模块化电粘附夹持系统的制作方法
【专利摘要】本文涉及一种模块化电粘附夹持系统。自动化制造通常需要可靠的工具来在制造过程中获取或移动物品。一种电粘附夹持器利用电粘附表面来从过程中的一个步骤到另一步骤获取和移动物品。电粘附表面可包括电极，所述电极配置用于在对电极施加电压时感应出与附近物体的静电吸引。本文所描述的系统还采用耦合至电粘附夹持表面的承重框架。这些电粘附系统的组件在构造上可配置成模块化的，以便简化构造和维护。一些组件可以是一次性的，或者与其他组件相比需要更频繁的维修。模块化装配件和组件构造简化了维护，并且减少了总体操作成本。
【专利说明】模块化电粘附夹持系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化制造。更具体而言，本发明涉及以自动化方式拾取基板或子装配件组件一例如，形成整个装配件或其一部分的部件，以及提供用于在制造过程中获取或移动所述物品的模块化系统。
【背景技术】
[0002]除非在本文中另有说明，否则本节中所描述的材料并非是对于本申请中权利要求的现有技术，并且不因包含于本节之中而被承认是现有技术。
[0003]多年以来，大规模产品生产导致了许多创新。在各种材料和物品的工业处理中，特别是在机器人【技术领域】中已取得长足发展。例如，现在使用各种类型的机器人和其他自动化系统以便在许多制造及其他材料处理过程期间“拾取和放置”物品。此类机器人和其他系统可包括例如作为指定过程的一部分而拾取、抬起和/或放置物品的机器臂。当然，还能够以此类机器人或其他自动化系统的方式来实现其他操纵和材料处理技术。尽管多年以来在该领域中有许多进展，但是关于能够以这样的方式处理何种物品而言仍存在局限。
[0004]常规机器人夹持器通常使用吸力或者大法向力与利用机械促动进行的精密控制的结合来夹持物体。此类技术有若干个缺点。例如，对吸力的使用往往需要光滑、洁净、干燥并且总体上平坦的表面，这限制了可夹持的物体的类型和条件。吸力往往还需要大量的功率来用于泵，并且容易在真空或低压密封上的任何位置出现泄漏，由此造成的吸力丧失潜在地是灾难性的。对机械促动的使用经常需要针对物体的大法向力或“挤压”力，并且往往还限制机械地夹持易碎或易损物体的能力。产生较大的力还增加机械促动的成本。机械泵和具有大挤压力的常规机械促动还经常需要很大的重量，这对于一些应用——诸如必须支撑附加质量的机器臂末端而言，是一个主要缺点。此外，即使当伴随坚固物体使用时，机器臂、机械爪等仍可能在物体本身的表面上留下损伤痕迹。
[0005]用于处理物品和材料的替代技术也有缺点。例如，化学粘合剂可能留下残余物，并且往往会吸引造成有效性降低的灰尘和其他碎屑。一旦施加这样的化学粘合剂夹持或附着，由于在此类情况下的夹持相互作用和力通常是不可逆的，因此化学粘合剂可能还需要大量的附加力来撤消或克服对物体的夹持或附着。
【发明内容】
[0006]尽管许多用于以自动化方式处理材料的系统和技术在过去总体上运作良好，但一直期望提供替代的和改进的物品处理方式。尤其是，期望这样的新式自动化系统和技术:其允许对大的、形状不规则的、布满灰尘的和/或易碎的物体进行拾取和放置或其他处理，并优选地几乎不使用或不使用针对物体的吸力、化学粘合剂或大机械法向力。
[0007]本文提供了在制造中所使用的、用于在制造过程中获取或移动物品的电粘附夹持系统，该系统具有:框架；筒匣；电粘附膜，其具有位于或靠近电粘附夹持表面的一个或多个电极；以及电源，其中所述系统能够以模块化方式构建而成以便简化构造和维护。一些组件可以是一次性的，或者与其他组件相比需要更频繁的维修。模块化装配件和模块化组件构造简化并加快维护，并且减少了总体操作成本。
[0008]本文提供了电粘附夹持系统，该系统包含:框架，其具有上表面和下表面；筒匣，其具有上表面和下表面，其中上表面能够可拆卸地连接至所述框架的下表面；电粘附膜，其具有位于或靠近夹持表面的一个或多个电极，并且所述电粘附膜的背衬面至少部分地覆盖并能够连接至所述筒匣的下表面，或者可选地在所述框架的上表面的一部分上延伸；以及电源，其耦合至所述框架的上表面，配置用于对电粘附膜的一个或多个电极施加电压，其中所述电粘附膜的所述连接界面的至少一部分与所述电源直接接触。
[0009]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，框架还包含侧壁，该侧壁包含内部面和外部面，从而在所述框架内创造出下表面与所述侧面的内部面之间的腔室。
[0010]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，筒匣至少部分地安装在框架的腔室内并与之相符合。
[0011]在一些实施方式中，电粘附夹持系统还包含分散在筒匣的下表面与电粘附膜的背衬面之间的可变形或可适形层。
[0012]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，框架是承重的。在其他实施方式中，框架是金属的。在其他实施方式中，框架可以是磁性的。在其他实施方式中，框架可以是非金属的或非导电性的。
[0013]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，电粘附膜包含位于或靠近所述表面的一个或多个电极并具有连接界面，该连接界面还包含至少一个与所述一个或多个电极相连接的接触垫。该接触垫可于膜上作为单独的区域形成图案，或者可包括附着于膜的单独的机械特征或电特征，这些特征包含:导电区域或图案；弹簧针(pogo pin);片簧；碳刷；弹簧接触件；金属接触钮；接线器；线束；稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；或铁磁接触件。
[0014]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，电源还包含至少一个接触点，用于连接至电粘附膜的连接界面的至少一个接触垫和向其传递功率以及向电极传递电压。接触点可包括:弹黃针；片黃；碳刷；弹黃接触件；金属接触钮；接线器；线束；稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；或铁磁接触件。
[0015]在其他实施方式中，一个或多个接触点和/或一个或多个接触垫包括电绝缘体。在其他实施方式中，电粘附膜的整个连接界面可与框架绝缘。
[0016]在本文所描述的电粘附夹持系统的任一实施方式中，电源可从框架分离。
[0017]更进一步地，本文所描述的电粘附夹持系统的任何实施方式包含至少一个附着机构，用于保持各个组件的毗邻表面至少部分地彼此处于紧密接触。各个毗邻表面可包括:电源与框架；电源与电粘附膜连接界面；框架与筒匣；筒匣与可变形层；筒匣与电粘附膜；可变形层与电粘附膜；电粘附膜与框架；或连接界面与框架。
[0018]在本文所描述的任一实施方式或Btt邻表面中，附着机构可包括:化学粘合剂；机械紧固件；热紧固件(例如:焊接、点焊或点熔位置)；干式粘附；维可牢(Velcro);吸力/真空粘附；磁附着、电磁附着或带(例如，单面或双面)。根据给定的情况所期望或需要的模块化程度，附着机构可创造出永久的、临时的或者甚至是可移除的附着形式。
[0019]本文提供了电粘附夹持系统，该系统包含:框架，其具有上表面和下表面；筒匣，其具有上表面和下表面，能够可拆卸地连接至框架的下表面；电粘附膜，其具有位于或靠近夹持表面的一个或多个电极，并且所述电粘附膜的背衬面至少部分地覆盖并可拆卸地连接至所述筒匣的下表面，并且包含第一连接界面；以及电源，其包含第二连接界面，配置用于通过该第二连接界面来对电粘附膜的所述一个或多个电极施加电压。
[0020]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，框架还包含侧壁，该侧壁包含内部面和外部面，从而在所述框架内创造出下表面与所述侧面的内部面之间的腔室。
[0021]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，筒匣至少部分地安装在框架的腔室内并与之相符合。
[0022]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，框架是承重的。在其他实施方式中，框架是金属的。在其他实施方式中，框架可以是磁性的。在其他实施方式中，框架可以是非金属的或非导电性的。
