CN103229067A - 定位器系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

一种用于定位负载的系统，其包括支撑柱、耦合至支撑柱的驱动导轨单元，该驱动导轨单元相对于支撑柱可动，沿着支撑柱可动的支撑负载的垂直滑架、接合驱动导轨且沿驱动导轨移动的接合部件，以及向接合部件施加力从而致使接合部件沿驱动导轨移动的马达。该马达耦合至垂直滑架，从而当马达向接合部件施加力时，所述垂直滑架相对于驱动导轨单元移动，垂直滑架还可随驱动导轨单元移动，以使得所述垂直滑架和驱动导轨单元相对于支撑柱移动。本发明还提供了一种定位负载的方法。

Description

定位器系统及定位方法

技术领域

本发明涉及定位器系统及定位负载方法的技术领域。特别是，公开了一种用于自动集成电路（IC）测试设备的测试头定位器及一种定位IC测试设备的方法。

背景技术

用于集成电路（ICs）的自动测试设备（ATE）已发展至使得便于在IC制造过程所选阶段的IC的电子测试。这样的ATE通常包括测试头，使用测试头定位器（或机械手），该测试头必须被操作进入与测试外设的对接位置。测试头定位器通常描述在例如美国专利第7276894、7245118、6911816、6888343、5608334、5450766、5030869、4893074、4715574、4705447、4527942号和WIPO公开第WO05015245A2、WO2008137182A2和WO04031782A1号里。用于它们在用于集成电路或其它电子装置的自动测试设备的测试头定位器领域的教导，前述文件的全部内容通过引用并入本文。

简言之，传统的自动测试系统通常包括用于将IC待测设备（DUT）精确置于且约束在固定位置测试点的外围设备。还包括用于测试DUT的可动测试头。外围设备例如可以是用于测试装置的晶片探测器，在它们与硅晶片或用于定位和测试封装器件的封装处理器分开之前。实际上，测试头围绕一个或多个轴平移和/或旋转并且接近包括在外围设备中的DUT测试点。在对接之前，测试头和DUT测试点的匹配连接器精确地对准，以免损坏任何易碎的电子及机械部件。一旦对接，测试头的测试电子器件通过各个DUT的触点传输信号并且执行在DUT内的特定测试程序。在测试过程中，测试头接收来自DUT的输出信号，该信号指示其电气特性。

为了精确匹配测试头和外围设备，测试头随意地能够以所有六个空间自由度运动。为了便于这样的运动，测试头定位器系统通常用于相对于外围精确地定位测试头。测试头定位器系统在本领域中还可称作测试头定位器或测试头机械手。

现参考美国专利第6888343号中所描述的示例性测试头定位器，测试头502耦合至主臂511，并且主臂511可滑动地耦合至沿柱545的长度垂直延伸的直线导轨510，如图5A和5B中最佳所示。马达2416可适于使主臂511（和测试头502）沿直线导轨510垂直平移。在脱开马达时，配重组件在基本上固定的垂直位置偏压主臂511（和测试头502）的重量。如图23和24中最佳所示，马达2416安装至柱545的框架2422，并且通过同步带2420间接地连接至滑轮2421。滑轮2421通过紧固件2407（在图23中所示，但未标记）安装至滑轮2406，从而滑轮2421和2406同时旋转。缆线2410环绕着滑轮2421而定位。缆线2410的一端耦合至主臂511的底座736并且缆线2410的相反端耦合至平衡块2413。操作中，如果马达2416的离合器2426接合，那么马达2416使滑轮2406和2421旋转，从而使连接至底座736的缆线2410的端部沿Y轴平移。因此，缆线2410使主臂511的底座736和测试头502一起在垂直方向上平移。一旦马达2416的离合器2426脱开，平衡块2413就使底座736和测试头502暂停在基本上固定的垂直位置。此外，随着马达2416的离合器2426的脱开，测试头502处于基本上失重的状态并且由于相对小的外部（手动）所施加的力而易于垂直移动。这作为顺应性是公知的并且其使得操作员能够手动定位测试头或对接设备，以便操纵测试头进入或离开与外设的对接位置。该方案的第二实施例描述在目前尚未公开的美国专利申请第12/405547号中。然而，该布置：1）需要在柱的顶部内的体积，其可对于给定高度的柱来说减少垂直行程，2）可需要相对昂贵的耦合部件，3）不限制顺应运动的范围，以及4）不设置任何装置用于当驱动负载到位时检测干扰。本发明的目的是提供一种机构，用于驱动平衡负载并且以克服一个或多个的这些影响的方式允许顺应运动。

此外，在WO05015245A2、WO04031782A1，以及美国专利第4705447号里所公开的示例性测试头定位器每个采用气动设备而不是配重支撑测试头处于基本上失重的顺应状态。在WO05015245A2和WO04031782A1中，设置有气动控制器，除了提供顺应性之外，其还使测试头的垂直平移自动化。

上述测试头定位器系统可能是满足需要的；但是，考虑到重量、效率、简易性以及成本，继续需要进一步改善用于测试头的垂直支撑系统。另外，在上述测试头定位器系统中，顺应垂直运动的范围仅由在定位器中能得到的垂直运动的全行程所限制。在一些应用中，可优选的是使顺应运动被限制至比较小的范围。

发明内容

在至少一实施例中，本发明提供了一种用于定位负载的系统，该系统包括支撑柱；耦合至支撑柱的驱动导轨单元，该驱动导轨单元相对于支撑柱可动；沿着支撑柱可动的垂直滑架，其中，所述垂直滑架支撑负载；接合驱动导轨且沿驱动导轨移动的接合部件；以及向接合部件施加力从而致使接合部件沿驱动导轨移动的马达，该马达耦合至垂直滑架，从而当马达向接合部件施加力时，垂直滑架相对于驱动导轨单元移动，所述垂直滑架还可随驱动导轨单元移动，以使得所述垂直滑架和驱动导轨单元相对于支撑柱移动。

在至少一个实施例中，施加独立于马达提供的力的力致使a）驱动轨道单元相对于支撑柱移动；以及b）垂直滑架相对于支撑柱移动。

在至少一个实施例中，进一步配置本发明的系统，以使得驱动导轨单元包括上部止动表面和下部止动表面，且止动件从支撑柱延伸并定位在上、下部止动表面之间，从而限制驱动导轨单元的运动至给定的范围。

在至少一个实施例中，在本发明的系统中，所述驱动导轨单元还包括上部限位开关和下部限位开关，当止动件靠近止动表面中的相应一个时，每个限位开关用于传输信号给控制单元。

在至少一个实施例中，在本发明的系统中，控制单元用于当从任一限位开关接收信号时确定定位障碍物的存在。

在至少一个实施例中，本发明的系统还包括耦合在驱动导轨单元和支撑柱之间的弹性元件。该系统可包括在基本上平行于轴的第一方向上施加力的第一组至少一个弹性元件，以及在第二相反方向上施加力的第二组至少一个弹性元件。

在至少一个实施例中，本发明的系统还包括断开部件，该部件用于在朝向相应一个或多个弹性部件的方向上运动时断开一个或多个弹性部件。

在至少一个实施例中，本发明提供了一种定位负载的方法，其包括的步骤有：使驱动导轨单元相对于支撑柱移动，其中，驱动导轨单元耦合至支撑柱；以及驱动向接合部件施加力的马达，致使接合部件沿驱动导轨单元移动；其中，a）接合部件接合驱动导轨单元；b）当马达向接合部件施加力时，支撑负载的垂直滑架相对于驱动导轨单元移动；以及c）垂直滑架还可随驱动导轨单元移动，以使得所述垂直滑架和驱动导轨单元相对于支撑柱移动。

