CN115916674A - 材料移动设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了可以包括空气材料移动器(132)的材料移动设备(128)、系统和方法。通过孔口(302)的空气流可以产生局部真空，使得材料的最上层或顶层可以与材料堆叠分离。该空气流可以与材料相互作用以产生颤动，这有助于将下层与最上层分离。材料抓持器(134)可以抓持材料的最上层或顶层，以便从堆叠中移除并重新定位在工作区域中。

Description

材料移动设备、系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年2月1日提交的序列号为17/164,708、名称为“Material MovingApparatus,Systems and Methods”的共同未决美国非临时申请的优先权和权益，该申请要求2020年6月1日提交的序列号为16/889,278、名称为“Material Moving Apparatus,Systems and Methods”的美国非临时申请的优先权和权益，这两者在此通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及使用机器人系统的材料操纵的自动化。更具体地，本公开涉及能够操纵堆叠的材料以允许抓持器将材料层固定和运输到期望的工作区域的设备、系统和方法。
背景技术
自动化处理通常依赖于单层材料的分离，然而使用自动化方法从堆叠中分离一层材料是困难的。难度取决于材料性质(例如，刚度、结构、螺纹类型、层间缠结等)，材料性质不仅因目标材料而异，还因操作期间的环境差异而不同。在材料处理机器开发出来之前，人类使用手指拾取一层，并且用眼睛验证只拾取了一层。目前用于材料分离的装置(诸如爪式、真空、针式或辊式抓持器)通常会损坏材料或容易受到上述材料变化的影响，从而导致性能不一致。
在背景技术部分中讨论的主题不应仅仅因为在背景技术部分中被提及而被认为是现有技术。类似地，在背景技术部分中提到的或者与背景技术部分的主题相关联的问题不应该被假定为先前在现有技术中已经认识到。背景技术部分中的主题仅代表不同的方法，这些方法本身也可以对应于所要求保护的技术的实施方式。
发明内容
本公开的方面涉及材料移动设备、系统和方法。在一个方面中，连同其他方面，材料移动设备包括：空气材料移动器，该空气材料移动器包括横跨空气材料移动器延伸的孔口阵列，该孔口阵列被构造成沿着空气材料移动器的外表面引导气流；以及材料抓持器，该材料抓持器包括至少一个夹持元件，该至少一个夹持元件被构造成将由气流吸引的材料夹持抵靠在空气材料移动器的外表面上。在一个或多个方面，空气材料移动器的外表面可以是弯曲的。通过孔口阵列沿着外表面的弯曲部行进的气流可以形成局部真空。当空气材料移动器被定位成使孔口阵列与材料的边缘邻近时，材料可被该局部真空吸向外表面。该至少一个夹持元件可以在弯曲外表面的顶点附近夹持材料。
在各个方面，空气材料移动器可以包括至少一个腔室，该至少一个腔室被构造成将气体分配到孔口阵列。气体可以经由至少一个入口提供给该至少一个腔室。气体可以是压缩空气。该至少一个腔室可以包括挡板，该挡板有助于气体在孔口阵列上的均匀分布。空气材料移动器可以包括将气体分配到孔口阵列的多个腔室。孔口阵列的各个孔口可以包括从该至少一个腔室延伸到外表面的弯曲通道。孔口阵列可以横跨空气材料移动器非均匀地分布。在一些方面，材料移动设备可以包括横跨材料移动设备分布的多个空气材料移动器。材料抓持器可以包括多个夹持元件。该至少一个夹持元件可以从枢转地安装到致动器杆的安装杆延伸。该至少一个夹持元件可以包括从安装杆延伸到夹持垫的指状物。该材料抓持器可以包括联接到安装杆的致动装置，该致动装置被构造成朝向空气材料移动器的外表面旋转该至少一个夹持元件。该致动装置可以是气动致动的。空气材料移动器和材料抓持器可以联接到致动器杆。致动器杆的移动可通过工业机器人提供。
在另一方面，机器人系统包括空气材料移动器；材料抓持器；卸堆器模块；以及包括处理器的处理电路系统。卸堆器模块的执行可将空气材料移动器定位成与材料堆叠上的材料的最上层相邻；激活通过横跨空气材料移动器延伸的孔口阵列的空气流，该空气流将材料的最上层的边缘与材料堆叠分离；以及启动由材料抓持器抓持材料的最上层的边缘。在一个或多个方面，该空气材料移动器和材料抓持器联接到致动器杆。致动器杆的移动可通过工业机器人提供。材料抓持器可以将材料的最上层抓持在空气材料移动器的外表面和材料抓持器的夹持元件之间。空气材料移动器的外表面可以包括向外的弯曲部。通过孔口阵列沿着外表面的弯曲部行进的空气流可以形成局部真空，该局部真空将材料的最上层的边缘与材料堆叠分离。
在各个方面，材料抓持器可以包括从枢转地安装到致动器杆的安装杆延伸的多个夹持元件。材料抓持器可包括联接到安装杆的致动装置，该致动装置被构造成旋转该多个夹持元件以抓持材料的最上层的边缘。在一些方面，卸堆器模块的执行可以将由材料抓持器抓持的材料的最上层移动到工作区域；以及将材料的最上层从材料抓持器释放。卸堆器模块的执行可以在释放材料的最上层之后将空气材料移动器重新定位成与材料堆叠上的材料的下一个最上层相邻。空气流可以由供应给空气材料移动器的压缩空气提供。空气材料移动器可以被定位在材料堆叠上材料的最上层上方与边缘相邻。
