CN107209318B - 高可靠性机器人交叉连接系统 - Google Patents

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Abstract

大型模块化机器人软件定义的插线面板的机构和设计结合了大量保证可靠操作的特征。具有被致动的夹具机构(103)的伸缩臂组件(104)被用来输送可平移行(102)的堆叠阵列内的内部锁定的连接器(101)。唯一的双态磁性锁定特征提供了可靠的、低损耗的光学连接。提供了柔性的磁性悬浮内部结构来辅助机器人在所述堆叠阵列内的快速可靠过程中自动地对准、接合、和脱开任何内部连接。

Description

高可靠性机器人交叉连接系统
发明背景
1.技术领域
本发明总体上涉及大型机器人交叉连接系统，所述大型机器人交叉连接系统提供大量端口对之间的低损耗、软件定义的光纤连接。所述系统中的机构结合了保证可靠操作的许多特征。
2.相关技术
大型自动化光纤交叉连接开关和软件定义的插线面板使数据中心和数据网络能够完全地自动化，其中，物理网络拓扑是软件定义的或可编程的，用以提高效率和节约成本。目前的光纤开关技术(比如纵横式开关)规模为N2(N为端口数量)，使得它们不适合大型生产网络。纵横式开关的现有技术披露包括授予Buhrer等人的美国专利号4,955,686、授予Sjolinder的美国专利号5,050,955、授予Arol等人的美国专利号6,859,575、以及授予Safrani等人的美国专利号2011/0116739A1。
随着端口数量线性地缩放的较新的自动化插线面板途径利用编织的光纤股线。拓扑学以及纽结与编织理论(Knot and Braid Theory)的数学进展(授予Kewitsch的美国专利号8,068,715、8,463,091、8,488,938和8,805,155)已经解决了经历任意且无限重新配置的密集互连股线集合的光纤缠绕挑战。由于这种纽结、编织和股线(Knots,Braids andStrands，KBS)技术在互连股线的数量上线性地缩放，实现了较纵横式开关的显著好处比如密度和硬件简单性。以自治插线面板系统为特征并根据上文所引用的Kewitsch专利实现KBS算法的现有系统通常利用在机器人臂的末端具有夹具的取放机器人致动系统来抓取和输送光纤连接器以及自其延伸至系统的中央主干的光纤股线。所述机器人臂具有窄宽度和扩展的深度，从而允许它在没有机械性干涉且不与周围光纤接触的情况下下降至密集的光纤互连体积中，而仍然具有足够的刚性以在横向力下经受最小偏转，所述横向力包括源自其中的夹具中所携带的光纤的磁性排斥和张力。然而，一直期望对这种新类型的物理光纤切换或连接管理系统的进一步改进，包括那些与紧凑性、硬件简单性和操作可靠性的改进(单独地或组合)相关的那些。
发明内容
本发明涉及一种用于利用编织的光纤股线提高这种新型交叉连接的性能的装置以及对这种缩放挑战应用数学拓扑。在本发明中，高度可靠的自动化交叉连接系统采取了多种唯一的硬件和操作性特征从而提供优秀的紧凑性、性能和可靠性。例如，平行且精确分开的连接器元件的密集三维矩阵分布经过两个正交维度，其中，多个多功能元件在第三维度中被沿着的每条连接路径布置。连接器路径各自包括多个线性基本元件中的单独线性基本元件，所述线性基本元件各自可独立移动从而与交叉连接系统中所选基本元件对准。本发明包括唯一的磁性锁定的光纤连接器设备，所述磁性锁定的光纤连接器设备使得系统能够提供多个不同的用户定义的插入损耗状态。所述设备包括可靠的自导式吸引模式磁性锁定，以方便可重复的机器人接合和重新配置。进一步披露了保留磁性锁定的光纤连接器的机器人微型夹具设备，其中，所述微型夹具包括整体感测和致动装置以保证与所选连接器正确接合。此外，系统被配置有竖直地堆叠在其中的具有多个间隔开的水平连接器插座的可移动行。每一行包括多条平行的连接器轨道，并且每条连接器轨道包括：配对的连接器插座、光纤接口端口、以及组合的机械和磁性参考特征，被配置成用于实现光纤连接器设备和夹具设备两者的可靠锁定和定位。所述具有连接器插座的可移动行合并了精密注塑成型的平移组件和致动装置，用于使行在三个水平位置之一之间准确地且精确地平移。这些位置生成如KBS算法所指定的竖直行置乱响应并帮助改进系统的体积效率。
夹具由以下各项组成：两部分本体；中央本体，在多个周围的延伸构件之间与具体目标连接器延伸构件机械地接合或互锁；以及从动的可平移外部本体或框架，结合了用于接合和感测可重新配置的内部光纤连接器组件的装置。附接至受控制的伸缩臂的下端的窄宽度夹具下降至所选居中的连接器上，直到夹具互锁传感器检测到与延伸构件的正确接合。夹具外部本体平行于延伸构件平移从而插入、拔掉或部分地断开内部连接器组件。平移机构唯一地合并驱动线，所述驱动线绕电机驱动器轴缠绕，具有小但精密的余长从而控制夹具的双向横向平移。这避免了在从静止状态启动加速度时驱动电机失速。
交叉连接系统还基于具有水平行的可增大的竖直堆叠中所布置的、平行但精确地横向分开的狭长参考构件的三维阵列。所述参考构件窄并且具有所选统一长度(具有所选挠曲特性)，并且包括小型永久磁铁的集合，所述小型永久磁铁被部署成便于在接合的不同且单独操作状态下利用磁性吸引力和排斥力两者。每个窄参考构件被定位成与不同的接纳孔径紧密相邻，不同的光纤连接器的末端可以插入所述接纳孔径。末端孔径位于竖直连接平面中横向布置的水平行中，并且各自被定位以可能地接纳被系统重新定位的光纤连接器的末端。小型永久磁铁沿其长度被选择性地定位，并且具有的极性为便于提供至少两个稳定的插入位置以及还有横向排斥力，从而维持相邻元件在密集的三维元件阵列中分开。
本申请进一步披露了一种用于按照命令接近和重定位光纤的唯一紧凑配置。具有最小横向顺应性和独立于延伸长度(零至L2)的高长度效率(范围L2与缩回高度L1的比值)的伸缩机器人臂设备是通过部署唯一的竖直伸缩结构实现的，所述唯一的竖直伸缩结构在KBS算法的指导下可水平地从一条连接器轨道、经过周围的光纤并移动到另一连接器轨道。两级伸缩臂安排基于竖直矩形管或“C”状外部本体的所选线性长度，其中，通过伸缩臂内的唯一滑动轴承卡匣和弹簧预压安排将内部滑动器本体保持对准。所述安排使得恒定长度的、平坦、柔性的接口电缆能够被动态地从夹具机构布线至外部控制系统，这是出于拉动内部滑动本体使它与外部本体同步移动的双重目的。机器人臂和夹具配置具有非常窄的宽度，从而使其能够没有阻碍地贯穿光纤互连体积中的有限空间移动。
进一步描述了自动化清洁设备，具有在清洁过程中对清洁织物和抛光的光纤连接器套圈上的力进行整体感测的附加特征。利用其中产生的电信号提供反馈，从而准确地控制机器人位置并在光纤端面维持小于压缩力的最大值。这种精确控制保证了对光纤端面的可重复的高质量清洁，防止了微粒积累从而实现一致低插入损耗、高回波损耗光学连接性，寻求与目前的手动过程相比优秀的质量和一致性。在光纤清洁子系统中，清洁织物被从供应线轴供给经过清洁匣盒垫并到达分配线轴上。这种安排使得能够从单个供应线轴清洁多条光纤。
