CN105074900A - 复合终端效应器 - Google Patents

Abstract

一种终端效应器包含基底、从所述基底延伸的多个指状物，以及设置在所述指状物中的每一个上以支撑基板的多个垫。所述指状物包括碳纤维材料且从靠近所述基底的第一直径和第一壁厚度渐细为远离所述基底的比所述第一直径小的第二直径以及比所述第一壁厚度小的第二壁厚度。一种方法包含沿着多个渐细指状物粘附多个垫，以及将所述多个渐细指状物的近端与基底的对应凹部粘附在一起。将所述经组装的垫、渐细指状物和基底放置在固定件上，使得所述多个垫的顶部表面搁置在所述固定件的顶部表面上，且将所述组合件固持在所述固定件上的适当位置，直到所述粘合剂己在室温下固化为止。

Description

复合终端效应器

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2013年3月13日申请的第61/778,524号待决的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明是有关于一种基板处理***，且特别是有关于一种用于在基板处置***中使用的终端效应器。

背景技术

硅芯片用于半导体或太阳能电池制造中。所述芯片经受多步制造过程，其可涉及多台机器以及多个站。因此，需将芯片一次或一次以上地从一台机器/站输送到另一机器/站。

芯片的输送通常使用被称为终端效应器的设备。典型的终端效应器在外观上可为手状的，其中基础单元可附接到多个手指状的扩展部。在手指状的扩展部中的每一个上，多个芯片可以间隔开的间隔安置在芯片垫的顶部上。最终结果可为由多个终端效应器指状物支撑的芯片矩阵。所述终端效应器可通常全部在相同平面(例如，x-y轴)中线性地以及旋转地移动(例如，向前和向后)。终端效应器还可沿着z轴在第三方向上移动以提供全范围的运动。

一些终端效应器设计可能不能够以较高的速度操作，这限制了处理量。需要一种可提供增加的处理量的新终端效应器设计。

发明内容

提供此发明内容以按简化形式介绍概念的选择，下文在实施方式中进一步描述所述概念。此发明内容不希望确定所主张标的物的关键特征或基本特征，也不希望辅助确定所主张标的物的范围。

揭示一种终端效应器，包括基底以及从所述基底延伸的多个指状物。所述指状物可为碳纤维复合材料。所述指状物中的每一个可从靠近所述基底的第一直径和第一壁厚度渐细为远离所述基底的比所述第一直径小的第二直径以及比所述第一壁厚度小的第二壁厚度。多个垫可设置在所述指状物中的每一个上以支撑至少一个基板。

揭示一种用于制作终端效应器的方法，包括：沿着多个渐细指状物以间隔开的间隔啮合多个垫，所述多个垫和多个指状物具有设置在其间的粘合剂；将所述多个渐细指状物的近端与基底的对应凹部啮合，粘合剂设置所述多个指状物和所述对应凹部之间；将所述经组装的垫、渐细指状物和基底定位在固定件上，使得所述多个垫的顶部表面搁置在所述固定件的顶部表面上；以及将组合件固持在所述固定件上的适当位置，直到所述粘合剂已固化为止。

揭示一种终端效应器，包括碳纤维复合基底，所述碳纤维复合基底具有顶部板和底部板以及其间的多个肋状物。还可包含多个中空碳纤维复合指状物，所述多个碳纤维复合指状物中的每一个具有近端和远端。所述近端可与所述多个肋状物中的至少一者啮合。所述指状物中的每一个可从近端处的第一直径和第一壁厚度渐细为远端处的比所述第一直径小的第二直径以及比所述第一壁厚度小的第二壁厚度。多个垫可设置在所述指状物中的每一个上以支撑至少一个基板。

附图说明

现在将参考附图通过实例描述所揭示的装置的各种实施例。

图1是根据本申请的示范性终端效应器的实施例的等距视图。

图2是图1的终端效应器的实施例的侧视图。

图3是沿着图1的线3-3截取的图1的终端效应器的基底的横截面图。

图4A和图4B是垫的等距视图，且图4C是用于在图1的终端效应器上使用的垫的基底的等距视图。

图4D和图4E分别是用于对准图4A和图4B的垫的示范性夹具的等距视图和局部视图。

图5是装载有基板的图1的终端效应器的实施例的俯视图。

图6是用于与交换机械手布置一起使用的根据本申请的示范性终端效应器的实施例的等距视图。

图7是用于与图6的终端效应器一起使用的翼梁构件组合件的分解视图。

图8是图7的翼梁构件组合件的终端效应器接口的部分等距视图。

图9A到图9C是用于与图7的翼梁构件组合件一起使用的示范性组合件固定件的等距视图。

图10是图6的终端效应器的等距视图。

图11是图6的终端效应器的渐细指状物的等距视图。

图12A是沿着图11的线12A-12A截取的图11的渐细指状物的横截面图；图12B和图12C是图12A的相应部分的细节片段视图。

图13是图6的终端效应器的剖视图。

图14是图6的终端效应器的腕部的等距视图。

图15是与组合件固定件啮合的图6的终端效应器的等距视图。

图16是图15的一部分的局部视图。

图17是沿着图15的线17-17截取的图6的终端效应器的部分横截面图。

图18是说明所揭示的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

本文中所描述的终端效应器可与基板处置设备结合使用，所述基板处置设备例如是离子注入***、沉积***、蚀刻***、光刻***、真空***，或处理基板的其它***。所述基板可为太阳能电池、半导体芯片、发光二极管，或所属领域的技术人员已知的其它芯片。因此，本申请不限于下文所描述的特定实施例。

