CN116096950A - 用于沿任意接缝形状运送和缝合材料的自适应设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了与在例如缝合机器人自动化中运送和缝合材料相关的各种实例。多个层状材料片能够在平坦的平面表面上运送，同时在这些材料沿任意接缝形状的缝合程序过程中维持材料层相对于彼此的位置和取向。在其中一个实例中，一种系统包括缝合机，所述缝合机包括缝合针、材料保持组件和平移系统。所述材料保持组件能够包括能够接触邻近于所述缝合针的缝合平面上的材料的机械指状件和支撑所述机械指状件的结构接地系统。所述平移系统能够经由所述机械指状件将材料重新定位在缝合平面上。所述缝合针周围的间隙能够通过重新定位所述缝合针周围的单独的机械指状件来提供。

Description

用于沿任意接缝形状运送和缝合材料的自适应设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年1月1日提交的序列号为17/146,722的名称为“AdaptiveApparatus for Transporting and Sewing Material Along Arbitrary Seam Shapes”的共同未决的美国非临时申请的优先权和权益，该申请要求2020年7月1日提交的序列号为16/918,803的名称为“Adaptive Apparatus for Transporting and Sewing MaterialAlong Arbitrary Seam Shapes”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。本申请涉及2020年7月1日提交的序列号为16/918,875的名称为“PALLETLESS SEWING METHODS AND SYSTEMS”的美国申请，该申请在此通过引用整体并入本文。

背景技术

通常在缝合产品的生产中，缝线必须高度精确地缝合在一个或多个扁平的材料片上。这些缝线可能是装饰性的、结构性的或者两者兼有，并且可能不遵循材料本身的特征。由于这些接缝的上述性质，操作人员不太适合这项任务，而是经常使用图案缝合机。

在开始缝合程序之前，图案缝合机利用定制模板夹紧到材料层上。然后将这些模板装载到图案缝合机上。图案缝合机将这些具有夹紧材料层的模板移动到缝合针。然后，图案缝合机将遵循预定路径并在所制造的模板的开口形状内(以高速)缝合接缝线。通常，更复杂的产品将需要用于每个尺寸、样式和制造步骤的这些模板中的几个，从而降低了制造灵活性并增加了加工成本。

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

本公开的各方面涉及沿任意接缝形状运送和缝合材料。在其中的一个方面中，一种用于运送和缝合材料的系统包括：缝合机，所述缝合机包括缝合针；材料保持组件，所述材料保持组件被构造成接触邻近于所述缝合针的缝合平面上的材料，从而在缝合所述材料过程中固定所述材料的相对取向和位置；以及平移系统，所述平移系统被配置成经由材料保持组件在所述缝合平面上运送所述材料。所述材料保持组件能够包括：机械指状件，所述机械指状件被构造成接触邻近于所述缝合针的缝合平面上的材料；以及支撑所述机械指状件的结构接地系统；以及附接到所述结构接地系统的平移系统。所述机械指状件能够被构造成在缝合所述材料过程中固定所述材料的相对取向和位置。所述缝合针周围的间隙能够通过重新定位所述缝合针周围的单独的机械指状件来提供。所述平移系统能够被配置成经由所述机械指状件在所述缝合平面上运送所述材料。

在一个或多个方面中，所述机械指状件中的每个机械指状件能够包括被动带系统，所述被动带系统接触所述材料以固定所述取向和位置。所述被动带系统能够包括在附接到所述机械指状件的一对滑轮之间延伸的带，其中所述带在所述机械指状件的线性平移过程中围绕所述一对滑轮被动地旋转。所述一对滑轮能够包括附接在第一固定位置处的第一滑轮和附接在第二可调节位置处的第二滑轮。所述带的下部区段能够通过所述结构接地系统的带接地机构相对于所述结构接地系统固定在固定位置。所述带接地机构能够包括联接到所述结构接地系统的支架并且与所述带的所述下部区段接合的固定元件。

在一些方面中，所述结构接地系统能够包括延伸穿过所述机械指状件的支架。所述机械指状件中的每个机械指状件能够包括附接到所述机械指状件和所述支架的张紧装置。所述张紧装置可以是螺旋弹簧。所述结构接地系统能够包括气缸系统，所述气缸系统包括附接到所述机械指状件中的每个机械指状件的气缸。所述气缸可以是气压缸。所述机械指状件能够被构造成经由中心驱动轴、气动活塞或线性马达单独地平移它们的位置。

