DE102016114765A1

DE102016114765A1 - Anpassungsfähige Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE102016114765A1
Application number: DE102016114765.6A
Authority: DE
Inventors: John Patrick Spicer; Jianying Shi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2036-08-10
Also published as: CN106466849A; DE102016114765B4; US20160052145A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Greifen eines Werkstücks beschrieben, die eine Halterung mit einem Sockel und einem anpassungsfähigen Klemmelement beinhaltet. Das anpassungsfähige Klemmelement beinhaltet eine luftundurchlässige, formbare Membran, die magnetische Teilchen enthält und am Sockel befestigt ist. Ein Elektroadhäsionselement und ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement werden an einer Oberfläche der Membran befestigt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Vorrichtungen zum Greifen von Werkstücken für Befestigungen, Werkzeug, Handhabung von Materialien und Roboter-Endeffektoren.
HINTERGRUND
Universelle Greifer für Werkzeug, Befestigungen und Roboter-Endeffektoren verwenden vorteilhafterweise Haltevorrichtungen, um eine Vielzahl von beliebig geformten Werkstücken zum Bewegen und Platzieren während der Fertigungs- und Montageverfahren zu befestigen. Universelle Greifer können irgendeine Form externer Kraft verwenden, um das Ergreifen und Freigeben zu bewirken, einschließlich vakuumbasierte Sauggreifer und antropomorphe, mehrstellige Greifer zum Greifen und Manipulieren der Werkstücke.
Passive universelle Greifer erfordern minimale Planung des Greifens und beinhalten Komponenten, die passiv eindeutigen Werkstück Geometrien angepasst werden, wodurch sie stark variierende Werkstücke ohne Neuanpassung greifen können. Passive universelle Greifer können einfach zu verwenden sein und benötigen eine minimale visuelle Vorverarbeitung ihrer Umgebung. Die Fähigkeit viele verschiedene Werkstücke zu greifen, macht passive universelle Greifer jedoch häufig einem Greifer zum Greifen eines speziellen Werkstücks unterlegen.
Ein passiver, universeller Klemm-Greifer verwendet körnige Materialien in einer formbaren Membran, die sich an eine Oberfläche eines Werkstücks durch Aufbringen einer Klemmkraft anpasst. Diese Aktion nutzt temperaturunabhängige, fluidartige Eigenschaften der körnigen Materialien, die in eine feststoffähnliche Pseudophase übergehen können, wenn innerhalb der formbaren Membran ein Vakuum angelegt wird. Diese Greiferart verwendet statische Reibung infolge eines Oberflächenkontakts, Erfassen des Werkstücks durch konformes Ineinandergreifen, und Vakuumansaugung, wenn eine luftdichte Dichtung auf einem Teil der Werkstückoberfläche zustande kommt. Ein Klemm-Greifer verwendet statische Reibung infolge eines Oberflächenkontaktes, Erfassen des Werkstücks durch konformes Ineinandergreifen, und Vakuumabsaugung, um unterschiedliche Werkstücke variabler Gestalt, mit unterschiedlichem Gewicht und unterschiedlicher Zerbrechlichkeit in einer Konfiguration mit offener Schleife, ohne geplantes Greifen, ohne Sicht oder sensorische Rückmeldungen, zu greifen.
KURZDARSTELLUNG
Es wird eine Vorrichtung zum Greifen eines Werkstücks beschrieben, die eine Halterung mit einem Sockel und einem anpassungsfähigen Klemmelement beinhaltet. Das anpassungsfähige Klemmelement beinhaltet eine luftundurchlässige, formbare Membran, die magnetische Teilchen enthält und am Sockel befestigt ist. Ein Elektroadhäsionselement und ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement werden an einer Oberfläche der Membran befestigt.
Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren gehen deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer Haltevorrichtung einschließlich eines anpassungsfähigen Klemmelements veranschaulicht, das fluidmäßig mit einer Druckquelle verbunden ist, und ein steuerbares Elektroadhäsionselement hat, das auf deren Oberfläche befestigt ist, in Übereinstimmung mit der Offenbarung veranschaulicht;
2 schematisch eine Draufsicht des Elektroadhäsionselement zeigt, das ein formbares Substrat beinhaltet, auf dem eine Vielzahl flexibler, elektrisch leitender Elektrodenpaare integriert sind, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
3 schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer Haltevorrichtung zeigt, beinhaltend ein anpassungsfähiges Klemmelement, fluidmäßig verbunden mit einer Druckquelle, und das ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement hat, das auf deren Oberfläche befestigt ist, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
4 schematisch eine Draufsicht auf die Unterseite des anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselements zeigt, das ein formbares Substrat beinhaltet, auf dem eine Vielzahl von flexiblen, trockenen Adhäsionsvorrichtungen hergestellt werden, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
5 eine schematische Seitenansicht, Stirnansicht und Ansicht der Unterseite einer Ausführungsform einer einzelnen, flexiblen, trockenen Adhäsionsvorrichtung zeigt, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
6 schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer Haltevorrichtung veranschaulicht, beinhaltend ein anpassungsfähiges Klemmelement, fluidmäßig verbunden mit einer Druckquelle, das ferromagnetische Werkstoffe und einen Sockel mit steuerbaren, elektromagnetischen Elementen beinhaltet, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
7 schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer Haltevorrichtung, beinhaltend ein anpassungsfähiges Klemmelement veranschaulicht, fluidmäßig verbunden mit einer Druckquelle, das ferromagnetische Werkstoffe und einen Sockel mit steuerbaren elektromagnetischen Elemente enthält. Ein steuerbares Elektroadhäsionselement auf deren Oberfläche befestigt ist, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
8 schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer Haltevorrichtung veranschaulicht, einschließlich eines anpassungsfähigen Klemmelements, fluidmäßig verbunden mit einer Druckquelle, das ferromagnetische Teilchen und einen Sockel beinhaltet, der steuerbare elektromagnetische Elemente beinhaltet. Ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement auf deren Oberfläche befestigt ist, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
9 schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer Haltevorrichtung veranschaulicht, einschließlich eines anpassungsfähigen Klemmelements, fluidmäßig verbunden mit einer Druckquelle, das ferromagnetische Teilchen und einen Sockel beinhaltet, der steuerbare elektromagnetische Elemente beinhaltet. Ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement und ein steuerbares Elektroadhäsionselement auf deren Oberfläche befestigt sind, in Übereinstimmung mit der Offenbarung; und
10 und 11 jeweils schematisch eine dreidimensionale isometrische Ansicht einer Werkstückhalterung zeigt, die die Form einer Haltevorrichtung, eines Werkzeugs oder eines Roboter-Endeffektors haben kann, die so konfiguriert wurde, dass sie mit an einer Vielzahl von Greifpositionen passgenau an einem Werkstück anliegt. Die Werkstückhalterung beinhaltet eine Vielzahl von Haltevorrichtungen, worin jede Haltevorrichtung eine der Haltevorrichtungen ist, die mit Bezug auf 1 bis 9 beschrieben wurden, in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin die Darstellungen nur zur Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungen und nicht zu dem Zweck selbige einzuschränken vorgesehen sind, veranschaulicht 1–9 schematisch Ausführungsformen einer anpassungsfähigen Haltevorrichtung zum Ergreifen eines Werkstücks, worin die Haltevorrichtung ein Klemmelement beinhaltet, das ein zweites oder mehrere Elemente zum Ergreifen eines Werkstücks hat. Die Haltevorrichtung kann an einem Endeffektor eines Roboterarms verwendet werden, um ein Werkstück steuerbar zu greifen, oder anderweitig zu halten, oder das Halten eines Werkstücks unterstützt, um das Werkstück an einer Position festzuhalten oder an eine andere Position zu befördern. Gleiche Begriffe und gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf ähnliche Elemente in den Ausführungsformen.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der anpassungsfähigen Haltevorrichtung 10 mit einem steuerbaren Elektroadhäsionselement 20, das auf einer Oberfläche eines Klemmelements 50 befestigt ist. Das Klemmelement 50 beinhaltet eine luftundurchlässige, formbare Membran 52, enthaltend körniges Füllmaterial 54, die zu einem Sockel 56 abdichtet und daran befestigt ist. Wie hier verwendet, deutet der Begriff „Dichtung“ und ähnliche Begriffe auf das Schließen und das Absichern vor einer Undichtigkeit oder Durchlässigkeit hin. Der Sockel 56 ist in einer Ausführungsform über geeignete Anschlüsse oder Befestigungselemente an einem Endeffektor eines Roboterarms befestigt. Geeignete Materialien, aus denen die Membran 52 hergestellt sein kann, beinhalten unter anderem Latex, Vinyl, beschichtetes Gewebe und Metallfolie. Das Membranmaterial ist luftundurchlässig und ist bevorzugt beständig gegenüber Aufreißen, beispielsweise beim Verwenden mehrerer Schichten. Geeignetes Material für das körnige Füllmaterial 54 beinhaltet unter anderem aufgeplatzte Maiskörner, gemahlenen Kaffee und pulverisierten Kunststoff. Vorzugsweise weist das körnige Füllmaterial 54 scharfe, oder anderweitig abrupte Kanten zum Verzahnen auf, und stellt beim Zusammenklemmen eine strukturelle Steifigkeit bereit. Der Sockel 56 umfasst eine Fluidleitung, die an einer steuerbaren Druckquelle 60 angeschlossen ist. Die Druckquelle 60 erzeugt innerhalb des Klemmelements 50 negativen Druck (Unterdruck), in Reaktion auf ein erstes Steuersignal zum Ergreifen eines Werkstücks, und ermöglicht eine Aufhebung des Unterdrucks, bzw. erzeugt positiven Druck innerhalb des Klemmelements 50, in Reaktion auf ein zweites, nachfolgendes Steuersignal zur Freigabe des Werkstücks. In einer Ausführungsform ist die Druckquelle 60 durch ein steuerbares Absperrventil 62 fluidmäßig mit dem Klemmelement 50 verbunden, worin das Absperrventil 62 geöffnet ist, während die Druckquelle den Unterdruck innerhalb des Klemmelements 50 zum Greifen des Werkstücks erzeugt, und geschlossen ist, während das Greifen gefordert wird, und erneut geöffnet wird, um innerhalb des Klemmelements 50 zur Freigabe des Werkstücks den Unterdruck aufzuheben.