终端效应器可经设计以具有能够以高速操作的特定重量和刚度。终端效应器的加速度受到终端效应器的重量影响。最小化的重量可增加速度、加速度以及整体处理量，而增加的刚度可有助于防止终端效应器偏转或由终端效应器输送的芯片的移动。自然频率(Fn)是一旦***已被设定为运动便自然振动的频率。换句话说，如果不存在外部干扰，Fn是***将在其原始位置与其移位位置之间振荡(往返移动)的次数。共振是当物体在其Fn下启动时发生的大振动振幅的积累。不合意的机械共振可致使组件断裂或出故障。Fn是由刚度与质量的比率(k/m)控制。

图1是所揭示的终端效应器的实施例的俯视透视图。复合材料制造技术可实现指状物103到106中的较薄的壁厚度，其每单位质量强度高于具有比使用各向同性的均质材料所可能具有的每单位质量强度。在一个实例中，加强型复合材料具有环绕具有高拉伸模数的增强纤维的树脂基质。举例来说，可将碳纤维用作指状物103到106中的增强纤维。这些碳纤维可具有树脂基质中的特定体积百分比、特定模数，或树脂基质中的特定定向。所述树脂基质可为环氧树脂(epoxy)、热固塑料(thermoset)、热塑塑料(thermoplastic)、氰酸酯(cyanateester)、聚酯(polyester)、芳族聚酰胺(aramid)、氯氟烃(chlorofluorocarbon)、玻璃(glass)，或其它材料。当环氧树脂基质与纤维组合时，纤维交联且硬化。增强纤维与树脂基质的此混合物被称作复合纤维增强型塑料制造。

使用预浸渍的材料的制造可在两个步骤中执行。在第一步骤中，树脂基质经混合，使得其在与纤维的组合期间催化或硬化，纤维从纱线扩散为薄片。所述薄片随后冷冻储存，直到准备好第二步骤为止。所述第二步骤在复合物品的最终形状中进行且通常用由压力或真空在经加热的交联步骤期间固持的预浸渍的材料的薄片进行。所述压力或真空用于消除空隙且挤压出多余的树脂基质，因此增加纤维的体积分数，这提高了复合部分的机械特性。

终端效应器100的指状物103到106可经配置以沿着特定轴具有相对较高的刚度，以便更有效地对抗主要负载。此较高的刚度可通过改变复合材料的特性或组成来实现，这又可增加通过Fn测得的性能。碳纤维的使用可导致约45赫兹到75赫兹(Hz)的Fn，以及约5磅(lbs.)的品质，从而固持4×4数组的太阳能电池。类似尺度和大小的典型铝质终端效应器可有约12磅重，且具有约25赫兹到45赫兹的自然频率。

在所说明的实施例中，终端效应器100经配置以固持4×4的164毫米(mm)的太阳能电池的数组，但其它布置、大小或基板类型是可能的。这些太阳能电池可固持在垫107之间，所述垫可由PEEK或其它材料制成。垫107以隔开的间隔设置在指状物103到106上。指状物103到106可一端耦接到基底101。每一垫107可定位在垫基底(未说明)上，所述垫基底设置在垫107与相关联的指状物103到106之间。所说明的实施例包含指状物103到106中的每一个上的五个垫107，但垫107的数目可基于指状物103到106中的每一个经配置以支撑的芯片的数目而变化。所述基板可设置在相对的一对垫107之间的指状物103到106中的一者上。基底101包含腕部102，所述腕部102可由铝或其它材料制成。腕部102可用作与芯片处置***中的机械手的接口。腕部102可包含孔口110以与此机械手配合。所述孔口可具有销/槽特征以介接到机械手。

在图1的终端效应器100中说明四个指状物103到106，但其它数目或配置是可能的。这些指状物103到106是由碳纤维复合材料构成且形成为圆锥形管。因此，指状物103到106从邻近于基底101的近端108到远离基底101而定位的远端109(即，沿着z轴测量)在高度(y轴)和宽度(x轴)上渐细。指状物103到106可为中空的，且碳纤维可沿着指状物单向设置。指状物103到106的长度轮廓可经配置以优化自然频率(Fn)。指状物103到106的刚度可沿着z轴最大化，这是因为指状物103到106在使用中时经受沿着y轴作用的负荷(即，携载的基板)，且因此经受沿着y轴施加的弯曲力。