在另一方面，一种用于通过机器人系统移动堆叠的材料的方法包括：将空气材料移动器定位成与材料层的堆叠的边缘相邻；启动通过横跨空气材料移动器延伸的孔口阵列的空气流，该空气流将最上层的边缘与堆叠分离；用材料抓持器抓持最上层的边缘，其中材料抓持器将材料的最上层夹持在空气材料移动器的外表面和材料抓持器的夹持元件之间；移动最上层；以及从材料抓持器释放最上层。在一个或多个方面，夹持元件可以包括从安装杆延伸到夹持垫的指状物。空气材料移动器和材料抓持器的移动可以经由联接到致动器杆的机器人臂来控制。来自孔口阵列的空气流可以沿着空气材料移动器的外表面产生局部真空，其中该局部真空将最上层的边缘与堆叠分离。
在另一个方面，一种用于通过机器人系统移动堆叠的材料的方法包括：将空气材料移动器定位成与材料层的堆叠的边缘相邻；启动通过横跨空气材料移动器延伸的孔口阵列的空气流，该空气流将最上层的边缘与堆叠分离。启动通过孔口阵列的空气流可以包括：向空气材料移动器供应压缩空气；以及经由至少一个空气腔室将压缩空气分配到孔口阵列；用材料抓持器抓持最上层的边缘；移动最上层；以及从材料抓持器释放最上层。在一个或多个方面，来自孔口阵列的空气流可以沿着空气材料移动器的外表面产生局部真空，其中该局部真空将最上层的边缘与堆叠分离。最上层的分离的边缘可以被夹持在空气材料移动器的外表面和夹持元件之间。空气材料移动器和材料抓持器可以联接到致动器杆。
在另一方面，一种用于通过机器人系统移动堆叠的材料的方法包括：将空气材料移动器定位成与材料层的堆叠的边缘相邻；启动通过横跨空气材料移动器延伸的孔口阵列的空气流，该空气流将最上层的边缘与堆叠分离；用材料抓持器抓持最上层的边缘；将最上层移动到工作区域；以及从材料抓持器释放最上层。在一个或多个方面，材料抓持器可以将材料的最上层抓持在空气材料移动器的外表面和材料抓持器的夹持元件之间。夹持元件可以包括从安装杆延伸到夹持垫的指状物。
在各个方面，启动通过孔口阵列的空气流可以包括向空气材料移动器供应压缩空气；以及经由至少一个空气腔室将压缩空气分配给孔口阵列。来自孔口阵列的空气流可以沿着空气材料移动器的外表面产生局部真空，其中该局部真空将最上层的边缘与堆叠分离。最上层的分离的边缘可以被夹持在空气材料移动器的外表面和夹持元件之间。空气材料移动器和材料抓持器可以联接到致动器杆。空气材料移动器和材料抓持器的移动可以经由联接到致动器杆的机器人臂来控制。
在研究了以下附图和详细描述之后，本公开的其他系统、方法、特征和优点对本领域技术人员而言将是或将变得显而易见。所有这些附加的系统、方法、特征和优点都旨在包括在本说明书中，在本公开的范围内，并且由所附权利要求保护。另外，所述实施方案的所有任选和优选特征和修改可用于本文教导的公开内容的所有方面。此外，从属权利要求的各个特征，以及所述实施方案的所有任选和优选的特征和修改是可相互组合和互换的。
附图说明
附图示出了本公开的各种其他方面的系统、方法和实施方案的各种实例。本领域普通技术人员将理解，图中所示的元件边界(例如，方框、方框组或其他形状)代表边界的一个实例。在一些实例中，一个元件可以被设计为多个元件，或者多个元件可以被设计为一个元件。在一些实例中，被示出为一个元件的内部部件的元件可以在另一个元件中被实现为外部部件，反之亦然。此外，元件可能没有按比例绘制。参考以下附图描述了非限制性和非穷尽性的描述。图中的部件不一定按比例绘制，而是强调说明原理。此外，在附图中，相同的附图标记在几个视图中表示对应的部分。
图1示出了根据本公开的各种实施方案的机器人系统的实例。
图2示出了根据本公开的各种实施方案的卸堆模块的实例。
图3至图5示出了根据本公开的各种实施方案的材料移动设备的实例。
具体实施方式
本文公开了与使用缝合机器人的缝合自动化相关的各种实例。现在将详细讨论本公开中阐述其特征的一些实施方案。字词“含有”、“具有”、“包含”和“包括”在含义上是等同的并且是开放式的，因为在这些字词中的任何一个之后的一个或多个项目并不意味着是此类一个或多个项目的穷举列表，或者意味着仅限于所列出的一个或多个项目。
还必须注意，除非上下文另外明确指出，否则如本文和所附权利要求书中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。尽管在本公开的实施方案的实践或测试中可以使用类似于或等同于本文所述的任何系统和方法，但是现在描述优选的系统和方法。
下文将参考附图更全面地描述本公开的实施方案，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中示出了示例性实施方案。然而，权利要求的实施方案可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施方案。这里阐述的实例是非限制性实例，并且仅仅是其他可能实例中的实例。
参考图1，示出了可用于材料操纵和缝合的系统的实例。如图1的实例所示，该系统可以包括机器人系统102，该机器人系统可以包括处理器104、存储器106、界面诸如人机界面(HMI)108、I/O装置110、联网装置112、缝合装置114、材料移动器116、辅助操作装置118、视觉装置120和本地接口122。视觉装置120可以包括传感器和/或相机124，例如RGB相机、RGB-D相机、近红外(NIR)相机、立体相机、光度立体相机(具有多个照明选项的单个相机)、飞行时间相机、IP相机、光场相机、单轨相机、多平面相机、快速动作电子(rapatronic)相机、静态相机、热成像相机、声学相机、旁轴相机等。机器人系统102还可以包括卸堆器模块126和材料移动设备128，该卸堆器模块可以被执行以实现对堆叠材料的操纵，该材料移动设备可以包括致动器杆130、空气材料移动器132和/或材料抓持器134。
