CN113924194A - 用于可适应抽吸装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明将提供一种适于提供抓持力和抽吸力以拾取并且移动各种物体的抽吸装置。这通过抽吸隔室、膜片隔室、密封膜片隔室的可变形膜片和至少一个压力机构来实现。该至少一个压力机构与抽吸隔室流体连接，并且构造为改变抽吸隔室内的特性以帮助提供抓持力和吸力。本发明将通过以下方式来抓取物体：将可变形膜片定位为与所述物体相邻，改变可变形膜片以与所述物体相贴合并且与所述物体产生密封，然后通过压力机构对抽吸隔室减压，在该密封区域内向所述物体提供足以抓取所述物体的抽吸力。

Description

用于可适应抽吸装置的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年11月11日提交的美国临时专利申请号62/933,647和2020年6月13日提交的美国临时专利申请号63/038,806的权益，这两篇专利申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种构造为抓取、吸引和保持物体的装置，更具体地，涉及一种用于抓取多种不同物体的方法和设备。

背景技术

自动化在诸如制造、农业、电子商务和物流行业中的兴起带来了对机器人操纵器以及配合在它们上的抓持器的不断增长的需求。更具体地，许多领域都需要用单个抓持器抓持不同种类的物体。现有的解决方案主要涉及指型抓持器或真空吸盘的使用。

对于指型抓持装置，抓持力、接近方向和物体上的抓持点需要被良好地限定，以确保在不损坏物体的同时成功抓持。此外，指型抓持装置难以从大于手指的最大开口的物体表面抓持物体。此外，如果一批长方体形状的箱子被紧密包装，使得箱子的所有侧面都与相邻的箱子完全接触，则指型抓持装置不能够从顶部抓握箱子，因为没有空间使得手指伸入并且抓握箱子的侧面。

真空吸盘可以抓持大于吸盘尺寸的物体或从一批包装紧密的箱子中拾取一个箱子，并且对抓持力控制没有高要求。然而，由于真空吸盘难以抓持具有一定形状的物体，以至于物体和真空吸盘之间不能很好地建立密封，因此它们能够抓持的物体类型是受限的，并且接近方向和物体上的抓持点仍然需要很好地限定。

将手指和真空吸盘组合成单个的抓持装置，例如US7,409,812中的抓持装置，可以减少它们各自的一些局限性，但是关于接近方向和抓持点的问题仍然存在。此外，它们经常仍然不能抓取包括不平坦大表面的多种物体。

虽然存在若干抓持器，例如指型抓持器和真空吸盘抓持器，但是没有一个特别有效并且适合作用于各种类型的物体。因此，仍然需要一种可以利用抓持力和抽吸力来拾取和移动多种物体的装置。此外，还仍然需要一种在物体被抓取和移位时提供持续吸力的装置。本发明满足了这些需要。

发明内容

本发明将提供一种适于提供抓持力和抽吸力以拾取并且移动各种物体的抽吸装置。这通过抽吸隔室、膜片隔室、密封所述膜片隔室的可变形膜片和至少一个压力机构来实现。该至少一个压力机构与抽吸隔室流体连接，并且构造为改变抽吸隔室内的特性以帮助提供抓持力和吸力。本发明将通过以下方式来抓取物体：将可变形膜片定位为与所述物体相邻，改变可变形膜片以与所述物体相贴合并且与所述物体产生密封，然后通过压力机构对抽吸隔室减压，在该密封区域内向所述物体提供足以抓取所述物体的抽吸力。

在阅读了以下优选实施例的详细描述之后，本发明的这些和其他目的对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。应理解，前面的一般性描述和下面的详细描述是示例性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。

