本發明屬于柔性薄膜轉移及貼合工藝相關設備領域，更具體地，涉及一種基于拉伸共形原理的柔性膜曲面轉移機械手。

背景技術：

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

目前的現有技術中，已經提出了一些用于面向芯片之類對象的拾取或貼放轉移的方案，例如CN201420671749.4、CN200910272685.4等早期專利，然而進一步的研究表明，現有的各類技術中并沒有披露當貼放對象為曲面時應對如何進行針對性處置的解決方案，同時也未能結合柔性曲面電子制造為智能蒙皮這類電子系統制造(大面積、可變形、非平面、異質多層)提供理想的解決方案。相應地，本領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。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于拉伸共形原理的柔性膜曲面轉移機械手，其中通過對該曲面轉移機械手的整體構造組成及布局進行重新設計，并對其關鍵部件如共形柔性曲面吸附盤、X向伸縮機構、Y向張合機構等的具體結構及其安裝設置方式作出進一步的改進，相應能夠高效率、高精度解決柔性薄膜不易貼合目標曲面上的技術問題，而且可有效實現目標薄膜在平面與曲面之間的主動變形，以及變形后和目標曲面的共形貼附，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化制造用途。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于拉伸共形原理的柔性膜曲面轉移機械手，該曲面轉移機械手包括基座、X向伸縮機構、Y向張合機構以及共形曲面吸附盤，其特征在于：

所述X向伸縮機構包括伺服電機以及由曲柄、第一連桿、滑塊和直線導軌共同組成的曲柄滑塊單元，其中該伺服電機設置在所述基座的上部，并用于驅動與其相聯接的所述曲柄；所述直線導軌設置在所述基座的下部，并用于引導所述滑塊沿著X軸方向的往返直線運動；所述滑塊左右對稱地布置安裝在該直線導軌之上，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的驅動下沿著X軸方向執行相對直線運動，進而帶動整體設置于此滑塊上的Y向張合機構、共形曲面吸附盤實現X軸方向的伸縮運動；

所述Y向張合機構保持對稱地設置于各個所述滑塊上，且隨其一同執行沿著X軸方向的相對直線運動；此外，該Y向張合機構包括安裝板、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，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行直線驅動；該第二連桿分別聯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行轉動，進而帶動整體設置于此連接塊上的所述共形曲面吸附盤實現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部位的夾持平面，并用于在執行X軸方向的伸縮運動以及Y軸方向的橫向張合過程中相應發生變形，由此吸附目標薄膜并使其隨著該共形曲面吸附面的變形而發生形狀變化，進而實現此目標薄膜與目標曲面之間的共形貼合。

作為進一步優選地，所述共形曲面吸附盤經由吸盤夾持裝置整體水平設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接。

作為進一步優選地，所述共形曲面吸附盤的工作曲面被設定為與所述目標曲面共形，并且具備可彎曲和可拉伸的特性。

作為進一步優選地，所述共形柔性曲面吸附盤的制造工藝優選如下：首先針對目標曲面執行形狀的掃描，并根據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。

作為進一步優選地，所述共形柔性曲面吸附盤可根據不同目標曲面的形狀進行替換。

作為進一步優選地，上述柔性膜曲面轉移機械手用于轉移柔性薄膜的流程如下：①初始狀態下，所述X向伸縮機構、Y向張合機構處于收縮狀態，所述共形柔性曲面吸附盤處于彎曲狀態；②該曲面轉移機械手移動至目標薄膜上方，所述X向伸縮機構、Y向張合機構各自沿著X軸方向、Y軸方向展開，導致所述共形柔性曲面吸附盤被拉伸至平面狀態；③該曲面轉移機械手下降，與下方基板的目標薄膜接觸，并吸附住該目標薄膜；④該曲面轉移機械手上升離開基板，所述X向伸縮機構、Y向張合機構分別沿著X軸方向、Y軸方向收縮，導致所述共形柔性曲面吸附盤及目標薄膜恢復成彎曲狀態；⑤該曲面轉移機械手移動到目標曲面處下降，直至所述共形柔性曲面吸附盤上的目標薄膜與目標曲面共形貼合，此時目標薄膜與目標曲面因黏性完成貼合；⑥該共形轉移機械手上升并離開目標曲面，恢復初始狀態。

總體而言，按照本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點：

1、通過對該曲面轉移機械手的整體構造組成及布局進行重新設計，可充分藉由拉伸共形的原理來執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下將平面的目標薄膜吸附后恢復到彎曲狀態，轉移至目標曲面處實現共形貼合，使得目標薄膜與目標曲面相貼合時，兩者曲面形狀相同，可實現其充分貼合，相應在現在提高貼合精度的同時，還有助于杜絕氣泡產生；

2、本發明還對一些關鍵部件尤其如X向伸縮機構、Y向張合機構、共形柔性曲面吸附盤等在具體結構和安裝設置方式做出改進，相應能夠在方便地執行柔性薄膜至目標曲面的整體轉移過程的同時，還能可有效實現目標薄膜在平面與曲面之間的主動變形，以及變形后和目標曲面的共形貼附；

3、按照本發明的曲面轉移機械手結構緊湊、適應性強且精度高，并具備便于操控、不損害薄膜和可靠性強等特點，因而尤其適用于各類柔性膜至目標曲面的轉移及控制應用場合。

附圖說明

圖1是按照本發明優選實施方式所構建的基于拉伸共形原理的柔性膜曲面轉移機械手的整體三維結構示意圖；

圖2示用于示范性顯示該曲面轉移機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明的曲面轉移機械手用于轉移柔性薄膜的工藝作流程圖；