附图说明

结合附图阅读下列详细的描述，从中可以最好地理解本发明。要强调的是，根据通常的做法，附图的各种特征并未按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以任意地扩大或缩小。附图中包括下列各图：

图1是示例性测试头机械手系统的透视图。

图1A是与图1系统相关的坐标系统。

图2是图1测试头机械手系统的部分分解透视图。

图3是图1测试头机械手系统的示例性基座组件的透视图。

图3A是与图3基座相关的坐标系统。

图4是图3示例性基底组件的部分分解透视图。

图5是示例性柱单元的左前透视图。

图6A是图5柱组件的部分分解右前透视图。

图6B是图5柱组件的部分分解右后透视图。

图7A是示例性垂直滑架组件的左前透视图。

图7B是图7A示例性垂直滑架组件的左后透视图。

图8是图5示例性柱组件的中央部分的右前透视图，包括图7A示例性垂直滑架组件的下部，其马达盖壳体已移除。

图9是图5示例性柱组件的中央部分的左前透视图，包括图7A的示例性垂直滑架组件，示出了示例性的安全联锁装置。

图10A是包括柔顺机构第一示例性实施例的垂直支撑柱的角区域的剖开透视图。

图10B和10C分别是在源自于图10A的上部及下部柔顺单元区域的近视图。

图11A、11B和11C分别是图10A、10B和10C的部分分解版本。

图12A、12B和12C是图10A上部及下部的剖开透视图，分别示出了可移动直线导轨单元处于行程的中央位置、上部和下部位置。

图12D、12E和12F是在上部柔顺单元区域的近视图，可移动直线导轨单元分别处于行程的中央位置、上部位置和下部位置。

图13A、13B和13C与图12A、12B和12C相同，但是限位开关设备分解开。

图14A是包括柔顺机构第二示例性实施例的垂直支撑柱的角区域的剖开透视图。

图14B和14C分别是在源自于图14A的上部及下部柔顺单元区域的近视图。

图15A是源自于图14A的部分分解透视图。

图15B和15C分别是在源自于图15A的上部及下部柔顺单元区域的部分分解近视图。

图16A是从后侧对应于图15A的部分分解透视图。

图16B和16C分别是在源自于图16A的上部及下部柔顺单元区域的部分分解近视图。

图16D和16E是在图16B和16C的感兴趣区域的近视图。

图17A、17B和17C分别是柔顺机构的示例性实施例在三个位置的示意图。

图18是柔顺机构第二实施例的许多替代配置之一的示意图。

图19是包括柔顺机构第三示例性实施例的垂直支撑柱的角区域的剖开部分分解透视图。

图20A和20B分别是在源自于图19的上部及下部柔顺单元区域的近视图。

图21A和21B分别是上部及下部柔顺单元的非分解视图。

图22A和22B分别是在向下位置带有柔顺机构的上部及下部柔顺单元的非分解视图。

图23A和23B分别是在向上位置带有柔顺机构的上部及下部柔顺单元的非分解视图。

图24A、24B和24C分别是柔顺机构的第三实施例示例性实施例在三个位置的示意图。

图25是柔顺机构第三实施例的许多替代配置之一的示意图。

具体实施方式

虽然在本文中参照特定实施例对本发明进行了示出和描述，但是本发明并非旨在受限于示出的细节。相反，在权利要求的范围和等同物的范围内且不脱离本发明的情况下，可在细节上做出各种修改。本发明将参照附图而示出。这样的附图旨在是说明性的而非限制性的，且以此包括这些幅图来帮助解释本发明。

为了与现有技术测试头定位器系统的描述相一致，使用图1A中示出的笛卡尔（Cartesian）坐标系统，其中垂直轴（又称作Y轴）由轴1006表示，水平轴（又称作X轴、边到边轴或左右轴）由轴1002表示，且另一水平轴（又称作Z轴或进出轴）由轴1004表示。

下面，参照附图，描述作为本发明示例性实施例的测试头机械手系统10。相比于在上述专利文件中所描述的许多机械手系统，本发明已适用于的在这些图中所述的系统10是相对简单且易懂的系统。因此，系统10用作用于描述本发明的基本载体。将描述本发明的三个实施例。每个实施例包括垂直柔顺机构7000。第二实施例将弹性元件7210和7310比如弹簧添加至第一实施例以改善某些操作特性。第三实施例添加一些简单的部件以影响所述弹性元件如何用于提供进一步的改善。引用的示例性实施例采用机械弹簧；然而，其它的弹性元件，比如气弹簧、气动装置等，可以是替代的。本文中，术语“弹簧”或“弹簧”通常与更通用的“弹性元件”是可以互换使用的。根据上下文，当“弹簧”是指机械弹簧时，其是明确的。在附图中，为了简单起见且也为了强调可能替换机械弹簧，弹性元件是以程式化的形式示出的。虽然比例使得很难看到它们，但是弹性元件7210和7310包括在图1、2、5、6A和6B里；并且这些是以虚线示出的，因为它们对于实施例二和三是具体的且不包括在实施例一里。参考标号对（7201、7301）、（7202、7302）和（7203、7303）将用于具体涉及分别针对实施例一、二和三的弹性元件。

参照图1和图2，机械手系统10通常包括柱单元1000、垂直滑架单元2000、支架3000、旋转支架支撑臂单元5800、控制单元4000和基座单元6000。柱单元1000包括支撑柱1100。未示出的是ATE的主机柜、测试头以及将测试头连接至主机柜的线缆。该线缆可包含各种设备，例如，连接信号、电源，和在测试头和主机柜之间的地的电气配线、光纤信号连接、和用于空气或其它气体冷却剂的挠性管道和/或挠性软管和/或用于液体冷却剂的管道，用于冷却内部部件，例如密密麻麻速度非常高的精密电路。缆线可由缆线支撑设备900支撑。如果需要的话，则可并入更详述的缆线支撑设备，比如例如在WIPO公开WO2008137182A2里所描述的。

简言之，支架3000在带有两个旋转测试头底座4950的两点处保持住测试头（未示出）。保持住测试头的两点限定了优选地大约通过测试头重心的轴。测试头可柔性地绕着该轴枢转。（这样的旋转有时在本领域中不同地称为“翻滚”、“摇晃”、或“摇摆”旋转。）相反，支架3000通过旋转支架支撑臂单元5800安装至垂直滑架2000，该支撑臂单元包括垂直定向的球轴承转台（不可见）。这允许所述支架和测试头绕着垂直于支架3000后表面3019的轴旋转。（该旋转有时在本领域称为“滚动”或“扭转”旋转。）这和替代的支架保持臂结构在本领域是众所周知的。垂直滑架2000在安装至支撑柱1100的垂直定向的导轨上滑动，以提供测试头的垂直定位。滑架2000可由平衡装置支撑（即其可以是平衡的），以保持其处于平衡状态（或基本上处于失重状态）且允许利用相对小的足以克服摩擦力的外加力使其向上或向下移动。柱单元1000安装在基座单元6000上，该基座单元提供边对边运动、内外运动、和绕着垂直轴的旋转。因此，提供了六个自由度的运动。然而，在支架3000的某些方向上，旋转自由度对于测试头来说是难以获得的。因此，支架3000还可包括提供测试头绕着垂直于由其臂3021限定的平面的轴的旋转的装置（有时在本领域中称为“θ”旋转）；该布置独立于支架3000的取向为测试头提供了六个定位自由度。本领域普通技术人员要理解的是，存在多个提供类似运动的机械手的替代配置。其中的许多描述在和/或引用在上述现有技术（例如美国7276894和WO2008137182A2）中。其它的包括示例性机械手的各种单元稍微更详细地描述在下文中至足以提供理解本发明的程度。

