發(fā)明背景

1.技術(shù)領(lǐng)域

[段落1]本發(fā)明總體上涉及大型機(jī)器人交叉連接系統(tǒng)，所述大型機(jī)器人交叉連接系統(tǒng)提供大量端口對(duì)之間的低損耗、軟件定義的光纖連接。所述系統(tǒng)中的機(jī)構(gòu)結(jié)合了保證可靠操作的許多特征。

2.相關(guān)技術(shù)

[段落2]大型自動(dòng)化光纖交叉連接開(kāi)關(guān)和軟件定義的插線面板使數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)能夠完全地自動(dòng)化，其中，物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫擒浖x的或可編程的，用以提高效率和節(jié)約成本。目前的光纖開(kāi)關(guān)技術(shù)(比如縱橫式開(kāi)關(guān))規(guī)模為n²(n為端口數(shù)量)，使得它們不適合大型生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。縱橫式開(kāi)關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)披露包括授予buhrer等人的美國(guó)專利號(hào)4,955,686、授予sjolinder的美國(guó)專利號(hào)5,050,955、授予arol等人的美國(guó)專利號(hào)6,859,575、以及授予safrani等人的美國(guó)專利號(hào)2011/0116739a1。

[段落3]隨著端口數(shù)量線性地縮放的較新的自動(dòng)化插線面板途徑利用編織的光纖股線。拓?fù)鋵W(xué)以及紐結(jié)與編織理論(knotandbraidtheory)的數(shù)學(xué)進(jìn)展(授予kewitsch的美國(guó)專利號(hào)8,068,715、8,463,091、8,488,938和8,805,155)已經(jīng)解決了經(jīng)歷任意且無(wú)限重新配置的密集互連股線集合的光纖纏繞挑戰(zhàn)。由于這種紐結(jié)、編織和股線(knots,braidsandstrands，kbs)技術(shù)在互連股線的數(shù)量上線性地縮放，實(shí)現(xiàn)了較縱橫式開(kāi)關(guān)的顯著好處比如密度和硬件簡(jiǎn)單性。以自治插線面板系統(tǒng)為特征并根據(jù)上文所引用的kewitsch專利實(shí)現(xiàn)kbs算法的現(xiàn)有系統(tǒng)通常利用在機(jī)器人臂的末端具有夾具的取放機(jī)器人致動(dòng)系統(tǒng)來(lái)抓取和輸送光纖連接器以及自其延伸至系統(tǒng)的中央主干的光纖股線。所述機(jī)器人臂具有窄寬度和擴(kuò)展的深度，從而允許它在沒(méi)有機(jī)械性干涉且不與周?chē)饫w接觸的情況下下降至密集的光纖互連體積中，而仍然具有足夠的剛性以在橫向力下經(jīng)受最小偏轉(zhuǎn)，所述橫向力包括源自其中的夾具中所攜帶的光纖的磁性排斥和張力。然而，一直期望對(duì)這種新類型的物理光纖切換或連接管理系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，包括那些與緊湊性、硬件簡(jiǎn)單性和操作可靠性的改進(jìn)(單獨(dú)地或組合)相關(guān)的那些。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[段落4]本發(fā)明涉及一種用于利用編織的光纖股線提高這種新型交叉連接的性能的裝置以及對(duì)這種縮放挑戰(zhàn)應(yīng)用數(shù)學(xué)拓?fù)?。在本發(fā)明中，高度可靠的自動(dòng)化交叉連接系統(tǒng)采取了多種唯一的硬件和操作性特征從而提供優(yōu)秀的緊湊性、性能和可靠性。例如，平行且精確分開(kāi)的連接器元件的密集三維矩陣分布經(jīng)過(guò)兩個(gè)正交維度，其中，多個(gè)多功能元件在第三維度中被沿著的每條連接路徑布置。連接器路徑各自包括多個(gè)線性基本元件中的單獨(dú)線性基本元件，所述線性基本元件各自可獨(dú)立移動(dòng)從而與交叉連接系統(tǒng)中所選基本元件對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明包括唯一的磁性鎖定的光纖連接器設(shè)備，所述磁性鎖定的光纖連接器設(shè)備使得系統(tǒng)能夠提供多個(gè)不同的用戶定義的插入損耗狀態(tài)。所述設(shè)備包括可靠的自導(dǎo)式吸引模式磁性鎖定，以方便可重復(fù)的機(jī)器人接合和重新配置。進(jìn)一步披露了保留磁性鎖定的光纖連接器的機(jī)器人微型夾具設(shè)備，其中，所述微型夾具包括整體感測(cè)和致動(dòng)裝置以保證與所選連接器正確接合。此外，系統(tǒng)被配置有豎直地堆疊在其中的具有多個(gè)間隔開(kāi)的水平連接器插座的可移動(dòng)行。每一行包括多條平行的連接器軌道，并且每條連接器軌道包括：配對(duì)的連接器插座、光纖接口端口、以及組合的機(jī)械和磁性參考特征，被配置成用于實(shí)現(xiàn)光纖連接器設(shè)備和夾具設(shè)備兩者的可靠鎖定和定位。所述具有連接器插座的可移動(dòng)行合并了精密注塑成型的平移組件和致動(dòng)裝置，用于使行在三個(gè)水平位置之一之間準(zhǔn)確地且精確地平移。這些位置生成如kbs算法所指定的豎直行置亂響應(yīng)并幫助改進(jìn)系統(tǒng)的體積效率。

[段落5]夾具由以下各項(xiàng)組成：兩部分本體；中央本體，在多個(gè)周?chē)难由鞓?gòu)件之間與具體目標(biāo)連接器延伸構(gòu)件機(jī)械地接合或互鎖；以及從動(dòng)的可平移外部本體或框架，結(jié)合了用于接合和感測(cè)可重新配置的內(nèi)部光纖連接器組件的裝置。附接至受控制的伸縮臂的下端的窄寬度夾具下降至所選居中的連接器上，直到夾具互鎖傳感器檢測(cè)到與延伸構(gòu)件的正確接合。夾具外部本體平行于延伸構(gòu)件平移從而插入、拔掉或部分地?cái)嚅_(kāi)內(nèi)部連接器組件。平移機(jī)構(gòu)唯一地合并驅(qū)動(dòng)線，所述驅(qū)動(dòng)線繞電機(jī)驅(qū)動(dòng)器軸纏繞，具有小但精密的余長(zhǎng)從而控制夾具的雙向橫向平移。這避免了在從靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)加速度時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)失速。

[段落6]交叉連接系統(tǒng)還基于具有水平行的可增大的豎直堆疊中所布置的、平行但精確地橫向分開(kāi)的狹長(zhǎng)參考構(gòu)件的三維陣列。所述參考構(gòu)件窄并且具有所選統(tǒng)一長(zhǎng)度(具有所選撓曲特性)，并且包括小型永久磁鐵的集合，所述小型永久磁鐵被部署成便于在接合的不同且單獨(dú)操作狀態(tài)下利用磁性吸引力和排斥力兩者。每個(gè)窄參考構(gòu)件被定位成與不同的接納孔徑緊密相鄰，不同的光纖連接器的末端可以插入所述接納孔徑。末端孔徑位于豎直連接平面中橫向布置的水平行中，并且各自被定位以可能地接納被系統(tǒng)重新定位的光纖連接器的末端。小型永久磁鐵沿其長(zhǎng)度被選擇性地定位，并且具有的極性為便于提供至少兩個(gè)穩(wěn)定的插入位置以及還有橫向排斥力，從而維持相鄰元件在密集的三維元件陣列中分開(kāi)。

[段落7]本申請(qǐng)進(jìn)一步披露了一種用于按照命令接近和重定位光纖的唯一緊湊配置。具有最小橫向順應(yīng)性和獨(dú)立于延伸長(zhǎng)度(零至l2)的高長(zhǎng)度效率(范圍l2與縮回高度l1的比值)的伸縮機(jī)器人臂設(shè)備是通過(guò)部署唯一的豎直伸縮結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，所述唯一的豎直伸縮結(jié)構(gòu)在kbs算法的指導(dǎo)下可水平地從一條連接器軌道、經(jīng)過(guò)周?chē)墓饫w并移動(dòng)到另一連接器軌道。兩級(jí)伸縮臂安排基于豎直矩形管或“c”狀外部本體的所選線性長(zhǎng)度，其中，通過(guò)伸縮臂內(nèi)的唯一滑動(dòng)軸承卡匣和彈簧預(yù)壓安排將內(nèi)部滑動(dòng)器本體保持對(duì)準(zhǔn)。所述安排使得恒定長(zhǎng)度的、平坦、柔性的接口電纜能夠被動(dòng)態(tài)地從夾具機(jī)構(gòu)布線至外部控制系統(tǒng)，這是出于拉動(dòng)內(nèi)部滑動(dòng)本體使它與外部本體同步移動(dòng)的雙重目的。機(jī)器人臂和夾具配置具有非常窄的寬度，從而使其能夠沒(méi)有阻礙地貫穿光纖互連體積中的有限空間移動(dòng)。