图2是图1的终端效应器的侧视图。虽然以下描述将关于指状物106进行，但将了解，所描述的特征将同等地适用于终端效应器100的所有指状物103到106。如图2中所看到的，例如指状物106等指状物具有渐细形状，使得它们具有邻近于近端108的较大外径“OD”以及远端109处的相对较小的OD。如先前所述，指状物106可为中空的，且指状物的壁厚度“T”可从近端108到远端109变化。在近端108处，指状物106可具有最大壁厚度“T”和最大OD。壁厚度“T”和OD两者都可沿着指状物106以线性或非线性方式减小，从而在远端109处达到最小壁厚度“T”和最小OD。在一个非限制性示范性实施例中，在近端108处或邻近处，OD可为约0.875英寸(in)，且壁厚度“T”可为约0.09英寸。在远端109处或邻近处，OD可为约0.3英寸，且壁厚度“T”可为约0.03英寸。可变的壁厚度“T”和可变的OD可配置成对于处置悬臂式负荷(即，基板)是最有效的，这可产生较高的Fn。在一些实施例中，指状物106可在近端108、远端109处和/或沿着指状物的长度具有开口，从而允许在高真空条件下的快速抽空。

在一个实施例中，碳纤维可使用被称为滚卷的过程来制造指状物103到106。在另一例子中，碳纤维可使用被称为绕线的过程来制造指状物103到106。还可使用压缩模制或其它制造工艺。

在一个示范性实施例中，指状物103到106可由具有约5到25百万磅/平方英尺(Msi)的模数的强化材料制成。此增加指状物103到106的Fn，同时使质量最小化。在复合材料制造期间，材料刚度相对于x轴、y轴和z轴进行配置。在一个实例中，碳纤维可沿着其轴的方向具有大于约40Msi的刚度，但复合材料的总有效刚度受到所选择的纤维的方向影响。在组件制造期间对纤维方向的选择会配置每一方向上的刚度。举例来说，如果所有纤维都是单向的，那么组件将在一个方向上抵抗力，但将在另外两个方向上相当软或不能抵抗力。在一个实施例中，占优势的或大多数纤维经配置以抵挡预期的负荷，且充分的纤维经配置以抵抗在其它方向上的附带负荷。

在一个特定实施例中，沿着承载基板的重量的指状物103到106的轴施加终端效应器100上的负荷。通过使用具有约436吉帕斯卡(Gigapascal，Gpa)的拉伸模数的纤维，可在每一组件中使用一个以上单向层，例如5到10个层，然而，环氧树脂仅具有3.6吉帕斯卡的模数。因为在拉伸方面对指状物103到106进行优化(即，抵抗在围绕与行进方向垂直的水平轴弯曲期间在激发振动时由适度的惯性负荷引发的弯曲)，所以沿着z轴布置约75％的纤维。其它约25％的纤维垂直于z轴而布置。因为约45％的材料是树脂基质，所以由纤维构成的材料的55％支配着指状物103到106的材料刚度。因此，沿着z轴的刚度在行进方向上产生181吉帕斯卡的杨氏模数。这是约90％的钢刚度，但是用大致是塑料的密度的材料实现的。在另一实施例中，25％的纤维垂直于行进方向而布置，其在所述方向上产生61吉帕斯卡的杨氏模数，或约88％的铝刚度。

强化材料可沿着各个x轴、y轴和z轴具有不同的刚度。举例来说，强化材料可沿着一个轴具有类似于钢的刚度，沿着另一轴具有小于钢的刚度，且沿着第三轴具有类似于环氧树脂的刚度。在一些实施例中，指状物103到106可由耐火材料制成。举例来说，指状物103到106可由UL94V-0级的材料制成。

在一些实施例中，指状物103到106不包含用于附接垫107的孔。也就是说，不使用紧固件将垫107固定到指状物103到106。而是，可使用例如环氧树脂或用增稠剂改质的环氧树脂等粘合剂将垫107附接到指状物103到106。这可简化组装且减少成本，但可使用紧固件或其它紧固机构。在一个实施例中，垫107可以可移除地附接到指状物103到106，但垫107还可永久附接到指状物。用于将垫107结合到指状物103到106的粘合剂可包含例如锻制氧化硅等增稠剂。通过添加增稠剂，粘合剂的粘度可减小，使得其在固定之前不耗尽垫107与指状物103到106之间的空间。更呈凝胶状的粘合剂还可实现垫107与指状物103到106之间的较宽松容限，这是因为环氧树脂可有助于在零件对准期间填充任何间隙。在一些实施例中，垫107可为可取代的。

如将了解，重要的是，终端效应器100展现出高平坦度，使得在使用期间确保基板的平坦啮合和精确放置。在组装期间，指状物103到106以及垫107可定位在固定件上，使得垫的顶部表面111啮合固定件(即，指状物和垫在使用期间相对于其位置上下颠倒)。此布置可确保在组装以及结合过程期间实现垫107相对于彼此以及相对于腕部102上的基准表面的所要平坦。在一些实施例中，终端效应器100的组件在相对无应力的条件下(即，可避免终端效应器100中的组件的压缩或延伸)放置在此固定件中，使得其可在环氧树脂固化之后维持所要的平坦。可随后用粘合剂将组件(基底101、腕部102、指状物103到106、垫107)结合在一起，随后允许将其固定。通过使用此技术，通过固定件赋予终端效应器100的最终对准和平坦，垫107的顶部表面111与所述固定件相抵地设置。此单一对准方法可提供终端效应器100的组件的最终对准或平坦，其比个别组件的单独平坦可实现的紧密度更紧密。合意的是，完成的终端效应器100的垫107的顶部表面将全部安放在大体上相同平面中。