Das steuerbare Elektroadhäsionselement 20 ist vorzugsweise auf einer Oberfläche des Klemmelements 50 befestigt, und verwendet eine Vielzahl von wiederverwendbaren Befestigungsvorrichtungen 30, beispielsweise Klettverschlüsse. Das Verwenden von wiederverwendbaren Befestigungsvorrichtungen 30 ermöglicht das Entfernen und erneute Platzieren des Elektroadhäsionselements 20. Alternativ kann das steuerbare Elektroadhäsionselement 20 durch Integration in die gefüllte Membran 52 direkt auf einer Oberfläche des Klemmelements 50 befestigt werden. Das Elektroadhäsionselement 20 ist elektrisch mit einer Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuerung 40 verbunden, die dessen Aktivierung steuert. Eine System-Steuerung 70 kommuniziert mit der Aktivierungssteuerung 40 und der Druckquelle 60, um das Festhalten und Ablösen des Werkstücks zu bewirken.
Das Klemmelement 50 arbeitet durch Kontaktierung und Anpassen an die Werkstücksform, wenn es an das Werkstück gedrückt wird. Ein Unterdruck wird auf eine gefüllte Membran 52 angewendet, um diese durch Unterdruck zu härten und das Werkstück mechanisch passgenau zu greifen. Gleichzeitig, oder unmittelbar anschließend, aktiviert die Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuerung 40 das Elektroadhäsionselement 20, welches das Werkstück elektrostatisch an einem Teil der Membran 52, der am Werkstück anliegt, fixiert. Nachdem die Arbeit am Werkstück durchgeführt wurde, oder das Werkstück zu einer anderen Position transportiert wurde, können ein oder mehrere Überdruckstöße angewendet werden, um den Fluid-Feststoff-Phasenübergang umzukehren, d. h. das Festklemmen aufzuheben. Die Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuerung 40 deaktiviert das Elektroadhäsionselement 20, um das Werkstück zwangsweise zu Lösen und die Membran 52 wieder in einen verformbaren, einsatzbereiten Zustand zurückzusetzen.
Die Begriffe Regler, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Prozessor und ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), elektronischer Schaltkreise, Zentraleinheiten, wie z. B. Mikroprozessoren und mit diesen verbundene Speichergeräte (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.) die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen ausführen, kombinatorische Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -geräte, Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen und weitere Komponenten, die die beschriebenen Funktionen ermöglichen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf jedwede von einer Steuerung ausführbare Befehlssätze, wie Kalibrierungen und Lookup-Tabellen. Jede Steuerung führt für die gewünschten Funktionen Steuerroutine(n) aus, wie z. B. die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuerungen und die Ausführung von Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden. Alternativ können die Routinen als Reaktion auf ein Ereignis ausgeführt werden, wie zum Beispiel einen externen Befehl. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann anhand einer Direktverkabelung, einer vernetzten Kommunikationsbus-Verbindung, einer drahtlosen Verbindung oder jeder anderen geeigneten Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden.
2 zeigt eine schematische Planansicht einer Ausführungsform des Elektroadhäsionselements 20, das ein formbares Substrat 22 beinhaltet, in das eine Vielzahl von flexiblen, elektrisch leitenden Elektrodenpaare 24, 25 integriert sind. Alternativ kann die Vielzahl von flexiblen, elektrisch leitenden Elektrodenpaare 24, 25 direkt in das Material der gefüllten Membran 52 integriert sein, ohne ein formbares Substrat 22 zu verwenden. Die Elektrodenpaare 24, 25 sind so gefertigt, dass sie dreidimensional elastische Bewegungen erlauben, so dass sie sich mit dem Klemmelement 50 an das Werkstück anpassen, und sind in einer Ausführungsform schlangenförmig angeordnet. Das formbare Substrat 22 wird aus einem geeigneten dielektrischen Material hergestellt. Die Elektrodenpaare 24, 25 sind aus flexiblem, elektrisch leitenden Material, das reißfestes Metall, dehnbarer Draht, Flüssigdraht, spiralförmiges Drahtgewebe oder ein anderes geeignetes Material beinhalten kann. Die Elektrodenpaare 24, 25 sind auf dem formbaren Substrat 22 auch in einer Weise angeordnet, die unter bestimmten Bedingungen die Elektroadhäsion bewirkt. Wenn abwechselnd positive und negative Ladungen auf die Elektrodenpaare 24, 25 induziert werden, erzeugt das entstehende elektrische Feld auf der Oberfläche des Substrats 22 entgegengesetzte Ladungen, die eine Adhäsion am Werkstück erleichtern können. Diese Adhäsion wird auf eine Vielzahl von Werkstückmaterialien angewendet, einschließlich, unter anderem, beispielsweise auf Metalle, Kohlenstofffasern, Kunststoff, Glas, Pappe und organische Materialien.
Elektroadhäsion bezieht sich auf die mechanische Kopplung der beiden Objekte, beispielsweise das Elektroadhäsionselement 20 und ein Werkstück, unter Verwendung elektrostatische Kräfte. Elektroadhäsion hält benachbarte Oberflächen von Objekten zusammen oder vergrößert die wirksamen Anziehungskraft bzw. die wirksame Reibung zwischen den beiden Oberflächen infolge der elektrostatischen Kräfte, die durch ein elektrisches Feld erzeugt wurden, welches im Elektroadhäsionselement 20 erzeugt wird. Elektrostatische Adhäsionsspannung bezieht sich auf eine Spannung, die eine geeignete elektrostatische Kraft erzeugt, um benachbarte Flächen zu verbinden, beispielsweise um das Elektroadhäsionselement 20, mit einem Werkstück zu verbinden. Die Elektrodenpaare 24, 25 bilden in der unmittelbaren Umgebung elektrische Leiter, die alternierende Muster des induzierten Stromflusses erzeugen. Die alternierenden Muster des induzierten Stromflusses können erzeugt werden, indem die Elektrodenpaare 24, 25 in wechselnden Richtungen hergestellt werden, beispielsweise in einem Zick-Zack-Muster oder in einer Spiralform. Die Elektrodenpaare 24, 25 sind in das dielektrische Substrat 22 integriert, so dass das elektrische Feld zwischen jedem der Elektrodenpaare 24, 25 Coulomb-Ladungen im dielektrischen Substrat 22 induziert. Ein Anstieg des elektrischen Feldes führt zu einer Erhöhung der Ladungsdichte. Wenn das Elektroadhäsionselement 20 in Kontakt mit einem Werkstück gebracht wird, lädt sich das Werkstück aufgrund des gleichen elektrischen Feldes entgegengesetzt auf. Da die Ladungen entgegengesetzt sind, bilden sie eine Anziehungskraft zwischen sich, basierend auf der elektrischen Permittivität des dielektrischen Substrats 22. Da sich das Material der Oberfläche des Elektroadhäsionselements 20 vom Material des Werkstücks unterscheiden kann, müssen beim Bestimmen der Größe der Anziehungskraft Unterschiede bei der Dielelektrizitätskonstante (epsilon) zwischen den beiden Materialien berücksichtigt werden. Auch muss der Abstand zwischen dem dielektrischen Substrat 22 und dem Werkstück berücksichtigt werden, wobei der Abstand der Dicke des dielektrischen Substrats 22 entspricht, welches das Elektroadhäsionselement 20 bedeckt, das als ein elektrischer Isolator wirkt. Somit wird die Größe einer Greifkraft durch die Dielelektrizitätskonstante (epsilon) im Material des dielektrischen Substrats 22 und im Material des Werkstücks bestimmt. Somit wird die Haltekraft von unterschiedlichen Werkstück-Materialien variieren und wird bevorzugt bei der Auslegung des Elektroadhäsionselements 20 berücksichtigt. Bevorzugte Auslegungsparameter beinhalten eine relativ hohe Spannung, einen großen Kontaktflächenbereich und eine minimale Dicke des dielektrischen Substrats 22.
