一种用于柔性膜转移的机械手控制系统

摘要

本发明公开了一种用于柔性膜转移的机械手控制系统，包括多自由度机械手、多传感器反馈单元和控制单元，其中多自由度机械手用于对柔性膜执行转移操作；多传感器反馈单元包括CCD传感器、激光位移传感器、重力传感器组、真空传感器、压力传感器等，并用于对机械手包括位置、姿态、真空度和接触力在内的多项状态指标执行检测；控制单元则基于多传感器反馈单元的信息，对机械手整个转移过程的操作执行精确控制，同时还可对拾取头工作段的吸附面积大小进行灵活调节。通过本发明，可根据柔性膜的尺寸和位置自主调整拾取头的姿态，实现准确吸附拾取和放置，同时确保对柔性膜的良好接触和转移。

主权项

一种用于柔性膜转移的机械手控制系统，其特征在于，该机械手控制系统包括用于执行柔性膜转移操作的多自由度机械手，用于对机械手和柔性膜的状态执行实时检测的多传感器反馈单元，以及用于对机械手整个转移过程中的位置及姿势进行调节的控制单元，其中：对于所述多自由度机械手而言，其包括拾取头(1)、α转动模块(2)、γ转动模块(3)、XYZ三轴平移模块(4)和气路分配模块(5)，其中该拾取头(1)用于对柔性膜执行真空吸取和转移，它悬挂安装在所述α转动模块(2)的下方，并经由β转动电机(13)实现β方向也即绕着Y轴转动的自由度；该α转动模块(2)安装在所述γ转动模块(3)的下方，并经由α转动电机(22)实现所述拾取头(1)在α方向也即绕着X轴转动的自由度；该γ转动模块(3)继续安装在所述XYZ三轴平移模块(4)的一端下方，并经由γ转动电机(32)实现所述α转动模块(2)及悬挂其上的所述拾取头(1)在γ方向也即绕着Z轴转动的自由度；该XYZ三轴平移模块(4)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，并分别通过相应电机来实现所述γ转动模块(3)、α转动模块(2)以及拾取头(1)在XYZ三轴方向上的平移自由度；该气路分配模块(5)安装在所述α转动模块(2)上，并用于实现对所述拾取头内部的真空气路的开关操作；对于所述多传感器反馈单元而言，其包括CCD传感器(61)、激光位移传感器(62)、重力传感器组(19)、真空传感器(52)和压力传感器(18)，其中该CCD传感器(61)通过检测柔性膜的边沿图像或柔性膜上的图案特征来获取柔性膜在X轴和Y轴方向上的实时位置以及绕Z轴的转动角度，相应确定所述拾取头(1)在X轴和Y轴方向上的位置和γ方向转角；该激光位置传感器(62)用于对所述拾取头(1)在Z轴方向上的高度执行实时检测；该重力传感器组(19)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的两侧侧面，并分别用于对拾取头沿X轴转动的角度也即α方向倾角、和拾取头沿Y轴转动的角度也即β方向倾角执行实时检测；该真空传感器(52)用于对所述拾取头内部各个真空气路的真空度大小执行实时检测；该压力传感器(18)则用于对所述拾取头拾取过程中与柔性膜之间的接触力大小执行实时检测；对于所述控制单元而言，其包括拾取头位置调节模块、拾取头姿势纠正模块、拾取头真空调节模块和接触力调节模块，其中：该拾取头位置调节模块用于从所述CCD传感器(61)和激光位置传感器(62)分别获取反映所述拾取头(1)在XY轴和Z轴方向上的当前位置P_X、P_Y和P_Z，并与该拾取头在XYZ三轴方向上的参考位置P_Xr、P_Yr、P_Zr相比较，然后输出相应的控制指令作用于配备的电机驱动器，进而驱动所述XYZ三轴平移模块中的各个电机，使得拾取头相对于柔性膜在XYZ三轴方向上的位置获得调节；该拾取姿势纠正模块用于从所述重力传感器组(19)获取反映所述拾取头(1)沿X轴和Y轴转动的当前倾角α、β，并与该拾取头对应的初始参考倾角α_r、β_r相比较以获得第一和第二反馈值，与此同时，还基于所述CCD传感器(61)所检测的位置信息计算出拾取头沿Z轴转动的当前倾角γ，并与该拾取头对应的初始参考倾角相比较以获得第三反馈值；然后，将上述第一、第二和第三反馈值共同输出至配备的电机驱动器，进而驱动所述α转动电机、β转动电机和γ转动电机，使得拾取头相对于柔性膜在空间姿态上的偏差获得纠正；该拾取头真空调节模块用于从所述真空传感器(52)获取反映拾取头内部真空大小的信息，由此确认真空建立是否有效并进行真空度调整；该接触力调节模块则用于从所述压力传感器(18)获取反映拾取头与柔性膜之间的接触压力信息，并确保不会因为接触压力过大或者接触力分配不均而损坏柔性膜表面或影响柔性电子性能。