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，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向伸縮機構，31-伺服電機，32-曲柄，33-第一連桿，34-滑塊，35-直線導軌；40-Y向張合機構，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-目標薄膜；70-目標曲面。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

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

X向伸縮機構30主要包括伺服電機31以及由曲柄32、第一連桿33、滑塊34和直線導軌35共同組成的曲柄滑塊單元，其中該伺服電機31譬如設置在基座10的上部，并用于驅動與其相聯接的曲柄32；直線導軌35譬如設置在基座10的下部，并用于引導所述滑塊34沿著圖中所示的X軸方向的往返直線運動；滑塊34可左右對稱地布置安裝在該直線導軌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31的驅動下沿著X軸方向執行相對直線運動，進而帶動整體設置于此滑塊上的Y向張合機構40、共形曲面吸附盤20實現X軸方向的伸縮運動。換而言之，當需要執行X軸方向也即縱向的伸縮時，伺服電機31驅動曲柄32作轉動，曲柄32轉動并通過第一連桿33帶動安裝在基座10上對稱布置的滑塊34在直線導軌35上做直線運動，實現共形柔性曲面吸附盤20的縱向伸縮。

Y向張合機構40保持對稱地設置于各個所述滑塊34上，且隨其一同執行沿著X軸方向的相對直線運動；此外，該Y向張合機構包括安裝板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，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執行直線驅動；該第二連桿43分別聯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執行轉動，進而帶動整體設置于此連接塊上的所述共形曲面吸附盤20實現Y軸方向的橫向張合。換而言之，當需要執行Y軸方向也即橫向的張合時，電動推桿41驅動第二連桿43作移動，第二連桿43作移動并帶動連接塊44作轉動，由此實現共形柔性曲面吸附盤20的橫向張合。

可在Y向張合機構40的連接塊44下方設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，由此將處于下側的共形曲面吸附盤整體設置于其上且隨同執行運動。

共形曲面吸附盤20優選可包括處于中間部位的工作曲面21和處于兩側部位的夾持平面22，并用于在執行X軸方向的伸縮運動以及Y軸方向的橫向張合過程中相應發生變形，由此吸附目標薄膜60并使其隨著該共形曲面吸附面的變形而發生形狀變化，進而實現此目標薄膜與目標曲面70之間的共形貼合。

下面將參照圖3來進一步示范性解釋說明按照本發明的柔性膜曲面轉移機械手的工作流程。

在工作時，X向伸縮機構30位于第一起始位置，且Y向張合機構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，準備開始工作。然后通過伺服電機31的帶動，X向伸縮機構3的滑塊34在曲柄滑塊機構的帶動下沿直線導軌35自第一起始位置位移至第一工作位置。當Y向伸縮機構30位于第一工作位置時，共形柔性曲面吸附盤20發生縱向展開。同時通過電動推桿41的帶動，Y向張合機構40的連接塊44在曲柄滑塊機構的帶動下轉動，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發生橫向展開。也就是說，當X向伸縮機構30位于第一工作位置，Y向張合機構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由彎曲狀態轉變為平面狀態，準備拾取目標薄膜60。此時X向伸縮機構30保持與第一工作位置，且Y向張合機構40保持于第二工作位置時，曲面轉移機械手下降，直至平面狀態下工作平面21與盛放目標薄膜60的平面基板的共形貼合，實現對目標薄膜60的拾取。目標薄膜60拾取后，曲面轉移機械手上升，目標薄膜60隨共形柔性曲面吸附盤20轉移至目標曲面70上方。之后X向伸縮機構30通過伺服電機31的驅動，滑塊34在曲柄滑塊機構的帶動下沿直線導軌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發生縱向收縮；同時通過電動推桿41的帶動，Y向張合機構40的連接塊44在曲柄滑塊機構的帶動下轉動，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發生橫向收縮。也就是說，當X向伸縮機構30重新位于第一起始位置，Y向張合機構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由平面狀態恢復為彎曲狀態，其上拾取的目標薄膜60同時也變為和目標曲面70相同形狀，準備實現目標薄膜60與目標曲面07的共形貼合。X向伸縮機構30保持與第一起始位置，且Y向張合機構40保持于第二起始位置時，曲面轉移機械手下降，直至彎曲狀態下工作平面21及拾取的目標薄膜60與目標曲面70相接觸，通過黏性作用實現目標薄膜60與目標曲面70的共形貼合。

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

按照本發明的一個優選實施例，所述共形曲面吸附盤的工作曲面被設定為與所述目標曲面共形，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選如下：首先針對目標曲面執行形狀的掃描，并根據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向伸縮機構30和Y向張合機構40的運動實現從起始位置的自然彎曲狀態，到工作位置后拉伸成平面狀態進行目標薄膜60的共形吸附，拾取后共形柔性曲面吸附盤20和目標薄膜60一起收縮成彎曲狀態，與目標曲面70實現共形貼合。

綜上，按照本發明的曲面變形機械手無論從整體構造設計、還是關鍵組件的結構組成及設置方式均面向曲面轉移的特定應用場合進行了針對性設計。其中X向伸縮機構、Y向張合機構相互連接且巧妙配合，由此共同實現共形柔性曲面吸附盤的縱向伸縮和橫向伸縮；吸盤夾持裝置設于橫向張合機構下方，相應隨著上述運動發生變形來實現共形柔性曲面吸附盤的夾持與釋放。通過本發明，不僅能夠實現對柔性薄膜的拾取、變形與貼放到曲面等復雜功能，而且具備結構緊湊、便于操控、轉移精度高、適用范圍廣等優點，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模工業制作用途。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。