Die benötigte Mindestspannung für das Elektroadhäsionselement 20 variiert in Bezug auf Faktoren im Zusammenhang mit dem Oberflächenbereich des Elektroadhäsionselements 20, der Materialleitfähigkeit und dem Abstand der Elektrodenpaare 24, 25, des Materials des dielektrischen Substrats 22, des Oberflächenmaterials des Werkstücks, der Gegenwart von irgendwelchen Störungen der Elektroadhäsion, wie zum Beispiel Staub, andere Partikel oder Feuchtigkeit, dem Gewicht irgendwelcher Gegenstände, die von der Elektroadhäsionskraft gestützt werden müssen, der dreidimensionalen Nachgiebigkeit des Elektroadhäsionselements 20, den dielektrischen Eigenschaften und vom Widerstand des Werkstücks, und/oder den relevanten Lücken zwischen den Elektrodenpaaren 24, 25 und einer Oberfläche des Werkstücks. In einer Ausführungsform beinhaltet die elektrostatische Adhäsionsspannung eine Differenzspannung zwischen den Elektrodenpaaren 24, 25, die zwischen etwa 500 Volt und etwa 15 Kilovolt liegt. In Mikroanwendungen können auch niedrigere Spannungen verwendet werden. In einer Ausführungsform liegt die Differenzspannung zwischen etwa 2 Kilovolt und etwa 5 Kilovolt. Die Spannung für eines der Elektrodenpaare 24, 25 kann Null sein. Es können auch abwechselnd positive und negative Ladungen auf benachbarten Elektrodenpaaren 24, 25 angelegt werden. Die Spannung auf einer einzelnen Elektrode kann zeitlich variiert werden, insbesondere kann sie zwischen positiven und negativen Ladungen verändert werden, damit sich keine im Wesentlichen langfristige elektrostatische Aufladung des Werkstücks aufbaut. Die resultierenden Haltekräfte variieren mit den technischen Daten eines bestimmten Elektroadhäsionselements 20, dem Material, an dem es haftet, beliebigen partikulären Störungen, Oberflächenrauheit, usw. Im Allgemeinen stellt die Elektroadhäsion, wie hierin beschrieben, einen weiten Bereich von Haltedrücken bereit, im Allgemeinen definiert als die Anziehungskraft, die durch das Elektroadhäsionselement angewendet wird, dividiert durch den Kontaktflächenbereich mit dem Werkstück.
Die tatsächlichen Elektroadhäsionskräfte und der tatsächliche Druck variieren mit dem Design und anderen Faktoren. In einer Ausführungsform, stellt das Elektroadhäsionselement 20 Elektroadhäsionsdrücke zwischen 0,7 kPa (etwa 0,1 psi) und etwa 70 kPa (etwa 10 psi) bereit, obwohl auch andere Mengen und Bereiche sicherlich möglich sind. Der benötigte Kraftaufwand für eine bestimmte Anwendung kann durch Variieren des Kontaktflächenbereichs, Variation der angelegten Spannung, und/oder Veränderung des Abstands zwischen den Elektroden und der Werkstückoberfläche einfach erzielt werden, obwohl auch andere relevante Faktoren nach Wunsch geändert werden können.
3 veranschaulicht schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer Ausführungsform einer anpassungsfähigen Haltevorrichtung 110, beinhaltend ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement 120, das auf einer Oberfläche eines Klemmelements 150 befestigt ist, das bei einem Endeffektor eines Roboterarms verwendet werden kann, um steuerbar zu Greifen oder anderweitig ein Werkstück festzuhalten, oder das Halten eines Werkstück zu unterstützen.
Das Klemmelement 150 beinhaltet eine luftundurchlässige, formbare Membran 152, die körniges Füllmaterial 154 enthält, die zu einem Sockel 156 abdichtet und daran fixiert. In einer Ausführungsform ist der Sockel 156 am Endeffektor eines Roboterarms befestigt. Geeignete Materialien, aus denen die Membran 152 hergestellt sein kann, beinhalten unter anderem Latex, Vinyl, beschichtetes Gewebe und Metallfolie. Das Membranmaterial ist luftundurchlässig und ist bevorzugt beständig gegenüber Aufreißen, beispielsweise beim Verwenden mehrerer Schichten. Geeignetes Material für das körnige Füllmaterial 154 beinhaltet unter anderem aufgeplatzte Maiskörner, gemahlenen Kaffee und pulverisierten Kunststoff. Vorzugsweise weist das körnige Füllmaterial 154 scharfe, oder anderweitig abrupte Kanten zum Verzahnen auf, und stellt beim Zusammenklemmen eine strukturelle Steifigkeit bereit. Der Sockel 156 umfasst eine Fluidleitung, die an einer steuerbaren Druckquelle 160 angeschlossen ist. Die Druckquelle 160 erzeugt innerhalb des Klemmelements 150 negativen Druck (Unterdruck) in Reaktion auf ein erstes Steuersignal zum Ergreifen eines Werkstücks, und ermöglicht eine Aufhebung des Unterdrucks, bzw. erzeugt positiven Druck innerhalb des Klemmelements 150, in Reaktion auf ein zweites Steuersignal, um die Freigabe des Werkstücks zu bewirken. In einer Ausführungsform, ist die Druckquelle 160 durch ein steuerbares Absperrventil 162 fluidmäßig mit dem Klemmelement 150 verbunden, worin das Absperrventil 162 geöffnet ist, während die Druckquelle 160 den Unterdruck innerhalb des Klemmelements 150 zum Greifen des Werkstücks erzeugt, und geschlossen ist, während das Greifen gefordert wird, und erneut geöffnet wird, um innerhalb des Klemmelements 150 den Unterdruck aufzugeben, um die Freigabe des Werkstücks zu bewirken.
Das anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselement 120 ist vorzugsweise fest auf einer Oberfläche des Klemmelements 150 befestigt, und verwendet eine Vielzahl von wiederverwendbaren Befestigungsvorrichtungen 130, beispielsweise Klettverschlüsse. Das Verwenden von wiederverwendbaren Befestigungsvorrichtungen 130 ermöglicht das Entfernen und erneute Platzieren des anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselements 120. Eine System-Steuerung 170 ist über ein Signal mit der Druckquelle 160 verbunden, um das Festhalten und Ablösen des Werkstücks zu bewirken. In bestimmten Ausführungsformen wird ein einziges, anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement 120 verwendet. Alternativ können mehrere anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselemente 120 eingesetzt werden.
Das Klemmelement 150 funktioniert durch Kontaktierung eines Werkstücks und Anpassung an die Form des Werkstücks. Es wird ein Unterdruck angelegt, um die gefüllte Membran 152 durch Unterdruck zu härten, um das Werkstück passgenau mechanisch zu greifen, und das anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselement 120 haftet an der Oberfläche des Werkstücks. Anschließend, beispielsweise, nachdem die Arbeit am Werkstück durchgeführt wurde, oder das Werkstück zu einer anderen Position transportiert wurde, werden eine oder mehrere Überdruckstöße angewendet, um den Fluid-Feststoff-Phasenübergang umzukehren (das Festklemmen), wodurch das anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselement 120 sich vom Werkstück ablöst und die gefüllte Membran 152 wieder in einen verformbaren, einsatzbereiten Zustand zurückgesetzt wird.