(具有被动态地布线经过以精确间隔的几何结构分布的眼孔、引导件和滚轴的组合的光纤的)光纤卷起线轴的堆叠平面阵列在固定输入阵列与物理可变输出阵列之间提供低损耗光纤连接的来源。每个线轴被独立地拉紧到将内部一维主干与二维输出连接器阵列之间的任何光纤余长缩回所必须的程度，而不让光纤经受被控制的拉力所导致的过分尖锐的弯曲，从而使得不损害光纤的可靠性和光学传输特性。
附图说明
图1A描绘了若干重要功能元件的安排，包括根据本发明的机器人光纤交叉连接系统的，充满着具有八行的组并且具有用于如所描绘的在这八行下方和上方两者添加更多行的容量；图1B是根据本发明的其他发明组合的框图；图1C是简化的透视图，展示了相互联系的模块的安排，并且图1D是根据本发明的一些相互联系的系统元件的框图；
图2描绘了根据本发明的机械锁定的内部光纤连接器的片断视图，包括其用于在机械手内相互关联和配对的特征、其与用于接纳和保持连接器的连接器行的关系、以及连接器行之间产生的磁性排斥力的侧面详细视图；
图3是具有八个连接器行的堆叠安排的内部视图，形成具有96条光纤端口的可堆叠模块，具有用于机械地接合通过夹具输送至其的光纤连接器的装置，进一步展示了连接器磁铁与具有所安排的配置的连接器行磁铁之间的关系；
图4展示了具有八个连接器行的同一堆叠安排的外部视图，产生了需要交叉连接的外部电缆被插入的光纤端口的二维阵列；
图5是根据本发明的夹具设备的侧视图，其中，处于分配配置的光纤连接器详示了大量位置感测和致动装置；
图6是处于未分配配置的夹具设备的侧视图；
图7是处于拔掉配置的夹具设备的侧视图；
图8A是根据本发明的双轴机器人致动系统的部分透视图，所述系统在内部光纤交叉连接体积内移动夹具机构；图8B是x轴驱动机构的示意图；图8C是y轴驱动机构的示意图；图8D是各延伸状态下y轴驱动的示意图；图8E展示了处于中央位置的夹具z轴驱动机构，图8F是处于左侧位置的，图8G是处于右侧位置的，并且图8H展示了致动z轴驱动的夹具步进电机的速度轨迹；
图9是图8A至图8C的致动系统的进一步透视和图解视图，描绘了完全延伸状态下的二级伸缩臂末端的夹具；
图10A是部分延伸状态下的二级伸缩臂的部分视图，图10B是处于基本上缩回的行进范围内的伸缩臂的竖直部分的部分剖面图，并且图10C是处于基本上延伸的行进范围的伸缩臂的不同段的(同样部分剖开的)透视图；
图11A和图11B是用于光纤拉紧和动态松弛光纤管理的改进的光纤卷起托盘的顶部透视图，各自包括十二个单独卷盘和光纤引导件，方便其之间到中中央主干的低损耗动态光纤布线，在图11A中描绘了主干前方的光纤部分并且在图11B中描绘了主干后方的光纤部分；
图12是多条光纤卷起托盘的堆叠安排的一部分的透视图，详示了光纤从单独卷盘通过低摩擦O环状眼孔和软橡胶包覆的滚轴达到中央主干的布线；
图13A是光纤卷盘系统的一部分的部分剖面透视图，所述光纤卷盘系统包括感测电子装置用于检测动态重新配置过程中卷盘的转动，从而使得可以验证正确的光纤松弛管理，图13B是用于处理来自感测电子装置的电子信号以确立对卷盘位置命令的正确系统响应的子系统的框图；
图14是第一部分剖面透视图，详示了夹具设备和清洁卡盒的一部分，并且根据本发明示出了对处于操作位置的光纤端面清洁设备必不可少的力传感器；
图15是图14的相对于夹具设备处于操作位置的光纤端面清洁设备的操作侧的第二部分剖面视图；以及
图16A和图16B分别是光纤端面清洁设备的部分剖面仰视图和俯视图，如图1、图9和图10A等系统的透视图中总体描绘的，并且示出了其中的若干有利操作特征。
具体实施方式
I.机器人交叉连接系统
本申请披露了机器人交叉连接系统，所述机器人交叉连接系统提供大量端口对之间的低损耗、软件定义的光纤连接。端口的数量通常在从48×48一直到1008×1008以及超出的范围内。图1A至图1D展示了此系统的若干主要方面，包括机器人模块112，所述机器人模块包括伸缩机器人臂组件104、光纤连接器端面清洁模块105、微型致动的夹具103、连接器行102-1......102-N的堆叠安排、以及光纤卷盘托盘106-1......106-N的堆叠安排。具有连接器行102-1......102-8的组进一步包括光纤模块113的前部致动的插线面板。夹具103能够将任何光纤连接器101-n从沿着连接器行102插入的光纤连接器阵列当中拔掉，然后在由机器人臂组件104操纵时在阵列中周围的光纤连接器之间以确定性最优编织图案对其进行输送。根据如上文所引用的美国专利号8,463,091中所描述的KBS算法，输送的过程因而包括机器人的协调的有序的多步移动以及对每一连接器行102的编程置乱。在将光纤连接器101-n插入其所选最终端口55之前，可以通过如图1和图9中总体上示出并在下面相对于图14至图16B详细描述的光纤端面清洁模块105清洁光纤连接器101-n的抛光的光纤端面。光纤连接器101-n端接内部光纤52，其中，此光纤源于多个卷起卷盘托盘106内存在的自动的弹簧加压的卷起卷盘。所述卷起卷盘保证了所有的内部光纤在连接器101与卷起卷盘之间的光纤互连体积中保持受微张力，从而使得它们对于端口55内连接器101的所有可能安排遵循基本上直线路径。直线路径高效地以数学的方式表示并且有利于如上文引用的专利中所描述的KBS算法进行布线。
参照图1B中的框图和图1C至图1D中的透视图，KBS算法用软件指令实现，所述软件指令存在于服务器109上并通过以太网交换机110并使用以太网协议TCP/IP并行地与每条光纤模块113-1......113-10、对接模块114、光学功率监测模块115、机器人模块112、和功率管理模块111通信。在进一步的示例中，每个模块由24VDC供电，所述VDC由功率管理模块111中的配电总线提供。机器人模块112与夹具传感器电路116通信从而检测在输送中的光纤连接器、以及用于对清洁卡盒必不可少的力传感器56(例如，薄膜电阻式传感器)的比较器电路的操作状态。光纤模块113各自与对任何具体卷起线轴41的转动进行响应的卷盘编码器传感器的经复用阵列通信，所述转动是内部光纤连接器的移动导致的内部光纤长度变化所引起的。
图1A、图1B、图1C进一步描绘了此系统的若干新颖操作零件之间的集成和合作关系的细节，这进一步扩展了多条光纤线路中的所选光纤线路的自动切换技术，如在上文引用的Telescent公司专利中所描述的。系统的输入包括被馈送至输出耦合器18的阵列中的每一个单独输出耦合器的一侧中的有序的列和行中分布的多条线62-输入(图1A和图1C)，并且与低损耗内部光纤连接器一起连接至输入耦合器42的相反阵列，并连接至位于系统200的相反侧的多条线62-输出。根据(上文所引用的)基础纽结和辫子(Knots and Braids)方法，单独的行是通过行移致动器的堆叠中的一个可分开地递增地横向地移位的。可变线52耦合至单独耦合器18的第二侧中并且这些线在主干40处汇聚成一维对准并且然后分布至有序级别的多个缓冲卷盘41的，如下面联系图11至图13更详细描述的。当内部光纤52位置及其相应的悬空长度变化时，这些卷盘41补偿路径长度变化，而不在光纤中引入曲度，所述光纤非常尖锐且是非绝热的以至于它们在弯曲处将引入光损耗。从缓冲卷盘41组件开始，通常将光纤图案重新配置成线性布置的输出耦合器或插座18阵列，然后可以按照期望对其进行重新传输或另外重新配置。
