CN114008349B - 区段片材夹紧装置和部件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种片材可夹紧设备，该片材可夹紧设备具有当施加移动力时能够在第一状态下抵靠彼此移动的两个相邻的区段，并且当施加该移动力时，两个相邻区段在第二状态下保持在固定的相对位置。
Description
技术领域
本公开涉及能用于抵抗运动的夹紧部件和装置。
发明内容
本发明的至少一些实施方案涉及包括一组链的片材可夹紧设备，该一组链包括至少一个链。该一组链中的每一个链包括一系列连接的区段。两个相邻的区段经由接头连接。当施加移动力时，两个相邻区段能够在第一状态下抵靠彼此移动，并且当施加移动力时，两个相邻区段在第二状态下保持固定角度。
附图说明
附图被结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，并且附图与描述一起解释本发明的优点和原理。在附图中，
图1A至图1D图示了区段夹紧装置的一个示例的若干视图；
图2A图示了与真空一起使用的夹紧装置的一个示例；
图2B至图2D各自为示例夹紧装置的一部分的横截面示意视图；
图3A至图3D图示了区段夹紧装置和能用于区段夹紧装置中的链的各种示例；
图4A至图4B图示了具有凸起连接器的区段夹紧装置400的一个示例；并且
图5A至图5C图示了使用区段夹紧装置的实验。
在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可能未按比例绘制的上述附图示出了本公开的各种实施方案，但还可以设想其它实施方案，如在具体实施方式中所指出。在所有情况下，本公开以示例性实施方案的表示的方式而非通过表述限制来描述当前所公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其它修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。
具体实施方式
除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中所使用的表达特征尺寸、量和物理特性的所有数在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。由端点表述的数值范围的使用包括该范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及该范围内的任何范围。
除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个/种”和“所述”涵盖了具有多个指代物的实施方案。除非内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求书中使用的，术语“或”一般以其包括“和/或”的意义采用。
为了便于描述，本文中使用的空间相关的术语(包括但不限于“下”、“上”、“在……下方”、“在……下面”、“在……上面”和“在……顶部”)(如果在本文中使用)用于描述(多个)元件相对于另一元件的空间关系。除了附图中描绘和本文所述的特定取向外，此类空间相关的术语涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果附图中所描绘的对象翻转或倒转，则先前描述的在其他元件下面或下方的部分此时将在那些其他元件上面。
如本文所用，例如当元件、部件或层被描述为在另一元件、部件或层“上”、“连接到”、“耦合到”或“接触”另一元件、部件或层时，其可直接在后者之上、直接连接到后者、直接耦合到后者或直接接触后者，或例如居间元件、部件或层可在特定元件、部件或层之上，或连接到、耦合到或接触特定元件、部件或层。当元件、部件或层例如被称为“直接在另一元件上”、“直接连接到”、“直接耦合到”或“直接接触”另一元件时，例如不存在居间元件、部件或层。
常常需要具有可调整的刚度且对运动具有可变阻力的制品。例如，柔性显示器可弯曲并且能够维持弯曲位置。本公开的至少一些实施方案针对一种静电夹紧装置，该静电夹紧装置产生对运动的受控阻力。可将此类夹紧装置并入到各种装置、系统和结构中以抵抗不同的运动，例如，弯曲运动、平移、旋转等。该运动可在很大程度上是平面的或沿表面或在表面内。
