本發(fā)明屬于柔性薄膜轉(zhuǎn)移及貼合工藝相關(guān)設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于拉伸共形原理的柔性膜曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手。

背景技術(shù)：

柔性曲面電子具有大面積、可變形、輕質(zhì)和非平面等特點，具有平面硅基微電子/傳感器無可比擬的優(yōu)勢，因而在航空航天、信息通信和健康醫(yī)療等領(lǐng)域已顯示出巨大發(fā)展空間和應(yīng)用前景。然而，在將譬如飛行器智能蒙皮之類的柔性曲面電子進(jìn)行轉(zhuǎn)移時，往往需要將在平面基底上已預(yù)先處理的電子薄膜吸附后轉(zhuǎn)移貼附到目標(biāo)曲面上，該工序直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性，因而屬于關(guān)鍵的制造環(huán)節(jié)之一。

目前的現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)提出了一些用于面向芯片之類對象的拾取或貼放轉(zhuǎn)移的方案，例如CN201420671749.4、CN200910272685.4等早期專利，然而進(jìn)一步的研究表明，現(xiàn)有的各類技術(shù)中并沒有披露當(dāng)貼放對象為曲面時應(yīng)對如何進(jìn)行針對性處置的解決方案，同時也未能結(jié)合柔性曲面電子制造為智能蒙皮這類電子系統(tǒng)制造(大面積、可變形、非平面、異質(zhì)多層)提供理想的解決方案。相應(yīng)地，本領(lǐng)域亟需提出更為妥善的解決方式，以滿足目前日益提高的工藝要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于拉伸共形原理的柔性膜曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手，其中通過對該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手的整體構(gòu)造組成及布局進(jìn)行重新設(shè)計，并對其關(guān)鍵部件如共形柔性曲面吸附盤、X向伸縮機(jī)構(gòu)、Y向張合機(jī)構(gòu)等的具體結(jié)構(gòu)及其安裝設(shè)置方式作出進(jìn)一步的改進(jìn)，相應(yīng)能夠高效率、高精度解決柔性薄膜不易貼合目標(biāo)曲面上的技術(shù)問題，而且可有效實現(xiàn)目標(biāo)薄膜在平面與曲面之間的主動變形，以及變形后和目標(biāo)曲面的共形貼附，因而尤其適用于飛行器智能蒙皮之類的柔性曲面電子的大批量工業(yè)化制造用途。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種基于拉伸共形原理的柔性膜曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手，該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手包括基座、X向伸縮機(jī)構(gòu)、Y向張合機(jī)構(gòu)以及共形曲面吸附盤，其特征在于：

所述X向伸縮機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)以及由曲柄、第一連桿、滑塊和直線導(dǎo)軌共同組成的曲柄滑塊單元，其中該伺服電機(jī)設(shè)置在所述基座的上部，并用于驅(qū)動與其相聯(lián)接的所述曲柄；所述直線導(dǎo)軌設(shè)置在所述基座的下部，并用于引導(dǎo)所述滑塊沿著X軸方向的往返直線運(yùn)動；所述滑塊左右對稱地布置安裝在該直線導(dǎo)軌之上，并各自通過所述第一連桿與所述曲柄相鉸接，由此在所述伺服電機(jī)的驅(qū)動下沿著X軸方向執(zhí)行相對直線運(yùn)動，進(jìn)而帶動整體設(shè)置于此滑塊上的Y向張合機(jī)構(gòu)、共形曲面吸附盤實現(xiàn)X軸方向的伸縮運(yùn)動；

所述Y向張合機(jī)構(gòu)保持對稱地設(shè)置于各個所述滑塊上，且隨其一同執(zhí)行沿著X軸方向的相對直線運(yùn)動；此外，該Y向張合機(jī)構(gòu)包括安裝板、電動推桿、第二連桿和連接塊，其中該安裝板固定在各滑塊的下側(cè)，并沿著Y軸方向延伸；該電動推桿固定安裝在各安裝板的側(cè)部且同樣沿著Y軸方向延伸，并在所述曲柄滑塊單元的帶動下對所述第二連桿執(zhí)行直線驅(qū)動；該第二連桿分別聯(lián)接在所述電動推桿的下端，并用于推動各自鉸接在所述安裝板下端的所述連接塊執(zhí)行轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動整體設(shè)置于此連接塊上的所述共形曲面吸附盤實現(xiàn)Y軸方向的橫向張合；