[段落8]進(jìn)一步描述了自動(dòng)化清潔設(shè)備，具有在清潔過(guò)程中對(duì)清潔織物和拋光的光纖連接器套圈上的力進(jìn)行整體感測(cè)的附加特征。利用其中產(chǎn)生的電信號(hào)提供反饋，從而準(zhǔn)確地控制機(jī)器人位置并在光纖端面維持小于壓縮力的最大值。這種精確控制保證了對(duì)光纖端面的可重復(fù)的高質(zhì)量清潔，防止了微粒積累從而實(shí)現(xiàn)一致低插入損耗、高回波損耗光學(xué)連接性，尋求與目前的手動(dòng)過(guò)程相比優(yōu)秀的質(zhì)量和一致性。在光纖清潔子系統(tǒng)中，清潔織物被從供應(yīng)線軸供給經(jīng)過(guò)清潔匣盒墊并到達(dá)分配線軸上。這種安排使得能夠從單個(gè)供應(yīng)線軸清潔多條光纖。

[段落9](具有被動(dòng)態(tài)地布線經(jīng)過(guò)以精確間隔的幾何結(jié)構(gòu)分布的眼孔、引導(dǎo)件和滾軸的組合的光纖的)光纖卷起線軸的堆疊平面陣列在固定輸入陣列與物理可變輸出陣列之間提供低損耗光纖連接的來(lái)源。每個(gè)線軸被獨(dú)立地拉緊到將內(nèi)部一維主干與二維輸出連接器陣列之間的任何光纖余長(zhǎng)縮回所必須的程度，而不讓光纖經(jīng)受被控制的拉力所導(dǎo)致的過(guò)分尖銳的彎曲，從而使得不損害光纖的可靠性和光學(xué)傳輸特性。

附圖說(shuō)明

[段落10]圖1a描繪了若干重要功能元件的安排，包括根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人光纖交叉連接系統(tǒng)的，充滿著具有八行的組并且具有用于如所描繪的在這八行下方和上方兩者添加更多行的容量；圖1b是根據(jù)本發(fā)明的其他發(fā)明組合的框圖；圖1c是簡(jiǎn)化的透視圖，展示了相互聯(lián)系的模塊的安排，并且圖1d是根據(jù)本發(fā)明的一些相互聯(lián)系的系統(tǒng)元件的框圖；

[段落11]圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械鎖定的內(nèi)部光纖連接器的片斷視圖，包括其用于在機(jī)械手內(nèi)相互關(guān)聯(lián)和配對(duì)的特征、其與用于接納和保持連接器的連接器行的關(guān)系、以及連接器行之間產(chǎn)生的磁性排斥力的側(cè)面詳細(xì)視圖；

[段落12]圖3是具有八個(gè)連接器行的堆疊安排的內(nèi)部視圖，形成具有96條光纖端口的可堆疊模塊，具有用于機(jī)械地接合通過(guò)夾具輸送至其的光纖連接器的裝置，進(jìn)一步展示了連接器磁鐵與具有所安排的配置的連接器行磁鐵之間的關(guān)系；

[段落13]圖4展示了具有八個(gè)連接器行的同一堆疊安排的外部視圖，產(chǎn)生了需要交叉連接的外部電纜被插入的光纖端口的二維陣列；

[段落14]圖5是根據(jù)本發(fā)明的夾具設(shè)備的側(cè)視圖，其中，處于分配配置的光纖連接器詳示了大量位置感測(cè)和致動(dòng)裝置；

[段落15]圖6是處于未分配配置的夾具設(shè)備的側(cè)視圖；

[段落16]圖7是處于拔掉配置的夾具設(shè)備的側(cè)視圖；

[段落17]圖8a是根據(jù)本發(fā)明的雙軸機(jī)器人致動(dòng)系統(tǒng)的部分透視圖，所述系統(tǒng)在內(nèi)部光纖交叉連接體積內(nèi)移動(dòng)夾具機(jī)構(gòu)；圖8b是x軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖；圖8c是y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖；圖8d是各延伸狀態(tài)下y軸驅(qū)動(dòng)的示意圖；圖8e展示了處于中央位置的夾具z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，圖8f是處于左側(cè)位置的，圖8g是處于右側(cè)位置的，并且圖8h展示了致動(dòng)z軸驅(qū)動(dòng)的夾具步進(jìn)電機(jī)的速度軌跡；

[段落18]圖9是圖8a至圖8c的致動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)一步透視和圖解視圖，描繪了完全延伸狀態(tài)下的二級(jí)伸縮臂末端的夾具；

[段落19]圖10a是部分延伸狀態(tài)下的二級(jí)伸縮臂的部分視圖，圖10b是處于基本上縮回的行進(jìn)范圍內(nèi)的伸縮臂的豎直部分的部分剖面圖，并且圖10c是處于基本上延伸的行進(jìn)范圍的伸縮臂的不同段的(同樣部分剖開(kāi)的)透視圖；

[段落20]圖11a和圖11b是用于光纖拉緊和動(dòng)態(tài)松弛光纖管理的改進(jìn)的光纖卷起托盤(pán)的頂部透視圖，各自包括十二個(gè)單獨(dú)卷盤(pán)和光纖引導(dǎo)件，方便其之間到中中央主干的低損耗動(dòng)態(tài)光纖布線，在圖11a中描繪了主干前方的光纖部分并且在圖11b中描繪了主干后方的光纖部分；

[段落21]圖12是多條光纖卷起托盤(pán)的堆疊安排的一部分的透視圖，詳示了光纖從單獨(dú)卷盤(pán)通過(guò)低摩擦o環(huán)狀眼孔和軟橡膠包覆的滾軸達(dá)到中央主干的布線；

[段落22]圖13a是光纖卷盤(pán)系統(tǒng)的一部分的部分剖面透視圖，所述光纖卷盤(pán)系統(tǒng)包括感測(cè)電子裝置用于檢測(cè)動(dòng)態(tài)重新配置過(guò)程中卷盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得可以驗(yàn)證正確的光纖松弛管理，圖13b是用于處理來(lái)自感測(cè)電子裝置的電子信號(hào)以確立對(duì)卷盤(pán)位置命令的正確系統(tǒng)響應(yīng)的子系統(tǒng)的框圖；

[段落23]圖14是第一部分剖面透視圖，詳示了夾具設(shè)備和清潔卡盒的一部分，并且根據(jù)本發(fā)明示出了對(duì)處于操作位置的光纖端面清潔設(shè)備必不可少的力傳感器；

[段落24]圖15是圖14的相對(duì)于夾具設(shè)備處于操作位置的光纖端面清潔設(shè)備的操作側(cè)的第二部分剖面視圖；以及

[段落25]圖16a和圖16b分別是光纖端面清潔設(shè)備的部分剖面仰視圖和俯視圖，如圖1、圖9和圖10a等系統(tǒng)的透視圖中總體描繪的，并且示出了其中的若干有利操作特征。

具體實(shí)施方式

i.機(jī)器人交叉連接系統(tǒng)