参照图3、图3A和图4，基座组件6000将会稍微更加详细地描述。基座组件6000为柱单元1000支撑且提供内外、边对边以及摇摆旋转运动。

基座单元6000包括水平定向的基座板6050。与Z轴1004平行定向的直线导轨6300设置于基座板6050上。内外板6150通过直线运动轴承6310滑动地安装至导轨6300。板6150因此在由阻挡块6013确定的限制之间的内外方向上是自由移动的，该阻挡块与安装至板6150底面的缓冲器（不可见）相互作用。同样，与X轴平行定向的直线导轨6400安装在内外板6150的顶部。边对边板6250通过直线运动轴承6410滑动地安装至导轨6400。板6250因此在由阻挡块6113确定的限制之间的边对边方向上是自由移动的，该阻挡块与安装至边对边板6250底面的缓冲器（不可见）相互作用。分别采用脚踏式摩擦锁6155和6255，可以锁定内外板6150及边对边板6250的位置。

转盘6500包括两个同心共面环，即外环6501和内环6502。内环6502由外环6501可旋转地保持住。使用适当的轴承以便于一环相对于另一环低摩擦旋转。外环6501利用螺钉（或其它适当的紧固件）6505固定至边对边板6250。柱单元1100利用适当的螺钉或其它紧固件可固定至内环6502。因此柱单元1100可相对于边对边板6250和基座单元6000自由旋转。包括阻挡块6213以限制柱单元1100的旋转至约90度。对阻挡块6213定位，以使得与安装至柱单元1100（见图6B）底部的缓冲器1180相互作用，从而限制旋转运动。设置锁定机构以允许操作员锁定转盘6500在所需的旋转位置。特别是固定至锁定轴6516的锁定把手6518置于适宜的高度。锁定轴6516的旋转，也就是部分的顺时针（或逆时针）转动拧紧（或松开）拧在轴6516下端上的螺母，抵靠着半圆锁定板6515，从而分别锁定（或解开）转盘6500。安装至柱1100的轴承块6517支撑轴6516。

设置挠性配线管6915，以执行在可动柱组件1000与固定至基座板6050底面的控制单元4000之间的控制和电源配线。

延伸脚6010安装至基座板6050的底面。脚轮组件6070包括粘接至盖板6072的脚轮6071。将脚轮组件6070插入穿过在基座板6050拐角及附近的开口6073，以使得脚轮6071在基座板6050的下方，而盖板6072与基座板6050的上表面相配合。脚轮组件6070可利用适当的螺钉6074固定至基座板6050。多个脚轮6071因此安装至基座板6050。在示出的实施例中，脚轮组件6070安装到其拐角中的每个的附近。可替换地利用不同数量和布置的拐角组件6070。脚轮6071根据应用需求可以是固定式或旋转式的。还可利用其它类型的轮子。许多支撑垫6080安装至基座板6050。许多带有支撑垫6080的延伸脚6010也安装至基座板6050。当测试头移动穿过其运动包络时，支撑垫6080提供稳定性。示出的支撑垫6080是常规类型的，具有面朝下的圆形平表面和螺纹部分，该螺纹部分向上延伸并接合在其安装的部件里的适当的螺纹孔里。在使用机械手系统10之前，水平支撑垫6080可理想地旋转，以使得它们的平表面与地面接触且脚轮6071的轮子置于略高于地面。可调整支撑垫6080，以便放平基座组件6000并且将柱单元1000置于理想的垂直位置。通过向内拧紧所有的水平支撑垫6080，机械手系统10可从一个位置穿过适当的水平地面移动至另一位置，以使得它们不接触地面。由于垫轮6080与地面接触，所以机械手系统可易于滚动至新的位置。

由基座单元6000、旋转支架支撑臂5800和支架单元3000所提供的运动组合提供测试头负载所有必需的定位自由度，除了垂直运动。许多其它配置的提供类似整体定位自由度的基座、支架以及支架支撑机构是众所周知的，并且许多记录在上述现有技术中。本发明可易适用于各种替换的系统。

参照图5、图6A和图6B，将概括性地描述柱组件1000。图5中提供的是柱单元1000的透视图。图6A和6B提供的是分别从前面和后面观测的部分分解视图。为了在这组图中清晰起见，已去除了缆线支撑设备900、顶板1012，以及操作人员指示器面板1020（所有这些在图1和2中均可见）。

柱组件1000包括支撑柱1100，其在此是由具有“H”形横截面（在柱1100顶部的顶部是可见的）的挤压铝梁制成的。柱1100包括由腹杆1150连接的两个侧面部件1125L和1125R。腹杆1150具有前面向表面1150F和后表面1150R。其它用于制造支撑柱的材料和技术是公知的，并且若干描述在上述的专利文件里。本发明可易适用于其中的任何。后门1110可以由金属片或任何其它合适的材料形成，并且其通过套芯铰链1112安装至柱1100。后门1110可易于去除，以便于维修该单元。

柱单元1000包括位于且安装至前腹杆表面1150F的直线导轨1050。直线导轨1050约从表面1050F的底部垂直延伸至顶部。垂直滑架2000利用适当的直线运动轴承2050或其它部件滑动地耦合至导轨1050。如在其它上述专利文件里所教授的，可替换地并入多个导轨、圆柱形轴或流体操作缸。支撑线缆1300连接至垂直滑架2000并向上引导且在置于柱1100顶部的反向滑轮1310和1320之上，并且因此向下支撑邻近后腹杆表面1150R的配重保持器1350（图6A和6B）。保持在配重保持器1350顶部的配重（未示出）用于平衡耦合至垂直滑架2000的负载，将该系统置于基本上平衡的状态。如由Smith在上述美国专利第4527942号里所述，负载因此处于基本上失重的状态，并且利用相对少量的足以克服摩擦的外部施加力可向上或向下移动。如在美国专利第7245118号里所建议的，相对较小的马达可通过减速齿轮机构适当地耦合至反向滑轮1310、1320之一，并且因此用于垂直驱动负载。此外，还是如在美国专利第7245118号里所建议的，包括离合器，用于断开马达和齿轮传动机构，以使得外力（比如对接机构或人）能够易于使负载适当时垂直移动，而不必通过齿轮传动机构反向驱动马达。因此，对于垂直定位，负载可或者通过马达而被驱动，或者通过外力而自适应地移动。然而，该布置：1）需要在柱的顶部内的体积，其可对于给定高度的柱来说减少垂直行程，2）可能需要相对昂贵的耦合部件，3）不限制自适应运动的范围，以及4）不设置任何装置用于当驱动负载到位时检测干扰。本发明提供机构，用于驱动平衡负载并且以解决这些困难的方式允许顺应运动。

