用于磁性地支撑在支撑件上的物体的支撑系统

摘要

一种支撑系统，包括支撑件、根磁体、物体和盖磁体。根磁体可固定地附连至支撑件。盖磁体可固定地附连至物体。根磁体和盖磁体配置为，当根磁体和盖磁体在附连布置中彼此对准时，彼此磁性地吸引，从而物体磁性地附连至支撑件。根磁体和盖磁体可配置为，当根磁体和盖磁体的磁元件在拆离布置中彼此不对准时，磁性地排斥彼此，使得物体从支撑件拆离。

说明书

技术领域

本公开大致涉及一种支撑系统，用于磁性地支撑在支撑件上的物体。

背景技术

物体可被布置在用于装运的容器中。包装材料，诸如纸板、泡沫、粘合剂等，可用于固定和以另外的方式保护物体在运输或展示期间免于损坏。

发明内容

一种支撑系统，包括支撑件、根磁体、物体和盖磁体。根磁体固定地附连至支撑件。盖磁体固定地附连至物体。根磁体和盖磁体配置为，当根磁体和盖磁体在附连布置中彼此对准时，彼此磁性地吸引，从而物体磁性地附连至支撑件。根磁体和盖磁体可配置为，当根磁体和盖磁体的磁元件在拆离布置中彼此没有对准时，磁性地排斥彼此，使得物体从支撑件拆离。

一种布置系统，包括支撑系统和控制器。所述支撑系统包括支撑件、根磁体、物体和盖磁体。根磁体固定地附连至支撑件。盖磁体固定地附连至物体。根磁体和盖磁体配置为，当根磁体和盖磁体在附连布置中彼此对准时，磁性地彼此吸引，从而物体磁性地附连至支撑件。根磁体和盖磁体配置为，当根磁体和盖磁体的磁元件在拆离布置中彼此没有对准时，磁性地排斥彼此，使得物体从支撑件拆离。控制器操作地连接至支撑系统。控制器配置为选择性地激活根磁体和盖磁体中的至少一个，使得根磁体和盖磁体在附连布置中可彼此磁性地对准。操纵器配置为选择性地使根磁体和盖磁体中的至少一个失活，使得根磁体和盖磁体在拆离布置中可彼此不磁性地对准。

一种使多个物体在布置系统中装配成套的方法，包括提供存储架。存储架操作地支撑所述支撑系统。支撑系统包括物体，所述物体在附连布置中磁性地附连至第一根磁体。一批的材料清单被确定，其中材料清单包括所述物体。磁性地附连至第一根磁体的所述物体依据被确定的材料清单被识别。所述物体不与第一根磁体对准，使得所述物体和第一根磁体处于拆离布置中。当所述物体和第一根磁体处于拆离布置中时，将所述物体从第一根磁体移除。在附连布置中可与所述物体磁性地对准的第二根磁体被识别。所述物体与第二根磁体磁性地对准，使得所述物体和第二根磁体处于附连布置中。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施如所附的权利要求中定义的本发明的一些最佳模式和其它实施例的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是布置系统的示意图，所述布置系统包括多个支撑系统、控制器、和机器人；

图2是图1的支撑系统中的一个的示意性顶视图；

图3是图2的支撑系统沿线3-3截取的横截面图；

图4是处于拆离布置中的一个支撑系统的示意性顶视图，所述支撑系统包括物体和支撑件，所述支撑件具有处于松开位置的多个指部；

图5是图4的支撑系统的示意性顶视图，所述支撑系统处于附连布置中，指部处于松开位置；

图6是图5的支撑系统的示意性侧视图，所述支撑系统处于附连布置中，指部处于松开位置；

图7是支撑系统的示意性顶视图，所述支撑系统处于附连布置中，指部处于夹住位置；

图8是图1的支撑系统中的另一个的示意性侧视透视图，包括支撑件和从支撑件移除的物体；

图9是图1的支撑系统中的又一个的示意性侧视透视图，包括支撑件和从支撑件移除的物体。

具体实施方式

参考附图，其中无论何时在几幅图中相同的附图标记对应于相同或相似的构件，图1中示出布置系统20，所述布置系统包括控制器22和至少一个支撑系统24。支撑系统24包括支撑结构26、根磁体27、物体29和盖磁体31。根磁体27固定地附连至支撑结构26，以及盖磁体31固定地附连至物体29。如将在以下更详细描述的，物体29通过盖磁体31和根磁体27的磁性质可磁性地附连至支撑结构26并可磁性地从支撑结构26拆离。

