高可靠性机器人交叉连接系统技术方案

大型模块化机器人软件定义的插线面板的机构和设计结合了大量保证可靠操作的特征。具有被致动的夹具机构(103)的伸缩臂组件(104)被用来输送可平移行(102)的堆叠阵列内的内部锁定的连接器(101)。唯一的双态磁性锁定特征提供了可靠的、低损耗的光学连接。提供了柔性的磁性悬浮内部结构来辅助机器人在所述堆叠阵列内的快速可靠过程中自动地对准、接合、和脱开任何内部连接。

High reliability robot cross connect system

The large modular robot software defines the mechanism and design of the slot panel in combination with a large number of features that guarantee reliable operation. A telescopic arm assembly (104) having an actuated clamping mechanism (103) is used to deliver an internally locked connector (101) within a stacked array of translational rows (102). This magnetic only lock feature provides optical connection reliable, low loss. A flexible magnetic suspension internal structure is provided to assist the robot in automatically aligning, engaging, and disengaging any internal connections in the fast and reliable process of the stacked array.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高可靠性机器人交叉连接系统专利技术背景1.
[段落1]本专利技术总体上涉及大型机器人交叉连接系统，所述大型机器人交叉连接系统提供大量端口对之间的低损耗、软件定义的光纤连接。所述系统中的机构结合了保证可靠操作的许多特征。2.相关技术[段落2]大型自动化光纤交叉连接开关和软件定义的插线面板使数据中心和数据网络能够完全地自动化，其中，物理网络拓扑是软件定义的或可编程的，用以提高效率和节约成本。目前的光纤开关技术(比如纵横式开关)规模为N2(N为端口数量)，使得它们不适合大型生产网络。纵横式开关的现有技术披露包括授予Buhrer等人的美国专利号4,955,686、授予Sjolinder的美国专利号5,050,955、授予Arol等人的美国专利号6,859,575、以及授予Safrani等人的美国专利号2011/0116739A1。[段落3]随着端口数量线性地缩放的较新的自动化插线面板途径利用编织的光纤股线。拓扑学以及纽结与编织理论(KnotandBraidTheory)的数学进展(授予Kewitsch的美国专利号8,068,715、8,463,091、8,488,938和8,805,155)已经解决了经历任意且无限重新配置的密集互连股线集合的光纤缠绕挑战。由于这种纽结、编织和股线(Knots,BraidsandStrands，KBS)技术在互连股线的数量上线性地缩放，实现了较纵横式开关的显著好处比如密度和硬件简单性。以自治插线面板系统为特征并根据上文所引用的Kewitsch专利实现KBS算法的现有系统通常利用在机器人臂的末端具有夹具的取放机器人致动系统来抓取和输送光纤连接器以及自其延伸至系统的中央主干的光纤股线。所述机器人臂具有窄宽度和扩展的深度，从而允许它在没有机械性干涉且不与周围光纤接触的情况下下降至密集的光纤互连体积中，而仍然具有足够的刚性以在横向力下经受最小偏转，所述横向力包括源自其中的夹具中所携带的光纤的磁性排斥和张力。然而，一直期望对这种新类型的物理光纤切换或连接管理系统的进一步改进，包括那些与紧凑性、硬件简单性和操作可靠性的改进(单独地或组合)相关的那些。