所述共形曲面吸附盤包括處于中間部位的工作曲面和處于兩側(cè)部位的夾持平面，并用于在執(zhí)行X軸方向的伸縮運(yùn)動以及Y軸方向的橫向張合過程中相應(yīng)發(fā)生變形，由此吸附目標(biāo)薄膜并使其隨著該共形曲面吸附面的變形而發(fā)生形狀變化，進(jìn)而實現(xiàn)此目標(biāo)薄膜與目標(biāo)曲面之間的共形貼合。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述共形曲面吸附盤經(jīng)由吸盤夾持裝置整體水平設(shè)置于所述連接塊之下，該吸盤夾持裝置包括真空吸盤組件和固定座，并且所述真空吸盤組件通過所述固定座與所述連接塊相聯(lián)接。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述共形曲面吸附盤的工作曲面被設(shè)定為與所述目標(biāo)曲面共形，并且具備可彎曲和可拉伸的特性。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述共形柔性曲面吸附盤的制造工藝優(yōu)選如下：首先針對目標(biāo)曲面執(zhí)行形狀的掃描，并根據(jù)掃描得到的模型采用彈性材料制造出每一塊所需的共形曲面，然后將其組合制成所需的吸附盤。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述共形柔性曲面吸附盤可根據(jù)不同目標(biāo)曲面的形狀進(jìn)行替換。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，上述柔性膜曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手用于轉(zhuǎn)移柔性薄膜的流程如下：①初始狀態(tài)下，所述X向伸縮機(jī)構(gòu)、Y向張合機(jī)構(gòu)處于收縮狀態(tài)，所述共形柔性曲面吸附盤處于彎曲狀態(tài)；②該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手移動至目標(biāo)薄膜上方，所述X向伸縮機(jī)構(gòu)、Y向張合機(jī)構(gòu)各自沿著X軸方向、Y軸方向展開，導(dǎo)致所述共形柔性曲面吸附盤被拉伸至平面狀態(tài)；③該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手下降，與下方基板的目標(biāo)薄膜接觸，并吸附住該目標(biāo)薄膜；④該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手上升離開基板，所述X向伸縮機(jī)構(gòu)、Y向張合機(jī)構(gòu)分別沿著X軸方向、Y軸方向收縮，導(dǎo)致所述共形柔性曲面吸附盤及目標(biāo)薄膜恢復(fù)成彎曲狀態(tài)；⑤該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手移動到目標(biāo)曲面處下降，直至所述共形柔性曲面吸附盤上的目標(biāo)薄膜與目標(biāo)曲面共形貼合，此時目標(biāo)薄膜與目標(biāo)曲面因黏性完成貼合；⑥該共形轉(zhuǎn)移機(jī)械手上升并離開目標(biāo)曲面，恢復(fù)初始狀態(tài)。

總體而言，按照本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點：

1、通過對該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手的整體構(gòu)造組成及布局進(jìn)行重新設(shè)計，可充分藉由拉伸共形的原理來執(zhí)行柔性膜至曲面的整體操作過程，而且共形柔性曲面吸附盤可在平面狀態(tài)下將平面的目標(biāo)薄膜吸附后恢復(fù)到彎曲狀態(tài)，轉(zhuǎn)移至目標(biāo)曲面處實現(xiàn)共形貼合，使得目標(biāo)薄膜與目標(biāo)曲面相貼合時，兩者曲面形狀相同，可實現(xiàn)其充分貼合，相應(yīng)在現(xiàn)在提高貼合精度的同時，還有助于杜絕氣泡產(chǎn)生；

