模塊化電粘附夾持系統的制作方法
【專利摘要】本文涉及一種模塊化電粘附夾持系統。自動化制造通常需要可靠的工具來在制造過程中獲取或移動物品。一種電粘附夾持器利用電粘附表面來從過程中的一個步驟到另一步驟獲取和移動物品。電粘附表面可包括電極，所述電極配置用于在對電極施加電壓時感應出與附近物體的靜電吸引。本文所描述的系統還采用耦合至電粘附夾持表面的承重框架。這些電粘附系統的組件在構造上可配置成模塊化的，以便簡化構造和維護。一些組件可以是一次性的，或者與其他組件相比需要更頻繁的維修。模塊化裝配件和組件構造簡化了維護，并且減少了總體操作成本。
【專利說明】模塊化電粘附夾持系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及自動化制造。更具體而言，本發明涉及以自動化方式拾取基板或子裝配件組件一例如，形成整個裝配件或其一部分的部件，以及提供用于在制造過程中獲取或移動所述物品的模塊化系統。

【背景技術】
[0002]除非在本文中另有說明，否則本節中所描述的材料并非是對于本申請中權利要求的現有技術，并且不因包含于本節之中而被承認是現有技術。
[0003]多年以來，大規模產品生產導致了許多創新。在各種材料和物品的工業處理中，特別是在機器人【技術領域】中已取得長足發展。例如，現在使用各種類型的機器人和其他自動化系統以便在許多制造及其他材料處理過程期間“拾取和放置”物品。此類機器人和其他系統可包括例如作為指定過程的一部分而拾取、抬起和/或放置物品的機器臂。當然，還能夠以此類機器人或其他自動化系統的方式來實現其他操縱和材料處理技術。盡管多年以來在該領域中有許多進展，但是關于能夠以這樣的方式處理何種物品而言仍存在局限。
[0004]常規機器人夾持器通常使用吸力或者大法向力與利用機械促動進行的精密控制的結合來夾持物體。此類技術有若干個缺點。例如，對吸力的使用往往需要光滑、潔凈、干燥并且總體上平坦的表面，這限制了可夾持的物體的類型和條件。吸力往往還需要大量的功率來用于泵，并且容易在真空或低壓密封上的任何位置出現泄漏，由此造成的吸力喪失潛在地是災難性的。對機械促動的使用經常需要針對物體的大法向力或“擠壓”力，并且往往還限制機械地夾持易碎或易損物體的能力。產生較大的力還增加機械促動的成本。機械泵和具有大擠壓力的常規機械促動還經常需要很大的重量，這對于一些應用——諸如必須支撐附加質量的機器臂末端而言，是一個主要缺點。此外，即使當伴隨堅固物體使用時，機器臂、機械爪等仍可能在物體本身的表面上留下損傷痕跡。
[0005]用于處理物品和材料的替代技術也有缺點。例如，化學粘合劑可能留下殘余物，并且往往會吸引造成有效性降低的灰塵和其他碎屑。一旦施加這樣的化學粘合劑夾持或附著，由于在此類情況下的夾持相互作用和力通常是不可逆的，因此化學粘合劑可能還需要大量的附加力來撤消或克服對物體的夾持或附著。


【發明內容】

[0006]盡管許多用于以自動化方式處理材料的系統和技術在過去總體上運作良好，但一直期望提供替代的和改進的物品處理方式。尤其是，期望這樣的新式自動化系統和技術:其允許對大的、形狀不規則的、布滿灰塵的和/或易碎的物體進行拾取和放置或其他處理，并優選地幾乎不使用或不使用針對物體的吸力、化學粘合劑或大機械法向力。
[0007]本文提供了在制造中所使用的、用于在制造過程中獲取或移動物品的電粘附夾持系統，該系統具有:框架；筒匣；電粘附膜，其具有位于或靠近電粘附夾持表面的一個或多個電極；以及電源，其中所述系統能夠以模塊化方式構建而成以便簡化構造和維護。一些組件可以是一次性的，或者與其他組件相比需要更頻繁的維修。模塊化裝配件和模塊化組件構造簡化并加快維護，并且減少了總體操作成本。
[0008]本文提供了電粘附夾持系統，該系統包含:框架，其具有上表面和下表面；筒匣，其具有上表面和下表面，其中上表面能夠可拆卸地連接至所述框架的下表面；電粘附膜，其具有位于或靠近夾持表面的一個或多個電極，并且所述電粘附膜的背襯面至少部分地覆蓋并能夠連接至所述筒匣的下表面，或者可選地在所述框架的上表面的一部分上延伸；以及電源，其耦合至所述框架的上表面，配置用于對電粘附膜的一個或多個電極施加電壓，其中所述電粘附膜的所述連接界面的至少一部分與所述電源直接接觸。
[0009]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，框架還包含側壁，該側壁包含內部面和外部面，從而在所述框架內創造出下表面與所述側面的內部面之間的腔室。
[0010]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，筒匣至少部分地安裝在框架的腔室內并與之相符合。
[0011]在一些實施方式中，電粘附夾持系統還包含分散在筒匣的下表面與電粘附膜的背襯面之間的可變形或可適形層。
[0012]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，框架是承重的。在其他實施方式中，框架是金屬的。在其他實施方式中，框架可以是磁性的。在其他實施方式中，框架可以是非金屬的或非導電性的。
[0013]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，電粘附膜包含位于或靠近所述表面的一個或多個電極并具有連接界面，該連接界面還包含至少一個與所述一個或多個電極相連接的接觸墊。該接觸墊可于膜上作為單獨的區域形成圖案，或者可包括附著于膜的單獨的機械特征或電特征，這些特征包含:導電區域或圖案；彈簧針(pogo pin);片簧；碳刷；彈簧接觸件；金屬接觸鈕；接線器；線束；稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；或鐵磁接觸件。
[0014]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，電源還包含至少一個接觸點，用于連接至電粘附膜的連接界面的至少一個接觸墊和向其傳遞功率以及向電極傳遞電壓。接觸點可包括:彈黃針；片黃；碳刷；彈黃接觸件；金屬接觸鈕；接線器；線束；稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；或鐵磁接觸件。
[0015]在其他實施方式中，一個或多個接觸點和/或一個或多個接觸墊包括電絕緣體。在其他實施方式中，電粘附膜的整個連接界面可與框架絕緣。
[0016]在本文所描述的電粘附夾持系統的任一實施方式中，電源可從框架分離。
[0017]更進一步地，本文所描述的電粘附夾持系統的任何實施方式包含至少一個附著機構，用于保持各個組件的毗鄰表面至少部分地彼此處于緊密接觸。各個毗鄰表面可包括:電源與框架；電源與電粘附膜連接界面；框架與筒匣；筒匣與可變形層；筒匣與電粘附膜；可變形層與電粘附膜；電粘附膜與框架；或連接界面與框架。
[0018]在本文所描述的任一實施方式或Btt鄰表面中，附著機構可包括:化學粘合劑；機械緊固件；熱緊固件(例如:焊接、點焊或點熔位置)；干式粘附；維可牢(Velcro);吸力/真空粘附；磁附著、電磁附著或帶(例如，單面或雙面)。根據給定的情況所期望或需要的模塊化程度，附著機構可創造出永久的、臨時的或者甚至是可移除的附著形式。
[0019]本文提供了電粘附夾持系統，該系統包含:框架，其具有上表面和下表面；筒匣，其具有上表面和下表面，能夠可拆卸地連接至框架的下表面；電粘附膜，其具有位于或靠近夾持表面的一個或多個電極，并且所述電粘附膜的背襯面至少部分地覆蓋并可拆卸地連接至所述筒匣的下表面，并且包含第一連接界面；以及電源，其包含第二連接界面，配置用于通過該第二連接界面來對電粘附膜的所述一個或多個電極施加電壓。
[0020]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，框架還包含側壁，該側壁包含內部面和外部面，從而在所述框架內創造出下表面與所述側面的內部面之間的腔室。
[0021]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，筒匣至少部分地安裝在框架的腔室內并與之相符合。
[0022]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，框架是承重的。在其他實施方式中，框架是金屬的。在其他實施方式中，框架可以是磁性的。在其他實施方式中，框架可以是非金屬的或非導電性的。