在一些情况下，能使用真空将材料片材夹紧在一起以抵抗运动。在一些情况下，能使用静电将材料片材夹紧在一起。这消除对真空源和不透气封套的需要。先前的静电夹紧装置具有若干局限性。一些装置仅实现片材的简单弯曲，该片材仅可被塑型为可展开的表面(或具有零高斯曲率的平滑表面)。先前的装置往往难以构造，因为它们只在高电压下工作。
本公开的至少一些实施方案针对一种夹紧装置，该夹紧装置可用于允许在一个状态下弯曲并且在另一状态下抵抗弯曲。在一些实施方案中，该夹紧装置包括多个片材，并且可通过静电夹紧片材以抵抗运动。此类夹紧装置包括设置在相邻导电层之间的导电层和介电层。本公开的至少一些实施方案针对静电夹紧装置，该静电夹紧装置可在低电压下操作，但实现有用程度的运动阻力。低电压是指比任何两个电性相反的导电层之间的最小距离的空气的击穿电压低的电压。一些现有的夹紧装置包括介电层，该介电层适当地延伸超出导电层以使两个电性相反的导体之间的空气中的最短路径比穿过该介电层的路径长得多。这使得更难以制造此类夹紧装置并且使得此类夹紧装置对介电层中的销孔或裂缝更敏感，因为它们将在电性相反的导体之间产生将允许击穿空气(短路和起弧)的距离。本公开中的夹紧装置的一些实施方案即使在介电层中具有裂缝、切口、销孔和其他缺陷也不会短路或起弧。在一些实施方案中，导电层保持在介电层的厚度下或超出该厚度，并且在低于那个距离上的空气的击穿电压下操作夹紧装置。在一些情况下，低电压夹紧装置具有以下优势：在该装置中存储少得多的能量并且对于在人体身上和附近使用更安全。
击穿电压是指将导致空气击穿并且在两个导体之间的给定距离的间隙上变得导电的电压。这还称为跨间隙的起弧或发火花。该击穿电压随压力而变。本公开一般是指在地球上经历的标准压力范围内的空气的击穿电压。在本公开中，击穿电压涉及穿过在未有意电连接的任何两个导体之间的空气(不是穿过其他介电材料)的最短距离。在本公开中，给定距离和压力下的击穿电压的值已被研究多年，并且普遍接受在高于数微米的间隙下遵循帕邢定律，但在更小的间隙下背离该定律。能使用由Babrauskas、Vytenis在“非常小的间隙距离上的空气中的电弧击穿(Arc Breakdown in Air over Very Small Gap Distances)”(Interflam 2013，第2卷，第1489页至第1498页)中提出的简化公式来确定击穿电压，如在以下等式(1)中所提供：
其中V是以伏为单位的击穿电压，d是两个导体之间的距离。击穿强度(还称为介电强度)可理解为不导致材料中的击穿的最大电场强度(V/m)。
使用夹紧状态来描述以下状况：通过引入将相邻的部分、片材或结构夹紧在一起的外部压力来抵抗在两个相邻的部分、片材或结构之间的相对运动。该相对运动涉及在夹紧装置中的两个相邻的部分、片材或结构之间的滑动运动、旋转运动或平移运动。存在需要不同的力来克服运动阻力的连续“夹紧”强度。导致夹紧的外部压力可来自机械源或施加真空(如此大气压将片材压在一起)、片材之间的静电吸引等。未夹紧状态(还称为松散状态)用于描述以下状况：未向相邻片材之间的相对运动给予额外的阻力。
图1A图示了区段夹紧装置100的一个示例的俯视图；图1B图示了夹紧装置100的侧视图。图1C图示了夹紧装置100的一个旋转位置的俯视图；并且图1D图示了夹紧装置100的另一个旋转位置的俯视图。区段夹紧装置100包括具有至少一个链110的一组链105。在一些示例中，如图1B所示，该组链105包括链110、链120和链130。在一些实施方案中，链(例如，110)包括一系列连接的区段(例如，112、114)。在一些实施方案中，两个相邻区段112和114经由接头115连接。在一些实施方案中，如图1C和图1D所示，当施加旋转力时，两个相邻区段112和114能够在第一状态下抵靠彼此旋转。在一些实施方案中，当施加旋转力时，两个相邻区段在第二状态下保持固定角度。
在一些实施方案中，该组链包括以堆叠构型设置的两个或更多个链(例如，110、120和130)。在一些情况下，两个或更多个链(例如，110、120和130)经由两个或更多个链上的一个或多个接头(例如，115)处的连接堆叠。