为了促进前述过程，终端效应器100的各个组件(例如指状物103到106、基底101、腕部102以及垫107)可经设定尺寸以使得它们在未结合的条件中不紧密地装配在一起。而是，组件可经设定大小以便在相应的啮合表面之间具有预先界定的结合间隙。因此，当组件装配在一起时，它们可彼此相抵地并且与固定件的平坦表面相抵地“安放”。粘合剂填充组件之间的结合间隙“BG”(参看图17)且在“安放”条件中与组件一起固化(即，其中垫107的顶部表面111全部与固定件的平坦表面相抵地彼此平坦地对准)。此技术可导致组件的相对无应力的结合，其导致大体上平坦的终端效应器100。在一些实施例中，终端效应器100在39英寸的长度上具有0.01英寸的平坦度。

可在室温下执行固定件中的组装，且对粘合剂的固化也可在室温下发生。此避免组件之间的相对生长或收缩，粘合剂结合的先前热固化方法就会发生这种情况。粘合剂可经选择以使得其在室温下实现所要程度的交联，从而提供具有足以在长期操作期间维持终端效应器100的组件固定在一起的强度的接点。

图3展示终端效应器100的基底101的示范性结构实施例。在所说明的实施例中，基底101包含结合到顶部表面和底部表面上的碳纤维板115、117的碳复合材料核心113。在替代性实施例中，基底101可由结合到镁、钛、冲压钢或其它材料的核心的碳纤维板115、117制成。在所说明的实施例中，基底101被多个肋状物119加固，所述肋状物119沿着一个或一个以上轴提供刚度。在一个例子中，多对肋状物119结合在一起以在其间提供具有六边形形状121的开口。肋状物119之间的一些开口可具有弯曲形状123以容纳将在终端效应器100的组件的组装期间***其中的指状物103到106(图1和图2)中的一者或一者以上。

基底101中的组件的几何形状可经配置以使其刚度最大化且使其质量最小化。举例来说，基底101中的组件的高模数增强纤维的定向可经配置以使此刚度最大化。组件中的许多纤维可为单向的，但一些纤维可添加有不同的定向，从而与附带负荷相抵地支撑组件且允许处置组件。在一些实施例中，大多数纤维可经定向以抵抗主要负荷，同时可以其它角度定向最小比例的纤维。在一个实施例中，可使用(例如)水射流切割机、带锯或线锯从较大的碳纤维薄片修剪板300、301。

图4A和图4B是用于与终端效应器100一起使用的垫107的示范性实施例的透视图。如所述，在一些实施例中，可使用粘合剂、装配构件、紧固件，或其组合将垫107直接耦接到指状物103到106中的一者。或者，垫107可以可移除地设置在垫基底401上，所述垫基底401自身固定到指状物103到106。此布置可减少在垫107损坏时更换所述垫107所需的时间量。

垫基底401可具有鞍部403(图4C)、一个或一个以上相对设置的垫啮合部分405，以及设置在所述鞍部上方的中心对准部分407。所述鞍部403可弯曲以包含、覆盖或连接到相关联的指状物103到106的外半径中的至少一些外半径。一个或一个以上垫107可以可移除地紧固到垫基底401的相应垫啮合部分405，如图4A和图4B中所示。在所说明的实施例中，垫啮合部分405和垫107具有对应对准的紧固件孔1405(图4D)和1107，使得例如螺杆等紧固件可用于将它们固定在一起。

垫107可具有包含紧固件孔1107的主要部分107a以及附接到主要部分107a的相对侧的一对凹陷部分107b。在使用中，基板可搁置在凹陷部分107b上，使得基板的一侧啮合每一垫107的主要部分107a。每一凹陷部分107b可包含耦接到每一凹陷部分107b的软垫107c。软垫107c可为硅酮(silicone)、PEEK，或经选择以控制基板与终端效应器100之间的摩擦系数的其它适当材料。软垫107c可在相关联的凹陷部分107b上方延伸以啮合基板。如可看到的，主要部分107a的若干侧可弯曲以有助于在凹陷部分107b上对准基板。或者，主要部分的若干侧可为平坦的。

图4D和图4E展示单独的栅栏组件107d定位在每一垫107的主要部分107a上的布置。因此，在此实施例中，可使用单独的栅栏组件107d对准垫107的凹陷部分107b上的基板。如图4D和图4E中所展示的是用于对准栅栏组件107d的示范性对准夹具600。夹具600包含对应于指状物103到106上的垫107和栅栏组件107d的位置的多个开口602。限定每一开口602的第一边缘604可垂直于指状物103到106的轴而定向，且可与和特定垫107相关联的栅栏组件107d的相应侧边缘107e对准。如可看到的，栅栏107d的侧边缘107e可具有凸曲率，使得每一栅栏组件沿着凸曲率的切线啮合相关联的基板。将栅栏组件107d的侧边缘107e与夹具600的第一边缘604对准会确保栅栏组件107d是平行的，因此确保与相关联的基板的所要接触和对准将发生。所揭示的夹具600可用于一次对准多组栅栏组件107d。将了解，对准夹具600可以相同或类似方式使用来对准使用了图4A和图4B中所示的垫实施例的主要部分107a。

