适应性保持装置

申请号 CN201610642405.4 申请日 2016-08-08 公开(公告)号 CN106466849A 公开(公告)日 2017-03-01
申请人 通用汽车环球科技运作有限责任公司; 发明人 J·P·斯派瑟; J·施;
摘要 描述了一种用于夹持 工件 的装置,其包括具有 基座 和适应性卡 锁 元件的保持器。该适应性卡锁元件包括不透气柔性隔膜,并且附接于所述基座,该不透气柔性隔膜包括含有 磁性 颗粒的填充材料。电粘合元件和适应性可释放表面粘合元件固定于该隔膜的表面。
权利要求

1.一种用于夹持工件的装置,其包括:
保持器,其包括基座和适应性卡塞元件;
所述适应性卡塞元件包括含有附接至所述基座的磁颗粒的不透气柔性隔膜;以及电粘合元件和适应性可释放表面粘合元件,其固定至所述隔膜的表面。
2.如权利要求1所述的装置,其中所述电粘合元件包括嵌有多个柔性导电电极对的柔性基底,每个所述柔性导电电极对由以下材料中的一种制成:高拉伸强度金属、可伸展导线、液体导线以及螺旋编织导线。
3.如权利要求2所述的装置,其还包括与所述电极对电连接的可控电压源,所述可控电压源可以通电以感应所述电极对上的交替的正电荷和负电荷,以便在所述电粘合元件的表面产生相反的电荷。
4.如权利要求2所述的装置,其中所述柔性基底由介电材料制成。
5.如权利要求1所述的装置,其还包括与所述卡塞元件流体耦合的可控压装置。
6.如权利要求1所述的装置,其中所述适应性可释放表面粘合元件包括多个重叠的干粘合装置,每个重叠的干粘合装置包括连接至系带的衬垫,其中所述衬垫包括安装于平面背衬层的粘合表面,所述平面背衬层包括有高面内刚性的弹性材料。
7.如权利要求1所述的装置,其中,当所述保持装置抵靠于所述工件时,所述适应性可释放表面粘合元件配置成夹持所述工件的一部分。
8.如权利要求1所述的装置,其还包括:
所述基座,其具有可控电磁元件;以及
可控电压源,其与所述电磁元件电连接。
9.一种用于夹持工件的保持器,其包括:
多个个适应性保持装置,每个保持装置包括:基座,其具有可控电磁元件;适应性卡塞元件,其与所述基座附接并包括含有磁性颗粒的不可渗透的柔性隔膜;以及固定在所述隔膜表面的电粘合元件和适应性可释放表面粘合元件;
可控压力装置,其与所述卡塞元件流体耦合;
第一可控电压源,其与所述电磁元件电连接;以及
第二可控电压源,其与所述电粘合元件的电极对电连接;
其中所述电磁元件响应从所述控制器发送至所述可控压力装置以及所述第一和第二可控电压源的命令,来夹持所述工件的一部分;以及
所述适应性保持装置中的一个均在所述保持器上具有可适用于所述工件的运动自由度
10.一种用于夹持工件的装置,其包括:
保持器,其具有基座和适应性卡塞元件;
所述适应性卡塞元件包括不透气柔性隔膜并且附接于所述基座,所述不透气柔性隔膜包括含有磁性颗粒的填充材料;以及
电粘合元件或适应性可释放表面粘合元件中的一者,其固定至所述隔膜的表面。

说明书全文

适应性保持装置

技术领域

[0001] 本发明涉及用于固具、工具、材料处理和机器人终端执行器的工件夹持装置。

背景技术

[0002] 用于工具、固具和机器人末端执行器的通用夹持件有利地利用了这样的保持装置,其附接于各种任意形状的用于在制造和装配过程中移动和放置的工件。通用夹持件可利用外部电源的一些形式以实现夹持和释放,包括用于抓持和操纵工件的基于真空的抽吸夹持件和拟人多数字夹持件。
[0003] 被动通用夹持件需要最小的抓持设计并且包括被动地适应独特工件几何形状的部件,这赋予它们无需重新调节便能夹持宽泛变化的工件的能。被动通用夹持件可简单使用并且可需要对它们的环境进行最小的视觉预处理。然而,夹持许多不同工件的能力经常使被动通用夹持件在具体地夹持任一工件时显得次等。
[0004] 一个被动的通用卡塞夹持件利用包含在柔性隔膜中的粒状材料,该柔性隔膜通过施加卡塞力顺应于工件表面。这样的操作应用了粒状材料不受温度影响的流体状特性,应用柔性隔膜内的真空,粒状材料可转变至固体状的伪相位。当在工件表面的一些部分上达到气密密封时,这种类型的夹持件利用来自表面接触的静摩擦、通过适应性互对工件的捕捉和真空抽吸。卡塞夹持件利用来自表面接触的静摩擦、通过互锁对工件的捕捉和真空抽吸,以在开环配置中夹持各种形状、重量和脆性的不同工件,而不需要利用抓持设计、视觉或感觉反馈。

发明内容

[0005] 描述了一种用于夹持工件的装置,该装置包括保持件,该保持件包括基座和适应性卡塞元件。适应性卡塞元件包括不透气柔性隔膜,其包括含有磁性粒子的填充材料,并且适应性卡塞元件附接至基座。电粘合元件和适应性可释放表面粘合元件被固定到隔膜的表面。
[0006] 结合附图,通过对如所附权利要求书所限定的,实施本发明的最佳方式和其他实施例进行的详细描述,本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势将显而易见。