在一些情况下，每个区段(例如，112、114)包括多个片材，并且每个片材可包括多个层。在一些实施方案中，每个区段由单一材料构成，诸如纸张；能经退火以增强延展性的金属(例如，钢、铝)；聚合物材料(例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯或聚甲醛)、复合材料(例如，碳纤维)；其它类似的合适材料以及它们的组合。在一些情况下，每个区段具有结构层、一个或多个导电层和一个或多个介电层。夹紧装置中的区段的堆叠的导电层可通过线材、机械夹具、导电粘合剂或其他合适的工具电连接。
在一些情况下，接头115为转动接头或销接头。转动接头可通过穿过连接区段上的一个或多个夹紧层的开口区域的销槽、铆钉、线材、螺纹或其他工具来产生。还能使用其他类型的接头。例如，销槽接头可以通过改变一些区段上的孔的形状来实现。线性滑动接头也可以通过组合两个销槽接头或通过增加区段的外部引导来产生。
图2A图示了与真空一起使用的夹紧装置200的一个示例。在一些情况下，夹紧装置200具有区段夹紧装置210和包层(或外壳或小袋)202。包层202限定内部腔室204。包层202由不透气材料形成。端口215被定位成将腔室204与环境流体地连接，并且通过该端口能例如通过管222耦合到真空源220来将腔室204抽空。区段夹紧装置210设置在腔室204中。在一些情况下，区段夹紧装置210包括一个或多个链212。在一些情况下，每个链212包括两个或更多个连接的区段213。
为了清楚起见，包层202的顶侧和底侧在图2A中被图示为是充分间隔开的(即，其中侧壁将它们接合在一起)。类似地，链212被图示为是彼此充分间隔开的。在一些情况下，链212能是彼此非常接近的。在一些情况下，夹紧装置200可以看起来更平坦，并具有片状或板状构造。
在一些实施方案中，当包层202内的压力约为环境压力时，夹紧装置200处于松散状态，而当包层内的压力低于环境压力时，夹紧装置200处于夹紧状态。
在一些情况下，区段夹紧装置中的区段包括静电片材。图2B是具有一组链的夹紧装置200B的一部分的横截面示意视图。在所示的实施方案中，夹紧装置200B包括以指状叉握方式相互交叉的第一组链210B和第二组链220B。该组链中的每一个链具有至少两个区段。在一些情况下，两个相邻区段通过接头240B连接。在一些实施方案中，夹紧装置200B的一组链堆叠在彼此的顶部上，并且穿过链堆叠的接头240B组合成一个链。在一些情况下，第一组链210B的每个区段包括导电层211B。在一些情况下，第二链220B的每个区段包括导电层211B。在一些情况下，夹紧装置200B的每个区段还包括介电层230B。
在一些实施方案中，夹紧装置200B包括第一连接器(未图示)，该第一连接器电导电耦合到第一组链210B的至少一部分区段的导电层211B和/或第二组链220B的至少一部分区段的导电层211B。在一些情况下，夹紧装置200B包括第二连接器(未图示)，该第二连接器电导电耦合到第一组链210B的至少一部分区段的导电层211B和/或第二链220B的至少一部分区段的导电层211B。在一些实施中，第一连接器电导电耦合到第一组链210B和第二组链220B的每隔一个区段的导电层211B，并且第二连接器电导电耦合到第一连接器的每隔一个区段之间的第一组链210B和第二组链220B的区段的导电层。在一些实施中，第一连接器电导电耦合到第一组链210B的区段的导电层211B，并且第二连接器电导电耦合到第二组链220B的区段的导电层211B。
在一些情况下，第一组链210B和第二组链220B能够在松散状态下相对彼此运动；并且第一组链210B和第二组链220B在夹紧状态下与彼此夹紧。在一些情况下，当在第一连接器与第二连接器之间施加小于或等于50V的电压时引发夹紧状态。在一些情况下，当在第一连接器与第二连接器之间施加小于或等于100V的电压时引发夹紧状态。在一些情况下，当施加小于或等于200V的电压时引发夹紧状态。在一些情况下，当在第一连接器与第二连接器之间施加小于或等于在第一组链中的一个链和第二组链中的一个链的相邻导电层之间的距离上的空气的击穿电压的电压时引发夹紧状态。
在一些情况下，介电层中的每一者非常薄。在一些情况下，介电层中的每一者的厚度小于或等于10微米。在一些情况下，介电层中的每一者的厚度小于或等于5微米。在一些情况下，介电层中的每一者的厚度小于或等于1微米。在一些情况下，在松散状态下相邻链的相邻导电层对之间的距离不大于10微米。在一些情况下，在松散状态下相邻链的相邻导电层对之间的距离不大于5微米。