技术实现思路
[段落4]本专利技术涉及一种用于利用编织的光纤股线提高这种新型交叉连接的性能的装置以及对这种缩放挑战应用数学拓扑。在本专利技术中，高度可靠的自动化交叉连接系统采取了多种唯一的硬件和操作性特征从而提供优秀的紧凑性、性能和可靠性。例如，平行且精确分开的连接器元件的密集三维矩阵分布经过两个正交维度，其中，多个多功能元件在第三维度中被沿着的每条连接路径布置。连接器路径各自包括多个线性基本元件中的单独线性基本元件，所述线性基本元件各自可独立移动从而与交叉连接系统中所选基本元件对准。本专利技术包括唯一的磁性锁定的光纤连接器设备，所述磁性锁定的光纤连接器设备使得系统能够提供多个不同的用户定义的插入损耗状态。所述设备包括可靠的自导式吸引模式磁性锁定，以方便可重复的机器人接合和重新配置。进一步披露了保留磁性锁定的光纤连接器的机器人微型夹具设备，其中，所述微型夹具包括整体感测和致动装置以保证与所选连接器正确接合。此外，系统被配置有竖直地堆叠在其中的具有多个间隔开的水平连接器插座的可移动行。每一行包括多条平行的连接器轨道，并且每条连接器轨道包括：配对的连接器插座、光纤接口端口、以及组合的机械和磁性参考特征，被配置成用于实现光纤连接器设备和夹具设备两者的可靠锁定和定位。所述具有连接器插座的可移动行合并了精密注塑成型的平移组件和致动装置，用于使行在三个水平位置之一之间准确地且精确地平移。这些位置生成如KBS算法所指定的竖直行置乱响应并帮助改进系统的体积效率。[段落5]夹具由以下各项组成：两部分本体；中央本体，在多个周围的延伸构件之间与具体目标连接器延伸构件机械地接合或互锁；以及从动的可平移外部本体或框架，结合了用于接合和感测可重新配置的内部光纤连接器组件的装置。附接至受控制的伸缩臂的下端的窄宽度夹具下降至所选居中的连接器上，直到夹具互锁传感器检测到与延伸构件的正确接合。夹具外部本体平行于延伸构件平移从而插入、拔掉或部分地断开内部连接器组件。平移机构唯一地合并驱动线，所述驱动线绕电机驱动器轴缠绕，具有小但精密的余长从而控制夹具的双向横向平移。这避免了在从静止状态启动加速度时驱动电机失速。[段落6]交叉连接系统还基于具有水平行的可增大的竖直堆叠中所布置的、平行但精确地横向分开的狭长参考构件的三维阵列。所述参考构件窄并且具有所选统一长度(具有所选挠曲特性)，并且包括小型永久磁铁的集合，所述小型永久磁铁被部署成便于在接合的不同且单独操作状态下利用磁性吸引力和排斥力两者。每个窄参考构件被定位成与不同的接纳孔径紧密相邻，不同的光纤连接器的末端可以插入所述接纳孔径。末端孔径位于竖直连接平面中横向布置的水平行中，并且各自被定位以可能地接纳被系统重新定位的光纤连接器的末端。小型永久磁铁沿其长度被选择性地定位，并且具有的极性为便于提供至少两个稳定的插入位置以及还有横向排斥力，从而维持相邻元件在密集的三维元件阵列中分开。[段落7]本申请进一步披露了一种用于按照命令接近和重定位光纤的唯一紧凑配置。具有最小横向顺应性和独立于延伸长度(零至L2)的高长度效率(范围L2与缩回高度L1的比值)的伸缩机器人臂设备是通过部署唯一的竖直伸缩结构实现的，所述唯一的竖直伸缩结构在KBS算法的指导下可水平地从一条连接器轨道、经过周围的光纤并移动到另一连接器轨道。两级伸缩臂安排基于竖直矩形管或“C”状外部本体的所选线性长度，其中，通过伸缩臂内的唯一滑动轴承卡匣和弹簧预压安排将内部滑动器本体保持对准。