附图说明

[0007] 现将参考附图,通过举例的方式描述一个或多个实施例,图中:
[0008] 图1示意性地示出根据本发明的保持装置的二维侧视图,该保持装置包括适应性卡塞元件,该适应性卡塞元件流体地连接到压力源并具有固定到其表面的可控电粘合元件。
[0009] 图2示意性地显示出根据本发明包括柔性基底的电粘合元件的平面图,该柔性基底上嵌入了多个柔性导电的电极对。
[0010] 图3示意性地示出根据本发明包括适应性卡塞元件的保持装置的二维侧视图,该适应性卡塞元件流体地连接到压力源并具有固定到其表面的适应性可释放表面粘合元件。
[0011] 图4示意性地示出根据本发明包括柔性基底的适应性可释放表面粘合元件的底部平面图,该柔性基底上制作了多个柔性干粘合装置。
[0012] 图5示意性地示出根据本发明单个柔性干粘合装置的实施例的侧视图、端视图和仰视图。
[0013] 图6示意性地示出根据本发明的保持装置的二维侧视图,该保持装置包括适应性卡塞元件和基座,该适应性卡塞元件流体连接到压力源并含有磁材料,基座包括可控电磁元件。
[0014] 图7示意性地示出根据本发明的保持装置的二维侧视图,该保持装置包括适应性卡塞元件和基座,该适应性卡塞元件流体连接到压力源并含有铁磁材料,基座包括可控电磁元件,可控电粘合元件固定到其表面上。
[0015] 图8示意性地示出根据本发明的保持装置的二维侧视图,该保持装置包括适应性卡塞元件和基座,该适应性卡塞元件流体连接到压力源并含有铁磁材料,基座包括可控电磁元件,适应性可释放表面粘合元件固定到其表面上。
[0016] 图9示意性地示出根据本发明的保持装置的二维侧视图,该保持装置包括适应性卡塞元件和基座,该适应性卡塞元件流体连接到压力源并含有铁磁材料,基座包括可控电磁元件,适应性可释放表面粘合元件和可控电粘合元件固定到其表面上;以及[0017] 图10和图11各自示意性地示出根据本发明的工件保持件的三维等距视图,工件保持件可以是固具、工具或机器人末端执行器的形式,并已配置为在多个夹持位置与工件适应性地接合,工件保持件包括多个保持装置,其中每个保持装置是参照图1-9描绘的保持装置中的一种。

具体实施方式

[0018] 现参考附图,其中,描绘仅为示出某些示例性实施例的目的,而不是为了限制为该示例性实施。图1-9示意性地示出用于夹持工件的适应性保持装置的实施例,其中,保持装置包括具有用于夹持工件的第二或多个元件的卡塞元件。保持装置可利用到机械臂的终端执行器上以可控地夹持或者以其他方式保持到工件上或辅助保持到工件上,以在一个位置处限制工件或将工件带到另一个位置。整个实施例中,用相同的术语和附图标记表示相同的元件。
[0019] 图1示意性地示出了适应性保持装置10的实施例,该适应性保持装置10包括固定到卡塞元件50表面上的可控电粘合元件20。卡塞元件150包括不透气的柔性隔膜52,其含有粒状填充材料54,该材料密封并附接至基座56。在这里使用的术语“密封”和相关的术语表示封闭并且使固定以防泄露或渗透。在一个实施例中,基座56经由合适的连接器或固件附接于机械臂的终端执行器。可以制作隔膜52的合适材料尤其是包括乳胶、乙烯树脂、涂层织物与金属箔。隔膜材料不透气,且优选地例如通过采用多层而抗撕破。用于粒状填充材料54的合适材料尤其是包括碎玉米、研磨咖啡与粉碎塑料。优选地,粒状填充材料54具有尖锐或其他突变的边缘以实现互锁并在卡在一起时提供结构刚性。基座56包括连接至可控压力源60的流体导管。压力源60响应于第一控制信号在卡塞元件50内产生负压(真空),以实现夹持工件,并且允许响应于第二随后控制信号在卡塞元件50内真空释放或产生正压,以实现释放工件。在一个实施例中,压力源60通过可控截止62流体耦合到卡塞元件50,其中,当压力源在卡塞元件50中产生真空时,截止阀62是打开的;当需要夹持时是关闭的;并且再次打开以允许卡塞元件50内的真空释放以实现释放工件。
[0020] 可控电粘合元件20优选地利用多个可再用附接装置30(诸如钩环紧固件)固定到卡塞元件50的表面上。利用可再用附接装置30允许电粘合元件20的移除和更换。可替代地,可控电粘合元件20可通过合并到所填充隔膜52而直接固定到卡塞元件50的表面上。电粘合元件20电连接至控制其激活的电粘合激活控制器40。系统控制器70与激活控制器40和压力源60通信以实现与工件的附接和分离。
[0021] 卡塞元件50通过当抵靠到工件上时接触和适应工件的形状来操作。施加真空以真空硬化所填充隔膜52以适应性地机械夹持该工件。同时或紧接着,电粘合激活控制器40激活电粘合元件20,其以静电方式将工件结合至隔膜52的邻接工件的一部分。在工件上已执行加工或者工件已被运输到另一个位置后,可施加一个或多个正压的脉冲串来逆转流体状到固体状的相位转变,比如逆转卡塞。电粘合激活控制器40禁用电粘合元件20以强制释放工件,并将所填充隔膜52恢复并由此重置为可变形的就绪状态。