[0023]在一些实施方式中，电粘附夹持系统还包含分散在筒匣的上表面与所述电粘附膜的背衬面之间的可变形或可适形层。
[0024]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，筒匣与所述电粘附膜组合为可分离式筒匣子装配件。在其他实施方式中，筒匣、所述可变形或可适形层以及所述电粘附膜相组合为另一类型的可分离式筒匣子装配件。
[0025]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，电源可从框架分离。在其他实施方式中，电源完全远离框架并从框架脱离:例如，其中电源位于固持电粘附夹持系统的机器臂或机器臂的基部，并且经由线缆连接或通过线束从电源向电粘附夹持器施加功率。
[0026]在本文所描述的电粘附夹持系统的任一实施方式中，系统的第一连接界面或第二连接界面在装配时与所述框架电绝缘。在其他实施方式中，电粘附膜的整个连接界面可以是绝缘的。
[0027]在各个实施方式中，第一连接界面或第二连接界面可包含以下各项中的至少一个:缆线；连接器；弹黃针；片黃；碳刷；弹黃接触件；金属接触钮；接线器；线束；稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；或铁磁接触件。
[0028]在本文所描述的电粘附夹持系统的任一实施方式中，电源可从框架分离。
[0029]更进一步地，本文所描述的电粘附夹持系统的任何实施方式包含至少一个附着机构，用于保持各个组件的毗邻表面至少部分地彼此处于紧密接触。各个毗邻表面可包括:电源与框架；筒匣与可变形层；可变形层与电粘附膜；或筒匣与电粘附膜。
[0030]在本文所描述的任一实施方式或Btt邻表面中，附着机构可包括:化学粘合剂；机械紧固件；热紧固件(例如:焊接、点焊或点熔位置)；干式粘附；维可牢；吸力/真空粘附；磁附着、电磁附着或带(例如，单面或双面)。根据给定的情况所期望或需要的模块化程度，附着机构可创造出永久的、临时的或者甚至是可移除的附着形式。
[0031]本文提供了电粘附夹持系统，该系统包含:框架，其具有上表面和下表面；筒匣，其具有上表面和下表面，能够可拆卸地连接至所述框架的所述下表面；电粘附膜，其具有位于或靠近夹持表面的一个或多个电极，至少部分地覆盖并能够可拆卸地连接至所述筒匣的下表面的背衬面，并且包含第一连接界面；电源，其包含第二连接界面，配置用于通过所述第二连接界面来对电粘附膜的一个或多个电极施加电压。
[0032]本文提供了电粘附夹持系统，其包含本文所描述的任何配置，并且还包含至少一个可拆卸界面。
[0033]在一些实施方式中，可拆卸界面处于电源与框架之间。在其他实施方式中，可拆卸界面处于框架与筒匣之间，或者框架与筒匣装配件之间。
[0034]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，所述至少一个可拆卸界面采用包含以下各项中的至少一个的附着机构:化学粘合剂；机械紧固件；维可牢；带(tape);磁体；或电粘附表面。在一些情况下，当采用磁性装置时，磁体可包括:稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；电磁体；或铁磁接触件。附着机构可涉及将可拆卸界面附着至夹持系统组件的方法，或者在一些情况下，附着机构可涉及将可拆卸界面本身附着在一起的方法。
[0035]在电粘附夹持系统的其他实施方式中，所述至少一个可拆卸界面还包含磁性垫板。更进一步地，磁性垫板耦合至筒匣的上表面。在其他实施方式中，磁性垫板耦合至框架的下表面。如同已经描述的其他组件界面一样，可以采用附着机构来将垫板粘附或耦合至相配组件表面，所述附着机构诸如为:化学粘合剂；机械紧固件；干式粘附表面；真空或吸力；维可牢；带；或磁体。再一次地，根据给定的情况所期望或需要的模块化程度，附着机构可创造出永久的、临时的或者甚至是可移除的附着形式。
[0036]在一些实施方式中，垫板可以不是磁性的。在一些实施方式中，垫板可以是金属板；非金属板；或非磁性板。
[0037]更进一步地，在包含具有垫板的可拆卸界面的电粘附夹持系统的其他实施方式中，还在所述垫板与可拆卸界面另一侧上的相对的耦合表面之间采用另一可拆卸附着机构。例如，附加的附着机构可包括:(临时)化学粘合剂；机械紧固件；磁体；干式粘附；维可牢；吸力/真空粘附；或带。在采用磁性装置的情况下，磁体可包括:稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；电磁体；或铁磁接触件。
[0038]在其他实施方式中，可拆卸界面可包含两个垫板:其中可拆卸界面的至少一侧包含(至少一个)第一垫板和(至少一个)第二垫板，所述第一垫板耦合至框架的下表面，所述第二垫板耦合至筒匣或筒匣装配件的上表面。
[0039]更进一步地，包含所述第一垫板和第二垫板的所述至少一个可拆卸界面可包含以下各项中的至少一个:金属板；磁性板；非金属板；或非磁性板。
[0040]在具有可拆卸界面的任何前述垫板实施方式中，垫板本身之间可存在另一附着机构，该附着机构包含以下各项中的至少一个:磁体；静电粘附；范德华力(Van-der-Waalsforce);干式粘附；真空/吸力；临时粘合剂；可熔粘合剂；以及机械紧固件。
[0041]在一些实施方式中，本领域技术人员将会认识到，所描述的并且配置用于激活电粘附膜的任一配置的电源机构可与配置用于激活针对包含所述第一垫板和第二垫板的可拆卸界面的静电粘附力的电源机构相同或不同。
[0042]如前文所述，任何具有可拆卸界面的系统的电源可以具有可从框架分离的电源。分离电源的装置或方法可以与可拆卸界面相同或者可以与之不相同。
[0043]在任何上述实施方式中，电粘附夹持系统可包括处在筒匣与电粘附膜之间的可适形/可变形层。所述可适形/可变形层可以包含:泡沫、聚合物、弹性体材料或者囊袋。更进一步地，所述囊袋可以是液压囊袋或气动囊袋。更进一步地，所述囊袋可以填充可压缩材料或松散填塞的材料，诸如聚合物珠、砂、泡沫聚苯乙烯、豆、皮壳或其他类似的材料等，所述材料将会提供对电粘附夹持器膜表面的顺应性，从而允许对非光滑或非平坦外来表面的更好的符合性。
[0044]榜引并入
[0045]本说明书中所提及的所有公开、专利和专利申请均通过引用而并入于此，其程度等同于明确地和个别地指出通过引用而并入每一个别公开、专利或专利申请。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]本发明的新颖特征在所附权利要求中具体阐明。通过参考对利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的以下详细描述和附图，将会获得对本发明特征和优点的更好的理解，在附图中:
[0047]图1A是示例电粘附设备的侧剖面。
[0048]图1B以侧剖视图图示了粘附至外来物体的图1A的示例电粘附设备。
[0049]图1C以侧剖面特写视图图示了在图1B的外来物体中由于粘附的示例电粘附设备中电极之间的电压差而形成的电场。
[0050]图2A以侧剖视图图示了在其上具有单电极的示例电粘附夹持表面对。
[0051]图2B以侧剖视图图示了被施加电压的图2A的示例电粘附夹持表面对。
[0052]图3A以顶部透视图图示了示例电粘附夹持表面，其形式为具有于顶面和底面上形成图案的电极的薄板。
[0053]图3B以顶部透视图图示了另一示例电粘附夹持表面，其形式为具有于顶面和底面上形成图案的电极的薄板。
[0054]图3C以顶部透视图图示了又一示例电粘附夹持表面，其形式为具有于顶面和底面上形成图案的电极的薄板，并且还包含附加绝缘层来保护电极。
[0055]图4A以侧剖视图图示了包含具有整体式筒匣和膜以及可分离电源的代表性框架的不例电粘附夹持系统。
[0056]图4B以侧剖视图图示了包含具有侧壁、整体式筒匣和膜以及可分离电源的代表性框架的示例电粘附夹持系统。
[0057]图4C以侧剖视图图示了具有整体式中间可变形/可适形层和膜的示例筒匣。
[0058]图4D以侧视图图示了与图4A和/或图4B相似的代表性电粘附夹持系统的分解装配件。
[0059]图4E以平面图图示了用于电粘附膜的连接界面的一个可能的配置。
[0060]图5A以侧剖视图图示了包含具有脱离的筒匣装配件和膜以及可选地可分离的电源的代表性框架的示例电粘附夹持系统。
[0061]图5B以侧剖视图图示了包含具有中间可变形/可适形层和膜的可拆卸筒匣装配件的示例电粘附夹持系统。