鉴于这种背景，在图1A中同样以一般形式示出(虽然下面更详细地示出和讨论了)的本发明的一些主要方面进一步确立了在形式和功能上的内部合作关系。例如，具有连接器组件102中的双侧耦合器的行和列的安排从相反侧提供线之间的信号互换。在内部可变一侧，结构包括具有预定长度、横截面配置和灵活性的单独线性固定元件。这些固定元件中的每一个还支持在其界限内并与其内端相邻的小型永久磁铁图案，如下面参照图2至图4详细描述的。结合这一点，系统中的每个可变光纤52在连接器组件102中终止，所述连接器组件具有近似匹配的长度以便耦合至它将要配对的任何单独固定元件63。当光纤52的套圈10的端部突出端被插入连接器行组件102的单独联合适配器18中时，单独可改变光学电路完成。连同下文中详细描述的涉及设计和操作关系之一或两者的若干特征，这个概念及其实现方式是唯一的。
在系统中提供了相互联系的功能，所述功能涉及接合和脱开致动操作并且涉及去向和来自耦合器的光纤互换。利用了线性接合的两种不同状态以及脱开的物理接近度的相关状态，如下面更详细描述的。在线性对准阶段与光纤的重定位独立地通过交织穿过列和行(如之前引用的专利里详细描述的)，使这些状态生效。
这些以及其他功能是通过来自轨迹控制系统117(图1B)的命令生效的，所述轨迹控制系统基于来自保持已更新数据的服务器109中的存储器系统的存储的互连数据从服务器109、以及已更新数据源接纳交叉连接配置信息。再次，为了完整地理解与夹具组件103的定位有密切关系的元件和关系，可以参照上文提及的专利。在从轨迹控制系统117给激活器103的命令下，这些移动基本上在正交的X和Y方向并且在Z方向也是递增的。针对这些功能，系统200部署了控制在Y轴上的移动的竖直多级磁头定位器，包括窄矩形中空上级30，在其内部，线性且更窄的下部区段35通过处于配合比的弹簧加压的滚轴滑动。响应于来自服务器109的命令信号，两者均从轨迹控制系统117接纳命令信号，并被Y轴驱动33-1(通常是无刷dc伺服电机或步进电机)所驱动。当命令信号被从激活X轴驱动33-2的轨迹控制系统117传递时，Y轴级30、35水平地移动。这种机构的大部分定位在光纤互换矩阵上方，同时(图5至图7)下面详细讨论的窄光纤互换头103在光纤52的竖直列j之间的并且在图3中由118-j指示的空间内可竖直地移动。在穿过矩阵的过程中，互换矩阵中的水平行102选择性地在第一水平方向或相反地递增地移动。当被激活的头103到达102中的目标位置时，可以沿着Z轴将其递增地移动以将目标光纤连接器101耦合或解耦合至目标耦合器18中所选目标耦合器。同样，沿着Z轴，可以在“分配”(图5)、“未分配”(图6)和“已拔掉”(图7)位置之间递增地移位目标连接器。图3中表示了连接器101，磁铁13和行磁铁14、15之间相应的磁铁相互作用。
II.可切换的、磁性锁定的、多级光纤连接器的二维阵列
本申请进一步披露了可递增地移位的竖直间隔的列102(图2至图4)中所安排的连接器设备101的多维阵列，所述行布置在如最佳在图3和图4中所见的总体上水平对准的列中的。如最佳在图2中所见的水平行包括多个间隔开的平行的基本元件，各自在一端固定至不同的联合适配器18，所述不同的联合适配器用于接纳不同且可变光纤线路52的端部套圈10。因而，所述阵列在某种程度上包括(如图1A、图3和图4的透视图中所见)多个水平间隔的固定元件39，所述水平间隔的固定元件相对于其宽度和横截面积具有所选灵活性和实质长度。它们各自在可以称为接纳器端处固定地附接至横向连接器行组件本体102，并因此提供用于接纳单独的光纤连接器101的平行的相互作用的元件。这些固定的元件39具有大于10:1的长宽比，并且具有基本上比宽度小的高度，因此它们具有在所选范围内的弹性、以及没有或低磁通率，因为出于特定偏转目的对其使用了磁力，如下面所描述的。
系统中的每条光纤52在狭长的连接器101中终止，所述连接器通向接合在联合适配器18中的套圈10。当被完全插入时，光纤端部10与耦合器的相反侧中预先存在的外部光纤端部处于物理和光学接触，所述耦合器由适配器18形成并与固定元件39平行相邻。如在图2的部分分解和片断透视图中所绘制的光纤套圈10的三个不同且相邻的插入位置中所见，连接器101的可拆卸部分从插入端处的套圈10延伸穿过有形状的略大一些的外壳11，所述外壳限定了套圈10在适配器18中的插入长度并提供了用于接合在夹具103的下侧中的匹配的插座内。可移除的部分进一步包括具有预定长度的狭长U形外壳80的中间区段，所述中间区段提供基本上环绕并保护光纤52的外壁。这个外壳构件80包围光纤的内部长度，所述光纤在一端耦合至套圈10并在另一端与系统中的单独不同光纤52合并。可移动连接器101还包括沿其长度定位在中间的夹具锁接纳元件12和离其终点套圈10有预定的实质间隔的具有高永久磁场强度的小型磁铁13，所述终点套圈提供下面详细描述的合作功能。
连接器101还提供总体上与系统并且具体与每个不同的相邻的狭长固定元件39的预定的光学、机械和磁性相互作用。因为(如图2中所见)每个这种固定元件39自与其中的可移动的光纤连接器101平行相邻的联合适配器18的下侧延伸，它沿其长度结合了若干合作特征。从自由端开始，固定元件包括一对二叉端区段，所述二叉端区段充当两个小型永久磁铁14的支持性基础、具有相同的所选极性、处于离联合适配器18端相似的距离。这些可以用术语表示为“未分配”磁铁以指定其操作功能，同时第三磁铁15以离磁铁对14处于预定小长度方向间隔的狭长本体为中心，并且可以用术语表示为“分配”磁铁。图3中所示的第三“已拔出”状态是展现了插入的磁铁13与固定元件中的磁铁14和15中任意一个之间的小磁性吸引力的状态。固定构件39还包括在其长度中间的较短、稍窄的对接区段16、以及可以用于定位的相邻反射器表面17。
图2和图3中描绘了连接器101的相对接合的三个不同位置。如在此所使用的，“分配”状态指光纤连接器101的套圈10完全接合在适配器18的配合套筒内的关系。术语“未分配”指光纤连接器部分地接合在配合套筒18内的状态。“分配”状态产生接近零的插入损耗，并且“未分配”状态借助光纤连接器之间的空气间隙产生约20dB或更多的损耗。“拔出”指光纤连接器被从配对套筒完全收回的状态，其中，夹具能够将连接器101从其相应的连接器端口55收回以便移动至不同的目的地55。