[0022] 术语控制器、控制模、模块、控制件、控制单元、处理器以及类似术语指的是专用集成电路电子电路、中央处理单元中的任一种或各种组合,比如微处理器和相关存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬驱动等),其执行一个或多个软件或固件程序或例程;组合逻辑电路、输入/输出电路和装置,信号调节和缓冲电路和以及其他部件以提供所述功能。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语是指包括标定和查找表的控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供希望的功能,包括监控来自感应装置和其他联网控制器的输入以及执行控制与诊断例程来控制致动器的操作。例程可在规则的时间间隔内执行。可更换地,例程可响应于诸如外部命令的事件的发生来执行。控制器之间以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信可使用直接有线链路、网络通信总线连接、无线链路、或任何其他任何合适的通信链路完成。
[0023] 图2示意性地显示出包括柔性基底22的电粘合元件20的一个实施例的平面图,该柔性基底上嵌入了多个柔性导电的电极对24、25。可更换地,多个柔性导电的电极对24、25可直接嵌入到所填充隔膜52的材料内,而不需要利用柔性基底22。电极对24、25制造为允许三维弹性移动,这样它们随着卡塞元件50适应工件,并且它们在一个非限定性实施例中是蛇形的。柔性基底22由合适的介电材料制造。电极对24、25由柔性导电材料制造,该柔性导电材料可包括高拉伸强度的金属、可拉伸导线、液体导线、螺旋编织导线或其他合适材料。电极对24、25也以在特定条件下实现电粘合的方式设置到柔性基底22上。当电极对24、25上感应出交替的正电荷与负电荷时,所得的电场在基底22的表面上产生相反的电荷,这可促进粘合至工件。这种粘合适用于各种工件材料,尤其是包括,如金属、纤维、塑料、玻璃、纸板和有机材料。
[0024] 电粘合是指使用静电力进行的两个物体、例如电粘合装置20和工件的机械耦合。电粘合将物体的相邻表面保持在一起,或者由于电粘合装置中产生的电场所生成的静电力,来增加两个表面之间的有效附着或摩擦。静电粘合电压是指产生适当的静电力从而将相邻表面耦合在一起(例如,电粘合装置20耦合到工件)的电压。电极对24、25形成紧密靠近的电导体,以生成交替型式的感应电流流动。通过将电极对24、25制作成交替方向,例如Z字形型式或螺旋形型式,从而可产生交替型式的感应电流流动。电极对24、25嵌入在介电基底
22中,使得每个电极对24、25之间的电场在介电基底22中感应出库仑电荷。电场的增强导致电荷密度的增加。当带动电粘合装置20与工件接触时,通过相同的电场,在工件内建立相反的电荷。由于电荷相反,在它们之间产生吸引力,这基于介电基底22的介电常数。由于电粘合装置20的表面材料可能与工件的材料不同,因此在确定吸引力大小时,必须考虑这两种材料的介电常数(epsilon)差异。还必须考虑介电基底22和工件之间的距离,该距离为介电基底22覆盖电粘合装置20的厚度,其用作电绝缘体。因此,通过介电基底22的材料和工件的材料中的介电常数(epsilon),确定出夹持力的大小。因此,对于不同的工件材料,夹持力将不同,在设计电粘合装置20时必须优选考虑。优选的设计参数包括介电基底22的相对较高的电压、高接触表面积、以及最小厚度。
[0025] 电粘合元件20所需的最低电压不同,这与以下相关的参数有关:电粘合元件20的表面积、电极对24、25的材料导电性和间距、介电基底22的材质、工件的表面积、影响电粘合的任何干扰(例如灰尘、其他颗粒或湿气)的存在、电粘合力所支撑的任何物体的重量、电粘合元件20的三维性、工件的介电和电阻率特性、和/或电极对24、25与工件表面之间的相对间隙。在一个实施例中,静电粘合电压包括电极对24、25之间的差分电压,其在约500伏到约15千伏之间。在微应用中可以使用甚至更低的电压。在一个实施例中,差分电压在约2千伏和约5千伏之间。电极对24、25其中一个的电压可以是零。还可以对相邻的电极对24、25施加交替的正负电荷。单个电极上的电压可随着时间而变化,具体地说,可以在正负电荷之间交替变化,以免对工件产生相当长时间的静电充电。所产生的保持力将随着特定电粘合装置
20的特性、其所附接于的材料、任何颗粒状干扰物、表面粗糙度等而变化。一般而言,本文所述的电粘合提供广泛的保持力,通常是指电粘合装置所施加的吸附力除以其与工件接触的面积。
