一种用于柔性膜转移的多自由度机械手的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于柔性电子生产相关设备领域，更具体地，涉及一种用于柔性膜转移的多自由度机械手。
【背景技术】
[0002]随着工业自动化技术的提高和对生产效率的要求，工业生产中越来越多地采用工业机器人进行加工生产，而机械手作为最早出现的工业机器人已被广泛应用在工业生产制造、医疗、军事等领域。柔性膜是工业生产中一种较为常见的加工对象，在操作通常需要对其执行拾取、放置等转移操作，而且转移操作的精度直接影响到最终产品的加工质量。然而，对于很多柔性膜比如太阳能电池中的柔性衬底薄膜、RFID电子智能标签和柔性薄膜开关等而言，它们具备自重轻、易变形等特点，在转移过程中拾取和放置位置不准确的问题更为突出，易增加后期进行层合和贴片等工艺的困难，造成成品质量差、生产率低等问题；特别是，这些柔性膜上一般承载有芯片或者印刷电路，在柔性膜转移过程中，若不注意转移过程中柔性膜所受的接触力，则有可能发生接触力过大而导致柔性膜破损等严重问题。
[0003]现有技术中已经提出了一些采用机械手操纵柔性膜的设备。例如，CN200980104088公开了一种基板传送用机械手，其通过在机械手表面上设有供基板下表面外周部落座的第一落座面、以及基板向下方以凹陷状弯曲时供其下表面落座的第二落座面，由此实现对基板的托架和固定；然而，该机械手更适用于硬性的基板，且仅仅是通过固定的台阶式结构和斜面来防止基板产生过大的变形。此外，CN20121012316.7公开了一种片材真空拾放装置，并可实现XYZ三个方向上的位置调节以及Z轴方向上的角度调节；但该拾取装置同样无法根据拾取对象的尺寸大小来进行主动的适应性调整，而且在位置和姿态的调整自由度和控制精度等方面有待进一步的提尚。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于柔性膜转移的多自由度机械手，其中通过集合柔性膜自身的结构及其封装工艺特点，并对其关键组件如拾取单元、α转动模块、γ转动模块等的具体结构及其相互设置关系进行研宄和设计，并对配套使用的气路分配单元和视觉定位单元进行改进，相应能够以高精度、便于操控的方式实现对机械手高达六个自由度的姿态调整，特别是还可实现对拾取单元的吸附面积以及柔性膜转移过程中接触力的精确检测和控制，因而尤其适用于太阳能电池柔性衬底薄膜、RFID标签和柔性薄膜开关之类柔性电子元器件的转移场合。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于柔性膜转移的多自由度机械手，其特征在于，该多自由度机械手包括拾取单元、α转动模块、γ转动模块、XYZ三轴平移模块和气路分配单元，其中:
[0006]所述拾取单元通过α-β转动连接座悬挂安装在所述α转动模块的下方，并可实现β方向也即绕着Y轴转动的自由度；它包括拾取头腔体、右侧板、左侧板、β转动电机、丝杆同步带组件、调节隔板和真空气管接头，其中该拾取头腔体呈竖直放置的中空滚轮结构，并在其圆弧外表面上沿着轴向和周向方向加工有阵列化排列的真空吸附孔；该左、右侧板呈圆环结构分别配套安装在所述拾取头腔体的两侧，用于对拾取头腔体内部实现密封，并且它们的内壁上分别开设有多个沿着径向方向分布的T型槽以及多个沿着厚度方向贯穿的梯形螺纹孔；该β转动电机安装在所述拾取头腔体的内部中央，并通过联轴器为拾取头腔体提供在β方向上转动的驱动力；该丝杆同步带组件整体安装在所述拾取头腔体一侧，并包括沿着拾取头腔体侧壁周向分布的多个梯形丝杆、数量相等的同步带轮及配套的同步带，其中同步带轮分别安装在对应的梯形丝杆上，同步带轮将所有的同步带轮连接起来，并且各个梯形丝杆的两端分别通过所述梯形螺纹孔安装在所述左、右侧板上，以此方式，通过转动梯形丝杆，可使得左、右侧板沿着拾取头腔体执行相对移动，进而在轴向方向上对拾取头腔体外表面的工作段吸附面积进行调节；该调节隔板呈T型横截面的板状结构，并分别通过所述左、右侧板上沿着径向方向分布的所述T型槽安装在拾取头腔体的内部，由此通过对这些调节隔板的布置，进而在周向方向上对拾取头腔体外表面的工作段吸附面积进行调节；该真空气管接头与设置在所述拾取头腔体侧面的真空气路相连，并用于实现拾取头腔体内部与所述气路分配单元之间的连通；
[0007]所述α转动模块通过α _γ转动连接座安装在所述Y转动模块的下方，并用于实现所述拾取单元在α方向也即绕着X轴转动的自由度；