在优选的范例中，四个磁铁13、14、15在尺寸上约为6mm×6mm×3mm，并且其材料是钕42SH。这种磁铁等级提供了“分配”状态下至少500克力的高磁性吸引力，并且甚至当暴露至高温(150度C以上)时同样维持磁性。N-S磁化轴线通常与6mm边平行。理想地，所述磁铁是镀镍的，因此可以使用标准焊料回流工艺将其钎焊至印刷电路板连接器行的金属化焊盘。
III.具有在软件控制下独立地横向平移的光纤连接器的平行的行
本发明中的自动化交叉连接结构200的一部分因而包括可独立地平移的连接器行的堆叠安排，所述连接器行形成二维端口阵列。图3和图4中描绘了具有约12.5mm竖直间隔的八个竖直堆叠的连接器行102的具体示例。在这个具体示例中，每一行102包括各自横向地间隔约32mm的十二个平行连接器轨道。每个连接器轨道狭长且窄并且具有所选挠曲特性。每个连接器轨道的远端处的磁铁14、15的N-S极性和安排对于每个轨道和行是完全相同的。所以，当这些行如图4中所示处于水平(x)对准时，每一行上的磁铁14、15造成每个连接器轨道39的远端在x和y方向彼此排斥。这些排斥力被有效地定位成部分地磁性地使窄的半柔性连接器轨道102飘浮并减小具有延伸的构件39的相邻行干扰的可能性。
当不存在图2中详示的固定构件39的磁性飘浮时，由于接合在其中的光纤连接器101的张力向量，会另外发生延伸的连接器轨道的偏转。偏转的最小化对在独立行置乱过程中消除竖直相邻行与坐落在其中的光纤连接器的潜在堵塞有效。
进一步根据本发明，每一连接器行在相反端被轴承块43、49中所安装的三个微型回转轴承的集合支撑，所述轴承块在平行于连接器的表面的两条轴线(x，z)上提供引导，并将其支撑在较低行的上方。如图4中观察到的，每个轴承架在分别位于左端和右端架的注塑成型的塑料引导块45、46内的其自身的轨道内。中央支撑滚轴38进一步提供行中心处的机械参考点，从而排除沿着其机械行组件102的长度的潜在轻微弓弯。当夹具机械地锁定至连接器行的具体轨道39上时，这个参照表面提供了充足的支撑从而防止在夹具接合过程中连接器行的大幅度偏转。
优选地，连接器行102包括印刷电路板基板，所述印刷电路板基板出于高刚性目的具有2.4mm厚度、由常见电路板材料比如FR-4制成。这种材料平坦、坚硬、廉价，并且有利于将磁铁可靠放置和焊接至电路板上。添加电路的能力还使得能够实施对连接器的RFID追踪以及光学功率监测和检测。
每个连接器行102是由电机20-1可独立移位的，图4中仅可见其一些代表性示例并且在图1A中将其示为四个电机的单元。这个电机20-1通常是提供所述行在约37mm行进范围上的精确可编程线性平移的线性永久磁铁dc步进电机。轴承轨道组件43和44的低摩擦保证了仅需要最小力(<100克力)和低电流来致动每一行。
如在图3和图4的连接器行子组件102的透视图中所见，每一行中的窄狭长元件39被定位成限定元件39的相似竖直列或堆叠。这些元件彼此水平地分开标准距离，所述标准距离在本示例中约为37mm。为了清楚起见，在图3的上部视图中仅描绘了一条光纤连接组件101，并且将其示为耦合至通向系统中的外部缓存端口(未示出)的内部光纤52。从引用的之前发布的专利将理解的是，通过横向地移位与光纤输送的即时竖直位置呈定时关系的具有狭长固定元件的行，达到交织穿过光纤52的三维体积。光纤因而通过在没有缠绕的情况下被交织穿过现有的光纤图案而被重定位，直到它达到其目的地，在所述目的地处，它接合在其处的端部中，如早期发布的专利中所描述的。
本领域技术人员将理解当把细元件比如光纤导航穿过密集群体的其他光纤时潜在可能遭遇的问题。在这方面，关于改变元件位置以及维持稳定运行状态两者，在窄狭长元件上采取静态小型磁性元件来提供战略上的磁性吸引力和排斥力以目前披露的系统的形式提供了实质性好处。
IV.用于选择性地输送、安装和重定位密集矩阵中的光纤连接器的狭窄形态面夹具
图5、图6和图7展示了可电子致动的夹具设备103，所述夹具设备与典型的连接器行102可改变地互锁或对接从而在连接器101产生充足的局部致动力，以改变光纤连接器101在输出端口81的二维阵列中的位置，如最佳在图1至图4中的背景下一起所见的。夹具被示为处于轴向接合的三个基本状态，分别对应于光纤连接器101“被分配”(图5)(或操作性地接合)、“未被分配”(或部分地插入)(图6)、或从连接器“被拔出”或完全地脱开(图7)并且可以在别处自由移动(或插入)。夹具103下降至连接器行上，并且在使用反射型光学光斩波器传感器27-6光学地检测与连接器行102的具体单独轨道元件18的接合时停止。来自传感器的光被通常是金的反射性镀层17(图2)从连接器轨道的边缘反射，并指导轨迹控制系统117(图18)夹具被正确地对接至轨道元件18上。互锁是通过夹具引导件20与每个轨道元件18上存在的宽度减小的对接区段16(如最佳在图2中所见)的机械接合完成的。夹具子系统包括位于窄竖直平面中的两个紧密相邻的印刷电路板60和29，所述窄竖直平面向下延伸至任意所选行，夹具子系统还包括多个传感器和致动器。上部电路板60附接至伸缩机器人制动器的下端35(见图5)。相邻的下部滑动电路板29安装在线性轴承组件上，包括分别平行的水平的上轴和下轴26-1和26-2，从而使得夹具的未固定值所述紧密相邻的夹具板60的这部分可以在任一方向水平地在与光纤连接器101相同的窄柱状区内的紧密间隔的限制之间平移。传感器27-1、27-2、和27-3检测当距离d分别从d1、d2减小至d3时分别在分配、未分配和已拔出位置的重叠但下部电路板29的平移。下部滑动电路板29包括沿其长度间隔的机械元件70、80，所述机械元件可以保持(79)和锁定(80)至光纤连接器101的长度上。光纤传感器通常是反射性和/或透射型光斩波器。对控制系统117进行响应的螺线管23触发锁定元件外壳80内弹簧加压的机械锁24，其中，所述锁的状态由整合在电子电路板29上的(多个)反射性光斩波器传感器27-4和27-5检测。在具体示例中，夹具设备103的平移由电机32和由正时皮带轮28和正时皮带25组成的正时皮带驱动器(或高效率卷筒/线驱动系统)提供动力。
在进一步的示例中，为了基于其条形码识别光纤并提供机器视觉对准，夹具103可以进一步包括相机21和LED照明器22以捕捉连接器101的图像及其唯一的条形码标识符。可替代地，当光纤被夹具输送时，通过监测卷盘编码器传感器信号72，卷盘编码器电路51使得任何光纤能够被唯一地标识。
在具体示例中，夹具103提供约19mm的线性行进，足以按命令分配(图5，d1)、未分配(图6，d2)、或拔出(图7，d3)连接器101，其中，递增的距离d1、d2和d3与所描绘的接近。当被拔出时，连接器101可以被竖直地输送，而没有贯穿横向体积空间118-j的干扰，所述横向体积空间在矩阵中所有其他光纤之间且独立于矩阵中所有其他光纤从任何具体列j的顶部延伸至底部。当连接器组件101被传递至其在连接器行上的目的地轨道39时，其前向尖端10与连接器102的集合中所选固定连接器相邻但间隔开，如图7中所见。夹具组件103因而被保持在“已拔出”位置，如图7中所见在分配之前。在这种模式下，夹具组件103的下部平面电路板29与连接器102间隔开。当光纤连接器组件101的横向位置变化时，夹具引导件20保持固定。在图5的视图中看得见完整接合，其中，响应于为夹具致动器的电机32供给能量，下部的印刷电路板29被致动的夹具组件103移位至左侧。这是“分配”位置，与示出了“未分配”或部分接合的位置的图6、以及其中不存在连接器接合的图7相反。