[0026] 实际的电粘合力和压力将随着设计和其他因素而变化。在一个实施例中,电粘合元件20提供的电粘合吸附压力在约0.7kPa(约0.1psi)和约70kPa(约10psi)之间,但是,当然也可能是其他数值和范围。通过改变接触表面的面积、改变所施加的电压、和/或改变电极和工件表面之间的距离,可以很容易地实现特定应用所需的力的大小,但是,其他相关因素也可以按需处理。
[0027] 图3示意性地示出了适应性保持装置110的一个实施例的二维侧视图,其包括固定在卡塞元件150的表面上的适应性可释放表面粘合元件120,其可以应用于机械臂的终端执行器上,以可控地夹持或以其他方式保持在工件上,或辅助保持在工件上。
[0028] 卡塞元件150包括不透气的柔性隔膜152,其内含有粒状填充材料154,该材料密封于并附接于基座156。在一个实施例中,基座156附接于机械臂的终端执行器。可以制作隔膜152的合适材料尤其是包括乳胶、乙烯树脂、涂层织物与金属箔。隔膜材料不透气,且优选地例如通过采用多层而抗撕破。用于粒状填充材料154的合适材料尤其是包括碎玉米、研磨咖啡与粉碎塑料。优选地,粒状填充材料154具有尖锐或另外地突变的边缘,以起到互锁作用,并在卡在一起时提供结构刚度。基座156包括流体导管,其连接于可控的压力源160。压力源
160响应于第一控制信号在卡塞元件150中产生负压(真空)以实现工件的夹持,并且响应于第二控制信号以允许卡塞元件150中的真空释放或产生正压来实现工件的释放。在一个实施例中,压力源160通过可控的截止阀162而流体耦合至卡塞元件150,其中当压力源160在卡塞元件150中产生真空时,截止阀162打开以夹持工件,而当请求夹持时,截止阀162闭合,并再次打开以允许卡塞元件150内的真空释放从而实现工件释放。
[0029] 利用多个可再用附接装置130(例如钩环紧固件)将适应性可释放表面粘合元件120优选地固定在卡塞元件150的表面上。利用可再用附接装置130允许将适应性可释放表面粘合元件120进行移除和更换。系统控制器170以信号方式连接于压力源160,以实现工件的附接和分离。在一些实施例中,利用单个适应性可释放表面粘合元件120。或者,可以利用多个适应性可释放表面粘合元件120。
[0030] 卡塞元件150通过接触工件而操作,并适应工件的形状。施加真空以使所填充隔膜152真空硬化,以便适应性地机械夹持该工件,且适应性可释放表面粘合元件120粘合工件的表面。随后,例如在已经对工件执行加工或已经将工件运输至另一位置后,施加一个或多个正压脉冲串,使流体状到固体状的相变逆转(卡塞),从而使适应性可释放表面粘合元件
120剥离工件,将所填充隔膜152恢复并因此重置为可变形的就绪状态。
[0031] 适应性可释放表面粘合元件120包括基于壁虎脚的表面粘合构思。壁虎的脚具有天然的粘合能力,能让动物在各种环境条件下,粘合在多种类型的表面。可以通过壁虎脚上的若干毛发类型的延伸部,称为刚毛,从而可以提供粘合能力。壁虎刚毛包括直径为5微米的柄结构。在远端处,每个柄结构外分进入微小的铲状匙突或足垫,每个柄结构上有大约100到1000个铲状匙突,每个铲状匙突长约0.2微米。由于范德华力,从而获得铲状匙突和接触表面之间的粘合。单个铲状匙突和表面之间的吸附力可以是100纳米顿(nN)量级。通过动物卷曲其脚趾使其脚尖向内脱离接触面,刚毛可以很容易地脱离接触面。这种脱离动作改变了数百万个铲状匙突和接触面之间的入射,减少了范德华力,并让动物移动通过接触面。
[0032] 图4和5示意性地示出了适应性可释放表面粘合元件120的一个实施例,其包括多个干粘合装置121。图4示出了适应性可释放表面粘合元件120的一个实施例的仰视图,其包括重叠结构布置的多个干粘合装置121。图5示出了其中一个干粘合装置121的一个实施例的俯视图、侧视图和仰视图。适应性可释放表面粘合元件120的每个干粘合装置121包括垫122,其优选地采用柔性系带124附接于框架126。每个系带124优选地为合成纤维制成的平面板。每个垫122具有平面背衬层123,其提供基底以安装粘合表面125。平面背衬层123由具有高面内刚度的弹性材料制成,在一个实施例中为机织合成纤维材料。如本文所用,术语‘刚度’是指响应于所施加的力而耐挠曲的能力。粘合表面125优选地为弹性体制成的光滑表面,其浸渍或以其他方式附接于背衬层123上,系带124在背衬层123上附接于与粘合表面
