KR20240027594A

KR20240027594A - 범용 하중 방향 전달용 전기접착식 클러치

Info

Publication number: KR20240027594A
Application number: KR1020237043022A
Authority: KR
Inventors: 커비 에이. 위트; 스튜어트 비. 딜러; 존 디. 왓킨스; 카멜 마지디; 브록 제카니
Original assignee: 에스터트 애큐에이션, 인코포레이티드
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2022-05-16
Publication date: 2024-03-04
Also published as: EP4337874A1; JP2024517499A; US20240271668A1; WO2022241326A1

Abstract

연결을 가로질러 복잡한 하중을 전달할 수 있는 2개의 구성요소의 빠르고 전기적으로 제어가능한 연결을 수립하는 전기접착식 클러치를 제공한다. 빠른 연결은 유전체 재료에 의해 분리된 적어도 2개의 전극으로 구성되고, 전극 중 하나는 플렉시블하다. 유전체 재료는 하나 또는 여러 개의 전극에 코팅되거나 그렇지않으면 부착될 수 있고, 또는 대안적으로 대향 전극 사이에 배치될 수 있다.

Description

범용 하중 방향 전달용 전기접착식 클러치

본 발명은 일반적으로 전기접착식 클러치에 관한 것으로, 특히 수직, 전단 및 비틀림 하중(normal, shear, and torsional loads)의 소정의 조합을 전달하기 위해 대향 플레이트(opposing plate), 다수 플레이트, 또는 전도성 표면과 신속하고 전기적으로 제어가능하게 결합되는 적어도 하나의 플레이트를 갖는 전기접착식 클러치에 관한 것이다.

표면을 연결 및 분리하거나 장치를 개방 및 폐쇄하는 기존의 방법은 실제적인 설계 제약에 의해 제한된다. 통상적인 기계식 래치(mechanical latches)는 도어에서 발견되는 것과 같은 메카니즘을 필요로 하고, 이는 크고 무겁고 표면으로부터 돌출되고, 걸리거나 파손되는 경향이 있다. 흡입 기반 장치는 저압 환경에서 잘 수행되지 않고, 활성화를 위한 기계적 메카니즘 또는 압축기나 다른 진공 소스를 갖는 부피가 큰 밸브를 필요로 한다. 흡입 기반 장치는 또한 구멍(holes)을 갖는 기판에 연결하는데 어려움을 겪는다. 전자석은 큰 힘을 발생시킬 수 있지만, 전형적으로 철 재료(ferrous materials)와 상호작용할 때만 작동하고, 전자석은 무게와 전력 소비가 높고, 동작 동안 상당히 가열될 수 있다.

접착력(adhesion)을 생성하기 위해 정전 전하(static electric charges)를 이용하여 동작하는 전기접착식 클러치는 유전체 재료에 의해 분리되는 전기 전도성 클러치 플레이트(electrically conductive clutch plates)를 이용한다. 플레이트가 전극으로서 기능하는 대향하는 클러치 플레이트에 전압이 인가될 때, 정전 전하가 발생하여 인력 상태(attractive state)를 생성하고 플레이트가 접착되도록 한다. 플레이트가 서로 접착됨에 따라, 힘이 하나의 플레이트로부터 다른 플레이트로 전달될 수 있다. 전기접착식 클러치는 특히 회전, 적층 회전, 및 선형을 포함하는 다양한 형태로 만들어질 수 있다. 기존의 전기접착식 클러치는 전단력(shear forces)을 전달하기 위한 능력을 발휘하지만, 전형적으로 수직 하중을 전달하는 동안 벗겨지기 쉽고 모멘트 하중(moment loading)에 저항하는데 어려움을 겪는다. 부가적으로, 평행 표면 사이에서 수직력(normal forces)을 선택적으로 전달하도록 설계된 전기접착식 클러치는 전형적으로 평면 빗형상 전극 설계(planar comb electrode designs)에 의존하고 있다. 이들 빗형상은 생산하기가 까다로우면서 비용이 많이 들 수 있고, 종종 활성화하기 위해 1,000V 이상의 고전압에 의존하며, 원하는 것보다 더 낮은 단위 면적당 온 상태 힘 전달(lower on-state force transmission per unit area)을 달성할 수 있어, 장치의 유용성이 제한될 수 있다. 몇몇 현재 전기접착식 클러치는 또한 복잡하고, 크며 및/또는 고장이 발생하기 쉬운 전기 연결에 의존한다. 따라서, 전단력뿐만 아니라 수직력, 및 모멘트를 포함하는 보다 복잡한 하중의 전달을 허용하도록 이들 한계를 극복하는 더 간단한 저전압 전기접착식 클러치를 개발하는 것이 유리할 것이다. 이러한 클러치는 2개의 구성요소 간의 연결을 신속하게 수립하고 해제하는데 이용될 수 있고 많은 분야에 걸친 애플리케이션을 갖는다.

본 발명은 연결을 가로질러 복잡한 부하를 전달할 수 있는 2개의 구성요소의 신속하고 전기적으로 제어가능한 연결을 확립하는 전기접착식 클러치를 개시한다.

빠른 연결은 유전체 재료에 의해 분리된 적어도 2개의 전극을 구비한다. 유전체 재료는 하나 또는 양쪽 전극에 코팅되거나 그렇지않으면 부착될 수 있다. 유전체 재료는 어느 쪽에 대한 부착 없이 전극 사이에 배치될 수 있다. 유전체 층은 폴리머 또는 세라믹 기반일 수 있고, 이는 양극 산화(anodizing), 스퍼터링(sputtering), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 용매 캐스팅(solvent casting), 페인팅(painting), 롤-투-롤 코팅(roll-to-roll coating), UV 경화, 및 다른 알려진 방법을 매개로 연결 하드웨어 또는 접착제로 전극에 부착되거나 인가될 수 있다. 유전체는 2개의 전극이 서로 접촉하는 것을 방지한다.

전극 중 적어도 하나는 플렉시블하고 가운데에서는 강체 커넥터(rigid connector)일 수 있고 그 주변 주위에서는 플렉시블하며, 또는 소프트 갭 충전 재료 또는 접착제로 강체 기판(rigid substrate)에 연결될 수 있다. 전극 중 하나는 완전하게 강체일 수 있다. 전극은 전체 표면에 걸쳐 연속적이거나 단일 표면 상에 다수 전극을 사이사이에 배치하는 방식으로 패턴화될 수 있다. 플렉시블 전극에 인가된 하중은 중앙 근처에 인가될 수 있고, 이는 플렉시블 에지에서 시작되는 것으로부터 벗겨짐을 방지하는데 도움이 된다. 중앙에 하중을 인가하는 것은 전극이 분리될 때 벗겨짐을 더욱 견디는데 도움을 주는 전극 사이에서의 진공의 생성을 허용한다. 선형, 회전, 범용, 및 다른 전기접착식 클러치 설계에서 영구 및/또는 임시 전기 연결의 수, 크기, 또는 비용을 감소시키기 위해 3개 이상의 전극을 이용하는 방법이 또한 여기서 개시된다. 3개 이상의 전기적으로 분리되는 전극을 이용하는 전기적 구성은 전극 중 몇몇이 전원 공급 장치에 직접 전기적으로 연결되지 않을 때에도 전체 클러치가 기능할 수 있도록 할 수 있고, 전기 연결의 총 수의 감소 및/또는 몇몇 슬립 링, 브러시, 핀, 및 다른 형태의 연결에 대한 필요성을 제거하는 것을 초래한다.