[0062]图6A是电源的说明性等距视图。
[0063]图6B是用于电源的绝缘接触点的代表性图解。
[0064]图7A以侧剖视图图示了具有代表性框架的示例电粘附夹持系统，图中示出:包含诸如磁体等附着机构的一种形式的可拆卸界面；以及可拆卸筒匣装配件和膜，其具有包含垫板的可拆卸界面；以及可选地可分离的电源。
[0065]图7B以侧剖视图图示了示例可拆卸筒匣装配件，其具有位于筒匣与膜之间的中间可变形或可适形层，以及包含垫板的可拆卸界面。
[0066]图8A以侧剖视图图示了具有代表性框架的示例电粘附夹持系统，图中示出:包含第一垫板的另一形式的可拆卸界面；以及可拆卸筒匣装配件和膜，其具有包含第二垫板的可拆卸界面；以及可选地可分离的电源。
[0067]图SB以侧剖视图图示了具有代表性框架的示例电粘附夹持系统，图中示出:包含第一垫板的又一形式的可拆卸界面；以及可拆卸筒匣装配件，其具有位于筒匣与膜之间的中间可变形或可适形层，以及包含第二垫板的可拆卸界面。
【具体实施方式】
[0068]在以下详细描述中，对构成其一部分的附图作出参考。在附图中，除非上下文另有所指，否则相似符号通常标识相似组件。在【具体实施方式】、附图及权利要求中所描述的说明性实施方式并不意味着是限制性的。在不偏离本文所呈现的主题范围的情况下，可采用其他实施方式，并且可做出其他改变。很容易理解的是，本文总体描述的并在附图中图示的本公开各个方面能够以众多不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，在本文中明确设想到所有上述情况。
[0069]电粘附表面可包括电极，所述电极配置用于在对电极施加电压的情况下引起与附近物体的静电吸引。本文所描述的系统还可采用耦合至与筒匣相结合的电粘附夹持表面的承重框架。筒匣与关联的筒匣子装配件为系统提供针对组件子装配件配置的灵活的模块化选项，所述模块化选项可提高性能、增加系统功能、减少维护和操作费用，并在一个系统内提供全部多种不同产品应用中的更灵活的用途。
[0070]筒匣概念通过当在系统内只有某个子组件失效时，与维修或更换主要组件或整个系统相比减少与维修或更换系统的单一子组件相关的时间量和单个组件成本来减少维护成本。
[0071]此外，筒匣和各种装配件选项为使用者提供可在制造过程或具有多种部件的多个装配线中采用的范围灵活的配置。可以在伴随多种不同筒匣装配件配置的多个位置处采用单核心系统(“永久性”框架)。这种类型的配置导致其自身适用于准时化(Just-1n-Time，JIT)制造和具有快速生产周转周期的小批量生产制造。
[0072]本文所使用的术语“电粘附”是指使用静电力对两个物体的机械耦合。本文所描述的电粘附使用对这些静电力的电控制来允许外来基板与支持电粘附的拾取工具的拾取表面之间的临时和可拆卸附着。由于通过施加的电场而产生的静电力，该静电粘附将外来基板与拾取表面保持在一起，或者增加外来基板与拾取板的表面之间的牵引力或摩擦力。放置拾取板的表面使其抵靠外来基板的表面或在其附近。继而使用与电极电连通的外部控制电子设备，经由电极来施加静电粘附电压。静电粘附电压在相邻电极上使用交替的正电荷和负电荷。作为电极之间电压差的结果，生成了一个或多个电粘附力，该电粘附力起到保持板的表面与外来基板彼此抵靠的作用。由于所施加的力的性质，很容易理解的是拾取表面与外来基板的表面之间的实际接触并不必要。例如，可在板的拾取表面与外来基板之间放置一张纸、薄膜或者其他材料或基板。静电力维持板的拾取表面相对于外来基板的表面的当前位置。总体静电力可足以克服外来基板上的引力，从而可以使用拾取工具将外来基板保持在空中。
[0073]静电粘附电压从电极的移除会终止板的拾取表面与外来基板的表面之间的静电粘附力。因此，当在电极之间不存在静电粘附电压时，拾取工具可容易地相对于外来基板的表面移动。该条件允许拾取工具在施加静电粘附电压之前和之后移动。受到良好控制的电激活和解激活支持快速粘附和脱离，举例而言，诸如在消耗相对较少量功率的同时少于大约50毫秒的反应时间。
[0074]本文所使用的术语“拾取表面”、“电粘附表面”、“夹持器表面”、拾取或夹持表面“覆盖层”及其变体意为同义词，并且是指电粘附夹持系统的电粘附膜表面。
[0075]在一个不例性方面，系统的拾取表面包括位于绝缘材料的外表面上，或者位于或靠近电粘附膜的电粘附夹持表面的电极。该方面非常适合于向各种外来基板的绝缘的和导电性弱的内部材料的受控附着。
[0076]在其他示例性方面，可将电极嵌入绝缘材料内以便同时在电极之间以及在电极与外来基板之间提供绝缘。绝缘材料可进一步包含多个单独的绝缘层，每层提供有益于总体应用的不同性质。
[0077]容易理解的是，拾取板的表面与外来基板的表面之间更短的距离导致所述物体之间更强的电粘附力。相应地，可以使用适于至少部分地符合外来基板表面的可变形表面。
[0078]本文所使用的术语静电粘附电压是指产生用以将板的拾取表面耦合至外来基板的适当静电力的电压。拾取表面所需的最小电压将随许多因素而变，这些因素诸如:拾取表面的尺寸、电极的材料电导率和间距、绝缘材料、外来基板材料、诸如灰尘、其他微粒或湿气等对电粘附的任何干扰的存在、由电粘附力所支撑的任何基板的重量、电粘附设备的顺应性、外来基板的介电和电阻率性质，以及电极与外来基板表面之间的相关间隙等。
[0079]在一些方面中，电粘附拾取表面可采取在其上具有多个电极的基本上为平面的面板或薄板的形式。在其他方面中，电粘附拾取表面可采取与最经常由拾取工具所抬起或处理的外来基板的几何形状相匹配的固定形状。可通过各种手段来增强电极，诸如通过使电极于粘附设备表面上形成图案来提高电粘附性能，或者通过使用柔软或柔性材料制成电极来增加顺应性并从而增加对外来基板上不规则表面的符合性。
[0080]在其他方面中，电粘附拾取表面可采取安置在具有可变形或可适形于外来物体的粗糙或不规则表面或形状的中间层或空间或囊袋的筒匣之上的、在其上具有多个电极的基本上为平面的面板或薄板的形式。使电粘附膜更好地符合外来物体的粗糙或不规则表面或形状的能力提高了粘附联结和系统的性能。
[0081]本文所使用的术语可变形和可适形旨在以同义解释；意为:在形式上对应、符合、能够适应；能够被重塑。并且相反地，暗示并直接表明这些术语还意指在材料的弹性限度内返回其原始形状的能力。
[0082]本公开在各个实施方式中关于涉及电粘附或静电应用的系统、设备和方法。在一些实施方式中，各个电粘附或静电系统或设备可包括适于提供适合将单独的物体粘附在一起的静电力的电极。此外，可以包括诸如基部表面等辅助粘附组件，该辅助粘附组件有助于使用除静电力之外的辅助力或方式来将单独的物体粘附在一起。在一些情况下，这样的基部表面或其他辅助粘附组件可包括具有对外来物体的多个粘附模式的软垫材料。虽然本文所公开的各个示例集中于具体电粘附应用的特定方面，但应当理解，本文所公开的各个原理和实施方式亦可适用于其他静电应用和布置。此外，虽然本文所阐述的各个示例和讨论经常提及除电粘附力或组件之外的“辅助”力或组件，但很容易明白的是，在一切情况下均不必将此类其他力或组件看作是“辅助的”。在一些示例中，可能更适合将一种类型的力或物品看作静电或电粘附吸引力或组件，而将另一类型的力或物品看作独立于静电或电粘附类型的单独的吸引力或组件。此类其他吸引力在性质上可以是物理的，并且因此可被称为可用于增强静电或电粘附力的物理吸引力。
[0083]首先转向图1A，在高视角剖视图中图示了示例电粘附设备。电粘附设备10包括位于或靠近其“电粘附夹持表面” 11的一个或多个电极18,以及介于电极与背衬24或其他支撑结构组件之间的绝缘材料20。在许多情况下，绝缘材料20可从电极向外延伸并存在于电极与外来基板之间。在一些情况下，绝缘体20实际上可包含若干个不同的绝缘体层。出于图示说明目的，将电粘附设备10示为具有成3对的6个电极，但很容易明白的是，可在给定的电粘附设备中使用更多或更少的电极。在仅于给定的电粘附设备中使用单一电极的情况下，优选地随其使用具有至少一个相反极性的电极的互补电粘附设备。就尺寸而言，电粘附设备10基本上是尺度不变的。也就是说，电粘附设备的表面积尺寸的范围可以从小于I平方厘米到大于几平方米。甚至更大和更小的表面积也是可能的，并且可按给定应用的需求来制定尺寸。