机器人系统102可以抓持一件产品材料，并且通过卸堆器模块126将其移动到工作区域。空气材料移动器132可以分离堆叠材料的最上层(或顶层)，以用于抓持和运输到工作区域。材料抓持器134可以在运输期间固定材料，并且在工作区域中的期望位置处释放材料以进行进一步处理。如果需要附加的材料，卸堆器模块126可以重复该过程，以通过机器人系统102从堆叠中获得下一件材料。
处理器104可以被配置为解码和执行从一个或多个其他电子装置或服务器接收的任何指令。处理器可以包括一个或多个通用处理器(例如，
Figure BDA0004041011060000051
或Advanced Micro
Figure BDA0004041011060000052
(AMD)微处理器)和/或一个或多个专用处理器(例如，数字信号处理器或
Figure BDA0004041011060000053
片上系统(SOC)现场可编程门阵列(FPGA)处理器)。处理器104可以被配置为执行一个或多个计算机可读程序指令，诸如用于执行本说明书中描述的任何功能的程序指令。
存储器106可以包括但不限于固定(硬)驱动器、磁带、软盘、光盘、光盘只读存储器(CD-ROM)和磁光盘、半导体存储器诸如ROM、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、快闪存储器、磁卡或光卡，或者适于存储电子指令的其他类型的介质/机器可读介质。存储器106可包括一个或多个模块，该一个或多个模块可以被实现为能够由处理器104执行的程序。
界面或HMI 108可以接受来自用户的输入或向用户提供输出，或者可以执行这两种动作。在一种情况下，用户可以使用一个或多个用户交互式对象和装置与界面进行交互。用户交互式对象和装置可以包括用户输入按钮、开关、旋钮、控制杆、按键、跟踪球、触摸板、相机、麦克风、运动传感器、热传感器、惯性传感器、触摸传感器或上述的组合。此外，在元件108处，界面可以被实现为命令行界面(CLI)、图形用户界面(GUI)、语音界面或基于web的用户界面。
机器人系统102的输入/输出装置或I/O装置110可以包括用于促进处理器104与其他装置(诸如缝合装置114、材料移动器116、辅助操作装置118和/或视觉装置120)的连接的部件，并且例如可以包括一个或多个串行、并行、小型系统接口(SCSI)、通用串行总线(USB)、IEEE 1394(即FirewireTM)。
机器人系统102的联网装置112可以包括用于通过网络发送和/或接收数据的各种部件。联网装置112可以包括可以传送输入和输出两者的装置，例如调制器/解调器(即调制解调器)、射频(RF)或红外(IR)收发器、电话接口、桥接器、路由器以及网卡等。
机器人系统102的缝合装置114促进将产品材料缝合在一起，并且可以被构造成基于跟踪生成的图案沿着产品材料上的标记或其他路径来缝合周边。在另外的实施方案中，缝合装置114可以包括刀装置，以便从工件等切割线、缝线、材料。在元件116处，机器人系统102的材料移动器116可以促进在切割和缝合操作期间移动产品材料。辅助操作装置118可包括堆叠装置、折叠装置、标签操纵装置和/或有助于缝制产品的准备、制造和/或修整的其他装置。
机器人系统102的视觉装置120可以促进检测产品材料的移动，并且在缝合和切割操作期间检查产品材料的缺陷和/或差异。此外，视觉装置120可促进在切割或缝合材料之前检测产品上的标记。在元件120处，视觉装置120可以包括但不限于RGB-D相机、近红外相机、飞行时间相机、互联网协议(IP)相机、光场相机、单轨相机、多平面相机、快速动作电子相机、立体相机、静态相机、热成像相机、声学相机、旁轴相机等。RGB-D相机是一种数码相机，其可以提供图像中的像素的颜色(RGB)和深度信息。
机器人系统102的本地接口122可以是例如但不限于一个或多个总线或其他有线连接或无线连接，如本领域已知的。本地接口122可以具有附加元件(诸如控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器和接收器)以实现通信，为了简单起见省略了这些附加元件。此外，在元件122处，本地接口122可以包括地址、控制和/或数据连接，以实现部件之间的适当通信。
如图1所示，机器人系统102包括可以控制材料移动设备128的卸堆模块126，这将在下面讨论的。卸堆模块126是可以被执行以便使用材料移动设备128将材料堆叠的最上层移动到工作区域或空间的过程。致动器杆130可用于将一件材料从产品材料的堆叠移动到工作区域。附接到致动器杆130的材料抓持器134可以固定该件材料并将其移动到工作空间上。材料抓持器134的实例包括例如捏合式抓持器(pinching style gripper)、电粘合抓持器(electro-adhesive gripper)或针抓持器等。空气材料移动器132还可以附接到致动器杆122。空气材料移动器132可形成有以小角度(例如，在0度至约30度的范围内)离开表面的孔口。提供给空气材料移动器132的空气吹过形成的孔口，在该孔口处，空气在离开时产生局部真空(例如，低于环境压力的区域)，该局部真空将产品材料朝向空气材料移动器132提升，从而允许材料的最上面的件被材料抓持器134捕获。在不同高度和压力下提供空气射流的多个孔口的组合可以定制期望的材料行为，以进一步有助于层分离。