Das anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselement 120 beinhaltet Oberflächenadhäsionskonzepte, wie sie bei den Füßen von Geckos vorkommen. Die Füße von Geckos weisen eine natürliche Adhäsionsfähigkeit auf, mit der das Tier an einer Vielzahl von Oberflächenarten haften kann, über einen Bereich von Umgebungsbedingungen. Die Adhäsionsfähigkeit kann durch zahlreiche haarähnliche Fortsätze, namens Setae, an den Füßen des Geckos bereitgestellt werden. Die Setae beim Gecko beinhalten Verlängerungen mit Durchmesser im Bereich von 5 Mikrometer. Am distalen Ende verzweigt sich jede Verlängerung in Spatulae bzw. Pads von Nanogröße, wobei sich auf jeder Verlängerung in etwa 100 bis 1000 Spatulae befinden, die jeweils eine Länge von in etwa 0,2 Mikrometer haben. Die Adhäsion zwischen dem Spatulae und einer Kontaktfläche wird infolge von van-der-Waals-Kräften erreicht. Die Anziehungskräfte zwischen einem einzigen Spatulae und einer Oberfläche kann im Größenbereich von 100 nano-Newtons (nN) sein. Die Setae können ohne Weiteres von der Oberfläche getrennt werden, indem das Tier seinen Fuß von der Spitze nach innen wieder aufrollt und von der Oberfläche ablöst. Bei diesem Ablösen verändert sich der Winkel der Härchen zwischen Millionen einzelner Spatulae und der Oberfläche, die Van-der-Waals-Kräfte verringern sich, und das Tier kann sich an der Oberfläche entlang bewegen.
4 und 5 zeigen schematisch eine Ausführungsform des anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselements 120, das eine Vielzahl von trockenen Adhäsionsvorrichtungen 121 beinhaltet. 4 zeigt eine Unteransicht einer Ausführungsform des anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselements 120, das eine Vielzahl der trockenen Adhäsionsvorrichtungen 121 beinhaltet, die in einer überlappenden Konfiguration angeordnet sind. 5 zeigt eine Draufsicht, Seiten- und Unteransicht einer Ausführungsform einer der trockenen Adhäsionsvorrichtungen 121. Jede trockene Adhäsionsvorrichtung 121 des anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselements 120 beinhaltet ein Pad 122, das bevorzugt mithilfe eines flexiblen Befestigungsbands 124 an einer Tragekonstruktion 126 befestigt ist. Jedes Befestigungsband 124 ist bevorzugt eine planare Bahn, die aus synthetischem Gewebe hergestellt wurde. Jedes Pad 122 weist eine ebene Trägerschicht 123 auf, die ein Substrat zum Anbringen einer Adhäsionsfläche 125 bereitstellt. Die planare Trägerschicht 123 wird aus einem elastischen Material mit hoher Steifigkeit innerhalb einer Ebene hergestellt, und ist ein Gewebe, das in einer Ausführungsform aus synthetischem Gewebematerial gewebt wurde. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff ‘Steifheit’ eine Fähigkeit, einer Biegung in Reaktion auf eine angewandte Kraft zu widerstehen. Die Adhäsionsfläche 125 ist vorzugsweise eine glatte Oberfläche, die aus einem Elastomer hergestellt wurde, das imprägniert wurde oder anderweitig auf der Trägerschicht 123 befestigt wurde, und das Befestigungsband 124 ist an der Trägerschicht 123 von Pad 122 befestigt, die der Adhäsionsfläche 125 gegenüberliegt. Die Tragekonstruktion 126 hat ein Halteteil zur Befestigung des anderen Endes des Befestigungsbands 124. Jedes Pad 122 kann ein ovales Element mit einer Hauptachse 127 und einer Nebenachse 128 sein, und das Befestigungsband 124 ist bevorzugt am Pad 122 entlang der Hauptachse 127 befestigt, und bildet eine Haltegurt-Pad-Verbindung 129. Alternativ kann jedes Pad 122 eine rechteckige Form, eine Trapezform, oder eine andere geeignete Form aufweisen, die bevorzugt eine Hauptachse und eine Nebenachse beinhaltet. Alternativ sind die Pads 122 direkt an der Tragekonstruktion 126 befestigt, die an der gefüllten Membran 152 befestigt ist. Alternativ sind die Pads 122 direkt an der gefüllten Membran 152 befestigt, ohne dass Befestigungsbänder 124 oder eine Tragekonstruktion 126 verwendet wird. Große Bereiche mit Grenzflächenkontakt können über die kombinierten Eigenschaften der weichelastischen Schicht und der Drapierungseigenschaften einer Gewebelage konzipiert werden. Weiterhin bietet die elastische Auslegung einen Mechanismus zum wiederholten Befestigen und Trennen, ohne Abbau der Belastbarkeit der Adhäsionsgrenzfläche.
Es gibt bei kontinuierlichen Verbindungsstellen eine bestimmte Festsetzung der Rotationsfreiheit, Vorgaben der Steifigkeit in Lastrichtung mit niedriger Biegesteifigkeit senkrecht zu einer Oberfläche des elastischen Materials, und hinsichtlich der Fähigkeit hohe Traglasten sowohl in den senkrechten als auch in den Scherbelastungsrichtungen zu erzielen, mit einer erforderlichen Vorlast von nahe Null, die sich auf die Höhe der benötigten Kraft zur Herstellung einer gemeinsamen Grenzfläche zwischen der Adhäsionsfläche 125 und der Trägerschicht 123 zum Abstützen einer bestimmten Last bezieht. Das Pad 122 stellt eine trockene Adhäsionsstruktur bereit, die als T-Pad bezeichnet werden kann. Das Pad 122 kann hohe Lasten unter Scherbelastungen, senkrechten, und multimodalen (d. h. ablösen) Belastungen tragen, und benötigt dabei unter speziell ausgelegten Löse-Strategien minimale Kräfte und minimale Energie zum Lösen oder Trennen.
Das Pad 122 ist das Basis-Strukturelement des anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselements 120, das mit dem Befestigungsband 124 verbunden ist. Das Befestigungsband 124 sorgt vorzugsweise entlang der Hauptachse 127 der Belastung über die Befestigungsband-Pad-Verbindung 129 für hohe Steifigkeit im Pad 122. Die Befestigungsband-Pad-Verbindung 129 zwischen dem Befestigungsband 124 und dem Pad 122 weist vordefinierte Abmessungen, eine vordefinierte Ausrichtung und räumliche Lage auf, entsprechend den besonderen Bedürfnissen, die geändert werden können, um die Ablöse-Strategie zu steuern und ein toleriertes Gleichgewicht zwischen Scherbelastung und senkrechter Belastung bereitzustellen.
Diese Vorgehensweise kombiniert Adhäsionseigenschaften von polymeren Materialien und integrierte mechanische Konstruktionen durch geeignete Aufrechterhaltung der Rotationsfreiheit, einen niedrigen Elastizitätsmodul senkrecht zur Adhäsionsfläche 125, und hohe Steifigkeit in lasttragenden Richtungen. Eine Skalierungsbeziehung bietet einen Rahmen für das Verständnis der Adhäsionsleistung des Pads 122 über einen Bereich von Größen und Geometrien, und deutet darauf hin, dass die Adhäsionskapazität FC einer Grenzfläche durch drei einfache Parameter bestimmt wird, die sowohl von der Geometrie als auch den Materialeigenschaften der Grenzfläche abhängig sind. Um reversibler Adhäsionsstoffe zu entwickeln, die an verschiedenen Substraten haften können, basieren die Grenzflächen-Wechselwirkungen GC auf nichtspezifischen Van-der-Waals-Kräften, wodurch die Grenzflächen-Wechselwirkungen GC zu einem ineffektiven Steuerparameter werden. Um daher die Adhäsionskapazität FC für Adhäsionsmaterialien zu skalieren, beruht das Materialsystem auf dem Kontaktbereich (A), der System-Compliance (C) und Eigenschaften, die ein Flächenverhältnis im Verhältnis zum System erhöhen und maximieren, das heißt, sie maximieren das A/C-Verhältnis. Somit sind ausgewählte Materialien für die Adhäsionsfläche 125 bevorzugt formbar, um den tatsächlichen Kontakt in Verbindung mit einer Steifigkeit in der Trägerschicht 123 zu erhöhen, um hohe Belastungen zu erzielen. Formbare Materialien sind zu großflächigem Kontakt fähig, haben aber bei Belastung eine hohe Nachgiebigkeit, wohingegen steife Materialien keinen großflächigen Kontakt bilden können. In einer Ausführungsform, beinhaltet das Herstellen des Pads 122 das Integrieren einer dünnen Schicht eines elastischen Elastomers in einer Oberfläche eines Gewebes, zum Ausbilden der Adhäsionsfläche 125 auf der Trägerschicht 123.