125相对的垫122上。框架126提供包括部件,以附接系带124的另一端。每个垫122可以是具有长轴127和短轴128的椭圆形元件,系带124优选地沿长轴127附接于垫122,形成系带-垫连接件129。或者,每个垫122可以具有矩形形状、梯形形状或其他合适的形状,优选地包括长轴和短轴。或者,垫122直接附接于框架126,框架126附接于所填充隔膜152。或者,垫122直接附接于所填充隔膜152,而无需利用系带124或框架126。通过柔软弹性层和织物层的遮盖特征的组合特性,可以设计出大面积的界面接触。此外,弹性设计提供了重复附接和分离循环机制,而不降低粘合界面的的负荷承载能力。
[0033] 在连续接合处存在特定的旋转自由度设计,垂直于弹性材料表面在负载方向上具有低抗挠刚度的刚度规格,且在正常和剪切负载方向上近乎零预负载要求的情况下、实现高负载支撑的能力,其是指在粘合表面125和背衬层123之间建立界面所需的力度以支撑给定负载。垫122提供的干粘合结构可以称为T型垫。垫122可以在剪切、正常和多种模式(即剥离)负载下支撑较高负载,同时需要最小的力和能量,以在具体设计的释放策略下进行释放或分离。
[0034] 垫122是适应性可释放表面粘合元件120的基础结构元件,其接合于系带124。系带124优选地通过系带-垫连接件129,保持沿负载的长轴127的垫122内的高刚度。系带124和垫122之间的系带-垫连接件129具有根据特定需要的预定尺寸、方向和空间位置,其可以修改成控制释放策略,并提供可容许的剪切和正常负载平衡。
[0035] 本方案通过适当保存旋转自由度、正交于粘合表面125的低挠曲模量以及沿承载方向的高刚度来组合聚合物材料以及集成的机械设计的粘合属性。比例关系提供用于理解尺度和几何形状范围内的垫122的粘合性能,并建议由三个简单参数(其取决于界面的几何形状和材料性质二者)来控制界面的粘合能力FC。为了设计可粘合至各种基底的可逆粘合剂,界面相互作用GC依赖于非特定范德华力,从而使界面相互作用GC再现无效控制参数。因此,为了测量用于粘合材料的粘合能力FC,材料系统依赖于接触面积(A)、系统顺应性(C)和属性,其增加和最大化与系统相关的面积的比率,例如,使A/C比率最大化。因此,用于粘合表面125的所选材料优选地是柔性的以增加与背衬层123的刚性结合的实际接触从而实现高负载。当负载时柔性材料能够产生大规模接触,但具有高顺应性,而刚性材料不能产生延展的接触。在一个实施例中,制备垫122包括将弹性的弹性体薄层集成到织物的表面以在背衬层123上形成粘合表面125。
[0036] 使用任何合适的方法,比如传统的缝制、缝合、或胶粘(其允许附接的尺寸、方向和空间位置的容易控制),系带124可以连接至垫122以形成系带-垫连接件129。该系带-垫连接件129优选地提供负载共享和承载能力,并可以通过选择缝合图案、宽度和长度来控制。适当的缝合图案包括笔直缝合、曲线缝合、多曲线缝合、缎缝合、蜂巢式缝合、梯缝、双锁边缝合和十字形缝合。
[0037] 例如,系带-垫连接件129的一个实施例是系带124到垫122的直线缝合,其是以垫122的主轴线127为中心并延伸至大约三分之二主轴线127的弦长且垂直于垫122的短轴128且以垫122的短轴128为中心。当在负载方向维持高硬度时,系带-垫连接件129优选地维持旋转自由度。系带-垫连接件129优选地沿着其整个长度维持相等的负载共享。在充分远离系带-垫连接件129的距离处,系带124被集成到框架126,其为具有高抗挠刚度和面内刚度的承载材料。系带124和框架126之间的连接优选是连续的以确保沿其长度的相等负载共享。在一个实施例中,一个垫结构可独立地起作用或者与垫或单元阵列结合起作用,该垫或单元阵列可以与自由旋转接头一起安装到支撑基底,例如,该支撑基底沿一个或多个方向可以是刚性的。对于一些应用,比如大重量承载支架,还可以应用将系带124附接到垫122的多个点。
[0038] 图6示意地说明包括包含粒状填充材料254和铁磁颗粒255的适应性保持装置210以及基座256(在一个实施例中包括磁性元件258)的另一实施例的二维侧视图。在一个实施例中,磁性元件258可以是永磁体。备选地,磁性元件258可以是可以如所示般受电磁体激活控制器240控制的可控电磁元件258。保持装置210可应用到机械臂的终端执行器上以可控地夹持或者以其他方式保持到工件上或辅助保持到工件上,以将工件限制在一个位置或将工件运载到另一个位置。
[0039] 卡塞元件250包括不透气柔性隔膜252,其包含粒状填充材料254和铁磁颗粒255并密封和附接到基座256。在一个实施例中,基座256附接至机械臂的终端执行器。可以制作隔膜252的合适材料尤其是包括乳胶、乙烯树脂、涂层织物与金属箔。隔膜材料不透气,且优选地例如通过采用多层而抗撕破。用于粒状填充材料254的合适材料尤其是包括碎玉米、研磨咖啡与粉碎塑料。粒状填充材料254可以为磁惰性。铁磁颗粒255包括具有对外部磁场大的正磁化率的干材料,从而对磁场表现出强的吸引力。铁、镍和钴为铁磁材料的实例。优选地,铁磁颗粒255为具有高磁导率、高磁化率、和低磁滞损耗的软磁颗粒,并因此容易磁化和退磁。基座256包括经由阀262流体耦合至可控压力源260的流体导管。压力源260响应于第一控制信号在卡塞元件250中产生负压(真空)以实现工件的夹持,并且响应于第二控制信号以允许卡塞元件250中的真空释放或产生正压来实现工件的释放。基座256还包括与铁磁颗粒255相互作用的可控电磁元件258中的一个或一种布置。