附图说明

图lA是本发明的正面透视图的横截面；

图1B是本发明的正面透视图的横截面；

图1C是本发明的正面透视图的横截面；

图2A是本发明的底部透视图的横截面；

图2B是本发明的底部透视图的横截面；

图2C是本发明的底部透视图的横截面；

图2D是本发明的底部透视图的横截面；

图2E是本发明的底部透视图的横截面；

图2F是本发明的底部透视图的横截面；

图3A是本发明的正面透视图的横截面；

图3B是本发明的正面透视图的横截面；

图3C是本发明的正面透视图的横截面；

图3D是本发明的正面透视图的横截面；

图3E是本发明的正面透视图的横截面；

图3F是本发明的正面透视图的横截面；

图4A是本发明的正面透视图的横截面；

图4B是本发明的正面透视图的横截面；

图4C是本发明的正面透视图的横截面；

图5是本发明的正面透视图的横截面；

图6A是本发明的正面透视图的横截面；

图6B是本发明的正面透视图的横截面；

图6C是本发明的正面透视图的横截面；

图6D是本发明的正面透视图的横截面；

图6E是本发明的正面透视图的横截面；

图7是本发明的正面透视图的横截面；

图8A是本发明的正面透视图的横截面；

图8B是本发明的正面透视图的横截面；

图8C是本发明的正面透视图的横截面；

图9A是本发明的正面透视图的横截面；

图9B是本发明的正面透视图的横截面；

图9C是本发明的正面透视图的横截面；

图10是本发明的正面透视图的横截面；

图llA是本发明的一系列框图；

图llB是本发明的一系列框图；

图llC是本发明的一系列框图；

图llD是本发明的一系列框图；

图llE是本发明的一系列框图；

图llF是本发明的一系列框图；

图llG是本发明的一系列框图；

图llH是本发明的一系列框图；

图12A示出了本发明的详细实施例；

图12B示出了本发明的详细实施例的一部分；

图13是本发明的详细实施例的正面透视图的横截面；

图14是本发明的详细实施例的正面透视图的横截面；

图15是本发明的正面透视图的横截面；

图16是本发明的正面透视图的横截面；

图17是本发明的正面透视图的横截面；

图18是本发明的正面透视图的横截面；

图19是本发明的正面透视图的横截面；

图20是本发明的正面透视图的横截面；

图21是本发明的正面透视图的横截面；

图22是本发明的正面透视图的横截面；

图23是本发明的正面透视图的横截面；

图24是本发明的正面透视图的横截面；

图25是本发明的正面透视图的横截面；

图26是本发明的正面透视图的横截面；

图27是本发明的正面透视图的横截面；

图28是本发明的正面透视图的横截面；

图29是本发明的正面透视图的横截面；

图30是本发明的正面透视图的横截面；

图31是本发明的正面透视图的横截面；

图32A是本发明的正面透视图的横截面；

图32B是本发明的正面透视图的横截面；

图33A是本发明的正面透视图的横截面；

图33B是本发明的正面透视图的横截面；

图34A是本发明的正面透视图的横截面；

图34B是本发明的正面透视图的横截面；

图35A是本发明的正面透视图的横截面；

图35B是本发明的正面透视图的横截面；

图36A是本发明的正面透视图的横截面；

图36B是本发明的正面透视图的横截面；

图37A是本发明的正面透视图的横截面；

图37B是本发明的正面透视图的横截面；

图38A是本发明的正面透视图的横截面；

图38B是本发明的正面透视图的横截面；

图38C是本发明的正面透视图的横截面；

图38DD是本发明的正面透视图的横截面；

图38E是本发明的正面透视图的横截面；

图38F是本发明的正面透视图的横截面；

图38G是本发明的正面透视图的横截面，其中一些突起在正面透视图中被示出；

图38H是本发明的正面透视图的横截面，其中一些突起在正面透视图中被示出；

图39A是本发明的正面透视图的横截面；

图39B是本发明的正面透视图的横截面；

图40A是本发明的正面透视图的横截面；

图40B是本发明的正面透视图的横截面；

图41是本发明的膜片的正面透视图的横截面；

图42是本发明的膜片的正面透视图的横截面；

图43是本发明的膜片的正面透视图的横截面；

图44是本发明的膜片的正面透视图的横截面；

图45A是本发明的正面透视图的横截面；

图45B是本发明的正面透视图的横截面；

图46A是本发明的正面透视图的横截面；

图46B是本发明的正面透视图的横截面；

图47A是本发明的正面透视图的横截面；

图47B是本发明的正面透视图的横截面；

图47C是本发明的正面透视图的横截面；

图47D是本发明的正面透视图的横截面；

图48A是本发明的正面透视图的横截面；

图48B是本发明的正面透视图的横截面；

图48C是本发明的正面透视图的横截面；

图49A是本发明的正面透视图的横截面；

图49B是本发明的正面透视图的横截面；

图50是本发明的正面透视图的横截面；

图51是本发明的正面透视图的横截面；

图52是本发明的正面透视图的横截面；

图53是本发明的正面透视图的横截面；

图54是本发明的正面透视图的横截面；

图55A是本发明的一系列框图；

图55B是本发明的一系列框图；

图55C是本发明的一系列框图；以及

图56是本发明的一系列框图。

具体实施方式

下面描述了本发明的说明性实施例。以下解释提供具体细节，以便透彻理解并且实现对这些实施例的描述。本领域技术人员将理解，本发明可以在没有这些细节的情况下实施。在其他情况下，没有详细示出或描述公知的结构和功能，以避免使实施例的描述出现非必要的模糊。

除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应被解释为包含性的意义，而不是排他性或穷举性的意义；也就是说，为“包括但不限于”的意义，使用单数或复数的词语也分别包括复数或单数。另外，词语“这里”、“上面”、“下面”和类似含义的词语在本申请中使用时应当是指本申请的整体，而不是指本申请的任何特定部分。当权利要求书中关于两个或多个项目的列举使用词语“或”时，该词语涵盖了该词语的所有以下解释：列举中的任何项目、列举中的所有项目以及列举中的项目的任何组合。

本发明包括抽吸隔室200、膜片隔室100、抽吸壁500、膜片壁510、附接到抽吸壁500和膜片壁510的可变形膜片300以及至少一个压力机构600。抽吸隔室200形成在抽吸壁500内，并且膜片隔室100形成在抽吸壁500、膜片壁510和可变形膜片300之间。至少一个压力机构600与抽吸隔室200流体连接，并且构造为改变抽吸隔室200内的特性。当抽吸隔室200和/或膜片隔室100的特性改变时，可变形膜片300的尺寸、形状和取向也改变。这样，本发明将通过将可变形膜片300定位成与所述物体900相邻，改变可变形膜片300以与所述物体900相贴合并且与其产生密封，然后通过压力机构600对抽吸隔室200减压，在该密封区域内向所述物体900施加足以抓取所述物体900的抽吸力。

抽吸隔室200可以大体描述为管或由抽吸壁500界定的其他细长的圆柱形腔室。在优选实施例中，抽吸壁500是刚性的，并且定位在膜片隔室100内。在替代实施例中，抽吸隔室200可以定位在膜片隔室100外，并且可以是柔性的，或者可以具有柔性部。此外，在替代实施例中，抽吸壁500和抽吸隔室200构造为相对于膜片壁510移动。这些不同的实施例将在下面进一步描述。此外，抽吸壁500还可以包括不同形状、不同的厚度，并且可以由各种不同材料制成。

抽吸隔室200与压力机构600流体连通，并且还包括通过开口400，一般通过开口400与环境连通。例如，如果本发明在室内的空气中被操作，则在装置接触物体900之前，抽吸隔室200中的压力将会是大气压力。抽吸隔室200的开口400可以采用以下构造中的至少一个或一些组合或全部组合的形式：单孔、具有多个孔的表面、栅格、多孔材料、过滤器、透气材料或其他方式，以在抽吸隔室200和环境之间形成连通。

膜片隔室100由抽吸壁500、膜片壁510界定，并且由至少一个可变形膜片300或膜片的一部分部分或完全地包围。在优选实施例中，膜片壁510是刚性的并且平行于抽吸壁500定向。在替代实施例中，膜片壁510定向成使得可变形膜片300的有效表面积增大或减小。更具体地，可变形膜片300的外径和由可变形膜片300形成的密封增大，有效地增大了抽吸隔室和密封内的容积。替代地，膜片壁510可以是成角度的。在另外的替代施例中，膜片壁510构造为相对于抽吸壁500移动，使得可变形膜片300的形状和有效表面积被改变。这些不同的实施例将在下面进一步描述。此外，膜片壁510还可以包括不同的形状、不同的厚度，并且可以由各种不同的材料制成。

包围膜片隔室100的可变形膜片300构造为与在膜片隔室100内产生的改变相贴合。更具体地，膜片隔室100填充有介质，其中所述介质的特性上的改变将改变可变形膜片200的形状、尺寸、取向和有效表面积。该介质可以是以下元件中的一种或组合：气体、流体、颗粒状材料、相变材料、可压缩固体或能够使这样的隔室改变形状的其他材料。

可变形膜片300由一种或多种材料制成，这些材料包括；聚合物、弹性体、复合材料和掺杂有纳米颗粒的材料、小片、石墨、石墨烯、纳米管、硅树脂、乳胶、热塑性弹性体、纤维增强材料、金属或其他材料。在若干实施例中，可变形膜片300可以是可拉伸的或不可拉伸的，并且可以具有包括单个部件的整体结构。此外，可变形膜片300还可以具有组装的结构，组装的结构除了包括不能够改变形状的一个或更多个部件(例如，金属螺纹插入件)之外，包括能够改变形状的至少一个部件。此外，腔体和/或导管可以存在于可变形膜片300内，以提供不同的功能(例如，结构上的、流体通道、热绝缘)。最后，可变形膜片300可以形成有多种表面纹理，例如光滑的、粗糙的、具有一个或更多个凹部或具有一个或更多个突起350。

在替代实施例中，可变形膜片300还包括波纹管形状、吸盘形状、突起、凹部、脊部、凹槽、纹理、孔、腔体、不同的厚度，或由不同的材料形成，或还包括膜片的组合。

压力机构600构造为改变抽吸隔室200内的特性。在优选实施例中，压力机构600仅与抽吸隔室200流体连通。在替代实施例中，压力机构600可以构造为改变抽吸隔室200和膜片隔室100两者内的特性。在另外的替代实施例中，压力机构600相对于抽吸隔室200与膜片隔室100流体连通，使得抽吸隔室200中的任何改变直接影响膜片隔室100。例如，如果压力机构600对抽吸隔室200减压，则其将会对膜片隔室100加压。

图1A是本发明的示例性实施例，示出了抽吸隔室200、膜片隔室100、可变形膜片300、抽吸壁500、膜片壁510和通向环境的开口400。图1A还示出了用于改变抽吸隔室200内的压力的压力机构600，以及用于改变膜片隔室100内的压力的膜片压力机构650，导致可变形膜片300的形状的改变。图1B示出了具有弯曲形状的抽吸壁500。图1C示出了具有喇叭形或漏斗形的开口400，增加由可变形膜片300在定位成与所述物体900相邻时形成的密封的表面积。

图2A-2F示出了多种实施例，这些实施例从底部视角被示出，其中抽吸隔室和膜片隔室200、100以不同的形状在多种构造中被定向。图2A示出了上述的优选实施例，而图2B示出了抽吸隔室200与膜片隔室100交换的替代实施例。图2C示出了膜片隔室100定位成与抽吸隔室200相邻的替代实施例。图2D示出了包括围绕抽吸隔室200的多个膜片隔室101、102、103的替代实施例。在该实施例中，膜片隔室101、102、103可以包括其自身的膜片300或隔室共享一部分的单个的膜片300。图2E示出了在膜片隔室100内包括多个抽吸隔室201、202、203的替代实施例。图2F示出了包括连接抽吸隔室200和膜片隔室100的环199的替代实施例。