总的来说，垂直滑架组件2000包括耦合至马达驱动盖2300内的减速齿轮2355（未在图5-6B中示出；见图7B）的马达2350。通过减速齿轮2355，马达2350使驱动齿轮2370（其是一种接合部件）旋转，该驱动齿轮接合齿形导轨7100（其是一种驱动导轨单元）。齿形导轨7100从柱1100的底部附近延伸至柱1100的顶部附近，并且其布置在与直线导轨1050平行的前腹杆表面1150F上。虽然示出且描述的是齿形导轨和齿轮，但是可利用其它的线性运动系统。例如，驱动导轨单元可由连接链限定，并且由用作接合部件的相应的链轮接合。作为另一种替代，驱动导轨可以是由用作接合部件的摩擦驱动轮接合的无齿导轨。其它的驱动导轨单元和接合部件结合在本发明的精神和范围之内。

垂直滑架组件2000可经由在接合部件与驱动导轨单元之间的相互作用沿着柱1100而被垂直驱动。挠性导管1070容纳用于操作马达所必需的电源和控制线。在示出的实施例中，齿形导轨7100的两个末端分别刚性地粘接至上部柔顺单元7200和下部柔顺单元7300。柔顺单元7200和7300以允许它们向上或向下移动超过限制的距离的方式依次滑动地耦合至柱腹杆前表面1150F。柔顺单元7200和7300与齿轨7100、滑架组件2000、支架3000和测试头负载（其由于配重保持器1350保持的配重而保持处于基本上失重的状态）一起因此可作为单一的单元垂直地移动超过该限制的距离，而不断开或反向驱动马达。这提供了用于使负载定位的运动的顺应垂直范围。该概念将在后面更加详细地描述。

整个马达驱动的垂直运动可通过并入上部限位开关1119和下部限位开关1117而被约束，二者安装在限位开关安装轨道1115上以使得能够在它们的垂直位置调节。限位开关1117和1119由粘接至垂直滑架2000的限位开关致动器2015以常规的方式操作。缓冲器1109安装在前腹杆表面1150F的底部及附近，以在限位开关故障或无效的情况下为垂直滑架2000提供正向停止。来自限位开关1117和1119的信号可发送至控制器4000且由其使用，以便以常规的方式控制马达2350的操作，从而当达到行程限制时停止马达驱动的运动，并且当在行程的一个极限或另一个极限起动时，马达仅在适当的方向上被操作。

图6A和6B提供了柱单元1000的前后部分分解透视图。在这些中，盖1110与支撑柱1100是分开的。而且包括上下部柔顺单元7200、7300和齿形导轨7100的垂直滑架2000及垂直柔顺机构7000相互分开并且与柱1100分开。配重保持器1350在图6B中是特别可见的。与块6213相互作用以限制柱单元1000旋转的前述缓冲器1180在图6B中也是可见的。

下面，参照图7A、7B、8和9论述垂直滑架2000及其与柱组件1100相互作用的进一步相关细节。如分别在图7A和7B中提供的前后透视图所示，滑架2000包括作为组件的基底的滑架板2100。滑架板2100固定至用于接合直线导轨1050的直线运动轴承2050。因此，滑架板2100可沿着直线导轨1050易于垂直滑动。支撑块2130安装至滑架板2100的前表面，并且其包括用于接收锁销2060的锁销孔2063。臂安装板2120通过轴承2124、枢转安装块2128以及枢转轴杆2126旋转地耦合至滑架板2100，所有这些都位于板2100和2120的上端。配置臂安装板2120，以使得旋转单元5800（或可替换的支架-臂支撑结构）可安装至其上。因此，负载通过板2120产生，并且由负载产生的力矩因而转移至柱组件1000。支撑柱1100可能因此会经历取决于负载的一定量的偏转。而且柱1100可能不会相对于测试外设是完全垂直的或精确地处于所期望的角度。拧入调整螺钉2122且穿过在安装板2120底部合适的螺纹通孔，从而利用由负载产生的力矩确定的力，其远端支承抵靠着支撑块2130。调整螺钉2122可向内或向外转动，以调整在旋转单元5800（或替换的臂结构）的轴与柱1100之间的角度，从而弥补偏转或其它的角度误差，并且因此，建立带有其将要停靠至的周边的测试头的近似的预对准或平坦化。

在图7B中的垂直滑架2000的后透视图示出了马达2350，其输出耦合至减速齿轮单元2355的输入。齿轮单元2355的输出驱动驱动齿轮2370。马达盖2300为这些机构提供防护罩。驱动齿轮2370接合齿形导轨7100，如图8所示，图8提供了柱组件1000的区域的近视图，为了清楚起见，去除了马达盖2300。因此，操作马达2350致使驱动齿轮2370旋转，该齿轮沿着齿形导轨7100滚动，致使垂直滑架2300向上或向下移动（取决于旋转的方向）。因为负载是平衡的，所以该机构仅需要相对少量的电力，足以克服摩擦力和惯性。

理想地，齿轮减速单元2355是这样的，也就是反向驱动马达需要施加相对高的量的力用于驱动齿轮2370。因此，由于马达停止并且由于负载平衡（或接近平衡）以及在没有不合理大的所施加的外力的情况下，垂直滑架2000将相对于齿形导轨7100保持在固定的位置。在上述的示例马达中，在垂直方向施加给测试头的大于100磅的力对于反向驱动马达是必需的，促使垂直滑架2000及其负载相对于轨道7100运动。

然而，当维修该系统时（例如当安装、移除或重新装配测试头负载时），该系统由于添加或移除配重而可能变得非常不平衡。在这样的情况下，期望的是将垂直滑架2000机械地锁定至相对于柱1100固定的位置。因此，最好如图9的详细视图所示，锁定导轨1190安装至柱1100的右侧表面1125R。锁定导轨1190具有许多个沿着其长度以适宜间隔分开的孔1192，该导轨从柱1100的底部附近延伸至柱1100的顶部附近。为了操作者方便，背胶尺(adhesive-backed rule)可添加至锁定导轨1190。布置锁定导轨孔1192，以使得它们与在滑架2000的支撑块2130里的锁销孔2063对齐。因此，垂直滑架2000可锁定在期望的位置用于维修，通过操纵其进入其锁销孔2063在适宜的高度与锁定导轨孔对齐的位置。然后锁销2060可插入穿过所选的锁定导轨孔1192而进入锁销孔2063。垂直滑架2000因此固定到位。当该系统平衡时，可安全地移除锁销2060。

可理解的是，当垂直滑架这样锁定到位时，不期望操作马达2350。因此，可提供控制联锁。在示例性实施例中，限位开关2070（图8）包括在马达盖2300里面。在盖2300里的锁销孔2065与限位开关2070的致动臂（不可见）对齐并置于锁定导轨1190的前方。锁销2060可插入通孔2065，以操作开关2070。系统控制功能可以这样设计，也就是限位开关2070必须处于其致动状态，以便将电源应用至马达2050。因此，当垂直滑架2000通过锁销2060锁定到位时，不可操作马达2050。当系统平衡时，锁销2060可从锁销孔2063里移除并插入孔2065以致动开关2070；于是可操作马达2050。