도 1은 전기접착식 클러치의 동작의 기본 원리를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 범용 하중 전기접착식 클러치를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 범용 하중 전기접착식 클러치의 동작 상태 및 가능한 하중 시나리오를 도시한다.
도 4는 공간적으로 변하는 강성을 갖는 플렉시블 전극을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 하나의 플렉시블 전극과 하나의 강체 전극을 활용하는 범용 하중 전기접착식 클러치의 하나의 구성을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 하나의 전극이 컨포머블 갭 충전 재료(conformable gap filling material)를 갖는 강체 백킹(rigid backing)을 갖고, 다른 전극이 강체이고 표면 거칠기 또는 불규칙성을 갖는 범용 하중 전기접착식 클러치의 하나의 구성을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 에지에서 야기되는 것으로부터 벗겨짐을 더욱 방지하기 위해 레일(rails)을 채택하는 범용 하중 전기접착식 클러치의 하나의 구성을 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 2개의 플렉시블 전극을 채택하는 범용 하중 전기접착식 클러치의 하나의 구성을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 원형 또는 원통형 표면을 움켜쥐기 위한 범용 하중 전기접착식 클러치의 하나의 구성을 도시한다.
도 10a 내지 도 10c는 볼록, 오목, 또는 다른 비-평탄 표면에 일치하도록 다수의 더 작은 전극을 이용하는 범용 하중 클러치의 하나의 구성을 도시한다.
도 11a는 2개의 전극이 각각 단일 전압원에 전기적으로 연결되는 전기 구성을 도시하고, 도 11b는 하나 이상의 전극이 전기적으로 플로팅될 수 있고 전압원에 대한 명시적 연결을 필요로 하지 않은 전기 구성을 도시한다.
도 12a 내지 도 12c는 전도성 물체에 대한 전기 연결이 전극의 창을 통해 라우팅된 프로브를 이용하여 수립되는 범용 전기접착식 클러치 조작기를 도시한다.
도 13a 내지 도 13c는 플렉시블 클러치 플레이트가 2개의 전극으로 분할되고 조작 물체에 대한 명시적 전기 연결이 필요로 되지 않는 범용 전기접착식 클러치 조작기(universal electroadhesive clutch manipulator)를 도시한다.
도 14는 전기접착식 클러치 조작기에 대한 다수의 잠재적인 전극 분할 전극 패턴을 도시한다.
도 15는 자석이 정렬을 확립하기 위해 이용되는 전기접착식 범용 하중 클러치를 도시한다.
도 16은 코팅된 전극의 절단 에지에서 단락을 방지하기 위해 적용된 절연 립(insulating lip)을 도시한다.
도 17a 내지 도 17c는 플렉시블 전극이 클러치 경계면(clutch interface)에서 볼록한 곡률을 갖는 실시예를 도시한다.
도 18은 2차 전극이 전기접착식 클러치의 해제를 돕는 실시예를 도시한다.
도 19는 전기접착식 클러치가 주 클러치 플레이트와 전도성 물체 사이의 경계면에 대한 공기 흐름을 제어하는 실시예를 도시한다.
도 20은 전기접착식 클러치가 다른 방법으로는 움켜쥐기 어려운 립을 조작하기 위해 이용되는 실시예를 도시한다.
도 21은 얇고 플렉시블하고 또는 컨포머블 물체를 취급하기 위한 분할 전극 전기접착식 조작기(split-electrode electroadhesive manipulator)를 도시한다.
도 22는 일반적으로 평탄한 전도성 재료를 취급하기 위해 선택적으로 접착된 플렉시블 전극을 갖는 전기접착식 조작기의 분해도를 도시한다.
도 23은 클러치 제어를 알리도록 기판 근접성을 검출하기 위해 통합된 센서를 갖는 전기접착식 클러치 커넥터 또는 조작기의 실시예를 도시한다.
도 24는 범용 전기접착식 클러치에 대한 다수의 잠재적인 구성을 도시한다.
도 25a 및 도 25b는, 각 세트의 전극 중 하나는 전압 공급 장치에 대한 명시적 전기 연결을 필요로 하지 않는, 3개 전극의 다수 병렬 세트를 도시한다.
도 26a 및 도 26b는, 3개의 전극은 전압 공급 장치에 대한 명시적 전기 연결을 필요로 하지 않는, 5개의 전극의 세트를 도시한다.

정전 클러치(100; electrostatic clutch)의 기본 동작은 유전체 재료(102; dielectric material)에 의해 분리된 적어도 2개의 전극(101)을 포함한다. 전압이 전극(101)을 가로질러 인가될 때 포지티브 전하와 네가타브 전하가 전극(101)에 축적되어, 도 1에 도시된 바와 같이 전기접착식 인력(attractive electroadhesive force)을 초래한다. 유전체 재료(102)는 대향 전극(101)에 존재하는 포지티브 전하와 네가티브 전하의 균등화(equalization)를 방지한다. 컨트롤러(103)는 생성된 전기접착력(electroadhesive force)을 조절하는 대향 전극(101) 사이의 전압을 조정하기 위해 이용될 수 있다. 전극(101) 사이의 전압차(voltage difference)가 제거될 때 클러치(100)가 분리될 수 있다. 이는 접지에 대해 양쪽 전극(101)을 방전시키고, 양쪽 전극(101)에 동일한 전압을 인가하고, 또는 서로 반대로 대전된 전극(101)을 단락시키는 것에 의해 달성될 수 있다.

다음 도면은 정전 클러치(100)의 다양한 구성을 나타내는 것으로, 여기서 전극(또는 클러치 플레이트)(101) 중 적어도 하나가 플렉시블하고 대향 전극(101)이 유전체 재료(102)에 의해 분리된다. 본 개시의 전반에 걸쳐, "대향" 클러치 플레이트 또는 전극(101)은 반대 전하를 전달하는 전극(101)을 갖춘 구조를 언급하고, 이는 서로 인접하거나, 평행하거나, 원주 방향으로, 또는 산재되어 위치될 수 있다. 다음 도면이 나타내는 바와 같이, 전극(101) 구성에서의 유연성(flexibility)은 정전 클러치(100)가 다양한 애플리케이션에서 이용될 수 있도록 한다.

도 2는 플렉시블 전극(101)의 중앙에 하중을 인가하는 것에 의해 결합될 때 수직 하중, 전단 하중, 및 모멘트 하중을 전달하는 능력을 갖는 전기접착식 클러치(100)의 일 실시예를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 강체 전극(101) 및 플렉시블 전극(101)을 구비하는 클러치(100)에는 2개의 측면이 있다. 도 2에 도시된 예시적 실시예에 있어서, 클러치(100)의 각 측면은 얇은 유전체 재료(102)로 코팅된 전극(101)을 포함한다. 유전체 재료(102)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 클러치(100)의 양쪽 측면에 인가되거나, 또는 전극(101) 중 하나에만 인가될 수 있다. 대안적으로, 유전체 재료(102)는 어느 쪽에도 인가되는 것 없이 대향 전극(101) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 유전체 재료(102)는 2개의 전극(101) 사이에 배치되는 시트 또는 필름을 구비할 수 있다. 클러치(100)의 플렉시블 측면은, 다른 구성 요소에 대해 기계적 부착을 허용하기 위해 전극(101)의 중앙에서, 로프 부착(rope attachment)과 같은, 작은 강체 엘리먼트(110)를 포함한다. 강체 엘리먼트(110)가 플렉시블 전극(101)의 주변이 아닌 가운데에 위치함에 따라, 클러치 경계면에서의 벗겨짐이 감소될 수 있다. 그러나, 강체 엘리먼트(110)가 중앙을 넘어 확장되거나, 주변 근처에 배치되거나, 플렉시블 전극(101)의 다른 영역에 부착되는 애플리케이션이 있을 수 있다.