图3A-3F示出了多种实施例，这些实施例从前视图和/或前剖视图中被示出，其中抽吸隔室200、膜片隔室100和可变形膜片300以不同的形状在多种构造中被定向。图3A和图3C示出了定位在膜片隔室100内的抽吸隔室200，而图3B示出了定位在膜片隔室100的一侧上的抽吸隔室200。图3D和图3E示出了作为产生抽吸的细导管的抽吸隔室200。图3F示出了具有可变厚度的可变形膜片300。

图4A示出了定位在抽吸隔室200上方的单个的压力机构600。图4B示出了以活塞610为形式的单个的负压力源，活塞610定位在抽吸隔室200内用于增加或减小抽吸隔室200内的压力。图4C示出了具有平坦的抽吸壁500的抽吸隔室200，抽吸壁500覆盖可变形膜片300的中心开口400，并且以力620为形式的压力机构600被施加到内壁500，拉动内壁，使得抽吸隔室200的容积增大并且其压力减小，只要其开口相对环境密封。

图5和图6A-6E是示例性实施例，这些示例性实施例示出了如何可以通过膜片隔室100中的改变、抽吸隔室200中的改变、或通过形成隔室100、200的结构元件的移动来操纵可变形膜片300的形状和位置。更具体地，可以使用以下项目中的一个或更多个来操纵可变形膜片300的形状和位置：泵、压缩机、文丘里系统(Venturi system)、阀、能够物理地或化学地吸收流体的材料、空间的抽空容积、包含加压流体的空间容积、活塞610、基于机械、电子机械、气动、液压、电气、磁、压电、形状记忆、电磁、静电、热力、声、化学或者使形成膜片300和/或结构元件移位和/或变形的其他致动原理工作的一个或更多个致动机构640(这些都形成本发明的一部分)、使在膜片隔室100内的物质移位的系统、或施加到密封隔室200的开口的以平坦元件为形式的抽吸壁500的力620。

在图5中，通过借助膜片压力机构650对膜片隔室100内的物质加压或减压，引起可变形膜片300的移动。

图6A示出了通过借助致动机构640移动抽吸壁500而引起的可变形膜片300的形状上的改变，图6B示出了通过借助多个致动机构640移动膜片壁510而引起的改变，图6C示出了通过借助多个致动机构640移动两个壁500、510而引起的改变。图6D示出了单个的致动机构640可以单独地移动壁500、510的实施例，而图6E示出了抽吸壁500相对于膜片壁510移动并且与其相对地移动。

图7示出了致动系统630与压力机构600类似地操作的实施例，但是致动系统630连接到两个隔室100、200。致动系统630可以包括压缩机、文丘里系统(Venturi system)、真空发生器或这些的组合，致动系统630相对于抽吸隔室200与膜片隔室100流体连通。这里，致动系统630将从抽吸隔室200抽吸空气，压缩空气，将其输送到膜片隔室100。相反，致动系统630也可以将空气从膜片隔室100移动到抽吸隔室200。在替代实施例中，可以在隔室100、200的任一者或两者中使用阀来调节它们的压力。

图8A-8C示出了当本发明接近不具有光滑表面的物体900时的抽吸效果。在图8B中，抽吸隔室200被减压，由于物体900的表面不均匀，密封的有效性可能受到限制，并且因此，抓持力和抽吸力也降低，图8C示出了改变可变形膜片300的形状的益处。这里，通过使可变形膜片300与物体900相贴合来增强密封，从而提高抽吸效果并且降低了潜在的泄露。本发明将特别适用于抽吸盘可能无法形成期望的密封的物体。示例包括收缩包装的物体、具有粗糙表面的物体、具有角的物体和具有不平坦表面或不规则表面的其他物体。

图9A-9C示出了除了抽吸之外，本发明如何可以通过摩擦力来改进抓取。更具体地，通过与具有竖直尖端的物体900的形状相贴合，可变形膜片300将产生附加的摩擦力(尤其是在抓取动作生成剪切力的分量时)。图9B示出了抽吸力对于这些类型的物体900是如何不充分的，其中密封不能容易地形成。图9C示出了与竖直尖端直接接触并且适应它们的形状的可变形膜片300。这将允许可变形膜片300通过摩擦力抓取物体900。在形成了密封的情况下，这些摩擦力将与抽吸力结合。如果抽吸无效(例如，密封不良)，则摩擦将是主要的保持力。

图10示出了可变形膜片300在抽吸壁500的边缘处附接到壁510的边缘的实施例。这里，传感器10用于确定装置和物体900的各种特性。在优选实施例中，传感器10构造为监控由可变形膜片300对物体900施加的压力。这里，传感器10还包括测量抽吸隔室200内的绝对压力或压差，并且还可以包括测量可变形膜片300的张力的应变传感器和压力传感器。其他传感器10也可以用于控制膜片隔室100的压力变化，其他传感器10包括压力传感器。此外，相同的或多个传感器10可以用于控制由膜片300施加的压力和抽吸隔室200中的压力。

其他类型的传感器10也可以用于直接或间接地监控膜片300的移动、膜片300和物体900之间的相互作用、抓持力的强度以及物体900的存在。这些传感器包括距离传感器、摄像机、光纤、触摸传感器和红外传感器，并且该信息可以用于主动地或自动地控制隔室压力变化动作和膜片300。相同或不同种类的传感器10可以用于识别可以便于抓取的物体的特征。这些特征包括其形状、材料、孔隙度、角、平坦度、凹度、凸度，包裹在袋中等。传感器10还可以识别出特定的物体，并且使用预定的参数来抓取它们。

图11A-11H示出了一种方法，该方法包括操纵膜片隔室100的至少一个膜片300以与物体900相贴合，并且产生物体900和抽吸隔室200之间的压力变化。应当注意，可以在压力变化动作之前、之后或同时执行膜片300的相贴合的动作。相贴合的动作和压力变化动作可以是时间的函数，包括阶跃函数、斜坡、指数函数，或者可以采取其他波形的形状。这些函数可以是连续的、不连续的或离散的。隔室100、200和物体900之间的距离可以通过移动抽吸隔室200、膜片隔室100和/或由于膜片隔室100的压力变化而增大或减小，导致膜片300的形状的改变。

在替代实施例中，隔室100、200的相对运动通过至少一个致动机构640获得。这样的致动机构640可以使用机械、电子机械、气动、液压、电气、磁、压电、形状记忆、电磁、静电、热力、声、化学或其他致动原理来实施。致动机构640可以移动膜片隔室100、抽吸隔室200或两者。

在另一实施例中，膜片300的特性被主动地改变。这样的改变可以以多种方式获得，这些方式包括但不限于：改变嵌入或穿过膜片中的导管的流体的一个或更多个特性，例如压力、温度、pH值、流速、粘度、密度和组成，改变膜片的材料或嵌入膜片的材料的相，改变膜片或嵌入膜片的材料的温度，改变膜片的材料或嵌入膜片的材料的磁特性，改变膜片的材料或嵌入膜片的材料的静电特性，改变膜片的材料或嵌入膜片的材料的电磁特性。

在另一实施例中，装置包括至少一个致动系统，用于执行以下动作中的至少一个：改变具有至少一个开口的至少一个隔室的压力，改变具有至少一个膜片或膜片的一部分的至少一个隔室的压力，改变至少一个膜片或膜片的一部分的形状，改变至少两个隔室的相对位置，改变至少一个隔室相对于可适应抽吸装置的结构元件的取向，改变至少一个隔室的位置，改变膜片的特性，改变至少一个隔室内的材料或材料的一部分的特性，使用静电力吸引物体，使用范德华力吸引物体，使用磁力吸引物体，使用电磁力吸引物体，以及使用核力吸引物体。