在所说明的实施例中，使用用于将垫固定到鞍部403的相同紧固件将软垫107d固定到相关联的垫107的顶部表面107c。

垫107中的至少一者或者垫基底401可包含用于将终端效应器100对准到基板处置***的一个或一个以上对准特征。在所说明的实施例中，对准特征包括形成于垫基底401的中心对准部分407中的凹部1400。与一个指状物103相关联的垫基底401包括圆开口，而与另一指状物106相关联的垫基底401包括槽。为了将终端效应器100对准到基板处置***(未图标)，提供具有啮合***中的每一终端效应器对的孔/槽特征1400的两个销的夹具。当正确地定位所述对终端效应器100时，“教示”***软件那些位置，因此基板处置机械手可以可重复地在基板处置***中的各种终端效应器之间切换基板。

虽然所说明的实施例展示具有安装在其上的一对垫107的垫基底401，但将了解，还可使用其它布置。举例来说，单个垫107可与单个垫基底401一起使用。或者，垫107和垫基底401可为单个零件。

另外，垫107可使用除了螺杆之外的机械紧固技术而耦接到垫基底401。举例来说，可使用机械互锁特征。

图5是装载有多个基板500的图1中所说明的终端效应器100的俯视图。在所说明的实施例中，终端效应器100正固持4×4数组中的十六个太阳能电池500。每一太阳能电池500定位在垫107的邻近对之间的指状物103到106上。如果基板与垫107相抵地定位在指状物103到106中的一者上，那么在相对的垫107中的基板与主要部分(例如，图4A和图4B的垫基底401)之间可存在间隙。指状物103到106可具有一长度(在z轴上)，使得最靠近远端109的垫107定位在指状物103到106的末端处。因此，指状物103到106可不延伸超过垫107。

现在参看图6，展示根据本申请的终端效应器200的实施例。与由传统材料制成的终端效应器相比，所揭示的终端效应器200可具有增加的自然频率(Fn)约73赫兹。与由传统材料制成的终端效应器相比，所揭示的终端效应器200还可具有一半的质量。这使得终端效应器能够经受较缓和的加速度，从而实现与当前***相同的***基板处理量。所揭示的布置允许相关联的处理工具在更长的时期内运行，而没有操作员介入或机器停机时间。终端效应器200可包含相对于图1到图5的终端效应器100所描述的一些或全部特征。

在所说明的实施例中，终端效应器200经配置以用于交换机械手应用中，但将了解，其使用不受如此限制。终端效应器可经由终端效应器接口302而耦接到翼梁构件300的近端部分303。翼梁构件300的远端部分304耦接到毂(hub)305，所述毂305自身耦接到机械手致动器接口(未图标)，所述机械手致动器接口耦接到机械手。

如图7中所示，翼梁构件300是由碳纤维复合材料制成的管构件，且是恒定直径、恒定壁厚度的管构件。如先前所述，使用复合材料制造技术实现了比使用金属和其它传统材料可以实现的典型壁和每单位质量强度更厚的典型壁和更高的每单位质量强度。用于翼梁构件300和终端效应器200的增强型复合材料可包含环绕具有极高拉伸模数的增强纤维的树脂基质。复合材料具有与基质相关的机械特性以及取决于考虑方向的增强特性。将具有碳纤维的复合材料用作增强物允许针对负荷来裁定材料刚度。通过将材料配置在终端效应器中以具有对抗主要负载方向的高刚度，可提高设计性能，这通过自然频率测得。虽然将设计展示为与太阳能电池的4×4数组一起使用，但可想象，所述设计可应用于任何机械手终端效应器中，且更广泛地，可应用于必须以有限质量承担指定负荷的任何高性能部分。

与翼梁构件300一样，终端效应器200可由碳纤维复合材料制成。毂305和终端效应器接口302可为金属(例如，铝)或其它合适材料。翼梁构件300可使用例如环氧树脂等合适的粘合剂而结合到毂305和终端效应器302。

在将环氧树脂用作粘合剂的情况下，其可一般由完全反应性A和B组分组成，所述组分进行反应以形成极高分子量基质。此最终的形态大体上不具有将在存在真空的情况下运动的溶剂或其它低分子量组分。此高分子量最终产品使得环氧树脂在使用在真空中工作的自动化机械手递送***中很有价值，这是因为由环氧树脂基质制成的组件不会排气。

图8更详细地展示终端效应器接口302。终端效应器接口302具有用于啮合翼梁构件300的第一侧308以及用于啮合终端效应器200的第二侧310。第一侧308可因此具有符合翼梁构件300的弯曲外表面的弯曲形状。第二侧310可具有多个间隙切削部312，所述多个间隙切削部312形成定位且装配到终端效应器200的对应特征的突出部313。此可提高机械加工部分产量且可清楚地界定两个零件配合在一起的地方，从而在安装组合件时产生良好界定的平行螺栓连接接点。终端效应器接口302包含第二侧310中的接纳销315的中心开口314。所述销还与终端效应器200配合，从而使得终端效应器能够围绕销轴旋转以促进***对准。