[0040] 可控电磁元件258电连接至控制其激活的电磁体激活控制器240。系统控制器270信号连接至激活控制器240和压力源260以实现与工件的附接和脱离。当磁性元件258可以为永磁体元件时,工件的脱离可包括使用永磁体元件258或工件的扭转动作。
[0041] 卡塞元件250通过在抵靠工件时接触并且符合工件的形状而操作。施加真空以将所填充隔膜252进行真空硬化以适应性地机械夹持该工件。同时或随即之后,电磁体激活控制器240激活可控电磁元件258,这将工件磁性吸附并且结合至邻接工件的所填充隔膜252的一部分。在已对工件执行加工或工件被运输至另一个位置之后,施加一个或多个正压脉冲串以逆转流体状-固体状相变,即,逆转卡塞。电磁体激活控制器240禁用可控电磁元件258以强制释放工件并且将所填充隔膜252恢复至可变形的就绪状态。
[0042] 图7示意地说明适应性保持装置710的另一实施例的二维侧视图,适应性保持装置710包括含有粒状填充材料754和铁磁颗粒755的不透气柔性隔膜752,不透气柔性隔膜752密封至并且附接至基座756。可控电粘合元件720优选地利用多个可再用附接装置730(例如,钩环紧固件)固定至其表面。备选地,可控电粘合元件720可以集成到隔膜752的一部分中。卡塞元件750附接至包括磁性元件758的基座756,其在一个实施例中可以是永磁体。备选地,磁性元件758可以是可以如所示般受电磁体激活控制器740控制的可控电磁元件758。
保持装置710可应用到机械臂的终端执行器上,以可控地夹持或者以其他方式保持到工件上或辅助保持到工件上,以将工件限制在一个位置或将工件运载到另一个位置。
[0043] 卡塞元件750类似于参考图1描述的卡塞元件50。在一个实施例中,基座756附接至机械臂的终端执行器。铁磁颗粒755类似于本文描述的铁磁颗粒55。基座756包括经由阀762流体地耦合至可控压力源760的流体导管。压力源760响应于第一控制信号在卡塞元件750中产生负压(真空)以实现夹持,并且响应于第二控制信号以允许卡塞元件750中的真空释放或产生正压来实现释放。基座756还包括与铁磁颗粒755相互作用的可控电磁元件758中的一个或一种布置。电粘合元件720类似于参考图1和2描述的可控电粘合元件20。
[0044] 电粘合元件720电连接至控制其激活的电粘合激活控制器742。系统控制器770信号连接至电磁体激活控制器740、压力源760和电粘合激活控制器742以实现与工件的附接和脱离。当磁性元件758为永磁体元件时,工件的脱离可包括使用永磁体元件758或工件的扭转动作。
[0045] 卡塞元件750通过在抵靠工件时接触并且适应工件的形状而操作。施加真空以将所填充隔膜752进行真空硬化以适应性地机械夹持该工件。同时或随即之后,电磁体激活控制器740激活可控电磁元件758,这将工件磁性吸附并且结合至邻接工件的所填充隔膜952的一部分。同时或随即之后,电粘合激活控制器742激活电粘合元件720。使卡塞元件750适应性以适应性地夹持工件、磁性吸附工件、以及激活电粘合元件720的动作将工件结合至适应性固定装置710以便运输或执行加工。
[0046] 在已对工件执行加工或工件被运输至另一个位置之后,施加一个或多个正压脉冲串以逆转流体状-固体状相变,即,逆转卡塞。电磁体激活控制器740禁用可控电磁元件758且电粘合激活控制器742禁用电粘合元件720,以强制释放工件并且将所填充隔膜752恢复至可变形的就绪状态。
[0047] 图8示意地说明包括含有粒状填充材料854和铁磁颗粒855(其密封至并且附接至基座856)或替代地仅包含铁磁颗粒855的不透气柔性隔膜852的适应性保持装置810的另一实施例的二维侧视图。适应性可释放表面粘合元件820优选地采用多个可再用附接装置830(例如,钩环紧固件)固定至其表面。备选地,适应性可释放表面粘合元件820可以集成到隔膜852的一部分中。卡塞元件850附接至包括磁性元件858的基座856,其在一个实施例中可以是永磁体。备选地,磁性元件858可以是可以如所示般受电磁体激活控制器840控制的可控电磁元件858。保持装置810可应用到机械臂的终端执行器上以可控地夹持或者相反地保持到工件上或辅助保持到工件上以将工件限制在一个位置或将工件运载到另一个位置。