在一些实施方案中，导电层211B能包括金属(例如，铜,铝、钢)，该金属能为经退火或硬化的、(例如，同一或不同金属的)层压金属层或箔；导电聚合物，或填充有诸如碳等导电颗粒的材料。在一些实施方案中，链(210B、220B)可包括支撑层。该支撑层可由以下材料制成：纸或其他纤维材料、聚合物材料(例如，聚氨酯、聚烯烃)、复合材料(例如，碳纤维)、弹性体(例如，硅酮、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)或其他材料和它们的组合。在一些情况下，该支撑层具有不小于50微米的厚度。在一些情况下，该支撑层具有不小于125微米的厚度。在一些情况下，该支撑层和该导电层可组合为一个层。在一些情况下，导电层211B是第一组链210B和/或第二组链220B的区段的结构层上的涂层。导电涂层材料可以是(例如)铜、铝、银、镍、氧化铟锡、碳、石墨等。在一些实施方案中，介电层可包括氧化硅、氧化铝、氧化钛、混合金属氧化物、混合金属氮化物、钛酸钡或诸如聚酰亚胺丙烯酸酯等聚合物。在一些情况下，介电层可以是介电膜。在一些情况下，介电层230B被涂覆在第一组链210B和/或第二组链220B的区段上。涂层材料可包括氧化硅、氧化铝、氧化钛、混合金属氧化物、混合金属氮化物、钛酸钡或诸如聚酰亚胺丙烯酸酯等聚合物。
在一些情况下，介电层230B非常薄。在一些情况下，介电层230B具有小于或等于10微米的厚度。在一些情况下，介电层230B具有小于或等于5微米的厚度。在一些情况下，介电层230B具有小于或等于1微米的厚度。在一些情况下，夹紧装置使用低电压来夹紧。在一些情况下，该低电压不大于100V。在一些情况下，此类电压小于或等于在第一导电层与第二导电层之间的距离的击穿电压。
可通过以下方式来理解静电夹紧：模拟每一组相邻的电性相反的导电层，在它们之间具有介电材料作为平行板电容器。那些层上的相反的电荷彼此吸引。可表明，吸引力在介电材料上产生压缩压力，该压缩压力可通过等式(2)来表示：
其中εr是介电材料的相对介电常数(或介电常量)，ε0是自由空间的介电常数(或真空介电常数或电常数8.854187817...×10-12F/m)，V是两个导电层之间的电压电势，并且d是两个导电层之间的距离(即，介电材料的厚度)。
在一些情况下，介电材料的总厚度包括一层或多层介电材料，并且还可包括被捕集在导电层之间的某一空气间隙或碎屑。当存在多个介电层(包括多个膜、涂层、空气、碎屑等)时，可将它们串联建模。在此情况下，能将每个层建模为电容的电容器，其中A是总面积，d是这个层的厚度，并且εr是这个层的相对介电常数。能将串联的层的总电容计算为/>其中Ctot是总电容，并且C1、C2...是单独的层的电容。可将介电材料堆叠上的总夹紧压力计算为等式(3)：
其中P是介电材料堆叠上的压力，Ctot在上文计算，dtot是介电层的总厚度(即，相邻的两个导电层之间的距离)。还可将导电层之间的此空间的平均相对介电常数计算为等式(4)：
静电夹紧允许在电性相反电荷的导电层之间平移和旋转两者的滑动运动。可在导电层与介电层之间或在介电层与另一介电层之间存在滑动界面。在两个相邻的电性相反的导电层之间可存在一个以上可滑动的界面。当施加电压时，所产生的压力致使可滑动界面的表面彼此按压并且抵抗运动。能通过以下方式对运动的阻力建模：认为两组以指状叉握方式相互交叉的链被夹紧在一起。能将使两组一致的静电夹紧的链滑开的阻力计算为等式(5)：
F＝PAμN， (5)
其中F是将该组拉开(或将它们推到一起)所需的力，A是在链之间的重叠面积(电容器面积)，μ是滑动界面处的摩擦系数，并且N是界面总数。这是简化模型，因为面积、摩擦和材料性质可能不是恒定的，但可用于在静电夹紧中表明主要因素。虽然这些计算应用于线性滑动运动，但能对运动的旋转阻力进行类似的计算。