现在将参考图2解释机器人系统102的卸堆模块126的功能。本领域技术人员将会理解，对于这里公开的这个和其他过程和方法，在过程和方法中执行的功能可以以不同的顺序实现。此外，概述的步骤和操作仅作为实例提供，并且这些步骤和操作中的一些可以重新布置、可以是任选的，可以组合成更少的步骤和操作，或者扩展成附加的步骤和操作，而不偏离所公开的实施方案的本质。
图2的流程图示出了卸堆模块126的可能实施方式的架构、功能和操作。该过程开始于202，其中控制器定位例如通过材料移动设备128或致动器杆130的控制器移动到产品材料的堆叠的致动器杆130。例如，在202处，可以使用工业机器人、机器人臂、线性致动器或其他受控机械联动件和/或致动器将致动器杆130定位在材料堆叠上方。工业机器人包括例如关节式机器人、选择顺应性装配机器人(SCARA)、三角式机器人和笛卡尔坐标机器人(例如，桁架机器人或x-y-z机器人)。工业机器人可以被编程来以高精度执行重复动作，或者可以通过利用例如机器视觉和机器学习来表现出更大的灵活性。然后在204，致动器杆130朝向材料堆叠定位。控制器可以在204处朝着材料堆叠降低致动器杆130。在另一个实施方案中，可以朝着致动器杆130向上致动材料堆叠。
接下来，在206处，卸堆模块126可以激活空气材料移动器132，该空气材料移动器提供横跨材料堆叠的最上层的空气流。该空气流导致最上层和材料堆叠的其余部分之间的分离，并且还可能导致最上层的颤动。颤动(或沿材料边缘的其他运动)可有助于将下层片与最上层分离以便抓持，并且在很大程度上是由沿空气流的边界的湍流引起的。在一些实施方案中，空气材料移动器132可在该过程之前被激活。在一些实施方案中，在206处，空气材料移动器132可以被连续激活，使得总是存在通过空气材料移动器132提供的空气流。
在208处，卸堆模块126可以启动(或激活)材料抓持器134的操作。在一些实施方案中，材料抓持器134可以是夹具、捏合抓持器、电粘合抓持器或针抓持器或其他合适的抓持机构。在其他实施方案中，可以使用多个相同或不同的抓持机构。材料抓持器134可以连接到致动器杆130，或者可以连接到单独的致动器杆或端部执行器。例如，材料堆叠的最上层可以由附接到致动器杆130的材料抓持器134固定。空气材料移动器132可以分离最上层以允许材料抓持器134在210处固定材料以用于运输。然后卸堆模块126可以去激活空气材料移动器132。在一些实施方案中，在卸堆过程期间，例如从208至214，空气材料移动器132可以不被去激活并且可以被连续地激活。
在212处，致动器杆130可以被移动到工作区域或空间，以运输被抓持的材料件。致动器杆130移动到工作区域，其中材料堆叠的最上层由材料抓持器134固定。在214处，一旦致动器杆130位于工作区域上的预先确定的位置上方，材料抓持器134可以被去激活，从而将该件材料释放到工作区域上。在216处，如果期望另一件材料，则过程返回到202，其中下一件产品材料可以被抓持并移动到工作区域。如果不需要另一件，则过程结束。
现在将参考图3至图5解释材料移动器设备的实例的功能。本领域技术人员可以理解，对于这里公开的这个和其他过程和方法，在过程和方法中执行的功能可以以不同的顺序实现。此外，概述的步骤和操作仅作为实例提供，并且这些步骤和操作中的一些可以是任选的，可以组合成更少的步骤和操作，或者扩展成附加的步骤和操作，而不偏离所公开的实施方案的本质。
图3示出了机器人系统102的空气材料移动器132的实例，该空气材料移动器可以附接到如图4所示的致动器杆130。空气材料移动器包括一个或多个空气腔室，该一个或多个空气腔室具有以小角度θ(例如，在从0度到约30度的范围内)离开空气材料移动器132的外表面304的一个或多个形成的孔口302。压缩空气(或其他气体)可被提供给该一个或多个空气腔室，该一个或多个空气腔室将压缩空气导送至出口302，在出口处，空气平行于例如材料的表面(或以与表面的小角度)排出。空气材料移动器132的弯曲形状允许喷射的空气至少部分地沿着外表面304的弯曲部行进，这产生局部真空，该局部真空提升材料堆叠的最上面(或顶部)件，从而允许材料被材料抓持器134捕获。
压缩空气(或其他气体)可在如图3所示的一个或多个空气输入部306处或在空气材料移动器132上的另一适当位置处通过例如装置的顶部输入到空气材料移动器132中。空气输入部306可以包括通向位于空气材料移动器132内的空气腔室的一个或多个通道。在一些实施方案中，压缩空气可以是标准压缩空气。在其他实施方案中，压缩空气可以是去离子压缩空气。在各种实施方案中，压缩空气可以是不受静电干扰的(static free)压缩空气和/或除湿压缩空气。在一个或多个实施方案中，压缩空气可以是压缩空气的组合，诸如标准压缩空气和去离子压缩空气的混合物，或者可以提供期望结果的其他组合。压缩空气可以被预混合、在进入空前腔室之前混合或者在空气材料移动器132的空气入口306或空气腔室内混合。