[0084]图1B以高视角剖视图描绘了粘附至外来物体14的图1A的示例电粘附设备10。外来物体14包括表面12和内部材料16。放置电粘附设备10的电粘附夹持表面11使其抵靠外来物体14的表面12或在其附近。继而使用与电极18电连通的外部控制电子设备(未示出)，经由电极18施加静电粘附电压。如图1B中所示，静电粘附电压在相邻电极18上使用交替的正电荷和负电荷。作为电极18之间电压差的结果，生成一个或多个电粘附力，该电粘附力起到将电粘附设备10与外来物体14彼此保持在一起的作用。由于所施加力的性质，很容易明白电粘附设备10与外来物体14之间的实际接触并不必要。必要的只是足够接近以便允许发生基于电场的电粘附相互作用。例如，可在电粘附设备10与外来物体14之间放置一张纸、薄膜或者其他材料或基板。此外，虽然本文使用术语“接触”来表示电粘附设备与外来物体之间的相互作用，但应当理解的是，并不总是要求表面与表面的实际直接接触，以致可将诸如绝缘体等一个或多个薄物体安设在设备或电粘附夹持表面与外来物体之间。在一些实施方式中，夹持表面与外来物体之间的这样的绝缘体可以是设备的一部分，而在其他实施方式中其可以是单独的物品或设备。
[0085]附加地或备选地，在电粘附夹持表面与所夹持的物体之间可存在间隙，并且该间隙可在电粘附力的激活之后减小。例如，电粘附力可致使电粘附夹持表面移近所夹持的物体的外表面以便缩小间隙。另外，电粘附吸引可致使夹持表面在跨夹持表面的表面区域的多个点处朝向夹持的物体的外表面移动。例如，顺应性夹持表面可微观地、细观地和/或宏观地符合于该外表面。由夹持表面进行的这种局部间隙缩小可从而致使夹持表面(至少部分地)符合物体的外表面。在此，将具有符合物体外表面中的局部不均匀性、表面缺陷以及其他微观变动和/或宏观变动的足够柔韧性的电粘附夹持表面称为顺应性夹持表面。然而，应当理解，无论被特别地称为顺应性夹持表面与否，本文所描述的任何夹持表面均可展现出这样的顺应性。
[0086]图1C以高视角剖面特写视图图示了作为粘附的示例电粘附设备10中电极之间电压差的结果而在图1B的外来物体中形成的电场。当抵靠外来物体14放置电粘附设备10并施加静电粘附电压时，在外来物体14的内部材料16中形成电场22。电场22局部地极化内部材料16，或者在材料16上局部地感应出与设备的电极18上的电荷相反的直接电荷，并从而导致电极18 (及设备10)与外来物体14上的感生电荷之间的静电粘附。感生电荷可以是介电极化的结果，或者来自弱导电性材料和电荷静电感应。如果内部材料16是强导体，举例而言，诸如铜等，则感生电荷可完全抵消电场22。在这种情况下，内部电场22为零，但尽管如此，感生电荷仍然形成和提供对电粘附设备的静电力。
[0087]因此，静电粘附电压提供电粘附设备10与外来物体14的表面12之下的内部材料16之间的总体静电力，该静电力维持电粘附设备相对于外来物体表面的当前位置。总体静电力可足以克服外来物体14上的引力，从而可使用电粘附设备10来将外来物体保持在空中。在各个实施方式中，可抵靠外来物体14放置多个电粘附设备，从而可提供针对该物体的附加的静电力。静电力的组合可足以抬起、移动、拾取和放置外来物体，或者以其他方式处理外来物体。电粘附设备10还可附着至其他结构并将这些附加结构保持在空中，或者可在坡面或滑面上使用电粘附设备10以便增大法向或侧向摩擦力。
[0088]静电粘附电压从电极18的移除会终止电粘附设备10与外来物体14的表面12之间的静电粘附力。因此，当电极18之间不存在静电粘附电压时，电粘附设备10可更容易地相对于表面12移动。这种条件允许电粘附设备10在施加静电粘附电压之前和之后移动。受到良好控制的电激活和解激活支持快速粘附和脱离，举例而言，诸如在消耗相对较少量功率的同时少于大约50毫秒的反应时间。
[0089]电粘附设备10包括位于绝缘材料20的外表面11上的电极18。该实施方式非常适合于向各种外来物体14的绝缘的和导电性弱的内部材料16的受控粘附。还设想到电极18与绝缘材料20之间的其他电粘附设备10关系，并且所述关系适合与包括导电材料在内的范围更广的材料一起使用。例如，薄电绝缘材料(未示出)可位于电极的表面上。还可在某些情况下使用多个绝缘表面(诸如图3C中的层49所示)，并且电极的任一侧上的材料可以是彼此不同的。很容易理解，表面11与表面12之间更短的距离以及这样的电绝缘材料的材料性质因基于场的感生电粘附力的距离依赖性而造成物体之间更强的电粘附吸引。相应地，可以使用适于至少部分地符合外来物体14的表面12的可变形表面11。
[0090]本文所使用的术语静电粘附电压是指产生用以将电粘附设备10耦合至外来物体14的适当静电力的电压。电粘附设备10所需的最小电压将随许多因素而变，这些因素诸如:电粘附设备10的尺寸、电极18的材料电导率和间距、绝缘材料20、外来物体材料16、诸如灰尘、其他微粒或湿气等对电粘附的任何干扰的存在、由电粘附力所支撑的任何物体的重量、电粘附设备的顺应性、外来物体的介电和电阻率性质，以及/或者电极与外来物体表面之间的相关间隙等。在一个实施方式中，静电粘附电压包括电极18之间介于大约500伏与大约15千伏之间的差分电压。在微观应用中可以使用甚至更低的电压。在一个实施方式中，差分电压介于大约2千伏与大约5千伏之间。一个电极的电压可为零。还可以对相邻电极18施加交替的正电荷和负电荷。单一电极上的电压可随时间而变，并且特别是可在正电荷与负电荷之间交替，以便不产生外来物体的大量长期荷电。由此产生的夹紧力将随特定电粘附设备10的规格特性、其所粘附到的材料、任何颗粒干扰、表面粗糙度等而变。总体而言，本文所描述的电粘附提供宽范围的夹压(clamping pressure),其一般定义为由电粘附设备所施加的吸引力除以其与外来物体相接触的面积。
[0091]实际电粘附力和压强将随设计和许多因素而变。在一个实施方式中，电粘附设备10提供介于大约0.7kPa(约0.1psi)与大约70kPa(约1psi)之间的电粘附吸引压强，但其他的量和范围当然也是可能的。可以很容易地通过改变接触表面的面积、改变施加的电压和/或改变电极与外来物体表面之间的距离来获得特定应用所需量的力，但还可根据期望而操纵其他相关因素。
[0092]由于静电粘附力而非传统的机械或“挤压”力是用来保持、移动或以其他方式操纵外来物体的主要的力，因此可在一系列广泛的应用中使用电粘附设备10。例如，电粘附设备10非常适合伴随粗糙表面或者具有宏观曲率或复杂形状的表面来使用。在一个实施方式中，表面12包括大于约100微米的粗糙度。在特定实施方式中，表面12包括大于约3毫米的粗糙度。此外，电粘附设备10可使用在布满灰尘或脏污的物体上，也可使用在易碎的物体上。如以下更详细阐述，还可由一个或多个电粘附设备来处理不同尺寸和形状的物体。
[0093]电粘附夹持表面
[0094]虽然将图1A的具有电粘附夹持表面11的电粘附设备10图示为具有6个电极18，但应当理解，给定的电粘附设备或夹持表面可仅具有单一电极。此外，很容易明白的是，给定的电粘附设备可具有多个不同的电粘附夹持表面，其中每个单独的电粘附夹持表面具有至少一个电极并且适于抵靠所要夹持的外来物体或在与其靠近之处放置。虽然术语电粘附设备、电粘附夹持单元和电粘附夹持表面全都在本文中用于表明感兴趣的电粘附组件，但应当理解的是，这些各个术语可在各个上下文中可互换地使用。特别是，虽然给定的电粘附设备可包含多个相异的夹持表面，但亦可将这些不同的夹持表面本身视为单独的“设备”或者替代地视为“末端执行器”。可以将具有多个不同夹持表面的实施方式视为一个单一设备，或者亦可将其视为一致行动的多个不同设备。
[0095]参考图2A和图2B，图中以侧剖视图示出了在其上具有单电极的示例电粘附设备或夹持表面对。图2A描绘了电粘附夹持系统50，该系统50具有电粘附设备或夹持表面30、31，该电粘附设备或夹持表面30、31与外来物体14的表面相接触；而图2B描绘了在设备或夹持表面具有向其施加的电压的情况下的激活的电粘附夹持系统50’。电粘附夹持系统50包括直接接触外来物体14的两个电粘附设备或夹持表面30、31。每个电粘附设备或夹持表面30、31具有与其耦合的单电极18。在这样的情况下，可将电粘附夹持系统设计成使用外来物体作为绝缘材料。当施加电压时，在外来物体14内形成电场22，并且在夹持表面30、31与外来物体之间创造出静电力。很容易明白，可以使用包括多个此类单电极电粘附设备的各个实施方式。
[0096]在一些实施方式中，电粘附夹持表面可采取在其上具有多个电极的平坦面板或薄板的形式。在其他实施方式中，夹持表面可采取与最经常被抬起或处理的外来物体的几何形状相匹配的固定形状。例如，可以使用弯曲的几何形状来匹配圆柱形漆罐或苏打水罐的几何形状。可以通过各种手段来增强电极，诸如通过使电极于粘附设备表面上形成图案来提高电粘附性能，或者通过使用柔软或柔性材料制成电极来增加顺应性并从而增加对外来物体上不规则表面的符合性。