[0023]在一些實施方式中，電粘附夾持系統還包含分散在筒匣的上表面與所述電粘附膜的背襯面之間的可變形或可適形層。
[0024]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，筒匣與所述電粘附膜組合為可分離式筒匣子裝配件。在其他實施方式中，筒匣、所述可變形或可適形層以及所述電粘附膜相組合為另一類型的可分離式筒匣子裝配件。
[0025]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，電源可從框架分離。在其他實施方式中，電源完全遠離框架并從框架脫離:例如，其中電源位于固持電粘附夾持系統的機器臂或機器臂的基部，并且經由線纜連接或通過線束從電源向電粘附夾持器施加功率。
[0026]在本文所描述的電粘附夾持系統的任一實施方式中，系統的第一連接界面或第二連接界面在裝配時與所述框架電絕緣。在其他實施方式中，電粘附膜的整個連接界面可以是絕緣的。
[0027]在各個實施方式中，第一連接界面或第二連接界面可包含以下各項中的至少一個:纜線；連接器；彈黃針；片黃；碳刷；彈黃接觸件；金屬接觸鈕；接線器；線束；稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；或鐵磁接觸件。
[0028]在本文所描述的電粘附夾持系統的任一實施方式中，電源可從框架分離。
[0029]更進一步地，本文所描述的電粘附夾持系統的任何實施方式包含至少一個附著機構，用于保持各個組件的毗鄰表面至少部分地彼此處于緊密接觸。各個毗鄰表面可包括:電源與框架；筒匣與可變形層；可變形層與電粘附膜；或筒匣與電粘附膜。
[0030]在本文所描述的任一實施方式或Btt鄰表面中，附著機構可包括:化學粘合劑；機械緊固件；熱緊固件(例如:焊接、點焊或點熔位置)；干式粘附；維可牢；吸力/真空粘附；磁附著、電磁附著或帶(例如，單面或雙面)。根據給定的情況所期望或需要的模塊化程度，附著機構可創造出永久的、臨時的或者甚至是可移除的附著形式。
[0031]本文提供了電粘附夾持系統，該系統包含:框架，其具有上表面和下表面；筒匣，其具有上表面和下表面，能夠可拆卸地連接至所述框架的所述下表面；電粘附膜，其具有位于或靠近夾持表面的一個或多個電極，至少部分地覆蓋并能夠可拆卸地連接至所述筒匣的下表面的背襯面，并且包含第一連接界面；電源，其包含第二連接界面，配置用于通過所述第二連接界面來對電粘附膜的一個或多個電極施加電壓。
[0032]本文提供了電粘附夾持系統，其包含本文所描述的任何配置，并且還包含至少一個可拆卸界面。
[0033]在一些實施方式中，可拆卸界面處于電源與框架之間。在其他實施方式中，可拆卸界面處于框架與筒匣之間，或者框架與筒匣裝配件之間。
[0034]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，所述至少一個可拆卸界面采用包含以下各項中的至少一個的附著機構:化學粘合劑；機械緊固件；維可牢；帶(tape);磁體；或電粘附表面。在一些情況下，當采用磁性裝置時，磁體可包括:稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；電磁體；或鐵磁接觸件。附著機構可涉及將可拆卸界面附著至夾持系統組件的方法，或者在一些情況下，附著機構可涉及將可拆卸界面本身附著在一起的方法。
[0035]在電粘附夾持系統的其他實施方式中，所述至少一個可拆卸界面還包含磁性墊板。更進一步地，磁性墊板耦合至筒匣的上表面。在其他實施方式中，磁性墊板耦合至框架的下表面。如同已經描述的其他組件界面一樣，可以采用附著機構來將墊板粘附或耦合至相配組件表面，所述附著機構諸如為:化學粘合劑；機械緊固件；干式粘附表面；真空或吸力；維可牢；帶；或磁體。再一次地，根據給定的情況所期望或需要的模塊化程度，附著機構可創造出永久的、臨時的或者甚至是可移除的附著形式。
[0036]在一些實施方式中，墊板可以不是磁性的。在一些實施方式中，墊板可以是金屬板；非金屬板；或非磁性板。
[0037]更進一步地，在包含具有墊板的可拆卸界面的電粘附夾持系統的其他實施方式中，還在所述墊板與可拆卸界面另一側上的相對的耦合表面之間采用另一可拆卸附著機構。例如，附加的附著機構可包括:(臨時)化學粘合劑；機械緊固件；磁體；干式粘附；維可牢；吸力/真空粘附；或帶。在采用磁性裝置的情況下，磁體可包括:稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；電磁體；或鐵磁接觸件。
[0038]在其他實施方式中，可拆卸界面可包含兩個墊板:其中可拆卸界面的至少一側包含(至少一個)第一墊板和(至少一個)第二墊板，所述第一墊板耦合至框架的下表面，所述第二墊板耦合至筒匣或筒匣裝配件的上表面。
[0039]更進一步地，包含所述第一墊板和第二墊板的所述至少一個可拆卸界面可包含以下各項中的至少一個:金屬板；磁性板；非金屬板；或非磁性板。
[0040]在具有可拆卸界面的任何前述墊板實施方式中，墊板本身之間可存在另一附著機構，該附著機構包含以下各項中的至少一個:磁體；靜電粘附；范德華力(Van-der-Waalsforce);干式粘附；真空/吸力；臨時粘合劑；可熔粘合劑；以及機械緊固件。
[0041]在一些實施方式中，本領域技術人員將會認識到，所描述的并且配置用于激活電粘附膜的任一配置的電源機構可與配置用于激活針對包含所述第一墊板和第二墊板的可拆卸界面的靜電粘附力的電源機構相同或不同。
[0042]如前文所述，任何具有可拆卸界面的系統的電源可以具有可從框架分離的電源。分離電源的裝置或方法可以與可拆卸界面相同或者可以與之不相同。
[0043]在任何上述實施方式中，電粘附夾持系統可包括處在筒匣與電粘附膜之間的可適形/可變形層。所述可適形/可變形層可以包含:泡沫、聚合物、彈性體材料或者囊袋。更進一步地，所述囊袋可以是液壓囊袋或氣動囊袋。更進一步地，所述囊袋可以填充可壓縮材料或松散填塞的材料，諸如聚合物珠、砂、泡沫聚苯乙烯、豆、皮殼或其他類似的材料等，所述材料將會提供對電粘附夾持器膜表面的順應性，從而允許對非光滑或非平坦外來表面的更好的符合性。
[0044]榜引并入
[0045]本說明書中所提及的所有公開、專利和專利申請均通過引用而并入于此，其程度等同于明確地和個別地指出通過引用而并入每一個別公開、專利或專利申請。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]本發明的新穎特征在所附權利要求中具體闡明。通過參考對利用到本發明原理的說明性實施方式加以闡述的以下詳細描述和附圖，將會獲得對本發明特征和優點的更好的理解，在附圖中:
[0047]圖1A是示例電粘附設備的側剖面。
[0048]圖1B以側剖視圖圖示了粘附至外來物體的圖1A的示例電粘附設備。
[0049]圖1C以側剖面特寫視圖圖示了在圖1B的外來物體中由于粘附的示例電粘附設備中電極之間的電壓差而形成的電場。
[0050]圖2A以側剖視圖圖示了在其上具有單電極的示例電粘附夾持表面對。
[0051]圖2B以側剖視圖圖示了被施加電壓的圖2A的示例電粘附夾持表面對。
[0052]圖3A以頂部透視圖圖示了示例電粘附夾持表面，其形式為具有于頂面和底面上形成圖案的電極的薄板。
[0053]圖3B以頂部透視圖圖示了另一示例電粘附夾持表面，其形式為具有于頂面和底面上形成圖案的電極的薄板。
[0054]圖3C以頂部透視圖圖示了又一示例電粘附夾持表面，其形式為具有于頂面和底面上形成圖案的電極的薄板，并且還包含附加絕緣層來保護電極。
[0055]圖4A以側剖視圖圖示了包含具有整體式筒匣和膜以及可分離電源的代表性框架的不例電粘附夾持系統。
[0056]圖4B以側剖視圖圖示了包含具有側壁、整體式筒匣和膜以及可分離電源的代表性框架的示例電粘附夾持系統。
[0057]圖4C以側剖視圖圖示了具有整體式中間可變形/可適形層和膜的示例筒匣。
[0058]圖4D以側視圖圖示了與圖4A和/或圖4B相似的代表性電粘附夾持系統的分解裝配件。
[0059]圖4E以平面圖圖示了用于電粘附膜的連接界面的一個可能的配置。
[0060]圖5A以側剖視圖圖示了包含具有脫離的筒匣裝配件和膜以及可選地可分離的電源的代表性框架的示例電粘附夾持系統。
[0061]圖5B以側剖視圖圖示了包含具有中間可變形/可適形層和膜的可拆卸筒匣裝配件的示例電粘附夾持系統。
[0062]圖6A是電源的說明性等距視圖。
