一种样品托夹取装置及夹取方法、样品传递装置与流程

1.本发明涉及真空机械领域，尤其涉及一种样品托夹取装置及夹取方法、样品传递装置。


背景技术：

2.由于在地球上的人造真空可以实现局域的超洁净环境，对特定材料的生长、制备以及科学研究具有重要的意义，如半导体晶圆生长、半导体体器件制备、电子扫描显微镜检测物体、透射电子显微镜检测材料的界面等过程，都是在人造真空环境下进行的。为更好的利用真空高洁净特性连续的研究材料生长、器件制备、性能的检测，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所设计并建造了一套真空互联系统。在该真空互联系统中，所有相关的材料生长、器件制备、性能检测的设备都利用真空管道进行了连接，并在互联的真空管道中布置了磁力推动样品传送小车，用来将研究的样品从一个设备传送至另一个设备，使得被研究样品本身在全生命周期内不必因为样品传送而暴露到大气中引入污染。
3.但在真空互联系统中存在一个值得注意的问题是：由于不同设备的存在，各设备构造可能都是按照自己本身的工艺特征进行设计的，没有统一的标准，相应的样品架样品托等也是各不相同，种类繁多，大小不一，从而给实现真空互联增加了一定的难度。因此，目前还没有一种样品托能进入所有的设备，只能实现同种样品托进行互联，或者两种不同的样品托进行互联，还不能实现完全的样品的转化，真空互联系统中，为满足不同样品托的夹取，通常采用机械手等大型的样品托夹取机构来实现样品托的夹取，而且样品托的被夹取部分通常需要做得很大以方便被夹取，更加导致样品托和样品托夹取机构无法满足小空间内样品的抓取操作。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种样品托夹取装置及夹取方法、样品传递装置，可以满足真空互联系统的小空间内样品的抓取需求，样品托的被夹取部位无需做得很大，只需实现样品托被夹取部与样品托夹取装置的配合即可，而且样品托夹取装置的夹取部位的尺寸也可以相应做得很小，使得样品托和样品托夹取装置可以应用到不同的设备中。
5.为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
6.一种样品托夹取装置，用于夹取样品托，所述样品托包括用于承载样品的托体、自所述托体伸出的连接臂以及连接所述连接臂自由端的耳部，所述耳部的宽度大于所述连接臂；
7.所述样品托夹取装置包括取样杆和弹性件，所述取样杆的第一端呈筒体结构，所述取样杆的第一端的外壁开设有样品托导槽和样品托摆动槽，所述样品托导槽贯穿所述第一端的端面且沿所述取样杆的轴向延伸，所述样品托摆动槽连通所述样品托导槽且沿所述取样杆的周向延伸；所述弹性件的一端固定在所述取样杆的第一端内，所述弹性件的另一
端朝向所述第一端的端部延伸，用于在所述耳部沿所述样品托导槽插入所述取样杆时产生反向的弹性力，并在所述耳部沿所述样品托摆动槽摆动后将所述耳部弹性抵持在所述样品托导槽内。
8.作为其中一种实施方式，所述样品托夹取装置还包括夹持柱和插杆，所述夹持柱的径向开设有插孔；所述第一端的外壁还开设有限位孔，所述限位孔相对于所述样品托摆动槽更远离所述第一端的端面，所述插杆插设并固定于所述插孔内，所述夹持柱的底端将所述弹性件压缩于所述取样杆内，所述夹持柱的顶端伸入所述所述样品托摆动槽和所述样品托导槽内，所述插杆的端部在所述弹性件的作用下卡持于所述限位孔内。