图9A到图9C展示示范性组合件固定件400，其用于在结合期间对准翼梁构件300、毂305和终端效应器接口302，且用于控制毂安装平面和终端效应器接口的平坦度和垂直度。组合件固定件400包含用于啮合一对毂305的垂直定向的毂啮合部分402，以及用于啮合一对终端效应器接口302的水平定向的接口啮合部分404。两组垂直销406从接口啮合部分402延伸以用于与一对终端效应器接口302的第二侧310(图8)相抵地进行承载。组合件固定件400可为能够在结合期间将所要的高度对准赋予翼梁构件300、终端效应器接口302和毂305的高度平坦、高度公差花岗岩固定件。虽然在此视图中不可见，但在组件的对应表面之间形成结合间隙。这些结合间隙使得能够将组件装配在一起，且与组合件固定件相抵地安放，且具有很少的或者不具有强加的应力(即，所述部分以不压缩或扩展它们中的任一者的方式固定，这是因为此类压缩或扩展将随后在让组合件脱模时释放，从而导致与所要的平面度或尺寸偏移)。在结合期间，粘合剂填充结合间隙，使得最终结合的组合件采用组合件固定件的高度公差配置。

在一个实施例中，在室温下执行结合以使组件的差分膨胀/收缩的效应最小化或将所述效应消除。所得的组合件可具有毂305与终端效应器接口302之间的高垂直度(例如，0.002英寸)。归功于室温固化、低应力组装以及高度公差组合件固定件400，可实现高度公差所得组合件，即使个别组件(翼梁构件300、终端效应器接口302和毂305)自身可能具有相对较宽松的公差也可如此。

图10展示终端效应器200，其包含基底201、多个指状物203到206，以及沿着多个指状物中的每一个设置的多个垫。在此视图中，垫基底401是可见的，这是因为垫自身尚未被组装。垫基底401(以及垫207)可具有关于图1到图5的实施例所论述的垫107的一些或全部特征，且因此那些特征将不在此处重复。另外，垫207可包含类似于关于图1到图5的实施例所描述的栅栏组件107d的单独或一体式栅栏组件。

如图11和图12中所示，指状物203到206包括碳纤维复合渐细圆锥形管，其可与关于图1到图5所描述的指状物103到106相同或类似。所述管的直径和长度轮廓可经优化以使自然频率最大化，但仍含有现有的终端效应器上具有的全部特征。因为指状物203到206经受操作期间的弯曲负荷，所以使沿着指状物的纵轴的指状物的刚度最大化从而使指状物的刚度最大化可为有利的，使得它们可在经受与携载的基板相关联的负荷时抵抗弯曲。

指状物203到206可由单向碳纤维材料制成。指状物203到206可包括具有可变的壁厚度和不同直径的管状元件。如图11以及图12A到图12C中所示，指状物203到206具有渐细形状，使得它们具有邻近于近端208(它们在此处结合到基底201)的较大外径“OD”以及远端209处的相对较小的OD。指状物203到206可具有圆形横截面。如先前所述，指状物203到206可为中空的，且指状物的壁厚度“T”可从近端208到远端209变化。因此，在近端208处，指状物203到206可具有最大壁厚度“T”和最大OD。壁厚度“T”和OD两者都可沿着指状物203到206以线性或非线性方式减小，从而在远端209处达到最小壁厚度“T”和最小OD。材料的这种可变壁、可变直径分布对于悬臂负荷可能是最有效的，从而产生最高自然频率。可变直径可变厚度是通过被称为滚卷的复合材料制造过程制成。还可通过使用被称为绕线的另一复合材料制造过程来得到此形状。在一个实施例中，碳纤维复合材料是UL94V-0级。

在一些实施例中，指状物203到206可由具有杨氏模数为～5-25Msi的增强材料的强化材料制成，从而增加指状物的自然频率，同时使所要的质量最小化。在复合材料制造期间，需要相对于三个正交轴中的每一个配置材料刚度。虽然纤维自身可具有高达40Msi的刚度，但复合材料的有效刚度服从体积规则的本构方程。因此，材料可经配置以沿着三个轴中的一者具有类似于钢的刚度，其中第二轴具有小于钢的刚度，且第三轴近似环氧树脂基质的刚度。

图13是基底201的剖视图，其展示结合到碳纤维底部板215的复合材料核心213。未展示碳纤维顶部板。复合材料核心基底几何形状经优化以使刚度最大化且使质量最小化。通过选择高模数增强纤维的定向来优化基底中的复合部分。添加粘合剂基质(且其硬化)以将安装表面之间的负荷传输到增强纤维。还可添加少量纤维以与附带负荷相抵地支撑构件且允许进行处置。经优化的构件具有经定向以抵抗主要负荷的大多数纤维，其中以其它角度定向最小比例的纤维。

复合材料核心213可用具有线性形状的肋状物217增强，且组件之间的邻近边缘在基底201的整个长度上是可见的。此线性构造沿着刀片(blade)的轴提供刚度，且沿着环氧树脂接点的整个长度提供可见性，从而提供在结合之后可见地检查组件之间的粘合剂的分布的简易手段。