在各个方面中，所述系统能够包括附接到所述缝合机的凸轮轮廓，所述凸轮轮廓定位成与所述机械指状件的从动件接合。附接到所述机械指状件的张紧装置能够维持所述从动件与所述凸轮轮廓的表面的接触。所述凸轮轮廓的所述表面能够包括凸出部分，其中所述机械指响应于与所述凸出部分的接合而背离所述缝合针线性地平移。所述机械指状件的所述从动件响应于所述平移系统对所述结构接地系统和所述机械指状件的重新定位而跨所述凸轮轮廓的所述表面移动。

在一个或多个方面中，所述材料保持组件能够包括延伸穿过所述机械指状件的中心驱动轴，其中所述机械指状件被构造成经由所述中心驱动轴单独地平移它们的位置。所述机械指状件中的每个机械指状件能够包括摇杆爪，所述摇杆爪被构造成使齿轮与所述机械指状件的齿条接合以平移所述机械指状件。所述摇杆爪能够被构造成使所述齿轮与所述齿条脱离并且接合所述摇杆爪的齿，以将所述机械指状件固定在固定位置。所述结构接地系统能够包括延伸穿过所述机械指状件的导向狭槽的导向件。所述机械指状件中的每个机械指状件能够包括接触所述材料以固定所述取向和位置的带，所述带环绕所述机械指状件的指状件主体。

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2A至图2G示出了根据本公开的各种实施方案的包括平移系统和材料保持设备的机器人系统的实例。

图3A至图3C示出了根据本公开的各种实施方案的机械指状件在材料保持设备的结构接地系统上移动的另一示例。

图3D和图3E示出了根据本公开的各种实施方案的利用机械指状件的多个阵列的平移系统和材料保持设备的实例。

图4A和图4B示出了根据本公开的各种实施方案的包括中心驱动轴的材料保持设备的实例。

图5A和图5B示出了根据本公开的各种实施方案的包括气缸的结构接地系统的实例。

具体实施方式

这里公开了与在例如缝合产品的自动化生产中沿任意接缝形状运送和缝合材料相关的各种实例。本公开整体涉及一种能够固定层状材料的取向和位置以便用自动缝合机缝合的设备。例如，自适应设备可能够缝合各种设计和尺寸的多个材料层，因为它能够适应任意接缝形状。自适应设备可以向下夹紧到层状材料上，并防止它们在缝合操作过程中起皱、滑动或改变它们的相对位置和取向。现在将详细参考附图中所示的实施方案的描述，其中相同的附图标记在几个视图中表示相同的部分。

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、材料移动器114、辅助操作装置116、本地接口118、感测装置120和自动缝合机122。感测装置120可以包括一个或多个传感器和/或相机124。机器人系统102还可以包括操作控制126，该操作控制可以由机器人系统102执行以实现材料的操纵和/或处理。自动缝合机122可以包括例如平移系统128、凸轮轮廓130、材料保持设备132、机械指状件134和结构接地系统136。自动缝合机122还包括在缝合头处具有至少一根缝合针的缝合机，如将讨论的。

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，

或Advanced Micro

(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

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可以包括一个或多个模块(例如，操作控件126)，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，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、视觉指示(例如，指示灯或仪表)、音频指示(例如，铃、蜂鸣器等)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。界面还可以包括物理和/或电子界面的组合，其可以基于环境设置或应用来设计。

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(诸如材料移动器114、辅助操作装置116、感测装置120和/或自动缝合机122)的连接的部件，并且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Firewire^TM)连接元件或其他适当的连接元件。

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的材料移动器114可以促进操作之间的材料操纵。材料移动器114可以在下一个操作之前移动、堆叠或定位材料。在一些实施方案中，材料移动器114可以在缝合或其他操作之前将材料运送到预定的对准位置。

在一些实施方案中，材料移动器114可以包括能够进行空间运动的操纵器和一个或多个材料处理部件。取决于被处理的材料，这些材料处理部件可以利用各种夹持技术，诸如气流、真空、机械夹持(诸如夹具、夹捏、销或针)、电粘附、粘附、静电力、冷冻、刷或钩环等。在各种实施方案中，材料移动器114可以包括末端执行器，该末端执行器可以通过一个或多个操纵器(例如，工业机器人或其他操纵器或适当的操纵组件)来操纵。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。例如，材料移动器可以被移动以与材料接合，并操纵其位置和/或取向，以便由机器人系统102进行处理。当材料的期望处理完成时，材料移动器114的移动可以将材料运送出工作区。这种自动运动在许多重复过程中非常有益。辅助操作装置116可包括拆垛装置、堆叠装置、折叠装置、标签操纵装置和/或有助于缝合产品的准备、制造和/或修整的其他装置。

