电粘附性抓持系统的制作方法
【专利说明】电粘附性抓持系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年10月12日提交的美国临时专利申请号61/713，160的优先权，该申请通过引用以其全文且出于所有目的结合在此。
【背景技术】
[0003]除非在此另有说明，否则这个部分中描述的材料不是本申请中的权利要求书的现有技术，并且并不因为包括在这个部分中就被认可为现有技术。
[0004]多年来，产品的大批量生产已导致许多创新。对各种材料和物件的工业处置已取得实质性发展，特别是在机器人技术领域。举例来说，现在使用各种类型的机器人技术和其他自动系统以便在许多制造以及其他材料处置过程期间“抓放”物件。此类机器人技术和其他系统可以包括例如作为指定过程的部分而抓持、提升和/或放置物件的机械臂。当然，也可以借助于此类机器人技术或其他自动系统实现其他操纵和材料处置技术。尽管多年来本领域中存在许多进展，但关于能够以此方式处置的物品方面存在限制。
[0005]常规机器人式抓持器通常使用吸力或大的法向力和精细控制与机械致动的组合以便抓持物体。此类技术具有若干缺点。举例来说，使用吸力倾向于需要平滑、清洁、干燥并且大体上平坦的表面，这限制了可以抓持的物体的类型和条件。吸力还倾向于需要栗的大量功率并且容易在真空或低压密封件上的任何位置处泄漏，所导致的吸力丧失可能是灾难性的。使用机械致动常常需要在物体上的大的法向或“挤压”力，并且还倾向于限制以机器人方式抓持易碎或精密物体的能力。产生大的力还增大机械致动的成本。具有大挤压力的机械栗以及常规机械致动还常常需要实质性重量，这对于一些应用来说是主要缺点，例如在机械手臂的末端必须支撑加大的质量。此外，即使当配合坚固物体使用时，机械臂、机械爪以及类似物还可能在物体自身的表面上留下损坏标记。
[0006]用于处置物件和材料的替代性技术也具有缺点。例如，化学粘附剂可能会留下残留物并且倾向于吸引灰尘以及其他减小有效性的残渣。一旦应用此类化学粘附剂抓持或附接，化学粘附剂也可能需要大量加大的力来撤销或克服对物体的抓持或附接，因为在这些情况下，抓持交互作用和力典型地是不可逆的。
[0007]尽管许多以自动方式处置材料的系统和技术在过去已经总体上工作良好，始终希望提供处置物件的可替代的和改进的方法。具体地，令人希望的是允许大的、不规则形状的、有灰尘的和/或脆性的物体的抓放或其他处置的新的自动系统和技术，并且优选使用很少或不使用吸力、化学粘附剂或在物体上的显著机械法向力。
【实用新型内容】
[0008]—些实例涉及电粘附性表面和装置。此类电粘附性表面可以包括电极，这些电极被配置成用于在将适当电压或电流施加到这些电极上时诱发与附近物体的静电吸引。在一些情况下，电极极化可以在附近物体中诱发对应极化以实现该物体到该电粘附性表面的粘附。用于操作此种电粘附性表面的系统可以包括电粘附性抓持器、一个或多个电源以及控制器。该电源可以被配置成用于将电压或电流施加到电粘附性抓持器内的一个或多个电极上以极化该抓持器的电粘附性抓持表面中的电极。在此所描述的系统还可以采用承重框架，该承重框架经由高度可调整的销阵列联接到电粘附性表面以允许该电粘附性抓持表面符合压靠在抓持表面上的物体。压靠在抓持表面上的物体可引起一个或多个销通过在相应的通道内滑动而缩回，以便使抓持表面符合该物体。一些实例进一步包括销锁定机构，这些销锁定机构被配置成用于紧固销在其相应的通道内的位置并且由此固定具有物件特异性符合性的抓持表面的形状。
[0009]本披露内容的一些实施例提供一种系统。该系统可以包括电粘附性表面、承重框架、以及电源。该电粘附性表面可以与一个或多个电极相关联。该承重框架可包括穿过多个相应的通道的多个销。该多个销可以联接到电粘附性表面以便将承重框架联接到电粘附性表面。这些销可以被配置成用于在其相应的通道内滑动以由此调整电粘附性表面的形状。该电源可以被配置成用于将电压施加到与该电粘附性表面相关联的该一个或多个电极上以由此使得该电粘附性表面粘附到位置接近于该电粘附性表面的物件上。