[0063]圖6B是用于電源的絕緣接觸點的代表性圖解。
[0064]圖7A以側剖視圖圖示了具有代表性框架的示例電粘附夾持系統，圖中示出:包含諸如磁體等附著機構的一種形式的可拆卸界面；以及可拆卸筒匣裝配件和膜，其具有包含墊板的可拆卸界面；以及可選地可分離的電源。
[0065]圖7B以側剖視圖圖示了示例可拆卸筒匣裝配件，其具有位于筒匣與膜之間的中間可變形或可適形層，以及包含墊板的可拆卸界面。
[0066]圖8A以側剖視圖圖示了具有代表性框架的示例電粘附夾持系統，圖中示出:包含第一墊板的另一形式的可拆卸界面；以及可拆卸筒匣裝配件和膜，其具有包含第二墊板的可拆卸界面；以及可選地可分離的電源。
[0067]圖SB以側剖視圖圖示了具有代表性框架的示例電粘附夾持系統，圖中示出:包含第一墊板的又一形式的可拆卸界面；以及可拆卸筒匣裝配件，其具有位于筒匣與膜之間的中間可變形或可適形層，以及包含第二墊板的可拆卸界面。

【具體實施方式】
[0068]在以下詳細描述中，對構成其一部分的附圖作出參考。在附圖中，除非上下文另有所指，否則相似符號通常標識相似組件。在【具體實施方式】、附圖及權利要求中所描述的說明性實施方式并不意味著是限制性的。在不偏離本文所呈現的主題范圍的情況下，可采用其他實施方式，并且可做出其他改變。很容易理解的是，本文總體描述的并在附圖中圖示的本公開各個方面能夠以眾多不同的配置來布置、替換、組合、分離和設計，在本文中明確設想到所有上述情況。
[0069]電粘附表面可包括電極，所述電極配置用于在對電極施加電壓的情況下引起與附近物體的靜電吸引。本文所描述的系統還可采用耦合至與筒匣相結合的電粘附夾持表面的承重框架。筒匣與關聯的筒匣子裝配件為系統提供針對組件子裝配件配置的靈活的模塊化選項，所述模塊化選項可提高性能、增加系統功能、減少維護和操作費用，并在一個系統內提供全部多種不同產品應用中的更靈活的用途。
[0070]筒匣概念通過當在系統內只有某個子組件失效時，與維修或更換主要組件或整個系統相比減少與維修或更換系統的單一子組件相關的時間量和單個組件成本來減少維護成本。
[0071]此外，筒匣和各種裝配件選項為使用者提供可在制造過程或具有多種部件的多個裝配線中采用的范圍靈活的配置。可以在伴隨多種不同筒匣裝配件配置的多個位置處采用單核心系統(“永久性”框架)。這種類型的配置導致其自身適用于準時化(Just-1n-Time，JIT)制造和具有快速生產周轉周期的小批量生產制造。
[0072]本文所使用的術語“電粘附”是指使用靜電力對兩個物體的機械耦合。本文所描述的電粘附使用對這些靜電力的電控制來允許外來基板與支持電粘附的拾取工具的拾取表面之間的臨時和可拆卸附著。由于通過施加的電場而產生的靜電力，該靜電粘附將外來基板與拾取表面保持在一起，或者增加外來基板與拾取板的表面之間的牽引力或摩擦力。放置拾取板的表面使其抵靠外來基板的表面或在其附近。繼而使用與電極電連通的外部控制電子設備，經由電極來施加靜電粘附電壓。靜電粘附電壓在相鄰電極上使用交替的正電荷和負電荷。作為電極之間電壓差的結果，生成了一個或多個電粘附力，該電粘附力起到保持板的表面與外來基板彼此抵靠的作用。由于所施加的力的性質，很容易理解的是拾取表面與外來基板的表面之間的實際接觸并不必要。例如，可在板的拾取表面與外來基板之間放置一張紙、薄膜或者其他材料或基板。靜電力維持板的拾取表面相對于外來基板的表面的當前位置。總體靜電力可足以克服外來基板上的引力，從而可以使用拾取工具將外來基板保持在空中。
[0073]靜電粘附電壓從電極的移除會終止板的拾取表面與外來基板的表面之間的靜電粘附力。因此，當在電極之間不存在靜電粘附電壓時，拾取工具可容易地相對于外來基板的表面移動。該條件允許拾取工具在施加靜電粘附電壓之前和之后移動。受到良好控制的電激活和解激活支持快速粘附和脫離，舉例而言，諸如在消耗相對較少量功率的同時少于大約50毫秒的反應時間。
[0074]本文所使用的術語“拾取表面”、“電粘附表面”、“夾持器表面”、拾取或夾持表面“覆蓋層”及其變體意為同義詞，并且是指電粘附夾持系統的電粘附膜表面。
[0075]在一個不例性方面，系統的拾取表面包括位于絕緣材料的外表面上，或者位于或靠近電粘附膜的電粘附夾持表面的電極。該方面非常適合于向各種外來基板的絕緣的和導電性弱的內部材料的受控附著。
[0076]在其他示例性方面，可將電極嵌入絕緣材料內以便同時在電極之間以及在電極與外來基板之間提供絕緣。絕緣材料可進一步包含多個單獨的絕緣層，每層提供有益于總體應用的不同性質。
[0077]容易理解的是，拾取板的表面與外來基板的表面之間更短的距離導致所述物體之間更強的電粘附力。相應地，可以使用適于至少部分地符合外來基板表面的可變形表面。
[0078]本文所使用的術語靜電粘附電壓是指產生用以將板的拾取表面耦合至外來基板的適當靜電力的電壓。拾取表面所需的最小電壓將隨許多因素而變，這些因素諸如:拾取表面的尺寸、電極的材料電導率和間距、絕緣材料、外來基板材料、諸如灰塵、其他微粒或濕氣等對電粘附的任何干擾的存在、由電粘附力所支撐的任何基板的重量、電粘附設備的順應性、外來基板的介電和電阻率性質，以及電極與外來基板表面之間的相關間隙等。
[0079]在一些方面中，電粘附拾取表面可采取在其上具有多個電極的基本上為平面的面板或薄板的形式。在其他方面中，電粘附拾取表面可采取與最經常由拾取工具所抬起或處理的外來基板的幾何形狀相匹配的固定形狀。可通過各種手段來增強電極，諸如通過使電極于粘附設備表面上形成圖案來提高電粘附性能，或者通過使用柔軟或柔性材料制成電極來增加順應性并從而增加對外來基板上不規則表面的符合性。
[0080]在其他方面中，電粘附拾取表面可采取安置在具有可變形或可適形于外來物體的粗糙或不規則表面或形狀的中間層或空間或囊袋的筒匣之上的、在其上具有多個電極的基本上為平面的面板或薄板的形式。使電粘附膜更好地符合外來物體的粗糙或不規則表面或形狀的能力提高了粘附聯結和系統的性能。
[0081]本文所使用的術語可變形和可適形旨在以同義解釋；意為:在形式上對應、符合、能夠適應；能夠被重塑。并且相反地，暗示并直接表明這些術語還意指在材料的彈性限度內返回其原始形狀的能力。
[0082]本公開在各個實施方式中關于涉及電粘附或靜電應用的系統、設備和方法。在一些實施方式中，各個電粘附或靜電系統或設備可包括適于提供適合將單獨的物體粘附在一起的靜電力的電極。此外，可以包括諸如基部表面等輔助粘附組件，該輔助粘附組件有助于使用除靜電力之外的輔助力或方式來將單獨的物體粘附在一起。在一些情況下，這樣的基部表面或其他輔助粘附組件可包括具有對外來物體的多個粘附模式的軟墊材料。雖然本文所公開的各個示例集中于具體電粘附應用的特定方面，但應當理解，本文所公開的各個原理和實施方式亦可適用于其他靜電應用和布置。此外，雖然本文所闡述的各個示例和討論經常提及除電粘附力或組件之外的“輔助”力或組件，但很容易明白的是，在一切情況下均不必將此類其他力或組件看作是“輔助的”。在一些示例中，可能更適合將一種類型的力或物品看作靜電或電粘附吸引力或組件，而將另一類型的力或物品看作獨立于靜電或電粘附類型的單獨的吸引力或組件。此類其他吸引力在性質上可以是物理的，并且因此可被稱為可用于增強靜電或電粘附力的物理吸引力。
[0083]首先轉向圖1A，在高視角剖視圖中圖示了示例電粘附設備。電粘附設備10包括位于或靠近其“電粘附夾持表面” 11的一個或多個電極18,以及介于電極與背襯24或其他支撐結構組件之間的絕緣材料20。在許多情況下，絕緣材料20可從電極向外延伸并存在于電極與外來基板之間。在一些情況下，絕緣體20實際上可包含若干個不同的絕緣體層。出于圖示說明目的，將電粘附設備10示為具有成3對的6個電極，但很容易明白的是，可在給定的電粘附設備中使用更多或更少的電極。在僅于給定的電粘附設備中使用單一電極的情況下，優選地隨其使用具有至少一個相反極性的電極的互補電粘附設備。就尺寸而言，電粘附設備10基本上是尺度不變的。也就是說，電粘附設備的表面積尺寸的范圍可以從小于I平方厘米到大于幾平方米。甚至更大和更小的表面積也是可能的，并且可按給定應用的需求來制定尺寸。