空气材料移动器132的前部可以成形为曲线，以便使从出口或孔口302喷射的空气在空气材料移动器132上向上行进。在其他实施方案中，空气移动器的前部可以成形为平坦的斜面。在其他实施方案中，空气移动器的前部可以成形为曲线和/或平坦的斜面的组合。该空气流可以操纵堆叠中的材料件以有助于分离层并使材料件能够由材料抓持器134捕获的方式提升、颤动或移动，如将讨论的。空气材料移动器132可以例如通过致动器杆130定位在产品材料堆叠的边缘附近的堆叠材料的顶部(或上方)。这可以允许在限制材料顶层的一部分的同时操纵材料的边缘。
空气材料移动器132的空气孔口302沿着装置的长度以阵列形式定位，以提供对顶层材料的整个边缘的操纵。空气孔口302以小角度θ(例如，在从0度至约30度的范围内)离开装置表面。压缩空气在离开孔口302时产生局部真空，该局部真空提升堆叠中的材料。在一些实施方案中，空气输入部306可以被激活或去激活，以控制材料的哪些部分被操纵。在一些实施方案中，空气孔口可以成组或独立地被激活，以实现期望的材料操纵。在一些实施方案中，空气孔口可以布置成2行或更多行以实现期望的材料操纵。在一些实施方案中，空气孔口可以以非网格图案布置，以实现期望的材料操纵。
空气材料移动器132还可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为检测何时该件材料被拉向(或靠近)外表面304。传感器可以包括但不限于光学或电学接近传感器，该光学或电学接近传感器可以被结合到空气材料移动器132中。例如，空气材料移动器132可以包括一个或多个凹陷部或通道，该一个或多个凹陷部或通道被构造成保持传感器而不限制空气材料移动器132的操作。在图3的实例中，空气材料移动器132包括通道308，该通道可以容纳传感器例如纤维线。当该件材料朝向空气材料移动器132的外表面304移动或在其上方移动时，传感器可检测到该件材料。其他类型的传感器或传感器的组合也可以结合到空气材料移动器132中。
接下来参考图4，示出了包括图3的空气材料移动器132的材料移动设备400的实例。本领域技术人员将会理解，对于这里公开的这个和其他过程和方法，在过程和方法中执行的功能可以以不同的顺序实现。此外，概述的步骤和操作仅作为实例提供，并且这些步骤和操作中的一些可以是任选的，可以组合成更少的步骤和操作，或者扩展成附加的步骤和操作，而不偏离所公开的实施方案的本质。
图4示出了可以附接到致动器杆130的空气材料移动器132的横截面视图。空气材料移动器132可以包括一个或多个空气腔室402，该一个或多个空气腔室具有以小角度θ(例如，在0度至约30度范围内)离开外表面304的形成的孔口302。经由空气入口306提供至一个或多个空气腔室402的压缩空气可以被导送至出口302，该出口平行于(或基本平行于)例如材料堆叠的表面引导空气。空气腔室402可以引导压缩空气，以提供来自孔口302的基本上均匀的空气流分布。空气材料移动器132的弯曲形状允许喷射的空气沿着外表面304的弯曲部404行进，这产生局部真空，该局部真空提升产品材料的堆叠的最上面件，从而将该最上面件拉向空气材料移动器132。由此产生的效果允许该件材料被材料抓持器134捕获。
压缩空气可以通过空气材料移动器132的顶部提供。例如，压缩空气可以流过空气输入部306，该空气输入部可以提供通向位于空气材料移动器132内的空气腔室402的通道。在各种实施方案中，压缩空气可以是标准压缩空气。在一些实施方案中，压缩空气可以是去离子压缩空气。在其他实施方案中，压缩空气可以是不受静电干扰的压缩空气。在一些实施方案中，压缩空气可以是压缩空气的组合，例如标准压缩空气和去离子压缩空气的混合物，其可以被预混合、在进入空气腔室402之前混合或者在空气材料移动器132的空气腔室402内混合。
空气材料移动器132的前部可成形为曲线，允许排放的空气沿着空气材料移动器132的外表面304向上行进，从而操纵堆叠的材料以使材料的最上面(或顶部)件能够由例如材料抓持器134的抓持或夹持元件406捕获的方式提升、颤动或移动。空气材料移动器132可以被定位在产品材料的堆叠的顶部，靠近材料件的边缘。这允许在限制材料顶层的一部分的同时操纵产品材料的边缘。
位于空气材料移动器132内的空气腔室402经由空气输入部306接收压缩空气，并且将压缩空气导送至空气孔口302。空气腔室402可以沿着空气材料移动器132的内部长度延伸，并且可以包括挡板以有助于将压缩空气均匀地分布在孔口302上。在一些实施方案中，在空气材料移动器内可存在多个空气腔室，从而连接不同组的空气孔口。空气材料移动器132的弯曲部404可以被成形为允许通过开口302排出的空气在离开空气材料移动器132时以相对于表面的低角度流动，并且跟随外表面304的弯曲部。引导的空气流允许材料堆叠的顶部(或最上)层以将顶层与下层分离并使顶层易于被材料抓持器134固定的方式颤动、提升或移动。
空气材料移动器132的空气孔口302沿其长度以阵列形式定位(例如，可以均匀或非均匀地分布在空气材料移动器132的长度上的一行或多行一个或多个空气孔口)，以提供对堆叠材料的顶层的边缘的操纵。在一些实施方案中，可以使用单个空气孔口。在其他实施方案中，空气孔口的形状、尺寸和/或间距可以变化。在一些实施方案中，空气材料移动器132可以沿着堆叠材料的顶层的多于一个边缘定位。这些孔口可以是弯曲的，以便在期望的方向上重新引导压缩空气。例如，空气孔口302可以沿着空气材料移动器132的底表面以小角度(例如，在从0度至约30度的范围内)离开。在离开孔口302时，空气流产生局部真空，该局部真空能够提升材料件的边缘，以便由材料抓持器134抓持。在一些实施方案中，空气输入部306被激活或去激活，以控制材料的哪些部分被操纵。