V.伸缩机器人竖直制动器
夹具设备103安装在如图1A、图8A、图9、图10A、图10B和图10C中所展示的双轴机器人机构104的下端并被其输送。机器人设备104在竖直方向上是伸缩的，从而使得夹具设备103能够到达高度受限的安装内的大量价交叉连接。它包括矩形的外臂或级30以及内臂或级35，并且在水平方向可通过驱动皮带25或在固定端点之间延伸的线/绳移动。竖直伸缩和水平移动能力保证了臂可以到达具有连接器端口55的行的二维阵列内的所有连接器(图2)，而不给整体机器人交叉连接系统增加高于行业优选的2.15米高度标准的过分高度。
现有技术中的伸缩机器人臂不具有所需的刚性，也不具有在内部光纤连接器之间下降和操作所需的纵横比/微型化，所述内部光纤连接器具有附接有拉紧的光纤的内部连接器的必要定位准确度(～+/-3mm)。然而，在本系统中，具有细长中空矩形或部分矩形的横截面的竖直线性外级30接纳具有较小横截面的滑动内部构件35。如图10B中所见，机器人臂的内级35的顶端包括内部卡匣76，所述内部卡匣对滚柱轴承92、93进行弹簧加压，所述滚柱轴承与矩形或“C”状中空横截面外臂30的内侧壁接触。在优选的实施例中，外级30和内级35是不锈钢或普通钢；然而，铝、塑料、纤维玻璃和碳纤维都是合适的替代物。
夹具机构103被附接至机器人臂系统的内级35的下端，所述机器人臂系统在管状外级30内伸缩并在长度上可变地延伸，如图9和图10A中所见。携带用于夹具103内所嵌入的传感器和制动器的电线37沿内级35向上行进，然后经过外级30，离开外级30的顶部，绕上部滑轮31缠绕并且然后向下延伸至36处的固定附接点。如图8A和图9中所见，y轴电机33-1例如dc伺服电机或步进电机上下驱动管状外级30经过附接至级30的顶部和底部的正时皮带驱动机构。多导体带状电缆37刚性地附加值内级35的顶部并且其中点固定在电缆附接点36处。当外级30上下移动(图8D)时，因为电缆37在附接至外级并与其一起移动的滑轮上循环的动作，内级35移动外级距离的二倍。
伸缩臂展现相对低的横向顺应性或同等高的刚性。在具体示例中，对于垂直于伸缩方向(即，图1中定义的x和z方向)施加的约50gm的横向力和高长度效率(伸缩臂范围L2＝1.5米与臂缩回高度L1＝1m的比值，图9、图10A、图10B)，产生不到2mm的偏转。这个刚性对防止来自附接至连接器101的光纤52的拉力将伸缩臂拖拽或偏转离开真正的竖直对准。与现有技术伸缩臂(例如，抽屉滑轨、伸缩吊臂等)相反，横向顺应性独立于伸缩结构的延伸长度L2L2’(0至1.5米)。这是本发明的显著优点，因为借助夹具103可靠接合跨延伸的前部连接器阵列的任何连接器101还需要一些非零水平偏转和一致的偏转和顺应性特征从而使得能够通过机械捕捉方法进行自动无源对准。另一方面，还应所述维持伸缩臂末端处连接器阵列的所有位置处的低振动。
根据本发明，通过以下各项实现严格控制的顺应性特征：(1)提供滚柱轴承系统用于非常坚硬的外部第一级以及(2)提供滚柱轴承卡匣用于内部第级，其中，一组轴承位于内部第二级的较上部150mm，通过将内部卡匣轴承安装在挠曲部76-1、76-2上对所述内部第二级适当地预加压，从而使得以高角度一致性在管道30内引导卡匣。轴承系统在图10B和图10C中被部分地展示并且包括内部x轴支撑轴承92、和内部z轴支撑轴承93。为了对系统进行预加压，进一步存在位于挠曲部64的相反悬挂端的预加压的内部x支撑轴承92’和位于挠曲部76的相反悬挂端的预加压的内部z支撑轴承93’。
轴承挠曲部76-1、76-2是例如在像片弹簧等负载下偏转的半硬的不锈钢片金属结构，其中，径向滚珠轴承93附接在曲臂的两端。由偏转产生的机械应力通过设计小于材料的屈服应力，从而防止挠曲部永久地变形。这些曲臂76-1、76-2在级35的顶部附加至硬钢内部第二级，从而使得相反的轴承当在这个外部第一级30的内腔中上下浮动时被预加压并与外管接触。轴承组件的摩擦足够低，以至于内级仅仅由于重力而可控制地在外管内下降并被带状电缆37支撑。此电缆用于两个目的：它抵抗重力，防止臂下降并从夹具103向轨迹控制系统117传输信号。此电缆37被绕附接至外级35的顶部并附加值主机器人x轴卡匣61的滑轮31布线。
图8B是水平或x轴卡匣驱动系统的示意性俯视图，所述卡匣驱动系统由正时皮带25-1组成，所述正时皮带在一端具有耦合至具有齿轮箱的x轴伺服电机33-2的驱动轮28-2，并且在相反端具有空转轮28-1。x轴平台61附接至正时皮带25-1，所述正时皮带将平台从x轨道的一端平移至另一端。
图8C是y轴致动系统的示意性侧面视图，详示了正时皮带轮驱动系统。第一正时皮带25-2在相反端附加值外部y轴管30并且用来上下驱动管30。正时皮带25-2被一对空转滚轴28-7和28-4重新定向并绕正时皮带驱动轮28-6缠绕。驱动轮28-6和减速轮28-5刚性地附接至公共中央轴28-6。驱动电机33-1转动小驱动轮28-3。正时皮带25-3绕小直径轮28-3和间隔开的大直径轮28-5两者紧紧地缠绕。大与小轮直径的比例通常是5到10，以产生扭矩放大器。
如图8D中所描绘的，以正时皮带驱动外臂30将滑轮31提高或降低相应的距离X，因为滑轮31被安装至臂30。滑轮31可以自由旋转。固定长度的狭长带或线37在一端附接至y驱动平台的固定点36，并且相反端附接至内级35的最高部分。这种配置引起机器人臂内级35以2X(机器人臂外级30的距离的二倍)移动。图8D展示了处于各种伸缩延伸程度的臂的配置。线37绕移动的滑轮31缠绕。对于外臂30移动的具体距离X1，滑轮同样在同一方向移动相同的距离X1。由于电缆是固定长度的并悬挂内级35，当滑轮移动距离X1时，电缆的平移端移动距离2X1。结果，内级35移动距离2X1。
现在参照的图8E、图8F和图8G中所示的夹具的具体范例详述了用于对固定印刷电路板60上安装的所选光纤可靠地增量的驱动机构。夹具包括步进电机32，所述步进电机转动夹具驱动卷筒122，电缆25’以受控的松散度缠绕在所述夹具驱动卷筒上或在其上“运转(play)”。线25’在卷筒122上的缠绕拉动外部结构29，从而骑在平行的杆26-1、26-2上通过使得线25”的部分变紧(在此在图8F的左侧所见)向右(如图8F中箭头所示)，或通过使线25”的部分变紧(如在图8G的右侧所见)向左(图8G)。在线内提供所选松弛程度提供了对扭矩量以及从给定的步进电机可获得的相应的线性致动力的显著提高。在典型的操作条件下，电机82必须从具有最大阻力的初始位置驱动夹具，从而在运动开始时需要最大扭矩。如果线没有松弛部，电机在加速时将需要克服较大初始力。这是插入或拔出内部LC连接器101的力。本领域中已知的是，在初始启动加速度过程中，步进电机在高扭矩条件下失速。通过在卷筒122的每一侧提供一段松弛的线25’，当通过将多余的线缠绕在卷筒122上而收紧松弛部时电机初始仅经历最小负荷。结果，电机不经受大负荷，直到(1)它达到最小速度/不再处于加速度阶段并且(2)线在一侧或另一侧(例如，图8F、图8G)的拉紧区段25”中不再展现松弛之后。