机器人系统102的本地接口118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118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118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。

机器人系统102的感测装置120可以促进检测产品材料的移动，并且在缝合和切割操作或其他过程操作之前、期间或之后检查产品材料的缺陷和/或差异。此外，感测装置120可以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，感测装置120可以包括但不限于一个或多个传感器和/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、网际协议(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、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。感测装置120还可以包括一个或多个运动传感器、温度传感器、湿度传感器、麦克风、超声波装置、雷达或激光雷达装置、RF接收器和/或其他环境或电子传感器。

自动缝合机122是一种缝合系统，其可以包括计算机化的缝合机、用于固定一层或多层材料的材料固定组件，以及计算机控制的致动器，该致动器可以相对于缝合机移动材料固定组件，以便于缝合固定材料。平移系统128可以包括负责材料固定组件与自动缝合机122的缝合机之间的相对运动的元件。在一个实施方案中，该运动可以用XYZ笛卡尔运动系统(例如，笛卡尔坐标机器人、龙门机器人或x-y-z机器人)来实现，其中XY运动是平面的并且在缝合平面(或工作表面)209上，而Z运动将材料固定组件提升或下降到材料上。在另一个实施方案中，平移系统128可以使用极坐标运动系统。在又一实施方案中，平移系统128可以是多种类型的工业机器人中的任何一者。

自动缝合机122的材料固定组件可以包括材料保持设备132，其可以在自动缝合机122的操作过程中适应。材料保持设备132能够在缝合过程期间改变其在材料上的接触点，以允许缝合机接近材料的大部分或全部表面。附接到结构接地系统136的机械指状件134可以夹紧到多个材料层上，这些材料层可以适应不同的样式和尺寸，并且以高速缝合任意形状的接缝线。凸轮轮廓130可以是固定在空间中(例如，固定到缝合机203)的主体，从而允许机械指状件134的从动件在凸轮轮廓上移动以产生指状件位移。凸轮轮廓130的形状可以被设计成产生从动件的期望运动，从而产生机械指状件134的期望运动，例如以避免与缝合针接触。结构接地系统136可以被配置成支撑并允许机械指状件134移动，以维持带与层状材料的均匀接触，例如在指状件平移过程中，并且因此保持它们的相对位置和取向。机械指状件134的位移可以在缝合针周围提供空间，以允许缝合机产生可以将层状材料保持在一起的缝线。

如图1所示，机器人系统102包括可以控制机器人系统102的操作控制126，如将讨论的。操作控制126可以包括一个或多个处理模块，可以执行该一个或多个处理模块以控制机器人系统102的各种部件(诸如自动缝合机122)的操作。

现在将参照图2A至图2F讨论材料固定组件的功能。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。

参考图2A，示出了自动缝合机122的平移系统128和材料固定组件的实例。自动缝合机122可以包括具有缝合针206的缝合机203(例如，计算机化的

缝合机)、平移系统128和在缝合平面209上方具有机械指状件134的材料保持设备132。缝合平面209是工作区，在该工作区中，可以利用材料保持设备132的机械指状件134的单个阵列或多个阵列来缝合材料，该机械指状件可以相对于正被缝合的材料片212平移，而未缝合的材料片不会改变它们的相对位置和取向。例如，机械指状件134的两个阵列可以彼此相对(或面对)定位，以便于缝合材料片212。平移系统128可以产生XYZ运动，其中XY运动是缝合平面209上的平面运动，而Z运动是上下运动。平移系统128附接到材料保持设备132，允许其以XY运动方式移动。机械指状件134的线性阵列充当在缝合平面209的平坦表面上运送材料层而不改变它们的相对位置和取向的装置。