下面描述垂直柔顺机构7000。如前所述，本文中详细描述垂直柔顺机构7000的三个实施例。第一实施例或“基本”实施例包括本发明的基本原理。第二实施例加入比如弹簧7210和7310的弹性元件至第一实施例，从而改善某些操作特征。第三实施例加入一些简单的部件至第二实施例，以实现所述弹性元件如何用于提供进一步的改进。在图1、2和5至6B中，第二和第三实施例中添加的元件以虚线示出，它们是可见的。

参照图10A至11C，下面描述第一或基本实施例。图10A提供柱组件1000的拐角区域1010的断开的透视图，其中侧壁1125L汇合腹杆1150且包括垂直柔顺单元7000。图10B和10C提供了分别在上部及下部柔顺单元7201、7301的区域里由此产生的近视图。图11A、11B和11C分别是图10A、10B和10C的部分分解视图。

从图10C和11C开始，下部柔顺单元7301包括下部柔顺板7320。齿形导轨7100的下端利用适当的紧固件（不可见）固定至板7320的前表面。直线运动轴承7340安装至柔顺板7320的后表面，该轴承接合下部直线导轨7330。直线导轨7330利用适当的紧固件固定至柱腹杆前表面1150F，并且从而其轴与垂直轴1006相平行。因此，下部柔顺板7320和齿形导轨7100可沿着前柱表面1150F和柱1100垂直滑动。

参照图10B和11B，上部柔顺单元7201类似于下部柔顺单元7301。也就是说，上部柔顺单元7201包括上部柔顺板7220，齿形导轨7100的上端粘接至该柔顺板。直线运动轴承7240接合上部直线导轨7230，该导轨又安装至柱腹杆前表面1150F，其轴平行于垂直轴1006且与下部直线导轨7330是同轴的。因此，包括齿形导轨7100、柔顺板7200和7300、以及直线运动轴承7240和7340的子组件是滑动地耦合至直线导轨7220和7230的刚性单元。该子组件将被称为“可动导轨单元”7001（在图11A中全部示出）。由于直线导轨7220和7230是同轴垂直定向的并且固定至柱腹杆前表面1150F，所以可动导轨单元7001可以相对于柱1100垂直滑动，而摩擦力很小。

每个柔顺板7220和7320分别在一侧包括细长凹口7225和7325。在下部柔顺单元7301中，板7320是这样定向的，也就是凹口7325面向远离着柱左侧壁1125L（且朝向导轨1050）。在上部柔顺单元7201中，板7220以相反的方式定向，以使得凹口7225面向且处于相对密切邻近柱左侧壁1125L的里面。止动件7228安装至柱左侧壁1125L的内部，以使得其部分地突出进入凹口7225。该布置提供正向或硬停止以限制可动导轨单元7001的垂直行程。止动件7228可以仅是拧入柱侧1125L的孔里且随锁紧螺母固定的螺钉。因此，凹口7225的长度减去止动件7228的有效厚度确定了用于可动导轨单元7001的可得到的运动的整个范围。在示例性实施例中，因此提供的行程范围约为4英寸。或者，将会可以布置位于前腹杆表面1050F上的止动件，从而与在下部柔顺板7320里的凹口7325相互作用。

再次参照图10B和11B，上部柔性限位开关7250U和下部柔性限位开关7250L分别安装至安装支架7252U和7252L。安装支架7250U和7252L利用适当的紧固件固定至左柱侧1125L的内侧。过大的和/或细长的安装孔可用于使得能够调整。限位开关7250U和7250L分别安装带有常规的触发臂7251U和7251L。将带肩螺钉7255U和7255L拧入上部柔性板7220里适当布置的孔里，从而当可动导轨单元分别到达其行程的上限或下限时，它们将分别与触发臂7251U和7251L相互作用。因此，当柔顺行程已到达各自的上限或下限时，限位开关7250U和7250L可向控制器发出信号。如后面将要所述，当马达2350正试图向上或向下驱动负载时，这可能以信号表明障碍物阻碍定位。优选地，调整限位开关7250U和7250L，从而它们会脱扣并在正向止动件7228与凹口7225边缘相互作用之前的一小段距离提供信号。

由测试头负载产生的力矩可致使齿形导轨7100不利地向内朝着前腹杆表面1150F弯曲。为了支撑导轨7100并使其弯曲最小化，许多缓冲器7110沿着腹杆前表面1150F间隔开并利用螺钉7111而安装至此。缓冲器7110直接置于齿形导轨7100下方并且是由相对低摩擦类型的材料制成的，比如Delrin，并且它们尺寸确定成当系统处于无负载状态时，在它们和齿形导轨7100的底部之间存在约0.01英寸或更少的小间隙，从而控制弯曲量和任何相关联的振动。当系统被加载时，一个或多个的缓冲器7110可能接触导轨7100，其可能在它们之上滑动，而摩擦力很小。

下面参照图12A至13C，描述垂直柔顺机构7000的第一实施例的操作。图12A-12C示出了可动导轨单元7001的全部运动。图12D-12F是图12A-C的放大图，以便更清晰地示出带有带肩螺钉7255U和7255L的限位开关7250U和7250L的相互作用。图13A-13C分别与图12D至12F相同，除了柔性限位开关7250U和7250L以及它们相关联的安装硬件已被分解以改善凹口7225和止动件7228的可见度之外。

首先，考虑测试头将处于平衡状态下，从而其可易于垂直移动。进一步假设的是，作为起点，可动导轨单元7001的中心在由凹口7225和止动件7228所确定的可得到的运动的范围之内。邻近上部柔顺单元7201的位置如图12D和13A所示。假设期望测试头负载向上移动至期望的位置。然后，操作马达2350以致使驱动齿轮2370顺时针旋转（从左侧壁1125L观测）。与齿形导轨7100相互作用的该旋转致使向下的力于可动导轨单元7001之上以及向上的力于垂直滑架2000之上。要指出的是，与可动导轨单元7001相关联的质量远小于垂直滑架2000及其相关联负载的质量，惯性因素致使可动导轨单元7001向下移动直至凹口7225的上端抵靠在止动件7228上，并且下部限位开关7250L由螺钉7255L与触发臂7251L的相互作用而被致动。该情况示出在图12E和13B里。（图12B示出了螺钉7255L与下部限位开关触发臂7251L的接合，图13B示出了止动件7228与凹口7225的相互作用。）当马达2350和驱动齿轮2370继续旋转时，垂直滑架2000及其测试头负载现在向上移动，因为止动件7228阻止了可动导轨单元7001进一步向下运动。当测试头负载靠近（也就是，在由凹口7225能给予可动导轨单元7001的运动的范围之内）但是仍处于期望的最终位置之下时，可阻止马达驱动。然后，通过手或通过外部致动器比如对接致动器利用相对小的力促使负载进入其最终位置。这称为柔顺，并且在该柔顺运动，可动导轨单元7001与垂直滑架2000一起移动，如前所述。如果期望的是负载从其初始位置向下运动，那么操作将是类似的，除了初始可动导轨单元7001将会向上移动直至凹口7225的上部与止动件7228相互作用且支承抵靠着该止动件，并且上部柔性限位开关7250U由与触发臂7251U相互作用的螺钉7255U操作，如图12F和13C所示。