[0048] 卡塞元件850类似于参考图1描述的卡塞元件50。在一个实施例中,基座856附接至机械臂的终端执行器。铁磁颗粒855类似于本文描述的铁磁颗粒55。基座856包括经由阀862流体地耦合至可控压力源860的流体导管。压力源860响应于第一控制信号在卡塞元件850中产生负压(真空)以实现夹持,并且响应于第二控制信号以允许卡塞元件850中的真空释放或产生正压来实现释放。基座856还包括与铁磁颗粒855相互作用的可控电磁元件858的一个或一种布置。适应性可释放表面粘合元件820类似于参考图3、4和5描述的适应性可释放表面粘合元件20。控制器870提供可控压力源860和电磁体激活控制器840之间的操作控制。
[0049] 卡塞元件850通过在抵靠工件时接触并且适应工件的形状而操作。施加真空以将所填充隔膜82进行真空硬化以适应性地机械夹持该工件。同时或随即之后,电磁体激活控制器840激活可控电磁元件858,这可将工件磁性地吸附并且结合至所填充隔膜852的邻接工件的部分。同时或随即之后,适应性可释放表面粘合元件820的一部分粘合至工件的表面。使卡塞元件850适应性以适应性地夹持工件、磁性地吸附工件和粘合至工件的表面的动作将工件结合至适应性保持装置810以便运输或执行加工。
[0050] 在已对工件执行加工或工件被运输至另一个位置之后,施加一个或多个正压脉冲串以逆转流体状-固体状相转变,即,逆转卡塞。电磁体激活控制器840禁用可控电磁元件858以强制释放工件并且将所填充隔膜852恢复至可变形的就绪状态。
[0051] 图9示意地说明适应性保持装置910的二维侧视图,适应性保持装置910包括不透气柔性隔膜952,不透气柔性隔膜952具有粒状填充材料954和铁磁微粒955并且密封至并且附接至基座156。适应性可释放表面粘合元件925和电粘合元件920可以优选地采用多个可再用附接装置930(例如,钩环紧固件)固定至其表面。在一个实施例中,电粘合元件920和适应性可释放表面粘合元件925可以被制作至单个元件中。或者,可控电粘合元件920可以物理地集成至隔膜952的部分中。卡塞元件950附接至包括磁性元件958的基座956,磁性元件958在一个实施例中可以是永磁体。或者,磁性元件958可以是可以如所示般受电磁体激活控制器940控制的可控电磁元件958。保持装置910可以在机械臂的终端执行器上采用,以可控地夹持工件或以其他方式保持至工件上或辅助保持至工件,以将工件限制在某个位置处或将工件运载至另一个位置。
[0052] 卡塞元件950类似于参考图1描述的卡塞元件50。适应性可释放表面粘合元件920类似于参考图3、4和5描述的适应性可释放表面粘合元件20。电粘合元件920类似于参考图1和2描述的可控电粘合元件20。在一个实施例中,基座156附接至机械臂的终端执行器。铁磁颗粒955类似于本文描述的铁磁颗粒55。基座956包括经由阀962流体地耦合至可控压力源960的流体导管。压力源960响应于第一控制信号在卡塞元件150中产生负压(真空)以实现夹持,并且响应于第二控制信号以允许卡塞元件950中的真空释放或产生正压来实现释放。
基座956还包括与铁磁颗粒955相互作用的一个可控电磁元件958或可控电磁元件958的布置。控制器970提供可控压力源960、电磁体激活控制器940和电粘合激活控制器942的操作控制。
[0053] 卡塞元件950通过在抵靠工件时接触并且适应工件的形状而操作。施加真空以将所填充隔膜952进行真空硬化以适应性地机械夹持该工件。同时或随即之后,电磁体激活控制器940致动可控电磁元件958,这可将工件磁性地吸附并且结合至邻接工件的所填充隔膜952的部分。同时或随即之后,适应性可释放表面粘合元件920的部分粘合至工件的表面。同时或随即之后,电粘合激活控制器942激活电粘合元件920。使卡塞元件950适应性以适应性地夹持工件、磁性地吸附工件、静电地耦合至工件和粘合至工件的表面的动作将工件结合至适应性保持装置910以便运输或执行加工。
[0054] 在已对工件执行加工或工件被运输至另一个位置之后,施加一个或多个正压脉冲串以逆转流体状-固体状相转变,即,逆转卡塞。电磁体激活控制器940禁用可控电磁元件958且电粘合激活控制器942禁用电粘合元件920,以强制释放工件并且将所填充隔膜952恢复至可变形的就绪状态。