参考图2B，示出了材料固定组件的展开图，该材料固定组件包括由附接到平移系统128的结构接地系统136支撑的机械指状件134的阵列。结构接地系统136可以包括支撑框架，该支撑框架包括附接到平移系统128并延伸穿过机械指状件134的金属支架215。机械指状件134包括带218，该带被构造成与层状材料212接触，以保持它们的相对位置和取向。在图2B的实例中，使用了带218，然而它可以是能够围绕两个旋转轴线连续旋转的任何接触元件，诸如链条、材料条、橡胶条、同步带等。机械指状件134的运动(线性位移)可以通过首先使用平移系统128在XY平面中将层状材料212运送到缝合针206来实现。然后，机械指状件的从动件221可以与凸轮轮廓130接合，从而导致指状件位移。如图2B所示，凸轮轮廓130可以包括一个表面，在材料保持设备132相对于缝合针206重新定位时，从动件221沿该表面行进。表面可以包括平坦(或线性)部分和背离平坦部分延伸的一个或多个凸出部分。在所例示的示例中，平坦部分由安装支架231(例如，L形金属棒)提供，并且凸出部分可以由附连到支架231的锥形凸轮232提供，或者集成为安装支架231的一部分。在机械指状件134沿支架231侧向重新定位时(参见箭头224)，从动件221跨平坦部分移动，并且对应的机械指状件134保持在相同位置延伸。在从动件221跨凸出部分移动时，对应的机械指状件134被拉回远离缝合针206。根据需要，凸轮232可以成形为在指状件与缝合针或其他系统部件之间提供足够的间隙。凸轮轮廓130可以通过添加或移除附接到支架231的凸轮232，或通过利用具有不同形状和锥形设计的凸轮232来重新构造。

可以看出，缝合针206朝向邻近于机械指状件134的层状材料延伸。材料保持设备132附接到平移系统128，从而允许机械指状件134使用平移系统128的移动来移动。缝合针206将层状材料212缝合在一起，而不会受到机械指状件134的干扰。机械指状件134的线性阵列充当在缝合平面209的平坦表面上运送材料层212而不改变它们的相对位置和取向的装置。这也可以使用带接地机构来实现，该带接地机构经由金属支架215将机械指状件134的带刚性地连接到平移系统128，然而由于凸轮轮廓接合而允许机械指状件134平移到材料上或从该材料上移开。

机械指状件134的平移可以使用被动带驱动系统，该被动带驱动系统允许带218围绕指状物旋转，并且不改变层状材料212的相对位置或取向。机械指状件134可以线性位移，以便在缝合针206周围提供间隙来缝合缝线。在一些实施方案中，可以为待在材料212上执行的其他操作产生间隙，诸如视觉检查、打孔或激光蚀刻。结构接地系统136可以利用凸轮从动件组合来被动地线性位移机械指状件134，以在缝合针206周围产生间隙。该特征也可以使用例如每个机械指状件134中的马达或其他适当机构来完成，以产生每个机械指状件134的线性位移。

现在参考图2C，示出了说明凸轮轮廓130、材料保持设备132的机械指状件134和缝合针206之间的关系的侧视图。凸轮轮廓130可以通过例如将安装支架231附接到缝合机203而相对于缝合针206固定在适当位置。在从动件沿凸轮轮廓130的表面移动时，与其附接的机械指状件134可以背离缝合针206线性位移。如图2C可以看出，凸轮轮廓130的安装支架231可以通过螺栓、螺钉、紧固件或其他适当的紧固技术(例如，焊接、粘合剂等)附接到缝合机203上。安装支架231可以可拆卸地附接以允许凸轮轮廓130是可更换的。锥形凸轮232可以通过螺栓、螺钉或其他适当的紧固技术附接到安装支架231。在一些实施方案中，凸轮232可以是安装支架231的整体部分。

如图2C所示，在从动件221跨凸轮轮廓130的凸出部移动时，机械指状件134相对于其他机械指状件134缩回。这种被动凸轮从动件系统可以使机械指状件134线性位移，以便在缝合针周围提供间隙来缝合缝线。这种被动系统可以根据需要位移特定的机械指状件134以在缝合针206周围产生间隙，然后允许它们在经过缝合针206之后返回到它们的原始位置。在一些实施方案中，这种移动可以通过使用每个机械指状件134中的马达来产生线性位移来完成。

机械指状件134相对于凸轮轮廓130、缝合针206的位置和材料212的关系在图2D的顶视图(或俯视图)中进一步示出。在机械指状件134被重新定位时，从动件221跨凸轮轮廓130移动(如箭头224所示)。机械指状件134的线性阵列可以独立地平移(如箭头227所示)到层状的未缝合材料片212上或从其上移开，而不改变它们的相对位置和取向。机械指状件134的线性阵列也可以在缝合平面209的平坦表面上传送材料层212，而不改变它们的相对位置和方向。这可以使用带接地机构来实现，该带接地机构经由金属支架215与机械指状件带和平移系统128刚性地连接。这种连接允许机械指状件134基于凸轮轮廓130平移到材料212上或从该材料上移开。