[0010]本披露内容的一些实施例提供一种方法。该方法可包括将电粘附性表面放置为与物件的外表面接触。该电粘附性表面可以经由多个销联接到承重框架，这些销被配置成用于被容纳在形成于承重框架中的多个相应的通道内。这些销可以被配置成用于在其相应的通道内滑动以由此调整电粘附性表面的形状。该方法可以包括将该承重框架朝向物件的外表面移动，使得一个或多个销在其相应的通道内滑动并且从而使电粘附性表面符合该物件的外表面。该方法可以包括将电压施加到与该电粘附性表面相关联的一个或多个电极上以由此使得该电粘附性表面粘附到该物件上。该方法可以包括减小施加到该一个或多个电极的电压，使得该物件从该电粘附性表面释放。
[0011]本领域普通技术人员通过适当地参考附图阅读以下详细说明将明白这些以及其他的方面、优点和替代方案。
【附图说明】
[0012]图1A是示例电粘附性装置的侧视横截面。
[0013]图1B以侧视横截面图来图示粘附到一个外物上的图1A的示例电粘附性装置。
[0014]图1C以侧视横截面特写图来图示由于所粘附的示例电粘附性装置中的电极之间的电压差而形成于图1B的外物中的电场。
[0015]图2A以侧视横截面图来图示其上具有单一电极的一对示例电粘附性抓持表面。
[0016]图2B以侧视横截面图来图示其上施加电压的图2A的该对示例电粘附性抓持表面。
[0017]图3A以顶部透视图来图示呈薄片形式的示例电粘附性抓持表面，其中电极于其顶部表面和底部表面上图案化。
[0018]图3B以顶部透视图来图示呈薄片形式的另一示例电粘附性抓持表面，其中电极于其单一表面上图案化。
[0019]图4A是示例销驱动的符合性抓持系统的功能框图。
[0020]图4B是示例销驱动的符合性抓持器的侧视横截面图。
[0021]图4C图示具有贯穿板延伸的二维销阵列的示例销驱动的符合性抓持器的顶部方向图。
[0022]图4D图示图4C的示例抓持器的底部方向图。
[0023]图5A图示示例被动销驱动的符合性抓持器接近片材的侧视横截面图。
[0024]图5B图示粘附到片材上的图5A的抓持器。
[0025]图5C图示将该片材放置在弯曲的物体上的图5A的抓持器。
[0026]图6A图示示例主动销驱动的符合性抓持器接近物体的侧视横截面图。
[0027]图6B图示符合该物体的图6A的抓持器。
[0028]图6C图示提升该物体的图6A的抓持器。
[0029]图6D图示释放该物体后仍继续保持所符合的形状的图6A的抓持器。
[0030]图7A图示配置成用于防止销撤回的示例棘轮销锁定机构。
[0031 ]图7B图示处于接合位置的示例棘轮销锁定机构。
[0032]图7C图示处于重置位置的示例棘轮销锁定机构。
[0033]图7D图示配置成用于防止销撤回的另一个示例棘轮销锁套环。
[0034]图8A图示处于重置位置的示例电粘附性销锁定机构。
[0035]图8B图示其中将销保持为防止移动的示例电粘附性销锁定机构。
[0036]图9A图示呈二维销阵列的电粘附性销锁装置的示例安排。
[0037]图9B图示具有方销的二维销阵列。
[0038]图10A是用于操作销驱动的符合性电粘附性抓持器来操纵物件的示例过程的流程图。
[0039]图10B是用于操作被动销驱动的符合性抓持器的示例过程的流程图。
[0040]图10C是用于操作主动销驱动的符合性抓持器的示例过程的流程图。
[0041]图11描绘了根据示例实施例而配置的计算机可读介质。
【具体实施方式】
[0042]在以下详细说明中，对附图进行参考，这些附图形成本文的一部分。除非上下文另外规定，否则在附图中，相似的符号典型地标识相似的部件。在详细说明、附图、以及权利要求书中描述的示意性实施例并非意在具有限制性。在不背离此处所提供的主题的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。将容易理解，可以在多种不同配置中安排、替代、组合、分开、并且设计如在此总体上描述的并且在附图中说明的本披露的各方面，所有配置明确地涵盖在此。
[0043]1.概述
[0044]电粘附性表面可以包括电极，这些电极被配置成用于在将电压施加到这些电极上时诱发与附近物体的静电吸引。在此所描述的系统还可以采用承重框架，该承重框架经由高度可调整的销阵列联接到电粘附性抓持表面。这些销可以在框架中形成的通道内滑动。调整销改变抓持表面的形状，并允许抓持表面符合压靠在该抓持表面上的物体。例如，压靠在抓持表面上的物体可引起一个或多个销通过在相应的通道内滑动而缩回以便使抓持表面符合该物体。