[0084]圖1B以高視角剖視圖描繪了粘附至外來物體14的圖1A的示例電粘附設備10。外來物體14包括表面12和內部材料16。放置電粘附設備10的電粘附夾持表面11使其抵靠外來物體14的表面12或在其附近。繼而使用與電極18電連通的外部控制電子設備(未示出)，經由電極18施加靜電粘附電壓。如圖1B中所示，靜電粘附電壓在相鄰電極18上使用交替的正電荷和負電荷。作為電極18之間電壓差的結果，生成一個或多個電粘附力，該電粘附力起到將電粘附設備10與外來物體14彼此保持在一起的作用。由于所施加力的性質，很容易明白電粘附設備10與外來物體14之間的實際接觸并不必要。必要的只是足夠接近以便允許發生基于電場的電粘附相互作用。例如，可在電粘附設備10與外來物體14之間放置一張紙、薄膜或者其他材料或基板。此外，雖然本文使用術語“接觸”來表示電粘附設備與外來物體之間的相互作用，但應當理解的是，并不總是要求表面與表面的實際直接接觸，以致可將諸如絕緣體等一個或多個薄物體安設在設備或電粘附夾持表面與外來物體之間。在一些實施方式中，夾持表面與外來物體之間的這樣的絕緣體可以是設備的一部分，而在其他實施方式中其可以是單獨的物品或設備。
[0085]附加地或備選地，在電粘附夾持表面與所夾持的物體之間可存在間隙，并且該間隙可在電粘附力的激活之后減小。例如，電粘附力可致使電粘附夾持表面移近所夾持的物體的外表面以便縮小間隙。另外，電粘附吸引可致使夾持表面在跨夾持表面的表面區域的多個點處朝向夾持的物體的外表面移動。例如，順應性夾持表面可微觀地、細觀地和/或宏觀地符合于該外表面。由夾持表面進行的這種局部間隙縮小可從而致使夾持表面(至少部分地)符合物體的外表面。在此，將具有符合物體外表面中的局部不均勻性、表面缺陷以及其他微觀變動和/或宏觀變動的足夠柔韌性的電粘附夾持表面稱為順應性夾持表面。然而，應當理解，無論被特別地稱為順應性夾持表面與否，本文所描述的任何夾持表面均可展現出這樣的順應性。
[0086]圖1C以高視角剖面特寫視圖圖示了作為粘附的示例電粘附設備10中電極之間電壓差的結果而在圖1B的外來物體中形成的電場。當抵靠外來物體14放置電粘附設備10并施加靜電粘附電壓時，在外來物體14的內部材料16中形成電場22。電場22局部地極化內部材料16，或者在材料16上局部地感應出與設備的電極18上的電荷相反的直接電荷，并從而導致電極18 (及設備10)與外來物體14上的感生電荷之間的靜電粘附。感生電荷可以是介電極化的結果，或者來自弱導電性材料和電荷靜電感應。如果內部材料16是強導體，舉例而言，諸如銅等，則感生電荷可完全抵消電場22。在這種情況下，內部電場22為零，但盡管如此，感生電荷仍然形成和提供對電粘附設備的靜電力。
[0087]因此，靜電粘附電壓提供電粘附設備10與外來物體14的表面12之下的內部材料16之間的總體靜電力，該靜電力維持電粘附設備相對于外來物體表面的當前位置。總體靜電力可足以克服外來物體14上的引力，從而可使用電粘附設備10來將外來物體保持在空中。在各個實施方式中，可抵靠外來物體14放置多個電粘附設備，從而可提供針對該物體的附加的靜電力。靜電力的組合可足以抬起、移動、拾取和放置外來物體，或者以其他方式處理外來物體。電粘附設備10還可附著至其他結構并將這些附加結構保持在空中，或者可在坡面或滑面上使用電粘附設備10以便增大法向或側向摩擦力。
[0088]靜電粘附電壓從電極18的移除會終止電粘附設備10與外來物體14的表面12之間的靜電粘附力。因此，當電極18之間不存在靜電粘附電壓時，電粘附設備10可更容易地相對于表面12移動。這種條件允許電粘附設備10在施加靜電粘附電壓之前和之后移動。受到良好控制的電激活和解激活支持快速粘附和脫離，舉例而言，諸如在消耗相對較少量功率的同時少于大約50毫秒的反應時間。
[0089]電粘附設備10包括位于絕緣材料20的外表面11上的電極18。該實施方式非常適合于向各種外來物體14的絕緣的和導電性弱的內部材料16的受控粘附。還設想到電極18與絕緣材料20之間的其他電粘附設備10關系，并且所述關系適合與包括導電材料在內的范圍更廣的材料一起使用。例如，薄電絕緣材料(未示出)可位于電極的表面上。還可在某些情況下使用多個絕緣表面(諸如圖3C中的層49所示)，并且電極的任一側上的材料可以是彼此不同的。很容易理解，表面11與表面12之間更短的距離以及這樣的電絕緣材料的材料性質因基于場的感生電粘附力的距離依賴性而造成物體之間更強的電粘附吸引。相應地，可以使用適于至少部分地符合外來物體14的表面12的可變形表面11。
[0090]本文所使用的術語靜電粘附電壓是指產生用以將電粘附設備10耦合至外來物體14的適當靜電力的電壓。電粘附設備10所需的最小電壓將隨許多因素而變，這些因素諸如:電粘附設備10的尺寸、電極18的材料電導率和間距、絕緣材料20、外來物體材料16、諸如灰塵、其他微粒或濕氣等對電粘附的任何干擾的存在、由電粘附力所支撐的任何物體的重量、電粘附設備的順應性、外來物體的介電和電阻率性質，以及/或者電極與外來物體表面之間的相關間隙等。在一個實施方式中，靜電粘附電壓包括電極18之間介于大約500伏與大約15千伏之間的差分電壓。在微觀應用中可以使用甚至更低的電壓。在一個實施方式中，差分電壓介于大約2千伏與大約5千伏之間。一個電極的電壓可為零。還可以對相鄰電極18施加交替的正電荷和負電荷。單一電極上的電壓可隨時間而變，并且特別是可在正電荷與負電荷之間交替，以便不產生外來物體的大量長期荷電。由此產生的夾緊力將隨特定電粘附設備10的規格特性、其所粘附到的材料、任何顆粒干擾、表面粗糙度等而變。總體而言，本文所描述的電粘附提供寬范圍的夾壓(clamping pressure),其一般定義為由電粘附設備所施加的吸引力除以其與外來物體相接觸的面積。
[0091]實際電粘附力和壓強將隨設計和許多因素而變。在一個實施方式中，電粘附設備10提供介于大約0.7kPa(約0.1psi)與大約70kPa(約1psi)之間的電粘附吸引壓強，但其他的量和范圍當然也是可能的。可以很容易地通過改變接觸表面的面積、改變施加的電壓和/或改變電極與外來物體表面之間的距離來獲得特定應用所需量的力，但還可根據期望而操縱其他相關因素。
[0092]由于靜電粘附力而非傳統的機械或“擠壓”力是用來保持、移動或以其他方式操縱外來物體的主要的力，因此可在一系列廣泛的應用中使用電粘附設備10。例如，電粘附設備10非常適合伴隨粗糙表面或者具有宏觀曲率或復雜形狀的表面來使用。在一個實施方式中，表面12包括大于約100微米的粗糙度。在特定實施方式中，表面12包括大于約3毫米的粗糙度。此外，電粘附設備10可使用在布滿灰塵或臟污的物體上，也可使用在易碎的物體上。如以下更詳細闡述，還可由一個或多個電粘附設備來處理不同尺寸和形狀的物體。
[0093]電粘附夾持表面
[0094]雖然將圖1A的具有電粘附夾持表面11的電粘附設備10圖示為具有6個電極18，但應當理解，給定的電粘附設備或夾持表面可僅具有單一電極。此外，很容易明白的是，給定的電粘附設備可具有多個不同的電粘附夾持表面，其中每個單獨的電粘附夾持表面具有至少一個電極并且適于抵靠所要夾持的外來物體或在與其靠近之處放置。雖然術語電粘附設備、電粘附夾持單元和電粘附夾持表面全都在本文中用于表明感興趣的電粘附組件，但應當理解的是，這些各個術語可在各個上下文中可互換地使用。特別是，雖然給定的電粘附設備可包含多個相異的夾持表面，但亦可將這些不同的夾持表面本身視為單獨的“設備”或者替代地視為“末端執行器”。可以將具有多個不同夾持表面的實施方式視為一個單一設備，或者亦可將其視為一致行動的多個不同設備。
[0095]參考圖2A和圖2B，圖中以側剖視圖示出了在其上具有單電極的示例電粘附設備或夾持表面對。圖2A描繪了電粘附夾持系統50，該系統50具有電粘附設備或夾持表面30、31，該電粘附設備或夾持表面30、31與外來物體14的表面相接觸；而圖2B描繪了在設備或夾持表面具有向其施加的電壓的情況下的激活的電粘附夾持系統50’。電粘附夾持系統50包括直接接觸外來物體14的兩個電粘附設備或夾持表面30、31。每個電粘附設備或夾持表面30、31具有與其耦合的單電極18。在這樣的情況下，可將電粘附夾持系統設計成使用外來物體作為絕緣材料。當施加電壓時，在外來物體14內形成電場22，并且在夾持表面30、31與外來物體之間創造出靜電力。很容易明白，可以使用包括多個此類單電極電粘附設備的各個實施方式。
[0096]在一些實施方式中，電粘附夾持表面可采取在其上具有多個電極的平坦面板或薄板的形式。在其他實施方式中，夾持表面可采取與最經常被抬起或處理的外來物體的幾何形狀相匹配的固定形狀。例如，可以使用彎曲的幾何形狀來匹配圓柱形漆罐或蘇打水罐的幾何形狀。可以通過各種手段來增強電極，諸如通過使電極于粘附設備表面上形成圖案來提高電粘附性能，或者通過使用柔軟或柔性材料制成電極來增加順應性并從而增加對外來物體上不規則表面的符合性。