所述安排使得恒定长度的、平坦、柔性的接口电缆能够被动态地从夹具机构布线至外部控制系统，这是出于拉动内部滑动本体使它与外部本体同步移动的双重目的。机器人臂和夹具配置具有非常窄的宽度，从而使其能够没有阻碍地贯穿光纤互连体积中的有限空间移动。[段落8]进一步描述了自动化清洁设备，具有在清洁过程中对清洁织物和抛光的光纤连接器套圈上的力进行整体感测的附加特征。利用其中产生的电信号提供反馈，从而准确地控制机器人位置并在光纤端面维持小于压缩力的最大值。这种精确控制保证了对光纤端面的可重复的高质量清洁，防止了微粒积累从而实现一致低插入损耗、高回波损耗光学连接性，寻求与目前的手动过程相比优秀的质量和一致性。在光纤清洁子系统中，清洁织物被从供应线轴供给经过清洁匣盒垫并到达分配线轴上。这种安排使得能够从单个供应线轴清洁多条光纤。[段落9](具有被动态地布线经过以精确间隔的几何结构分布的眼孔、引导件和滚轴的组合的光纤的)光纤卷起线轴的堆叠平面阵列在固定输入阵列与物理可变输出阵列之间提供低损耗光纤连接的来源。每个线轴被独立地拉紧到将内部一维主干与二维输出连接器阵列之间的任何光纤余长缩回所必须的程度，而不让光纤经受被控制的拉力所导致的过分尖锐的弯曲，从而使得不损害光纤的可靠性和光学传输特性。附图说明[段落10]图1A描绘了若干重要功能元件的安排，包括根据本专利技术的机器人光纤交叉连接系统的，充满着具有八行的组并且具有用于如所描绘的在这八行下方和上方两者添加更多行的容量；图1B是根据本专利技术的其他专利技术组合的框图；图1C是简化的透视图，展示了相互联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于切换多条光纤中的任一条所选光纤的位置的系统，所述系统包括：若干双侧光学耦合器，在耦合平面中被布置为平行的行并且在所述行中在第一方向上被间隔开预定间隙，所述行与所述第一方向正交地堆叠从而形成柱状间隙，并且所述耦合器的第一侧各自单独地耦合至不同的固定光纤线路；多个窄狭长挠曲元件，每个挠曲元件被附接成与不同耦合器相邻并在所述不同耦合器下方并且在与固定线相反的一侧上从所述耦合平面垂直地延伸所选距离；多个可变光纤元件，每个光纤元件在一个远端处耦合至单独的输出电路并且包括窄端部，所述窄端部被配置成接合至任何所选光学耦合器的第二侧中，并且还包括来自其中的挠曲延伸部，所述挠曲延伸部在被安装时与固定在其处的所述挠曲元件的端部长度基本上共同延伸；信号控制的光纤接合设备，配适在所述预定间隙内并且响应于命令信号来控制光纤接合以及将所接合光纤横向往复移位至所选耦合器中并移位出所述所选耦合器；定位系统，对定向命令信号进行响应并且具有狭长末端，所述狭长末端在所述柱状间隙内部和外部都可移动并被耦合以控制所述光纤接合设备相对于现有光纤元件图案的位置，所述定位系统包括电机驱动器的皮带驱动器以及单独的电机驱动器伸缩驱动器，所述电机驱动器的皮带驱动器被耦合以沿着所述第一方向的轴线移动所述接合设备，所述单独的电机驱动器伸缩驱动器可平行于所述柱状间隙移动，所述伸缩驱动器包括至少两级并且具有耦合至所述光纤接合设备的低端端部，所述至少两级包括上部中空壳体以及可在其中滑动的下部部分内部元件，并且所述伸缩驱动器以所选比例从所述驱动电机移动这两级；以及定位控制系统，提供控制所述光纤接合设备和所述定位系统的命令信号。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.14 US 62/091,5411.