机械指状件134可以利用具有高摩擦系数的带218结合低摩擦工作表面或缝合平面209(例如，摩擦系数大约是缝合平面209的摩擦系数的两倍(或更多)的带)。这种组合有助于材料保持设备132在缝合平面209的平坦表面上运送层状材料212，而不改变材料的相对位置和取向。从动件221与凸轮轮廓130的相互作用导致机械指状件134线性位移，以便在缝合针周围提供必要的间隙，从而在材料212中缝合缝线。这种被动系统利用凸轮从动件系统单独地线性位移指状件，以在缝合针周围产生间隙。在一些实施方案中，可以使用每个机械指状件134中的马达来实现这种位移，以产生每个机械指状件134的独立线性位移。

接下来参考图2E，示出了由结构接地系统136支撑的六个机械指状件134的阵列。机械指状件134由结构接地系统136的金属支架215支撑，该金属支架被构造成附接到平移系统128。机械指状件134利用由能够压缩以与多个材料层212接触的材料制成的柔顺带218，以改善用于在缝合平面209的平坦表面上运送层状材料212(例如，参见图2A)的抓握性能。带218可以包括脊或可以被纹理化以改善柔顺性和与材料212的接触。

在图2F和图2G中示出了附加细节，该图显示了机械指状件134的横截面。机械指状件134可以包括指状件主体230、后滑轮233、从动件221、螺旋弹簧236、运送架239、带接地机构242、线性导轨245、带张紧螺钉248、前滑轮251和在后滑轮233与前滑轮251之间延伸的带218。虽然在该实例中示出了螺旋弹簧236，但是也可以使用其他适当的定位或张紧装置(例如，如图5A和图5B所示的活塞或气缸)。带218被示出在缝合平面209上跨层状材料212延伸。机械指状件134可以将层状材料212固定在特定的位置或取向，使得层状材料212可以缝合在一起。

指状件主体230是支撑后滑轮233和前滑轮251的机械指状件134的结构，该后滑轮和该前滑轮允许带218保持与层状材料212接触而不改变层状材料212的取向或位置。后滑轮233可以安装到指状件主体230，而前滑轮251可以安装到位于机械指状件134的远侧端部的滑轮架254。滑轮架254可以在固定位置安装到指状件主体230，或者可以构造成与线性导轨245可移动地接合。例如，线性导轨245可以包括在狭槽或线性开口的相对两侧上的两个轨道，其可以沿如图2F所示的指状件主体230的轴向长度的至少一部分延伸。带张紧螺钉(或螺栓)248可以向滑轮架254施加压力，以张紧环绕在后滑轮233和前滑轮251上方的带218。在其他实施方案中，带张紧螺钉(或螺栓)可以经由后滑轮233张紧带218。

运送架239可以附接到结构接地系统136的支架215，该支架跨指状件主体230延伸并且刚性地连接到带218。运送架239可以被构造成与线性导轨245可移动地接合，以在操作过程中支撑机械指状件134。从动件221允许指状件主体230基于凸轮轮廓130的设计而移出缝合针206的路径。螺旋弹簧236(或其他适当的张紧装置，诸如弹簧、弹性带或活塞)可以附接到指状件主体230和结构接地系统136的支架215。如图2D所示，螺旋弹簧236或其他张紧装置提供张力以维持从动件221抵靠凸轮轮廓130的表面。由螺旋弹簧236提供的张力允许机械指状件134在越过凸轮轮廓130的凸出部分之后返回到延伸位置。也可以使用其他机构。例如，捕获凸轮可以用于将机械指状件134返回到延伸位置。

使用被动带系统，机械指状件134在不改变材料层位置和取向的情况下的平移227是可能的，在指状件主体230移动时，被动带系统可以围绕滑轮233和251旋转。带218可以是齿形的或平坦的，并且可以是环形的或长度不连续的。机械指状件134利用可以被压缩以与多个材料层212接触的柔顺带材料，以改善用于在缝纫平面209的平面表面上运送层状材料的抓握性能。在一些实施方案中，带218可以由能够围绕两个旋转轴线连续旋转的另一种类型的接触元件代替，诸如但不限于链条、材料条、橡胶条或同步带。

