CN107553518A - 一种面向柔性电子转移变形操作的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明属于柔性薄膜加工制造相关设备领域，并公开了一种面向柔性电子转移变形操作的机械手，其包括作为基本框架的支撑柱体组件，以及驱动器组件、滑动组件以及气动组件等功能模块，其中驱动器组件安装固定在安装柱体内部，多套驱动器装置呈阵列排布，多根驱动杆各自输出直线往复运动，驱动杆尾端推动滑动组件运动，配合气动组件的真空腔室和变形膜完成柔性轻质物料的吸附、变形与贴放等操作，此外还可利用传感器实现较高的复位精度。通过本发明，能够以更高精度实现对柔软、轻质、非平面的物料实现拾取并转移贴放到自由曲面的功能，同时具备结构紧凑、便于操作、自由灵活等优点。

Description

一种面向柔性电子转移变形操作的机械手

技术领域

本发明属于柔性薄膜加工制造相关设备领域，更具体地，涉及一种面向柔性电子转移变形操作的机械手。

背景技术

目前多类工程应用中，存在着越来越多的面向柔性非平面的操作对象，诸如柔性电子薄膜、塑料膜等。由于其具备大面积、轻质、非平面、易变形等特点，在对其形状变化操作时，往往是拉伸、展平、绕卷或特定模具压制变形等形状变化；然而在复杂曲面变形方面，由于其柔软、非平面等特点，在实际操作工况中带来了较大的局限与困难。

现有技术中已经提出了一些面向柔性薄膜对象的变形、转移等操作的技术方案。例如，CN201611192607.X公开了一种基于拉伸共形原理的柔性膜曲面转移机械手，CN201611199055.5公开了一种适用于柔性电子曲面共形转移的多插针转印头；又如，CN201611164168.1公开了一种面向柔性薄膜转移的曲面变形机械手，其中提出利用机械手所形成转移曲面上的多点位移约束来模拟目标曲面的变形。

然而，进一步的研究表明，上述现有方案在实践应用过程中仍存在以下缺陷或不足：如它们需要通过特定的模具来执行变形操作，其技术改进主要集中在对譬如多插针转印头或吸附盘之类模具的形状构造设计上，同时在一定程度上存在结构复杂、操控不便、设备改造升级难度大等问题；此外，在变形操作过程中，行程运动执行及控制方面是非常重要的问题，目前仍有在精度和操作便利度上仍有待进一步的提高，以便更好地满足实际生产制造中的实施应用需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面向柔性电子转移变形操作的机械手，其中重点针对变形操作过程中的行程执行及控制功能模块进行了重新设计，并通过对其关键组件的具体组成结构和设置方式进行研究和改进，相应不仅能够高效率实现对柔软、轻质、非平面的物料的拾取并转移贴放到自由曲面的功能，而且与现有技术相比结构更为紧凑、自由灵活、便于操作，因而尤其适用于大规模实际生产制造的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种面向柔性电子转移变形操作的机械手，该机械手包括驱动器组件、滑动组件、气动组件，以及作为其他组件安装基础的支撑柱体组件，其特征在于：

所述支撑柱体组件包括安装柱体、从下到上依次安装于该安装柱体上部的传感器安装板、线盒体和盖板，以及从上到下依次安装于该安装柱体下部的驱动器安装板、楔形固定件、导向杆导向块、气室腔体和压板，并共同装配形成中空的机械手外形轮廓体；

所述驱动器组件包括驱动器和传感器，其中对于所述驱动器而言，其整体设置在所述安装柱体的内部，它的驱动杆用于沿着竖直方向输出直线往复运动，并且该驱动杆的顶端固定有导向锁块，所述导向锁块具备配合安装在所述安装柱体的滑槽内执行相对运动的导向面，以保证整个驱动杆输出运动的直线性；所述传感器设置在所述传感器安装板上，并且设定用于对所述驱动杆首端的上端面位置进行实时监测；

所述滑动组件包括球头杆、球头压帽以及中空结构的导向杆，其中该球头杆的杆身部分经由连接锁块与所述驱动杆的尾端竖直相连，它的球头则嵌入于所述导向杆的顶面与所述球头压帽的内锥面所啮合形成的空间内，由此共同构成球关节的构造形式，并且随着所述驱动杆的驱动一同带动所述导向杆执行上下滑动；该导向杆的尾端连接有吸嘴，并且所述吸嘴在机械手工作时处于吸附变形膜的状态，同时随着所述驱动杆、球头杆及导向杆的运动传递，推动此变形膜执行从平面到曲面的变形过程；