一种用于切换多条光纤中的任一条所选光纤的位置的系统，所述系统包括：若干双侧光学耦合器，在耦合平面中被布置为平行的行并且在所述行中在第一方向上被间隔开预定间隙，所述行与所述第一方向正交地堆叠从而形成柱状间隙，并且所述耦合器的第一侧各自单独地耦合至不同的固定光纤线路；多个窄狭长挠曲元件，每个挠曲元件被附接成与不同耦合器相邻并在所述不同耦合器下方并且在与固定线相反的一侧上从所述耦合平面垂直地延伸所选距离；多个可变光纤元件，每个光纤元件在一个远端处耦合至单独的输出电路并且包括窄端部，所述窄端部被配置成接合至任何所选光学耦合器的第二侧中，并且还包括来自其中的挠曲延伸部，所述挠曲延伸部在被安装时与固定在其处的所述挠曲元件的端部长度基本上共同延伸；信号控制的光纤接合设备，配适在所述预定间隙内并且响应于命令信号来控制光纤接合以及将所接合光纤横向往复移位至所选耦合器中并移位出所述所选耦合器；定位系统，对定向命令信号进行响应并且具有狭长末端，所述狭长末端在所述柱状间隙内部和外部都可移动并被耦合以控制所述光纤接合设备相对于现有光纤元件图案的位置，所述定位系统包括电机驱动器的皮带驱动器以及单独的电机驱动器伸缩驱动器，所述电机驱动器的皮带驱动器被耦合以沿着所述第一方向的轴线移动所述接合设备，所述单独的电机驱动器伸缩驱动器可平行于所述柱状间隙移动，所述伸缩驱动器包括至少两级并且具有耦合至所述光纤接合设备的低端端部，所述至少两级包括上部中空壳体以及可在其中滑动的下部部分内部元件，并且所述伸缩驱动器以所选比例从所述驱动电机移动这两级；以及定位控制系统，提供控制所述光纤接合设备和所述定位系统的命令信号。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述窄挠曲元件具有大于10比1的长宽比，并且所述耦合器与所述挠曲元件之间的所述预定间隙至少是所述挠曲元件的宽度的二倍大，并且其中，从所述可变光纤元件延伸的所述可变挠曲元件在所述所附接的挠曲元件中具有可比较的总长度尺寸。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述窄固定挠曲元件包括在其中的至少两个小型永久磁铁与其自由端相邻的分布，并且所述可变光纤元件包括被定位在其中的一个小型永久磁铁，以便当可变光纤元件被安装在其处时与相邻的挠曲元件上的磁铁相互作用，所述磁铁的极性被选定为在每相邻的一对的末端之间提供磁性吸引力以及对于其他挠曲元件的相邻对的磁排斥力。4.如权利要求3所述的系统，其中，在所述挠曲元件上存在至少三个此类磁铁，两个在所述挠曲元件的端部段上被横向地间隔开并且第三个纵向上更接近所述挠曲元件的相反端从而限定纵向接合限制。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述伸缩驱动器包括沿着与耦合器行垂直且相邻的第一轴线的上部线性元件，即矩形中空外壳，所述外壳具有配适在行之间的间隔之内的窄尺寸，所述伸缩驱动器还包括在所述上部外壳内沿所述第一轴线可移动的下部线性元件，并且其中，所述伸缩驱动器进一步包括：皮带驱动器，延伸至并耦合至所述外壳并相对于其而竖直地移动所述外壳；以及电缆驱动器和电缆，所述电缆驱动器包括所述伸缩驱动器的上端上的滑轮，所述电缆具有固定至可与所述定位系统一起移动的外部点的外部端、以及附加至所述伸缩臂的所述下部线性元件的电缆内部端。6.如权利要求5所述的系统，其中，所述伸缩驱动器进一步包括内部弹性对准引导件，所述内部弹性对准引导件可滑动地接合所述中空外壳内的内部侧壁，所述中空外壳耦合至所述下部线性元件的上端并且在上端处耦合至所述电缆驱动器的下端。7.如权利要求6所述的系统，进一步包括：信号通信装置，所述信号通信装置包括排列在易弯带中的多条平行线路，所述易弯带从所述伸缩驱动器的所述中空外壳外部的固定点并经过所述伸缩驱动器的内部延伸至所述光纤接合设备，并且其中，所述下部元件在所述中空外壳内仅通过重力下降。8.