步进电机牵入扭矩是当步进电机从静止启动时步进电机将失速的扭矩的度量。牵入曲线定义了被成为启动/停止区的区域。当伴随对参数比如速度、加速度和负荷扭矩的正确选择运转时，可以在施加负荷且没有同步性损失的情况下即时启动电机。电缆驱动器中松弛的线保证了这个负荷扭矩初始较低(图8H)。相反，步进电机牵出扭矩是在电机失速之前在给定速度下可以产生的扭矩。牵出扭矩通常比牵入扭矩高至少因数2。因此，当经历与插入/拔出内部连接器101相关联的最大负荷时，夹具步进电机按照牵出扭矩方案运转是有利的，从而保证给定z驱动系统的最大扭矩输出。
VI.松弛光纤卷起卷盘和转动感测
组件101中的光纤连接器作为来自低外形轮廓弹簧加压的卷盘41(图11B)的输出光纤52(图11A)终止，所述卷盘排列在平面低外形轮廓托盘47上，如图11A至图13A中所示。光纤托盘组件106(图11A和图11B)的这个示例包括十二条光纤，卷盘41致使所述十二条光纤单独且独立自拉紧的，在穿过线性排列的柔性引导件40的中央主干之后，光纤52被引导至所述卷盘。柔性引导件通常是低摩擦管材材料比如PTFE、FPA、FEP等。在此处所示的具体示例中，主干中存在的十二条光纤中的每一个的相反端起源于连接器，所述连接器被单独地插入联合适配器或配对套筒18的线性阵列中的不同单独联合适配器或配对套筒中。图11B中描绘了内部卷盘41与输出连接器阵列42之间光纤52的内部路径。
图12的片断透视图详示了光纤到单独卷盘的路径，包括：前部动态移动的光纤52，从卷盘光纤离开位置50离开并在连接器中终止从而形成动态输出连接器阵列81(图1A)，以及后部固定长度光纤54(图11B)，同样从卷盘位置51离开并最终在连接器中终止从而形成静态输入连接器阵列82。如图12中所见，光纤被布线穿过O环状眼孔49并绕滚轴48从而以低摩擦和低应力对动态移动的光纤重定向，因为它们在绕干涉卷盘41经过时经历约90度的角度变化。当光纤52被收回或缩回到卷盘中时，卷盘41转动，从而使得卷盘的内部光纤在其下侧上盘旋(如美国专利号8,068.715中所披露的)，从而分别地盘绕或展开。如图13A中所见，卷盘的外壁被分段和/或涂色成交替的反射/非反射性圆周段46，从而使得反射型光斩波器45结合电子复用和计数器电路51检测卷盘经历的圈数。这根据机器人控制过程中光纤连接器101的移动在操作过程中提供卷盘上存在正确长度的光纤52的验证。
图11至图13中还描绘了改进的多卷盘模块的不同新颖方面。图11A和图11B例如展示了用于提供单独可调节长度的光纤的十二个卷盘41的有利几何布局。因此，每条光纤托盘组件106从主干40向卷盘41分布单独的光纤，所述卷盘在托盘47上从前到后延伸的、间隔开的四卷盘集中线性地对准。而且，这些卷盘集各自被相邻地定位成使得所述相邻卷盘对各自相对于托盘47上从前到后的轴线限定锐角。因此存在成相反角度对的托盘47一侧的六个卷盘、以及相反侧的六个卷盘，其中，托盘47的开放的中央区域提供从主干40输入端到输入光纤的路径。
向不同卷盘41的光纤输入52馈送至中央区域并被定向为顺时针地绕左(如图11B中所见)侧的六卷盘的组中的单独卷盘，并且逆时针地绕右侧组中的六个卷盘中的每一个。由于每一对中的卷盘紧密相邻但间隔开，从中央主干40进来的光纤路径不同，取决于卷盘是成角度的对中最内侧的那个还是所述对中最外侧的那个。通过现在参照的图12中所示的光纤引导几何结构解决了问题，同时仍然保持紧凑性和控制。成角度的对中的内部(最接近中心)卷盘41接纳可变长度的光纤52，从而在重新配置的过程中根据需要拉紧或供应光纤。可变长度可重新配置的自动拉紧的光纤52被以大于最小可接受的弯曲半径的曲度(通常>5mm)可控制地引导。每一对中的卷盘紧密相邻但操作性地不同，任何模块的卷盘41的成角度的且间隔开的几何结构使得该结果成为可能。在光纤的相反端，后方固定长度的光纤54被馈送至单独耦合的后方联合适配器42(图11)。
图13A中所描绘的传感器安排和如图13B中所描绘的相关联的复用电路的示例提供了用于监测多个卷盘40的动态运转的有用的新颖手段。参照这些图可见的是，在与卷起卷盘41的外围相邻的薄壁中安装了小型反射型光传感器45。传感器45被定位在卷起卷盘的外部并生成信号，所述信号随着卷起卷盘41的然后相邻的圆周段而变化。如图12中所示，存在七个此类目的(小半径)段，均匀地绕每条光纤卷起卷盘41的外围分布。因而，当卷轴转动以供应或收紧光纤时，来自相关联的传感器45的响应信号被发送至卷盘编码器电路51。这些电路51(每个单独卷盘41一个)提供对卷盘的变化的转动位置进行响应的信号。为了读出任何具体传感器，内部监测系统内的电子多路复用器70、71必须被设定至其具体地址。如图13B中所示，来自不同传感器45的多个单独功率和接地线可以通过馈入分开的多路复用器电路70、71而被共享，从而选择性地激活具体卷盘并生成与其具体卷盘41相对应的信号72，以便由监测所述多个卷盘的运转的命令电路51处理。
VII.用于过程控制的具有整体感测的自动光纤端面干燥清洁卡盒
现在参照图14、图15、图16A和图16B，展示了有利清洁器设备105的部分剖面视图和透视图，详示了怎样通过以下各项达到力感测：在清洁织物58后方包括顺应垫57，进一步在所述顺应垫57内包括检测存在的套圈尖端压缩力F的力传感器56，所述压缩力的方向由图14和图15中的方框箭头指示。夹具103内的光纤连接器101被沿着y轴上升至光纤互连体积和最高的光纤模块113-10上方，从而使得连接器在清洁卡盒105的高度。清洁卡盒被刚性地安装至平移的x轴卡匣61的底部并当期在x上平移时与卡匣一起移动。通过将机器人移动至极右边来使清洁织物前进，从而抑制清洁卡盒前进杠杆75，所述清洁卡盒前进杠杆使清洁织物前进至织物的干净未使用部分。在具体示例中，力传感器56是柔性基板上的、具有包括两个线端子59的内部电极特征的基本上平面的元件，并产生与感测区内的平均局部力成比例的电阻变化。感测区通常在直径上是5至10mm并且传感器的厚度通常是0.25至0.5mm。传感器线59被接口连接至包括分压器的外部电子电路107，其中，目标力感测阈值是100gm-F并且分压器的参考电阻器值被选定以对于5V的电源电压产生约2.5V的电压。力传感器的典型电阻交叉值是100KΩ并且参考电阻器通常被选为1ΜΩ。电路107中的比较器将分压器上的模拟电压转换成数字信号。这个数字信号被输入至控制器108并被嵌入的控制软件监测，从而以规定的清洁织物压缩力终止夹具103和光纤101前进。机器人夹具103(图14)移动连接器101的光纤端面10，直到光纤端面与织物接触并压缩织物后方的顺应垫57。力传感器是对顺应垫57必不可少的并且感测其中的压缩。用于自动化清洁的期望力在25gm-F至250gm-F范围内。将力控制在范围内非常重要，因为过大的力会在织物和污损光纤中产生撕扯；不充分的力会引起不完整的清洁。