[0045]本披露的一些实施例在物件处置中找到应用。例如，复杂形状的物体、服装物品、或其他物件可通过抓持器来操纵，该抓持器具有联接到高度可调整的销阵列的电粘附性表面以允许电粘附性表面符合此类物件。这些销可在承重框架的通道内滑动，并且该框架可以手动或通过机器人式控制臂、台架等被定位，以如希望地操纵该物件。抵靠待处置的物件移动电粘附性表面引起阵列中的销的高度滑动直到电粘附性表面符合该物件。
[0046]销锁定机构能够使销在其通道内选择性地锁定在适当位置以固定电粘附性表面的形状。在一些实例中，因为销阵列是基于来自物体推压销阵列的压力被动地调整，抓持表面能够符合复杂形状的物体，即使没有任何该物体的形状或其位置的先验知识。销锁定机构然后可以在物体的操纵过程中引起待固定的抓持表面的物体特异性形状。这种符合性由于电粘附性表面与被处置的物体之间的增加的表面积可增强对物件的粘附强度，能够实现更紧固、可预测的移位、以及更快速的移动。因此，自动化的处置操作可以通过使用这种符合性抓持系统而更安全和/或更快。
[0047]I1.示例电粘附性系统
[0048]在此使用时，术语‘电粘附’是指使用静电力将两个物体机械联接。如在此所述的电粘附使用这些静电力的电控制来准许两个物体之间的暂时性以及可拆卸的附接。归因于由所施加电场创建的静电力，此静电粘附将这些物体的两个表面保持在一起或增大两个表面之间的有效牵引或摩擦。除了将两个平坦、平滑并且通常导电的表面固持在一起之外，在此披露的电粘附装置和技术并不限制经受电粘附力和处置的物体的材料特性或表面粗糙度。在一些情况下，电粘附性表面可以是顺应性表面以促进独立于表面粗糙度的电粘附性吸引。举例来说，电粘附性表面可以具有足够柔性以使得该表面遵循所粘附物体的外表面的局部非均一性和/或缺陷。举例来说，电粘附性表面可以至少部分地符合微观、介观和/或宏观表面特征。当将适当电压施加到此类顺应性电粘附性表面上时，电粘附性表面被吸引到所粘附物体的外表面，并且吸引力使得电粘附性表面通过局部挠曲而至少部分地符合该外表面，使得电粘附性表面朝向该外表面移动。
[0049]在不同实施例中，本披露涉及电粘附性或静电应用的系统、装置和方法。在一些实施例中，不同电粘附性或静电系统或装置可以包括被适配成提供适合于将分开的物体粘附在一起的静电力的电极。附加地，可以包括一种辅助粘附部件(如底表面)，该辅助粘附部件促进除了静电力之外使用辅助力或方式将分开的物体粘附在一起。在一些情况下，此类底表面或其他辅助粘附部件可以包括具有对外物的多种粘附模式的软衬垫材料。尽管在此所披露的不同实例集中于特定电粘附性应用的具体方面，但将理解的是在此所披露的不同原理和实施例同样可以应用于其他静电应用和安排。此外，尽管在此阐述的不同实例和论述除了电粘附力或部件之外还常常提及“辅助(secondary)”力或部件，但将容易了解，此类其他力或部件无需在所有情况下被视为“辅助”。在一些实例中，将一种类型的力或物件认为是静电或电粘附性吸引力或部件，并且将另一种类型的力或物件认为是与这些静电或电粘附性类型分离的分开的吸引力或部件可能更为适当。此类其他吸引力在性质上可以是物理的，并且就其本身而言可以被称为物理吸引力，这些物理吸引力可以用以增强静电或电粘附力。
[0050]首先转到图1A，以正视横截面图来图示示例电粘附性装置。电粘附性装置10包括位于其“电粘附性抓持表面”11处或附近的一个或多个电极18，以及在电极之间的绝缘材料20以及背衬24或其他支撑结构部件。为了图示目的，电粘附性装置10示出为具有成三对的六个电极，但将容易了解的是可以将更多或更少电极用于给定的电粘附性装置中。在仅单一电极用于给定电粘附性装置中的情况下，优选与该电粘附性装置一起使用具有至少一个相反极性的电极的互补电粘附性装置。关于大小，电粘附性装置10实质上比例不变。即，电粘附性装置大小在表面积上可以在从小于1平方厘米到大于若干米的范围内。甚至更大和更小的表面积也是可能的，并且可以根据给定应用的需要来设定大小。
[0051]图1B以正视横截面图描绘粘附到外物14上的图1A的示例电粘附性装置10。外物14包括表面12以及内部材料16。电粘附性装置10的电粘附性抓持表面11抵靠外物14的表面12或在其附近放置。接着使用与电极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与负电