2、本發(fā)明還對一些關(guān)鍵部件尤其如X向伸縮機(jī)構(gòu)、Y向張合機(jī)構(gòu)、共形柔性曲面吸附盤等在具體結(jié)構(gòu)和安裝設(shè)置方式做出改進(jìn)，相應(yīng)能夠在方便地執(zhí)行柔性薄膜至目標(biāo)曲面的整體轉(zhuǎn)移過程的同時，還能可有效實現(xiàn)目標(biāo)薄膜在平面與曲面之間的主動變形，以及變形后和目標(biāo)曲面的共形貼附；

3、按照本發(fā)明的曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性強(qiáng)且精度高，并具備便于操控、不損害薄膜和可靠性強(qiáng)等特點，因而尤其適用于各類柔性膜至目標(biāo)曲面的轉(zhuǎn)移及控制應(yīng)用場合。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明優(yōu)選實施方式所構(gòu)建的基于拉伸共形原理的柔性膜曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手的整體三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示用于示范性顯示該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手的共形柔性曲面吸附盤的操作及變形示意圖；

圖3是用于更為具體地解釋說明按照本發(fā)明的曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手用于轉(zhuǎn)移柔性薄膜的工藝作流程圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

10-基座；20-共形柔性曲面吸附盤，21-工作曲面，22-夾持平面；30-X向伸縮機(jī)構(gòu)，31-伺服電機(jī)，32-曲柄，33-第一連桿，34-滑塊，35-直線導(dǎo)軌；40-Y向張合機(jī)構(gòu)，41-電動推桿，42-安裝板，43-第二連桿，44-連接塊；50-吸盤夾持裝置，51-真空吸盤組件，52-固定座；60-目標(biāo)薄膜；70-目標(biāo)曲面。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1是按照本發(fā)明優(yōu)選實施方式所構(gòu)建的基于拉伸共形原理的柔性膜曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手的整體三維結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1中所示，該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手主要包括基座10、X向伸縮機(jī)構(gòu)30、Y向張合機(jī)構(gòu)40以及共形曲面吸附盤20等組件部件，下面將對其逐一進(jìn)行具體解釋說明。

X向伸縮機(jī)構(gòu)30主要包括伺服電機(jī)31以及由曲柄32、第一連桿33、滑塊34和直線導(dǎo)軌35共同組成的曲柄滑塊單元，其中該伺服電機(jī)31譬如設(shè)置在基座10的上部，并用于驅(qū)動與其相聯(lián)接的曲柄32；直線導(dǎo)軌35譬如設(shè)置在基座10的下部，并用于引導(dǎo)所述滑塊34沿著圖中所示的X軸方向的往返直線運(yùn)動；滑塊34可左右對稱地布置安裝在該直線導(dǎo)軌35之上，并各自通過第一連桿33與所述曲柄32相鉸接，由此在所述伺服電機(jī)31的驅(qū)動下沿著X軸方向執(zhí)行相對直線運(yùn)動，進(jìn)而帶動整體設(shè)置于此滑塊上的Y向張合機(jī)構(gòu)40、共形曲面吸附盤20實現(xiàn)X軸方向的伸縮運(yùn)動。換而言之，當(dāng)需要執(zhí)行X軸方向也即縱向的伸縮時，伺服電機(jī)31驅(qū)動曲柄32作轉(zhuǎn)動，曲柄32轉(zhuǎn)動并通過第一連桿33帶動安裝在基座10上對稱布置的滑塊34在直線導(dǎo)軌35上做直線運(yùn)動，實現(xiàn)共形柔性曲面吸附盤20的縱向伸縮。

Y向張合機(jī)構(gòu)40保持對稱地設(shè)置于各個所述滑塊34上，且隨其一同執(zhí)行沿著X軸方向的相對直線運(yùn)動；此外，該Y向張合機(jī)構(gòu)包括安裝板42、電動推桿41、第二連桿43和連接塊44，其中該安裝板42固定在各滑塊34的下側(cè)，并沿著Y軸方向延伸；該電動推桿41固定安裝在各安裝板42的側(cè)部且同樣沿著Y軸方向延伸，并在所述曲柄滑塊單元的帶動下對所述第二連桿43執(zhí)行直線驅(qū)動；該第二連桿43分別聯(lián)接在所述電動推桿的下端，并用于推動各自鉸接在所述安裝板42下端的所述連接塊44執(zhí)行轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動整體設(shè)置于此連接塊上的所述共形曲面吸附盤20實現(xiàn)Y軸方向的橫向張合。換而言之，當(dāng)需要執(zhí)行Y軸方向也即橫向的張合時，電動推桿41驅(qū)動第二連桿43作移動，第二連桿43作移動并帶動連接塊44作轉(zhuǎn)動，由此實現(xiàn)共形柔性曲面吸附盤20的橫向張合。