[0097]接下来转向图3A-图3C，图中以顶部透视图示出了在其表面上有形成图案的电极的平坦面板或薄板形式的电粘附夹持表面的两个示例。图3A示出了在其顶面和底面上有形成图案的电极18的薄板或平坦面板形式的电粘附夹持表面60。顶部和底部电极组40和42相间交错在绝缘层44的相对侧上。在一些情况下，绝缘层44可由坚硬或刚性材料形成。在一些情况下，电极和绝缘层44可以是顺应性的并且由诸如丙烯酸弹性体等聚合物所组成以便增加顺应性。在一个优选实施方式中，聚合物的模量低于大约lOMPa，而在另一优选实施方式中，其更具体地低于大约IMPa。各种已知类型的顺应性电极均可适合与本文所描述的设备和技术一起使用，并且在出于所有目的而整体并入本文的美国专利N0.7，034，432中描述了示例。
[0098]电极组42安设在绝缘层44的顶面23上，并且包括形成直线图案的电极18的阵列，(并且还可包括如图3C中所示的附加外绝缘层49)。公共电极41将组42中的电极18电耦合起来，并允许使用通往公共电极41的单一输入引线来与组42中的所有电极18电连通。电极组40安设在绝缘层44的底面25上，并且包括从顶面上的电极18横向移位的形成直线图案的电极18的第二阵列。底部电极组40还可包括公共电极(未示出)。很容易明白，电极可于绝缘层44的相对侧上形成图案，以便增加夹持表面60承受更高电压差的能力，而不受电极之间气隙中击穿的限制。
[0099]备选地，电极还可于绝缘层的同一表面上形成图案，诸如图3B中所示。如图所示，电粘附夹持表面61包含薄板或平坦面板,该薄板或平坦面板仅在其一个表面上有电极18形成图案。电粘附夹持表面61可基本上类似于图3A的电粘附夹持表面60，区别在于电极组46和48相间交错在顺应性绝缘层44的同一表面23上。没有电极位于绝缘层44的底面25上。这个特定实施方式减小了组46中的正电极18与组48中的负电极18之间的距离，并允许全部两组电极在电粘附夹持表面61的同一表面上的放置。在功能上，这消除了如实施方式60中那样的，因绝缘层44造成的电极组46与48之间的间隔。其还消除了当顶面23粘附至外来物体表面时在一组电极(先前在底面25上)与外来物体表面之间的间隙。在一些情况下，顶(电极)面23还可涂覆有绝缘材料(如层49所描绘，以及如图3C中所图示)，使得电极组46和48完全夹在(例如，包封在)绝缘材料之间。虽然可以使用实施方式60或61中的任一个,但后一实施方式61中的这些改变因全部两组电极46、48与外来物体表面更为接近而在电粘附夹持表面61与所要处理的主题外来物体之间提供相对较大的电粘附力。
[0100]在一些实施方式中，电粘附设备或夹持表面可包含富有柔性性质的薄片或面罩式抓紧器。在此类实施方式中，可以不使用背衬结构或者可以使用富有柔性的背衬结构，使得整个面罩式设备或夹持表面或者其一部分可如给定应用所期望的那样大幅折曲或以其它方式符合于一个或多个外来物体。创造有助于对外来物体的这种符合或顺应的电粘附夹持器可例如通过用薄材料形成电粘附层或夹持表面，通过使用泡沫或弹性材料，通过从主电粘附薄板伸出襟翼或延伸物，或者通过仅在几个选定的底层位置上连接薄片而非将其连接至整个刚性背衬，以及其他可能性等来实现。
[0101]虽然前述的平坦面板或薄片形式的电粘附夹持表面的示例实施方式描绘了电极条或带，但应当理解的是，还可针对这样的薄板式电粘附夹持表面使用任何合适的电极图案。例如，薄板式电粘附夹持表面可具有围绕薄片分布并以适当方式极化的离散方块或圆的形式的电极，诸如处于均匀间隔的“波点(polka-dot)”样式图案中的电极。还可使用诸如形成偏移螺旋图案的两组电极等其他示例。作为一个特定示例——其中针对绝缘层使用薄而柔韧的材料(诸如聚合物)，并且其中电极以离散盘的形式围绕其分布——由此产生的柔性并具顺应性的电粘附夹持表面“覆盖层”将能够符合于相对较大物体的不规则表面，同时在施加电压期间对其提供多个不同的和离散的电粘附力。
[0102]作为另一示例，可以提供中间障板或囊袋层来作为柔性并具些许弹性的电粘附夹持膜层之下的富有柔性的背衬层。这个富有柔性的背衬层应当提供可逆的适形性或变形性。所述可适形/可变形层可以包含:泡沫、聚合物、弹性体材料或者为囊袋的形式。更进一步地，囊袋可以是液压囊袋或气动囊袋。更进一步地，囊袋可以填充可压缩材料或松散填塞的材料，诸如聚合物珠、砂、泡沫聚苯乙烯、豆、皮壳或其他类似的材料等，所述材料将会提供对电粘附夹持器膜表面的顺应性，从而允许对非光滑或非平坦外来表面的更好的符合性。
[0103]应当理解，还可以针对这样的柔性障板-薄板式电粘附夹持表面使用任何合适的电极图案。例如，这样的薄板式电粘附夹持表面可采用围绕薄片分布并以适当方式极化的离散方块或圆的形式的电极，诸如处于均匀间隔的“波点”样式图案中的电极，或者其中电极以离散盘的形式围绕其分布，由此产生的柔性并具顺应性的电粘附夹持表面“覆盖层”将能够符合于相对较大物体的不规则表面，同时在施加电压期间对其提供多个不同的和离散的电粘附力。
[0104]本文提供一种电粘附夹持系统，包含:框架，其具有上表面和下表面；筒匣，其具有上表面和下表面，其中上表面能够可拆卸地连接至所述框架的下表面；电粘附膜，其具有位于或靠近夹持表面的一个或多个电极，并且所述电粘附膜的背衬面至少部分地覆盖并可连接至所述筒匣的下表面，或者可选地在所述框架的上表面的一部分上延伸；以及电源，其耦合至所述框架的上表面，配置用于对电粘附膜的一个或多个电极施加电压，其中所述电粘附膜的所述连接界面的至少一部分与所述电源直接接触。
[0105]接下来参考图4A至图4E，其图示了发明的模块化电粘附夹持系统的一个版本的若干个变体。在图4D和图4E的分解细节中更清楚地描绘了实施方式变体的图示说明细节。
[0106]图4A是电粘附夹持系统100的示例，该系统100包含:框架101，其具有上表面102和下表面104 ;筒匣110，其具有上表面111、下表面112和侧表面113，可拆卸地连接至框架101的下表面104 ;电粘附膜120,其具有位于或靠近夹持表面120a的一个或多个电极(未示出)，并且所述电粘附膜120的背衬面120b至少部分地覆盖所述筒匣110的下表面112，并且所述电粘附膜的至少一部分包含连接界面125，该连接界面125在本例中在所述框架的上表面102的至少一部分上延伸；电源130，其耦合至所述框架101的上表面102，配置用于对电粘附膜120的一个或多个电极施加电压，其中电粘附膜的所述连接界面125的至少一部分穿插在所述电源130的下表面131与所述框架101的所述上表面102之间，从而创造出电源与连接界面之间的直接接触。
[0107]如本文所描述，在备选实施方式(未示出)中，框架的上表面和下表面可以是不完整表面，意指所述表面可以是产生开口的部分表面，该开口创造出穿过框架的中空空间。例如，框架的上表面或下表面或者其上表面和下表面二者可包含在作为框架的上表面或下表面的平面上围绕所述框架完整延伸的向内的凸缘。该凸缘可小至具有0.25英寸的宽度，或者可覆盖几乎整个表面。
[0108]在该版本的图示说明中，不使用或需要缆线或线束来向电粘附膜的电极传递或施加功率。如在此和在图4E及图6B中所示，电源130上的至少一对接触点132将与电粘附膜120的连接界面上的接触垫126对准，以便传递和施加功率。
[0109]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，框架还包含侧壁，所述侧壁包含内部面和外部面，从而在框架内创造出下表面与所述侧面的内部面之间的腔室。
[0110]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，筒匣至少部分地安装在框架的腔室内并与之相符合。
[0111]图4B是图4A中所示电粘附夹持系统100的替代示例，包含:框架101，其具有上表面102、拥有内部面103a和外部面103b的侧面103，以及下表面104，从而在所述框架103内创造出所述下表面104与所述侧面的内部面103a、103b之间的腔室105 ;筒匣110，其具有至少部分地安装在所述腔室105内的上表面111、下表面112和侧表面113 ;电粘附膜120，其具有位于或靠近夹持表面120a的一个或多个电极(未示出)，并且所述电粘附膜120的背衬面120b包裹在所述框架101周围，至少部分地覆盖所述筒匣110的下表面112、侧表面113和上表面111以及所述框架101的所述侧面103的外部面103b，并且其中所述电粘附膜的至少一部分包含连接界面125，该连接界面125在所述框架的上表面102上延伸；电源130，其耦合至所述框架101的上表面102，配置用于对电粘附膜120的一个或多个电极施加电压，其中所述电粘附膜的所述连接界面125的至少一部分穿插在所述电源130的下表面131与所述框架101的所述上表面102之间。