图12A-14以及图15-17示出了本发明的实施例的实际实施方式，其中在图15-17中为了更清楚地呈现而去除了不必要的细节。图15-17所示的实施例包括压力机构602，压力机构602可以是泵、文丘里系统(Venturi system)、能够物理地或化学地吸收流体的材料、空间的抽空容积、活塞610或负压生成的其他原理、由膜片300包围的膜片隔室100、膜片壁510、抽吸壁500、通过抽吸壁500从膜片隔室100中界定的抽吸隔室200、以及两个致动机构641和642，致动机构641和642各自包括静止部件643和644以及可移动部件645和646。两个致动机构的静止部件643和644以及压力机构602固定到框架结构590。膜片隔室100的壁510附接到致动机构641的可移动部件645。

界定抽吸隔室200的抽吸壁500采取管的形式，管可以相对于另一个致动机构642的可移动部件644在小范围内线性滑动。抽吸壁500的另一端穿过壁510中的孔511(杆状密封被施加到孔上，以防止膜片隔室100和环境之间的泄漏)并且附接到膜片300。因此，膜片隔室100和通过抽吸壁500界定的抽吸隔室200之间的相对位置可以由两个致动机构641和642主动地控制，因此影响膜片300的形状、膜片隔室100的形状、抽吸隔室200的形状，并且还可以影响膜片隔室100中的压力。界定抽吸隔室200的抽吸壁500将压力机构602连接到抽吸隔室200的开口400。膜片隔室100与环境密封并且填充有空气。传感器10固定到致动机构642的可移动部件646，以通过检测抽吸壁500和致动机构642的可移动部件646之间的小的相对滑动运动来间接地检测膜片300和物体之间的相互作用。

图15示出了搁置状态，其中抽吸壁500处于相对于致动机构642的可移动部件646的位置，使得传感器10不被触发。图16示出了检测到物体的状态，其中，膜片300和物体900处于彼此接触，并且抽吸壁500被物体900相对于致动机构642的可移动部件646向上推，触发传感器10。此时，来自传感器10的输出信号可以用于激活抓持状态，如图17所示。替代地，本发明还可以在膜片300与物体900接触或不与其接触但非常接近物体900时通过外部命令被激活成抓持状态。

一旦处于抓持状态，本发明就使用以下方法来抓持物体900。首先，压力机构602被开启，使得在抽吸隔室200中形成低压，向物体900施加小的吸力。然后，由致动机构641将膜片壁510移向物体900，在使膜片300朝向物体900的情况下将膜片300的区域置于靠近抽吸壁500的边缘。此外，抽吸隔室200的体积减小，导致膜片隔室100的压力增加，并且由此，导致膜片300向外隆起301。膜片300和物体900之间减小的距离，以及膜片301的隆起，导致膜片300首先与物体900的表面接触，然后与表面相贴合，密封抽吸隔室200的开口400，在膜片300和物体900之间产生压力、摩擦和可选的机械互锁作用，这帮助抓持物体900。可选地，其他吸引效果，例如范德华力、静电附着和磁附着，可以在该时刻开始起作用或被开启，以进一步允许物体900附着到膜片300。

当压力机构602保持被激活并且由于膜片300接触物体900而使抽吸隔室200的开口400与环境密封时，抽吸隔室200中的压力进一步下降，产生强烈的抽吸。在抽吸隔室200和环境之间可能存在泄漏，因为膜片300和物体900的接触区域可能不会完全密封隔室200。即使如此，只要泄漏低于确定的阈值，压力机构602的持续操作仍然可以维持抽吸隔室200中的足够强的负压，导致用于抓持的抽吸。与现有的柔性抓持器相比，这是本发明的一个主要优点，柔性抓持器由于缺少压力机构602而不能够维持抽吸。

随后，或者在膜片壁510仍然移动的过程中，抽吸壁500通过致动机构642从物体900被拉开，使靠近抽吸壁500的膜片300的部分进一步远离物体900，这增加了抽吸隔室200的容积并且进一步减小了其压力，因此进一步增加了抽吸。此外，膜片隔室100的容积进一步减小，增加了膜片隔室100中的压力，导致膜片300更加向外隆起，因此进一步增加了膜片300和物体900之间的摩擦和可选的机械互锁效果，产生更强烈的抓取力。此时，物体900被牢固地抓持，并且可以根据需要被提升和移动。

为了释放物体900，压力机构602被解除激活，使得不主动地维持抽吸隔室200中的抽吸。可选地，其他吸引效果，例如静电附着和/或磁附着，被关闭。抽吸壁500和膜片壁510通过它们各自的致动机构返回到它们的初始位置，使膜片300恢复到其初始形状并且将其与物体900分离。

图15-17示出了图12A-14所示的实施例的更详细的实施方式，该实施方式包括以压力机构600为形式的一个压力机构602、两个致动机构641和642、由膜片300、膜片壁510、抽吸壁500界定的一个膜片隔室100、通过抽吸壁500从膜片隔室100中界定的抽吸隔室200、以及膜片300。压力机构600包括气动串联连接的两个泵级601。通过调节施加到泵级601的电压可以连续地调节通过压力机构600生成的负压。

致动机构641和642以两个机电线性致动器为形式。膜片壁510连接到致动机构641。抽吸壁500采用中空轴的形式。膜片300包括多层不同硬度的硅橡胶，以实现柔性和耐久性之间的良好平衡。螺纹插入件302固定到膜片300的中心，以允许膜片300拧到抽吸壁500或中空轴的螺纹端501。与螺纹插入件302同轴的孔303穿过膜片300，以用作抽吸隔室200的开口400，用于传播由压力机构600生成的负压。膜片壁510、抽吸壁500和膜片300界定了膜片隔室100。抽吸壁500界定了抽吸隔室200。附加的流动控制装置，例如阀和泵，可以连接到抽吸隔室200，以允许在控制膜片隔室200中的负压的传播中的附加的自由度。使用以负载传感器11为形式的传感器10。

所有部件都如下地附接到框架结构590：膜片300的中心被拧到抽吸壁500或中空轴的螺纹端501，使得空气可以从环境通过膜片300上的孔303流入膜片隔室100。抽吸壁500的另一端通过倒钩连接器502和柔性管503连接到压力机构600的流入口，使得膜片300上的孔、以中空轴为形式的抽吸壁500、倒钩连接器502和柔性管503构成抽吸隔室200。膜片300的边缘区域通过夹具512固定到抽吸壁500的边沿。抽吸壁500或中空轴穿过膜片壁510的顶部处的孔511。在该孔511处使用杆状密封来密封膜片壁510和抽吸壁500之间的接缝，从而密封隔室100。应注意，使用以电磁阀647为形式的装置来允许膜片隔室100和环境之间的空气交换，在由于可能的泄漏而造成空气损失时用空气补充膜片隔室100。替代地，所述装置可以包括阀和/或泵。两个引导轴591固定到壁510的顶部，并且可以在固定在框架结构590的两个线性轴承592中滑动。

致动机构641的可移动部件645的端部附接到膜片壁510的顶部。因此，膜片壁510可以以可控的方式相对于框架结构590线性移动。抽吸壁500或中空轴的顶端配合在固定在梁594上的线性轴承593中。因此，抽吸壁500可以相对于梁594线性滑动。但是该滑动运动的冲程由配合在倒钩连接器502和抽吸壁500的端部之间的垫圈595和固定在构件上的保持环596界定。梁594本身可以相对于框架结构590沿两个线性轴597线性滑动。致动机构642的可移动部件646的端部附接到梁594，从而梁594的运动也受到控制。以负载传感器11为形式的传感器10在一端固定到梁594，并且柔韧板36固定到其另一端。柔韧板598的尖端靠置在抽吸壁500上的保持环596的顶部表面上。

在搁置状态，负载传感器11和柔韧板598将抽吸壁500保持在其冲程的下端。负载传感器11信号输出由内置于抓持器中的电子器件700处理，并转换成指示是否检测到物体的信号。该信号与控制信号和供给给致动机构641和642、电子器件700、压力机构600和负载传感器11的电源构成本发明到外部世界的电输入和输出，并且它们都存在于电连接器701上。