机械指状件134的线性阵列可以用于在平坦表面上传送材料层212，而不改变它们彼此之间的相对位置和取向。这可以通过利用机械指状件134的带接地机构242以使得自动缝合机122XY平移来实现。带接地机构242包括固定元件或构件，其与带218的下部区段接合以将其相对于结构接地系统136固定在固定或基本固定的位置。在一些具体实施中，固定元件或构件可以是紧固件(例如，螺钉、螺栓、铆钉或其他适当的紧固件)，该紧固件延伸穿过带218并附接到结构接地系统136的支架215，如图2G所示。例如，带接地机构242可以是穿过带218中的开口(例如，孔)和指状件主体230中的狭槽或线性开口的螺钉，并且经由螺纹开口或螺母附连到支架215。在其他具体实施中，固定元件或构件可以包括粘附或夹紧到带218的下部区段并附接到结构接地系统136的块或带。在一些实施方案中，固定元件或构件可以嵌入到带218中(例如，由制造商模制到带中)并且被构造成附接到结构接地系统136。通过相对于结构支撑系统132的支架215固定带218的位置，可以避免材料212在机械指状件134的移动过程中的聚束和起皱。在机械指状件134被凸轮轮廓130线性位移时，由于与结构接地系统132的固定关系，与材料212的接触保持不变。带接地机构242在沿指状件主体230的长度延伸的狭槽或线性开口内自由移动。通过将机械指状件134的带218保持在适当位置，平移系统128可以在缝合平面209上运送材料212。在缝合过程中，带218的接触点保持固定在层状材料212上。带接地机构242还可以防止在自动缝合机122的操作过程中静电荷的积累。

现在将参照图3A至图3C讨论结构接地系统136和凸轮轮廓130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，概述的操作仅作为实例提供，并且操作中的一些可以是任选的，可以组合成更少的操作，或者扩展成包括附加的操作，而不偏离所公开的实施方案的本质。

从图3A开始，结构接地系统136处于初始位置，其中材料保持设备132被示出为与机械指状件134一起定位在如图2F所示的层状材料212上。机械指状件134基于从动件221与凸轮轮廓130的相互作用而围绕缝合机203的缝合针206延伸。在平移系统128在缝合过程期间从图3A中的初始位置重新定位到图3B中的第二位置时，延伸结构接地系统136以在缝合针206下方向前移动层状材料212。如通过比较图3A和图3B可以看出，层状材料212从缝合针206进一步向外延伸，但是由于凸轮轮廓130相对于缝合针206的固定位置，机械指状件134(图2A至图2F)的位置保持不变。在机械指状件134的平移过程中，带218(图2A至图2F)总是与层状材料212接触，并且因此保持它们的相对位置和取向。结构接地系统136的这种运动将层状材料212暴露于缝合针206。如图3C所示，平移系统128对结构接地系统136的进一步移动继续使层状材料212在缝合针206下方延伸，而机械指状件134的位置不变。在层状材料212中形成接缝之后，机械指状件134可以平移回到层状材料上，如图3A所示。还可以使用平移系统128将层状材料212重新定位在缝合针206下方。

虽然可以利用如图3A至3C所示的材料保持设备132的机械指状件134的单个阵列将材料212缝合在缝合平面209上，但是也可以使用机械指状件134的多个阵列来在缝合过程中保持材料。例如，如图3D和图3E所示，材料保持设备132可以包括机械指状件134的两个阵列，该两个阵列例如定位在缝合针206的相对两侧上以便于缝合材料片212。运送系统128可以被配置成独立地定位机械指状件134的阵列以接触材料212。每个阵列的机械指状件134可以线性平移背离缝合针206，以使用对应的凸轮轮廓130提供所需的间隙。使用机械指状件134的多个阵列可以帮助处理较大的材料片212或者更好地支撑刚性较小的材料。通过在缝合针206的两侧或更多侧上接触材料212，材料可以在缝合过程中牢固地保持在适当位置。

图3D和图3E提供了自动缝合机122的顶视图和透视图，该自动缝合机包括材料保持设备132，该材料保持设备具有在缝合机203的缝合头处延伸超过缝合针206的机械指状件134的两个阵列。自动缝合机122包括平移系统128，该平移系统允许材料保持设备132以XY运动方式移动。机械指状件134的线性阵列充当在缝合平面209的平坦表面上运送材料层而不改变它们的相对位置和取向的装置。在材料保持设备132与材料上的机械指状件134的两个阵列一起定位的情况下，平移系统128可以经由材料保持设备132在缝合针206下方移动材料。在机械指状件134的阵列朝向缝合针206前进时，缝合针206的相对两侧上的单独的机械指状件134缩回，以在缝合针206缝合材料时在该缝合针周围提供间隙。例如，材料指状件134的每个阵列可以使用凸轮轮廓130以如前所述在缝合针206附近缩回材料指状件134。在其他具体实施中，单独的位置控制(例如，气动活塞或气缸、线性马达等)可以用于重新定位各个材料指状件134，如将讨论的。