접착이 강체 엘리먼트(110)와 플렉시블 전극(101) 사이에 선택적 저강성 갭 충전 재료(111; optional low-stiffness, gap-filling material)를 포함하는 것에 의해 향상될 수 있다. 소프트 접착제(soft adhesive)와 같은, 갭 충전 재료(111)는 하나 이상의 전극(101)이 다른 전극에 일치하도록 할 수 있고, 따라서 전극 사이의 공간을 감소시키고 전극(101)을 가로지르는 캐패시턴스를 증가시켜 유지력(holding force)을 개선한다. 갭 충전 재료(111)로 백킹된 전극(101)의 이러한 일치 특징은 유전체 코팅된 전극(101) 사이의 더 높은 실제 표면 접촉을 가능하게 하고, 이는 2개의 강체 표면 사이에서 달성되는 것보다 더 큰 접착을 초래한다. 이는 일치시키기 위한 능력이 대향 전극 표면의 굴곡 또는 거칠기와 같은 표면 불규칙성을 극복하기 위해 플렉시블 전극(101)을 물리적으로 변형시킬 수 있도록 하기 때문이다. 갭 충전 재료(111)는 또한 플렉시블 전극(101)의 표면을 가로질러 하중을 분산시키고 전극(101)을 분리할 필요 없이 강체 커넥터(110)와 강체 기판(112) 사이의 몇몇 상대 각도 편향을 수용한다. 갭 충전 재료(111)는 유지 강도(holding strength)를 증가시킬 수 있지만 클러치가 정밀 애플리케이션에서 이용되면 배치의 정확도를 감소시킬 수 있음에 따라 선택적이다. 갭 충전 재료(111)는 패턴에 또는 단일 연속 영역에 선택적으로 적용될 수 있다. 갭 충전 재료(111)는 고무, 실리콘, 아크릴 접착제, 주조 폴리머(cast polymer), 또는 다른 비교적 소프트한 재료로 구성될 수 있다.

클러치 플레이트는 또한 전극(101)의 표면을 가로지르는 강성 변화(stiffness variations)의 이점을 취할 수 있다. 일례가 도 4에 나타나 있고, 다수 필름이 강성 구배(stiffness gradient)를 생성하기 위해 서로의 상부 상에서 적층되어, 전극 표면을 가로질러 하중을 분산시키면서 다른 전극(101)과의 표면 일치성의 최적 조합을 허용한다. 클러치 필름 경계면에서의 층이, 유전체 재료(102) 또는 전극(101) 사이에 배치된 유전체 재료(102)로 코팅된 클러치(100)의 정전 전극(101) 중 적어도 하나를 갖는, 필요한 정전 전극(101)을 생성하기 위해 전도성이 있는 한 다수 재료가 이용될 수 있다. 이러한 강성 구배는 또한 표면을 가로지르는 연속적으로 변화하는 재료 두께 또는 재료 특성으로, 또는 강체 또는 세미-강체 핑거(semi-rigid fingers)의 상부구조 또는 강체 연결부(110)로부터 유발되는 구조로 달성될 수 있다.

클러치(100)는 그 이용 동안 도 3a 내지도 3c에 나타낸 바와 같은 분리(disengaged), 결합 및 비하중(engaged and unloaded), 결합 및 하중(engaged and loaded)의 3가지 상태를 경험한다. 클러치(100)는 전압이 인가되지 않을 때 분리되고 클러치의 각 측면은 서로에 대해 자유롭게 움직일 수 있다. 클러치(100)의 2개의 측면은 큰 거리로 분리되고, 이어 커넥터로서 이용되면 결합되기 이전에 함께 배치될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 클러치(100)의 일측은 활성화 전에 다른 측 상에 수동으로 배치될 수 있고, 또는 기계적 또는 자기 메카니즘(120)이 다른 측 상으로 클러치(100)의 일측을 향하게 하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 클러치 전극(101)은 공칭 접촉(nominal contact)으로부터 분리 상태로 유지되는 수 밀리미터 폭까지의 작은 에어갭 범위(small airgap ranging)로 가깝게 영구적으로 공간지워질 수 있다. 전압이 인가될 때, 인력이 갭을 가로질러 플렉시블 전극(101)을 끌어당기고 하중이 가해질 때 힘과 토크가 경계면을 가로질러 전달될 수 있도록 하는 전기접착식 연결을 수립한다. 하중을 전달하기 위한 접착력과 능력은, 인가된 전압이 유지되고 단락되지 않은 2개의 전극(101)이 제공되어, 전하를 균등화하는 한에는 무한으로 유지될 것이다.

예컨대, 힘이 클러치의 플렉시블 측면의 주위 가까이에 인가되면 클러치(100)는 벗겨지기 쉽고 대향 전극(101)은 강체이다. 벗겨짐은 플렉시블 클러치 플레이트의 에지가 강체 클러치 플레이트로부터 분리되고 분리가 에지로부터 전체 표면을 가로질러 전파될 때 야기된다. 힘이 플렉시블 클러치의 중앙에 인가될 때, 클러치 플레이트 사이의 정전력과 플레이트가 분리되기 시작하면 플레이트 사이에서 형성되는 진공에 의해 저항을 받게 된다. 클러치의 이러한 실시예는 수직력(normal forces), 전단력(shear forces), 면내 비틀림(in-plane torsion), 및 면외 모멘트(out-of-plane moments)로 구성된 복잡한 하중에 저항할 수 있고, 이는 특히 2개의 강체 클러치 플레이트가 이용될 때 면내 하중만을 전달할 수 있는 기존 정전 클러치와 구별된다. 연속적인 접촉을 갖는 하중 전극(101; loading electrodes)으로부터 초래되는 진공은 더 높은 힘 전달 능력을 갖는 더 견고한 연결과 따라서 정전 클러치(100)의 더 넓은 이용을 허용하지만, 정전 클러치(100)의 가장 기본적인 기능에는 반드시 필요하지는 않다.

표 1은 여러 가능한 유전체 재료(102)가 주어진 클러치 경계면을 가로질러 전달될 수 있는 수직력의 크기를 나타낸다. 단위 면적당 힘은 유전체 절연층의 두께, 인가된 전압, 유전 상수, 파괴 강도, 유전체 절연층의 표면 저항, 클러치 경계면에서 양호한 표면 접촉을 일치시키고 허용하기 위한 전체 클러치 플레이트 구조의 능력에 의존한다. 부가하여, 얼마나 많은 진공(대기에 대한 압력차)이 전개되는지는 클러치(100)가 활성화될 때 경계면에 얼마나 많은 공기가 있는가(공기가 많을수록 압력차가 적다는 것을 의미함), 플렉시블 전극(101)이 제2 전극(101) 또는 표면에 얼마나 잘 접착되는가, 전극(101)이 얼마나 거친가, 및 대기로부터 클러치 경계면으로 이동하기 위한 공기에 대한 경로가 있는가의 여부에 의존할 것이다. 힘/전압 히스테리시스는 전압이 제거된 후에도 남아 있는 바람직하지 않은 잔류 접착력 및 전압을 언급하고, 이후 이어지는 충전 및 방전 사이클에 대한 응답성 또는 유지력을 감소시킬 수 있다.