9.作为其中一种实施方式，所述夹持柱包括顶端的用于夹持所述耳部的夹持部；所述限位孔包括插杆导槽和插杆摆动槽，所述插杆导槽贯穿所述取样杆的外壁且沿所述取样杆的轴向延伸，所述插杆摆动槽连通所述插杆导槽且沿所述取样杆的周向延伸；所述夹持柱可在所述耳部的挤压下带动所述插杆沿所述插杆导槽移动，并在所述耳部相对于所述取样杆周向转动的过程中带动所述插杆沿所述插杆摆动槽摆动。
10.作为其中一种实施方式，所述限位孔还包括与所述插杆摆动槽连通的插杆限位槽，所述插杆限位槽自所述插杆摆动槽的端部朝所述第一端的端面延伸。
11.作为其中一种实施方式，所述夹持部为供所述耳部插入的插槽，所述插槽贯穿所述夹持柱的径向上相对的侧壁。
12.作为其中一种实施方式，所述插槽的至少一个侧壁固定有弹性夹持件。
13.作为其中一种实施方式，所述取样杆的第一端的外壁还开设有样品托限位槽，所述样品托限位槽连通所述样品托摆动槽，并自所述样品托摆动槽的端部朝所述第一端的端面延伸。
14.作为其中一种实施方式，所述样品托夹取装置还包括限位柱和限位钉，所述限位柱设于所述取样杆内，且所述弹性件的两端分别弹性抵接所述夹持柱和所述限位柱；所述取样杆在靠近第二端的外壁开设有沉孔，所述限位钉固定于所述沉孔内且自由端穿设在所述限位柱外壁的径向槽内。
15.本发明的另一目的在于提供一种样品传递装置，包括样品托和权利要求～任一所述的样品托夹取装置，所述样品托包括用于承载样品的托体、自所述托体伸出的连接臂以及连接所述连接臂自由端的耳部，所述耳部的宽度大于所述连接臂；所述取样杆的第一端的内径介于所述连接臂的宽度与所述耳部的宽度之间。
16.本发明的又一目的在于提供一种样品托夹取方法，使用一种所述样品托夹取装置，包括：
17.朝样品托移动取样杆，使取样杆的样品托导槽对准耳部；
18.再次朝样品托轴向移动取样杆以压缩弹性件，使耳部沿样品托导槽进入取样杆的第一端；
19.沿第一方向转动取样杆，使耳部沿样品托摆动槽摆动一定角度而卡持在取样杆内；
20.移动取样杆，以带动样品托移动而完成夹取。
21.本发明通过将样品托被夹取的部位设计为较小的耳部，利用取样杆端部的样品托导槽引导样品托进入取样杆，再通过旋转使耳部沿样品托摆动槽摆动，即可将样品托卡持
在取样杆内，最后通过移动取样杆即可带动样品托移动而完成夹取操作，样品托夹取装置的取样杆的尺寸也可以相应做得很小，使得样品托夹取装置可以满足真空互联系统的小空间内样品的抓取需求，并且可以应用到不同的设备中。
附图说明
22.图1为本发明实施例的一种样品托夹取装置的结构分解示意图；
23.图2为本发明实施例的取样杆的局部结构示意图；
24.图3为本发明实施例的一种样品托夹取装置的抓取完成后的使用状态示意图；
25.图4～6分别为本发明实施例的一种样品托夹取装置的抓取过程中的三种不同的使用状态示意图；
26.图7为本发明实施例的一种样品托夹取方法的流程框图。
27.图中标号说明如下：
28.1-样品托；1a-托体；1b-连接臂；1c-耳部；2-样品；10-取样杆；100-沉孔；101-样品托导槽；102-样品托摆动槽；103-样品托限位槽；104-限位孔；1041-插杆导槽；1042-插杆摆动槽；1043-插杆限位槽；20-弹性件；30-夹持柱；31-插孔；300-插槽；40-插杆；50-限位柱；500-径向槽；60-限位钉。
具体实施方式
29.在本发明中，术语“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
32.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.参阅图1，本发明实施例的样品托夹取装置可用于夹取样品托1，样品托1被设计为包括用于承载样品2的托体1a、自托体1a伸出的连接臂1b以及位于连接连接臂1b自由端的