根磁体27和盖磁体31可以是空间调制的磁体、力匹配磁体等。在这里使用时，术语“空间调制的磁体”或“编码磁体”是指磁结构（未示出）的相互作用，每一个磁结构由并入到相应磁体表面的磁元件的几何图案组成。每一个编码磁体包括多个磁体元件33，每一个磁体元件为正N极和负S极，正N极和负S极协作以提供磁场。这些磁结构可构成磁元件的设计的特征，所述设计在极性、场强度、尺寸、形状、位置、和偶极取向方面不同。通过改变磁元件的几何图案，对应的磁结构可被构造，以产生精确定制的磁场、力、和彼此的磁相互作用、或与其他铁磁和顺磁材料的磁相互作用。这样的磁结构可彼此相互作用或与其他含铁金属相互作用，并可由任何磁性材料产生，包括基于稀土的磁体、铁酸盐和陶瓷。

盖磁体31和根磁体27的单个磁元件的几何图案配置为，当两个磁体具有特定相对位置和取向时彼此磁性地吸引。这样，如图1-3中大致示出的，根磁体27和盖磁体31可配置为，当根磁体27和盖磁体31在附连布置28中彼此轴向地和/或旋转地对准时，彼此磁性地吸引。

参考图3，盖磁体31可具有盖表面30，根磁体27可具有根表面32。当盖表面31和根表面32在附连布置28中彼此对准时，盖表面30和根表面32可为接触关系或以固定距离彼此分隔开，如图4和6中所示。应意识到，接触关系可要求盖表面30和根表面32彼此物理地接触，或将盖表面30和根表面32以固定距离彼此分隔开。

根磁体27和盖磁体31还可配置为，当在拆离布置34中根磁体27和盖磁体31的磁元件彼此没有对准时，磁性地排斥彼此，使得物体29从支撑结构26拆离。为了使磁极不对准，盖磁体31可相对于根磁体27沿大致横向于极之间的磁力的法向方向的方向平移。平移在图3中由36和38大致表示。在平移36、38期间，盖表面30和根表面32可保持彼此接触。这样，根磁体27和盖磁体31从附连布置28平移至拆离布置34。当处于拆离布置34中时，根磁体27和盖磁体31的磁元件不再彼此对准，且根磁体27和盖磁体31彼此磁性地排斥，或彼此不吸引，或以与处于附连布置28中时相比小得多的磁力彼此吸引，有助于物体29从支撑结构26移除。

参考图2和3，支撑系统24可配置为针对支撑结构26上的多个不同物体29的位置提供防错。作为非限制性例子，支撑系统24可提供组织化的定位方案用于多个不同尺寸的工具，例如多个不同米制尺寸的工具、多个不同尺寸的英式工具等。支撑结构26可包括多个根磁体27，即，第一根磁体27a、第二根磁体27b等。第一和第二根磁体27a、27b操作地附连至支撑结构26。用于每一个根磁体27的编码元件以独一无二的几何方案布置，该几何方案与其他根磁体不同。

继续参考图1-3，支撑系统24包括多个不同盖磁体31，即，操作地附连至第一物体29a的第一盖磁体31a、操作地附连至第二物体29b的第二盖磁体31b，等。每一个盖磁体31可包括以独一无二的几何图案布置的元件，该几何图案对应于对应的根磁体27的独一无二的几何图案，或是对应的根磁体27的独一无二的几何图案的镜像。例如，具体参考图3，第一盖磁体31a的元件的布置可仅对应于第一根磁体27a的编码元件的布置，而第二盖磁体31b可仅对应于第二根磁体27b等，如图1和2中大致示出的。这意味着，第一盖磁体31a在附连布置28中不与除第一根磁体27a之外的任何其他根磁体27自对准，第二盖磁体31b在附连布置28中不可与除第二根磁体27b之外的任何其他根磁体27对准。更具体地，第一盖磁体31a不与任何其他根磁体27自对准和附连；其可被强行对准，但不会附连和保持至其他根磁体27。相反地，根磁体27和对应的盖磁体31配置为，当彼此未对准从而处于拆离布置34中时，沿轴向彼此不磁性地吸引，或以与处于附连布置28中时相比显著小的磁力彼此吸引。如之前讨论的，在拆离布置34中，物体29可从支撑结构26拆离。应意识到，支撑系统24可配置为支撑任何数量的物体29。