总之，如上所述的垂直柔性机构7000的第一实施例使得马达2350能够驱动负载至垂直位置。然后，比如人或对接致动器施加的外力使负载移动至第二垂直位置，第二垂直位置在由上部柔性板7220里凹口7225提供的柔顺垂直范围内。要注意的是，因为马达2350在施加外力的情况下不是可反向驱动的，所以负载和可动导轨单元相应于外力作为一个整体一起移动。因为负载保持在平衡状态，所以为了柔顺运动，仅需要相对小的足以克服摩擦和惯性的外力。然而，当运动由马达2350驱动时，旋转驱动齿轮2370相对于齿形导轨7100的作用致使可动导轨单元7001移动至并停在其柔顺范围的一端。

因此，施加独立于由马达2350提供的力的力致使a）驱动导轨单元相对于支撑柱移动；以及b）垂直滑架相对于支撑柱移动。

在一些应用中，例如在精确的定位应用中，马达驱动可动导轨单元7001至其柔顺范围的端部可能是不理想的。在这样的应用中，可能优选的是将负载置于并保持在相对于柔顺范围的中心位置，而马达2350用于驱动其进入约垂直的位置。垂直柔性机构7000的第二实施例并入弹性部件，以便当负载由马达2350驱动至位置时，将可动导轨单元7001保持在其运动范围之内的相对中心的位置。

实施例二的示例性表示在图14A至16B中示出。图14A至14C提供了该实施例的类似视图，如图10A至10C示出前述第一实施例那样。如图14A至14C所示，上部及下部弹性部件7210和7310分别连接在上下柔顺板7220、7320与柱腹杆前表面1150F之间。所示出的示例性实施例采用机械弹簧；然而，其它的弹性元件7210、7310是可以取代的，比如气弹簧、气动装置等。本文中，术语“弹簧”或“多个弹簧”通常与更一般的“弹性元件”交替使用。要明确的是，上下文中“弹簧”意思指的是机械弹簧。

在图15A和16A中提供的是包括上部及下部顺应单元7202和7302的分解前后透视图。在图15B和16B中提供的是靠近上部顺应单元7202的近视图，而图15C和16C是靠近下部顺应单元7302的近视图。弹性元件7210和7310示出为“拉伸”型，即张紧操作，并且在每个端部具有安装孔眼7211a、b，7311a、b（或者，开钩可以是取代的）。或者，弹性元件可以是压缩型的，即张紧操作。在示例性实施例中，所有的弹性元件7210和7310是相同的，但是在替代实施例中，它们可能是不同的，以便提供期望结合的有效偏置力。

为了将每个弹性元件7210和7310的第一端部粘接至腹杆前表面1150F，使带肩螺钉7212、7312穿过每个弹性元件7210、7310的第一端部的安装孔眼7211a、7311a，并且然后拧入前腹杆表面1150F里的合适布置的孔里。螺钉7212和7213的肩部牢牢地拧紧抵靠着腹杆前表面1150F，以保持它们的头部离表面1150F固定的距离。通过图16D和16E的进一步帮助，描述了弹性元件7210和7310的第二端部至柔顺板7220和7320的耦合。使安装杆7214穿过弹性元件7210的第二端部的孔眼7211b；同样地，使安装杆7314穿过弹性元件7310的第二端部的孔眼7311b。如图16D和16E所示，安装杆7214和7314优选的是圆柱形的且包括沿它们长度间隔开的圆周槽7213和7313。有一个槽用于要粘接的每个弹性元件7210、7310，并且每个弹性元件7211b、7311b的孔眼位于其各自的槽里。因此，在相邻弹性元件7210、7310之间的空间间隔可以保持。例如，可通过利用车床分别加工槽7213和7313制作安装杆；或者，将不同长度的管安装在杆上从而产生沟槽式表面。

上部保持柱7215和下部保持柱7315分别安装至并从上部及下部柔顺板7200和7300的后部突出。当带肩螺钉拧入位于板7200和7300的孔里时，可简单地执行保持柱7215和7315。如图16A和16B所示，放置安装杆7314以使得保持杆7315在其与安装螺钉7312之间。因此，当将弹性元件置于张紧时，安装杆7314支承抵靠着柱7315，将下部弹性元件7310的第二端部耦合至下部板7300。上部安装杆7214和上部弹性元件7210以类似的方式耦合至上部板7200。要指出的是，保持柱7215、7315是足够长的，以捕捉安装杆7214、7314，但是足够短以保持不接触腹杆前表面1050F。

系统是这样设计的，也就是当弹性元件7210和7310安装时，每个最初置于张紧。因此，在示例性实施例中，上部弹性元件7210施加向上的力于可动导轨单元7001之上，而下部弹性元件7310随之施加向下的力。在没有任何外力且记得负载平衡的情况下，这些力必须是大小相等的，以便系统处于平衡状态。弹性元件7210和7310优选的是相同的，具有同样的尺寸和偏置力。因此，在没有外部施加的力的情况下，每个将张紧相同的量，并且可动导轨单元7001将会保持在中心位置。此外，如果外力使可动导轨单元7001发生位移，那么在移除力的时候其将会被促使回到中心位置。

在示例性实施例中，每个单独的弹簧7210、7310具有几乎相同的偏置力“r”。平行操作的所有弹性元件7210的有效偏置力“R”是Nr，其中N是弹性元件7210的数量。同样地，平行操作的所有弹性元件7310的有效偏置力“R”也是Nr，其中N再次是弹性元件7310的数量。在图14A至16B示出的示例性实施例中，N是三；然而，N在其它实施例中可能是不同的。

图17A至17C是在三个不同位置的第二实施例的侧视示意图表示。在所有这些示意图中，它们并没有特意按比例绘制，弹性元件7210’和7310’分别表示所有的弹性元件7210和7310，并且因此每个弹性元件7210’、7310’具有的偏置力R=Nr。而且剖面线在所有固定的示意性主要部件中，以帮助理解。此外，在系统上的负载是以具有重量W的盒子20示出的，其由配重（未示出）提供的大小相等、方向相反的力C抵消了。

在图17A中，负载和可动导轨单元7001处于中心位置，而没有施加外力。由弹性元件7210’提供的向上的力与由弹性元件7310’提供的向下的力大小相等、方向相反；相应的系统处于平衡状态。

外部施加的垂直力F将使导轨单元7001和耦合至其的负载移动远离中心至位置，如图17B和17C所示。忽略摩擦，需要力2yR（其中如上所述，R是弹性元件7210’、7310’中任一个的偏置力）以使得负载从中心位置移动距离y。当去除外力时，负载将自动回到中心位置，如前所述。由于到目前为止描述的系统，必要的是，当可动导轨单元7001处于中心位置时，弹性元件应延伸到至少一半它们有效的操作长度。例如，如果运动的柔顺范围是正/负2英寸（总共4英寸），于是需要带有至少4英寸操作长度的弹性元件并且必须使它们在中心位置延伸2英寸。

马达2350和驱动齿轮2370可以旋转，以相对于导轨7100向上或向下驱动负载10。当负载移动时，驱动齿轮2370将在运动相反的方向上施加力于可动导轨单元7001上，该力的大小是这样的，也就是其克服与负载相关联的摩擦。可动导轨单元7001因此将会从其对应于该驱动力的中心位置移动一定的距离。例如，如果与负载相关联的摩擦力是12磅且弹性元件7210和7310的偏置力是4磅/英寸，那么可动导轨组件7001将会从中心移动1/2英寸的距离。启动时所遇到的静摩擦力可能大于运动时经历的摩擦力。在这种情况下，可以预期的是，启动可动导轨单元时将会移动与静摩擦力有关的第一距离，并且随着运动进展，稍微朝着中心位置回移至与运动或动摩擦有关的位置。当马达停止时，可动导轨单元7001将会再次返回其中心位置，使负载沿着其移动。一旦停止，负载通过外力可自适应地移动进入最终的位置。因此，在启动或停止马达驱动的运动时，可能会有“反弹效应”。