[段落26]本申請(qǐng)披露了機(jī)器人交叉連接系統(tǒng)，所述機(jī)器人交叉連接系統(tǒng)提供大量端口對(duì)之間的低損耗、軟件定義的光纖連接。端口的數(shù)量通常在從48×48一直到1008×1008以及超出的范圍內(nèi)。圖1a至圖1d展示了此系統(tǒng)的若干主要方面，包括機(jī)器人模塊112，所述機(jī)器人模塊包括伸縮機(jī)器人臂組件104、光纖連接器端面清潔模塊105、微型致動(dòng)的夾具103、連接器行102-1......102-n的堆疊安排、以及光纖卷盤(pán)托盤(pán)106-1......106-n的堆疊安排。具有連接器行102-1......102-8的組進(jìn)一步包括光纖模塊113的前部致動(dòng)的插線面板。夾具103能夠?qū)⑷魏喂饫w連接器101-n從沿著連接器行102插入的光纖連接器陣列當(dāng)中拔掉，然后在由機(jī)器人臂組件104操縱時(shí)在陣列中周?chē)墓饫w連接器之間以確定性最優(yōu)編織圖案對(duì)其進(jìn)行輸送。根據(jù)如上文所引用的美國(guó)專利號(hào)8,463,091中所描述的kbs算法，輸送的過(guò)程因而包括機(jī)器人的協(xié)調(diào)的有序的多步移動(dòng)以及對(duì)每一連接器行102的編程置亂。在將光纖連接器101-n插入其所選最終端口55之前，可以通過(guò)如圖1和圖9中總體上示出并在下面相對(duì)于圖14至圖16b詳細(xì)描述的光纖端面清潔模塊105清潔光纖連接器101-n的拋光的光纖端面。光纖連接器101-n端接內(nèi)部光纖52，其中，此光纖源于多個(gè)卷起卷盤(pán)托盤(pán)106內(nèi)存在的自動(dòng)的彈簧加壓的卷起卷盤(pán)。所述卷起卷盤(pán)保證了所有的內(nèi)部光纖在連接器101與卷起卷盤(pán)之間的光纖互連體積中保持受微張力，從而使得它們對(duì)于端口55內(nèi)連接器101的所有可能安排遵循基本上直線路徑。直線路徑高效地以數(shù)學(xué)的方式表示并且有利于如上文引用的專利中所描述的kbs算法進(jìn)行布線。

[段落27]參照?qǐng)D1b中的框圖和圖1c至圖1d中的透視圖，kbs算法用軟件指令實(shí)現(xiàn)，所述軟件指令存在于服務(wù)器109上并通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)110并使用以太網(wǎng)協(xié)議tcp/ip并行地與每條光纖模塊113-1......113-10、對(duì)接模塊114、光學(xué)功率監(jiān)測(cè)模塊115、機(jī)器人模塊112、和功率管理模塊111通信。在進(jìn)一步的示例中，每個(gè)模塊由24vdc供電，所述vdc由功率管理模塊111中的配電總線提供。機(jī)器人模塊112與夾具傳感器電路116通信從而檢測(cè)在輸送中的光纖連接器、以及用于對(duì)清潔卡盒必不可少的力傳感器56(例如，薄膜電阻式傳感器)的比較器電路的操作狀態(tài)。光纖模塊113各自與對(duì)任何具體卷起線軸41的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行響應(yīng)的卷盤(pán)編碼器傳感器的經(jīng)復(fù)用陣列通信，所述轉(zhuǎn)動(dòng)是內(nèi)部光纖連接器的移動(dòng)導(dǎo)致的內(nèi)部光纖長(zhǎng)度變化所引起的。

[段落28]圖1a、圖1b、圖1c進(jìn)一步描繪了此系統(tǒng)的若干新穎操作零件之間的集成和合作關(guān)系的細(xì)節(jié)，這進(jìn)一步擴(kuò)展了多條光纖線路中的所選光纖線路的自動(dòng)切換技術(shù)，如在上文引用的telescent公司專利中所描述的。系統(tǒng)的輸入包括被饋送至輸出耦合器18的陣列中的每一個(gè)單獨(dú)輸出耦合器的一側(cè)中的有序的列和行中分布的多條線62-輸入(圖1a和圖1c)，并且與低損耗內(nèi)部光纖連接器一起連接至輸入耦合器42的相反陣列，并連接至位于系統(tǒng)200的相反側(cè)的多條線62-輸出。根據(jù)(上文所引用的)基礎(chǔ)紐結(jié)和辮子(knotsandbraids)方法，單獨(dú)的行是通過(guò)行移致動(dòng)器的堆疊中的一個(gè)可分開(kāi)地遞增地橫向地移位的。可變線52耦合至單獨(dú)耦合器18的第二側(cè)中并且這些線在主干40處匯聚成一維對(duì)準(zhǔn)并且然后分布至有序級(jí)別的多個(gè)緩沖卷盤(pán)41的，如下面聯(lián)系圖11至圖13更詳細(xì)描述的。當(dāng)內(nèi)部光纖52位置及其相應(yīng)的懸空長(zhǎng)度變化時(shí)，這些卷盤(pán)41補(bǔ)償路徑長(zhǎng)度變化，而不在光纖中引入曲度，所述光纖非常尖銳且是非絕熱的以至于它們?cè)趶澢帉⒁牍鈸p耗。從緩沖卷盤(pán)41組件開(kāi)始，通常將光纖圖案重新配置成線性布置的輸出耦合器或插座18陣列，然后可以按照期望對(duì)其進(jìn)行重新傳輸或另外重新配置。

[段落29]鑒于這種背景，在圖1a中同樣以一般形式示出(雖然下面更詳細(xì)地示出和討論了)的本發(fā)明的一些主要方面進(jìn)一步確立了在形式和功能上的內(nèi)部合作關(guān)系。例如，具有連接器組件102中的雙側(cè)耦合器的行和列的安排從相反側(cè)提供線之間的信號(hào)互換。在內(nèi)部可變一側(cè)，結(jié)構(gòu)包括具有預(yù)定長(zhǎng)度、橫截面配置和靈活性的單獨(dú)線性固定元件。這些固定元件中的每一個(gè)還支持在其界限內(nèi)并與其內(nèi)端相鄰的小型永久磁鐵圖案，如下面參照?qǐng)D2至圖4詳細(xì)描述的。結(jié)合這一點(diǎn)，系統(tǒng)中的每個(gè)可變光纖52在連接器組件102中終止，所述連接器組件具有近似匹配的長(zhǎng)度以便耦合至它將要配對(duì)的任何單獨(dú)固定元件63。當(dāng)光纖52的套圈10的端部突出端被插入連接器行組件102的單獨(dú)聯(lián)合適配器18中時(shí)，單獨(dú)可改變光學(xué)電路完成。連同下文中詳細(xì)描述的涉及設(shè)計(jì)和操作關(guān)系之一或兩者的若干特征，這個(gè)概念及其實(shí)現(xiàn)方式是唯一的。

[段落30]在系統(tǒng)中提供了相互聯(lián)系的功能，所述功能涉及接合和脫開(kāi)致動(dòng)操作并且涉及去向和來(lái)自耦合器的光纖互換。利用了線性接合的兩種不同狀態(tài)以及脫開(kāi)的物理接近度的相關(guān)狀態(tài)，如下面更詳細(xì)描述的。在線性對(duì)準(zhǔn)階段與光纖的重定位獨(dú)立地通過(guò)交織穿過(guò)列和行(如之前引用的專利里詳細(xì)描述的)，使這些狀態(tài)生效。

[段落31]這些以及其他功能是通過(guò)來(lái)自軌跡控制系統(tǒng)117(圖1b)的命令生效的，所述軌跡控制系統(tǒng)基于來(lái)自保持已更新數(shù)據(jù)的服務(wù)器109中的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的存儲(chǔ)的互連數(shù)據(jù)從服務(wù)器109、以及已更新數(shù)據(jù)源接納交叉連接配置信息。再次，為了完整地理解與夾具組件103的定位有密切關(guān)系的元件和關(guān)系，可以參照上文提及的專利。在從軌跡控制系統(tǒng)117給激活器103的命令下，這些移動(dòng)基本上在正交的x和y方向并且在z方向也是遞增的。針對(duì)這些功能，系統(tǒng)200部署了控制在y軸上的移動(dòng)的豎直多級(jí)磁頭定位器，包括窄矩形中空上級(jí)30，在其內(nèi)部，線性且更窄的下部區(qū)段35通過(guò)處于配合比的彈簧加壓的滾軸滑動(dòng)。響應(yīng)于來(lái)自服務(wù)器109的命令信號(hào)，兩者均從軌跡控制系統(tǒng)117接納命令信號(hào)，并被y軸驅(qū)動(dòng)33-1(通常是無(wú)刷dc伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī))所驅(qū)動(dòng)。當(dāng)命令信號(hào)被從激活x軸驅(qū)動(dòng)33-2的軌跡控制系統(tǒng)117傳遞時(shí)，y軸級(jí)30、35水平地移動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)的大部分定位在光纖互換矩陣上方，同時(shí)(圖5至圖7)下面詳細(xì)討論的窄光纖互換頭103在光纖52的豎直列j之間的并且在圖3中由118-j指示的空間內(nèi)可豎直地移動(dòng)。在穿過(guò)矩陣的過(guò)程中，互換矩陣中的水平行102選擇性地在第一水平方向或相反地遞增地移動(dòng)。當(dāng)被激活的頭103到達(dá)102中的目標(biāo)位置時(shí)，可以沿著z軸將其遞增地移動(dòng)以將目標(biāo)光纖連接器101耦合或解耦合至目標(biāo)耦合器18中所選目標(biāo)耦合器。同樣，沿著z軸，可以在“分配”(圖5)、“未分配”(圖6)和“已拔掉”(圖7)位置之間遞增地移位目標(biāo)連接器。圖3中表示了連接器101，磁鐵13和行磁鐵14、15之間相應(yīng)的磁鐵相互作用。