	유전체 재료	유전체 층 두께 (um)	단위 면적당 정전력 (N/cm^2)	단위 면적당 진공력 (N/cm^2)	단위 면적당 총 수직력	동작 전압 (V)	힘/전압 히스테리시스
통상적으로 이용되는 폴리머 유전체 재료	폴리이미드, 폴리에틸렌, PVDF	5-50	0.2-5.6	0-10	10.2-15.6	500-2000	높음
종래 기술 유전체 층 (2014-2021년)	DUPONT Luxprint 8153 세라믹 입자-내장 폴리머	20-100	2.9-5.7	0-10	12.9-15.7	250-350	낮음
	산화 알루미늄	3-50	11-85	0-10	21-95	12-300	매우 낮음
	이산화 티타늄	1-10	2.9-280	0-10	12.9-290	5-200	매우 낮음

여기서 설명된 클러치(100)는 전형적인 클러치, 커넥터, 브레이크, 댐퍼, 힘 제한기, 토크 제한기 또는 기계적 퓨즈로 이용될 수 있다. 각 클러치(100)의 다수 사용은 인가된 전압의 전략적인 제어에 의해 가능하게 된다. 고전압은 클러치(100)가 움직임에 저항하거나 구성요소의 상대적 위치를 잠그기 위해 큰 힘 또는 토크를 생성할 수 있도록 할 것이다. 중간 전압은 사용자 또는 구동 액추에이터에 의해 극복될 수 있는 더 적은 힘 또는 토크를 공급할 것이다. 이 경우, 여기서 설명된 클러치(100)는 인가된 힘이 허용가능 하중을 초과할 때 해제되는 기계적 퓨즈로서 작용한다. 도면은 고체 세라믹 기반 유전체 층(102)을 활용하는 다양한 클러치(100)를 나타낸다.

도 5a 및 도 5b는 다음을 활용하는 클러치(100)의 구성을 도시한다: 도 5a - 강체 클러치 절반으로서 평탄하고 매끄러운 전도성 엘리먼트(즉, 전극(101)), 및 플렉시블 클러치 절반으로서 전도성 엘리먼트를 갖는 플렉시블 멤브레인(즉, 전극(101)). 강체 엘리먼트(110)가 플렉시블 클러치 절반에 부착되고 플렉시블 클러치 절반을 통해 하중을 전달하는데 이용될 수 있다. 도 5b는 결합될 때 플렉시블 멤브레인이 클러치(100)의 강체 측면의 평탄한 표면에 일치하는 것을 나타낸다.

도 6a 및 도 6b는 도 6a에 도시된 바와 같은 거칠거나 불규칙한 표면을 갖는 강체 클러치 절반을 수용하는 클러치(100)를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 하나의 클러치 절반은 도 6b에서 나타낸 바와 같이 플렉시블 전극(101)이 클러치(100)의 강체 측면의 불규칙한 표면에 일치할 수 있도록 하는 저강성 갭 충전 재료(111)를 갖는 평탄한 세미-플렉시블 또는 강체 부분으로 구성된다. 세미-플렉시블 부분은 클러치(100)로부터 핸들 또는 다른 구성요소로 하중을 전달하기 위한 강체 엘리먼트(110)에 연결된다. 본 실시예에 있어서, 강체 백킹(112)은 전도성 표면을 갖고 플렉시블 전극(101)에 대향하는 제2 전극(101)으로서 작용한다.

도 7a 및 도 7b는 정전기력 및 진공력에 부가하여 벗겨짐에 저항하기 위해 레일 또는 슬롯을 이용하는 커넥터(121)를 나타낸다. 도 7a는 벗겨짐 저항 레일(121; peel resisting rails)을 갖는 강체 표면으로서의 클러치 절반을 나타낸다. 클러치 경계면의 면은 유전체 재료(102)로 코팅된다. 다른 클러치 절반은 다른 전극(101) 상에서 슬롯(121)과 결합하기 위한 강체 백킹(112)를 갖고 플렉시블 전극(101)으로 상부가 덮힌 선택적인 갭 충전 재료(111)로 나타내어진다. 도 7b에 나타낸 바와 같이 클러치 절반이 함께 미끄러진다. 함께 클러치 구성요소를 미끄러지게 하는 것의 편리성은 모따기(chamfer), 또는 경사 가이드(sloped guide)를 부가하는 것에 의해 개선될 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 클러치(100)의 양 측면이 하중을 전달하기 위한 강체 구조(110)가 배치되는 플렉시블 엘리먼트(130)를 포함하는 실시예를 도시한다. 도 8a는 양쪽 절반이 플렉시블한 것을 나타낸다. 도 8b는 전압이 결합된 상태에서 인가될 때 플렉시블 부분이 서로 일치하는 것을 나타낸다. 여기서, 플렉시블 엘리먼트(130)는 전극(101) 및 잠재적으로 유전체 재료(102)를 구비한다.

도 9a 및 도 9b는 플렉시블 클러치 전극(101)에 부착된 강체 구조(110)가 길면서 얇고, 따라서 전극(101)은 원형 또는 원통형 구조 위에 걸쳐지도록 "핑거(fingers)"를 허용하는 실시예를 도시한다. 이 구성은 더욱 복잡한 기하학적 구조를 갖는 물체를 잡기 위해 2개 이상의 플렉시블 "핑거"를 갖는 그립퍼 스타일 클러치(100; gripper-style clutch)에 적용될 수 있다.

도 10a 내지 도 10c는 곡면 또는 그렇지않으면 불규칙한 표면을 갖는 물체를 집어서 배치시키는데 이용될 수 있는 클러치(100)를 나타낸다. 도 10a에 나타낸 바와 같이, 그립퍼 스타일 클러치(100)는 플렉시블 또는 신축 핑거(140; flexible or telescoping fingers) 상에 장착된 여러 개의 플렉시블 클러치 표면으로 구성된다. 핑거(140)의 플렉시블 종단은 평탄한 표면에 일치하고 도 10b에 나타낸 바와 같이 전압이 인가될 때 부착된다. 도 10c는 각 신축 엘리먼트 또는 플렉시블 핑거(140)가 물체의 표면의 높이에 대한 변화를 수용하기 위해 다른 길이로 수축할 수 있음에 따라 그립퍼 스타일 클러치(100)가 곡면 또는 불규칙한 표면을 갖는 물체를 잡을 수 있음을 나타낸다. 각 핑거(140)에 대한 클러치 전극(101)의 플렉시블 특성은 각 핑거가 불규칙한 표면에도 잘 일치하도록 몇몇 능력을 허용한다. 신축 핑거(140)는 또한 전압이 활성화될 때 전극(101)이 부착되면 신축 길이를 잠그기 위한 개별 클러치(100)를 가질 수 있다. 개별 클러치(100)가 그립퍼 활성화 및 비활성화와 동시에 신축 핑거를 잠그거나 해제함에 따라 제어가 간단할 수 있다. 2개의 클러치 플레이트가 직접적으로 접촉하지 않는 이러한 형태의 구성을 위한 컨트롤러(103)가 이하 더욱 자세히 논의될 것이다.

