空机械手”，其包括多个波纹管，利用波纹管的密封与弹性兼备的特性使机械手能够摇摆、伸缩从而实现传递，并通过铰接抓手实现抓取和释放。但是这种摇摆机械手的活动自由度有限，传递距离短。由于过多使用薄壁零件波纹管，一旦失效或破裂便会导致系统漏气，真空度降低，使得这种机械手的结构复杂而可靠性不足。此外，这种机械手的制造成本较高。

另外，一些真空机械装置例如磁力传送杆可以控制一根真空中的传送杆进行沿轴向的直线运动和绕轴的旋转运动，从而对真空内的物品进行传递。中国实用新型专利CN201398162Y公开的“磁结合直线旋转驱动器”就是磁力传送杆的一个示例，这种驱动器利用分别设置在大气侧与真空侧的两组相互吸引的磁体进行传动。这种真空机械装置通常传递距离长，结构简单，可靠性良好并且制造成本较低，但是不能抓取和释放物品，应用范围较窄。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种机械手，该机械手结构简单，运动范围大，能作直线运动和绕轴的旋转运动，可对真空内具有特定形状的样品托进行抓取和释放。

为实现上述目的，本发明提供一种抓取和释放样品托的真空机械手，包括夹持装置、传送杆和驱动装置。驱动装置安装在传送杆的一端并驱动传送杆旋转和沿旋转轴线方向直线移动。夹持装置安装在传送杆的另一端。样品托具有向外延伸的把柄，该把柄具有柄头和柄颈。其中，夹持装置包括：外套筒，该外套筒在一端固定连接传送杆并在另一端具有在特定角位让柄头通过的限位开口；可相对外套筒旋转地设于外套筒内的夹持轴，该夹持轴具有与限位开口连通并与柄头大致互补的容槽；至少一部分进入容槽内的偏压机构，该偏压机构用于顶压进入容槽的柄头；设于夹持轴内并能够使夹持轴相对外套筒定位的定位机构；在外套筒相对夹持轴旋转至第一相对位置时，所述限位开口与容槽相对准，从而允许柄头的进出；在所述限位开口与容槽相对错开的第二相对位置，该柄头不能进入或退出容槽。

根据本发明的一个方案，这种真空机械手的定位机构包括位于夹持轴的径向孔中的定位弹簧，以及抵靠在定位弹簧末端的至少一个定位球。定位球在一侧抵靠定位弹簧并在另一侧抵靠在外套筒内，并且能够在外套筒相对夹持轴旋转时滑动或滚动。外套筒内部形成有定位坑。在夹持轴相对外套筒旋转至第一相对位置和第二相对位置时定位球卡入定位坑内。

根据本发明的一个方案，这种真空机械手的夹持轴的径向孔为通孔。定位机构包括两个分别置于定位弹簧两端的定位球。这种两端锁定结构使夹持轴的受力更加平衡，进而使得定位机构对于夹持轴的定位更加稳定和准确。

根据本发明的一个方案，这种真空机械手的该外套筒在柄头进入容槽后旋转时，在力的作用下样品托克服定位弹簧的弹力并阻止夹持轴跟随外套筒旋转。例如，外套筒旋转时这一力来自固定在真空腔中用于放置样品托的样品架的反作用力，其形成有与样品托形状配合的格子，使得样品托只能从其中抽出而不能在其中自由转动。当然，其它的外力也是可以想到的，例如另一样品托固定装置的夹持力，或者在大气环境中直接用手来限制样品托旋转时所提供的力。

优选地，柄头呈扁平状，从而使限位开口被构造成与柄头形状配合的扁平开口，容槽被构造成柄头形状配合的扁平槽。

根据本发明的一个方案，这种真空机械手的夹持轴相对外套筒旋转的旋转轴线始终经过限位开口连通容槽的部分。这使得在抓取过程中，夹持轴将样品托夹持在其轴心位置处。

根据本发明的一个方案，这种机械手的外套筒在限位开口附近的内壁具有止挡部。柄头在靠近柄颈的一侧具有肩台。偏压机构包括一端伸进容槽的顶压弹簧以及设于顶压弹簧未伸进容槽的一端的顶靠螺杆。