ii.可切換的、磁性鎖定的、多級(jí)光纖連接器的二維陣列

[段落32]本申請(qǐng)進(jìn)一步披露了可遞增地移位的豎直間隔的列102(圖2至圖4)中所安排的連接器設(shè)備101的多維陣列，所述行布置在如最佳在圖3和圖4中所見(jiàn)的總體上水平對(duì)準(zhǔn)的列中的。如最佳在圖2中所見(jiàn)的水平行包括多個(gè)間隔開(kāi)的平行的基本元件，各自在一端固定至不同的聯(lián)合適配器18，所述不同的聯(lián)合適配器用于接納不同且可變光纖線路52的端部套圈10。因而，所述陣列在某種程度上包括(如圖1a、圖3和圖4的透視圖中所見(jiàn))多個(gè)水平間隔的固定元件39，所述水平間隔的固定元件相對(duì)于其寬度和橫截面積具有所選靈活性和實(shí)質(zhì)長(zhǎng)度。它們各自在可以稱為接納器端處固定地附接至橫向連接器行組件本體102，并因此提供用于接納單獨(dú)的光纖連接器101的平行的相互作用的元件。這些固定的元件39具有大于10:1的長(zhǎng)寬比，并且具有基本上比寬度小的高度，因此它們具有在所選范圍內(nèi)的彈性、以及沒(méi)有或低磁通率，因?yàn)槌鲇谔囟ㄆD(zhuǎn)目的對(duì)其使用了磁力，如下面所描述的。

[段落33]系統(tǒng)中的每條光纖52在狹長(zhǎng)的連接器101中終止，所述連接器通向接合在聯(lián)合適配器18中的套圈10。當(dāng)被完全插入時(shí)，光纖端部10與耦合器的相反側(cè)中預(yù)先存在的外部光纖端部處于物理和光學(xué)接觸，所述耦合器由適配器18形成并與固定元件39平行相鄰。如在圖2的部分分解和片斷透視圖中所繪制的光纖套圈10的三個(gè)不同且相鄰的插入位置中所見(jiàn)，連接器101的可拆卸部分從插入端處的套圈10延伸穿過(guò)有形狀的略大一些的外殼11，所述外殼限定了套圈10在適配器18中的插入長(zhǎng)度并提供了用于接合在夾具103的下側(cè)中的匹配的插座內(nèi)?？梢瞥牟糠诌M(jìn)一步包括具有預(yù)定長(zhǎng)度的狹長(zhǎng)u形外殼80的中間區(qū)段，所述中間區(qū)段提供基本上環(huán)繞并保護(hù)光纖52的外壁。這個(gè)外殼構(gòu)件80包圍光纖的內(nèi)部長(zhǎng)度，所述光纖在一端耦合至套圈10并在另一端與系統(tǒng)中的單獨(dú)不同光纖52合并?？梢苿?dòng)連接器101還包括沿其長(zhǎng)度定位在中間的夾具鎖接納元件12和離其終點(diǎn)套圈10有預(yù)定的實(shí)質(zhì)間隔的具有高永久磁場(chǎng)強(qiáng)度的小型磁鐵13，所述終點(diǎn)套圈提供下面詳細(xì)描述的合作功能。

[段落34]連接器101還提供總體上與系統(tǒng)并且具體與每個(gè)不同的相鄰的狹長(zhǎng)固定元件39的預(yù)定的光學(xué)、機(jī)械和磁性相互作用。因?yàn)?如圖2中所見(jiàn))每個(gè)這種固定元件39自與其中的可移動(dòng)的光纖連接器101平行相鄰的聯(lián)合適配器18的下側(cè)延伸，它沿其長(zhǎng)度結(jié)合了若干合作特征。從自由端開(kāi)始，固定元件包括一對(duì)二叉端區(qū)段，所述二叉端區(qū)段充當(dāng)兩個(gè)小型永久磁鐵14的支持性基礎(chǔ)、具有相同的所選極性、處于離聯(lián)合適配器18端相似的距離。這些可以用術(shù)語(yǔ)表示為“未分配”磁鐵以指定其操作功能，同時(shí)第三磁鐵15以離磁鐵對(duì)14處于預(yù)定小長(zhǎng)度方向間隔的狹長(zhǎng)本體為中心，并且可以用術(shù)語(yǔ)表示為“分配”磁鐵。圖3中所示的第三“已拔出”狀態(tài)是展現(xiàn)了插入的磁鐵13與固定元件中的磁鐵14和15中任意一個(gè)之間的小磁性吸引力的狀態(tài)。固定構(gòu)件39還包括在其長(zhǎng)度中間的較短、稍窄的對(duì)接區(qū)段16、以及可以用于定位的相鄰反射器表面17。

[段落35]圖2和圖3中描繪了連接器101的相對(duì)接合的三個(gè)不同位置。如在此所使用的，“分配”狀態(tài)指光纖連接器101的套圈10完全接合在適配器18的配合套筒內(nèi)的關(guān)系。術(shù)語(yǔ)“未分配”指光纖連接器部分地接合在配合套筒18內(nèi)的狀態(tài)。“分配”狀態(tài)產(chǎn)生接近零的插入損耗，并且“未分配”狀態(tài)借助光纖連接器之間的空氣間隙產(chǎn)生約20db或更多的損耗?！鞍纬觥敝腹饫w連接器被從配對(duì)套筒完全收回的狀態(tài)，其中，夾具能夠?qū)⑦B接器101從其相應(yīng)的連接器端口55收回以便移動(dòng)至不同的目的地55。

[段落36]在優(yōu)選的范例中，四個(gè)磁鐵13、14、15在尺寸上約為6mm×6mm×3mm，并且其材料是釹42sh。這種磁鐵等級(jí)提供了“分配”狀態(tài)下至少500克力的高磁性吸引力，并且甚至當(dāng)暴露至高溫(150度c以上)時(shí)同樣維持磁性。n-s磁化軸線通常與6mm邊平行。理想地，所述磁鐵是鍍鎳的，因此可以使用標(biāo)準(zhǔn)焊料回流工藝將其釬焊至印刷電路板連接器行的金屬化焊盤(pán)。

iii.具有在軟件控制下獨(dú)立地橫向平移的光纖連接器的平行的行

[段落37]本發(fā)明中的自動(dòng)化交叉連接結(jié)構(gòu)200的一部分因而包括可獨(dú)立地平移的連接器行的堆疊安排，所述連接器行形成二維端口陣列。圖3和圖4中描繪了具有約12.5mm豎直間隔的八個(gè)豎直堆疊的連接器行102的具體示例。在這個(gè)具體示例中，每一行102包括各自橫向地間隔約32mm的十二個(gè)平行連接器軌道。每個(gè)連接器軌道狹長(zhǎng)且窄并且具有所選撓曲特性。每個(gè)連接器軌道的遠(yuǎn)端處的磁鐵14、15的n-s極性和安排對(duì)于每個(gè)軌道和行是完全相同的。所以，當(dāng)這些行如圖4中所示處于水平(x)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，每一行上的磁鐵14、15造成每個(gè)連接器軌道39的遠(yuǎn)端在x和y方向彼此排斥。這些排斥力被有效地定位成部分地磁性地使窄的半柔性連接器軌道102飄浮并減小具有延伸的構(gòu)件39的相鄰行干擾的可能性。

[段落38]當(dāng)不存在圖2中詳示的固定構(gòu)件39的磁性飄浮時(shí)，由于接合在其中的光纖連接器101的張力向量，會(huì)另外發(fā)生延伸的連接器軌道的偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)的最小化對(duì)在獨(dú)立行置亂過(guò)程中消除豎直相鄰行與坐落在其中的光纖連接器的潛在堵塞有效。