클러치(100) 설계의 모든 실시예는 도 11a 및 도 11b에 나타낸 구성을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 다른 전기 구성 또는 컨트롤러(103)를 활용할 수 있다.

도 11a 및 도 11b는 다른 클러치 동작을 가능하게 하는 2가지 전기 구성을 나타낸다. 도 11a는 클러치(100)의 양측이 전기회로에 영구적으로 연결되는 구성을 나타낸다. 이 구성에 있어서, 클러치 절반은 서로 접촉하여 배치되고 전압이 그들을 가로질러 인가된다. 전극(101) 사이에 배치된 유전체 코팅(102)은 캐패시터를 생성한다. 이 캐패시터는 2개의 클러치 절반을 가로질러 전하를 균등화하는 것을 방지하고 전기접착식 인력을 가능하게 한다. 저전압이 한쪽 클러치 절반에 인가되고 고전압이 다른 클러치 절반에 인가되는 바; 대부분의 전극(101) 및 유전체 재료(102) 성능에 대해 클러치(100)의 어느 쪽이 저전압 또는 고전압을 받는지에 관계없이 유사하다. 도 11a는 클러치 경계면이, 유전체 재료(102)의 캐패시턴스, 클러치 경계면의 유효 저항, 및 전기 커넥터 저항을 설명하는, 병렬 및 직렬 저항을 갖는 캐패시터로서 모델링되는 구성의 전기도를 나타낸다.

도 11b는 보다 일반적인 물체 조작을 가능하게 하는 여러 전기 구성을 나타낸다. 본 실시예에 있어서, 전기접착식 조작기(electroadhesive manipulator)로서 이용되는 2개의 플렉시블 전극(101)이 있다. 고전압이 하나의 플렉시블 전극(101)에 인가되고, 저전압이 다른 전극(101)에 인가된다. 양쪽 전극(101)은 전도성 표면을 갖는 물체와 접촉한다. 이 구성에 있어서, 제2 클러치 절반으로서 작용하는 물체의 전도성 표면에 대해 이루어지는 명시적인 전기적 연결은 없다. 물체와 연결되는 양쪽 클러치의 유효 전기 저항이 동일하면, 강체 물체의 상대 전압은 조작기의 전극(101)을 가로질러 인가된 총 전압의 절반으로 된다. 플렉시블 전극(101)과 조작된 물체 사이의 전압차는 전기접착을 가능하게 한다. 이러한 구성은 클러치 기반 조작기가 조작기 스타일 클러치(100)와 공통 전기 회로에 연결되지 않은 물체에 복잡한 기계적 하중을 인가할 수 있도록 한다. 이 구성은 물체와 동시에 상호작용하는 2개 이상의 물리적으로 분리된 플렉시블 클러치 전극(101)을 포함할 수 있다. 이들 물리적으로 분리되어 있지만 전기적으로 연결된 전극(101)은, 오퍼레이터의 각각의 손을 위한 패들과 같은, 2개의 별도 구조에 상에 존재할 수 있고, 또는 단일의 더 큰 구조 상에 장착될 수 있다. 이 개선은, 브러시리스 DC 모터가 로터 상의 구성요소로부터 전압 공급 장치의 단자까지의 명시적인 전기 연결에 대한 필요성을 제거하기 위해 모터 구성요소를 재구성한다는 점에서, 브러시형 DC 모터와 브러시리스 DC 모터의 차이점에 대해 몇몇 방식에서는 유사하다.

이들 동일한 2가지 전기 구성은 클러치 설계의 여러 변형으로 달성될 수 있다. 도 12a 내지 도 12c는 조작된 물체에 대한 명백하지만 일시적인 전기 연결이 프로브(141)에 의해 달성되는 전기접착식 조작기 스타일 클러치(100)의 실시예를 도시한다. 이 프로브(141)는 도시된 바와 같이 포고 핀(pogo pin), 스프링 접점(spring contact), 자석 보조 접점(magnet assisted contact), 또는 다른 전기 프로브일 수 있다. 도 13a 내지 도 13c는 2개 이상의 전극(101)이 유전체(102) 또는 에어 갭에 의해 전기적으로 분리되지만, 단일 연속 구성요소의 일부로서 기계적으로 연결된 실시예를 도시한다. 이 설계는 도 11b에 나타낸 전기 다이어그램에 의해 나타낼 수 있다. 도 11b와 도 13a 내지 도 13c에 도시된 실시예 사이의 차이점은 2개의 전극(101)이 2개의 다른 그립핑 엘리먼트 상에서 분리되거나 단일 그립핑 엘리먼트 내에 포함될 수 있다는 점이다. 어느 경우든, 전기적으로 분리되는 전극(101)의 수는 2개 또는 소정의 다수로 될 수 있다.

분할 패들(split paddle)이 이용될 때, 각 전극(101)의 동일한 면적이 결합되는 것이 유리하고, 이는 각 클러치 경계면에서 거의 동일한 캐패시턴스를 보장한다. 이는 2개의 전극(101)이 이용될 때 인가된 전압의 1/2에 가까운 전압 전위에서 조작된 물체가 유지되는 것을 보장한다. 도 14는 양쪽 전극(101) 상에서 거의 동일한 크기의 결합 면적을 가능하게 할 수 있는 다수의 가능한 전극 구성을 나타낸다. 동일한 전극 면적을 결합하는 것은, 조작되는 물체가 그립핑 표면 상에서 용이하게 중앙에 놓이고, 그립핑 표면과 동일한 크기이며, 또는 그립핑 표면보다 더 크면, 반으로 표면을 분할하는 것에 의해 가장 간단하게 달성된다. 그러나, 조작되는 물체가 클러치(100)의 그립핑 표면보다 작을 때, 충분한 크기의 소정의 물체가 각 전극(101)에 의해 동일하거나 거의 동일하게 덮이도록 2개의 전극(101)을 패턴화하는 것이 유리할 수 있다. 패턴은 빗형상, 나선형, 또는 연속적 파이 조각(continuous pie slices)을 포함할 수 있다. 이들 패턴은 전극 영역이 연속적임에 따라 단일 층 구조로 용이하게 달성된다. 거의 동일한 범위를 보장하는 동심원 링(concentric rings), 체커(checkers), 줄무늬(stripes), 점(dots), 및 다른 패턴은 전극(101)이 유전체 재료(102)에 의해 전기적으로 절연된 상태로 유지되는 다층 구조에 의해 달성될 수 있다. 이들 다층 구조는 다층 인쇄 회로로 구성될 수 있다.

범용 전기접착식 클러치(100)의 2개의 절반 사이의 빠르고 반복가능한 정렬은 정렬 메카니즘(120)으로서의 구조에 자석을 통합하는 것에 의해 달성될 수 있다. 도 15는 이러한 실시예를 나타낸다. 정렬 메카니즘(120)은 서로 끌어당기도록 배향된 2개의 영구 자석 또는 비철 구조(non-ferrous structure) 내의 단일 자석과 철 재료를 포함할 수 있다. 자석은 영구적으로 또는 전기적으로 활성화될 수 있다. 클러치 절반의 빠르고 반복가능한 정렬은 또한 전극(101) 중 하나를 오목하게 하는 것에 의해 도움을 받을 수 있다. 하나의 클러치 절반 전극 표면이 다른 것보다 더 큰 클러치(100)는 클러치가 오정렬에 더 잘 견딜 수 있게 만들 수 있다.