材料抓持器134可以固定一件堆叠材料，以便将该件材料移动到工作空间中。在图4的实例中，材料抓持器134附接到致动器杆130。材料抓持器134包括可以固定一件材料的一部分的抓持或夹持元件406。抓持元件406可枢转地安装到致动器杆130，并且由与抓持或夹持元件406相对联接的线性或旋转致动器408操作。空气材料移动器132的激活导致抓持元件406朝向空气材料移动器132的外表面304枢转，直到远侧端部将堆叠材料的顶层夹持在空气材料移动器132和材料抓持器134之间。在一些实施方案中，材料抓持器134可以是捏合抓持器、电粘抓持器、或针抓持器、或具有适合于装置进行安装和致动的其他合适的抓持装置。
致动器杆130可以被重新定位，以便将该件抓持的材料从产品材料的堆叠运输到工作区域，以用于由机器人系统102进一步处理。致动器杆130可以具有附接到其上的一个或多个空气材料移动器132和/或材料抓持器134，以便固定该件材料。致动器杆130可以定位在材料堆叠的上方，并且下降以允许空气材料移动器132接触材料堆叠。在一些实施方案中，该堆叠可以朝向空气材料移动器132提升(或升高)。一旦堆叠材料的顶层(或层片)被固定在材料抓持器134和空气材料移动器132之间，则致动器杆130可以被提升并定位在通过释放材料抓持器134放置该件材料的工作区域的上方。
现在将参照图5进一步解释材料移动设备的功能。本领域技术人员将会理解，对于这里公开的这个和其他过程和方法，在过程和方法中执行的功能可以以不同的顺序实现。此外，概述的步骤和操作仅作为实例提供，并且这些步骤和操作中的一些可以是任选的，可以组合成更少的步骤和操作，或者扩展成附加的步骤和操作，而不偏离所公开的实施方案的本质。
图5示出了包括致动器杆130、空气材料移动器132和材料抓持器134的材料移动设备的实例。空气材料移动器132附接到致动器杆130，并且包含一个或多个空气腔室，该一个或多个空气腔室具有以小角度(例如，在0度至约30度的范围内)离开外表面304的孔口302。当空气材料移动器132接触材料堆叠的顶层时，空气供应可通过卸堆模块126(图2)启动，空气供应启动空气流行进到空气输入部306(图3)并通过空气腔室402(图4)到达表面孔口302。
来自孔口302的空气允许堆叠材料的顶层以一种方式被操纵，该方式导致材料以一种促进材料抓持器134抓持的方式颤动或移动。空气供应可以是提供给一个或多个空气腔室402的压缩空气，其中压缩空气可以被导送至出口302，该出口平行于(或基本平行于)表面引导空气。空气材料移动器132的弯曲形状允许排放的空气沿着空气材料移动器132的弯曲部分404(图4)行进，这产生局部真空，该局部真空朝向空气材料移动器132的外表面304提升材料的最上面件，从而允许材料被材料抓持器134捕获。
在图5的实例中，使用管道将空气供应运输到空气材料移动器132的空气输入部306，其中空气供应源位于别处。在一些实施方案中，空气供应源可以使用压缩空气罐或其他合适的储存容器附接到致动器杆130。
材料抓持器134可以固定一件材料(例如，抵靠空气材料移动器132的外表面)，以便将该件材料移动到工作空间中。材料抓持器134可以包括附接到致动器杆130的夹持机构。例如，夹持机构可以包括抓持或夹持元件406(图4)，该抓持或夹持元件在从枢转地安装到致动器杆103的安装杆延伸的指状物504(例如，结构构件)的端部处具有夹持垫502。
激活装置诸如活塞408(或其他线性或旋转致动器)可以被激活，以延伸通过机械联动件连接到夹持机构的活塞杆，从而导致夹持垫502朝向空气材料移动器132枢转，以在空气材料移动器132被激活之后抓持一件产品材料。一旦被激活，夹具朝向空气材料移动器(a)132的外表面移动，直到夹具将堆叠材料的顶层夹持在空气材料移动器132和材料抓持器134的夹持垫502之间。在一些实施方案中，材料抓持器134可以是捏合抓持器、电粘合抓持器或针抓持器，或者其他合适的抓持或夹持装置。
一旦被抓持，致动器杆130可以被重新定位以将该件材料从材料堆叠运输到工作区域。致动器杆130可以具有附接到其上的一个或多个材料抓持器134，以便固定待运输的该件材料。致动器杆130可以被定位在材料堆叠的上方，并且例如被向下降低以允许空气材料移动器132接触材料堆叠的顶部，并且空气供应被启动以从堆叠分离材料的最上层(或顶层)的边缘，并且将该最上层拉向空气材料移动器132。一旦材料的顶层被固定在材料抓持器134和空气材料移动器132之间，致动器杆130可以被提升和移动或重新定位在释放该件材料的工作区域上方。
空气材料移动器132的空气孔口302可以沿着空气材料移动器132的下表面以阵列的形式定位，以提供对堆叠材料的顶层的整个边缘的操纵。空气孔口302可以小角度(例如，在从0度到约30度的范围内，或者在从0度到约20度的范围内)离开表面。当提供给空气材料移动器132的压缩空气通过孔口302离开时，空气流产生局部真空，该局部真空提升材料以便由材料抓持器134抓持。在一些实施方案中，空气输入部可被激活或去激活，以控制材料边缘的哪些部分被操纵。