此外，根据本发明，所披露的清洁卡盒105提供了对清洁织物消耗的整体感测。参照图16A和图16B，所述清洁卡盒包括感测装置比如反射型光斩波器77，用于检测清洁织物58自其线轴的前进，从而将其信号馈送至电子电路107和108(图14)。清洁匣盒织物58被从供应线轴73警告清洁匣盒垫57和传感器56馈送至分配线轴74。清洁器前进杠杆75被致动以通过沿x轴的水平移动按照需要以增量的方式馈送织物58，从而在杠杆撞击最右侧行进极限附近的硬停止时抑制杠杆。如从图14和图15中的夹具配件103的关系的透视图明显的，当它与清洁卡盒105处于操作关系时，供应线轴73和分配线轴74横跨清洁匣盒垫57。这两个线轴之间的间隔因而有利于在操作位置接近任何选择的光纤套圈10，以便清洁和返回可变光纤的精确有序的排中的操作位置。同时，清洁材料的来源对于许多不同的清洁序列足够大，但当被充分地使用或当需要检查时被轻易地替换。
总之，在此披露了用于实现紧凑的、机器人重新配置地、软件定义的光纤插线面板的可靠运转的机构和设计。本领域技术人员将轻易地观察到，在保留本发明教导的同时，可以进行对设备的许多更改和改变。
VIII.附录—附图备注
Figure BDA0001370633210000221
Figure BDA0001370633210000231
Figure BDA0001370633210000241

Claims (18)

1.一种用于切换多条光纤中的任一条所选光纤的位置的系统，所述系统包括：
若干双侧光学耦合器，在耦合平面中被布置为平行的行并且在所述行中在第一方向上被间隔开预定间隙，所述行与所述第一方向正交地堆叠从而形成柱状间隙，并且所述光学耦合器的第一侧各自单独地耦合至不同的光纤线路；
多个窄狭长连接器轨道元件，每个连接器轨道元件被附接成与不同耦合器相邻并在所述不同耦合器下方并且在与所述不同的光纤线路相反的一侧上从所述耦合平面垂直地延伸所选距离；
多个可变光纤连接器组件，每个连接器组件在一个远端处耦合至单独的输出电路并且包括窄端部，所述窄端部被配置成接合至任何所选光学耦合器的第二侧中，并且每个连接器组件还包括其延伸部，所述延伸部在被安装时与固定在其处的所述连接器轨道元件的端部长度基本上共同延伸；
信号控制的光纤接合设备，配适在所述预定间隙内并且响应于命令信号来控制光纤接合以及将所接合光纤横向往复移位至所选耦合器中并移位出所述所选耦合器；
定位系统，对定向命令信号进行响应并且在所述柱状间隙内部和外部都可移动并被耦合以控制所述光纤接合设备相对于所述多个光纤连接器组件的现有位置图案的位置，所述定位系统包括电机驱动器的皮带驱动器以及单独的电机驱动器伸缩驱动器，所述电机驱动器的皮带驱动器被耦合以沿着所述第一方向移动所述光纤接合设备，所述单独的电机驱动器伸缩驱动器可平行于所述柱状间隙移动，所述伸缩驱动器包括至少两级并且具有耦合至所述光纤接合设备的下端，所述至少两级包括中空上级以及可在所述中空上级中滑动的下部区段，并且所述伸缩驱动器以所选比例从所述驱动电机移动这两级；以及
定位控制系统，提供控制所述光纤接合设备和所述定位系统的命令信号。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述窄狭长连接器轨道元件具有大于10比1的长宽比，并且所述耦合器之间的所述预定间隙至少是所述窄狭长连接器轨道元件的宽度的二倍大，并且其中，从所述可变光纤连接器组件延伸的所述延伸部具有与所述窄狭长连接器轨道元件可比较的总长度尺寸。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述窄狭长连接器轨道元件包括在其中的至少两个小型永久磁铁与其未附接端相邻的分布，并且所述连接器组件的所述延伸部包括被定位在其中的一个小型永久磁铁，以便当可变连接器组件被安装在其处时与相邻的窄狭长连接器轨道元件上的磁铁相互作用，所述磁铁的极性被选定为提供(i)在每相邻的连接器轨道元件和连接器组件对的末端之间的磁性吸引力，以及(ii)对于窄狭长连接器轨道元件的相邻对的磁排斥力。
4.如权利要求3所述的系统，其中，在所述窄狭长连接器轨道元件上存在至少三个此类磁铁，所述磁铁中的两个在所述窄狭长连接器轨道元件的端部段上被横向地间隔开，并且所述磁铁中的第三个纵向上更接近所述窄狭长连接器轨道元件的相反端从而限定纵向接合限制。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述伸缩驱动器包括沿着与耦合器行垂直且相邻的第一轴线的上部线性元件，即矩形中空上部外壳，所述上部外壳具有配适在行之间的间隔之内的窄尺寸，所述伸缩驱动器还包括在所述上部外壳内沿所述第一轴线可移动的下部线性元件，并且其中，所述伸缩驱动器进一步包括：皮带驱动器，延伸耦合至所述上部外壳并竖直地移动所述上部外壳；以及电缆驱动器和电缆，所述电缆驱动器包括所述伸缩驱动器的上端上的滑轮，所述电缆具有固定至可与所述定位系统一起移动的外部点的外部端、以及附加至所述伸缩驱动器的所述下部线性元件的电缆内部端。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述伸缩驱动器进一步包括内部弹性对准引导件，所述内部弹性对准引导件可滑动地接合所述中空外壳内的内部侧壁，所述中空外壳耦合至所述下部线性元件的上端并且在上端处耦合至所述电缆驱动器的下端。
7.如权利要求6所述的系统，进一步包括：信号通信装置，所述信号通信装置包括排列在易弯带中的多条平行线路，所述易弯带从所述伸缩驱动器的所述中空外壳外部的固定点并经过所述伸缩驱动器的内部延伸至所述光纤接合设备，并且其中，所述下部线性元件在所述上部线性元件内仅通过重力下降。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述光纤接合设备包括在所述设备的竖直平面中的一对平行且相邻的平面设备，所述一对平面设备中的第一个平面设备与所述一对平面设备中的第二个平面设备共平面并且被耦合且定向为从所述定位系统延伸至相邻窄狭长连接器轨道元件之间的空间中并在所述耦合平面内与所述耦合器相邻，所述第一平面设备还包括信号控制的驱动电机，所述驱动电机具有竖直驱动轴并且响应于控制信号，所述第二平面设备与所述第一平面设备共平面且相邻，并且包括自其延伸的夹具装置用于相对于其处的光学耦合器选择性地接合和插入或移除光纤，所述第二平面设备包括：水平轴装置，跨越并延伸穿过所述第一平面设备并且端部位于所述第二平面设备中；以及驱动耦合件，来自所述电机驱动轴，从所述驱动轴水平地延伸从而在其每一侧上耦合在所述第二平面设备中。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述驱动电机是步进电机，并且其中，所述驱动耦合件是驱动细丝，所述驱动细丝在其长度中部的区中绕所述电机驱动轴缠绕从而在每一侧上锚定点，其中，所述区中包括的所述细丝的长度充分长于紧紧缠绕的细丝从而允许初始旋转运动弧度以避免电机过载。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述连接器轨道元件具有大于10比1的长宽比。