尽管存在一些差异，图12A-14所示的抓持过程与图15-17所示和所述的过程大体相同。在图12A和13所示的搁置状态，致动机构641和642都被停用，压力机构600被解除激活，并且电磁阀647关闭。膜片壁510处于冲程的顶端，并且梁594处于冲程的下端。在抓持周期开始时，在接触物体900时，物体900将膜片500和抽吸壁500与保持环596一起向上推动。由于梁594被固定到致动机构642的可移动部件646的尖端，所以梁594不能够与抽吸壁500一起移动。因此，保持环596压靠柔韧板598，柔韧板598又压靠负载传感器11，使得检测到物体900的存在。

在检测到物体900的存在或接收到外部抓持命令时，外部控制器或操作器发送反向控制信号以激活本发明。具体地，首先通过致动机构641降低膜片壁510，并且开启压力机构600，使得膜片300的靠近膜片壁510边沿的区域被推向物体900，同时减小膜片隔室100的容积。这增加了膜片隔室100内的空气压力，并且导致膜片300向外隆起，与物体的形状相贴合并且密封抽吸隔室200的开口400。当压力机构600开启时，抽吸隔室200被压力机构600抽空。因此，在膜片300和物体900之间引起摩擦、抽吸和可能的机械互锁。之后或同时地，通过另一个线性致动器642抬升抽吸壁500或中空轴，使靠近抽吸壁500与其的附连点的膜片300的区域，进一步增加用于抓持的抽吸、摩擦和可能的机械互锁效果。

此时，如果空气从环境少量泄漏到抽吸隔室200中，则压力机构600可以将抽吸隔室200内的负压保持得足够强以维持抽吸。与现有的柔性抓持器相比，这是本发明的一个主要优点，柔性抓持器由于缺少诸如压力机构600的负压生成机构而不能够维持抽吸。本发明现在将牢固地抓持在物体900上。为了释放物体900，通过线性致动机构642降低抽吸壁500，并且使压力机构600解除激活。之后或者同时地，向上撤回膜片壁510以将膜片300与物体900分离。同时，电磁阀647短暂地打开以平衡膜片隔室100和环境之间的压力，然后电磁阀647再次关闭。这结束了抓持周期。

在图18和图19中示出本发明的另一实施例，其中图18示出了处于搁置位置的装置，而图19示出了处于抓持状态的装置。该实施例与图15-17所示的实施例的不同之处在于，它仅具有一个附接到抽吸壁500的致动机构642，并且膜片壁510直接附接到框架结构590。结果，该实施例类似于图15-17中的实施方式而工作，除了为了使膜片300接近物体900，整个装置必须以设定的速度朝向物体900移动，同时抽吸壁500需要通过致动机构642以相同的速度远离物体900而缩回，以防止其挤压到物体900中。此外，传感器10被固定到抽吸壁500的尖端，传感器10构造为一旦膜片300与物体900接触就直接检测物体900的存在，并且传感器10的输出可以用于触发本发明的抓持操作。也可以使用直接检测物体900的存在的非接触式传感器10，如图20所示，替代地，间接检测膜片和物体之间的相互作用的传感器10(因此物体的存在)可以以与图15-17所示的实施例相同的方式被集成到如图21所示的可适应抽吸装置中。

在图22中示出本发明的另一实施例，该实施例与图18-20所示的实施例相似，除了抽吸隔室200被不同地布置，其中多个分支部201到达膜片300上的不同开口400，并且抽吸壁500固定到框架结构590，而膜片壁510附接到致动机构641。由于抽吸壁500固定到框架结构590，以使膜片300进而使抽吸壁500远离物体900，所以需要使整个装置远离物体900，同时致动机构641被激活以将膜片壁510相对于抽吸壁500推向物体900，从而保持膜片壁510和物体900之间的相对位置。

在图23中示出本发明的另一实施例，该实施例与图20所示的实施例相似，除了界定抽吸隔室200的抽吸壁500包括柔性管503，而致动机构642的646的可移动部件直接连接到膜片300，提供力620以使其移位。

在图24和图25中示出本发明的另一实施例，在该实施例中，使用了致动机构的替代形式。具体地，附加的膜片360形成膜片隔室100的边界的一部分，并且在膜片360上方并且由其和膜片壁510界定的空间是另一个隔室110。隔室110填充有流体。以自由悬挂轴为形式的抽吸壁500附接到膜片300和360，并且在壁510的顶部处穿过具有杆状密封的孔511。膜片隔室100也填充有流体，该流体可以与填充隔室110的流体相同或不同。当装置处于搁置时，使用诸如弹簧648的装置将抽吸壁500或轴置于固定位置，因此使膜片300和膜片360在搁置状态中都处于特定形状，如图24所示。

以压力源或流体源/槽为形式的致动机构660经由通道661连接到隔室110。通过改变隔室110中的流体的压力和/或量，可以改变隔室110的形状，从而迫使抽吸壁500移动并且迫使膜片300改变形状，以抓持物体900。同时，压力机构602可以抽空隔室200以提供如图25中的抽吸。如在先前的实施例中，可以并入一个或更多个传感器10以检测本发明所到达范围内的物体900的存在。这样的传感器10在图24或图25中并未示出。也可以将可选的流动控制部件662(例如通向环境的阀)压力源或流体源/槽并入膜片隔室100以补偿泄漏，或为了控制本发明的操作提供附加的自由度。

在图26和图27中示出本发明的另一实施例，该实施例包括压力机构602、由膜片壁510、抽吸壁500、膜片300界定的膜片隔室100以及两个或更多个致动机构642和649。膜片壁510连接到框架结构590，使得膜片壁510可以例如通过关节599相对于框架结构旋转，并且抽吸壁500的整体或一部分504是非刚性的，使得膜片壁510、抽吸壁500和膜片300的取向，进而膜片隔室100和抽吸隔室200的取向可以通过一个或更多个致动机构649调节。图26和图27示出了膜片隔室100和抽吸隔室200在不同方向上移动的实施例。关节599还可以包括球关节、万向关节或波纹管。

在图28中示出本发明的另一实施例，在该实施例中，至少两个致动机构642用于通过两个抽吸壁500改变一个膜片300的形状。两个压力机构602连接到两个抽吸隔室201和202，使得膜片300的变形和抽吸隔室201和202中的抽吸强度可以被独立地调节。

在图29中示出本发明的另一实施例，在该实施例中，一个致动机构642用于通过分支的抽吸壁500改变至少两个膜片300的形状。两个膜片300可以具有不同的位置、取向、构造、尺寸、形状，并且它们可以位于不同的膜片隔室100或相同的膜片隔室100。

在图30中示出本发明的另一实施例，该实施例与图15所示的实施例相同，除了膜片隔室100填充有物质60，物质60包括以下材料中的一种或组合：流体、颗粒状材料、相变材料、可压缩固体或使这样的隔室能够改变形状的其他材料。结果，物质60可以受影响，以使其以下特性中的一种或更多种发生变化：硬度、相态和体积。并且致动机构61用于通过膜片隔室100内的以下改变中的至少一种来引起膜片隔室100中的所述物质60的所述特性变化：温度变化、压力变化(包括负压的生成)、电场变化、磁场变化、振动。如果变化的类型是生成负压，则可以使用连接到抽吸隔室200的单独的压力机构600或相同的压力机构600。如果物质60的特性变化的类型是硬度的变化，则在抓持过程中，除了上述关于图15-17的操作序列之外，致动机构61被致动，使得膜片隔室100中的物质60硬化，从而将膜片300的形状限制为与物体900的形状相贴合的固定形状。膜片的这样的固定形状可以引起用于抓取物体900的摩擦和机械互锁效果。