需要具有可抵抗很大的力的大夹紧压力。对于许多应用，需要利用非常低的电压，这增加了安全性，并且降低了控制电子器件的成本和能量消耗。根据等式(2)，在非常低的电压下的夹紧性能(即，夹紧压力)可通过增加介电层的相对介电常数并且通过减小在导电层之间的距离而得到提高。使用大约数微米或小于一微米的非常薄的介电层可实现超低电压电平下的很大的夹紧压力。例如，国际电工委员会(International ElectrotechnicalCommision)将超低电压装置限定为不超过220V d.c的装置。英国和美国的其他标准将超低电压系统限定为不超过75V d.c或60Vd.c。基于之前的计算，如果介电层的总厚度在4.4微米左右(假设平均相对介电常数为3)，则能在220V下实现约10％的大气压的压力。超低电压静电夹紧的挑战之一在于，使夹紧压力减小相邻的电性相反的导电层之间的距离的平方。如果在导电层之间的可滑动界面中存在碎屑或较大的空气间隙，则夹紧压力可能变得太低而无法实现对运动的有用阻力，或甚至无法实现将层拉在一起。例如，如果由于增加5.2微米的空气间隙而使4.4微米的距离增加到9.6微米左右，则在220V下仅实现1％的大气压力。因此，需要小的介电距离来实现在低电压下操作的夹紧装置的适当的夹紧压力。另外，空气间隙不仅增加总介电距离，而且减小了平均相对介电常数，从而根据以上等式导致夹紧压力上的更大的减小。本公开的一些实施方案能够通过使用非常薄的介电层并且引入促动工具将链合在一起以减小空气间隙实现超低电压夹紧。
在一些情况下，夹紧装置200B包括其他元件。夹紧装置200B包括被构造成保持第一导电层和第二导电层彼此靠近的一个或多个促动元件。在一些情况下，一个或多个促动元件是夹紧装置200B的链设置在其内的封围体。在一些情况下，一个或多个促动元件能是接头240B。在一些情况下，促动元件是弹簧元件，诸如泡沫或弹性层，该弹簧元件向该层施加较小的压力，使得它们维持轻微的接触，并且随后可通过施加电压而足够靠近以被夹紧在一起。在一些情况下，在导电层之间的间隙完全填充有介电材料和仅最少量的空气或其他材料。
在一些情况下，介电层230B覆盖小于第一组链210B和/或第二组链220B的区段的表面的百分之百(100％)。换句话说，夹紧装置200B使导电层211B在链200B的一部分或整个表面处暴露，该链在其边缘处未被介电材料覆盖。暴露的导电层能促进电连接。在一些情况下，介电层230B覆盖小于第一组链210B和/或第二组链220B的区段的表面的百分之八十(80％)。在一些情况下，介电层230B覆盖小于第一组链210B和/或第二组链220B的区段的表面的百分之六十(60％)。静电夹紧装置的一个挑战是保护该装置免于出现对空气的电击穿(或介电击穿)。一些现有的静电夹紧装置已经使用数百伏到数千伏的高电压。这要求夹紧装置包括连续的介电层，该连续的介电层延伸远远超出导电层，使得在导电层之间的空气中的最短路径比在导电层之间穿过介电层的路径长许多倍。这是因为空气在大多数电压下的介电强度仅为3MV/m，而许多介电材料(诸如聚乙烯或聚酰亚胺)具有100MV/m或更高的介电强度。本公开的一些实施方案通过使用低于空气的击穿强度的场强度来实现有用的夹紧压力。从以下事实获得了额外的益处：空气的实际击穿强度在小间隙距离下、特别是低于10微米下显著增加。通过在低于空气的击穿电压下进行操作，本公开的一些实施方案实现低成本的有效制造方法，其中可产生大卷材料。那些卷可能包括结构层、一个或多个导电层和一个或多个介电层。然后能将该卷材料切割成许多更小的任何形状的区段，进行电连接、机械约束，如稍后描述，并且组装为成品，包括开放的和闭合的区段的链。因为是在小于在相邻的电性相反的导电层之间的介电材料的厚度上的空气的击穿电压的电压下操作静电链夹紧装置，所以保护了此类夹紧装置免于出现对空气的电击穿，该电击穿可表现为电弧(或弧放电)并且导致材料熔化或燃烧。本公开的一些实施方案的另一优势是在介电层中无需具有小针孔或切口或其他缺陷。在高电压下，甚至小针孔也可导致电弧。本公开的一些实施方案不仅能够实现切割夹紧链的外周而不具有延伸的介电层，而且还能够实现将复杂图案切割为增加链的顺应性并稍后能够实现呈现的其他优势的夹紧链。
在一些情况下，夹紧装置200B能只包括一个链。在一些实施方案中，夹紧装置200B能包括多个链。在一些情况下，链的区段可以是实心的或用切割图案化的，例如，以提高链的柔性(弯曲性)和/或可延伸性。在一些实施方案中，链的区段具有图案刻痕以沿一条或两条轴线增加柔性但沿第三轴线具所需的刚度。在一些实施方案中，链的区段具有切入它们之中的图案，以使它们能够沿一条或两条轴线延伸或者允许链的区段的区域相对于其他区域在平面中或沿表面移动。可通过多种方法形成图案化，包括(但不限于)钢尺模切、挤压、模制、激光切削、水冲法、机械加工、立体光刻或其他3D打印、激光烧蚀、光刻、化学蚀刻、旋转模切、冲压、其他合适的负或正处理技术或它们的组合。本公开的实心和图案化的链可以是单层或多层构造，并且能由如上文所述的多种材料和材料的层形成。