11.一种配置为用于可控制地切换多个不同的不变光纤输入端中的不同单独不变光纤输入端与多个可变光纤输出端中的所选个体之间的互连的系统，其中，所述输入端被单独地分布到跨互连平面布置的行和列中间隔开的双侧耦合器的第一侧，所述耦合器的第二侧接纳可变光纤输出端以便在其第一侧处与输入信号进行信号互换，其中，可变输出线在接近所述互连平面的互换体积内被物理地分开，并且所述系统配置包括：
多个单独的线性且窄引导元件，每一个安装成接近所述双侧耦合器中不同的一个并且每一个平行延伸至所述互换体积中预定的有限距离；
多个单独的且窄的线路端部元件，每一个具有与所述单独的引导元件接近的长度并包括不同的光纤，所述不同的光纤具有用于在单独且不同的双侧耦合器的第二侧中接合接近其第一侧中的单独且所选光纤输出的端部；
转移机构，配适在竖直光纤列之间的水平空间内，用于接合与其耦合器的第二侧相邻的任何所选端部元件，所述转移机构包括具有比列之间的空间更小的水平宽度的二级竖直定位器，以及
命令系统，所述命令系统响应于用于将所述系统中的任何所选光纤端部的互连位置从在此耦合器位置处的第一固定光纤改变为在不同的耦合器位置处的第二固定光纤的重定位指令而控制所述转移机构。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述多个引导元件和端部元件各自包括窄的弹性金属长度，包括定位在离所述互连平面所选距离处的永久磁铁元件。
13.如权利要求11所述的系统，其中，所述转移机构包括竖直驱动系统，所述竖直驱动系统包括具有矩形形状的中空外上本体以及从所述上本体的下端向下延伸的内本体，并且在这两个本体的相邻端之间包括其中的弹性滑动耦合件用于响应于重定位命令以所选尺寸比改变所述外本体与所述内本体的竖直移动。
14.一种大容量光纤切换系统，用于选择性地将单独输入光纤互连至单独输出光纤，包括：
三维分布的具有所选灵活性和长度的成对线性元件，其中，布置在间隔开的水平行和竖直列中的每对中的第一元件限定了横向互换平面并且各自具有从所述横向互换平面在第一方向上垂直地延伸所选距离的较低长度，包括遍及所述行和列分布以将接纳到的不同信号导线相反地耦合在其中的单独耦合器，所述成对线性元件各自包括第二、可移动元件，所述第二、可移动元件包括所述切换系统中不同的所选光纤的端部并且可在这一对中的下部元件上方或与其平行的位置接合在任何所选耦合器中；
光纤接合/脱开输送设备，具有窄水平尺寸从而在所述分布的光纤中的任何两个相邻的列之间的水平间隔中可移动，并且包括轴向可移动的夹具用于选择性地接合所选光纤的第二可移动端部从而将其输送至不同位置；以及
二维定位系统，从所述输送设备上方耦合至所述输送设备在列之间的空间中的三维分布内的位置，达到所选行级，所述定位系统包括：耦合的信号控制的且正交相关的竖直和水平线性驱动器，所述线性驱动选择性地并相反地平行于所述列和行移动所述输送设备，所述竖直驱动器包括可移动地配适在相邻光纤列之间的空间内的上部中空线性本体、在所述上部中空本体内可滑动地移动的下部内线性本体；以及被耦合从而以所选比例移动这两个线性本体的电机驱动器的电缆驱动器。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述成对线性元件具有基本上比宽度更大的长度并且各自具有低导磁率，并且其中，所述元件具有所选纵向挠曲特性并且各自从接合区到所述耦合器并且在所述线性元件的界限内包括间隔开的永久磁铁元件，所述磁铁元件具有对准的位置和极性，所述对准的位置和极性被选定以提供取决于所述成对线性元件的物理并置的预定吸引力和排斥力。
16.如权利要求14所述的系统，其中，所述竖直线性驱动进一步包括内部低摩擦引导机构，所述内部低摩擦引导机构附加至所述下部线性本体的上端并与所述上部中空本体的内壁接触，并且所述电缆驱动器包括在所述二维定位系统外部的驱动电机。
17.如权利要求14所述的系统，其中，所述接合/脱开设备进一步包括输送本体，所述输送本体相对于被其接合的光纤的纵轴而言较窄，并且其中，所述输送本体包括信号致动的驱动器，所述信号致动的驱动器提供所述设备中的光纤的接合的两种不同状态和脱开的一种状态。
18.一种光纤切换系统，用于响应于命令信号而控制多个输入光纤中的单独输入光纤与多个输出光纤中的所选可变输出光纤之间的互连，所述光纤切换系统包括：
平面分布的双侧直通耦合器的堆叠的行，所述双侧直通耦合器在其第一侧接纳单独的固定输入光纤以用于与其第二侧的单独的可变输出光纤进行信号互连，所述行中的所述耦合器被分开预定的第一距离并且所述堆叠中的所述行被分开预定的第二距离；
具有低导磁率的多个狭长窄第一弹性构件，各自固定附接至一行紧邻的耦合器并且在不同的单独耦合器下方并从其延伸所选长度，从而提供超出预定的灵活性；
具有低导磁率的多个狭长窄的第二弹性构件，各自结合了可接合在所选直通耦合器的第二侧中的不同光学输出光纤的端部，所述第二弹性构件进一步包括具有低磁通率的狭长本体以及与所述第一弹性构件接近的长度；
小型磁性元件在所述第一和第二弹性构件中的每一个上在图案和极性方面的分布，从而对其限定所选位置关系；
光纤输送器，具有小于所述行中的耦合器之间的预定第一距离的横向尺寸并且包括可致动的夹具机构，所述可致动的夹具机构用于选择性地接合所选光纤的端部并将其横向地移动从而在任何所选直通耦合器中选择性地接合和脱开光纤；
信号控制的双轴定位系统，对命令信号响应并且可移动地安装在所述输出光纤的位于所述平面分布的第二侧的区中，所述定位系统包括二级竖直定位器，所述二级竖直定位器耦合至与所述堆叠行的平面分布间隔开的横向定位器并与其一起移动并且两者都对命令信号进行响应，所述竖直定位器包括具有预定高度的上部中空级以及在其下端耦合至所述光纤输送器的下部的部分内部的狭长级，这两级通过易弯的可移动元件互连从而以所选比例竖直地移动，以及
命令系统，用于为一条光纤输送器、所述竖直定位器、和所述横向定位器提供激活信号。
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