因此，通过将每一个盖磁体31配置为具有呈根磁体27中的仅一个的图案的镜像的图案，每一个物体29可具体地定位和布置在操作结构26上。用于每一个物体29的具体位置提供防错，因为仅所需量和类型的物体29可附连至支撑结构26，由此防止不必要的物体29附连至支撑结构26以及防止物体在错误位置附连至支撑结构26。

参考图8和9中所示实施例，支撑系统24可配置为提供支撑结构26和一个或多个物体29之间的对准。该对准可配置为确保正确的物体29以期望位置和/或取向附连至支撑结构26。在一个非限制性例子中，支撑结构26可以是端部执行器，而物体29可以是配置为由端部执行器操作地支撑的附件或工具。附件或工具的例子包括但不限于钻头、驱动类型的附件，诸如十字螺丝刀或标准螺丝刀、套筒、扳手等。

在图8所示的实施例中，支撑结构26可以是包括第一内表面40和第二内表面42的端部执行器，该第二内表面从第一内表面40的周边44大致垂直地延伸，使得第一内表面40和第二内表面42协作地限定围绕轴线48的凹部46。由于磁体仅用于实现正确的对准，而不用于将物体29牢固地保持至支撑结构26，所以凹部46可具有圆形轮廓，从而凹部46为圆柱状。应意识到，凹部46不限于具有圆形形状的轮廓，因为凹部46也可具有其他形状的轮廓。支撑结构26还包括第三内表面50，该第三内表面关于第一内表面40以间隔开且大致平行的关系延伸。第三内表面50限定至凹部46的开口51，使得第二壁在第一内表面40和第三内表面50之间延伸。应意识到，物体29和支撑结构26之间的机械互锁将用于实现用来在物体29和支撑结构26之间传递扭矩所需的力水平。

继续参考图8，根磁体27可以是第一根磁体27a、第二根磁体27b、和第三根磁体27c。第一根磁体27a操作地布置在第一内表面40的至少一部分上，第二根磁体27b操作地布置在第二内表面42的至少一部分上，第三根磁体27c操作地布置在第三内表面50的至少一部分上。

图8中所示的物体29可包括轴52，所示轴沿轴线48延伸。轴52具有第一外表面54和第二外表面56，该第二外表面沿轴线48从第一外表面54大致垂直地延伸，使得轴52可与限定在支撑结构26中的凹部46配合。轴52可具有圆形形状的轮廓，从而轴52可以是圆柱形形状。应意识到，轴52不限于为圆形的，而也可以具有其他形状。但是，应意识到，轴52和凹部46之间的接口配置为仅提供旋转对准，在旋转对准中，最小扭矩需要通过该接口施加，用于执行需要的功能。如果圆形轴对于把手内的工具的旋转对准是所期望的，那么一旦实现对准，需要某种方法夹住或约束工具抵抗旋转。第三外表面58以关于第一外表面54间隔开且大致平行的关系从轴52的第二外表面56延伸。轴52配置为被接收在对应的支撑结构26的凹部46中，从而第一外表面54与第一内表面40相对，第二外表面56与第二内表面42相对，第三外表面58与第三内表面50相对。

盖磁体31可以是第一盖磁体31a、第二盖磁体31b、和第三盖磁体31c。第一盖磁体31a操作地布置在第一外表面54的至少一部分上，第二盖磁体31b操作地布置在第二外表面56的至少一部分上，第三盖磁体31c操作地布置在第三外表面58的至少一部分上。

内表面40、42、50和外表面54、56、58、以及盖磁体31a、31b、31c和根磁体27a、27b、27c在相应内表面40、42、50和相应外表面54、56、58上的布置可提供物体29相对于支撑结构26的防错和对准。更具体地，轴52沿轴线48移动，并插入到凹部46中，直到第一外表面54接触第一内表面40且第三外表面58接触第三内表面50，以确保物体29轴向上完全插入到凹部46中。第二盖磁体31b和第二根磁体27b的几何图案使得，如果第一外表面54与第一内表面40接触并且第三外表面58与第三内表面50接触且第一、第二和第三盖磁体31a、31b31c和第一、第二和第三根磁体27a、27b、27c一起提供防错和临时（或永久）附连，第二盖磁体31b在物体29相对于操作机构26绕轴线48旋转期间在附连布置28中仅与第二根磁体27b径向对准。通过临时附连，力被配置为允许工具的选择以及其从支架的移除。来自磁体的附连力可以不，或可能不足以维持加工力。一旦工具从支架移除，则次要（例如，力机械互锁）机构可用于固定工具，用于维持机械力（例如，从使用用于加工操作的工具引起的那些）。进一步，如果物体仅需要被安置在特定位置，则磁体可以变为固定力。如果错误的物体被插入到支撑件中，则这些对磁体将提供很小的附连力或不提供附连力。它们可替换地提供排斥力。支撑件和/或工具上的测力计可感测这一情况并标记出错状态。第二对磁体31b、27b提供旋转取向。这对于一些应用可能不重要，例如，钻具，但对于其他应用可以是重要的，例如，将矩形条安置在矩形套筒中。