导电层和介电层能具有各种布置方式。夹紧装置200C的一个示例布置方式在图2C中图示，其中导电层211C中的每个导电层夹在两个介电层230C之间。在此布置方式中，在非夹紧状态下两个介电层之间存在可滑动界面，并且总介电厚度包括两个介电层230C的厚度和可能的空气间隙，其中每个介电层230C能具有不同的厚度。在一些情况下，多层构造能通过将层堆叠或层压来构造。在一些情况下，将导电层涂覆或沉积(例如，化学或物理气相沉积)到该核心层上。在一些情况下，核心层提供结构支撑。在一些情况下，将介电层涂覆或沉积(例如，化学或物理气相沉积)到该导电层上。夹紧装置200C具有第一组链210C、第二组链220C和多个接头240C，每个接头240C连接第一组链210C和第二组链220C的相邻区段。
图2D中图示了夹紧装置200D的另一个示例布置方式，其中链中的相邻区段的导电层211D电导电耦和。夹紧装置200D具有第一组链210D、第二组链220D和多个接头240D，每个接头240D连接第一组链210D和第二组链220D的相邻区段。链的每个区段具有介电层230D。在一些情况下，多层构造能通过将层堆叠或层压来构造。在一些情况下，将导电层涂覆或沉积(例如，化学或物理气相沉积)到该核心层上。在一些情况下，核心层提供结构支撑。在一些情况下，将介电层涂覆或沉积(例如，化学或物理气相沉积)到该导电层上。
图3A至图3D图示了区段夹紧装置和能用于区段夹紧装置的链的各种示例。图3A图示了具有片状区段的示例夹紧装置300A。夹紧装置300A包括一个或多个链310A。每个链310A具有经由接头315A连接的两个或更多个相邻区段(312A和314A)。在此示例中，区段(312A、314A)为具有圆角的矩形形状。每个区段具有两个接头，并且每个接头两个相对边缘的中心处靠近。图3B图示了区段夹紧装置300B的另一个示例。区段夹紧装置300B具有第一组链310A和第二组链320A，其能使用其中所述实施方案中的任一个。在一个示例中，每组链都类似于图3A中所示的链，其中每个链310A具有两个或更多个区段，其中相邻区段(312A和314A)经由接头315A连接，并且每个链320A具有两个或更多个区段，其中相邻区段(322A和324A)经由接头315A连接。夹紧装置300B具有设置在两组链(310A和320A)之间的间隔件325A。
在一些情况下，间隔件325A可以是刚性材料，例如聚碳酸酯、PET、聚碳酸酯、丙烯酸或任何其他刚性或软塑料。间隔件325A也可由金属诸如铝、不锈钢、青铜等制成。在一个实施方案中，间隔件325A靠近接头(315A)设置。间隔件能增加横截面的第二面积矩(或惯性面积矩，或第二面积矩)和在期望的运动平面之外的轴线中的链的抗弯强度。这通过将相对较薄的区段推开得更远来完成。在一些情况下，该链构型大大增加了链的强度以抵抗从运动平面向外弯曲。
图3C图示了能用于区段夹紧装置的一个示例链300C。链300C具有两个或更多个区段(312C、314C)，并且两个相邻区段(312C、314C)经由接头315C连接。在该示例中，接头315C靠近区段(312C、314C)的一个边缘设置。在一些实施中，该链式构型提供较大的夹紧表面并且具有较好的抗弯能力。较大的夹紧表面积直接增加了能被抵抗的力，还能提供用于与外部部件集成和对准的附加表面积。
也能使用区段夹紧来产生更复杂的机构。每个区段能具有两个以上的接头，并且它们能连接成开放链或闭合链的布置方式。也能采用线性接头、销槽接头和其它类型的接头。可以产生四连杆机构或其它复杂的机构，其具有例如运动受控、高机械利益、规定的速度分布的优势或连杆设计领域的技术人员已知的许多其它优势。另外的优点和采用它们的技术记载于Erdman、Arthur G.等人的“机构设计：分析与合成(Mechanism Design:Analysis and Synthesis)”，中国台湾Pearson教育，2004年。
图3D图示了更复杂的机构300D的一个示例。该布置方式通常称为剪刀机构。机构300D具有两个或更多个区段(312D、314D)，每个区段具有分别连接相邻区段的三个接头315D。该机构的一个优势是使用小运动输入在较大距离上产生线性运动。该装置能延伸以覆盖大面积，然后夹紧以保持该位置并抵抗外力。