所述气动组件用于在机械手工作时对所述吸嘴形成负压，同时用于在由所述气室腔体、压板和变形膜共同组成的封闭气室内产生负压与正压的切换，由此执行对柔性电子的吸附及释放操作。

作为进一步优选地，上述驱动器组件、滑动组件的数量优选均为多套，它们配合安装并且呈轴线平行阵列式分布。

作为进一步优选地，上述球关节的构造形式优选可替换为以下：所述球头杆的球头与所述导向杆的顶面保持接触，并在两者之间配置回程弹簧。

作为进一步优选地，所述气动组件优选配备有两套彼此独立的气动控制系统，其中：

第一套气动控制系统用于在所述封闭气室内产生负压与正压的切换，并且它的负压产生模块沿着气体输送路径优选依次包括第一气源、第一气源处理器、第一电磁阀、第一节流阀、第一真空发生器、第二电磁阀以及气室负压管接头，它的正压产生模块沿着气体输送路径依次包括第二气源、第二气源处理器、第三电磁阀、第二节流阀以及气室正压管接头；

第二套气动控制系统用于在机械手工作时对所述吸嘴形成负压，并且它优选采用所述导向杆的中空通道来对所述吸嘴形成负压，它的负压产生模块沿着气体输送路径优选依次包括第三气源、第三气源处理器、第四电磁阀、第三节流阀、第二真空发生器以及吸嘴负压管接头。

作为进一步优选地，所述第二套气动控制系统通入吸嘴的负压气路优选设计为通过负压管接口与所述导向杆导向块的内部孔道和所述导向杆的气孔相连通，该导向杆导向块的内部孔道通过堵头进行密封。

作为进一步优选地，所述支撑柱体组件的各部件优选彼此之间设有气密封配合面。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，不仅根据柔性电子转移变形工序的实际需求对机械手的内部构造和布局形式重新进行了全新设计，而且重点针对变形操作过程中的行程执行及控制功能模块进行了研究和改进，相应不仅能够高效率实现对柔软、轻质、非平面的物料的拾取并转移贴放到自由曲面的功能，而且与现有技术相比结构更为紧凑、自由灵活、便于操作，因而尤其适用于大规模实际生产制造的应用场合。

附图说明

图1是按照本发明优选实施方式所构建的一种面向柔性电子转移变形操作的机械手的整体构造示意图，其中右侧是沿着A-A所获得的内部剖视图；

图2是更为具体地显示了按照本发明优选实施方式的具有多套驱动器组件和滑动组件的内部零件布置示意图；

图3是按照本发明一个优选实施例的第一套气动控制系统的原理构造图；

图4是按照本发明另一优选实施例的第二套气动控制系统的原理构造图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

10-支撑柱体组件，101-安装柱体，102-驱动器安装板，103-传感器安装板，104-线盒体，105-盖板，106-楔形固定件，107-导向杆导向块，108-气室腔体，109-压板；20-驱动器组件，201-驱动器，201a-驱动杆，202-导向锁块，203-传感器；30-滑动组件，301-导向杆，302-吸嘴，303-球头杆，304-球头压帽，305-连接锁块；40-气动组件，401-变形膜，402-堵头，403-吸嘴负压管接口

具体实施方式

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，对本发明进行进一步详细说明。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明优选实施方式所构建的一种面向柔性电子转移变形操作的机械手的整体构造示意图。如图1中所示，该机械手紧密结合柔性电子转移变形工序的实际需求，对机械手的内部构造和布局形式重新进行了全新设计，同时重点针对变形操作过程中的行程执行及控制等功能模块进行了研究和改进。其包括驱动器组件20、滑动组件30、气动组件40，以及作为其他组件安装基础的支撑柱体组件10，下面将对这些功能组件逐一进行具体解释说明。

如图1所示，支撑柱体组件10可包括安装柱体101、从下到上依次安装于该安装柱体101上部的传感器安装板103、线盒体104和盖板105，以及从上到下依次安装于该安装柱体101下部的驱动器安装板102、楔形固定件106、导向杆导向块107、气室腔体108和压板109，它们譬如可按照装配序列两两配对，并共同装配形成中空的机械手外形轮廓体同时为其他组件提供安装支撑。