[段落39]進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，每一連接器行在相反端被軸承塊43、49中所安裝的三個(gè)微型回轉(zhuǎn)軸承的集合支撐，所述軸承塊在平行于連接器的表面的兩條軸線(x，z)上提供引導(dǎo)，并將其支撐在較低行的上方。如圖4中觀察到的，每個(gè)軸承架在分別位于左端和右端架的注塑成型的塑料引導(dǎo)塊45、46內(nèi)的其自身的軌道內(nèi)。中央支撐滾軸38進(jìn)一步提供行中心處的機(jī)械參考點(diǎn)，從而排除沿著其機(jī)械行組件102的長(zhǎng)度的潛在輕微弓彎。當(dāng)夾具機(jī)械地鎖定至連接器行的具體軌道39上時(shí)，這個(gè)參照表面提供了充足的支撐從而防止在夾具接合過(guò)程中連接器行的大幅度偏轉(zhuǎn)。

[段落40]優(yōu)選地，連接器行102包括印刷電路板基板，所述印刷電路板基板出于高剛性目的具有2.4mm厚度、由常見(jiàn)電路板材料比如fr-4制成。這種材料平坦、堅(jiān)硬、廉價(jià)，并且有利于將磁鐵可靠放置和焊接至電路板上。添加電路的能力還使得能夠?qū)嵤?duì)連接器的rfid追蹤以及光學(xué)功率監(jiān)測(cè)和檢測(cè)。

[段落41]每個(gè)連接器行102是由電機(jī)20-1可獨(dú)立移位的，圖4中僅可見(jiàn)其一些代表性示例并且在圖1a中將其示為四個(gè)電機(jī)的單元。這個(gè)電機(jī)20-1通常是提供所述行在約37mm行進(jìn)范圍上的精確可編程線性平移的線性永久磁鐵dc步進(jìn)電機(jī)。軸承軌道組件43和44的低摩擦保證了僅需要最小力(<100克力)和低電流來(lái)致動(dòng)每一行。

[段落42]如在圖3和圖4的連接器行子組件102的透視圖中所見(jiàn)，每一行中的窄狹長(zhǎng)元件39被定位成限定元件39的相似豎直列或堆疊。這些元件彼此水平地分開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)距離，所述標(biāo)準(zhǔn)距離在本示例中約為37mm。為了清楚起見(jiàn)，在圖3的上部視圖中僅描繪了一條光纖連接組件101，并且將其示為耦合至通向系統(tǒng)中的外部緩存端口(未示出)的內(nèi)部光纖52。從引用的之前發(fā)布的專利將理解的是，通過(guò)橫向地移位與光纖輸送的即時(shí)豎直位置呈定時(shí)關(guān)系的具有狹長(zhǎng)固定元件的行，達(dá)到交織穿過(guò)光纖52的三維體積。光纖因而通過(guò)在沒(méi)有纏繞的情況下被交織穿過(guò)現(xiàn)有的光纖圖案而被重定位，直到它達(dá)到其目的地，在所述目的地處，它接合在其處的端部中，如早期發(fā)布的專利中所描述的。

[段落43]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解當(dāng)把細(xì)元件比如光纖導(dǎo)航穿過(guò)密集群體的其他光纖時(shí)潛在可能遭遇的問(wèn)題。在這方面，關(guān)于改變?cè)恢靡约熬S持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)兩者，在窄狹長(zhǎng)元件上采取靜態(tài)小型磁性元件來(lái)提供戰(zhàn)略上的磁性吸引力和排斥力以目前披露的系統(tǒng)的形式提供了實(shí)質(zhì)性好處。

iv.用于選擇性地輸送、安裝和重定位密集矩陣中的光纖連接器的狹窄形態(tài)面夾具

[段落44]圖5、圖6和圖7展示了可電子致動(dòng)的夾具設(shè)備103，所述夾具設(shè)備與典型的連接器行102可改變地互鎖或?qū)訌亩谶B接器101產(chǎn)生充足的局部致動(dòng)力，以改變光纖連接器101在輸出端口81的二維陣列中的位置，如最佳在圖1至圖4中的背景下一起所見(jiàn)的。夾具被示為處于軸向接合的三個(gè)基本狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)于光纖連接器101“被分配”(圖5)(或操作性地接合)、“未被分配”(或部分地插入)(圖6)、或從連接器“被拔出”或完全地脫開(kāi)(圖7)并且可以在別處自由移動(dòng)(或插入)。夾具103下降至連接器行上，并且在使用反射型光學(xué)光斬波器傳感器27-6光學(xué)地檢測(cè)與連接器行102的具體單獨(dú)軌道元件18的接合時(shí)停止。來(lái)自傳感器的光被通常是金的反射性鍍層17(圖2)從連接器軌道的邊緣反射，并指導(dǎo)軌跡控制系統(tǒng)117(圖18)夾具被正確地對(duì)接至軌道元件18上。互鎖是通過(guò)夾具引導(dǎo)件20與每個(gè)軌道元件18上存在的寬度減小的對(duì)接區(qū)段16(如最佳在圖2中所見(jiàn))的機(jī)械接合完成的。夾具子系統(tǒng)包括位于窄豎直平面中的兩個(gè)緊密相鄰的印刷電路板60和29，所述窄豎直平面向下延伸至任意所選行，夾具子系統(tǒng)還包括多個(gè)傳感器和致動(dòng)器。上部電路板60附接至伸縮機(jī)器人制動(dòng)器的下端35(見(jiàn)圖5)。相鄰的下部滑動(dòng)電路板29安裝在線性軸承組件上，包括分別平行的水平的上軸和下軸26-1和26-2，從而使得夾具的未固定值所述緊密相鄰的夾具板60的這部分可以在任一方向水平地在與光纖連接器101相同的窄柱狀區(qū)內(nèi)的緊密間隔的限制之間平移。傳感器27-1、27-2、和27-3檢測(cè)當(dāng)距離d分別從d1、d2減小至d3時(shí)分別在分配、未分配和已拔出位置的重疊但下部電路板29的平移。下部滑動(dòng)電路板29包括沿其長(zhǎng)度間隔的機(jī)械元件70、80，所述機(jī)械元件可以保持(79)和鎖定(80)至光纖連接器101的長(zhǎng)度上。光纖傳感器通常是反射性和/或透射型光斬波器。對(duì)控制系統(tǒng)117進(jìn)行響應(yīng)的螺線管23觸發(fā)鎖定元件外殼80內(nèi)彈簧加壓的機(jī)械鎖24，其中，所述鎖的狀態(tài)由整合在電子電路板29上的(多個(gè))反射性光斬波器傳感器27-4和27-5檢測(cè)。在具體示例中，夾具設(shè)備103的平移由電機(jī)32和由正時(shí)皮帶輪28和正時(shí)皮帶25組成的正時(shí)皮帶驅(qū)動(dòng)器(或高效率卷筒/線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))提供動(dòng)力。

[段落45]在進(jìn)一步的示例中，為了基于其條形碼識(shí)別光纖并提供機(jī)器視覺(jué)對(duì)準(zhǔn)，夾具103可以進(jìn)一步包括相機(jī)21和led照明器22以捕捉連接器101的圖像及其唯一的條形碼標(biāo)識(shí)符?？商娲兀?dāng)光纖被夾具輸送時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)卷盤(pán)編碼器傳感器信號(hào)72，卷盤(pán)編碼器電路51使得任何光纖能夠被唯一地標(biāo)識(shí)。

[段落46]在具體示例中，夾具103提供約19mm的線性行進(jìn)，足以按命令分配(圖5，d1)、未分配(圖6，d2)、或拔出(圖7，d3)連接器101，其中，遞增的距離d1、d2和d3與所描繪的接近。當(dāng)被拔出時(shí)，連接器101可以被豎直地輸送，而沒(méi)有貫穿橫向體積空間118-j的干擾，所述橫向體積空間在矩陣中所有其他光纖之間且獨(dú)立于矩陣中所有其他光纖從任何具體列j的頂部延伸至底部。當(dāng)連接器組件101被傳遞至其在連接器行上的目的地軌道39時(shí)，其前向尖端10與連接器102的集合中所選固定連接器相鄰但間隔開(kāi)，如圖7中所見(jiàn)。夾具組件103因而被保持在“已拔出”位置，如圖7中所見(jiàn)在分配之前。在這種模式下，夾具組件103的下部平面電路板29與連接器102間隔開(kāi)。當(dāng)光纖連接器組件101的橫向位置變化時(shí)，夾具引導(dǎo)件20保持固定。在圖5的視圖中看得見(jiàn)完整接合，其中，響應(yīng)于為夾具致動(dòng)器的電機(jī)32供給能量，下部的印刷電路板29被致動(dòng)的夾具組件103移位至左側(cè)。這是“分配”位置，與示出了“未分配”或部分接合的位置的圖6、以及其中不存在連接器接合的圖7相反。

v.伸縮機(jī)器人豎直制動(dòng)器

[段落47]夾具設(shè)備103安裝在如圖1a、圖8a、圖9、圖10a、圖10b和圖10c中所展示的雙軸機(jī)器人機(jī)構(gòu)104的下端并被其輸送。機(jī)器人設(shè)備104在豎直方向上是伸縮的，從而使得夾具設(shè)備103能夠到達(dá)高度受限的安裝內(nèi)的大量?jī)r(jià)交叉連接。它包括矩形的外臂或級(jí)30以及內(nèi)臂或級(jí)35，并且在水平方向可通過(guò)驅(qū)動(dòng)皮帶25或在固定端點(diǎn)之間延伸的線/繩移動(dòng)。豎直伸縮和水平移動(dòng)能力保證了臂可以到達(dá)具有連接器端口55的行的二維陣列內(nèi)的所有連接器(圖2)，而不給整體機(jī)器人交叉連接系統(tǒng)增加高于行業(yè)優(yōu)選的2.15米高度標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)分高度。