[0055] 图10示意地示出可以呈固具、工具或机器人末端执行器的形式的工件保持器1000的三维等距视图,所述工件保持器1000已被配置成在多个夹持位置处与工件1015适应性地连接。保持器1000包括多个保持装置1010,其中每个保持装置是参考图1至9描述的保持装置10、110、210、710、810或910中的一个,且因此可以包括适应性可释放表面粘合元件1012、电粘合元件1014和电磁元件1016中的任何一个或所有。每个保持装置1010被配置成在由控制器致动时与工件1015的部分适应性地连接。如所示,工件1015抵靠在保持器1000的顶部上且工件1015通过使保持装置1010符合适应性地夹持工件1015、磁性地吸附工件1015、静电地耦合至工件1015和/或粘合至工件1015的表面而固定至保持器1000以将工件1015结合至保持装置1010以便运输或执行加工。保持装置1010全部被描绘为正交于保持器1000的平坦表面,但是应当明白的是,保持装置1010可以参考保持器1000的任何合适定向来布置。另外,如由元件1021指示,保持装置1010中的个别保持装置可以移动至保持器1000上的不同位置,包括被配置用于保持器1010的表面上的xy平面平移、沿z方向的延伸或绕x轴、y轴和/或z轴的旋转(即,俯仰偏航和/或滚动旋转),因此具有多达六个运动自由度以容纳并且适应于具有不同几何形状的工件1015。所选取的自由度可以是x、y、z平移和/或俯仰/偏航/滚动旋转的任何组合。
[0056] 图11示意地示出可以呈固具、工具或机器人末端执行器的形式的工件保持器1100的三维等距视图,所述工件保持器1100已被配置成在多个夹持位置处与工件1115适应性地连接。保持器1100包括多个保持装置1110,其中每个保持装置1110是参考图1至9描述的保持装置10、110、210、710、810或910中的一个,且因此可以包括具有适应性可释放表面粘合元件1112、电粘合元件1114和电磁元件1116中的任何一个或所有的任何一个组合的卡塞元件。每个保持装置1110被配置成在由控制器致动时与工件1115的部分适应性地连接。如所示,工件1115悬挂在保持器1100上并且粘合至保持器1100,其中工件1115通过使保持装置1210符合适应性地夹持工件1115、磁性地吸附工件1115、静电地耦合至工件1115和粘合至工件1115的表面而固定至保持器1100以将工件1115结合至保持装置1110以便运输或执行加工。保持装置1110全部被描绘为正交于保持器1100的平坦表面,但是应当明白的是,保持装置1110可以参考保持器1100的任何合适定向来布置。另外,如由元件1121指示,保持装置
1110中的个别保持装置可以移动至保持器1100上的不同位置,包括被配置用于保持器1110的表面上的xy平面平移、沿z方向的延伸或绕x轴、y轴和/或z轴的旋转(即,俯仰、偏航和/或滚动旋转),因此具有多达六个运动自由度以容纳并且适应于具有不同几何形状的工件
1115。所选取的自由度可以是x、y、z平移和/或俯仰/偏航/滚动旋转的任何组合。
[0057] 本文所述的包括一个或多个保持装置1110的保持器1100的每个实施例如下操作。保持器1100附接至机械臂的远端作为末端执行器的元件。最初,每个保持装置1110被断电并且未施加真空。机械臂被配置成通过具有足以使保持装置1110符合工件1115的表面的大小的力抵着工件1115的部分推动保持器1100。压力源1160被致动成在卡塞元件内产生负压力(真空)以将颗粒卡塞以维持所适应的形状并且为外部特征提供一定的保持力。激活控制器1140给电粘合元件1114和/或电磁元件1116通电。保持器1100可以由机械臂运输至期望位置以对工件1115执行加工。在完成加工之后,释放真空且将电粘合元件1114断电以释放工件1115。所述配置实现了包括内部、扁平和外部夹持的任何合适工件夹持定向的使用,并同时符合工件形状和工件腔体。所述配置可易于再配置成不同工件几何形状。
[0058] 包括一个或多个适应性保持装置的保持器的实施例提供夹持器元件,其中夹持器可以具有一个或多个这样的元件来实现夹持工件或支撑工件,并同时提供充分的接达性以实现焊接。包括一个或多个保持装置的工件保持器可以具有一个或多个这样的元件来实现工件夹持,并同时提供充分的接达性以实现焊接或对工件或利用工件执行其他加工。一个或多个保持装置可被再定位/再配置至不同位置以容纳具有不同几何形状的不同工件。一个或多个保持装置可被再定位或再配置至不同位置以容纳具有不同几何形状的不同工件。被配置成适应性地夹持工件、磁性地吸附工件、静电地耦合至工件和粘合至工件的表面的工件保持器将工件结合至保持装置以便运输或执行加工。包括电粘合保持装置的工件保持器提供夹持器元件,其能够实现内部或扁平夹持至工件的部分。工件保持器提供夹持器元件,其能够通过适应性夹持、磁性吸附、静电耦合和表面粘合而实现外部、内部和/或扁平夹持至工件的部分的组合。工件保持器可以在包括(但不限于)制造和组装过程、材料搬运和输送、测量、测试等的任何材料搬运情形中应用。
[0059] 详述和图或图式支持并且描述本教导,但是本教导的范围仅仅是由权利要求界定。虽然已详细地描述了用于实行本教导的某些最佳模式和其他实施例,但是也存在用于实践随附权利要求书中界定的本教导的各种替代设计和实施例。
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