많은 실시예에 있어서, 클러치 전극(101)은 유전체 재료(102)로 코팅된다. 이 재료(102)는 전극(101)이 그 최종 형상으로 절단되기 전에 시트(sheets) 또는 롤(rolls)로 전극 재료 상에 증착될 수 있다. 이 프로세스가 이용될 때, 표면이 유전체(102)로 코팅되어 있음에도 불구하고 전극(101)의 절단 에지는 전도성을 유지한다. 이는 단락에 대한 기회를 야기시킬 수 있고 도 16에 나타낸 바와 같이 절단 에지를 절연시키는 것에 의해 해결될 수 있다. 절단 에지에 걸쳐 배치된 절연체(145)는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 접착(glueing), 라미네이팅(laminating), 기계적 파스닝(mechanical fastening), 침지(dipping), 분무(spraying), 또는 페인팅(painting)을 포함하는 다수의 방식으로 인가될 수 있다. 소정의 절연 재료가 이용될 수 있다. 절연 재료(145)가 고무 또는 실리콘과 같은 컨포머블이면, 이는 클러치(100)에 의해 경험되는 흡입 효과를 향상시키기 위해 이용될 수 있다.

전압이 제거될 때, 전극(101) 사이의 정전 인력이 소멸되고 클러치(100)가 분리된다. 반 데르 발스 인력(Van Der Waals attraction) 또는 잔류 흡입(remaining suction) 때문에 약간의 힘이 전극(101) 사이에 일시적으로 남아 있을 수 있다. 분리된 클러치(100)를 떼어놓기 위해 필요한 힘은 도 17a에 나타낸 바와 같이 그 주변을 따라 상승 또는 곡면 에지를 갖도록 형성되거나 프리스트레스되는(prestressed) 저강성 플렉시블 전극(101)을 활용하는 것에 의해 거의 0으로 감소될 수 있다. 프리스트레스 또는 곡면 설계는 대향 전극(101)에 일치하도록 곡면 에지를 평탄화하는데 단지 작은 힘만을 필요로 하고, 이들 힘은 전압이 인가될 때 인력 정전 집핑력(attractive electrostatic-zipping forces)에 의해 제공될 수 있다. 도 17b는 정전력에 의해 대향 클러치 절반과 접촉하도록 아래로 당겨진 곡면 에지를 나타낸다. 전압이 제거될 때, 곡면 에지가 그들의 원래 형상으로 되돌아감에 따라 플렉시블 전극(101)의 내부 응력은 에지가 벗겨지도록 하고 진공을 완화시킬 것이다. 이 효과는 또한 탄성 밴드(elastic bands) 또는 작은 빔 스프링(beam springs)과 같은 부가적인 저 강성 구조(146)를 부가하는 것에 의해 달성될 수 있다. 압전 재료는 굽힘 메카니즘(146; bending mechanism)으로서 작용하도록 클러치 경계면으로부터 떨어져 면하는 전극 표면 상에 배치될 수 있다. 이 재료는 그 길이 변화의 방향이 전극 에지에 수직이 되도록 배치되어야 한다. 이는 압전 재료가 인가된 전압을 조절하는 것에 의해 단락될 때, 결과는 해제를 돕기 위해 클러치 경계면으로부터 떨어져 에지가 말리게(curling) 될 것이다.

도 17c에 나타낸 다른 실시예에 있어서, 굽힘 메카니즘(146)으로서 이용되는 압전 기둥(piezoelectric pillars)은 연장될 때 클러치 전극(101)을 분리하도록 작용하기 위해 클러치 경계면의 주변 근처에 배치될 수 있다. 이는 진공력을 완화시키고 전극(101) 사이의 에어 갭을 증가시켜, 전압이 제거될 때 클러치(100)를 분리하는데 필요한 힘을 감소시킬 수 있다.

도 18은 2차 전극(105)이 해제 동안 1차 클러치 경계면으로부터 떨어져 플렉시블 전극(101)을 수축시키기는데 이용되는 다른 실시예를 도시한다. 전압이 클러치 경계면을 가로질러 인가될 때 플렉시블 전극(101)은 대향 클러치 전극(101)에 부착된다. 분리하기 위해, 클러치 경계면을 가로지르는 전압차가 제거되고, 전압차가 플렉시블 전극(101)과 플렉시블 전극(101)의 대향 측에 위치된 제2 전극(105) 사이에 인가된다.

도 19는 플렉시블 전극(101)이 제어가능 체크 밸브(147)로서 이용되는 실시예를 도시한다. 전기접착식 체크 밸브(147)가 결합될 때, 2개의 전극(101) 사이의 공간으로 공기가 들어가는 것이 방지된다. 이는 진공을 형성할 수 있도록 한다. 전기접착식 체크 밸브(147)가 해제될 때 클러치 전극(101) 사이의 공간으로 공기가 자유롭게 이동한다. 이는 클러치 경계면에 존재하는 소정의 진공을 완화시킨다. 이 구성은 분리된 상태에서 2개의 전극(101)을 분리하는데 필요한 더 적은 힘을 초래할 수 있다.

범용 클러치(100)는 제거가능 핸들을 생성하는 것에 의해 원하지 않았던 변조나 접근을 방지하는데 이용될 수 있다. 도 20은 오목한 뚜껑(recessed lid)이 잡을 수 있는 표면이 없고 오목부에 꼭 맞게 되는 장치를 도시한다. 전기접착식 클러치(100)는 뚜껑을 제거하기 위한 임시 핸들로서 이용된다. 마찬가지로, 전기접착성식 클러치(100)는 무겁거나 크고 잡기 어려운 물체를 이동시키기 위한 임시 핸들로서 작용할 수 있다. 영구적인 핸들 또는 잡는 위치의 결여가 도난 방지 또는 변조 방지 효과를 제공한다면 이는 부가적인 이점을 갖는다.

전기접착식 표면 클러치(100)는 정교한 재료를 처리하는데 이용될 수 있다. 도 21은 조작된 재료에 대한 명시적인 전기 연결을 만드는 것 없이 호일 또는 다른 얇고 정교한 전도성 재료를 조작하기 위한 분할 전극(101; split electrode)을 갖는 표면 클러치(100)를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 클러치(100)의 일치성(conformability)은 호일 또는 전도성 직물과 같은 조작된 재료에 의해 제공된다. 도 22는 증가된 유연성(flexibility)을 통합하는 것에 의해 더 무겁고 및/또는 더 불규칙한 재료를 수용할 수 있는 정교한 재료 핸들러형 클러치(100)에 대한 변형을 도시한다. 이 유연성은 클러치(100)의 더 큰 구조에 전극(101)을 고정하기 위한 순응성 접착제(compliant adhesive)의 선택적 패터닝을 매개로 가능하게 된다. 여기에 나타낸 패턴은 플렉시블 전극(101)이 클러치 경계면을 향하거나 클러치 경계면으로부터 멀어지는 방향으로 휘어지도록 할 수 있는 육각형 포켓(hexagonal pockets)을 생성한다. 유전체 재료(102)가 전극(101)에 걸쳐 배치된다. 이 재료 핸들러형 클러치(100)는 도 12a 내지 도 12c 및 도 13a 내지 도 13c에 나타낸 어느 전기 구성과 함께 이용될 수 있다. 도 22는 전기 연결이 전극(101) 및 유전체(102)의 개구를 통해 필름의 표면과 접촉하는 스프링 접점(141)을 매개로 조작된 재료에 대해 수립되는 실시예를 나타낸다. 이 전기 접점은 또한 개구의 이용 없이 전극 표면의 측면에 수립될 수 있다. 대안적으로, 전극(101)은 분할된 다양한 것일 수 있고, 따라서 조작된 재료에 대한 명시적인 전기 연결을 필요로 하지 않는다.