Das Befestigungsband 124 kann mit dem Pad 122 verbunden sein, um eine Befestigungsband-Pad-Verbindung 129 zu bilden, zum Beispiel durch konventionelles Nähen, Sticken oder Leimen, welche eine einfache Steuerung der dimensionalen Lage, Ausrichtungs-, und räumlichen Position der Befestigung ermöglichen. Die Befestigungsband-Pad-Verbindung 129 bietet bevorzugt eine Lastverteilung und Belastbarkeit, und kann über die Wahl eines Stichmusters, der Breite und Länge gesteuert werden. Entsprechende Stichmuster beinhalten gerades Vernähen, zickzackförmiges Vernähen, Mehrfach-Zickzack-Naht, Plattstich, wabenförmiges Vernähen, Leiternaht, doppelte Überfangnaht und Kreuznaht.
Beispielsweise ist eine Ausführungsform einer Befestigungsband-Pad-Verbindung 129 ein geradliniges Aufnähen des Befestigungsbands 124 am Pad 122, zentral auf der Hauptachse 127 des Pads 122, wobei sich die Naht bis zu einer Länge von etwa zwei Drittel einer Sehnenlänge der Hauptachse 127 und senkrecht zu, und zentriert um die Nebenachse 128 des Pads 122 erstreckt. Die Befestigungsband-Pad-Verbindung 129 bewahrt bevorzugt die Rotationsfreiheit, wohingegen sie in der Belastungsrichtung eine hohe Steifigkeit aufrecht erhält. Die Befestigungsband-Pad-Verbindung 129 bewahrt bevorzugt eine gleichmäßige Lastaufteilung entlang ihrer gesamten Länge. Bei einem hinreichend großen Abstand zur Befestigungsband-Pad-Verbindung 129, ist das Befestigungsband 124 in die Tragekonstruktion 126 integriert, die aus einem lasttragenden Material mit hoher Biegesteifigkeit und Steifigkeit innerhalb der Ebene besteht. Die Verbindung zwischen dem Befestigungsband 124 und der Tragekonstruktion 126 ist vorzugsweise durchgehend, um eine gleichmäßige Lastverteilung entlang seiner Länge sicherzustellen. In einer Ausführungsform kann eine Padstruktur unabhängig, oder in Verbindung mit einer Anordnung von Pads oder Einheiten wirken, die mit rotationsfreien Verbindungen auf einem Trägersubstrat befestigt sein können, das zum Beispiel in einer oder mehreren Richtungen steif sein kann. Für bestimmte Anwendungen, z. B. ein großes lasttragendes Regal, können auch mehrere Punkte zur Befestigung des Befestigungsbands 124 auf dem Pad 122 verwendet werden.
6 veranschaulicht schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer anpassungsfähigen Haltevorrichtung 210, die ein anpassungsfähiges Klemmelement 250 beinhaltet, welches körniges Füllmaterial 254 und ferromagnetische Partikel 255 und einen Sockel 256 beinhaltet, der in einer Ausführungsform magnetische Elemente 258 beinhaltet. In einer Ausführungsform können die magnetische Elemente 258 Dauermagnete sein. Alternativ können die magnetischen Elemente 258 steuerbare, elektromagnetische Elemente 258 sein, die durch eine Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 240 gesteuert werden können, wie dargestellt. Die Haltevorrichtung 210 kann an einem Endeffektor eines Roboterarms angewendet werden, um ein Werkstück steuerbar zu greifen oder anderweitig zu halten, oder das Halten eines Werkstücks zu unterstützen, um das Werkstück an einer Position festzuhalten oder an eine andere Position zu befördern.
Das Klemmelement 250 beinhaltet eine luftundurchlässige, formbare Membran 252, die körniges Füllmaterial 254 und die ferromagnetischen Partikeln 255 enthält und die zu einem Sockel 256 abdichtet und daran befestigt ist. In einer Ausführungsform ist der Sockel 256 am Endeffektor eines Roboterarms befestigt. Geeignete Materialien, aus denen die Membran 252 hergestellt sein kann, beinhalten unter anderem Latex, Vinyl, beschichtetes Gewebe und Metallfolie. Das Membranmaterial ist luftundurchlässig und ist bevorzugt beständig gegenüber Aufreißen, beispielsweise beim Verwenden mehrerer Schichten. Geeignetes Material für das körnige Füllmaterial 254 beinhaltet unter anderem aufgeplatzte Maiskörner, gemahlenen Kaffee und pulverisierten Kunststoff. Das granulatförmige Füllmaterial 254 kann magnetisch inert sein. Die ferromagnetischen Partikel 255 beinhalten trockene Materialien mit einer großen, positiven Magnetisierbarkeit infolge eines äußeren Magnetfeldes und weisen gegenüber Magnetfeldern eine starke Anziehung auf. Eisen, Nickel, und Kobalt sind Beispiele von ferromagnetischen Materialien. Bevorzugt sind die ferromagnetischen Partikel 255 weiche, magnetische Partikel mit hoher magnetischer Permeabilität, großer Magnetisierbarkeit und geringen Ummagnetisierungsverlusten, und somit gut zu magnetisieren und zu entmagnetisieren. Der Sockel 256 umfasst eine Fluidleitung, fluidmäßig über ein Ventil 262 mit einer steuerbaren Druckquelle 260 verbunden. Die Druckquelle 260 erzeugt negativen Druck (Unterdruck) innerhalb des Klemmelements 250, in Reaktion auf ein erstes Steuersignal zum Ergreifen, und ermöglicht eine Aufhebung des Unterdrucks, bzw. erzeugt positiven Druck innerhalb des Klemmelements 250, in Reaktion auf ein zweites Steuersignal zur Freigabe des Werkstücks. Der Sockel 256 beinhaltet auch ein steuerbares elektromagnetisches Element bzw. eine Anordnung von steuerbaren elektromagnetischen Elementen 258, das bzw. die mit den ferromagnetischen Partikeln 255 interagieren.
Die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 258 sind elektrisch mit der Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 240 verbunden, die deren Aktivierung steuert. Eine System-Steuereinrichtung 270 ist über ein Signal mit der Aktivierungssteuereinrichtung 240 und der Druckquelle 260 verbunden, um das Festhalten und Ablösen des Werkstücks zu bewirken. Wenn die magnetischen Elemente 258 dauermagnetische Elemente sind, kann das Ablösen vom Werkstück die Verwendung einer Verdrehung der magnetischen Elemente 258 oder des Werkstücks beinhalten.
Das Klemmelement 250 arbeitet durch Kontaktierung und Anpassen an die Werkstücksform, wenn es an das Werkstück gedrückt wird. Ein Unterdruck wird auf eine gefüllte Membran 252 angewendet, um diese durch Unterdruck zu härten und das Werkstück mechanisch passgenau zu greifen. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend, aktiviert die Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 240 die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 258, die das Werkstück magnetisch anziehen und an einem Teil der gefüllten Membran 252, angrenzend an das Werkstück, festhalten. Nachdem die Arbeit am Werkstück durchgeführt wurde, oder das Werkstück zu einer anderen Position transportiert wurde, können ein oder mehrere Überdruckstöße angewendet werden, um den Fluid-Feststoff-Phasenübergang umzukehren, d. h. das Festklemmen aufzuheben. Die Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 240 deaktiviert die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 258, um das Werkstück zwangsweise freizugeben und die gefüllte Membran 252 wieder in einen verformbaren, einsatzbereiten Zustand zurückzusetzen.
7 veranschaulicht schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer anpassungsfähigen Haltevorrichtung 710, die eine luftundurchlässige, formbare Membran 752 beinhaltet, beinhaltend ein körniges Füllmaterial 754 und ferromagnetische Partikeln 755, die zu einem Sockel 756 abdichtet und daran befestigt ist. Das steuerbare Elektroadhäsionselement 720 ist auf deren Oberfläche befestigt, bevorzugt mit einer Vielzahl von wiederverwendbaren Befestigungsvorrichtungen 730, beispielsweise mit Klettverschlüssen. Alternativ kann das steuerbare Elektroadhäsionselement 720 in einen Teil der Membran 752 integriert sein. Das Klemmelement 750 ist an einem Sockel 756 befestigt, und beinhaltet magnetische Elemente 758, die in einer Ausführungsform Dauermagnete sein können. Alternativ können die magnetischen Elemente 758 steuerbare, elektromagnetische Elemente 758 sein, die durch eine Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 740 gesteuert werden können, wie dargestellt. Die Haltevorrichtung 710 kann an einem Endeffektor eines Roboterarms angewendet werden, um ein Werkstück steuerbar zu greifen oder anderweitig zu halten, oder das Halten eines Werkstücks zu unterstützen, um das Werkstück an einer Position festzuhalten oder an eine andere Position zu befördern.