[0008]所述γ转动模块通过γ转动安装座继续安装在所述XYZ三轴平移模块的一端，并用于实现所述α转动模块及悬挂其上的所述拾取单元在Y方向也即绕着Z轴转动的自由度；
[0009]所述XYZ三轴平移模块由X轴平移模块、Y轴平移模块和Z轴平移模块共同组装而成，并用于实现所述γ转动模块、α转动模块以及拾取单元在XYZ三轴方向上的平移自由度；
[0010]所述气路分配单元安装在所述α转动模块上，并用于实现对所述拾取头腔体内部的真空气路的开关控制。
[0011]作为进一步优选地，上述多自由度机械手还包括视觉定位单元，该视觉定位单元包括CCD传感器、激光位移传感器和传感器支架，其中传感器支架呈向下伸出的杆状结构且与所述γ转动安装座固定联接，它的一侧安装所述CCD传感器，并通过检测柔性膜的边沿或者柔性膜上的图案特征来确定柔性膜在XY轴方向上的位置和绕Z轴的转动角度；它的另外一侧则安装所述激光位移传感器，并通过激光测距来确定柔性膜相对于所述拾取头腔体在Z轴方向上的位置。
[0012]作为进一步优选地，所述拾取单元还包括压力传感器和重力传感器组，其中该压力传感器通过伸出轴安装在所述联轴器上，并用于对柔性膜拾取过程中的接触力大小进行检测；该重力传感器组由垂直交叉的两套重力传感器共同组成，它们安装在所述拾取头腔体的侧面，并用于对拾取头腔体绕着X轴和Y轴转动的角度进行检测。
[0013]作为进一步优选地，对于所述α转动模块而言，其优选包括α转动电机、键和α转动支撑座，其中α转动电机安装在所述α-γ转动连接座的下端，用于提供所述拾取单元在α方向转动的驱动力；α转动支撑座分布在所述α转动电机的水平两侧，并通过所述键实现与所述α转动电机的联接。
[0014]作为进一步优选地，对于所述γ转动模块而言，其优选包括γ转动电机，该γ转动电机直接安装在所述γ转动安装座上，用于提供所述α转动模块以及拾取单元在γ方向转动的驱动力。
[0015]作为进一步优选地，对于所述气路分配单元而言，其优选包括集装式电磁阀和空气用压力传感器，其中该集装式电磁阀由多个电磁阀共同组成，用于对所述拾取头腔体内部各个真空气路的开关对应进行控制；该空气用压力传感器的数量与所述电磁阀相同，并用于对所述拾取头腔体内部各个真空气路的真空度大小对应进行检测。
[0016]作为进一步优选地，所述柔性膜优选为太阳能电池柔性衬底薄膜、RFID标签或者柔性薄膜开关。
[0017]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，主要具备以下的技术优点:
[0018]1、通过对按照本发明的机械手的整体构造及其空间上的布置进行设计，能够以结构紧凑、便于操控的方式实现实现机械手XYZ三个方向的平动自由度以及α β γ三个方向上的转动自由度，相应获得更大范围的拾取头腔体空间姿态调整，进而获得更为准确的柔性膜拾取和定位操作；
[0019]2、通过对作为关键组件的拾取单元采取腔体、左右侧板、调节隔板以及丝杆同步带组件相互配合组装，不仅可利用丝杆同步带组件均匀调节两个侧板之间的间距，进而在轴向方向上改变拾取头腔体工作外表面区域的吸附面积，而且还可通过同样安装在侧板上的调节隔板，在周向方向上也对拾取头腔体工作外表面的吸附面积进行调节；由此整个拾取单元能够在两个方向上相互配合进行面积调整，由此更为准确地适应不同尺寸的柔性膜，并显著改善拾取操作的精度；
[0020]3、通过为拾取单元配备压力传感器和重力传感器组，能够实时反馈并防止接触力过大而导致的柔性膜破损等现象，而且能够进一步微调拾取单元绕X、Y轴转动的角度，有助于更为精度地确定拾取头腔体的空间姿态和吸附工作段的位置；此外，通过对上述传感器部件的设置方式进行改进，能够确保不对柔性膜转移产生不利影响，同时便于保持系统的紧凑性和操作便利度；
[0021]4、通过增设CCD传感器和激光位移传感器，能够准确确定柔性膜XYZ三个方向的位置；在此基础上通过后续的姿态调节，相应可进一步提高拾取装置的工作段与柔性膜之间的准确对齐吸附；
[0022]5、通过对气路分配装置的内部构造及其与拾取头腔体内部各个真空气路之间的连接方式进行改进，能够更为灵活、方便地对拾取头腔体内部的真空状态进行控制，并确保提供符合要求的高灵敏真空度。
【附图说明】
[0023]图1是按照本发明优选实施例所构建的多自由度机械手的主体结构示意图；
[0024]图2a和图2b分别是从右侧和左侧对图1中所示拾取单元进行观察所获得的结构示意图；
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