도 23은 센서(150)가 결합의 타이밍을 돕기 위해 포함될 수 있는 실시예를 나타낸다. 이 센서(150)는 근접 센서, 포토레지스터, 포고-핀, 접촉 스위치, 또는 다른 센서일 수 있다. 대안적으로, 전극(101) 그 자체는 용량식 터치 또는 거리 센서(capacitative touch or distance sensor)로서 이용될 수 있다. 클러치 경계면의 캐패시턴스를 연속적으로 또는 간헐적으로 샘플링하는 것은 접촉이 적절한 재료와 이루어질 때 클러치(100)를 결합하기 위한 신호를 제공할 수 있다. 클러치 경계면의 캐패시턴스는 또한 전극의 정렬과 전극 사이의 중첩 영역의 양에 대한 이해를 제공할 수 있다.

클러치(100)의 실시예에 있어서, 유전체 재료(102)는 클러치의 한쪽 또는 양쪽 절반에 적용되거나 대향 전극(101)을 분리하는 방식으로 배치될 수 있고, 플렉시블 전극(101)은 금속화 폴리머 시트, 탄소 섬유, 탄소 또는 금속 주입 폴리머, 또는 소정의 다른 플렉시블 및 전도성 재료로 구성될 수 있다. 부가적으로, 클러치(100)의 다른 실시예는 이전에 설명된 전기 구성 중 어느 하나를 활용할 수 있다.

도 24는 유연성, 유전체(102)의 배치, 및 전기 구성과 관련하여 이용가능한 많은 조합의 비포괄적 요약을 제시한다. 하나 또는 모든 전극(101)은 플렉시블하거나 컨포머블할 수 있다. 하나 또는 모든 전극(101)은 유전체 코팅을 가질 수 있다. 모든 전극(101)은 클러치(100)가 커넥터로서 이용되는 많은 애플리케이션에 대한 경우와 같이 회로 또는 컨트롤러(103)에 대한 명시적인 전기 연결을 포함할 수 있다. 이러한 전기 연결은 영구적일 수 있고, 또는 스프링 접점 또는 포고 핀과 같은 전기 프로브(141)를 통해 일시적으로 수립될 수 있다. 범용 클러치(100)가 또한 분할 전극 구성을 이용하는 것에 의해 명시적인 전기 연결을 수립하는 것 없이 일반적인 전도성 재료에 대한 조작기로서 사용될 수 있다. 조작기로서 이용될 때, 클러치 전극(101) 또는 조작된 재료 그 자체에서의 어느 정도의 유연성은 저 전압에서의 동작 및 일반적으로 허용되는 것보다 더 불규칙한 표면의 수용을 가능하게 한다.

도 25는 몇몇 전극(101)이 전원 공급 장치의 단자에 부착되는 직접적인 전기 커넥터 없이 동작할 수 있도록 하는 3개 이상의 전극(101)의 전기접착식 클러치 전기 구성의 실시예를 예시한다. 전기 등가도가 도 25a에 도시되면서 실제 캐패시터로 존재하는 직렬 및 병렬 저항은 제외하고 단순히 클러치 경계면의 캐패시턴스를 나타낸다. 이 구성에 있어서, 2세트의 클러치 플레이트가 동일한 전압 공급 장치를 이용하여 병렬로 동작한다. 다른 구성에 있어서, 많은 세트가 마찬가지로 병렬로 동작할 수 있다. 각 세트의 높은 쪽 전극은 컨트롤러(103)의 전압 공급 장치의 포지티브 단자에 직접 연결되어 2V의 최종 전압을 갖는다. 각 세트의 낮은 쪽 전극은 전압 공급 장치의 네가티브 단자에 연결되어 0V의 최종 전압을 갖는다. 전극(101)은 제2 및 제3 전극(101)에 인접하여 회로를 완성하고, V인 중간 전압에서 존재한다. 이는 각 클러치 경계면에서 1V와 동일한 전압차를 달성하고 각 클러치 경계면에서 부착 및 잠금을 초래한다. 도 25b는 전극(101)의 물리적 개략도를 나타낸다. 전극(101) 중 2개가 전기 연결로 전압 공급 장치에 물리적으로 연결되는 반면, 다른 전극(101) 각각은 플렉시블하고, 확장가능하며, 또는 브러시가 있는 전기 연결에 대한 필요성 없이 전압 공급 장치에 대해 자유롭게 무한으로 회전하거나 병진한다.

도 26a 및 도 26b는 몇몇 전극(101)이 컨트롤러(103)의 전원 공급 장치의 단자에 전극을 부착하는 직접적인 전기 커넥터 없이 동작할 수 있도록 하는 3개 이상의 전극 전기접착식 클러치 전기 구성의 다른 실시예를 예시한다. 전기 등가도가 도 26a에 도시되면서 실제 캐패시터로 존재하는 직렬 및 병렬 저항을 제외하고, 간단히 클러치 경계면의 캐패시턴스를 나타낸다. 본 실시예는 서로 직렬로 연결된 4개의 캐패시터와 동등한 회로를 생성한다. 각 클러치 경계면의 유효 저항이 동일하다고 가정하면, 이는 각 클러치 경계면에서 약 1V의 전압차를 초래한다. 도 26b는 전극(101)의 물리적 개략도를 나타낸다. 제1 세트의 전극(101)이 전기 연결로 전압 공급 장치에 물리적으로 연결되는 반면, 제2 세트의 전극(101)의 각각은 플렉시블하고 확장가능하며, 또는 브러시가 있는 전기 연결에 대한 필요성 없이 전압 공급 장치에 대해 자유롭게 무한으로 회전하거나 병진한다.

특정 형태 또는 개시된 기능을 수행하기 위한 수단의 형태, 또는 적절하게, 개시된 결과를 얻기 위한 방법 또는 프로세스로 표현된, 상기 설명, 또는 다음의 청구범위, 또는 첨부 도면에 개시된 특징은, 본 발명을 다양한 형태로 실현하기 위해 이러한 특징을 개별적으로, 또는 소정의 조합하여 활용될 수 있다. 특히, 여기에 설명된 실시예의 어느 것에서 하나 이상의 특징은 여기에 설명된 소정의 다른 실시예로부터의 하나 이상의 특징과 결합될 수 있다.

보호가 또한 본 발명과 조합으로 참조 및/또는 참조에 의해 포함된 소정의 하나 이상의 공개된 문서에 개시된 소정의 특징에 대해 추구될 수 있다.