接下来参考图4A和图4B，示出了包括中心驱动轴403的材料保持设备132的机械指状件434的另一实施方案的侧视图和透视图。机械指状件434可以由中心驱动轴403驱动，并且可以包括将机械指状件434保持在适当位置的机构。如图4A的实例所示，材料保持设备132可以包括导向件415、中心驱动轴403、齿轮406、机械指状件434、齿条409和摇杆爪412。如前所述，机械指状件434可以将层状材料212固定在特定的位置或取向，使得层状材料212可以缝合在一起。导向件415(例如，金属支架)穿过所有机械指状件434中的导向狭槽418。齿轮406可以被驱动离开中心驱动轴403。中心驱动轴403穿过机械指状件434，并且可以用于驱动每个单独的机械指状件434上的齿轮406。

指状件主体430为机械指状件434的被动带系统提供结构，带218或其他接触元件诸如链条、材料条、橡胶条、同步带等围绕该被动带系统旋转，从而允许机械指状件434的平移而不改变层状材料212的位置和取向。带218可以是齿形的或平坦的，并且可以是环形的或长度不连续的。机械指状件434可以利用可以被压缩以与多个材料层212接触的柔顺带材料，以改善用于在缝纫平面209的平面表面上运送层状材料212的抓握性能。

图4B所示的机械指状件434的线性阵列可以充当在缝合平面209的平坦表面上运送材料层212而不改变它们的相对位置和取向的装置。这可以通过利用机械指状件434的带接地机构(例如，图2F的242)以使得自动缝合机122XY平移来实现。带接地机构还可以防止自动缝合机122的操作过程中静电荷的积累。

每个机械指状件434具有齿条409，该齿条允许齿轮406与机械指状件434接合并且由穿过每个机械指状件434的中心驱动轴403驱动。每个机械指状件434可以包括摇杆爪412，以允许机械指状件434的位置通过如图4A所示的摇杆爪412的锁定臂上的齿与齿条409接合而被锁定在适当位置，或者允许向前摇摆(或向上旋转)以允许齿轮406与机械指状件434的齿条409接合。摇杆爪412的旋转可以使锁定臂上的齿脱离齿条409，并且使齿轮406与中心驱动轴403和齿条409接合。

代替图2A至图2F所示的被动凸轮从动件系统，图4A和图4B所示的实施方案提供了使用中心驱动轴403和摇杆爪412来调节机械指状件434的位置的主动系统。机械指状件434的平移可以使用机械指状件434的摇杆爪412来独立地控制，以使齿轮406与齿条406和中心驱动轴403接合或脱离，从而移动该机械指状件434，以在缝合针206周围提供间隙，用于缝合层状材料212。如图4B所示，机械指状件434的位置可以由机器人系统102独立地控制。

现在参考图5A和图5B，示出了结构接地系统136的另一实施方案，以控制材料保持设备132的机械指状件134的线性定位。例如，如果机械指状件134具有单独的位置控制(例如，气动活塞或气缸、线性马达等)，那么在结构接地系统136在缝合过程中平移材料212时，它们的位置可以被单独控制。对单独的指状件位置的控制可以通过例如闭环电气或气动控制系统来提供。在该实施方案中，机械指状件134的平移可以在有或不具有凸轮轮廓130的情况下完成。

如图5A的实施方案所示，结构接地系统136可以包括附加到平移系统128的活塞或气缸系统，以便为单独的机械指状件134中的每个机械指状件提供线性平移。每个机械指状件134可以由对应的活塞或气缸503来单独地控制。在一些实施方案中，活塞或气缸系统可以使用带有比例空气阀的伺服气动气缸来控制单独的机械指状件134中的每个机械指状件的位置。气缸可以是机械装置，其使用压缩气体的动力产生往复线性运动的力。在各种实施方案中，气缸可以是气动气缸，其利用气体来在期望方向上移动气缸的活塞。在其他实施方案中，机电装置506可以用于产生线性平移。