[段落48]現(xiàn)有技術(shù)中的伸縮機(jī)器人臂不具有所需的剛性，也不具有在內(nèi)部光纖連接器之間下降和操作所需的縱橫比/微型化，所述內(nèi)部光纖連接器具有附接有拉緊的光纖的內(nèi)部連接器的必要定位準(zhǔn)確度(～+/-3mm)。然而，在本系統(tǒng)中，具有細(xì)長(zhǎng)中空矩形或部分矩形的橫截面的豎直線性外級(jí)30接納具有較小橫截面的滑動(dòng)內(nèi)部構(gòu)件35。如圖10b中所見(jiàn)，機(jī)器人臂的內(nèi)級(jí)35的頂端包括內(nèi)部卡匣76，所述內(nèi)部卡匣對(duì)滾柱軸承92、93進(jìn)行彈簧加壓，所述滾柱軸承與矩形或“c”狀中空橫截面外臂30的內(nèi)側(cè)壁接觸。在優(yōu)選的實(shí)施例中，外級(jí)30和內(nèi)級(jí)35是不銹鋼或普通鋼；然而，鋁、塑料、纖維玻璃和碳纖維都是合適的替代物。

[段落49]夾具機(jī)構(gòu)103被附接至機(jī)器人臂系統(tǒng)的內(nèi)級(jí)35的下端，所述機(jī)器人臂系統(tǒng)在管狀外級(jí)30內(nèi)伸縮并在長(zhǎng)度上可變地延伸，如圖9和圖10a中所見(jiàn)。攜帶用于夾具103內(nèi)所嵌入的傳感器和制動(dòng)器的電線37沿內(nèi)級(jí)35向上行進(jìn)，然后經(jīng)過(guò)外級(jí)30，離開(kāi)外級(jí)30的頂部，繞上部滑輪31纏繞并且然后向下延伸至36處的固定附接點(diǎn)。如圖8a和圖9中所見(jiàn)，y軸電機(jī)33-1例如dc伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)上下驅(qū)動(dòng)管狀外級(jí)30經(jīng)過(guò)附接至級(jí)30的頂部和底部的正時(shí)皮帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。多導(dǎo)體帶狀電纜37剛性地附加值內(nèi)級(jí)35的頂部并且其中點(diǎn)固定在電纜附接點(diǎn)36處。當(dāng)外級(jí)30上下移動(dòng)(圖8d)時(shí)，因?yàn)殡娎|37在附接至外級(jí)并與其一起移動(dòng)的滑輪上循環(huán)的動(dòng)作，內(nèi)級(jí)35移動(dòng)外級(jí)距離的二倍。

[段落50]伸縮臂展現(xiàn)相對(duì)低的橫向順應(yīng)性或同等高的剛性。在具體示例中，對(duì)于垂直于伸縮方向(即，圖1中定義的x和z方向)施加的約50gm的橫向力和高長(zhǎng)度效率(伸縮臂范圍l2＝1.5米與臂縮回高度l1＝1m的比值，圖9、圖10a、圖10b)，產(chǎn)生不到2mm的偏轉(zhuǎn)。這個(gè)剛性對(duì)防止來(lái)自附接至連接器101的光纖52的拉力將伸縮臂拖拽或偏轉(zhuǎn)離開(kāi)真正的豎直對(duì)準(zhǔn)。與現(xiàn)有技術(shù)伸縮臂(例如，抽屜滑軌、伸縮吊臂等)相反，橫向順應(yīng)性獨(dú)立于伸縮結(jié)構(gòu)的延伸長(zhǎng)度l2l2’(0至1.5米)。這是本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榻柚鷬A具103可靠接合跨延伸的前部連接器陣列的任何連接器101還需要一些非零水平偏轉(zhuǎn)和一致的偏轉(zhuǎn)和順應(yīng)性特征從而使得能夠通過(guò)機(jī)械捕捉方法進(jìn)行自動(dòng)無(wú)源對(duì)準(zhǔn)。另一方面，還應(yīng)所述維持伸縮臂末端處連接器陣列的所有位置處的低振動(dòng)。

[段落51]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)以下各項(xiàng)實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格控制的順應(yīng)性特征：(1)提供滾柱軸承系統(tǒng)用于非常堅(jiān)硬的外部第一級(jí)以及(2)提供滾柱軸承卡匣用于內(nèi)部第級(jí)，其中，一組軸承位于內(nèi)部第二級(jí)的較上部150mm，通過(guò)將內(nèi)部卡匣軸承安裝在撓曲部76-1、76-2上對(duì)所述內(nèi)部第二級(jí)適當(dāng)?shù)仡A(yù)加壓，從而使得以高角度一致性在管道30內(nèi)引導(dǎo)卡匣。軸承系統(tǒng)在圖10b和圖10c中被部分地展示并且包括內(nèi)部x軸支撐軸承92、和內(nèi)部z軸支撐軸承93。為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加壓，進(jìn)一步存在位于撓曲部64的相反懸掛端的預(yù)加壓的內(nèi)部x支撐軸承92’和位于撓曲部76的相反懸掛端的預(yù)加壓的內(nèi)部z支撐軸承93’。

[段落52]軸承撓曲部76-1、76-2是例如在像片彈簧等負(fù)載下偏轉(zhuǎn)的半硬的不銹鋼片金屬結(jié)構(gòu)，其中，徑向滾珠軸承93附接在曲臂的兩端。由偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力通過(guò)設(shè)計(jì)小于材料的屈服應(yīng)力，從而防止撓曲部永久地變形。這些曲臂76-1、76-2在級(jí)35的頂部附加至硬鋼內(nèi)部第二級(jí)，從而使得相反的軸承當(dāng)在這個(gè)外部第一級(jí)30的內(nèi)腔中上下浮動(dòng)時(shí)被預(yù)加壓并與外管接觸。軸承組件的摩擦足夠低，以至于內(nèi)級(jí)僅僅由于重力而可控制地在外管內(nèi)下降并被帶狀電纜37支撐。此電纜用于兩個(gè)目的：它抵抗重力，防止臂下降并從夾具103向軌跡控制系統(tǒng)117傳輸信號(hào)。此電纜37被繞附接至外級(jí)35的頂部并附加值主機(jī)器人x軸卡匣61的滑輪31布線。

[段落53]圖8b是水平或x軸卡匣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示意性俯視圖，所述卡匣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由正時(shí)皮帶25-1組成，所述正時(shí)皮帶在一端具有耦合至具有齒輪箱的x軸伺服電機(jī)33-2的驅(qū)動(dòng)輪28-2，并且在相反端具有空轉(zhuǎn)輪28-1。x軸平臺(tái)61附接至正時(shí)皮帶25-1，所述正時(shí)皮帶將平臺(tái)從x軌道的一端平移至另一端。

[段落54]圖8c是y軸致動(dòng)系統(tǒng)的示意性側(cè)面視圖，詳示了正時(shí)皮帶輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第一正時(shí)皮帶25-2在相反端附加值外部y軸管30并且用來(lái)上下驅(qū)動(dòng)管30。正時(shí)皮帶25-2被一對(duì)空轉(zhuǎn)滾軸28-7和28-4重新定向并繞正時(shí)皮帶驅(qū)動(dòng)輪28-6纏繞。驅(qū)動(dòng)輪28-6和減速輪28-5剛性地附接至公共中央軸28-6。驅(qū)動(dòng)電機(jī)33-1轉(zhuǎn)動(dòng)小驅(qū)動(dòng)輪28-3。正時(shí)皮帶25-3繞小直徑輪28-3和間隔開(kāi)的大直徑輪28-5兩者緊緊地纏繞。大與小輪直徑的比例通常是5到10，以產(chǎn)生扭矩放大器。