[0112]如图4A版本中所示，不使用或需要缆线或线束来向电粘附膜的电极传递和施加功率。如在此和在图4E和图6B中所示，电源130上的至少一对接触点132将与电粘附膜120的连接界面上的接触垫126对准，以便传递和施加功率。
[0113]在一些实施方式中，电粘附夹持系统还包括分散于所述筒匣与所述电粘附膜之间的可变形或可适形层。图4C图示了一个可比的系统，该系统附加了夹在筒匣与电粘附膜之间的可适形/可变形层115。可以提供可变形泡沫、聚合物、弹性体材料层、囊袋或障板层来作为柔性并具些许弹性的电粘附夹持膜层之下的富有柔性的背衬层。应当理解，由此产生的具有离散电极图案的柔性并具顺应性的电粘附夹持表面“覆盖层”，并连同在其下方的可变形/可适形层，将能够符合相对较大物体的不规则表面，同时在施加电压期间对其提供多个不同的和离散的电粘附力。
[0114]图4A至图4E中的图示为模块化系统的最简单形式，在电粘附夹持器系统内的各个组件能够得到维护之前需要移除电源130。
[0115]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，框架是承重的:意指框架能够支撑比电粘附夹持系统本身更重的载荷。在其他实施方式中，框架是金属的。在其他实施方式中，框架可以是磁性的。在其他实施方式中，框架可以是非金属的或非导电性的。每一选项在给定制造环境下或者伴随不同的一组子装配件组件而提供相比于其他选项的潜在优势。
[0116]在诸如图4E的电粘附夹持系统的一些实施方式中，电粘附膜120包含位于或靠近表面的一个或多个电极(未示出)，并且具有连接界面125，该连接界面125还包含连接至所述一个或多个电极的接触垫126。举非限制性示例而言，接触垫可包含:导电区域或图案；弹簧针；片簧；碳刷；弹簧接触件；金属接触钮126a ;接线器；线束；稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；电磁或铁磁接触件。
[0117]在电粘附夹持系统的该说明性示例的一些实施方式中，电源130还包含接触点132，用于如图6A和图6B中所示那样连接至电粘附膜120的连接界面125的接触垫126并向其传递功率以及向电极传递电压。举非限制性示例而言，接触点可包含:弹簧针132a ;片簧；碳刷；弹簧接触件；金属接触钮；稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；电磁或铁磁接触件。
[0118]图6图示了接触点132、132a在电源130的下表面131上的仅一种可能的布置。
[0119]在下文详述的其他实施方式中，电源与电粘附膜之间的连接界面还可在这两个组件上包括接线器和/或线束，以代替弹簧针；片簧；碳刷；弹簧接触件；金属接触钮；稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；电磁或铁磁接触件。
[0120]在其他实施方式中，除弹黃针；片黃；碳刷；弹黃接触件；金属接触钮；稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；电磁或铁磁接触件之外，电源与电粘附膜之间的连接界面可包括在多个组件之间的接线器和/或线束的一些组合。例如，存在这样的配置:其中，系统可能需要不止一个电源，并且每个电源可能因其预定功能和在系统上的放置位置而需要不同形式的连接耦合。
[0121]在其他实施方式中，接触垫126和/或接触点132分别包含电绝缘体127、133。在其他实施方式中，电粘附膜120的整个连接界面125可与框架103绝缘。
[0122]在本文所描述的电粘附夹持系统的任一实施方式中，电源可从框架分离。
[0123]进一步地，本文所描述的电粘附夹持系统的任何实施方式包含至少一个附着机构，用于保持各个组件的毗邻表面至少部分地彼此处于紧密接触。各个毗邻表面可包括:电源与框架；电源与电粘附膜连接界面；框架与筒匣；筒匣与可变形层；筒匣与电粘附膜；可变形层与电粘附膜；电粘附膜与框架；或连接界面与框架。
[0124]本文所使用的术语干式粘附或干胶是指以允许壁虎攀爬诸如垂直玻璃等陡峭表面的壁虎足部适应为基础的粘附产品。合成等效物使用碳纳米管作为可重复使用式贴片上的合成刚毛。
[0125]在本文所描述的任一实施方式或毗邻表面中，附着机构可包括:化学粘合剂，诸如粘贴胶层；机械紧固件，诸如螺杆、螺钉、螺母、铆钉等；热紧固件(例如:焊接、点焊或点熔位置)；干式粘附，诸如干胶，或者由范德华力或碳纳米管所保持的软片(有时称为“人造壁虎”)；维可牢；吸力/真空粘附；磁性附着或带(例如，单面或双面)。根据给定的情况所期望或需要的模块化程度，附着机构可创造永久的、临时的或者甚至是可移除的附着形式。
[0126]参考图5A和图5B，其中图示了模块化电粘附夹持系统的进一步扩展。本文提供电粘附夹持系统200，包含:在一些方面中，永久性框架装配件1000，其包含框架101，该框架101具有上表面102、拥有内部面103a和外部面103b的侧面103以及下表面104，从而在所述框架101内创造出所述下表面104与所述侧面103的内部面103a之间的腔室105 ;电源130，其耦合至所述框架101的上表面102，包含用于传递电压的接触点132，所述接触点132经所述框架101中的开口 102a突出；筒匣110，其具有至少部分地安装在所述框架腔室105内的上表面111、下表面112和侧表面113，包含:电粘附膜120，该电粘附膜120具有位于或靠近夹持表面120a的一个或多个电极(未示出)，并且包裹在所述筒匣110周围的电粘附膜120的背衬面120b至少部分地覆盖筒匣的下表面112、侧表面113和顶面111的至少一部分，其中所述电粘附膜120的至少一部分包含在位于电源130下方的筒匣111的上表面部分上延伸的连接界面125，其中所述连接界面125包含连接至所述一个或多个电极的接触垫126，其中所述接触垫126在被放置于所述框架101的所述腔室105内时与经框架开口 102a突出的电源130的所述接触点132接合；并且其中所述电源130配置用于对位于或靠近电粘附膜120的夹持表面120a的一个或多个电极施加电压。
[0127]本文提供电粘附夹持系统，该系统包含:框架，其具有上表面和下表面；筒匣，其具有上表面和下表面，能够可拆卸地连接至所述框架的所述下表面；电粘附膜，其具有位于或靠近夹持表面的一个或多个电极、至少部分地覆盖并能够可拆卸地连接至所述筒匣的下表面的背衬面，并且包含第一连接界面；电源，其包含第二连接界面，配置用于通过所述第二连接界面来对电粘附膜的一个或多个电极施加电压。
[0128]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，电粘附膜与电源之间的连接界面可包含线束或类似的快速断开装配机构，以代替接触垫和接触点。
[0129]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，框架101是承重的:意指框架能够支撑比电粘附夹持系统本身更重的载荷。在其他实施方式中，框架是金属的。在其他实施方式中，框架可以是磁性的。在其他实施方式中，框架可以是非金属的或非导电性的。如前所述，每一选项在给定制造环境下或者伴随不同的一组子装配件组件而提供相比于其他选项的潜在优势。
[0130]在一些实施方式中，电粘附夹持系统还包含分散于所述筒匣与所述电粘附膜之间的可变形或可适形层115。图5B图示了一个可比的系统，该系统附加了夹在筒匣与电粘附膜之间的可适形/可变形层115。如前所述，可以提供可变形泡沫、聚合物、弹性体材料层、囊袋或障板层来作为柔性并具些许弹性的电粘附夹持膜层之下的富有柔性的背衬层。应当理解，由此产生的具有离散电极图案的柔性并具顺应性的电粘附夹持表面“覆盖层”，并连同在其下方的可变形/可适形层，将能够符合相对较大物体的不规则表面，同时在施加电压期间对其提供多个不同的和离散的电粘附力。