图5B示出了气缸系统的单个气缸503的实例。气缸503连接到单独的机械指状件134的指状件主体并且控制机械指状件134的线性运动。在一些实施方案中，气缸503可以是具有比例空气阀的伺服气动气缸，以控制单独的机械指状件134中的每个机械指状件的位置。气缸503可以通过施加或释放压缩气体来控制机械指状件134的平移以产生线性运动。在使用凸轮轮廓130的情况下，气缸503(而不是图2F的螺旋弹簧236)可以完成指状件主体上的压力，以确保从动件221与凸轮轮廓130的表面接触。在一些实施方案中，活塞或气缸系统可以包括具有线性传动系机构的旋转马达、线性马达、磁体、电磁体，其可以用于产生机械指状件的线性位移。图3D和图3E示出了利用活塞或气缸系统的机械指状件134的阵列的实例。

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 (22)

1.一种用于运送和缝合材料的系统，包括：

缝合机，所述缝合机包括缝合针；

材料保持组件，所述材料保持组件被构造成接触邻近于所述缝合针的缝合平面上的材料，从而在缝合所述材料过程中固定所述材料的相对取向和位置；以及

平移系统，所述平移系统被配置成经由所述材料保持组件在所述缝合平面上运送所述材料。

2.如权利要求1所述的系统，其中：

所述材料保持组件包括：

机械指状件，所述机械指状件被构造成接触邻近于所述缝合针的所述缝合平面上的所述材料，所述机械指状件被构造成在缝合所述材料过程中固定所述材料的所述相对取向和位置；以及

结构接地系统，所述结构接地系统支撑所述机械指状件，其中所述缝合针周围的间隙通过重新定位所述缝合针周围的单独的机械指状件来提供；并且

所述平移系统附接到所述结构接地系统，所述平移系统被配置成经由所述机械指状件在所述缝合平面上运送所述材料。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述机械指状件中的每个机械指状件包括被动带系统，所述被动带系统接触所述材料以固定所述取向和位置。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述被动带系统包括在附接到所述机械指状件的一对滑轮之间延伸的带，其中所述带在所述机械指状件的线性平移过程中围绕所述一对滑轮被动地旋转。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述一对滑轮包括附接在第一固定位置处的第一滑轮和附接在第二可调节位置处的第二滑轮。

6.如权利要求4和5中任一项所述的系统，其中所述带的下部区段通过所述结构接地系统的带接地机构相对于所述结构接地系统固定在固定位置。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述带接地机构包括固定元件，所述固定元件联接到所述结构接地系统的支架并且与所述带的所述下部区段接合。

8.如权利要求2至7中任一项所述的系统，其中所述机械指状件被构造成经由中心驱动轴、气动活塞或线性马达单独地平移它们的位置。

9.如权利要求2至8中任一项所述的系统，其中所述结构接地系统包括延伸穿过所述机械指状件的支架。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述机械指状件中的每个机械指状件包括附接到所述机械指状件和所述支架的张紧装置。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述张紧装置是螺旋弹簧。

12.如权利要求9至11中任一项所述的系统，其中所述结构接地系统包括气缸系统，所述气缸系统包括附接到所述机械指状件中的每个机械指状件的气缸。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述气缸是气压缸。

14.如权利要求2至13中任一项所述的系统，包括附接到所述缝合机的凸轮轮廓，所述凸轮轮廓定位成与所述机械指状件的从动件接合。

15.如权利要求14所述的系统，其中附接到所述机械指状件的张紧装置维持所述从动件与所述凸轮轮廓的表面的接触。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述凸轮轮廓的所述表面包括凸出部分，其中所述机械指状件响应于与所述凸出部分的接合而背离所述缝合针线性地平移。

17.如权利要求15和16中任一项所述的系统，其中所述机械指状件的所述从动件响应于所述平移系统对所述结构接地系统和所述机械指状件的重新定位而跨所述凸轮轮廓的所述表面移动。

18.如权利要求2至17中任一项所述的系统，其中所述材料保持组件包括延伸穿过所述机械指状件的中心驱动轴，其中所述机械指状件被构造成经由所述中心驱动轴单独地平移它们的位置。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述机械指状件中的每个机械指状件包括摇杆爪，所述摇杆爪被构造成使齿轮与所述机械指状件的齿条接合以平移所述机械指状件。

20.如权利要求19所述的系统，其中所述摇杆爪还被构造成使所述齿轮与所述齿条脱离并且接合所述摇杆爪的齿，以将所述机械指状件固定在固定位置。

21.如权利要求18至20中任一项所述的系统，其中所述结构接地系统包括延伸穿过所述机械指状件的导向狭槽的导向件。

22.如权利要求18至21中任一项所述的系统，其中所述机械指状件中的每个机械指状件包括接触所述材料以固定所述取向和位置的带，所述带环绕所述机械指状件的指状件主体。

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