Claims

수직 하중, 전단 하중, 또는 비틀림 하중을 전달하기 위한 전기접착식 클러치로서,
전기 전도성 표면을 갖춘 제1 전극으로, 전극의 표면의 적어도 일부가 플렉시블한, 제1 전극;
전기 전도성 표면을 갖춘 제2 전극;
제2 전극의 전기 전도성 표면으로부터 제1 전극의 전기 전도성 표면을 분리하는 유전체 재료; 및
제1 전극과 제2 전극에 전압차를 인가하는 컨트롤러;를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극에 부착된 강체 엘리먼트를 더 구비하고, 강체 엘리먼트가 제1 전극의 전도성 표면에 실질적으로 수직 방향으로 힘을 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제2항에 있어서,
제1 전극과 강체 엘리먼트 사이에 배치된 저강성 재료를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제2항에 있어서,
제1 전극의 주변에 가까운 제1 전극의 부분이 강체 엘리먼트에 부착되지 않는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제2항에 있어서,
제1 전극의 주변에 가까운 제1 전극의 부분이 제1 전극의 가운데 부분보다 더 낮은 굽힘 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
전기 전도성 표면을 갖춘 적어도 하나의 부가 전극을 더 구비하고, 적어도 하나의 부가 전극이 제1 전극과 독립적인 제2 전극과 결합되거나 분리되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극이 제1 물체에 부착되고 제2 전극이 제2 물체에 부착되며, 토크, 전단력, 또는 수직력을 전달하기 위해 제1 물체가 제2 물체에 기계적으로 결합될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제3항에 있어서,
저강성 재료가 제2 전극의 표면 프로파일에 일치되도록 변형되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극과 연관된 제1 커넥터; 및
제2 전극과 연관된 제2 커넥터;를 더 구비하고, 제1 커넥터와 제2 커넥터가 제1 전극의 주변의 박리를 방지하기 위해 기계적으로 결합되도록 채택되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제2 전극의 전기 전도성 표면의 적어도 일부가 플렉시블한 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제2 전극이 원통형, 정육면체형, 프리즘형, 구체형, 및 비평탄형으로 구성된 그룹으로부터 선택된 형상을 갖고,
제1 전극은 제2 전극의 형상과 일치하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
전도성 표면을 갖춘 적어도 하나의 부가 전극; 및
제1 전극, 제2 전극, 및 적어도 하나의 부가 전극을 백킹하는 기판;을 더 구비하고,
제1 전극, 제2 전극, 및 적어도 하나의 부가 전극이 서로 인접하여 위치되고 물체의 전도성 표면과 결합할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제12항에 있어서,
제1전극, 제2전극, 및 적어도 하나의 부가 전극 각각에 부착된 신축 핑거를 더 구비하고, 제1 전극, 제2 전극, 및 적어도 하나의 부가 전극이 비활성화된 상태에 있을 때 제1 전극, 제2 전극, 적어도 하나의 부가 전극, 및 기판 사이의 상대 변위를 허용하는 전기접착식 클러치를 이용하여 신축 핑거를 매개로 기판에 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극과 제2 전극이 나란히, 나선형, 체커보드, 상호연결 핑거, 동심원, 또는 인터리브된 패턴으로 클러치 플레이트에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제14항에 있어서,
제1 전극의 면적이 제2 전극의 면적과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극의 전기 전도성 표면의 적어도 일부를 덮는 절연 재료를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극 또는 제2 전극과 연관된 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제17항에 있어서,
센서가 제2 클러치 플레이트에 대한 제1 클러치 플레이트의 거리, 근접성, 수직 정렬, 또는 평행 정렬을 검출하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극이 분리 상태에서는 비평면이고 결합 상태에서는 변형되며, 결합 상태에서 분리 상태로 전환할 때 제1 전극이 제2 전극으로부터 해제되도록 허용하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
해제 메카니즘을 더 구비하고, 해제 메카니즘이 제2 전극으로부터 제1 전극의 해제를 시작하기 위해 결합 상태에서 분리 상태로 전환될 때 제1 전극을 끌어당기는 부가 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
결합 상태에서 형성된 진공을 해제하기 위해 제1 전극과 연관된 체크 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극이 제2 전극의 오목부에 맞추어지는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제14항에 있어서,
제1 전극과 제2 전극을 백킹하고, 그에 의해 클러치 플레이트를 형성하는 기판; 및
기판에 연결된 핸들;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극이 스프링 장착형 핀, 소프트 또는 플렉시블 전기 브러시, 또는 유사한 전기 커넥터를 이용하여 제2 전극에 대한 접촉 기반 전기 연결의 라우팅을 허용하기 위한 절단부(cut-out)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제24항에 있어서,
제1 전극이 제1 전극의 전기 전도성 표면에 실질적으로 수직인 하중을 전달할 수 있는 강체 커넥터에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극과 연관된 제1 자석 및 제2 전극과 연관된 제2 자석을 구비하는 정렬 메카니즘을 더 구비하고, 제1 자석 및 제2 자석이 제1 전극 및 제2 전극의 평면 내 또는 평면 외 정렬을 조장하는 인력 또는 반발력을 제공하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제2항에 있어서,
제1 전극의 선택된 부분이 강체 엘리먼트에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제23항에 있어서,
제1 전극이 분리가능 임시 핸들로서 기능하도록 기판에 대해 부착 및 분리되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
제1 전극의 형상이 제2 전극에 대한 결합 또는 분리를 돕기 위해 능동 엘리먼트(active element)에 의해 변형되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
컨트롤러가 근접성, 제1 전극과 제2 전극의 중첩 면적, 또는 유전체 재료의 두께를 결정하기 위해 제1 전극과 제2 전극의 캐패시턴스를 측정하기 위한 캐패시턴스 측정 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제1항에 있어서,
전기 전도성 표면을 갖춘 적어도 하나의 부가 전극으로,
제1 전극, 제2 전극, 및 적어도 하나의 부가 전극이 서로 전기적으로 절연되고,
유전체 재료가 제1 전극, 제2 전극, 및 적어도 하나의 부가 전극의 유전체 표면을 분리하는, 적어도 하나의 부가 전극; 및
제1 전극, 제2 전극, 및 적어도 하나의 부가 전극 중 적어도 하나에 연결된 제어가능 전압원;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제31항에 있어서,
제1 전극, 제2 전극, 및 적어도 하나의 부가 전극 중 적어도 하나가 전압원에 직접 전기 연결을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제32항에 있어서,
전압차가 전압원에 연결된 2개의 전극을 가로질러 인가되고 연결되지 않은 전극에서의 최종 전압이 중간 전압인 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제33항에 있어서,
제1 전극과 적어도 하나의 부가 전극 사이의 중첩의 면적이 제2 전극과 적어도 하나의 부가 전극 사이의 중첩의 면적과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제31항에 있어서,
단지 2개의 전극만이 전압원에 직접 전기 연결을 갖는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제35항에 있어서,
전압차가 전압원에 전기적으로 연결된 2개의 전극을 가로질러 인가되고, 나머지 전극은 중간 전압인 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제31항에 있어서,
제1 전극, 제2 전극, 및 적어도 하나의 부가 전극이 단일 전원 공급 장치에 병렬로 연결된 다수 세트로 배열되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제32항에 있어서,
전극이 전압원에 대한 직접 전기 연결 없이 전압원에 대해 병진 또는 회전하는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.
제38항에 있어서,
전압원이 전압원에 대해 직접 전기 연결되는 전극과 연관된 하우징에 통합되는 것을 특징으로 하는 전기접착식 클러치.