Das Klemmelement 750 ist analog dem Klemmelement 50, das mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. In einer Ausführungsform ist der Sockel 756 am Endeffektor eines Roboterarms befestigt. Die ferromagnetischen Partikel 755 sind analog den hier beschriebenen ferromagnetischen Partikeln 55. Der Sockel 756 umfasst eine Fluidleitung, fluidmäßig über ein Ventil 762 mit einer steuerbaren Druckquelle 760 verbunden. Die Druckquelle 760 erzeugt negativen Druck (Unterdruck) innerhalb des Klemmelements 750, in Reaktion auf ein erstes Steuersignal zum Ergreifen, und ermöglicht eine Aufhebung des Unterdrucks, bzw. erzeugt positiven Druck innerhalb des Klemmelements 750, in Reaktion auf ein zweites Steuersignal zur Freigabe des Werkstücks. Der Sockel 756 beinhaltet auch ein steuerbares elektromagnetisches Element bzw. eine Anordnung von steuerbaren elektromagnetischen Elementen 758, das bzw. die mit den ferromagnetischen Partikeln 755 interagieren. Das Elektroadhäsionselement 720 ist analog zu dem steuerbaren Elektroadhäsionselement 20, das mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben wurde.
Das Elektroadhäsionselement 720 ist elektrisch mit einer Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuerung 742 verbunden, die dessen Aktivierung steuert. Eine System-Steuereinrichtung 770 ist mit der Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 740, der Druckquelle 760 und der Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuerung 742 verbunden, um das Festhalten und Ablösen des Werkstücks zu bewirken. Wenn die magnetischen Elemente 758 Dauermagnetelemente sind, dann kann das Ablösen vom Werkstück die Verwendung einer Verdrehung der magnetischen Elemente 758 oder des Werkstücks beinhalten.
Das Klemmelement 750 arbeitet durch Kontaktierung und Anpassen an die Werkstücksform, wenn es an das Werkstück gedrückt wird. Ein Unterdruck wird auf eine gefüllte Membran 752 angewendet, um diese durch Unterdruck zu härten und das Werkstück mechanisch passgenau zu greifen. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend, aktiviert die Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 740 die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 758, die das Werkstück magnetisch anziehen und an einem Teil der gefüllten Membran 752, angrenzend an das Werkstück, festhalten. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend, aktiviert die Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuerung 742 das Elektroadhäsionselement 720. Die Aktion des Anpassens des Klemmelements 750, um das Werkstück passgenau zu greifen, magnetisch anzuziehen, und das Elektroadhäsionselement 720 zu aktivieren, fixiert das Werkstück zum Transport oder dem Ausführen einer Arbeit an der anpassungsfähigen Haltevorrichtung 710.
Nachdem die Arbeit am Werkstück durchgeführt wurde, oder das Werkstück zu einer anderen Position transportiert wurde, können ein oder mehrere Überdruckstöße angewendet werden, um den Fluid-Feststoff-Phasenübergang umzukehren, d. h. das Festklemmen aufzuheben. Die Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 740 deaktiviert die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 758, und die Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuerung 742 deaktiviert das Elektroadhäsionselement 720, um das Werkstück zwangsweise freizugeben und die gefüllte Membran 752 wieder in einen verformbaren, einsatzbereiten Zustand zurückzusetzen.
8 veranschaulicht schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer anpassungsfähigen Haltevorrichtung 810, die eine luftundurchlässige, formbare Membran 852 beinhaltet, beinhaltend ein körniges Füllmaterial 854 und ferromagnetische Partikel 855, die zu einem Sockel 856 abdichtet und daran befestigt ist, oder alternativ hierzu nur ferromagnetische Partikel 855 enthält. Ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement 820 ist auf deren Oberfläche befestigt, bevorzugt mit einer Vielzahl von wiederverwendbaren Befestigungsvorrichtungen 830, beispielsweise mit Klettverschlüssen. Alternativ kann das anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselement 820 in einen Teil der Membran 852 integriert sein. Das Klemmelement 850 ist an einem Sockel 856 befestigt, und beinhaltet magnetische Elemente 858, die in einer Ausführungsform Dauermagnete sein können. Alternativ können die magnetischen Elemente 858 steuerbare, elektromagnetische Elemente 858 sein, die durch eine Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 840 gesteuert werden können, wie dargestellt. Die Haltevorrichtung 810 kann an einem Endeffektor eines Roboterarms angewendet werden, um ein Werkstück steuerbar zu greifen oder anderweitig zu halten, oder das Halten eines Werkstücks zu unterstützen, um das Werkstück an einer Position festzuhalten oder an eine andere Position zu befördern.
Das Klemmelement 850 ist analog dem Klemmelement 50, das mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. In einer Ausführungsform ist der Sockel 856 am Endeffektor eines Roboterarms befestigt. Die ferromagnetischen Partikel 855 sind analog den hier beschriebenen ferromagnetischen Partikeln 55. Der Sockel 856 umfasst eine Fluidleitung, fluidmäßig über ein Ventil 862 mit einer steuerbaren Druckquelle 860 verbunden. Die Druckquelle 860 erzeugt negativen Druck (Unterdruck) innerhalb des Klemmelements 850, in Reaktion auf ein erstes Steuersignal zum Ergreifen, und ermöglicht eine Aufhebung des Unterdrucks, bzw. erzeugt positiven Druck innerhalb des Klemmelements 850, in Reaktion auf ein zweites Steuersignal zur Freigabe des Werkstücks. Der Sockel 856 beinhaltet auch ein steuerbares elektromagnetisches Element bzw. eine Anordnung von steuerbaren elektromagnetischen Elementen 858, das bzw. die mit den ferromagnetischen Partikeln 855 interagieren. Das anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselement 820 ist analog dem anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselement 20, das mit Bezug auf 3, 4 und 5 beschrieben wurde. Eine Steuerung 870 stellt eine Betriebssteuerung der steuerbaren Druckquelle 860 und der Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 840 bereit.
Das Klemmelement 850 arbeitet durch Kontaktierung und Anpassen an die Werkstücksform, wenn es an das Werkstück gedrückt wird. Ein Unterdruck wird auf eine gefüllte Membran 852 angewendet, um diese durch Unterdruck zu härten und das Werkstück mechanisch passgenau zu greifen. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend, aktiviert die Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 840 die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 858, die das Werkstück magnetisch anziehen und an einem Teil der gefüllten Membran 852, angrenzend an das Werkstück, festhalten. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend, haftet ein Teil des anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselements 820 an der Oberfläche des Werkstücks. Die Aktionen des Anpassens des Klemmelements 850, um das Werkstück passgenau zu greifen, magnetisch anzuziehen und an der Oberfläche des Werkstücks zu haften, fixiert das Werkstück zum Transport oder dem Ausführen einer Arbeit an der anpassungsfähigen Haltevorrichtung 810.
Nachdem die Arbeit am Werkstück durchgeführt wurde, oder das Werkstück zu einer anderen Position transportiert wurde, werden ein oder mehrere Überdruckstöße angewendet, um den Fluid-Feststoff-Phasenübergang umzukehren, d. h. das Festklemmen aufzuheben. Die Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 840 deaktiviert die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 858, um das Werkstück zwangsweise freizugeben und die gefüllte Membran 852 wieder in einen verformbaren, einsatzbereiten Zustand zurückzusetzen.
9 veranschaulicht schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer anpassungsfähigen Haltevorrichtung 910, die eine luftundurchlässige, formbare Membran 952 beinhaltet, beinhaltend ein körniges Füllmaterial 954 und ferromagnetische Partikeln 955, die zu einem Sockel 156 abdichtet und daran befestigt ist. Ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement 925 und ein Elektroadhäsionselement 920 kann auf deren Oberfläche befestigt sein, bevorzugt mit einer Vielzahl von wiederverwendbaren Befestigungsvorrichtungen 930, beispielsweise mit Klettverschlüssen. In einer Ausführungsform können das Elektroadhäsionselement 920 und das anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselement 925 in einem einzigen Element gefertigt sein. Alternativ kann das steuerbare Elektroadhäsionselement 920 physikalisch in einen Teil der Membran 952 integriert sein. Das Klemmelement 950 ist an einem Sockel 956 befestigt, und beinhaltet magnetische Elemente 958, die in einer Ausführungsform Dauermagnete sein können. Alternativ können die magnetischen Elemente 958 steuerbare, elektromagnetische Elemente 958 sein, die durch eine Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 940 gesteuert werden können, wie dargestellt. Die Haltevorrichtung 910 kann an einem Endeffektor eines Roboterarms angewendet werden, um ein Werkstück steuerbar zu greifen oder anderweitig zu halten, oder das Halten eines Werkstücks zu unterstützen, um das Werkstück an einer Position festzuhalten oder an eine andere Position zu befördern.