耳部1c，耳部1c的宽度较小，但大于连接臂1b的宽度，可用于被样品托夹取装置夹持。
35.其中，样品托夹取装置包括取样杆10和弹性件20，取样杆10包括用于抓取样品托1的第一端和用于连接传动轴的第二端，通过将其第二端与传动轴连接，可以在传动轴平移的过程中进行同步移动，也可以随传动轴的转动进行同步转动。如图2所示，取样杆10的第一端呈筒体结构，该筒体结构的外壁开设有贯穿的样品托导槽101和样品托摆动槽102，样品托导槽101还贯穿第一端的端面，且沿取样杆10的轴向延伸，样品托摆动槽102连通样品托导槽101且沿取样杆10的周向延伸。
36.弹性件20优选为弹簧，其一端固定在取样杆10的第一端内，另一端朝向第一端的端部延伸。当取样杆10朝样品托1移动并对准后，使样品托1尾部的耳部1c沿样品托导槽101插入取样杆10时，耳部1c则会压缩弹性件20，弹性件20对样品托1施加反向推出的弹性力；当样品托1插入到样品托导槽101最内侧后，通过旋转取样杆10即可使耳部1c沿样品托摆动槽102摆动，当撤去旋转力后，在弹性件20的弹力作用下，耳部1c被弹性抵持在样品托导槽101内，如此即实现抓取，即可通过移动取样杆10而转移样品托。
37.结合图1～3所示，样品托夹取装置还具有夹持柱30和插杆40，夹持柱30的径向开设有插孔31，与之相应地，取样杆10第一端的外壁还开设有限位孔104，限位孔104相对于样品托摆动槽102更远离第一端的端面，插杆40插设并固定于插孔31内，夹持柱30的底端将弹性件20压缩于取样杆10内，夹持柱30的顶端伸入样品托摆动槽102和样品托导槽101内，插杆40的端部在弹性件20的作用下卡持于限位孔104内。
38.也就是说，始终处于压缩状态的弹性件20通过弹性推压夹持柱30的底部来间接地施加弹力给插入的样品托1，这样，样品托1的转动动作更加顺畅，受力也更均匀。由于夹持柱30通过插杆40穿设，并利用插杆40与限位孔104配合来对夹持柱30进行限位，可以防止夹持柱30沿轴向脱出取样杆10，并且，此种结构有利于整个夹取装置的拆装过程，当需要组装夹持柱30时，首先将弹性件20装入取样杆10，然后装入夹持柱30，通过朝内推夹持柱30而压缩弹性件20，最后将插杆40从限位孔104插入夹持柱30的插孔31内，即可完成夹持柱30的组装；当需要拆卸夹持柱30时，只需要拔出插杆40即可。这里，为避免在使用过程中插杆40脱落，可以采用焊接的方式将插杆40与夹持柱30固定在一起。
39.弹性件20远离取样杆10的第一端的另一端，可以利用限位柱50进行限位。具体地，样品托夹取装置还包括限位柱50和限位钉60，限位柱50设于取样杆10内，且弹性件20的两端分别弹性抵接夹持柱30和限位柱50，取样杆10在靠近第二端的外壁开设有沉孔100，限位钉60固定于沉孔100内且自由端穿设在限位柱50外壁的径向槽500内。限位钉60优选是螺钉，径向槽500相应地位螺纹孔。限位钉60固定在沉孔100内后，可以完全容纳于其中，不会影响取样杆10的移动和转动。
40.通过这样的设置，弹性件20的两端分别直接抵接夹持柱30和限位柱50，呈压缩状态。其中，又由于限位柱50利用限位钉60固定在取样杆10内，取样杆10可以整个都制作成筒状体，其第二端可以直接套设并固定在传动轴表面传递力矩。当需要组装限位柱50时，只需要将限位柱50放入取样杆10内，并利用限位钉60穿过沉孔100后与限位柱50螺纹固定即可；当需要拆卸限位柱50时，直接取下限位钉60即可，非常方便。当装配完成后，限位柱50即可装入弹性件20、夹持柱30，从而完成整个样品夹取装置的组装。