作为本发明的关键改进之一，驱动器组件20包括驱动器201和传感器203，同时对其空间布局和工作方式专门做出了设计。具体而言，其中对于驱动器201而言，其整体设置在安装柱体101的内部，它的驱动杆201a用于沿着竖直方向输出直线往复运动，并且该驱动杆的顶端固定有导向锁块202，所述导向锁块202具备配合安装在安装柱体101的滑槽内执行相对运动的导向面，以保证整个驱动杆输出运动的直线性；此外，所述传感器203设置在传感器安装板103上，并且设定用于对所述驱动杆201a首端上端面位置进行实时监测，从而实现对所述驱动器201的运动位置进行实时监测，由此可确保对驱动器实现较高的复位精度，从而提高后续一系列动作传递的精度。

继续参看图1，作为本发明的另一关键改进，滑动组件30包括球头杆303、球头压帽304以及优选呈中空结构的导向杆301，其中该球头杆302的杆身部分可经由连接锁块305与所述驱动杆201a的尾端竖直相连，它的球头则优选嵌入于导向杆301的顶面与球头压帽304的内锥面所啮合形成的空间内，由此共同构成球关节的构造形式，并且随着驱动杆201a的驱动一同带动导向杆301执行上下滑动；以此方式，不仅可进一步消除驱动杆201a传递给导向杆301的非直线运动的偏差，而且实际测试表明，还能够有效避免直线运动方向上运动偏差的传递带来的导向杆301运动的摩擦、阻滞等不利影响。

此外，该导向杆301的尾端连接有吸嘴302，并且吸嘴302在机械手工作时处于吸附变形膜401的状态，同时随着所述驱动杆201a、球头杆303及导向杆301的运动传递，推动此变形膜401执行从平面到曲面的变形过程。更具体而言，机械手工作时，吸嘴302处于吸附变形膜401的状态，以此保证导向杆301滑动时能拉动变形膜401进行变形；驱动杆201a推动滑动组件30运动，进而推动气动组件40的变形膜401变形，完成变形膜401从平面到曲面的变形过程。

按照本发明的一个优选实施例，上述导向杆301、球头杆303、球头压帽304共同形成球关节的连接方案，也可以采用导向杆301加球头杆303加回程弹簧进行配置，同时保留导向杆301与球头杆303的球面与平面接触。

更具体的，参见图2，按照本发明的另一优选实施例，所述的驱动器组件20以及滑动组件30均优选设计为数套，譬如为9套，它们配合安装并且呈阵列分布。同时参见图1，其安装的支撑柱体组件10各部件相互间可设置配合面，由此进一步保证传感器203、驱动器201、滑动组件30等上下配合的位置精度。

继续参看图1，作为本发明的另一关键改进，适当的气动组件设计能够进一步提高整个柔性电子转移变形的操控精度。总体来说，所述气动组件40用于在机械手工作时对吸嘴302形成负压，同时用于在由所述气室腔体108、压板109和变形膜401共同组成的封闭气室内产生负压与正压的切换，由此执行对柔性电子的吸附及释放操作。

更具体地，按照本发明的一个优选实施例，所述气动组件优选可配备有彼此独立的两套气动控制系统，其中：第一套气动控制系统用于在所述封闭气室内产生负压与正压的切换，并且如图3所示，它的负压产生模块沿着气体输送路径优选依次包括第一气源、第一气源处理器、第一电磁阀、第一节流阀、第一真空发生器、第二电磁阀以及气室负压管接头，它的正压产生模块沿着气体输送路径依次包括第二气源、第二气源处理器、第三电磁阀、第二节流阀以及气室正压管接头。换而言之，参见图3，所述的第一套气动控制系统产生负压的气动装置方案为：气源→气源处理器→电磁阀→节流阀→真空发生器→气压表→电磁阀→管接头；产生正压的气动装置方案为：气源→气源处理器→电磁阀→节流阀→气压表→管接头。负压和正压由管接头汇入气室内。

如图4所示，第二套气动控制系统用于在机械手工作时对吸嘴302形成负压，并且它优选采用导向杆301的中空通道来对吸嘴302形成负压，它的负压产生模块沿着气体输送路径优选依次包括第三气源、第三气源处理器、第四电磁阀、第三节流阀、第二真空发生器以及吸嘴负压管接头。此外，该吸嘴负压气路优选设计为通过负压管接口与所述导向杆导向块107的内部孔道和所述导向杆的气孔相连通，该导向杆导向块107的内部孔道可通过堵头进行密封。