Das Klemmelement 950 ist analog dem Klemmelement 50, das mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. Das anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselement 920 ist analog dem anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselement 20, das mit Bezug auf 3, 4 und 5 beschrieben wurde. Das Elektroadhäsionselement 920 ist analog zu dem steuerbaren Elektroadhäsionselement 20, das mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben wurde. In einer Ausführungsform ist der Sockel 956 am Endeffektor eines Roboterarms befestigt. Die ferromagnetischen Partikel 955 sind analog den hier beschriebenen ferromagnetischen Partikeln 55. Der Sockel 956 umfasst eine Fluidleitung, fluidmäßig über ein Ventil 962 mit einer steuerbaren Druckquelle 960 verbunden. Die Druckquelle 960 erzeugt negativen Druck (Unterdruck) innerhalb des Klemmelements 950, in Reaktion auf ein erstes Steuersignal zum Ergreifen, und ermöglicht eine Aufhebung des Unterdrucks, bzw. erzeugt positiven Druck innerhalb des Klemmelements 950, in Reaktion auf ein zweites Steuersignal zur Freigabe des Werkstücks. Der Sockel 956 beinhaltet auch ein steuerbares elektromagnetisches Element bzw. eine Anordnung von steuerbaren elektromagnetischen Elementen 958, das bzw. die mit den ferromagnetischen Partikeln 955 interagieren. Eine Steuerung 970 stellt eine Betriebsansteuerung der steuerbaren Druckquelle 960, der Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 940 und einer Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuereinrichtung 942 bereit.
Das Klemmelement 950 arbeitet durch Kontaktierung und Anpassen an die Werkstücksform, wenn es an das Werkstück gedrückt wird. Ein Unterdruck wird auf eine gefüllte Membran 952 angewendet, um diese durch Unterdruck zu härten und das Werkstück mechanisch passgenau zu greifen. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend, aktiviert die Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 940 die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 958, die das Werkstück magnetisch anziehen und an einem Teil der gefüllten Membran 952, angrenzend an das Werkstück, festhalten. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend, haftet ein Teil des anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselements 920 an der Oberfläche des Werkstücks. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend, aktiviert die Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuerung 942 das Elektroadhäsionselement 920. Die Aktionen des Anpassens des Klemmelements 950, um das Werkstück passgenau zu greifen, magnetisch anzuziehen, eine elektrostatische Kopplung mit dem Werkstück herzustellen und an der Oberfläche des Werkstücks zu haften, fixiert das Werkstück zum Transport oder dem Ausführen einer Arbeit an der anpassungsfähigen Haltevorrichtung 910.
Nachdem die Arbeit am Werkstück durchgeführt wurde, oder das Werkstück zu einer anderen Position transportiert wurde, können ein oder mehrere Überdruckstöße angewendet werden, um den Fluid-Feststoff-Phasenübergang umzukehren, d. h. das Festklemmen aufzuheben. Die Elektromagnetaktivierungs-Steuereinrichtung 940 deaktiviert die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 958, und die Elektroadhäsionsaktivierungs-Steuerung 942 deaktiviert das Elektroadhäsionselement 920, um das Werkstück zwangsweise freizugeben und die gefüllte Membran 952 wieder in einen verformbaren, einsatzbereiten Zustand zurückzusetzen.
10 zeigt schematisch eine dreidimensionale isometrische Ansicht eines Werkstückhalters 1000, der die Form einer Haltevorrichtung, eines Werkzeugs oder eines Roboter-Endeffektors haben kann, die so konfiguriert wurde, dass sie passgenau an einer Vielzahl von Greifpositionen an einem Werkstück 1015 anliegt. Der Halter 1000 beinhaltet eine Vielzahl von Haltevorrichtungen 1010, worin jede Haltevorrichtung eine der Haltevorrichtungen 10, 110, 210, 710, 810 oder 910 ist, die mit Bezug auf 1–9 beschrieben wurde, und ein beliebiges oder alle der anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselemente 1012, ein Elektroadhäsionselement 1014 und ein elektromagnetisches Element 1016 beinhalten kann. Jede der Aufnahmevorrichtungen 1010 ist so konfiguriert, um passgenau mit einem Teil des Werkstücks 1015 zu sein, wenn sie von einer Steuerung aktiviert wird. Wie dargestellt, liegt das Werkstück 1015 auf der Oberseite des Halters 1000 und das Werkstück 1015 ist daran befestigt, indem die Haltevorrichtungen 1010 das Werkstück 1015 passgenau greifen, das Werkstück 1015 magnetisch anziehen, eine elektrostatische Kopplung mit dem Werkstück 1015 herstellen und/oder an der Oberfläche des Werkstücks 1015 anhaften, um das Werkstück 1015 zum Transport oder Ausführen von Arbeiten an der Haltevorrichtung 1010 zu fixieren. Die Haltevorrichtungen 1010 sind alle als orthogonal zu einer ebenen Oberfläche des Halters 1000 dargestellt, aber es sollte klar sein, dass die Haltevorrichtungen 1010 in jeder geeigneten Orientierung mit Bezug auf den Halter 1000 angeordnet sein können. Weiterhin, wie durch Element 1021 angezeigt, können einzelne der Haltevorrichtungen 1010 zu verschiedenen Positionen auf dem Halter 1000 verschiebbar sein, einschließlich so konfiguriert sein, dass sie in der xy-Ebene der Haltevorrichtung 1010 verschoben werden können, in einer z-Richtung verlängert werden können, oder um eine x-Achse, eine y-Achse, und/oder eine z-Achse rotieren können, d. h., Drehung um die Querachse, um die Gierachse und/oder um die Rollachse, damit insgesamt sechs Bewegungsfreiheitsgrade zur Anpassung an Werkstücke 1015 mit unterschiedlichen Geometrien zur Verfügung stehen. Die gewählten Freiheitsgrade können jede Kombination der x-, y-, z-Drehungen und/oder Quer/Gier/Roll-Drehungen haben.
11 zeigt schematisch eine dreidimensionale isometrische Ansicht eines Werkstückhalters 1100, der die Form einer Haltevorrichtung, eines Werkzeugs oder eines Roboter-Endeffektors haben kann, die so konfiguriert wurde, dass sie passgenau an einer Vielzahl von Greifpositionen an einem Werkstück 1115 anliegt. Die Halterung 1100 beinhaltet eine Vielzahl von Haltevorrichtungen 1110, worin jede Haltevorrichtung 1110 eine der Haltevorrichtungen 10, 110, 210, 710, 810 oder 910 ist, die mit Bezug auf 1–9 beschrieben wurde, und somit ein Klemmelement mit einem, einer Kombination aus, oder allen anpassungsfähigen, lösbaren Adhäsionselementen 1112, ein Elektroadhäsionselement 1114 und ein elektromagnetisches Element 1116 beinhalten kann. Jede der Haltevorrichtungen 1110 ist konfiguriert, um passgenau mit dem Werkstück 1115 zu sein, wenn sie von einer Steuerung aktiviert wird. Wie dargestellt, hängt das Werkstück 1115 am Halter 1100 und ist daran befestigt, wobei das Werkstück 1115 daran befestigt ist, indem sich die Haltevorrichtungen 1110 an das Werkstück 1115 anpassen, um dieses passgenau zu greifen, das Werkstück 1115 magnetisch anziehen, eine elektrostatische Kopplung mit dem Werkstück 1115 herstellen und an der Oberfläche des Werkstücks 1115 anhaften, um das Werkstück 1115 zum Transport oder Ausführen von Arbeiten an der Haltevorrichtung 1110 zu fixieren. Die Haltevorrichtungen 1110 sind als orthogonal zu einer ebenen Oberfläche des Halters 1100 dargestellt, aber es sollte klar sein, dass die Haltevorrichtungen 1110 in jeder geeigneten Orientierung mit Bezug auf den Halter 1100 angeordnet sein können. Weiterhin, wie durch Element 1121 angezeigt, können einzelne der Haltevorrichtungen 1110 zu verschiedenen Positionen auf dem Halter 1100 verschiebbar sein, einschließlich so konfiguriert sein, dass sie in der xy-Ebene der Haltevorrichtung 1110 verschoben werden können, in einer z-Richtung verlängert werden können, oder um eine x-Achse, eine y-Achse, und/oder eine z-Achse rotieren können, d. h. Drehung um die Querachse, um die Gierachse und/oder um die Rollachse, damit insgesamt sechs Bewegungsfreiheitsgrade zur Anpassung an Werkstücke 1115 mit unterschiedlichen Geometrien zur Verfügung stehen. Die gewählten Freiheitsgrade können jede Kombination der x-, y-, z-Drehungen und/oder Quer/Gier/Roll-Drehungen haben.