如图13中所示，基底201包含与复合材料核心213啮合的肘板219以及碳纤维顶部板和碳纤维底部板215。图14中详细展示的肘板219还可包含使得所述肘板能够与终端效应器接口302介接的特征。举例来说，肘板219的第一侧221可具有经配置以啮合由终端效应器接口(图8)上的多个间隙切削部312形成的突出部313的多个突出部(未图示)，从而使基底201与翼梁构件300对准。肘板219的第二侧223可包含多个第一组突出部224和第二组突出部226。第一组突出部224可经定位、设定大小以及配置以接纳在与其相关联的指状物203到206的近端内(图13中最佳可见)。第二组突出部226可设置在第一组突出部224中的多者之间，且可经定位、设定大小以及配置以与复合材料核心213的肋状物217配合。

现在参看图15和图16，将描述用于组装且结合终端效应器200的组件的技术。可将终端效应器200的全部组件临时地组装在高度平坦、高度公差组合件固定件500上。组合件固定件500可为具有高平坦度的结构，例如花岗岩块。指状物203到206以及垫基底401可以上下颠倒的配置平放在固定件500上(即，使得垫基底的顶部表面411(参看图10)搁置在固定件的顶部表面502上)。此布置确保当将全部组件结合在一起时，垫基底401(以及因此将与其啮合的垫207)将具有与固定件的顶部表面502相同的程度的平面度(即，其将位于大体上相同平面中)。

在一些实施例中，可将垫基底401夹持到固定件的顶部表面502，以确保在固化过程期间在所述两者之间发生一致的啮合。在一些实施例中，通过机械夹来实现此夹持。在其它实施例中，可使用真空实现此夹持。举例来说，可将真空端口制造到组合件固定件500中，位于垫207正下方。一旦垫基底401和指状物已装配在一起，耦接到真空埠的真空泵可通过所述埠汲取空气，将垫基底401夹持在组合件固定件502上的适当位置。真空夹持布置是合意的，这是因为其在固化过程期间将较少的应力置于垫基底401上，从而最终产生较平坦的终端效应器200。将了解，此组装技术同等地适用于组装图1到图5的终端效应器100。

与关于图1到图5所描述的实施例一样，需要在无应力的条件下将终端效应器200的全部组件放置在组合件固定件500中，用粘合剂结合在一起，且允许固定。这样使得能够生产具有高平坦度(例如，3英尺上0.010英寸的平坦度)的构件。这种程度的垂直度对于在用于半导体或太阳能电池制造的高速自动化媒体处置和放置***中使用是合意的，且与通过最佳减法制造技术可得到的平坦度进行竞争。

在一些实施例中，终端效应器200的各个个别组件可经设定尺寸，使得它们在非结合条件下不会紧密装配在一起。而是，组件可经设定大小以便在相应的啮合表面之间具有预先界定的结合间隙“BG”，可在图17中看到其实例。因此，当组件装配在一起时，它们可彼此相抵地并且与固定件的平坦表面相抵地“安放”。粘合剂填充组件之间的结合间隙“BG”且在“安放”条件中与组件一起固化(即，其中垫基底401的顶部表面211全部与固定件500的平坦表面502相抵地彼此平坦地对准)。此技术可导致组件的相对无应力的结合，其导致大体上平坦的终端效应器200。

用于结合终端效应器200的组件的粘合剂具有例如锻制氧化硅等增稠剂(其中一种的商品名是cab-o-sil)。此增稠剂增加用于结合垫的粘合剂的粘度，使得粘合剂在交联(固定)之前不耗尽结合间隙“BG”。在此应用中使用凝胶状粘合剂允许组件之间的较宽松的公差，且使得能够生产具有高平坦度的构件。如此增稠的粘合剂在通过任何合理的分配方法放置时留在构件之间的适当位置。此胶水填充邻近构件之间的在设计中无意产生的结合间隙“BG”(参看图17)。如先前所述，结合间隙允许消除整个组合件中的个别构件公差，从而实现高平坦。或者，制备有充分粘度的触变剂可用于结合，例如HysolLoctite0151。

可在室温下执行固定件500中的组件的组装，且对粘合剂的固化也可在室温下发生。此避免组件之间的相对生长或收缩，粘合剂结合的先前热固化方法就会发生这种情况。粘合剂可经选择以使得其在室温下实现所要程度的交联，从而提供具有足以在长期操作期间维持终端效应器200的组件固定在一起的强度的接点。

现在参看图18，将描述根据本申请的示范性方法。在步骤1000处，沿着多个渐细指状物以间隔开的间隔啮合多个垫。所述多个垫和多个指状物具有设置在其间的粘合剂。在步骤1100处，将多个渐细指状物的近端与基底的对应凹部啮合。所述多个指状物和对应凹部具有设置在其间的粘合剂。在一些实施例中，粘合剂是环氧树脂。在步骤1200处，将经组装的垫、渐细指状物和基底定位在固定件上，使得多个垫的顶部表面搁置在固定件的顶部表面上。在一些实施例中，粘合剂是环氧树脂。在步骤1300处，将组合件固持在固定件上的适当位置，直到粘合剂已固化为止。在一些实施例中，组合件在室温下固持在固定件上的适当位置，直到粘合剂已固化为止。