[0097]接下來轉向圖3A-圖3C，圖中以頂部透視圖示出了在其表面上有形成圖案的電極的平坦面板或薄板形式的電粘附夾持表面的兩個示例。圖3A示出了在其頂面和底面上有形成圖案的電極18的薄板或平坦面板形式的電粘附夾持表面60。頂部和底部電極組40和42相間交錯在絕緣層44的相對側上。在一些情況下，絕緣層44可由堅硬或剛性材料形成。在一些情況下，電極和絕緣層44可以是順應性的并且由諸如丙烯酸彈性體等聚合物所組成以便增加順應性。在一個優選實施方式中，聚合物的模量低于大約lOMPa，而在另一優選實施方式中，其更具體地低于大約IMPa。各種已知類型的順應性電極均可適合與本文所描述的設備和技術一起使用，并且在出于所有目的而整體并入本文的美國專利N0.7，034，432中描述了示例。
[0098]電極組42安設在絕緣層44的頂面23上，并且包括形成直線圖案的電極18的陣列，(并且還可包括如圖3C中所示的附加外絕緣層49)。公共電極41將組42中的電極18電耦合起來，并允許使用通往公共電極41的單一輸入引線來與組42中的所有電極18電連通。電極組40安設在絕緣層44的底面25上，并且包括從頂面上的電極18橫向移位的形成直線圖案的電極18的第二陣列。底部電極組40還可包括公共電極(未示出)。很容易明白，電極可于絕緣層44的相對側上形成圖案，以便增加夾持表面60承受更高電壓差的能力，而不受電極之間氣隙中擊穿的限制。
[0099]備選地，電極還可于絕緣層的同一表面上形成圖案，諸如圖3B中所示。如圖所示，電粘附夾持表面61包含薄板或平坦面板,該薄板或平坦面板僅在其一個表面上有電極18形成圖案。電粘附夾持表面61可基本上類似于圖3A的電粘附夾持表面60，區別在于電極組46和48相間交錯在順應性絕緣層44的同一表面23上。沒有電極位于絕緣層44的底面25上。這個特定實施方式減小了組46中的正電極18與組48中的負電極18之間的距離，并允許全部兩組電極在電粘附夾持表面61的同一表面上的放置。在功能上，這消除了如實施方式60中那樣的，因絕緣層44造成的電極組46與48之間的間隔。其還消除了當頂面23粘附至外來物體表面時在一組電極(先前在底面25上)與外來物體表面之間的間隙。在一些情況下，頂(電極)面23還可涂覆有絕緣材料(如層49所描繪，以及如圖3C中所圖示)，使得電極組46和48完全夾在(例如，包封在)絕緣材料之間。雖然可以使用實施方式60或61中的任一個,但后一實施方式61中的這些改變因全部兩組電極46、48與外來物體表面更為接近而在電粘附夾持表面61與所要處理的主題外來物體之間提供相對較大的電粘附力。
[0100]在一些實施方式中，電粘附設備或夾持表面可包含富有柔性性質的薄片或面罩式抓緊器。在此類實施方式中，可以不使用背襯結構或者可以使用富有柔性的背襯結構，使得整個面罩式設備或夾持表面或者其一部分可如給定應用所期望的那樣大幅折曲或以其它方式符合于一個或多個外來物體。創造有助于對外來物體的這種符合或順應的電粘附夾持器可例如通過用薄材料形成電粘附層或夾持表面，通過使用泡沫或彈性材料，通過從主電粘附薄板伸出襟翼或延伸物，或者通過僅在幾個選定的底層位置上連接薄片而非將其連接至整個剛性背襯，以及其他可能性等來實現。
[0101]雖然前述的平坦面板或薄片形式的電粘附夾持表面的示例實施方式描繪了電極條或帶，但應當理解的是，還可針對這樣的薄板式電粘附夾持表面使用任何合適的電極圖案。例如，薄板式電粘附夾持表面可具有圍繞薄片分布并以適當方式極化的離散方塊或圓的形式的電極，諸如處于均勻間隔的“波點(polka-dot)”樣式圖案中的電極。還可使用諸如形成偏移螺旋圖案的兩組電極等其他示例。作為一個特定示例——其中針對絕緣層使用薄而柔韌的材料(諸如聚合物)，并且其中電極以離散盤的形式圍繞其分布——由此產生的柔性并具順應性的電粘附夾持表面“覆蓋層”將能夠符合于相對較大物體的不規則表面，同時在施加電壓期間對其提供多個不同的和離散的電粘附力。
[0102]作為另一示例，可以提供中間障板或囊袋層來作為柔性并具些許彈性的電粘附夾持膜層之下的富有柔性的背襯層。這個富有柔性的背襯層應當提供可逆的適形性或變形性。所述可適形/可變形層可以包含:泡沫、聚合物、彈性體材料或者為囊袋的形式。更進一步地，囊袋可以是液壓囊袋或氣動囊袋。更進一步地，囊袋可以填充可壓縮材料或松散填塞的材料，諸如聚合物珠、砂、泡沫聚苯乙烯、豆、皮殼或其他類似的材料等，所述材料將會提供對電粘附夾持器膜表面的順應性，從而允許對非光滑或非平坦外來表面的更好的符合性。
[0103]應當理解，還可以針對這樣的柔性障板-薄板式電粘附夾持表面使用任何合適的電極圖案。例如，這樣的薄板式電粘附夾持表面可采用圍繞薄片分布并以適當方式極化的離散方塊或圓的形式的電極，諸如處于均勻間隔的“波點”樣式圖案中的電極，或者其中電極以離散盤的形式圍繞其分布，由此產生的柔性并具順應性的電粘附夾持表面“覆蓋層”將能夠符合于相對較大物體的不規則表面，同時在施加電壓期間對其提供多個不同的和離散的電粘附力。
[0104]本文提供一種電粘附夾持系統，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，其中上表面能夠可拆卸地連接至所述框架的下表面；電粘附膜，其具有位于或靠近夾持表面的一個或多個電極，并且所述電粘附膜的背襯面至少部分地覆蓋并可連接至所述筒匣的下表面，或者可選地在所述框架的上表面的一部分上延伸；以及電源，其耦合至所述框架的上表面，配置用于對電粘附膜的一個或多個電極施加電壓，其中所述電粘附膜的所述連接界面的至少一部分與所述電源直接接觸。
[0105]接下來參考圖4A至圖4E，其圖示了發明的模塊化電粘附夾持系統的一個版本的若干個變體。在圖4D和圖4E的分解細節中更清楚地描繪了實施方式變體的圖示說明細節。
[0106]圖4A是電粘附夾持系統100的示例，該系統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和側表面113，可拆卸地連接至框架101的下表面104 ;電粘附膜120,其具有位于或靠近夾持表面120a的一個或多個電極(未示出)，并且所述電粘附膜120的背襯面120b至少部分地覆蓋所述筒匣110的下表面112，并且所述電粘附膜的至少一部分包含連接界面125，該連接界面125在本例中在所述框架的上表面102的至少一部分上延伸；電源130，其耦合至所述框架101的上表面102，配置用于對電粘附膜120的一個或多個電極施加電壓，其中電粘附膜的所述連接界面125的至少一部分穿插在所述電源130的下表面131與所述框架101的所述上表面102之間，從而創造出電源與連接界面之間的直接接觸。
[0107]如本文所描述，在備選實施方式(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產生開口的部分表面，該開口創造出穿過框架的中空空間。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為框架的上表面或下表面的平面上圍繞所述框架完整延伸的向內的凸緣。該凸緣可小至具有0.25英寸的寬度，或者可覆蓋幾乎整個表面。
[0108]在該版本的圖示說明中，不使用或需要纜線或線束來向電粘附膜的電極傳遞或施加功率。如在此和在圖4E及圖6B中所示，電源130上的至少一對接觸點132將與電粘附膜120的連接界面上的接觸墊126對準，以便傳遞和施加功率。
[0109]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，框架還包含側壁，所述側壁包含內部面和外部面，從而在框架內創造出下表面與所述側面的內部面之間的腔室。
[0110]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，筒匣至少部分地安裝在框架的腔室內并與之相符合。
[0111]圖4B是圖4A中所示電粘附夾持系統100的替代示例，包含:框架101，其具有上表面102、擁有內部面103a和外部面103b的側面103，以及下表面104，從而在所述框架103內創造出所述下表面104與所述側面的內部面103a、103b之間的腔室105 ;筒匣110，其具有至少部分地安裝在所述腔室105內的上表面111、下表面112和側表面113 ;電粘附膜120，其具有位于或靠近夾持表面120a的一個或多個電極(未示出)，并且所述電粘附膜120的背襯面120b包裹在所述框架101周圍，至少部分地覆蓋所述筒匣110的下表面112、側表面113和上表面111以及所述框架101的所述側面103的外部面103b，并且其中所述電粘附膜的至少一部分包含連接界面125，該連接界面125在所述框架的上表面102上延伸；電源130，其耦合至所述框架101的上表面102，配置用于對電粘附膜120的一個或多個電極施加電壓，其中所述電粘附膜的所述連接界面125的至少一部分穿插在所述電源130的下表面131與所述框架101的所述上表面102之間。