可在Y向張合機(jī)構(gòu)40的連接塊44下方設(shè)置一個吸盤夾持裝置50。該吸盤夾持裝置50包含真空吸盤組件51和固定座52。真空吸盤組件51通過固定座52與連接塊44相連接，由此將處于下側(cè)的共形曲面吸附盤整體設(shè)置于其上且隨同執(zhí)行運(yùn)動。

共形曲面吸附盤20優(yōu)選可包括處于中間部位的工作曲面21和處于兩側(cè)部位的夾持平面22，并用于在執(zhí)行X軸方向的伸縮運(yùn)動以及Y軸方向的橫向張合過程中相應(yīng)發(fā)生變形，由此吸附目標(biāo)薄膜60并使其隨著該共形曲面吸附面的變形而發(fā)生形狀變化，進(jìn)而實現(xiàn)此目標(biāo)薄膜與目標(biāo)曲面70之間的共形貼合。

下面將參照圖3來進(jìn)一步示范性解釋說明按照本發(fā)明的柔性膜曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手的工作流程。

在工作時，X向伸縮機(jī)構(gòu)30位于第一起始位置，且Y向張合機(jī)構(gòu)40位于第二起始位置，使得共形柔性曲面吸附盤20呈彎曲狀態(tài)，準(zhǔn)備開始工作。然后通過伺服電機(jī)31的帶動，X向伸縮機(jī)構(gòu)3的滑塊34在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的帶動下沿直線導(dǎo)軌35自第一起始位置位移至第一工作位置。當(dāng)Y向伸縮機(jī)構(gòu)30位于第一工作位置時，共形柔性曲面吸附盤20發(fā)生縱向展開。同時通過電動推桿41的帶動，Y向張合機(jī)構(gòu)40的連接塊44在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的帶動下轉(zhuǎn)動，自第二起始位置移至第二工作位置，共形柔性曲面吸附盤20發(fā)生橫向展開。也就是說，當(dāng)X向伸縮機(jī)構(gòu)30位于第一工作位置，Y向張合機(jī)構(gòu)40位于第二工作位置時，共形柔性曲面吸附盤20的工作平面21由彎曲狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鏍顟B(tài)，準(zhǔn)備拾取目標(biāo)薄膜60。此時X向伸縮機(jī)構(gòu)30保持與第一工作位置，且Y向張合機(jī)構(gòu)40保持于第二工作位置時，曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手下降，直至平面狀態(tài)下工作平面21與盛放目標(biāo)薄膜60的平面基板的共形貼合，實現(xiàn)對目標(biāo)薄膜60的拾取。目標(biāo)薄膜60拾取后，曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手上升，目標(biāo)薄膜60隨共形柔性曲面吸附盤20轉(zhuǎn)移至目標(biāo)曲面70上方。之后X向伸縮機(jī)構(gòu)30通過伺服電機(jī)31的驅(qū)動，滑塊34在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的帶動下沿直線導(dǎo)軌35自第一工作位置位移至第一起始位置，共形柔性曲面吸附盤20發(fā)生縱向收縮；同時通過電動推桿41的帶動，Y向張合機(jī)構(gòu)40的連接塊44在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的帶動下轉(zhuǎn)動，自第二工作位置移至第二起始位置，共形柔性曲面吸附盤20發(fā)生橫向收縮。也就是說，當(dāng)X向伸縮機(jī)構(gòu)30重新位于第一起始位置，Y向張合機(jī)構(gòu)40重新位于第二起始位置時，共形柔性曲面吸附盤20的工作平面21由平面狀態(tài)恢復(fù)為彎曲狀態(tài)，其上拾取的目標(biāo)薄膜60同時也變?yōu)楹湍繕?biāo)曲面70相同形狀，準(zhǔn)備實現(xiàn)目標(biāo)薄膜60與目標(biāo)曲面07的共形貼合。X向伸縮機(jī)構(gòu)30保持與第一起始位置，且Y向張合機(jī)構(gòu)40保持于第二起始位置時，曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手下降，直至彎曲狀態(tài)下工作平面21及拾取的目標(biāo)薄膜60與目標(biāo)曲面70相接觸，通過黏性作用實現(xiàn)目標(biāo)薄膜60與目標(biāo)曲面70的共形貼合。