可在于室温下执行组件的最终组装的情况下实现在自动化机械手基板处置***的设计中所需的高平坦度，且允许将粘合剂用于最终组装中以完全在室温下固化，从而避免不同材料的邻近组件之间的任何生长或收缩。这与使用复合构件的烘炉固化以允许粘合剂的完全交联的复合材料制造产业中的普遍实践形成对比。通过所揭示的过程，使用在室温下充分交联的粘合剂以提供具有所需的强度和长有效时间的结构性接点。接受降低的机械特性(与烘炉固化过程相比)以作为对与通过所揭示的室温组装和固化技术可得到的高平坦度和尺寸公差的交换。此方法仅用于降低与传统复合材料烘炉固化实践相比之下的组装总成本，所述传统的复合材料烘炉固化实践需要后机械加工步骤来得到相同的高平面度或构件公差。

本申请在范围上不受本文中描述的具体实施例限制。实际上，除本文中描述的实施例之外，根据上述描述和随附图式，本申请的其它各种实施例和修改对于所属领域的技术人员来说将为明显的。希望这些其它实施例和修改落入本申请的范围内。此外，尽管本文中已在特定实施方案的上下文中在特定环境中针对特定目的描述了本申请，但所属领域的技术人员应认识到，其用处不限于此且本申请可有益地在任何数目个环境中针对任何数目个目的而实施。因此，本文阐述的权利要求书应鉴于如本文中描述的本申请的全宽度和精神来解释。如本文中所使用，以单数叙述且接在“一”之后的组件或步骤应解释为不排除多个组件或步骤，除非明确地叙述此排除。另外，对本申请的「一个实施例」的引用不意欲解释为排除存在也并有所叙述的特征的额外实施例。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (15)

1.一种终端效应器，其特征在于包括：

基底；

从所述基底延伸的多个指状物，所述指状物包括碳纤维材料，所述指状物中的每一个从靠近所述基底的第一直径和第一壁厚度渐细为远离所述基底的比所述第一直径小的第二直径以及比所述第一壁厚度小的第二壁厚度；以及

多个垫，设置在所述指状物中的每一个上以支撑至少一个基板。

2.根据权利要求1所述的终端效应器，其特征在于所述指状物中的每一个是中空的。

3.根据权利要求1所述的终端效应器，其特征在于所述基底包括彼此相对定位的顶部板和底部板以及设置在所述顶部板与所述底部板之间的多个肋状物。

4.根据权利要求3所述的终端效应器，其特征在于所述顶部板与所述底部板包括碳纤维材料。

5.根据权利要求1所述的终端效应器，其特征在于所述指状物中的每一个沿着所述指状物中的每一个的整个长度渐细。

6.根据权利要求1所述的终端效应器，其特征在于更包括耦接到所述基底的一端的肘板，所述肘板具有用于啮合所述指状物的多个第一突出部以及用于啮合所述基底内的多个肋状物的多个第二突出部。

7.根据权利要求1所述的终端效应器，其特征在于更包括翼梁构件、毂以及终端效应器接口，所述终端效应器接口耦接在所述翼梁构件与所述基底之间，所述翼梁构件耦接到所述毂，其中所述翼梁构件包括碳纤维复合材料。

8.根据权利要求7所述的终端效应器，其特征在于所述终端效应器接口具有多个突出部，所述多个突出部经配置以啮合所述基底中的若干突出部，从而固定所述基底相对于所述翼梁构件的位置。

9.一种用于制作终端效应器的方法，其特征在于包括：

沿着多个渐细指状物以间隔开的间隔啮合多个垫，所述多个垫和多个指状物具有设置在其间的粘合剂；

将所述多个渐细指状物的近端与基底的对应凹部啮合，所述粘合剂设置在所述多个指状物和所述多个对应凹部之间；

将所述多个垫、所述多个渐细指状物和所述基底定位在固定件上，使得所述多个垫的顶部表面接触所述固定件的顶部表面；以及

将所述多个垫、所述多个渐细指状物和所述基底固持在所述固定件上的适当位置，直到所述粘合剂已固化为止。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述多个垫中的每一个与所述多个渐细指状物中的每一个的外表面形成预先界定的结合间隙，所述预先界定的结合间隙中的至少一些被所述粘合剂填充。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述多个渐细指状物中的每一个与所述基底的所述凹部形成预先界定的结合间隙，所述预先界定的结合间隙中的至少一些被所述粘合剂填充。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于将所述多个垫、所述多个渐细指状物和所述基底固持在所述固定件上的适当位置直到所述粘合剂已固化为止允许所述多个垫、所述多个渐细指状物和所述基底相对于彼此而安放，使得当所述粘合剂已固化时，所述多个垫的所述顶部表面在相同平面中对准。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于在室温下执行将所述多个垫、所述多个渐细指状物和所述基底固持在所述固定件上的适当位置直到所述粘合剂已固化为止。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于在不施加外部夹持力来将所述多个垫、所述多个渐细指状物和所述基底固持在一起的情况下执行将所述多个垫、所述多个渐细指状物和所述基底固持在所述固定件上的适当位置直到所述粘合剂已固化为止。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于将所述多个垫、所述多个渐细指状物和所述基底固持在所述固定件上的适当位置直到所述粘合剂已固化为止包含经由所述固定件中所形成的真空埠将真空施加到所述多个垫的所述顶部表面。