应该强调的是，本公开的上述实施方案仅仅是为了清楚理解本公开的原理而阐述的可能的实例。在基本上不脱离本公开的精神和原理的情况下，可以对上述实施方案进行许多变化和修改。所有这样的修改和变化都旨在包括在本公开的范围内，并且受到所附权利要求的保护。
术语“基本上”是指允许偏离描述性术语，而不会不利地影响预期目的。描述性术语被隐式地理解为被字词“基本上”修改，即使该术语没有被字词“基本上”显式地修改。
应该注意的是，比率、浓度、数量和其他数值数据在本文中可以以范围的形式表示。应当理解，这样的范围格式是为了方便和简洁而使用的，并且因此应当以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的界限而明确列举的数值，而且包括该范围内包含的所有单个数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确列举一样。为了说明,“约0.1％至约5％”的浓度范围应被解释为不仅包括明确列举的约0.1重量％至约5重量％的浓度，还包括指示范围内的单个浓度(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％和4.4％)。术语“约”可包括根据数值的有效数字的传统四舍五入。另外，短语“约‘x’到‘y’”包括“约‘x’到约‘y’”。

Claims (48)

1.一种材料移动设备，所述材料移动设备包括：
空气材料移动器，所述空气材料移动器包括横跨所述空气材料移动器延伸的孔口阵列，所述孔口阵列被构造成沿着所述空气材料移动器的外表面引导气流；以及
材料抓持器，所述材料抓持器包括至少一个夹持元件，所述至少一个夹持元件被构造成将由所述气流吸引的材料夹持抵靠在所述空气材料移动器的所述外表面上。
2.根据权利要求1所述的材料移动设备，其中所述空气材料移动器的所述外表面是弯曲的。
3.根据权利要求2所述的材料移动设备，其中通过所述孔口阵列沿着所述外表面的弯曲部行进的所述气流形成局部真空。
4.根据权利要求3所述的材料移动设备，其中当所述空气材料移动器被定位成使所述孔口阵列与所述材料的边缘邻近时，所述材料被所述局部真空吸向所述外表面。
5.根据权利要求2所述的材料移动设备，其中所述至少一个夹持元件在所述弯曲外表面的顶点附近夹持所述材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的材料移动设备，其中所述空气材料移动器包括至少一个腔室，所述至少一个腔室被构造成将所述气体分配到所述孔口阵列。
7.根据权利要求6所述的材料移动设备，其中所述气体经由至少一个入口提供给所述至少一个腔室。
8.根据权利要求7所述的材料移动设备，其中所述气体是压缩空气。
9.根据权利要求6所述的材料移动设备，其中所述至少一个腔室包括挡板，所述挡板有助于所述气体在所述孔口阵列上的均匀分布。
10.根据权利要求6所述的材料移动设备，其中所述空气材料移动器包括将所述气体分配到所述孔口阵列的多个腔室。
11.根据权利要求6所述的材料移动设备，其中所述孔口阵列的各个孔口包括从所述至少一个腔室延伸到所述外表面的弯曲通道。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的材料移动设备，其中所述孔口阵列横跨所述空气材料移动器非均匀地分布。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的材料移动设备，包括横跨所述材料移动设备分布的多个空气材料移动器。
14.根据权利要求13所述的材料移动设备，其中所述材料抓持器包括多个夹持元件。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的材料移动设备，其中所述至少一个夹持元件从枢转地安装到所述致动器杆的安装杆延伸。
16.根据权利要求15所述的材料移动设备，其中所述至少一个夹持元件包括从安装杆延伸至夹持垫的指状物。
17.根据权利要求15所述的材料移动设备，其中所述材料抓持器包括联接到所述安装杆的致动装置，所述致动装置被构造成朝向所述空气材料移动器的所述外表面旋转所述至少一个夹持元件。
18.根据权利要求17所述的材料移动设备，其中所述致动装置是气动致动的。
19.根据权利要求1至14中任一项所述的材料移动设备，其中所述空气材料移动器和所述材料抓持器联接到致动器杆。
20.根据权利要求19所述的材料移动设备，其中所述致动器杆的移动通过工业机器人提供。
21.一种机器人系统，所述机器人系统包括：
空气材料移动器；
材料抓持器；
卸堆器模块；以及
处理电路系统，所述处理电路系统包括处理器，其中所述卸堆器模块的执行：
将所述空气材料移动器定位成与材料堆叠上的材料的最上层相邻；
激活通过横跨所述空气材料移动器延伸的孔口阵列的空气流，所述空气流将材料的所述最上层的边缘与所述材料堆叠分离；以及
启动由所述材料抓持器抓持材料的所述最上层的所述边缘。
22.根据权利要求21所述的机器人系统，其中所述空气材料移动器和所述材料抓持器联接到致动器杆。
23.根据权利要求22所述的机器人系统，其中所述致动器杆的移动通过工业机器人提供。
24.根据权利要求23和23中任一项所述的机器人系统，其中所述材料抓持器将材料的所述最上层抓持在所述空气材料移动器的外表面和所述材料抓持器的夹持元件之间。