在图31中示出了本发明的另一实施例，除了通过包括静止部件651和可移动部件652的单个的致动机构640致动抽吸壁500和膜片壁510之外，该实施例与图15所示的实施例相同。具体地，致动机构的静止部件651固定到框架结构590。致动机构的可移动部件652、抽吸壁500可以相对于其在小范围内移动的中间部件594以及膜片壁510通过三个连杆582、583和584连接到杆581。杆581可以围绕固定到框架结构590的枢转部580旋转。使得当致动机构的可移动部件652相对于静止部件651伸展时，杆581被连杆582推动以围绕枢转部580顺时针旋转。结果，连杆583相对于框架结构590向上拉动中间部件594、进而抽吸壁500，并且连杆584相对于框架结构590向下推动膜片壁510。相反地，当致动机构的可移动部件652相对于静止部件651缩回时，杆581围绕枢转部580逆时针旋转，相对于框架结构590降低壁500并且抬高壁510。

在另一实施例中，改变膜片300的形状以便获得可变的吸盘效果。具体地，该方法在于增加或减小与物体900接触的膜片300的周长，以获得不同水平的抽吸强度。事实上，力是压力乘以面积。通过增加周长，面积也增加，并且对于恒定的压力值，力也因此增加。应当注意，虽然周长通常是闭合的，但它可以是密封不完全的开放线或一系列的截段。

实施这样的可变吸盘的一种方式是改变膜片隔室100内的压力或其形状。使用如在另一实施例所述的压力机构600和/或致动系统630、致动机构640和膜片致动机构650或其他方法来使膜片300的形状变化是能够实现的。图32A和图32B示出了该实施例的实施方式。由于例如膜片膨胀，图32A中的距离‘a’小于图32B中的距离‘b’。

通过改变界定隔室100和200的结构部件的相对移动，可以获得不同的实施方式。相关的实施方式包括改变膜片300的内边缘和外边缘与物体900的距离。图33A和图33B示出了这样的实施方式的示例。由于改变了抽吸壁500和膜片壁510与物体900的相对距离，图33A中的距离‘a’小于图33B中的距离‘b’。

图34示出了一个示例，其中抽吸壁500被移动并且膜片300变形，使得图34A中的距离‘a’和图34(b)中的距离‘b’不同。

在又一实施方式中，使用多个不同的隔室和膜片，其中界定不同隔室的结构部件的相对移动改变膜片和物体之间的接触周长。图35A和图35B示出了一种实施方式，其中限定三个隔室的壁500、510和520与物体900具有不同的距离。这样的不同的距离使图35A中的距离‘a’能够小于图35B中的距离‘b’。可以使用单个的膜片或不同的膜片(在图35中示出了膜片300和310)。

以上提及的实施例的组合可以用于产生可变的吸盘效果。例如：隔室不移动并且膜片的形状改变，隔室不移动并且至少一个隔室内的压力改变，至少一个隔室移动，以及至少一个隔室内的压力改变并且至少一个隔室移动。

通过使用至少一个致动机构和/或通过使装置施加在物体900上的力变化，可以获得可变的吸盘。

在另一实施例中，装置可以通过改变膜片300的形状来增加或降低密封的有效性。例如，比较图36A和图36B，通过增加膜片300和物体900之间的接触表面积可以获得更好的密封。

在另一实施例中，装置引起物体900或物体900的一部分向装置内运动。可以以多种方式引起这样的运动，包括隔室100、200的相对运动、使用致动机构630、640、650、660或其他方式。也可以通过将装置压靠在物体900上而引起这样的运动。

根据物体的形状、材料和特性，该相对运动可以帮助增加膜片300和物体900之间的摩擦，或者提高膜片300和物体900之间的密封，或者既增加膜片300和物体900之间的摩擦又提高膜片300和物体900之间的密封。图37A和图37B示出了抽吸壁500的移动便于物体900向内移动的特定情况中的示意展示图。通过移动壁510或顺序地或同时地移动壁510和500，可以获得替代实施例。该实施例特别是适用于袋内的物体900，例如塑料袋、穿孔塑料袋、网袋；或小物体，例如笔、螺母、螺栓；或具有尖刺形状的物体，例如刷子；或柔软的物体，例如海绵。这种向内移动可以便于抓取、摩擦、夹持、抽吸或其他方式，以将力施加到物体。

在另一实施例中，致动机构使膜片300向内移动。在另一实施例中，由装置和物体900之间的相互作用生成的力可以使物体900移动到装置中。

在另一实施例中，装置包括帮助与物体900接合的突起350。这些突起可以具有爪、隆起部、长钉、凸块、钩、立方体、球、销钉、脊、纹理、棱线的形状，或者具有其他形状。突起可以是复杂形状，复杂形状可以连接到装置的其他元件或可以是这些其他元件的集成部分。膜片可以具有这样的突起。突起可以均匀地分布或仅覆盖膜片的一部分。它们可以随机地分布在膜片300上。突起可以由与膜片300相同的材料(例如，膜片具有突起)或不同的材料制成。突起附近的膜片300可以比膜片300的其余部分更厚或由与其不同的材料制成，以支撑这些突起可能产生的应力。

图38A-38H示出了膜片300上的突起的示例。图39A和图39B示出了没有连接到膜片300的突起350。突起特别适合帮助与多孔的或具有便于突起提高抓持的形状或机械特性的物体900接合。这样的物体900可以包括塑料网袋、基于纺织的物体、海绵、砖、基于浮石的物体等。图40A和图40B示出了突起提高抓持的一些示例。

膜片300可以具有可变的刚度和形状。例如，它可以采取吸盘的形式，并且其盖子则可以延伸以形成薄的膜片300。在另一实施例中，膜片300具有可变的厚度，如图3F的最后一张图所示。

在图41中示出了膜片300的另一实施例，在该实施例中，膜片300是整体结构。膜片300的组成可以是均匀的，或者从膜片300的一个部分到另一个部分连续变化。可以增加用于附接到抓持装置的可选的装置，例如螺纹插入件302。

在图42中示出了膜片300的另一实施例，在该实施例中，膜片300包括由不同材料制成的区域，其中在这些区域之间具有明显的边界。例如，在图21中，膜片主体354和用于配合螺纹插入件的凸起355由两种不同的材料制成，其中在它们之间具有明显的边界356。

在图43中示出了膜片的另一个实施例，在该实施例中，一个或更多个孔357和/或腔体358被构建在膜片中。孔357可以用作隔室200的一部分。孔357还可以用于其他目的，例如结构的目的。

在图44中示出了膜片的另一实施例，在该实施例中，诸如突起350、凹部365、脊部360和/或凹槽361的特征被构建在膜片300中。此外，膜片300的厚度在不同的区域366、367之间变化。在区域366处的膜片300的表面纹理也可以与在区域367处的表面纹理的不同。

在另一实施例中，该装置具有至少一部分具有至少一个突起的膜片300，并且在不使用抽吸的情况下进行抓取。实际上应当注意，突起的存在可以产生足够的摩擦、互锁或其他机械力，使得不需要抽吸。在这种情况下，装置可以包括具有膜片300的单个的隔室。这样的构造可以用在仅存在适合于利用突起被抓取的物体的情况下。

图45A和图45B示出了实施例，在实施例中力施加到膜片300上使得突起与物体900接合并且抓取它。虽然不使用抽吸，该装置将会以与图40A和图40B所示的实施例非常类似的方式操作。实际上，在图45中，产生拉力的抽吸被拉动膜片300并且使突起能够与物体900接合的力代替。在更一般的术语中，膜片300经受具有与物体900方向相反的分量的力。

在另一构造中，膜片300抵靠物体900滑动。这样的滑动使突起能够与物体900接合。这样的滑动包括摩擦。

在另一构造中，两个或更多个膜片或同一膜片的部分相对于彼此在相反方向上移动。因此，一个膜片的突起将会在与另一个膜片的突起相反的方向上拉动物体。图45B示出了一个示例，其中同一膜片的部分朝向装置的中心轴线移动。