取决于封装和其它的系统约束，弹性元件7210和7310可不同于所示而布置。例如在图18示意性所示的系统中，向下拉动导轨单元7001的弹性元件7310’已被重新定位，以使得其安装至上部柔性板7220，且向上拉动以使得弹性元件7210’粘接至下部柔顺板7320。或者，弹性元件7210’和7310’可安装至相同的柔性板7220、7320或安装至其它部件或安装至可动导轨单元7001。在所有情况下，操作基本上将是相同的。

虽然本发明的实施例二满足在负载的电力移动时基本上保持可动导轨单元7001相对于其运动的柔顺范围处于中心位置，但是导轨单元7001和负载在启动及停止时的移动可在某些应用中证明是不理想的。在基本实施例中用于柔顺运动所需的外力由系统中的摩擦确定并且在整个柔顺范围上是恒定的。在实施例二中，所需的力必须还克服可变的偏置力。采用从上述示例中的参数，在基本实施例中用于顺应运动的力在整个柔顺范围上对应于12磅摩擦力；然而，在实施例二中所需的力范围从在中心点的12磅至在4英寸柔顺范围端部的60磅（12磅用于摩擦加上48磅用于偏置力）。（要注意的是，如果采用带有下部偏置力的弹性元件，那么所需的柔顺力将减少，但是启动和停止时的“反弹效应”将增加。）

垂直柔顺机构7000的实施例三在某种意义上修改了实施例二，以减少与实施例二相关联的某些影响。在实施例二中，有两组弹性元件7210和7310。当可动导轨单元7001移动时，在这些组弹性元件中的一组张紧增加，而在另一组中的张紧减少。实施例三还并入了两组弹性元件7210和7310；然而，当直线导轨单元7001移动时，在实施例二种张紧将会减少的那组弹性元件从其相关联柔顺板7220、7320以及可动导轨单元7001中断开。考虑到这一点，下面参照图19至25，描述实施例三。

图19是包括有垂直柔顺机构7000的第三实施例的示例性柱组件1000的拐角区域的部分分解剖开透视图。图20A和20B分别是在上部及下部柔顺单元7203和7303的区域中的近视图。这些视图分别与在图11A-11C和14A-14C中提供的视图相同。可以看出，在实施例二与实施例三之间的不同在于断开柱7260和7360已添加至前腹杆表面1150F。图21A和21B分别是从不同角度的在上部及下部顺应单元7201和7302的区域中的非分解近视图。在这些图中，可动导轨单元7001示出在其中心位置，并且弹性元件7210和7310处于相同的张紧，分别向上和向下在导轨单元7001上拉动。断开柱7260和7360是这样布置的，也就是它们分别在安装杆7214和7314与安装螺钉7212和7312之间。断开柱7260和7360是进一步这样布置的，也就是在可动导轨单元7001在其中心位置的状态下，它们约在保持柱7215和7315之间并且靠近或略微接触安装杆7214和7314。

图22A和22B示出了当可动导轨单元7001已向下移动时的情况。在图22A中，该图是在上部柔顺单元7203的区域中的详细视图，可以看出当保持柱7215已拉动安装杆7214远离断开柱7260时，弹性元件7210已延伸。然而，在图22B中，该图是在下部柔顺单元7303的区域中的详细视图，可以观察到的是当保持柱7315在这样的方向上也就是安装杆7314支承在断开柱7360上而不是保持柱7315上的方向上已移动远离断开柱7360时，弹性元件7310没有耦合至下部柔顺板7320。

图23A和23B示出了当可动导轨单元7001已向上移动时的相反情况。在图23B中，该是在下部柔顺单元7303的区域中的详细视图，可以看出当保持柱7315已拉动安装杆7314远离断开柱7360时，弹性元件7310已延伸。然而，在图23A中，该图是在上部顺应单元7203的区域中的详细视图，可以观察到的是当保持柱7215在这样的方向上也就是使得安装杆7214支承在断开柱7260上而不是保持柱7215上的方向上已移动远离断开柱7260时，弹性元件7210没有耦合至下部柔性板7220。

因此，可以看出当可动导轨单元7001从其中心位置向下移动时，下部弹性元件7310与其断开，而上部弹性元件7210保持接合。当可动导轨单元7001从其中心位置向上移动时，相反的情况发生了；即，上部弹性元件7210与其断开，而下部弹性元件7310保持接合。

正如关于在实施例二中所述，在示例性实施例三中每个单独的弹性元件7210、7310具有几乎相同的偏置力“r”。并行操作的所有弹性元件7210的有效偏置力“R”是Nr，其中N是弹性元件7210的数量。同样地，平行操作的所有弹性元件7310的有效偏置力“R”也是Nr，其中N是弹性元件7310的数量。在图19至23B中描述且示出的示例性实施例中，N是三；然而，N在其它实施例中可能是不同的。而且在替代实施例中，由于情况和应用可能会建议，所以可选择不同的弹性元件，以使得具有不同的偏置力

图24A至24C是在三个不同位置的实施例三的侧视示意图表示。在这些示意图中，它们并没有特意按比例绘制，弹性元件7210’和7310’分别表示所有的弹性元件7210和7310，并且因此每个具有的偏置力R=Nr。在系统上的负载是以具有重量W的盒子20示出的，其由配重（未示出）提供的大小相等、方向相反的力C抵消了。

在图24A中，可动导轨单元7001示出在其中心位置，且断开柱7260’和7360’示出远离保持柱7215和7315较短的距离“d”。使弹性元件7210’和7310’中的每个延伸初始量S（未示出，因为其是或多或少的任意量），并且它们施加相反的力的量为RS，其中R是偏置力。系统因此处于平衡状态。对于直线导轨单元7001从其中心位置的小于距离d的小位移（y）来说，该行为与对于实施例二是相同的；并且实现该位移所需的力是2yR。

图24B示出的该系统在可动导轨单元7001已向上移动远离其中心位置距离D的位置，距离D大于d。弹性元件7210’已断开且没有作用于可动导轨单元7001上。弹性元件7310’作用于可动导轨单元7001上，并且其已延伸了距离S+D。因此，弹性元件7310’正在导轨单元7001上利用力向下拉动，该力具有的大小是R（S+D），忽略摩擦，其是到达该位置所需的外力F的大小。同样地，图24C示出了可动导轨单元7001已向下移动类似距离D的系统，该距离大于D。结果是相同的；即，具有R（S+D）大小的力F是必需的。

因此，使可动导轨单元移至刚好超过距离d的点所需的力，或者换句话说超过弹性元件7210’、7310’中的一个断开的点，是R（S+D）。优选地，该系统是这样设计的，也就是该力大于2dR，这是使可动导轨单元7001移至刚好达不到断开弹性元件7210’、7310’中的一个的点所需的力。在图19至23B示出的示例性实施例中，d非常小，实际上为零，所以2dR约为零，并且使导轨单元7001移动距离y的力F=RS+yR。忽略摩擦，需要大小为RS的力，以使得可动导轨单元7001从其中心位置发生位移。在示例性实施例中，每个弹性元件具有4.6磅/英寸的偏置力，并且在中心位置，每个弹性元件延伸3/4英寸；因此，F=10.35+13.8y磅（其中y以英寸计）。因此，忽略摩擦，需要至少10.35磅的力，以使得可动导轨单元7001发生位移，并且需要31.05磅的力以使其移动1.5英寸，这将其定位在运动的柔顺范围的端部。