综上，本发明提供的一种面向柔性电子转移变形操作的机械手无论从整体构造设计、还是关键组件的结构组成及设置方式均面向柔软非平面的物料拾取转移变形操作进行了针对性设计。气动组件在气室内形成真空，吸附轻质柔软的物料，驱动组件输出直线运动，推动滑动组件进而戳动变形膜进行变形，完成物料的变形操作，而后气动组件在气室内气压由真空转变成正压，释放物料。通过本发明，不仅能够实现对柔软、轻质、非平面的物料实现拾取并转移贴放到自由曲面的功能，而且具备结构紧凑、便于操作、自由灵活等优点。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种面向柔性电子转移变形操作的机械手，该机械手包括驱动器组件(20)、滑动组件(30)、气动组件(40)，以及作为其他组件安装基础的支撑柱体组件(10)，其特征在于：

所述支撑柱体组件(10)包括安装柱体(101)、从下到上依次安装于该安装柱体(101)上部的传感器安装板(103)、线盒体(104)和盖板(105)，以及从上到下依次安装于该安装柱体(101)下部的驱动器安装板(102)、楔形固定件(106)、导向杆导向块(107)、气室腔体(108)和压板(109)，并共同装配形成中空的机械手外形轮廓体；

所述驱动器组件(20)包括驱动器(201)和传感器(203)，其中对于所述驱动器(201)而言，其整体设置在所述安装柱体(101)的内部，它的驱动杆(201a)用于沿着竖直方向输出直线往复运动，并且该驱动杆的顶端固定有导向锁块(202)，所述导向锁块(202)具备配合安装在所述安装柱体(101)的滑槽内执行相对运动的导向面，以保证整个驱动杆输出运动的直线性；所述传感器(203)设置在所述传感器安装板(103)上，并且设定用于对所述驱动杆(201a)首端的上端面位置进行实时监测；

所述滑动组件(30)包括球头杆(303)、球头压帽(304)以及中空结构的导向杆(301)，其中该球头杆(302)的杆身部分经由连接锁块(305)与所述驱动杆(201a)的尾端竖直相连，它的球头则嵌入于所述导向杆(301)的顶面与所述球头压帽(304)的内锥面所啮合形成的空间内，由此共同构成球关节的构造形式，并且随着所述驱动杆(201a)的驱动一同带动所述导向杆(301)执行上下滑动；该导向杆(301)的尾端连接有吸嘴(302)，并且所述吸嘴(302)在机械手工作时处于吸附变形膜(401)的状态，同时随着所述驱动杆(201a)、球头杆(303)及导向杆(301)的运动传递，推动此变形膜(401)执行从平面到曲面的变形过程；

所述气动组件(40)用于在机械手工作时对所述吸嘴(302)形成负压，同时用于在由所述气室腔体(108)、压板(109)和变形膜(401)共同组成的封闭气室内产生负压与正压的切换，由此执行对柔性电子的吸附及释放操作。

2.如权利要求1所述的一种面向柔性电子转移变形操作的机械手，其特征在于，上述驱动器组件(20)、滑动组件(30)的数量优选均为多套，它们配合安装并且呈轴线平行阵列式分布。

3.如权利要求1或2所述的一种面向柔性电子转移变形操作的机械手，其特征在于，上述球关节的构造形式优选可替换为以下：所述球头杆(303)的球头与所述导向杆(301)的顶面保持接触，并在两者之间配置回程弹簧。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种面向柔性电子转移变形操作的机械手，其特征在于，所述气动组件(40)优选配备有两套彼此独立的气动控制系统，其中：

第一套气动控制系统用于在所述封闭气室内产生负压与正压的切换，并且它的负压产生模块沿着气体输送路径优选依次包括第一气源、第一气源处理器、第一电磁阀、第一节流阀、第一真空发生器、第二电磁阀以及气室负压管接头，它的正压产生模块沿着气体输送路径依次包括第二气源、第二气源处理器、第三电磁阀、第二节流阀以及气室正压管接头；

第二套气动控制系统用于在机械手工作时对所述吸嘴(302)形成负压，并且它优选采用所述导向杆(301)的中空通道来对所述吸嘴(302)形成负压，它的负压产生模块沿着气体输送路径优选依次包括第三气源、第三气源处理器、第四电磁阀、第三节流阀、第二真空发生器以及吸嘴负压管接头。

5.如权利要求4所述的一种面向柔性电子转移变形操作的机械手，其特征在于，所述第二套气动控制系统通入吸嘴(302)的负压气路优选设计为通过吸嘴负压管接口(403)与所述导向杆导向块(107)的内部孔道和所述导向杆的气孔相连通，该导向杆导向块(107)的内部孔道通过堵头(402)进行密封。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一种面向柔性电子转移变形操作的机械手，其特征在于，所述支撑柱体组件(10)的各部件之间优选彼此设有气密封配合面。