[段落55]如圖8d中所描繪的，以正時(shí)皮帶驅(qū)動(dòng)外臂30將滑輪31提高或降低相應(yīng)的距離x，因?yàn)榛?1被安裝至臂30。滑輪31可以自由旋轉(zhuǎn)。固定長(zhǎng)度的狹長(zhǎng)帶或線37在一端附接至y驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的固定點(diǎn)36，并且相反端附接至內(nèi)級(jí)35的最高部分。這種配置引起機(jī)器人臂內(nèi)級(jí)35以2x(機(jī)器人臂外級(jí)30的距離的二倍)移動(dòng)。圖8d展示了處于各種伸縮延伸程度的臂的配置。線37繞移動(dòng)的滑輪31纏繞。對(duì)于外臂30移動(dòng)的具體距離x1，滑輪同樣在同一方向移動(dòng)相同的距離x1。由于電纜是固定長(zhǎng)度的并懸掛內(nèi)級(jí)35，當(dāng)滑輪移動(dòng)距離x1時(shí)，電纜的平移端移動(dòng)距離2x1。結(jié)果，內(nèi)級(jí)35移動(dòng)距離2x1。

[段落56]現(xiàn)在參照的圖8e、圖8f和圖8g中所示的夾具的具體范例詳述了用于對(duì)固定印刷電路板60上安裝的所選光纖可靠地增量的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。夾具包括步進(jìn)電機(jī)32，所述步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)夾具驅(qū)動(dòng)卷筒122，電纜25’以受控的松散度纏繞在所述夾具驅(qū)動(dòng)卷筒上或在其上“運(yùn)轉(zhuǎn)(play)”。線25’在卷筒122上的纏繞拉動(dòng)外部結(jié)構(gòu)29，從而騎在平行的桿26-1、26-2上通過(guò)使得線25”的部分變緊(在此在圖8f的左側(cè)所見(jiàn))向右(如圖8f中箭頭所示)，或通過(guò)使線25”的部分變緊(如在圖8g的右側(cè)所見(jiàn))向左(圖8g)。在線內(nèi)提供所選松弛程度提供了對(duì)扭矩量以及從給定的步進(jìn)電機(jī)可獲得的相應(yīng)的線性致動(dòng)力的顯著提高。在典型的操作條件下，電機(jī)82必須從具有最大阻力的初始位置驅(qū)動(dòng)夾具，從而在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)需要最大扭矩。如果線沒(méi)有松弛部，電機(jī)在加速時(shí)將需要克服較大初始力。這是插入或拔出內(nèi)部lc連接器101的力。本領(lǐng)域中已知的是，在初始啟動(dòng)加速度過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)在高扭矩條件下失速。通過(guò)在卷筒122的每一側(cè)提供一段松弛的線25’，當(dāng)通過(guò)將多余的線纏繞在卷筒122上而收緊松弛部時(shí)電機(jī)初始僅經(jīng)歷最小負(fù)荷。結(jié)果，電機(jī)不經(jīng)受大負(fù)荷，直到(1)它達(dá)到最小速度/不再處于加速度階段并且(2)線在一側(cè)或另一側(cè)(例如，圖8f、圖8g)的拉緊區(qū)段25”中不再展現(xiàn)松弛之后。

[段落57]步進(jìn)電機(jī)牽入扭矩是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)從靜止啟動(dòng)時(shí)步進(jìn)電機(jī)將失速的扭矩的度量。牽入曲線定義了被成為啟動(dòng)/停止區(qū)的區(qū)域。當(dāng)伴隨對(duì)參數(shù)比如速度、加速度和負(fù)荷扭矩的正確選擇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以在施加負(fù)荷且沒(méi)有同步性損失的情況下即時(shí)啟動(dòng)電機(jī)。電纜驅(qū)動(dòng)器中松弛的線保證了這個(gè)負(fù)荷扭矩初始較低(圖8h)。相反，步進(jìn)電機(jī)牽出扭矩是在電機(jī)失速之前在給定速度下可以產(chǎn)生的扭矩。牽出扭矩通常比牽入扭矩高至少因數(shù)2。因此，當(dāng)經(jīng)歷與插入/拔出內(nèi)部連接器101相關(guān)聯(lián)的最大負(fù)荷時(shí)，夾具步進(jìn)電機(jī)按照牽出扭矩方案運(yùn)轉(zhuǎn)是有利的，從而保證給定z驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大扭矩輸出。

vi.松弛光纖卷起卷盤(pán)和轉(zhuǎn)動(dòng)感測(cè)

[段落58]組件101中的光纖連接器作為來(lái)自低外形輪廓彈簧加壓的卷盤(pán)41(圖11b)的輸出光纖52(圖11a)終止，所述卷盤(pán)排列在平面低外形輪廓托盤(pán)47上，如圖11a至圖13a中所示。光纖托盤(pán)組件106(圖11a和圖11b)的這個(gè)示例包括十二條光纖，卷盤(pán)41致使所述十二條光纖單獨(dú)且獨(dú)立自拉緊的，在穿過(guò)線性排列的柔性引導(dǎo)件40的中央主干之后，光纖52被引導(dǎo)至所述卷盤(pán)。柔性引導(dǎo)件通常是低摩擦管材材料比如ptfe、fpa、fep等。在此處所示的具體示例中，主干中存在的十二條光纖中的每一個(gè)的相反端起源于連接器，所述連接器被單獨(dú)地插入聯(lián)合適配器或配對(duì)套筒18的線性陣列中的不同單獨(dú)聯(lián)合適配器或配對(duì)套筒中。圖11b中描繪了內(nèi)部卷盤(pán)41與輸出連接器陣列42之間光纖52的內(nèi)部路徑。

[段落59]圖12的片斷透視圖詳示了光纖到單獨(dú)卷盤(pán)的路徑，包括：前部動(dòng)態(tài)移動(dòng)的光纖52，從卷盤(pán)光纖離開(kāi)位置50離開(kāi)并在連接器中終止從而形成動(dòng)態(tài)輸出連接器陣列81(圖1a)，以及后部固定長(zhǎng)度光纖54(圖11b)，同樣從卷盤(pán)位置51離開(kāi)并最終在連接器中終止從而形成靜態(tài)輸入連接器陣列82。如圖12中所見(jiàn)，光纖被布線穿過(guò)o環(huán)狀眼孔49并繞滾軸48從而以低摩擦和低應(yīng)力對(duì)動(dòng)態(tài)移動(dòng)的光纖重定向，因?yàn)樗鼈冊(cè)诶@干涉卷盤(pán)41經(jīng)過(guò)時(shí)經(jīng)歷約90度的角度變化。當(dāng)光纖52被收回或縮回到卷盤(pán)中時(shí)，卷盤(pán)41轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得卷盤(pán)的內(nèi)部光纖在其下側(cè)上盤(pán)旋(如美國(guó)專利號(hào)8,068.715中所披露的)，從而分別地盤(pán)繞或展開(kāi)。如圖13a中所見(jiàn)，卷盤(pán)的外壁被分段和/或涂色成交替的反射/非反射性圓周段46，從而使得反射型光斬波器45結(jié)合電子復(fù)用和計(jì)數(shù)器電路51檢測(cè)卷盤(pán)經(jīng)歷的圈數(shù)。這根據(jù)機(jī)器人控制過(guò)程中光纖連接器101的移動(dòng)在操作過(guò)程中提供卷盤(pán)上存在正確長(zhǎng)度的光纖52的驗(yàn)證。

[段落60]圖11至圖13中還描繪了改進(jìn)的多卷盤(pán)模塊的不同新穎方面。圖11a和圖11b例如展示了用于提供單獨(dú)可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的光纖的十二個(gè)卷盤(pán)41的有利幾何布局。因此，每條光纖托盤(pán)組件106從主干40向卷盤(pán)41分布單獨(dú)的光纖，所述卷盤(pán)在托盤(pán)47上從前到后延伸的、間隔開(kāi)的四卷盤(pán)集中線性地對(duì)準(zhǔn)。而且，這些卷盤(pán)集各自被相鄰地定位成使得所述相鄰卷盤(pán)對(duì)各自相對(duì)于托盤(pán)47上從前到后的軸線限定銳角。因此存在成相反角度對(duì)的托盤(pán)47一側(cè)的六個(gè)卷盤(pán)、以及相反側(cè)的六個(gè)卷盤(pán)，其中，托盤(pán)47的開(kāi)放的中央?yún)^(qū)域提供從主干40輸入端到輸入光纖的路徑。