上述過程的主要步驟可概括如下：①初始狀態(tài)下，該X向伸縮機(jī)構(gòu)30和Y向張合機(jī)構(gòu)40處于收縮狀態(tài)，該共形柔性曲面吸附盤20處于彎曲狀態(tài)；②該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手移動至目標(biāo)薄膜60上方，該X向伸縮機(jī)構(gòu)30和Y向張合機(jī)構(gòu)40展開，該共形柔性曲面吸附盤20拉伸至平面狀態(tài)；③該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手下降，與下方基板的目標(biāo)薄膜60接觸，吸附目標(biāo)薄膜60；④該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手上升離開基板，該X向伸縮機(jī)構(gòu)30和Y向張合機(jī)構(gòu)40收縮，該共形柔性曲面吸附盤20及目標(biāo)薄膜60恢復(fù)成彎曲狀態(tài)；⑤該曲面轉(zhuǎn)移機(jī)械手移動到目標(biāo)曲面70處下降，直至該共形柔性曲面吸附盤20上目標(biāo)薄膜60與目標(biāo)曲面70共形貼合時，目標(biāo)薄膜60與目標(biāo)曲面70因黏性完成貼合；⑥該共形轉(zhuǎn)移機(jī)械手上升并離開目標(biāo)曲面70，恢復(fù)初始狀態(tài)。

按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述共形曲面吸附盤的工作曲面被設(shè)定為與所述目標(biāo)曲面共形，并且具備可彎曲和可拉伸的特性。此外，參看圖2，共形柔性曲面吸附盤的制造工藝可優(yōu)選如下：首先針對目標(biāo)曲面執(zhí)行形狀的掃描，并根據(jù)掃描得到的模型采用彈性材料制造出每一塊所需的共形曲面，然后將其組合制成所需的吸附盤。在使用時，由于該共形柔性曲面吸附盤20具有可彎曲、可拉伸的特性，通過X向伸縮機(jī)構(gòu)30和Y向張合機(jī)構(gòu)40的運(yùn)動實現(xiàn)從起始位置的自然彎曲狀態(tài)，到工作位置后拉伸成平面狀態(tài)進(jìn)行目標(biāo)薄膜60的共形吸附，拾取后共形柔性曲面吸附盤20和目標(biāo)薄膜60一起收縮成彎曲狀態(tài)，與目標(biāo)曲面70實現(xiàn)共形貼合。

綜上，按照本發(fā)明的曲面變形機(jī)械手無論從整體構(gòu)造設(shè)計、還是關(guān)鍵組件的結(jié)構(gòu)組成及設(shè)置方式均面向曲面轉(zhuǎn)移的特定應(yīng)用場合進(jìn)行了針對性設(shè)計。其中X向伸縮機(jī)構(gòu)、Y向張合機(jī)構(gòu)相互連接且巧妙配合，由此共同實現(xiàn)共形柔性曲面吸附盤的縱向伸縮和橫向伸縮；吸盤夾持裝置設(shè)于橫向張合機(jī)構(gòu)下方，相應(yīng)隨著上述運(yùn)動發(fā)生變形來實現(xiàn)共形柔性曲面吸附盤的夾持與釋放。通過本發(fā)明，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對柔性薄膜的拾取、變形與貼放到曲面等復(fù)雜功能，而且具備結(jié)構(gòu)緊湊、便于操控、轉(zhuǎn)移精度高、適用范圍廣等優(yōu)點，因而尤其適用于譬如飛行器智能蒙皮之類的柔性曲面電子的大規(guī)模工業(yè)制作用途。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。