图4A至图4B图示了具有凸起连接器的区段夹紧装置400的一个示例。在该示例中，区段夹紧装置400包括第一组区段412和第二组区段414。区段(412、414)能具有如本文所述的区段的实施方案中的任何一个。在一些实施中，每个区段412具有突出的连接器416。每个区段414具有突出连接器417。在一些情况下，区段412经由接头415与区段414连接。在一些实施方案中，连接器416彼此电连接，并且连接器417彼此电连接。在一些实施方案中，连接器416和417分别与导线418和419连接。在一些情况下，线418和419用导电环氧树脂附接到连接器，在一些实施方案中，线穿过区段中的孔，从而在相邻区段之间产生销接头415。在一些情况下，在连接器416和连接器417之间施加电压。
图5A至图5C图示了使用区段夹紧装置500的实验。区段夹紧装置500包括设置在包层510中的一个或多个链502。包层510具有经由管522连接到真空源520的端口515。在图5B的图示中，区段夹紧装置500处于夹紧状态，其中包层中的压力低于环境压力。如图示，处于夹紧状态的区段夹紧装置500能承受一定的重量。在图5C的图示中，区段夹紧装置500处于松散状态，其中包层中的压力约为环境压力。如图示，处于松动状态的区段夹紧装置500不能承受一定的重量。
示例性实施方案
项A1.一种片材可夹紧设备，该片材可夹紧设备包括：一组链，该一组链包括至少一个链，其中该一组链中的每一个链包括一系列连接的区段，其中两个相邻的区段经由接头连接，其中当施加移动力时，两个相邻区段能够在第一状态下抵靠彼此移动，其中当施加移动力时，两个相邻区段在第二状态下保持固定角度。
项A2.根据项A1所述的设备，其中该一组链包括以堆叠构型设置的两个或更多个链。
项A3.根据项A2所述的设备，其中该两个或更多个链经由该两个或更多个链上的一个或多个接头处的连接堆叠。
项A4.根据项A1至项A3中至少一项所述的设备，该设备还包括：限定腔室的包层，该包层由不透气材料形成；端口，该端口定位成流体地连接该腔室；并且其中该至少一个链设置在该腔室中。
项A5.根据项A4所述的设备，其中该第二状态是当该包层内的压力低于环境压力时。
项A6.根据项A1至项A5中至少一项所述的设备，其中该一组链包括第一组链和一组链，其中该第一组链和该第二组链以指状叉握方式相互交叉。
项A7.根据项A6所述的设备，其中该一组链的每个区段包括导电层。
项A8.根据项A7所述的设备，其中该一组链的每个区段包括介电层。
项A9.根据项A7所述的设备，其中该第一组链电连接到第一连接器，并且其中该第二组链电连接到第二连接器。
项A10.根据项A9所述的设备，其中当在该第一连接器与该第二连接器之间施加电压时引发该第二状态。
项A11.根据项A1所述的设备，其中该接头为转动接头或销接头。
项A12.根据项A1所述的设备，其中该一组链包括第一组区段和第二组区段，其中该第一组区段中的一个区段和该第二组区段中的一个区段经由接头连接。
项A13.根据项A12所述的设备，其中该一组链的每个区段包括导电层。
项A14.根据项A12所述的设备，其中该一组链的每个区段包括介电层。
项A15.根据项A12所述的设备，其中该第一组区段电连接到第一连接器，并且其中该第二组区段电连接到第二连接器。
项A16.根据项A15所述的设备，其中当在该第一连接器与该第二连接器之间施加电压时引发该第二状态。
项A17.根据项A15所述的设备，其中该第一组区段中的每一个区段包括突出连接器。
项A18.根据项A15所述的设备，其中该第二组区段中的每一个区段包括突出连接器。
项B1.一种片材可夹紧设备，该片材可夹紧设备包括：一组链，该一组链包括至少一个链，其中该一组链中的每一个链包括一系列连接的区段；限定腔室的包层，该包层由不透气材料形成；端口，该端口定位成流体地连接该腔室；并且其中该至少一个链设置在该腔室中，其中两个相邻区段经由接头连接，其中当施加移动力时，两个相邻区段能够在第一状态下抵靠彼此移动，其中当施加移动力时，两个相邻区段在第二状态下保持固定角度。
项B2.根据项B1所述的设备，其中该一组链包括以堆叠构型设置的两个或更多个链。
项B3.根据项B2所述的设备，其中该两个或更多个链经由该两个或更多个链上的一个或多个接头处的连接堆叠。
项B4.根据项B1至项B3中至少一项所述的设备，其中该第二状态为当该包层内的压力低于环境压力时。