[段落61]向不同卷盤(pán)41的光纖輸入52饋送至中央?yún)^(qū)域并被定向?yàn)轫槙r(shí)針地繞左(如圖11b中所見(jiàn))側(cè)的六卷盤(pán)的組中的單獨(dú)卷盤(pán)，并且逆時(shí)針地繞右側(cè)組中的六個(gè)卷盤(pán)中的每一個(gè)。由于每一對(duì)中的卷盤(pán)緊密相鄰但間隔開(kāi)，從中央主干40進(jìn)來(lái)的光纖路徑不同，取決于卷盤(pán)是成角度的對(duì)中最內(nèi)側(cè)的那個(gè)還是所述對(duì)中最外側(cè)的那個(gè)。通過(guò)現(xiàn)在參照的圖12中所示的光纖引導(dǎo)幾何結(jié)構(gòu)解決了問(wèn)題，同時(shí)仍然保持緊湊性和控制。成角度的對(duì)中的內(nèi)部(最接近中心)卷盤(pán)41接納可變長(zhǎng)度的光纖52，從而在重新配置的過(guò)程中根據(jù)需要拉緊或供應(yīng)光纖?？勺冮L(zhǎng)度可重新配置的自動(dòng)拉緊的光纖52被以大于最小可接受的彎曲半徑的曲度(通常>5mm)可控制地引導(dǎo)。每一對(duì)中的卷盤(pán)緊密相鄰但操作性地不同，任何模塊的卷盤(pán)41的成角度的且間隔開(kāi)的幾何結(jié)構(gòu)使得該結(jié)果成為可能。在光纖的相反端，后方固定長(zhǎng)度的光纖54被饋送至單獨(dú)耦合的后方聯(lián)合適配器42(圖11)。

[段落62]圖13a中所描繪的傳感器安排和如圖13b中所描繪的相關(guān)聯(lián)的復(fù)用電路的示例提供了用于監(jiān)測(cè)多個(gè)卷盤(pán)40的動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的有用的新穎手段。參照這些圖可見(jiàn)的是，在與卷起卷盤(pán)41的外圍相鄰的薄壁中安裝了小型反射型光傳感器45。傳感器45被定位在卷起卷盤(pán)的外部并生成信號(hào)，所述信號(hào)隨著卷起卷盤(pán)41的然后相鄰的圓周段而變化。如圖12中所示，存在七個(gè)此類目的(小半徑)段，均勻地繞每條光纖卷起卷盤(pán)41的外圍分布。因而，當(dāng)卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)以供應(yīng)或收緊光纖時(shí)，來(lái)自相關(guān)聯(lián)的傳感器45的響應(yīng)信號(hào)被發(fā)送至卷盤(pán)編碼器電路51。這些電路51(每個(gè)單獨(dú)卷盤(pán)41一個(gè))提供對(duì)卷盤(pán)的變化的轉(zhuǎn)動(dòng)位置進(jìn)行響應(yīng)的信號(hào)。為了讀出任何具體傳感器，內(nèi)部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的電子多路復(fù)用器70、71必須被設(shè)定至其具體地址。如圖13b中所示，來(lái)自不同傳感器45的多個(gè)單獨(dú)功率和接地線可以通過(guò)饋入分開(kāi)的多路復(fù)用器電路70、71而被共享，從而選擇性地激活具體卷盤(pán)并生成與其具體卷盤(pán)41相對(duì)應(yīng)的信號(hào)72，以便由監(jiān)測(cè)所述多個(gè)卷盤(pán)的運(yùn)轉(zhuǎn)的命令電路51處理。

vii.用于過(guò)程控制的具有整體感測(cè)的自動(dòng)光纖端面干燥清潔卡盒

[段落63]現(xiàn)在參照?qǐng)D14、圖15、圖16a和圖16b，展示了有利清潔器設(shè)備105的部分剖面視圖和透視圖，詳示了怎樣通過(guò)以下各項(xiàng)達(dá)到力感測(cè)：在清潔織物58后方包括順應(yīng)墊57，進(jìn)一步在所述順應(yīng)墊57內(nèi)包括檢測(cè)存在的套圈尖端壓縮力f的力傳感器56，所述壓縮力的方向由圖14和圖15中的方框箭頭指示。夾具103內(nèi)的光纖連接器101被沿著y軸上升至光纖互連體積和最高的光纖模塊113-10上方，從而使得連接器在清潔卡盒105的高度。清潔卡盒被剛性地安裝至平移的x軸卡匣61的底部并當(dāng)期在x上平移時(shí)與卡匣一起移動(dòng)。通過(guò)將機(jī)器人移動(dòng)至極右邊來(lái)使清潔織物前進(jìn)，從而抑制清潔卡盒前進(jìn)杠桿75，所述清潔卡盒前進(jìn)杠桿使清潔織物前進(jìn)至織物的干凈未使用部分。在具體示例中，力傳感器56是柔性基板上的、具有包括兩個(gè)線端子59的內(nèi)部電極特征的基本上平面的元件，并產(chǎn)生與感測(cè)區(qū)內(nèi)的平均局部力成比例的電阻變化。感測(cè)區(qū)通常在直徑上是5至10mm并且傳感器的厚度通常是0.25至0.5mm。傳感器線59被接口連接至包括分壓器的外部電子電路107，其中，目標(biāo)力感測(cè)閾值是100gm-f并且分壓器的參考電阻器值被選定以對(duì)于5v的電源電壓產(chǎn)生約2.5v的電壓。力傳感器的典型電阻交叉值是100kω并且參考電阻器通常被選為1μω。電路107中的比較器將分壓器上的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。這個(gè)數(shù)字信號(hào)被輸入至控制器108并被嵌入的控制軟件監(jiān)測(cè)，從而以規(guī)定的清潔織物壓縮力終止夾具103和光纖101前進(jìn)。機(jī)器人夾具103(圖14)移動(dòng)連接器101的光纖端面10，直到光纖端面與織物接觸并壓縮織物后方的順應(yīng)墊57。力傳感器是對(duì)順應(yīng)墊57必不可少的并且感測(cè)其中的壓縮。用于自動(dòng)化清潔的期望力在25gm-f至250gm-f范圍內(nèi)。將力控制在范圍內(nèi)非常重要，因?yàn)檫^(guò)大的力會(huì)在織物和污損光纖中產(chǎn)生撕扯；不充分的力會(huì)引起不完整的清潔。

[段落64]此外，根據(jù)本發(fā)明，所披露的清潔卡盒105提供了對(duì)清潔織物消耗的整體感測(cè)。參照?qǐng)D16a和圖16b，所述清潔卡盒包括感測(cè)裝置比如反射型光斬波器77，用于檢測(cè)清潔織物58自其線軸的前進(jìn)，從而將其信號(hào)饋送至電子電路107和108(圖14)。清潔匣盒織物58被從供應(yīng)線軸73警告清潔匣盒墊57和傳感器56饋送至分配線軸74。清潔器前進(jìn)杠桿75被致動(dòng)以通過(guò)沿x軸的水平移動(dòng)按照需要以增量的方式饋送織物58，從而在杠桿撞擊最右側(cè)行進(jìn)極限附近的硬停止時(shí)抑制杠桿。如從圖14和圖15中的夾具配件103的關(guān)系的透視圖明顯的，當(dāng)它與清潔卡盒105處于操作關(guān)系時(shí)，供應(yīng)線軸73和分配線軸74橫跨清潔匣盒墊57。這兩個(gè)線軸之間的間隔因而有利于在操作位置接近任何選擇的光纖套圈10，以便清潔和返回可變光纖的精確有序的排中的操作位置。同時(shí)，清潔材料的來(lái)源對(duì)于許多不同的清潔序列足夠大，但當(dāng)被充分地使用或當(dāng)需要檢查時(shí)被輕易地替換。

[段落65]總之，在此披露了用于實(shí)現(xiàn)緊湊的、機(jī)器人重新配置地、軟件定義的光纖插線面板的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將輕易地觀察到，在保留本發(fā)明教導(dǎo)的同時(shí)，可以進(jìn)行對(duì)設(shè)備的許多更改和改變。

viii.附錄—附圖備注