[0112]如圖4A版本中所示，不使用或需要纜線或線束來向電粘附膜的電極傳遞和施加功率。如在此和在圖4E和圖6B中所示，電源130上的至少一對接觸點132將與電粘附膜120的連接界面上的接觸墊126對準，以便傳遞和施加功率。
[0113]在一些實施方式中，電粘附夾持系統還包括分散于所述筒匣與所述電粘附膜之間的可變形或可適形層。圖4C圖示了一個可比的系統，該系統附加了夾在筒匣與電粘附膜之間的可適形/可變形層115。可以提供可變形泡沫、聚合物、彈性體材料層、囊袋或障板層來作為柔性并具些許彈性的電粘附夾持膜層之下的富有柔性的背襯層。應當理解，由此產生的具有離散電極圖案的柔性并具順應性的電粘附夾持表面“覆蓋層”，并連同在其下方的可變形/可適形層，將能夠符合相對較大物體的不規則表面，同時在施加電壓期間對其提供多個不同的和離散的電粘附力。
[0114]圖4A至圖4E中的圖示為模塊化系統的最簡單形式，在電粘附夾持器系統內的各個組件能夠得到維護之前需要移除電源130。
[0115]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，框架是承重的:意指框架能夠支撐比電粘附夾持系統本身更重的載荷。在其他實施方式中，框架是金屬的。在其他實施方式中，框架可以是磁性的。在其他實施方式中，框架可以是非金屬的或非導電性的。每一選項在給定制造環境下或者伴隨不同的一組子裝配件組件而提供相比于其他選項的潛在優勢。
[0116]在諸如圖4E的電粘附夾持系統的一些實施方式中，電粘附膜120包含位于或靠近表面的一個或多個電極(未示出)，并且具有連接界面125，該連接界面125還包含連接至所述一個或多個電極的接觸墊126。舉非限制性示例而言，接觸墊可包含:導電區域或圖案；彈簧針；片簧；碳刷；彈簧接觸件；金屬接觸鈕126a ;接線器；線束；稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；電磁或鐵磁接觸件。
[0117]在電粘附夾持系統的該說明性示例的一些實施方式中，電源130還包含接觸點132，用于如圖6A和圖6B中所示那樣連接至電粘附膜120的連接界面125的接觸墊126并向其傳遞功率以及向電極傳遞電壓。舉非限制性示例而言，接觸點可包含:彈簧針132a ;片簧；碳刷；彈簧接觸件；金屬接觸鈕；稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；電磁或鐵磁接觸件。
[0118]圖6圖示了接觸點132、132a在電源130的下表面131上的僅一種可能的布置。
[0119]在下文詳述的其他實施方式中，電源與電粘附膜之間的連接界面還可在這兩個組件上包括接線器和/或線束，以代替彈簧針；片簧；碳刷；彈簧接觸件；金屬接觸鈕；稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；電磁或鐵磁接觸件。
[0120]在其他實施方式中，除彈黃針；片黃；碳刷；彈黃接觸件；金屬接觸鈕；稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；電磁或鐵磁接觸件之外，電源與電粘附膜之間的連接界面可包括在多個組件之間的接線器和/或線束的一些組合。例如，存在這樣的配置:其中，系統可能需要不止一個電源，并且每個電源可能因其預定功能和在系統上的放置位置而需要不同形式的連接耦合。
[0121]在其他實施方式中，接觸墊126和/或接觸點132分別包含電絕緣體127、133。在其他實施方式中，電粘附膜120的整個連接界面125可與框架103絕緣。
[0122]在本文所描述的電粘附夾持系統的任一實施方式中，電源可從框架分離。
[0123]進一步地，本文所描述的電粘附夾持系統的任何實施方式包含至少一個附著機構，用于保持各個組件的毗鄰表面至少部分地彼此處于緊密接觸。各個毗鄰表面可包括:電源與框架；電源與電粘附膜連接界面；框架與筒匣；筒匣與可變形層；筒匣與電粘附膜；可變形層與電粘附膜；電粘附膜與框架；或連接界面與框架。
[0124]本文所使用的術語干式粘附或干膠是指以允許壁虎攀爬諸如垂直玻璃等陡峭表面的壁虎足部適應為基礎的粘附產品。合成等效物使用碳納米管作為可重復使用式貼片上的合成剛毛。
[0125]在本文所描述的任一實施方式或毗鄰表面中，附著機構可包括:化學粘合劑，諸如粘貼膠層；機械緊固件，諸如螺桿、螺釘、螺母、鉚釘等；熱緊固件(例如:焊接、點焊或點熔位置)；干式粘附，諸如干膠，或者由范德華力或碳納米管所保持的軟片(有時稱為“人造壁虎”)；維可牢；吸力/真空粘附；磁性附著或帶(例如，單面或雙面)。根據給定的情況所期望或需要的模塊化程度，附著機構可創造永久的、臨時的或者甚至是可移除的附著形式。
[0126]參考圖5A和圖5B，其中圖示了模塊化電粘附夾持系統的進一步擴展。本文提供電粘附夾持系統200，包含:在一些方面中，永久性框架裝配件1000，其包含框架101，該框架101具有上表面102、擁有內部面103a和外部面103b的側面103以及下表面104，從而在所述框架101內創造出所述下表面104與所述側面103的內部面103a之間的腔室105 ;電源130，其耦合至所述框架101的上表面102，包含用于傳遞電壓的接觸點132，所述接觸點132經所述框架101中的開口 102a突出；筒匣110，其具有至少部分地安裝在所述框架腔室105內的上表面111、下表面112和側表面113，包含:電粘附膜120，該電粘附膜120具有位于或靠近夾持表面120a的一個或多個電極(未示出)，并且包裹在所述筒匣110周圍的電粘附膜120的背襯面120b至少部分地覆蓋筒匣的下表面112、側表面113和頂面111的至少一部分，其中所述電粘附膜120的至少一部分包含在位于電源130下方的筒匣111的上表面部分上延伸的連接界面125，其中所述連接界面125包含連接至所述一個或多個電極的接觸墊126，其中所述接觸墊126在被放置于所述框架101的所述腔室105內時與經框架開口 102a突出的電源130的所述接觸點132接合；并且其中所述電源130配置用于對位于或靠近電粘附膜120的夾持表面120a的一個或多個電極施加電壓。
[0127]本文提供電粘附夾持系統，該系統包含:框架，其具有上表面和下表面；筒匣，其具有上表面和下表面，能夠可拆卸地連接至所述框架的所述下表面；電粘附膜，其具有位于或靠近夾持表面的一個或多個電極、至少部分地覆蓋并能夠可拆卸地連接至所述筒匣的下表面的背襯面，并且包含第一連接界面；電源，其包含第二連接界面，配置用于通過所述第二連接界面來對電粘附膜的一個或多個電極施加電壓。
[0128]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，電粘附膜與電源之間的連接界面可包含線束或類似的快速斷開裝配機構，以代替接觸墊和接觸點。
[0129]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，框架101是承重的:意指框架能夠支撐比電粘附夾持系統本身更重的載荷。在其他實施方式中，框架是金屬的。在其他實施方式中，框架可以是磁性的。在其他實施方式中，框架可以是非金屬的或非導電性的。如前所述，每一選項在給定制造環境下或者伴隨不同的一組子裝配件組件而提供相比于其他選項的潛在優勢。
[0130]在一些實施方式中，電粘附夾持系統還包含分散于所述筒匣與所述電粘附膜之間的可變形或可適形層115。圖5B圖示了一個可比的系統，該系統附加了夾在筒匣與電粘附膜之間的可適形/可變形層115。如前所述，可以提供可變形泡沫、聚合物、彈性體材料層、囊袋或障板層來作為柔性并具些許彈性的電粘附夾持膜層之下的富有柔性的背襯層。應當理解，由此產生的具有離散電極圖案的柔性并具順應性的電粘附夾持表面“覆蓋層”，并連同在其下方的可變形/可適形層，將能夠符合相對較大物體的不規則表面，同時在施加電壓期間對其提供多個不同的和離散的電粘附力。