25.根据权利要求24所述的机器人系统，其中所述空气材料移动器的所述外表面包括向外的弯曲部。
26.根据权利要求25所述的机器人系统，其中通过所述孔口阵列沿着所述外表面的弯曲部行进的所述空气流形成局部真空，所述局部真空将材料的所述最上层的所述边缘与所述材料堆叠分离。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的机器人系统，其中所述材料抓持器包括从枢转地安装到所述致动器杆的安装杆延伸的多个夹持元件。
28.根据权利要求27所述的机器人系统，其中所述材料抓持器包括联接到所述安装杆的致动装置，所述致动装置被构造成旋转所述多个夹持元件以抓持材料的所述最上层的所述边缘。
29.根据权利要求21至28中任一项所述的机器人系统，其中所述卸堆器模块的执行：
将由所述材料抓持器抓持的材料的所述最上层移动到工作区域；以及
将材料的所述最上层从所述材料抓持器释放。
30.根据权利要求29所述的机器人系统，其中所述卸堆器模块的执行在释放材料的所述最上层之后将所述空气材料移动器重新定位成与所述材料堆叠上的材料的下一个最上层相邻。
31.根据权利要求21至30中任一项所述的机器人系统，其中所述空气流由供应给所述空气材料移动器的压缩空气提供。
32.根据权利要求21至31中任一项所述的机器人系统，其中所述空气材料移动器被定位在所述材料堆叠上材料的所述最上层上方与所述边缘相邻。
33.一种用于通过机器人系统移动堆叠材料的方法，所述方法包括：
将空气材料移动器定位成与材料层的堆叠的边缘相邻；
启动通过横跨所述空气材料移动器延伸的孔口阵列的空气流，所述空气流将最上层的边缘与所述堆叠分离；
用材料抓持器抓持所述最上层的所述边缘，其中所述材料抓持器将材料的所述最上层夹持在所述空气材料移动器的外表面和所述材料抓持器的夹持元件之间；
移动所述最上层；以及
从所述材料抓持器释放所述最上层。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述夹持元件包括从安装杆延伸到夹持垫的指状物。
35.根据权利要求33和34中任一项所述的方法，其中所述空气材料移动器和所述材料抓持器的移动经由联接到致动器杆的机器人臂来控制。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的方法，其中来自所述孔口阵列的所述空气流沿着所述空气材料移动器的所述外表面产生局部真空，其中所述局部真空将所述最上层的所述边缘与所述堆叠分离。
37.一种用于通过机器人系统移动堆叠的材料的方法，所述方法包括：
将空气材料移动器定位成与材料层的堆叠的边缘相邻；
启动通过横跨所述空气材料移动器延伸的孔口阵列的空气流，所述空气流将最上层的边缘与所述堆叠分离，其中启动通过所述孔口阵列的空气流包括：
向所述空气材料移动器供应压缩空气；以及
经由至少一个空气腔室将所述压缩空气分配到所述孔口阵列；
用材料抓持器抓持所述最上层的所述边缘；
移动所述最上层；以及
从所述材料抓持器释放所述最上层。
38.根据权利要求37所述的方法，其中来自所述孔口阵列的所述空气流沿着所述空气材料移动器的外表面产生局部真空，其中所述局部真空将所述最上层的所述边缘与所述堆叠分离。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述最上层的所分离的边缘被夹持在所述空气材料移动器的所述外表面和所述夹持元件之间。
40.根据权利要求37至39中任一项所述的方法，其中所述空气材料移动器和所述材料抓持器联接到致动器杆。
41.一种用于通过机器人系统移动堆叠的材料的方法，所述方法包括：
将空气材料移动器定位成与材料层的堆叠的边缘相邻；
启动通过横跨所述空气材料移动器延伸的孔口阵列的空气流，所述空气流将最上层的边缘与所述堆叠分离；
用材料抓持器抓持所述最上层的所述边缘；
将所述最上层移动到工作区域；以及
从所述材料抓持器释放所述最上层。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述材料抓持器将材料的所述最上层夹持在所述空气材料移动器的外表面和所述材料抓持器的夹持元件之间。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述夹持元件包括从安装杆延伸到夹持垫的指状物。
44.根据权利要求41至43中任一项所述的方法，其中启动通过所述孔口阵列的空气流包括：
向所述空气材料移动器供应压缩空气；以及
经由至少一个空气腔室将所述压缩空气分配给所述孔口阵列。
45.根据权利要求44所述的方法，其中来自所述孔口阵列的所述空气流沿着所述空气材料移动器的外表面产生局部真空，其中所述局部真空将所述最上层的所述边缘与所述堆叠分离。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述最上层的所分离的边缘被夹持在所述空气材料移动器的所述外表面和所述夹持元件之间。
47.根据权利要求41至46中任一项所述的方法，其中所述空气材料移动器和所述材料抓持器联接到致动器杆。
48.根据权利要求41至46中任一项所述的方法，其中所述空气材料移动器和所述材料抓持器的移动经由联接到致动器杆的机器人臂来控制。
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