41.本实施例示出的是样品托导槽101、样品托摆动槽102、限位孔104分别具有两个的
情形，耳部1c呈规则的平板状，两个样品托导槽101关于取样杆10的中心轴线呈180
°
旋转对称，两个样品托摆动槽102关于取样杆10的中心轴线呈180
°
旋转对称，两个限位孔104关于取样杆10的中心轴线呈180
°
旋转对称。
42.图4～6分别为本发明实施例的一种样品托夹取装置的抓取过程中的三种不同的使用状态示意图。其中，图4示出的是样品托1与取样杆10的样品托导槽101对准但未进入取样杆10的情形；图5示出的是样品托1的耳部1c部分进入样品托导槽101但未进入样品托摆动槽102的情形；图6示出的是耳部1c进入样品托摆动槽102后被卡住的情形。
43.结合图1和图4所示，夹持柱30包括顶端的用于夹持耳部1c的夹持部；限位孔104包括插杆导槽1041和插杆摆动槽1042，插杆导槽1041贯穿取样杆10的外壁且沿取样杆10的轴向延伸，插杆摆动槽1042连通插杆导槽1041且沿取样杆10的周向延伸。夹持柱30可在耳部1c的挤压下带动插杆40沿插杆导槽1041移动，并在耳部1c相对于取样杆10周向转动的过程中带动插杆40沿插杆摆动槽1042摆动。
44.由于夹持柱30具有用于夹持耳部1c的夹持部，当耳部1c插入样品托导槽101内被夹持部夹持后，耳部1c与夹持柱30在周向上相对固定，在取样杆10进行旋转(按图6中的逆时针方向旋转)的过程中，夹持柱30、插杆40保持与样品托1相同的静止状态，而耳部1c相对于取样杆10在样品托摆动槽102内反向(沿图6中的顺时针方向)转动，插杆40相对于取样杆10在插杆摆动槽1042内与样品托1保持同步转动。
45.比较优选的方式是，夹持部为供耳部1c插入的插槽300，插槽300贯穿夹持柱30的径向上相对的侧壁，且在未夹取样品托1时，插槽300与样品托导槽101的位置对应，即样品托导槽101正好位于插槽300的长度方向的两侧。限位孔104还包括与插杆摆动槽1042连通的插杆限位槽1043，插杆限位槽1043自插杆摆动槽1042的端部朝第一端的端面延伸。取样杆10的第一端的外壁还开设有样品托限位槽103，样品托限位槽103连通样品托摆动槽102，并自样品托摆动槽102的端部朝第一端的端面延伸。
46.当耳部1c相对于取样杆10在样品托摆动槽102内反向转动至样品托摆动槽102末端的极限位置后，插杆40也相对于取样杆10在插杆摆动槽1042内反向转动至插杆摆动槽1042末端的极限位置，此时，在弹性件20的作用力下，耳部1c自动卡入样品托限位槽103，插杆40自动卡入插杆限位槽1043，弹性件20将插杆40抵接至插杆限位槽1043的顶部。由于插杆40卡入插杆限位槽1043，因此可以避免样品托1轻易旋转，同时实现可靠的周向和轴向固定效果。
47.在其他实施方式中，插槽300的至少一个侧壁还可固定有弹性夹持件，弹性夹持件可以是弹片、硅胶等可被压缩而发生弹性形变的结构。例如，两个弹片状的弹性夹持件分别自插槽300的两个侧壁伸出，且两个弹性夹持件的自由端形成供耳部1c插入的扩口状的间隙。当耳部1c插入插槽300的过程中，分别朝两侧挤压弹性夹持件而使弹性夹持件压缩量增大，从而使得耳部1c可以在弹性夹持件的作用下实现更紧的夹持效果，也可以使得插槽300可以适于夹持更多种厚度的样品托1，提高其兼容性。