当马达2350旋转以在一方向驱动负载时，施加在可动导轨单元7001上的力必须超过RS，以便可动导轨单元7001从其中心位置移动。如果RS的值等于或大于使负载移动所需的摩擦力，那么当马达2350定位负载时，可动导轨单元7001应保持基本上静止。也就是与实施例二相关联的“反弹效应”是不存在的。此外，比较实施例二，使导轨单元7001移动穿过其整个柔顺范围的全部施加力可能基本上更小。作为比较的最后一点，由于弹性元件7210和7310断开了，所以它们仅需在中心位置延伸相对小的量。

在所有上述情况中，术语“中心位置”是指当没有施加外力时的直线导轨单元7001的位置。外力意味着由包括但不限于人手、对接致动器等的外部装置向负载施加的力。

还是在实施例二和三的情况下，如果当操作马达2350对负载定位时遇到障碍物，那么将驱动可动导轨单元7001至其柔顺范围的端部，并且该情况将由限位开关7250U和7250L中的一个检测到。因此，控制器4000将会接收信号，以阻止马达2350操作。然而，在实施例一的情况下，当发生负载运动时，致动限位开关中的一个；遇到障碍物将不会促使已致动的限位开关退动并且将不会提供该事件的信号。

取决于封装和其它的系统约束，弹性元件7210和7310可不同于所示而布置。例如在图25示意性所示的系统中，向下拉动导轨单元7001的弹性元件7310’已被重新置位，以使得其安装至上部柔顺板7220，且向上拉动以使得弹性元件7210’安装至下部柔顺板7320。或者，弹性元件7210’和7310’可安装至相同的柔性板7220、7320或安装至其它部件或安装至可动导轨单元7001。在所有情况下，操作基本上将是相同的。

虽然在垂直运动方面已描述了本发明，但是这些概念同样很好地适用于在其它直线及旋转方向上的运动。

虽然本文中已示出且描述了本发明的优选实施例，但是要理解的是，这样的实施例是仅通过示例提供的。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明精神的情况下，许多变化、改变和替换将会发生。因此，希望的是，所附的权利要求涵盖落入本发明的精神及范围之内的所有这样的变化。

Claims (26)

1.一种用于定位负载的系统，其包括：

支撑柱；

耦合至支撑柱的驱动导轨单元，所述驱动导轨单元相对于支撑柱可动；

沿着支撑柱可动的垂直滑架，其中，该垂直滑架支撑负载，

接合驱动导轨单元且沿驱动导轨移动的接合部件；

向接合部件施加力的马达，从而致使接合部件沿驱动导轨单元移动；

所述马达耦合至垂直滑架，从而当马达向接合部件施加力时，所述垂直滑架相对于驱动导轨单元移动，所述垂直滑架还可与所述驱动导轨单元一起移动，以使得所述垂直滑架和所述驱动导轨单元相对于支撑柱移动。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，施加独立于由马达提供的力的力致使a）驱动导轨单元相对于支撑柱移动；以及b）垂直滑架相对于支撑柱移动。

3.根据权利要求1所述的系统，其中：

a）驱动导轨单元包括多个齿并且驱动部件是齿形齿轮；

b）驱动导轨单元包括链条并且驱动部件是链轮；或者

c）驱动轮是采用摩擦沿着驱动导轨单元移动的摩擦轮。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述驱动导轨单元被支撑在经由一个或多个直线运动轴承而置于支撑柱上的一个或多个直线导轨上。

5.根据权利要求4所述的系统，还包括定位于驱动导轨单元和支撑柱之间的一个或多个缓冲器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，驱动导轨单元包括上部止动表面和下部止动表面，且止动件从支撑柱延伸并定位在上和下部止动表面之间，从而限制驱动导轨单元的运动至给定的范围。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述驱动导轨单元还包括上部限位开关和下部限位开关，当止动件靠近相应一个止动表面时，每个限位开关用于传输信号给控制单元。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，控制单元用于当从任一限位开关接收信号时确定定位障碍物的存在。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括耦合在所述驱动导轨单元和支撑柱之间的弹性元件，允许在驱动导轨单元和支撑柱之间的移动。

10.根据权利要求9所述的系统，还包括断开部件，该部件用于在朝向各自一个或多个弹性部件的方向上运动时断开一个或多个弹性部件。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，第一组至少一个弹性元件在基本上平行于轴的第一方向上施加力，以及第二组至少一个弹性元件在第二相反方向上施加力。

12.根据权利要求9所述的系统，其中，驱动导轨单元包括安装在其相反端部的第一及第二柔顺板，并且第一组弹性元件在第一柔顺板和支撑柱之间延伸以及第二组弹性元件在第二柔顺板和支撑柱之间延伸。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，第一组中的每个弹性元件在一端耦合至支撑柱且在另一端耦合至用于由至少一个第一支柱支撑于第一柔性板上的第一安装杆，并且第二组中的每个弹性元件在一端耦合至支撑柱且在另一端耦合至用于由至少一个第二支柱支撑于第二柔性板上的第二安装杆。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，第一断开柱从在第一组弹性部件的连接端与至少第一支柱之间的支撑柱延伸，且构造为当第一柔顺板朝着第一组弹性部件的连接端移动时接触并阻止第一安装杆的移动。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，第二断开柱从在第二组弹性部件的连接端与至少第二支柱之间的支撑柱延伸，且被构造成当第二柔性板朝着第二组弹性部件的连接端移动时接触并阻止第二安装杆的移动。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述负载包括测试头。

17.根据权利要求1所述的系统，其中，驱动导轨单元被限制为相对于支撑柱在有限的范围上是可动的。

18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述垂直滑架相对于驱动导轨单元和支撑柱二者是可动的。

19.根据权利要求1所述的系统，其中，弹性元件包括或者弹簧、或者气动装置。

20.根据权利要求1所述的系统，其中，负载被平衡以使其处于平衡或处于基本上失重的状态。

21.一种用于定位负载的方法，所述方法包括的步骤有：

使驱动导轨单元相对于支撑柱移动，其中，驱动导轨单元耦合至支撑柱；

驱动向接合部件施加力的马达，致使接合部件沿驱动导轨单元移动；其中，

a）接合部件接合驱动导轨单元；

b）随着所述马达向接合部件施加力，支撑负载的垂直滑架相对于驱动导轨单元移动；以及

c）垂直滑架还与驱动导轨单元一起移动，以使得所述垂直滑架和所述驱动导轨单元相对于支撑柱移动。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，施加独立于由马达提供的力的力致使a）驱动导轨单元相对于支撑柱移动；以及b）垂直滑架相对于支撑柱移动。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，弹性元件耦合在驱动导轨单元与支撑柱之间，并且施加独立于由马达提供的力的力反作用于至少一个弹性元件的偏置力。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，独立于由马达提供的力的力是由操作者手动施加的。

25.根据权利要求22所述的方法，其中，独立于由马达提供的力的力是由外部致动器施加的。

26.根据权利要求21所述的方法，其中，所述负载包括测试头。

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