Jede hierin beschriebene Ausführungsform des Halters 1100, einschließlich einer oder mehrerer Haltevorrichtungen 1110 arbeitet wie folgt. Der Halter 1100 ist an einem distalen Ende eines Roboterarms als Element eines Endeffektors befestigt. Zunächst ist jede Haltevorrichtung 1110 im stromlosen Zustand und es ist kein Unterdruck angelegt. Der Roboterarm wird gesteuert, um den Halter 1100 an ein Teil des Werkstücks 1115 zu drücken, durch eine Kraft, die ausreicht, um die Haltevorrichtung 1110 an die Oberfläche des Werkstücks 1115 anzupassen. Druckquelle 1160 wird aktiviert, um innerhalb des Klemmelements einen negativen Druck (Unterdruck) zu erzeugen, um die Partikel zusammenzupressen, um die angepasste Form aufrecht zu halten und damit äußeren Elementen eine gewisse Haltekraft zu verleihen. Die Aktivierungssteuereinrichtung 1140 sendet Energie an das Elektroadhäsionselement 1114 und/oder die elektromagnetischen Elemente 1116. Der Halter 1100 kann mithilfe eines Roboterarms an eine gewünschte Stelle transportiert werden, um Arbeiten am Werkstück 1115 auszuführen. Nach Abschluss der Arbeiten wird das Vakuum gebrochen und das Elektroadhäsionselement 1114 in den stromlosen Zustand gesetzt, um das Werkstück 1115 freizugeben. Die Konfiguration ermöglicht die Verwendung jeder geeigneten Werkstück-Griffausrichtung, einschließlich internen, flachen und externen Griffen, während des Anpassens an die Werkstückform und an Werkstückhohlräume. Die Konfiguration ist einfach an unterschiedliche Werkstückgeometrien umkonfigurierbar.
Eine Ausführungsform eines Halters, einschließlich eines oder einer Vielzahl von anpassungsfähigen Haltevorrichtungen, stellt einen Greifer/ein Element bereit, wobei der Greifer ein oder mehrere Elemente haben kann, um das Greifen eines Werkstücks oder das Abstützen des Werkstücks zu ermöglichen, während ein hinreichender Zugang zum Ausführen von Schweißarbeiten möglich ist. Eine Werkstück-Halterung beinhaltend eines oder eine Vielzahl von Haltevorrichtungen stellt ein Greifer-Element bereit, worin der Greifer eine oder mehrere dieser Elemente haben kann, um das Greifen eines Werkstücks zu ermöglichen, während ein hinreichender Zugang zum Ausführen von Schweißarbeiten oder anderen an oder mit dem Werkstück auszuführenden Arbeiten möglich ist. Eine oder mehrere der Haltevorrichtungen kann umpositioniert/umkonfiguriert werden, an bzw. in eine andere Position, um sich an verschiedene Werkstücke mit unterschiedlichen Geometrien anpassen zu können. Eine oder mehrere der Haltevorrichtungen kann umpositioniert oder umkonfiguriert werden, an bzw. in eine andere Position, um sich an verschiedene Werkstücke mit unterschiedlichen Geometrien anpassen zu können. Eine Werkstück-Halterung, konfiguriert um das Werkstück passgenau zu greifen, magnetisch anzuziehen, eine elektrostatische Kopplung mit dem Werkstück herzustellen und an der Oberfläche des Werkstücks zu haften, fixiert das Werkstück zum Transport oder dem Ausführen einer Arbeit an der anpassungsfähigen Haltevorrichtung. Eine Werkstück-Halterung, die Elektroadhäsions-Haltevorrichtungen beinhaltet, mit einem Greifer-Element, das einen internen oder flachen Griff an einem Werkstückteil bewirken kann. Die Werkstück-Halterung mit einem Greifer-Element, das eine Kombination von externen, internen und/oder flachen Griffen an einem Werkstückteil über einfaches oder mehrfaches anpassungsfähiges Greifen, magnetische Anziehung, elektrostatische Kopplung und Oberflächenadhäsion bewirken kann. Die Werkstück-Halterung kann in jeder Materialhandhabungssituation angewendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Fertigungs- und Montageprozesse, Materialhandhabung sowie Transport, Messen, Prüfen und dergleichen.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die vorliegenden Lehren, doch wird der Umfang der vorliegenden Lehren einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während ein paar der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren in den angehängten Ansprüchen.

Claims

Vorrichtung zum Greifen eines Werkstücks, umfassend: eine Halterung mit einem Sockel und einem anpassungsfähigen Klemmelement; das verformbare Klemmelement, beinhaltend eine luftundurchlässige, formbare Membran, beinhaltend ferromagnetische Partikel, die am Sockel befestigt ist; und ein Elektroadhäsionselement und ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement, das an einer Oberfläche der Membran befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Elektroadhäsionselement ein formbares Substrat umfasst, in das eine Vielzahl von flexiblen, elektrisch leitenden Elektrodenpaare integriert sind, wobei jedes flexible, elektrisch leitende Elektrodenpaar aus einem Metall mit hoher Zugfestigkeit, einem dehnbaren Draht, Flüssigdraht oder spiralförmigem Drahtgewebe hergestellt wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend eine steuerbare Spannungsquelle, elektrisch mit den Elektrodenpaaren verbunden, wobei die steuerbare Spannungsquelle mit Energie versorgt wird, um abwechselnd positive und negative elektrische Ladungen auf die Elektrodenpaare zu übertragen, zur Erzeugung gegensätzlicher Ladungen auf der Oberfläche des Elektroadhäsionselements.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das formbare Substrat aus dielektrischem Material hergestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine steuerbare Druckvorrichtung, fluidmäßig mit dem Klemmelement verbunden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das anpassungsfähige, lösbare Adhäsionselement eine Vielzahl von überlappenden, trockenen Adhäsionsvorrichtungen beinhaltet, jede überlappende, trockene Adhäsionsvorrichtung ein Pad beinhaltet, das an einem Befestigungsband befestigt ist, worin das Pad eine Adhäsionsfläche beinhaltet, die an einer ebenen Trägerschicht befestigt ist, beinhaltend ein elastisches Material mit hoher Steifigkeit innerhalb der Ebene.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das formbare, lösbare Adhäsionselement konfiguriert ist, um ein Teil des Werkstücks zu greifen, wenn die Haltevorrichtung gegen das Werkstück gedrückt wird.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: den Sockel eines steuerbaren elektromagnetischen Elements; und eine steuerbare Spannungsquelle, elektrisch mit dem elektromagnetischen Element verbunden.
Halter zum Ergreifen eines Werkstücks, umfassend: eine Vielzahl von anpassungsfähigen Haltevorrichtungen, jede Haltevorrichtung beinhaltend einen Sockel, beinhaltend ein steuerbares elektromagnetisches Element, ein anpassungsfähiges Klemmelement, das am Sockel befestigt ist, und beinhaltend eine undurchlässige, formbare Membran, enthaltend magnetische Partikel, und ein Elektroadhäsionselement und ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement, das an einer Oberfläche der Membran befestigt ist; eine steuerbare Druckvorrichtung, fluidmäßig mit dem Klemmelement verbunden; eine erste steuerbare Spannungsquelle, elektrisch mit dem elektromagnetischen Element verbunden; und eine zweite steuerbare Spannungsquelle, elektrisch mit den Elektrodenpaaren des Elektroadhäsionselements verbunden; worin die elektromagnetischen Elemente Teile des Werkstücks greifen, in Reaktion auf Befehle von der Steuereinheit an die steuerbare Druckvorrichtung und die ersten und zweiten steuerbaren Spannungsquellen; und worin bei einer der anpassungsfähigen Haltevorrichtungen am Halter, der an das Werkstück anpassbar ist, eine Bewegungsfreiheit vorliegt.
Vorrichtung zum Greifen eines Werkstücks, umfassend: eine Halterung mit einem Sockel und einem anpassungsfähigen Klemmelement; das anpassungsfähige Klemmelement beinhaltend eine luftundurchlässige, formbare Membran, enthaltend Füllmaterial, beinhaltend magnetische Partikel, und am Sockel befestigt; und ein Elektroadhäsionselement oder ein anpassungsfähiges, lösbares Adhäsionselement, das an einer Oberfläche der Membran befestigt ist.