48.本发明还提供了一种样品传递装置，样品传递装置主要由样品托1和样品托夹取装置组成，由于样品托1包括用于承载样品2的托体1a、自托体1a伸出的连接臂1b以及连接连接臂1b自由端的耳部1c，耳部1c的宽度大于连接臂1b，取样杆10的第一端的内径介于连接臂1b的宽度与耳部1c的宽度之间。当样品托1的托体1a承载样品后，利用上述的样品托夹
取装置即可实现样品托1的传递，也就实现了样品的传递过程。
49.如图7所示，本发明还提供一种样品托夹取方法，该样品托夹取方法采用样品托夹取装置实现，包括：
50.s01、朝样品托1移动取样杆10，使取样杆10的样品托导槽101对准耳部1c。
51.样品托导槽101对准耳部1c时，也对准供耳部1c插入以传递弹性力的插槽300。
52.s02、再次朝样品托1轴向移动取样杆10以压缩弹性件20，使耳部1c沿样品托导槽101进入取样杆10的第一端。
53.耳部1c沿样品托导槽101进入取样杆10的过程中，耳部1c也进入到插槽300内，越深入样品托导槽101，耳部1c受到的弹性件20的反作用力越大，当耳部1c插入到样品托导槽101的最底端时，其受到的弹性力最大，在此过程中，插杆40在插杆导槽1041内朝底部移动。
54.s03、沿第一方向转动取样杆10，使耳部1c沿样品托摆动槽102摆动一定角度而卡持在取样杆10内。
55.当耳部1c插入到样品托导槽101的最底端后，即可旋转取样杆10，夹持柱30、插杆40保持与样品托1相同的静止状态，而耳部1c相对于取样杆10在样品托摆动槽102内反向转动，插杆40相对于取样杆10在插杆摆动槽1042内与样品托1保持同步转动。
56.当耳部1c相对于取样杆10在样品托摆动槽102内反向转动至样品托摆动槽102末端的极限位置后，插杆40也相对于取样杆10在插杆摆动槽1042内反向转动至插杆摆动槽1042末端的极限位置，在弹性件20的作用力下，耳部1c自动卡入样品托限位槽103，插杆40自动卡入插杆限位槽1043，弹性件20将插杆40抵接至插杆限位槽1043的顶部。
57.s04、移动取样杆10，以带动样品托1移动而完成夹取。
58.耳部1c卡入样品托限位槽103后，即可操作取样杆10进行移动，将样品托1转移至需要的部位，从而运输到各相关样品架后，在各设备中完成测量与生长。
59.当转移至目的样品架或部位后，样品托的取下步骤与夹取步骤相反，具体是：
60.朝前推动取样杆10，以朝样品托1施加推力而压缩弹性件20，使耳部1c脱离卡持状态，具体是使耳部1c朝样品托限位槽103底部移动，插杆40朝插杆限位槽1043底部移动，然后沿与夹取时旋转方向相反的方向(按图6的顺时针方向)旋转取样杆10，使得耳部1c在样品托摆动槽102内朝样品托导槽101摆动，插杆40在插杆摆动槽1042内朝插杆导槽1041摆动；当摆动至极限位置而无法继续摆动，随后撤去对取样杆10的推力，取样杆10即自动与样品托1脱离，不再卡持耳部1c，至此，即完成样品托的取下动作。
61.本发明通过将样品托被夹取的部位设计为较小的耳部，利用取样杆端部的样品托导槽引导样品托进入取样杆，再通过旋转使耳部沿样品托摆动槽摆动，即可将样品托卡持在取样杆内，最后通过移动取样杆即可带动样品托移动而完成夹取操作，由于采用取样杆即可完成样品托抓取动作，无需额外的固定套等结构，样品托夹取装置的尺寸也可以相应做得很小，使得样品托夹取装置可以满足真空互联系统的小空间内样品的抓取需求，并且可以应用到不同的设备中。
62.以上所述仅是本技术的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。