[0131]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，筒匣和所述電粘附膜組合成可分離式筒匣子裝配件215a。在其他實施方式中，筒匣、所述可變形或可適形層以及所述電粘附膜組合成另一類型的可分離式筒匣子裝配件215b。
[0132]在電粘附夾持系統的任一實施方式中，電粘附膜的連接界面在裝配時與所述框架電絕緣。
[0133]在電粘附夾持系統的任一實施方式中，電源130的接觸點132與所述框架101電絕緣132a。舉非限制性示例而言，在各個實施方式中，接觸點132可包含:彈簧針132a ;片簧；碳刷；彈簧接觸件；金屬接觸鈕；接線器；線束；稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；或鐵磁接觸件。
[0134]以類似的方式，電粘附夾持器系統的任何實施方式，電粘附膜連接界面125的接觸墊126也是電絕緣的。舉非限制性示例而言，在各個實施方式中，接觸墊126可包含:彈簧針；片簧；碳刷；彈簧接觸件；金屬接觸鈕126a ;接線器；線束；稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；或鐵磁接觸件。在其他實施方式中，電粘附膜的整個連接界面可與框架絕緣。
[0135]在本文所描述的電粘附夾持系統的任一實施方式中，電源可從框架分離。
[0136]如圖4A中所示，在電粘附夾持系統的一些實施方式中，如圖5A、圖7A或圖8A中所示的框架裝配件1000的備選實施方式可包含無側面或腔室的框架。
[0137]更進一步地，電粘附膜與電源之間的連接界面可包含線束或類似的快速斷開裝配機構，以代替接觸墊和接觸點。
[0138]此外，根據電粘附夾持系統及其預定應用的需求，系統可具有多個電源單元來在不同時間對系統的不同組件或子裝配件單元施加電壓。
[0139]本領域技術人員將會明白，根據電源相對于由電源單元所供電的組件的相對位置，可以對不同的電源單元應用多種連接界面配置。例如，連接至框架的可拆卸電源可以采用具有接觸點和接觸墊的無線連接界面；而在沒有足夠的空間來直接附接電源的情況下，安裝在系統的基部或機器臂上的遠程電源可以采用線束或類似的快速斷開系統來對系統的子裝配件或組件施加功率。
[0140]更進一步地，本文所描述的電粘附夾持系統的任何實施方式包含至少一個附著機構，用于保持各個組件的毗鄰表面至少部分地彼此處于緊密接觸。各個毗鄰表面可包括:電源與框架；筒匣與可變形層；可變形層與電粘附膜；筒匣與連接界面；或筒匣與電粘附膜。
[0141]在本文所描述的任一實施方式或Btt鄰表面中，附著機構可包括:化學粘合劑，諸如粘貼膠層；機械緊固件，諸如螺桿、螺釘、螺母、鉚釘等；熱緊固件(例如:焊接、點焊或點熔位置);基于導軌的系統或機械嵌套系統；干式粘附，諸如干膠；使用被動范德華力或碳納米管的軟表面粘附；維可牢；吸力/真空粘附；或者帶(例如:單面或雙面)；磁性或電磁附著。根據給定的情況所期望或需要的模塊化程度，附著機構可創造出永久的、臨時的或者甚至是可移除的附著形式。
[0142]例如，可能期望機械緊固件來將電源附著至框架，然而在筒匣與可適形層、筒匣與電粘附膜、或者可適形層與電粘附膜的毗鄰層之間具有永久的、臨時的或可移除的化學粘合劑的任何組合可能是優選的。以類似的方式，在諸如絕緣體和接觸件等各個組件之間具有熱緊固連接可能是適當的。此外，可能期望諸如帶、維可牢或者甚至吸墊等更方便或成本上更保守的附著機構。備選地，在潮濕環境下或者在精密框架或組件材料可能需要更具創造性或更昂貴的附著手段的情況下，諸如干式粘附等更先進的粘附方法可能是優選的。
[0143]參考圖7和圖8，圖中可見模塊化電粘附夾持系統的其他實施方式。本文提供電粘附夾持系統的變體，其包含本文所描述的任何配置，并且還包含至少一個可拆卸界面150。
[0144]如本文所描述，可拆卸界面是任何模塊化系統連接點，其預定是很容易分離的，以便進行檢查、維修和替換。此類連接界面點通常得到策略性的設計和放置，以便易于允許操作者在必要時操縱連接，但又在正常使用中保持和維持兩個組件之間的穩定連接。
[0145]在一些實施方式中，可拆卸界面150位于如圖5、圖7和圖8中任一個所示的電源130與框架101之間。在其他實施方式中，可拆卸界面150位于如圖5、圖7和圖8中所示的永久性框架裝配件1000或框架101與筒匣裝配件215、315、415之間。
[0146]在電粘附夾持系統的一些實施方式中，至少一個可拆卸界面采用包含以下各項中至少一個的附著機構:化學粘合劑；干膠或干式粘附緊固機構；機械緊固件；維可牢；帶；磁體；或電粘附表面。在一些情況下，當采用磁性裝置時，磁體可包括:稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；電磁體；或鐵磁接觸件。附著機構可涉及將可拆卸界面附著至夾持系統組件的方法，或者在一些情況下附著機構可涉及將可拆卸界面本身附著在一起的方法。
[0147]在電粘附夾持系統的其他實施方式中，至少一個可拆卸界面還包含位于一個裝配件組件上的磁性墊板117和位于相對的組件上的磁體。更進一步地，如圖7和圖8中所示，磁性墊板耦合至筒匣裝配件315的筒匣110的上表面111。在其他實施方式中，磁性墊板耦合至框架101的下表面104。如同已經描述的其他組件界面一樣，可以采用諸如化學粘合齊U、機械緊固件、維可牢、帶或磁體等附著機構來將墊板粘附或耦合至相配的組件表面。
[0148]本領域技術人員很容易明白，在一些實施方式中墊板可以不是磁性的。在一些實施方式中，墊板可以是金屬板；非金屬板；或非磁性板。在每種情況下，可以選擇諸如上文所述的適當附著機構來創造出永久或臨時形式的附著。
[0149]更進一步地，在包含具有墊板的可拆卸界面的電粘附夾持系統的其他實施方式中，可在所述墊板與可拆卸界面的另一側上的相對耦合面之間采用第二附著機構。例如，第二附著機構可包括:(臨時)化學粘合劑；機械緊固件；磁體；干式粘附；維可牢；吸力/真空粘附；或帶。在采用磁性裝置的情況下，磁體可包括:稀土磁體；鐵氧體磁體；鋁鎳鈷磁體；電磁體；或鐵磁接觸件。如圖7中所示，可拆卸界面的每個組件具有附著至其主附著面的裝置以及輔助附著機構，該輔助附著機構用于向其在相對組件上的相配的可拆卸界面的可移除附著。
[0150]如圖8中所示，在其他實施方式中，可拆卸界面150可包含兩個墊板:其中可拆卸界面的至少一側包含(至少一個)第一墊板117，其中墊板117的上表面117a耦合至框架101的下表面104 ;以及(至少一個)第二墊板117，其中墊板117的下表面117b耦合至筒匣110或筒匣裝配件315a或315b的上表面111。
[0151]更進一步地,包含所述至少一個第一墊板117和至少一個第二墊板117的至少一個可拆卸界面可包含以下各項中的至少一個:金屬板；磁性板；非金屬板；或非磁性板。
[0152]在具有可拆卸界面150的任何前述墊板實施方式中，在墊板本身之間可存在另一附著機構108，其舉非限制性示例而言包含以下各項中的至少一個:磁體108a ;靜電粘附；范德華力；干式粘附；真空/吸力；臨時粘合劑；可熔粘合劑；以及機械緊固件。
[0153]在一些實施方式中，本領域技術人員將會認識到，所描述的任一配置的并且配置用于激活電粘附膜的電源機構130可以與配置用于激活針對包含所述第一和第二墊板的可拆卸界面的靜電粘附力或電粘附膜與筒匣之間的靜電粘附力的電源機構相同或不同。換言之，可能存在兩個或更多個電源，各自具有單獨的功能。
[0154]如前所述，任何具有可拆卸界面的系統的電源可以具有可從框架分離的電源。分離電源的裝置或方法可以與可拆卸界面相同或者可以與之不相同。
[0155]在任何前述實施方式中，電粘附夾持系統可包括位于筒匣與電粘附膜之間的可適形/可變形層。所述可適形/可變形層可以包含:泡沫、聚合物、彈性體材料或囊袋。更進一步地，囊袋可以是液壓囊袋或氣動囊袋。更進一步地，囊袋可以填充可壓縮材料或松散填塞的材料，諸如聚合物珠、砂、泡沫聚苯乙烯、豆、皮殼或其他類似的材料等，所述材料將會提供對電粘附夾持器膜表面的順應性，從而允許對非光滑或非平坦外來表面的更好的符合性。
[0156]雖然本文已示出和描述了本發明的優選實施方式，但對于本領域技術人員顯而易見的是，此類實施方式只是以示例方式提供的。本領域技術人員將會在不偏離本發明的情況下想到許多改變、變化和替代。應當理解，在本發明的實踐中可以采用本文所描述的本發明實施方式的各種替代方案。以下權利要求旨在限定本發明的范圍，并從而涵蓋這些權利要求范圍內的方法和結構及其等同物。