如权利要求1所述的系统，其中，所述光纤接合设备包括在竖直平面中的一对平行且相邻的平面设备，第一个平面设备与第二个平面设备共平面并且被耦合且定向为从所述定位系统下降至相邻挠曲元件之间的空间中并在所述耦合平面内与所述耦合器相邻，所述第一平面设备还包括信号控制的驱动电机，所述驱动电机具有竖直驱动轴并且响应于控制信号，所述第二平面设备与所述第一平面设备共平面且相邻，并且包括与其独立的夹具装置用于相对于其处的光学耦合器选择性地接合和插入或移除光纤，所述第二平面设备包括：水平轴装置，跨越并延伸穿过所述第一固定平面设备并且端部位于所述第二平面设备中；以及驱动耦合件，来自所述电机驱动轴，从所述驱动轴水平地延伸从而在其每一侧上耦合在所述第二平面设备中。9.如权利要求8所述的系统，其中，所述驱动电机是步进电机，并且其中，所述驱动耦合件是驱动细丝，所述驱动细丝在其长度中部的区中绕所述电机驱动轴缠绕从而在每一侧上锚定点，其中，包括所述中间被缠绕部分的所述细丝的长度充分长于紧紧缠绕的细丝从而允许初始旋转运动弧度以避免电机过载。10.一种配置为用于可控制地切换多个不同的不变光纤输入端中的不同单独不变光纤输入端与多个可变光纤输出端中的所选个体之间的互连的系统，其中，所述输入端被单独地分布到跨互连平面布置的行和列中间隔开的双侧耦合器的第一侧，所述耦合器的第二侧接纳可变光纤输出端以便在其第一侧处与输入信号进行信号互换，其中，可变输出线在接近所述互连平面的互换体积内被物理地分开，并且所述系统配置包括：多个单独的线性且窄引导元件，每一个安装成接近所述双侧耦合器中不同的一个并且每一个平行延伸至所述互换体积中预定的有限距离；多个单独的且窄的线路端部元件，每一个具有与所述单独的引导元件接近的长度并包括不同的光纤，所述不同的光纤具有用于在单独且不同的双侧耦合器的第二侧中接合接近其第一侧中的单独且所选光纤输出的端部；转移机构，配适在竖直光纤列之间的水平空间内，用于接合与其耦合器的第二侧相邻的任何所选端部元件，所述转移机构包括具有比列之间的空间更小的水平宽度的二级竖直定位器，以及命令系统，所述命令系统响应于用于将所述系统中的任何所选光纤端部的互连位置从在此耦合器位置处的第一固定光纤改变为在不同的耦合器位置处的第二固定光纤的重定位指令而控制所述转移机构。11.如权利要求10所述的系统，其中，所述多个引导元件和端部元件各自包括窄的弹性金属长度，包括定位在离所述互连平面所选距离处的永久磁铁元件。12.如权利要求10所述的系统，其中，所述转移机构包括竖直驱动系统，所述竖直驱动系统包括具有矩形形状的中空外上本体以及从所述上本体的下端向下延伸的内本体，并且在这两个本体的相邻端之间包括其中的弹性滑动耦合件用于响应于重定位命令以所选尺寸比改变所述外本体与所述内本体的竖直移动。13.一种大容量光纤切换系统，用于选择性地将单独输入光纤互连至单独输出光纤，包括：三维分布的具有所选灵活性和长度的成对线性元件，其中，布置在间隔开的水平行和竖直列中的每对中的第一元件限定了横向互换平面并且各自具有从所述横向互换平面在第一方向上垂直地延伸所选距离的较低长度，包括遍及所述行和列分布以将接纳到的不同信号导线相反地耦合在其中的单独耦合器，所述成对线性元件各自包括第二、可移动元件，所述第二、可移动元件包括所述切换系统中不同的所选光纤的端部并且可在这一对中的下部元件上方或与其平行的位置接合在任何所选耦合器中；光纤接合/脱开输送设备，具有窄水平尺寸从而在所述分布的光纤中的任何两个相邻的列之间的水平间隔中可移动，并且包括轴向可移动的夹具用于选择性地接合所选光纤的第二可移动端部从而将其输送至不同位置；以及二维定位系统，从所述输送设备上方耦合至所述输送设备在列之间的空间中的三维分布内的位置，达到所选行级，所述定位系统包括：耦合的信号控制的且正交相关的竖直和水平线性驱动器，所述线性驱动选择性地并相反地平行于所述列和行移动所述输送设备，所述竖直驱动器包括可移动地配适在相邻光纤列之间的空间内的上部中空线性本体、在所述上部中空本体内可滑动地移动的下部内线性本体；以及被耦合从而以所选比例移动这两个线性本体的电机驱动器的电缆驱动器。14.