[0131]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，筒匣和所述电粘附膜组合成可分离式筒匣子装配件215a。在其他实施方式中，筒匣、所述可变形或可适形层以及所述电粘附膜组合成另一类型的可分离式筒匣子装配件215b。
[0132]在电粘附夹持系统的任一实施方式中，电粘附膜的连接界面在装配时与所述框架电绝缘。
[0133]在电粘附夹持系统的任一实施方式中，电源130的接触点132与所述框架101电绝缘132a。举非限制性示例而言，在各个实施方式中，接触点132可包含:弹簧针132a ;片簧；碳刷；弹簧接触件；金属接触钮；接线器；线束；稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；或铁磁接触件。
[0134]以类似的方式，电粘附夹持器系统的任何实施方式，电粘附膜连接界面125的接触垫126也是电绝缘的。举非限制性示例而言，在各个实施方式中，接触垫126可包含:弹簧针；片簧；碳刷；弹簧接触件；金属接触钮126a ;接线器；线束；稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；或铁磁接触件。在其他实施方式中，电粘附膜的整个连接界面可与框架绝缘。
[0135]在本文所描述的电粘附夹持系统的任一实施方式中，电源可从框架分离。
[0136]如图4A中所示，在电粘附夹持系统的一些实施方式中，如图5A、图7A或图8A中所示的框架装配件1000的备选实施方式可包含无侧面或腔室的框架。
[0137]更进一步地，电粘附膜与电源之间的连接界面可包含线束或类似的快速断开装配机构，以代替接触垫和接触点。
[0138]此外，根据电粘附夹持系统及其预定应用的需求，系统可具有多个电源单元来在不同时间对系统的不同组件或子装配件单元施加电压。
[0139]本领域技术人员将会明白，根据电源相对于由电源单元所供电的组件的相对位置，可以对不同的电源单元应用多种连接界面配置。例如，连接至框架的可拆卸电源可以采用具有接触点和接触垫的无线连接界面；而在没有足够的空间来直接附接电源的情况下，安装在系统的基部或机器臂上的远程电源可以采用线束或类似的快速断开系统来对系统的子装配件或组件施加功率。
[0140]更进一步地，本文所描述的电粘附夹持系统的任何实施方式包含至少一个附着机构，用于保持各个组件的毗邻表面至少部分地彼此处于紧密接触。各个毗邻表面可包括:电源与框架；筒匣与可变形层；可变形层与电粘附膜；筒匣与连接界面；或筒匣与电粘附膜。
[0141]在本文所描述的任一实施方式或Btt邻表面中，附着机构可包括:化学粘合剂，诸如粘贴胶层；机械紧固件，诸如螺杆、螺钉、螺母、铆钉等；热紧固件(例如:焊接、点焊或点熔位置);基于导轨的系统或机械嵌套系统；干式粘附，诸如干胶；使用被动范德华力或碳纳米管的软表面粘附；维可牢；吸力/真空粘附；或者带(例如:单面或双面)；磁性或电磁附着。根据给定的情况所期望或需要的模块化程度，附着机构可创造出永久的、临时的或者甚至是可移除的附着形式。
[0142]例如，可能期望机械紧固件来将电源附着至框架，然而在筒匣与可适形层、筒匣与电粘附膜、或者可适形层与电粘附膜的毗邻层之间具有永久的、临时的或可移除的化学粘合剂的任何组合可能是优选的。以类似的方式，在诸如绝缘体和接触件等各个组件之间具有热紧固连接可能是适当的。此外，可能期望诸如带、维可牢或者甚至吸垫等更方便或成本上更保守的附着机构。备选地，在潮湿环境下或者在精密框架或组件材料可能需要更具创造性或更昂贵的附着手段的情况下，诸如干式粘附等更先进的粘附方法可能是优选的。
[0143]参考图7和图8，图中可见模块化电粘附夹持系统的其他实施方式。本文提供电粘附夹持系统的变体，其包含本文所描述的任何配置，并且还包含至少一个可拆卸界面150。
[0144]如本文所描述，可拆卸界面是任何模块化系统连接点，其预定是很容易分离的，以便进行检查、维修和替换。此类连接界面点通常得到策略性的设计和放置，以便易于允许操作者在必要时操纵连接，但又在正常使用中保持和维持两个组件之间的稳定连接。
[0145]在一些实施方式中，可拆卸界面150位于如图5、图7和图8中任一个所示的电源130与框架101之间。在其他实施方式中，可拆卸界面150位于如图5、图7和图8中所示的永久性框架装配件1000或框架101与筒匣装配件215、315、415之间。
[0146]在电粘附夹持系统的一些实施方式中，至少一个可拆卸界面采用包含以下各项中至少一个的附着机构:化学粘合剂；干胶或干式粘附紧固机构；机械紧固件；维可牢；带；磁体；或电粘附表面。在一些情况下，当采用磁性装置时，磁体可包括:稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；电磁体；或铁磁接触件。附着机构可涉及将可拆卸界面附着至夹持系统组件的方法，或者在一些情况下附着机构可涉及将可拆卸界面本身附着在一起的方法。
[0147]在电粘附夹持系统的其他实施方式中，至少一个可拆卸界面还包含位于一个装配件组件上的磁性垫板117和位于相对的组件上的磁体。更进一步地，如图7和图8中所示，磁性垫板耦合至筒匣装配件315的筒匣110的上表面111。在其他实施方式中，磁性垫板耦合至框架101的下表面104。如同已经描述的其他组件界面一样，可以采用诸如化学粘合齐U、机械紧固件、维可牢、带或磁体等附着机构来将垫板粘附或耦合至相配的组件表面。
[0148]本领域技术人员很容易明白，在一些实施方式中垫板可以不是磁性的。在一些实施方式中，垫板可以是金属板；非金属板；或非磁性板。在每种情况下，可以选择诸如上文所述的适当附着机构来创造出永久或临时形式的附着。
[0149]更进一步地，在包含具有垫板的可拆卸界面的电粘附夹持系统的其他实施方式中，可在所述垫板与可拆卸界面的另一侧上的相对耦合面之间采用第二附着机构。例如，第二附着机构可包括:(临时)化学粘合剂；机械紧固件；磁体；干式粘附；维可牢；吸力/真空粘附；或带。在采用磁性装置的情况下，磁体可包括:稀土磁体；铁氧体磁体；铝镍钴磁体；电磁体；或铁磁接触件。如图7中所示，可拆卸界面的每个组件具有附着至其主附着面的装置以及辅助附着机构，该辅助附着机构用于向其在相对组件上的相配的可拆卸界面的可移除附着。
[0150]如图8中所示，在其他实施方式中，可拆卸界面150可包含两个垫板:其中可拆卸界面的至少一侧包含(至少一个)第一垫板117，其中垫板117的上表面117a耦合至框架101的下表面104 ;以及(至少一个)第二垫板117，其中垫板117的下表面117b耦合至筒匣110或筒匣装配件315a或315b的上表面111。
[0151]更进一步地,包含所述至少一个第一垫板117和至少一个第二垫板117的至少一个可拆卸界面可包含以下各项中的至少一个:金属板；磁性板；非金属板；或非磁性板。
[0152]在具有可拆卸界面150的任何前述垫板实施方式中，在垫板本身之间可存在另一附着机构108，其举非限制性示例而言包含以下各项中的至少一个:磁体108a ;静电粘附；范德华力；干式粘附；真空/吸力；临时粘合剂；可熔粘合剂；以及机械紧固件。
[0153]在一些实施方式中，本领域技术人员将会认识到，所描述的任一配置的并且配置用于激活电粘附膜的电源机构130可以与配置用于激活针对包含所述第一和第二垫板的可拆卸界面的静电粘附力或电粘附膜与筒匣之间的静电粘附力的电源机构相同或不同。换言之，可能存在两个或更多个电源，各自具有单独的功能。
[0154]如前所述，任何具有可拆卸界面的系统的电源可以具有可从框架分离的电源。分离电源的装置或方法可以与可拆卸界面相同或者可以与之不相同。
[0155]在任何前述实施方式中，电粘附夹持系统可包括位于筒匣与电粘附膜之间的可适形/可变形层。所述可适形/可变形层可以包含:泡沫、聚合物、弹性体材料或囊袋。更进一步地，囊袋可以是液压囊袋或气动囊袋。更进一步地，囊袋可以填充可压缩材料或松散填塞的材料，诸如聚合物珠、砂、泡沫聚苯乙烯、豆、皮壳或其他类似的材料等，所述材料将会提供对电粘附夹持器膜表面的顺应性，从而允许对非光滑或非平坦外来表面的更好的符合性。
[0156]虽然本文已示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，此类实施方式只是以示例方式提供的。本领域技术人员将会在不偏离本发明的情况下想到许多改变、变化和替代。应当理解，在本发明的实践中可以采用本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并从而涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。