【權利要求】
1.一種電粘附夾持系統，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，其中所述上表面能夠可拆卸地連接至所述框架的所述下表面； 電粘附膜，其具有位于或靠近夾持表面的一個或多個電極、至少部分地覆蓋并可連接至所述筒匣的下表面的背襯面，并且包含連接界面，該連接界面可在所述筒匣的上表面的一部分上延伸，或者可選地在所述框架的上表面的一部分上延伸；以及 電源，其耦合至所述框架的上表面，配置用于對所述電粘附膜的所述一個或多個電極施加電壓，其中所述電粘附膜的所述連接界面的至少一部分與所述電源直接接觸。
2.根據權利要求1的電粘附夾持系統，其中所述框架還包含側壁，該側壁包含內部面和外部面，從而在所述框架內提供所述下表面與所述側面的所述內部面之間的腔室。
3.根據權利要求2的電粘附夾持系統，其中所述筒匣至少部分地符合于所述框架腔室內。
4.根據權利要求1的電粘附夾持系統，還包含可變形或可適形層，該可變形或可適形層分散在所述筒匣的下表面與所述電粘附膜的所述背襯面之間。
5.根據權利要求1的電粘附夾持系統，其中所述連接界面還包含接觸墊，該接觸墊連接至所述一個或多個電極以便接收從所述電源施加的電壓。
6.根據權利要求5的電粘附夾持系統，其中所述接觸墊包含: 導電區域或圖案； 彈簧針； 片簧； 碳刷； 彈簧接觸件； 金屬接觸鈕； 接線器； 線束； 稀土磁體； 鐵氧體磁體； 鋁鎳鈷磁體；或 鐵磁接觸件。
7.根據權利要求5的電粘附夾持系統，其中所述電源還包含用于對所述接觸墊施加所述電壓的接觸點。
8.根據權利要求7的電粘附夾持系統，其中所述接觸點包含: 彈簧針； 片簧； 碳刷； 彈簧接觸件； 金屬接觸鈕； 接線器； 線束； 稀土磁體； 鐵氧體磁體； 鋁鎳鈷磁體；或 鐵磁接觸件。
9.根據權利要求5至8中任一項的電粘附夾持系統，還包含電絕緣體。
10.根據權利要求1或2的電粘附夾持系統，其中所述電源可從所述框架分離。
11.根據權利要求1或2的電粘附夾持系統,包含第一附著機構,該第一附著機構用于保持以下毗鄰表面之間的接觸: 所述電源與所述框架之間； 所述電源與所述電粘附膜連接界面之間； 所述框架與所述筒匣之間； 所述筒匣與可變形層之間； 所述筒匣與所述電粘附膜之間； 所述可變形層與所述電粘附膜之間； 所述電粘附膜與所述框架之間；或 所述連接界面與所述框架之間。
12.根據權利要求11的電粘附夾持系統，其中所述第一附著機構包含: 化學粘合劑； 機械緊固件； 熱緊固件； 干式粘附； 維可牢； 吸力/真空粘附； 鐵磁體； 電磁體；或 帶。
13.根據權利要求12的電粘附夾持系統，其中所述第一附著機構提供永久附著。
14.根據權利要求12的電粘附夾持系統，其中所述附著機構提供臨時附著。
15.根據權利要求12的電粘附夾持系統，其中所述第一附著機構提供可移除附著。
16.根據權利要求1至5中任一項的電粘附夾持系統，其中所述電粘附膜的所述連接界面與所述框架電絕緣。
17.—種電粘附夾持系統，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，能夠可拆卸地連接至所述框架的所述下表面； 電粘附膜，其具有位于或靠近夾持表面的一個或多個電極、至少部分地覆蓋并能夠可拆卸地連接至所述筒匣的下表面的背襯面，并且包含第一連接界面； 電源，其包含第二連接界面，配置用于通過所述第二連接界面來對所述電粘附膜的所述一個或多個電極施加電壓。
18.根據權利要求17的電粘附夾持系統，還包含可變形或可適形層，該可變形或可適形層分散在所述筒匣的所述上表面與所述電粘附膜的背襯面之間。
19.根據權利要求17的電粘附夾持系統，其中所述電源可從所述框架分離。
20.根據權利要求17的電粘附夾持系統，其中所述電源遠程地位于遠離所述系統之處。
21.根據權利要求17的電粘附夾持系統，還包含電絕緣體。
22.根據權利要求17、19至21中任一項的第一連接界面或第二連接界面，包含: 纜線； 連接器； 彈簧針； 片簧； 接觸刷； 彈簧接觸件； 金屬接觸鈕； 接線器； 線束； 稀土磁體； 鐵氧體磁體； 鋁鎳鈷磁體；或 鐵磁接觸件。
23.根據權利要求17或18的電粘附夾持系統,包含第一附著機構,該第一附著機構用于保持以下毗鄰表面之間的接觸: 所述電源與所述框架之間； 所述筒匣與可變形層之間； 所述可變形層與所述電粘附膜之間； 所述筒匣與所述連接界面之間；或 所述筒匣與所述電粘附膜之間。
24.根據權利要求23的電粘附夾持系統，其中所述附著機構包含: 化學粘合劑； 機械緊固件； 熱緊固件； 干式粘附； 磁體； 維可牢； 吸力/真空粘附；或 帶。
25.根據權利要求24的第一附著機構，其中所述附著機構提供永久附著。
26.根據權利要求24的第一附著機構，其中所述附著機構提供臨時附著。
27.根據權利要求24的第一附著機構，其中所述附著機構提供可移除附著。
28.根據權利要求17的電粘附夾持系統，還包含至少一個可拆卸界面。
29.根據權利要求28的電粘附夾持系統，其中所述至少一個可拆卸界面位于所述電源與框架之間。
30.根據權利要求28的電粘附夾持系統，其中所述至少一個可拆卸界面位于所述框架與所述筒匣之間。
31.根據權利要求28的電粘附夾持系統，其中所述至少一個可拆卸界面位于所述框架與筒匣裝配件之間。
32.根據權利要求28的電粘附夾持系統，其中所述至少一個可拆卸界面采用包含以下各項中至少一個的附著機構: 化學粘合劑； 機械緊固件； 維可牢； 干式粘附表面； 納米管或納米毛； 帶; 磁體；和 電粘附表面。
33.根據權利要求32的電粘附夾持系統，其中所述磁體包含: 稀土磁體； 鐵氧體磁體； 鋁鎳鈷磁體； 電磁體；或 鐵磁接觸件。
34.根據權利要求28的電粘附夾持系統，其中所述至少一個可拆卸界面還包含磁性墊板。
35.根據權利要求34的電粘附夾持系統，其中所述磁性墊板耦合至所述筒匣的上表面。
36.根據權利要求34的電粘附夾持系統，其中所述磁性墊板耦合至所述框架的下表面。
37.根據權利要求35或36的電粘附夾持系統,包含位于所述磁性墊板與所述稱合的表面之間的第二附著機構。
38.根據權利要求37的電粘附夾持系統，其中所述第二附著機構包含: 化學粘合劑； 機械緊固件； 磁體； 干式粘附表面； 維可牢； 吸力/真空粘附；或 帶。
39.根據權利要求28的電粘附夾持系統，其中所述至少一個可拆卸界面包含第一墊板和第二墊板，所述第一墊板耦合至所述框架的下表面，而所述第二墊板耦合至所述筒匣或筒匣裝配件的上表面。
40.根據權利要求39的電粘附夾持系統，其中所述至少一個可拆卸界面所包含的所述第一墊板和第二墊板包含以下各項中的至少一個: 金屬板； 磁性板； 非金屬板；和 非磁性板。
41.根據權利要求39的電粘附夾持系統,其中包含第一墊板和第二墊板的所述至少一個可拆卸界面通過包含以下各項中至少一個的附著機構耦合在一起: 磁體； 靜電粘附； 范德華力； 干式粘附； 真空/吸力； 可熔粘合劑；和 機械緊固件。
42.根據權利要求41的電粘附夾持系統，其中根據權利要求17至20中任一項的、配置用于對所述電粘附膜的所述一個或多個電極施加電壓的所述電源可與配置用于激活針對包含所述第一墊板和第二墊板的所述可拆卸界面的靜電粘附力的電源機構相同或不同。
43.根據權利要求18、20、40和41中任一項的電粘附夾持系統，其中所述電源可從所述框架分離。
44.根據權利要求4或18的電粘附夾持系統，其中所述可變形或可適形層包含: 泡沫； 聚合物； 彈性體材料； 障板；或
45.根據權利要求4或18的電粘附夾持系統，其中所述可變形或可適形層能夠在移除施加的電壓時可逆地變形或適形。
46.根據權利要求1或17的電粘附夾持系統，其中所述框架是承重的。
47.根據權利要求1或17的電粘附夾持系統，其中所述框架是金屬的。
48.根據權利要求1或17的電粘附夾持系統，其中所述框架是磁性的。
49.根據權利要求1或17的電粘附夾持系統，其中所述框架是非導電性的。
50.根據權利要求1或17的電粘附夾持系統，其中所述框架是非金屬的。
【文檔編號】B25J15/00GK204094793SQ201420020729
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】哈沙·普拉拉德, 埃里克·溫格, 羅伯特·羅伊 申請人:格拉比特公司