在另一构造中，膜片300不移动，但是向物体900施加彼此方向相反的力。图45B示出了这样的情况的一个示例。

在另一实施例中，至少两个突起在物体900上施加力，这些力具有彼此方向相反的分量。

一种抓取方法，其中具有至少一个突起的膜片300的至少一部分接触物体900。突起与物体900相互作用，使得突起产生与物体900接合的互锁或其他机械力(包括摩擦)。通过膜片300的移动或通过膜片300施加到物体900上的力可以帮助这样的互锁。

在另一实施例中，装置包括至少一个分离器元件330，以防止装置的部件堵塞抽吸隔室200。例如，膜片300可能形成限制空气/流体的流动的堵塞部320，导致抽吸减弱。这样的堵塞部例如可以通过对膜片隔室100加压、通过对抽吸隔室200的按压、通过物体900或其他原因而产生。图46A示出了堵塞部320的示例，图46B示出了分离器元件330。分离器元件330可以是穿孔的、多孔的或气密的/防水的、机械柔韧的或刚性的，或者由不同的部件(例如滑动部件)制成。分离器元件330可以是隔室、膜片、致动机构、突起或装置的其他部件的集成部分。

在另一实施例中，装置包括至少一个吸盘340。这样的吸盘可以是独立的元件或者是膜片300的集成部分。吸盘340可以连接到抽吸壁500或膜片壁510或装置的其他零件。图47A-47D示出了示例，在这些示例中吸盘340如图47A和47B中那样附接到抽吸壁500，如图47C中那样附接到膜片壁510、或者如图47D中那样附接到可变形膜片300和膜片壁510。使用多个不同尺寸的吸盘可以用于密封小物体以及大物体。

图48A-48C示出了示例，在这些示例中吸盘341附接到膜片壁510并且吸盘342附接到抽吸壁500。这样的构造特别适合于抓取不同尺寸和形状的物体900。例如，当抽吸隔室200中的空气/流体流产生抽吸时，吸盘341可以用于抓取大表面积的物体900，如图48A中所示；膜片300可以抓取形状不规则的物体900(在此吸盘341和342可能失败)，如图48B所示；吸盘342可以抓取平坦的小物体，如图48C所示。吸盘可以由不同的材料、形状制成，并且具有不同的特性。例如，吸盘可以是圆形、椭圆形、正方形、矩形或其他几何形状。吸盘可以由凝胶、聚合物或其他材料制成。吸盘可以是穿孔的膜片。吸盘可以是穿孔的块。吸盘可以是管、截锥体、具有对称或不对称的几何形状或具有其他形状。

在另一实施例中，提供了用于抓取物体的方法，其中通过使用一个膜片300、内部吸盘和外部吸盘的组合，在抽吸隔室200中生成的抽吸用于抓取。

在另一实施例中，分离器元件330和吸盘340被构造为单个的部件。这样的部件可以是不同的或者是膜片300的集成部分。它可以是多孔的或气密的/水密的。

在另一实施例中，使用至少一个波纹管360。这样的波纹管具有帮助装置与物体900相贴合的主要作用。图49A和图49B示出了具有波纹管的示例。波纹管可以具有不同的形状。其横截面可以是圆形、椭圆形、矩形或其他形状，包括不规则形状。沿纵轴线的不同横截面可以具有不同的形状。波纹管可以具有球或其他几何形状的形状，包括不规则的几何形状或具有一个或更多个对称部的几何形状。

在另一实施例中，分离器元件330、吸盘340和/或波纹管360具有突起350。

在另一实施例中，使用多个抽吸隔室，其中可变形膜片还包括多个孔，多个孔构造为接收多个抽吸隔室，使得在多个抽吸隔室内产生的任何压力改变调节抓持力或吸力。替代地，使用多个膜片隔室，其中可变形膜片还包括界定多个膜片隔室的多个可变形膜片。

在另一实施例中，组合以下中的至少两个元件：至少一个膜片；用于防止堵塞向内流动的至少一个元件；至少一个吸盘；至少一个波纹管；至少一个隔室；至少一个致动机构；以及至少一个突起。

在另一实施例中，相同的装置采取多种构造，包括但不限于：吸盘342抓取物体(图50)；吸盘341抓取物体(图51)；膜片300与物体相贴合并且抓取住它(图52)；至少一个突起350与物体接合(图53)；并且膜片将物体向内拉向隔室200(图54)。该实施例包括前述和其他实施例的组合。应当注意，上述构造中的一些可以重叠。例如，第二构造和第五构造可以是相同的，并且装置可以根据物体900的性质而不同地表现。注意，在图51-54中展示了同一装置的不同构造。注意，膜片300、吸盘342、突起350和波纹管都可以在单个的元件中组合。图51-54示出了一种装置，在该装置中，如果需要，前述元件可以在单个的元件中方便地组合。注意，这样的元件可以具有不同的厚度、粗糙度，并且由不同的材料制成。

在另一实施例中，致动机构用于使突起350暴露于物体。致动机构也可以用于使突起缩回。

在另一实施例中，提出了一种方法，其中考虑以下阶段：压力机构600在抽吸隔室200中产生低压；通过吸盘342形成与物体900的密封，其中吸盘可以是膜片300的集成部分，具有波纹管形状360和/或突起350；吸盘341在较大的区域上产生密封；致动机构帮助膜片300与物体900相贴合；致动机构使一个或更多个突起暴露于物体900；致动机构使突起缩回以增加它们的功效；并且致动机构使物体产生向内移动。应当注意，该方法可以仅包括上述阶段中的一个。这些阶段可以以各种不同的时间顺序组合，并且也可以重复。

在另一实施例中，提供了一种用于抓取物体的方法，其中物体被分类成以下类别中的至少两种：最好通过至少一个吸盘341抓取的物体；最好通过至少一个第二吸盘342抓取的物体；最好通过使用至少一个波纹管360抓取的物体；最好通过至少一个膜片300抓取的物体；最好使用至少一个突起350抓取的物体；最好使用摩擦力抓取的物体；最好使用抽吸抓取的物体；最好通过引起物体的向内运动来抓取的物体；以及最好通过用膜片包围物体来抓取物体。

在另一实施例中，用于抓取物体的方法基于用来检测物体的特征和/或识别物体900的算法。这样的方法可以包括查找表、机器学习算法、包括随机森林、支持向量机、线性判别分析、神经网络、深度神经网络、或其他基于强化学习可监督、不可监督的机器学习算法、检测平坦表面的算法、检测物体的边缘和/或特征的算法、基于物体重量的算法或其他算法。这样的算法可以用于鉴别如何最好地操作可适应装置。图55A-55C示出，算法向抓持器的控制器提供信息以抓取物体。具体地，图55C示出了基于四个类别的决策树的示例。

在另一实施例中，提出了一种方法，该方法将使用本发明的不同构造的方法与将物体900分类成类别的方法和/或使用用来检测物体的特征和/或识别物体900的算法的方法相结合。该装置可以手动或自动地重新构造。在另一实施例中，抓取物体的失败通知算法。

在另一实施例中，提供了一种用于抓取物体900的方法，其中吸盘用作默认抓取方法，并且在由吸盘施加的力不足时使用膜片300。这样的膜片300可以为吸盘提供辅助力或者代替吸盘的使用。例如，在网袋的情况下，吸盘可以向内拉动袋，但吸盘不能够施加足够的力以拾取袋，膜片300的使用可以提供所需的密封和摩擦力以执行成功的抓取。图56示出了所提出的方法的示例。

本发明构造为在空气中、在水下和其他环境中操作。此外，本发明构造为抓取一个或更多个物体，抽吸隔室200可以被加压，以便于抓取物体、释放已被抓取的物体，或出于其他原因而加压。抽吸隔室200可以采用简单的管的形式(例如空气管路或管)，气体(例如空气)或流体可以在管中流动。隔室100、200可以非常小或非常大。抽吸隔室200还可以包括吸盘。抽吸隔室200还可以由膜片的至少一部分形成。抽吸隔室200可以为环。最后，隔室100、200可以由同一膜片形成。