【权利要求】
1.一种电粘附夹持系统，包含: 框架，其具有上表面和下表面； 筒匣，其具有上表面和下表面，其中所述上表面能够可拆卸地连接至所述框架的所述下表面； 电粘附膜，其具有位于或靠近夹持表面的一个或多个电极、至少部分地覆盖并可连接至所述筒匣的下表面的背衬面，并且包含连接界面，该连接界面可在所述筒匣的上表面的一部分上延伸，或者可选地在所述框架的上表面的一部分上延伸；以及 电源，其耦合至所述框架的上表面，配置用于对所述电粘附膜的所述一个或多个电极施加电压，其中所述电粘附膜的所述连接界面的至少一部分与所述电源直接接触。
2.根据权利要求1的电粘附夹持系统，其中所述框架还包含侧壁，该侧壁包含内部面和外部面，从而在所述框架内提供所述下表面与所述侧面的所述内部面之间的腔室。
3.根据权利要求2的电粘附夹持系统，其中所述筒匣至少部分地符合于所述框架腔室内。
4.根据权利要求1的电粘附夹持系统，还包含可变形或可适形层，该可变形或可适形层分散在所述筒匣的下表面与所述电粘附膜的所述背衬面之间。
5.根据权利要求1的电粘附夹持系统，其中所述连接界面还包含接触垫，该接触垫连接至所述一个或多个电极以便接收从所述电源施加的电压。
6.根据权利要求5的电粘附夹持系统，其中所述接触垫包含: 导电区域或图案； 弹簧针； 片簧； 碳刷； 弹簧接触件； 金属接触钮； 接线器； 线束； 稀土磁体； 铁氧体磁体； 铝镍钴磁体；或 铁磁接触件。
7.根据权利要求5的电粘附夹持系统，其中所述电源还包含用于对所述接触垫施加所述电压的接触点。
8.根据权利要求7的电粘附夹持系统，其中所述接触点包含: 弹簧针； 片簧； 碳刷； 弹簧接触件； 金属接触钮； 接线器； 线束； 稀土磁体； 铁氧体磁体； 铝镍钴磁体；或 铁磁接触件。
9.根据权利要求5至8中任一项的电粘附夹持系统，还包含电绝缘体。
10.根据权利要求1或2的电粘附夹持系统，其中所述电源可从所述框架分离。
11.根据权利要求1或2的电粘附夹持系统,包含第一附着机构,该第一附着机构用于保持以下毗邻表面之间的接触: 所述电源与所述框架之间； 所述电源与所述电粘附膜连接界面之间； 所述框架与所述筒匣之间； 所述筒匣与可变形层之间； 所述筒匣与所述电粘附膜之间； 所述可变形层与所述电粘附膜之间； 所述电粘附膜与所述框架之间；或 所述连接界面与所述框架之间。
12.根据权利要求11的电粘附夹持系统，其中所述第一附着机构包含: 化学粘合剂； 机械紧固件； 热紧固件； 干式粘附； 维可牢； 吸力/真空粘附； 铁磁体； 电磁体；或 带。
13.根据权利要求12的电粘附夹持系统，其中所述第一附着机构提供永久附着。
14.根据权利要求12的电粘附夹持系统，其中所述附着机构提供临时附着。
15.根据权利要求12的电粘附夹持系统，其中所述第一附着机构提供可移除附着。
16.根据权利要求1至5中任一项的电粘附夹持系统，其中所述电粘附膜的所述连接界面与所述框架电绝缘。
17.—种电粘附夹持系统，包含: 框架，其具有上表面和下表面； 筒匣，其具有上表面和下表面，能够可拆卸地连接至所述框架的所述下表面； 电粘附膜，其具有位于或靠近夹持表面的一个或多个电极、至少部分地覆盖并能够可拆卸地连接至所述筒匣的下表面的背衬面，并且包含第一连接界面； 电源，其包含第二连接界面，配置用于通过所述第二连接界面来对所述电粘附膜的所述一个或多个电极施加电压。
18.根据权利要求17的电粘附夹持系统，还包含可变形或可适形层，该可变形或可适形层分散在所述筒匣的所述上表面与所述电粘附膜的背衬面之间。
19.根据权利要求17的电粘附夹持系统，其中所述电源可从所述框架分离。
20.根据权利要求17的电粘附夹持系统，其中所述电源远程地位于远离所述系统之处。
21.根据权利要求17的电粘附夹持系统，还包含电绝缘体。
22.根据权利要求17、19至21中任一项的第一连接界面或第二连接界面，包含: 缆线； 连接器； 弹簧针； 片簧； 接触刷； 弹簧接触件； 金属接触钮； 接线器； 线束； 稀土磁体； 铁氧体磁体； 铝镍钴磁体；或 铁磁接触件。
23.根据权利要求17或18的电粘附夹持系统,包含第一附着机构,该第一附着机构用于保持以下毗邻表面之间的接触: 所述电源与所述框架之间； 所述筒匣与可变形层之间； 所述可变形层与所述电粘附膜之间； 所述筒匣与所述连接界面之间；或 所述筒匣与所述电粘附膜之间。
24.根据权利要求23的电粘附夹持系统，其中所述附着机构包含: 化学粘合剂； 机械紧固件； 热紧固件； 干式粘附； 磁体； 维可牢； 吸力/真空粘附；或 带。
25.根据权利要求24的第一附着机构，其中所述附着机构提供永久附着。
26.根据权利要求24的第一附着机构，其中所述附着机构提供临时附着。
27.根据权利要求24的第一附着机构，其中所述附着机构提供可移除附着。
28.根据权利要求17的电粘附夹持系统，还包含至少一个可拆卸界面。
29.根据权利要求28的电粘附夹持系统，其中所述至少一个可拆卸界面位于所述电源与框架之间。
30.根据权利要求28的电粘附夹持系统，其中所述至少一个可拆卸界面位于所述框架与所述筒匣之间。
31.根据权利要求28的电粘附夹持系统，其中所述至少一个可拆卸界面位于所述框架与筒匣装配件之间。
32.根据权利要求28的电粘附夹持系统，其中所述至少一个可拆卸界面采用包含以下各项中至少一个的附着机构: 化学粘合剂； 机械紧固件； 维可牢； 干式粘附表面； 纳米管或纳米毛； 带; 磁体；和 电粘附表面。
33.根据权利要求32的电粘附夹持系统，其中所述磁体包含: 稀土磁体； 铁氧体磁体； 铝镍钴磁体； 电磁体；或 铁磁接触件。
34.根据权利要求28的电粘附夹持系统，其中所述至少一个可拆卸界面还包含磁性垫板。
35.根据权利要求34的电粘附夹持系统，其中所述磁性垫板耦合至所述筒匣的上表面。
36.根据权利要求34的电粘附夹持系统，其中所述磁性垫板耦合至所述框架的下表面。
37.根据权利要求35或36的电粘附夹持系统,包含位于所述磁性垫板与所述稱合的表面之间的第二附着机构。
38.根据权利要求37的电粘附夹持系统，其中所述第二附着机构包含: 化学粘合剂； 机械紧固件； 磁体； 干式粘附表面； 维可牢； 吸力/真空粘附；或 带。
39.根据权利要求28的电粘附夹持系统，其中所述至少一个可拆卸界面包含第一垫板和第二垫板，所述第一垫板耦合至所述框架的下表面，而所述第二垫板耦合至所述筒匣或筒匣装配件的上表面。
40.根据权利要求39的电粘附夹持系统，其中所述至少一个可拆卸界面所包含的所述第一垫板和第二垫板包含以下各项中的至少一个: 金属板； 磁性板； 非金属板；和 非磁性板。
41.根据权利要求39的电粘附夹持系统,其中包含第一垫板和第二垫板的所述至少一个可拆卸界面通过包含以下各项中至少一个的附着机构耦合在一起: 磁体； 静电粘附； 范德华力； 干式粘附； 真空/吸力； 可熔粘合剂；和 机械紧固件。
42.根据权利要求41的电粘附夹持系统，其中根据权利要求17至20中任一项的、配置用于对所述电粘附膜的所述一个或多个电极施加电压的所述电源可与配置用于激活针对包含所述第一垫板和第二垫板的所述可拆卸界面的静电粘附力的电源机构相同或不同。
43.根据权利要求18、20、40和41中任一项的电粘附夹持系统，其中所述电源可从所述框架分离。
44.根据权利要求4或18的电粘附夹持系统，其中所述可变形或可适形层包含: 泡沫； 聚合物； 弹性体材料； 障板；或
45.根据权利要求4或18的电粘附夹持系统，其中所述可变形或可适形层能够在移除施加的电压时可逆地变形或适形。
46.根据权利要求1或17的电粘附夹持系统，其中所述框架是承重的。
47.根据权利要求1或17的电粘附夹持系统，其中所述框架是金属的。
48.根据权利要求1或17的电粘附夹持系统，其中所述框架是磁性的。
49.根据权利要求1或17的电粘附夹持系统，其中所述框架是非导电性的。
50.根据权利要求1或17的电粘附夹持系统，其中所述框架是非金属的。
【文档编号】B25J15/00GK204094793SQ201420020729
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】哈沙·普拉拉德, 埃里克·温格, 罗伯特·罗伊 申请人:格拉比特公司