如权利要求13所述的系统，其中，所述成对线性元件具有基本上比宽度更大的长度并且各自具有低导磁率，并且其中，所述元件具有所选纵向挠曲特性并且各自从接合区到所述耦合器并且在所述线性元件的界限内包括间隔开的永久磁铁元件，所述磁铁元件具有对准的位置和极性，所述对准的位置和极性被选定以提供取决于所述成对线性元件的物理并置的预定吸引力和排斥力。15.如权利要求13所述的系统，其中，所述竖直线性驱动进一步包括内部低摩擦引导机构，所述内部低摩擦引导机构附加至所述下部线性本体的上端并与所述上部中空本体的内壁接触，并且所述电缆驱动器包括在所述二维定位系统外部的驱动电机。16.如权利要求13所述的系统，其中，所述接合/脱开设备进一步包括输送本体，所述输送本体相对于被其接合的光纤的纵轴而言较窄，并且其中，所述输送本体包括信号致动的驱动器，所述信号致动的驱动器提供所述设备中的光纤的接合的两种不同状态和脱开的一种状态。17.一种光纤切换系统，用于响应于命令信号而控制多个输入光纤中的单独输入光纤与多个输出光纤中的所选可变输出光纤之间的互连，所述光纤切换系统包括：平面分布的双侧直通耦合器的堆叠的行，所述双侧直通耦合器在其第一侧接纳单独的固定输入光纤以用于与其第二侧的单独的可变输出光纤进行信号互连，所述行中的所述耦合器被分开预定的第一距离并且所述堆叠中的所述行被分开预定的第二距离；具有低导磁率的多个狭长窄第一弹性构件，各自固定附接至一行紧邻的耦合器并且在不同的单独耦合器下方并从其延伸所选长度，从而提供超出预定的灵活性；具有低导磁率的多个狭长窄的第二弹性构件，各自结合了可接合在所选直通耦合器的第二侧中的不同光学输出光纤的端部，所述第二弹性构件进一步包括具有低磁通率的狭长本体以及与所述第一弹性构件接近的长度；小型磁性元件在所述第一和第二弹性构件中的每一个上在图案和极性方面的分布，从而对其限定所选位置关系；光纤输送器，具有小于所述行中的耦合器之间的预定第一距离的横向尺寸并且包括可致动的夹具机构，所述可致动的夹具机构用于选择性地接合所选光纤的端部并将其横向地移动从而在任何所选直通耦合器中选择性地接合和脱开光纤；信号控制的双轴定位系统，对命令信号响应并且可移动地安装在所述输出光纤的位于所述平面分布的第二侧的区中，所述定位系统包括二级竖直定位器，所述二级竖直定位器耦合至与所述堆叠行的平面分布间隔开的横向定位器并与其一起移动并且两者都对命令信号进行响应，所述竖直定位器包括具有预定高度的上部中空级以及在其下端耦合至所述光纤输送器的下部的部分内部的狭长级，这两级通过易弯的可移动元件互连从而以所选比例竖直地移动，以及命令系统，用于为一条光纤输送器、所述竖直定位器、和所述横向定位器提供激活信号。18.一种组合，用于在接纳操作设备中精确地接合光纤的可移动端部从而与其中的光纤光学地耦合，所述组合包括：联合适配器端部设备，具有在一个方向上打开以接纳可移动光纤的端部的一定形状的孔径，并且在所述孔径的内部在离所述孔径的预先所选深度处包括内部光纤的可接触端；第一狭长弹性构件，具有所选长度，在一端与所述一定形状的孔径相邻地固定附接至所述端部设备，所述构件的二叉自由端具有所选长度；小型永久磁铁组，在所述第一构件的自由端区域中以与所述第一构件的所述附接端相距不同的长度方向间隔而耦合至所述第一构件，包括在所述二叉端中的每一个上具有相似极性的磁铁、以及与所述二叉端相邻的具有相反极性的至少一个；第二狭长构件，具有与所述第一构件相近的长度并且包括沿着其在长度方向上延伸的连接器本体、以及其中的光纤，包括在一端的向外部单元开放的光纤耦合件以及在另一端的被配置成接合在所述一定形状的孔径中的套圈，以及小...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·基维斯茨，D·詹博斯，
申请(专利权)人：泰勒森特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US