虽然以上描述包含关于某些元件、尺寸和其他教导的具体细节，但是应当理解，本发明的实施例或它们的任何组合可以在没有这些具体细节的情况下实施。具体地，尽管示出了确定的形状和构造，但是只要膜片300帮助提供抓持力或吸力，可以使用任何合适的形状和构造。这些细节不应被解释为对任何实施例的范围的限制，而仅仅是作为目前优选实施例的范例。在其他情况下，没有示出公知的结构、元件和技术以清楚地解释本发明的细节。

本发明的实施例的上述详细描述不是穷举的，也不是要将本发明限制到上述公开的精确形式或本公开中提到的特定使用领域。尽管为了说明的目的，以上描述了本发明的具体实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内各种等同修改是可能的。此外，本文提供的本发明的教导可以应用于其他系统，而不必是上述系统。可以组合上述各种实施例的元件和动作以提供另外的实施例。

在以上的“详细描述”的教导下可以对本发明做出改变。尽管以上描述详述了本发明的确定实施例并且描述了预期的最佳模式，但无论以上内容在文本中呈现得如何详细，本发明可以许多方式实施。因此，实施细节可以显著地变化，然而仍然被本文公开的本发明所包含。如上所述，当描述本发明的某些特征或方面时使用的特定术语不应被认为暗示该术语在本文中被重新定义，以限制于与该术语所关联的本发明的任何具体特征、特性或方面。

虽然本发明的某些方面在下面以某些权利要求的形式呈现，但是发明人在任意数量的权利要求形式中考虑了本发明的各种方面。因此，发明人保留在提交本申请之后添加附加权利要求的权利，以便为本发明的其他方面寻求这样的附加权利要求形式。

Claims (25)

1.一种抓持装置，包括：

抽吸隔室，其形成在抽吸壁内，所述抽吸隔室还包括开口；

可变形膜片，其构造为围绕物体变形，以与所述物体产生密封；

膜片隔室，其形成在所述膜片壁和所述可变形膜片内；以及

压力机构，其构造为改变所述抽吸隔室的压力；

其中通过所述压力机构对所述抽吸隔室的减压将降低所述密封内的压力，以提供对所述物体的抓持力或吸力。

2.根据权利要求1所述的抓持装置，其中所述膜片隔室还包括材料，所述材料包括空气、气体、流体、颗粒状材料、相变材料或可压缩固体材料，并且其中所述材料改变所述可变形膜片的形状，以改变所述密封的有效性和所述抓持力或吸力。

3.根据权利要求2所述的抓持装置，还包括与所述膜片隔室和所述材料流体连通的膜片压力机构，并且其中所述膜片压力机构还包括通过操纵所述膜片隔室内的所述材料改变所述可变形膜片的形状或刚度。

4.根据权利要求3所述的抓持装置，其中操纵所述材料还包括改变所述材料或所述可变形膜片的体积、压力、温度、pH值、流速、粘度、密度、相态、刚度、磁特性、静电特性、电磁特性或组成。

5.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括至少一个传感器，以监控所述抽吸隔室的压力、所述膜片隔室的压力、所述可变形膜片的移动、所述抓持装置和所述物体之间的相互作用、所述抓持力或吸力的强度、所述物体与所述抓持装置的距离、所述物体的形状、所述物体的材料、所述物体的孔隙率、所述物体的拓扑结构、围绕所述物体的袋的存在和种类、所述物体的种类以及物体识别。

6.根据权利要求1所述的抓持装置，其中所述开口还包括单个孔、具有多个孔的表面、网格、多孔材料、过滤器、透气材料、吸盘或波纹管。

7.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括附接到所述抽吸壁或所述膜片壁的吸盘。

8.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括分离器元件，所述分离器元件构造为防止所述开口被所述可变形膜片堵塞。

9.根据权利要求1所述的抓持装置，其中所述可变形膜片还包括波纹管形状、吸盘形状、突起、凹部、脊部、凹槽、纹理、孔、腔体、不同的厚度，或者由不同材料形成，或者还包括膜片的组合。

10.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括构造为移动所述抽吸壁的致动机构，其中移动所述抽吸壁将改变所述可变形膜片的形状。

11.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括构造为移动所述膜片壁的致动机构，其中移动所述膜片壁将改变所述可变形膜片的形状。

12.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括至少一个突起，所述至少一个突起构造为使所述至少一个突起与所述物体机械地互锁。

13.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括至少一个致动机构，所述至少一个致动机构构造为使所述抽吸壁和所述膜片壁相对于彼此移动，其中所述抽吸壁和所述膜片壁的相对运动包括可变形膜片从所述抓持装置的外侧到所述抓持装置的内侧的滚动运动。

14.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括与大气流体连通的阀，所述阀构造为使所述大气与所述抽吸隔室或膜片隔室之间的压力正常化，以调节抓持力或吸力。

15.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括多个抽吸隔室，并且其中所述可变形膜片还包括多个孔，所述多个孔构造为接收所述多个抽吸隔室，使得在所述多个抽吸隔室内产生的任何压力变化调节所述抓持力或吸力。

16.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括与所述可变形膜片机械连通的致动机构，所述致动机构构造为操纵所述可变形膜片的位置或形状。

17.根据权利要求1所述的抓持装置，其中所述膜片隔室还包括多个膜片隔室，并且其中所述可变形膜片还包括界定所述多个膜片隔室的多个可变形膜片。

18.根据权利要求1所述的抓持装置，还包括与所述抽吸隔室和所述可变形膜片旋转连通的接头，所述接头构造为使这些元件旋转以与所述物体形成更好的密封。

19.根据权利要求18所述的抓持装置，其中所述可变形膜片还包括构造为抓持所述物体的至少一个突起，其中致动机构构造为通过移动所述可变形膜片来暴露或缩回所述至少一个突起。

20.根据权利要求3所述的抓持装置，还包括构造为移动所述抽吸壁的致动机构，其中移动所述抽吸壁将改变所述可变形膜片的形状，并且还包括构造为移动所述膜片壁的致动机构，其中移动所述膜片壁将改变所述可变形膜片的形状，并且还包括附接到所述抽吸壁的吸盘。

21.一种抓持装置，包括：

可变吸盘，其包括可变形膜片，所述可变形膜片界定膜片隔室，所述可变形膜片还包括开口；

抽吸隔室，其与所述开口对齐；

压力机构，其与所述抽吸隔室流体连通；以及

致动机构，其构造为改变所述抽吸隔室与所述膜片隔室之间的相对位置，以改变所述可变形膜片的形状；

其中由所述致动机构引起的所述可变形膜片的形状改变将增大或减小所述可变吸盘的尺寸，并且其中当所述可变吸盘定位成与物体相邻时，由所述压力机构产生的所述抽吸隔室的减压将提供抓持力或吸力。

22.一种抓持物体的方法，包括：

使膜片围绕物体贴合，形成密封，所述膜片还包括开口；

使用与所述抽吸隔室和所述开口流体连通的压力机构对抽吸隔室减压；

使用致动机构或膜片压力机构改变所述膜片的形状；

其中所述抽吸隔室的所述减压将降低所述密封内的压力，以提供对所述物体的抓取力和吸力。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括：

朝向所述物体移位膜片隔室，所述膜片隔室由所述膜片界定；

将所述抽吸隔室移位远离所述物体；

其中所述抽吸隔室和所述膜片隔室的移位改变所述膜片的形状，并且其中所述膜片的形状的改变产生抓取力和吸力。

24.根据权利要求22所述的方法，还包括接收来自一个或多个传感器的输入，使用所述输入实施机器学习算法，并且使用所述机器学习算法检测物体的平坦表面、边缘、颜色、重量和其他特征。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述机器学习算法还包括至少一个查找表和以下算法中的至少一种：随机森林、支持向量机、线性判别分析、神经网络和深度神经网络。

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