项B5.根据项B1至项B4中至少一项所述的设备，其中该接头为转动接头或销接头。
项C1.一种片材可夹紧设备，该片材可夹紧设备包括：一组链，该一组链包括至少一个链，其中该一组链包括第一组区段和第二组区段，其中该第一组区段中的一个区段和该第二组区段中的一个区段经由接头连接，其中该第一组区段电导电耦合到第一连接器，其中该第二组区段电导电耦合到第二连接器，其中该一组链中的每个区段包括导电层，其中该一组链中的每一个链包括一系列连接的区段，其中当施加移动力时，两个相邻区段能够在第一状态下抵靠彼此移动，其中当施加移动力时，两个相邻区段在第二状态下保持固定角度。
项C2.根据项C1所述的设备，其中该一组链包括以堆叠构型设置的两个或更多个链。
项C3.根据项C2所述的设备，其中该两个或更多个链经由该两个或更多个链上的一个或多个接头处的连接堆叠。
项C4.根据项C1至项C3中任一项所述的设备，其中当在该第一连接器和该第二连接器之间施加电压时引发该第二状态。
项C5.根据项C1至项C4中任一项所述的设备，其中该接头为转动接头或销接头。
项C6.根据项C1至项C5中任一项所述的设备，其中该一组链的每个区段包括介电层。
项C7.根据项C1至项C6中任一项所述的设备，其中该第一组区段中的每一个区段包括突出连接器。
项C8.根据项C1至项C7中任一项所述的设备，其中该第二组区段中的每一个区段包括突出连接器。
Claims (12)
1.一种片材可夹紧设备，所述片材可夹紧设备包括：
一组链，所述一组链包括至少一个链，其中所述至少一个链中的每一个链包括多个连接的区段，
其中所述多个连接的区段包括相邻区段，并且所述相邻区段经由接头连接，
其中所述一组链段包括第一组区段和第二组区段，其中所述第一组区段中的一个区段和所述第二组区段中的一个区段经由接头连接；
其中所述第一组区段电连接到第一连接器，并且其中所述第二组区段电连接到第二连接器；
其中在第一状态下，当施加移动力时，所述相邻区段能够相对彼此可旋转地移动，
其中当在所述第一连接器和所述第二连接器之间施加电压时引发第二状态，在所述第二状态下，当施加所述移动力时，所述相邻区段相对彼此保持固定角度；
其中所述一组链包括第一组链和第二组链，其中所述第一组链和所述第二组链以指状叉握方式相互交叉；
其中所述一组链的每个区段包括导电层；
其中所述一组链的每个区段包括介电层。
2.根据权利要求1所述的片材可夹紧设备，其中所述一组链包括以堆叠构型设置的两个或更多个链。
3.根据权利要求2所述的片材可夹紧设备，其中所述两个或更多个链通过在所述两个或更多个链上的一个或多个接头处的连接堆叠。
4.根据权利要求1所述的片材可夹紧设备，所述片材可夹紧设备还包括：
限定腔室的包层，所述包层由不透气材料形成；
端口，所述端口定位成流体地连接所述腔室；以及
其中所述一组链设置在所述腔室中。
5.根据权利要求4所述的片材可夹紧设备，其中所述第二状态包括所述包层内的压力低于环境压力。
6.根据权利要求1所述的片材可夹紧设备，其中所述第一组链电连接到第一连接器，并且其中所述第二组链电连接到第二连接器。
7.根据权利要求6所述的片材可夹紧设备，其中当在所述第一连接器和所述第二连接器之间施加电压时引发所述第二状态。
8.根据权利要求1所述的片材可夹紧设备，其中所述接头选自转动接头和销接头。
9.根据权利要求1所述的片材可夹紧设备，其中所述一组链的每个区段包括导电层。
10.根据权利要求1所述的片材可夹紧设备，其中所述一组链的每个区段包括介电层。
11.根据权利要求1所述的片材可夹紧设备，其中所述第一组区段中的每一个区段包括突出连接器。
12.根据权利要求1所述的片材可夹紧设备，其中所述第二组区段中的每一个区段包括突出连接器。
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| Won Ho Choi et al.Soft，Multi-DoF，Variable Stiffness Mechanism Using Layer Jamming for Wearable Robots.《IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION LETTERS》.2019,2539-2546. * |
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