现在参考图9中示出的支撑系统124的实施例，支撑结构126可包括第一内表面140、第二内表面142、第三内表面150、第四内表面160和第五内表面162。第五内表面162以间隔开且大致平行的关系轴向地布置在第一内表面140和第三内表面150之间。第五内表面162限定第一开口151，其中第二内表面142在第一内表面140和第三内表面150之间延伸。第二内表面142从第一内表面140的周边144大致垂直地延伸，从而第一内表面140和第二内表面142协作地限定凹部146。第三内表面150限定第一开口151，该第一开口敞开到第一凹部146。第一凹部146沿轴线48延伸。第一凹部146可具有圆形形状的轮廓。但是，应意识到，第一凹部146可具有非圆形的轮廓。

继续参考图9，第三内表面150限定第二开口164。第四内表面160在第五内表面162和第三内表面150之间延伸，从而第四内表面160围绕轴线48。第五内表面162和第三内表面150限定第二凹部166，该第二凹部沿轴线48延伸。限定在第五内表面162中的第二开口164敞开到第二凹部166。第二凹部166可具有非圆形的轮廓。更具体地，第二凹部166可具有正方形形状的轮廓。第二凹部166轴向地布置为相邻于第一凹部146，从而第一和第二凹部166对彼此敞开。

仍参考图9，根磁体127可以是第一根磁体127a、第二根磁体127b、第三根磁体127c、第四根磁体127d和第五根磁体127e。第一根磁体127a操作地布置在第一内表面140的至少一部分上，第二根磁体127b操作地布置在第二内表面142的至少一部分上，第三根磁体127c操作地布置在第三内表面150的至少一部分上，第四根磁体127d操作地布置在第四内表面160的至少一部分上，第五根磁体127e操作地布置在第五内表面162的至少一部分上。

图9的物体129可包括轴152，该轴具有第一外表面154和第二外表面156。该第二外表面156从第一外表面154延伸，以成为限定在支撑结构126中的凹部146的镜像。第三外表面158关于第一外表面154以间隔开且大致平行的关系布置。轴152配置为被接收在对应的支撑结构126的第一凹部146中。

物体129还包括取向特征结构172，该取向特征结构轴向地布置在轴152的边缘174和第三外表面158之间。取向特征结构172从第三外表面158轴向地延伸，并具有围绕轴线48的第四外表面168。更具体地，第四外表面168可包括四个外侧176，该四个外侧联合提供具有正方形轮廓的取向特征结构172，该正方形轮廓对应于限定在支撑结构126的第二凹部166中的正方形轮廓。第五外表面170从轴152的边缘174延伸，从而第五外表面170以间隔开且平行的关系在第一外表面154和第三外表面158之间延伸。因此，当轴152被接收在第一凹部146中且取向特征结构172布置在第二凹部166中时，第一外表面154与第一内表面140相对，第二外表面156与第二内表面142相对，第三外表面158与第三内表面150相对，第四外表面168与第四内表面160相对，第五外表面170与第五内表面162相对。应意识到，取向特征结构172和第二凹部166不限于具有正方形轮廓，因为也可以使用具有其他非圆形形状的轮廓以确保物体129相对于支撑结构126绕轴线48的径向取向。此外，取向特征结构172和对应的第二凹部166的非圆形轮廓不仅有助于提供物体129和支撑结构126之间的径向对准，还允许扭矩在物体129和支撑结构126之间绕轴线48传递。尺寸使得，当物体逐渐插入到支撑结构126中时，第二组磁体127b、131b首先相互作用（在其他组12a、127c、127d、131a、131c、131d之前）。这些磁体可以/可不提供防错，他们的主要任务是提供物体的旋转重新取向，以使得物体129能够继续插入到支撑结构126中。该重新取向对于工具的继续插入是重要的，因为非圆形轮廓的取向特征结构172需要轴和凹部的正确对准，用于继续插入。余下组的磁体提供防错和/或临时或永久附连。

盖磁体131可以是第一盖磁体131a、第二盖磁体131b、第三盖磁体131c、第四盖磁体131d和第五盖磁体131e。第一盖磁体131a操作地布置在第一外表面154的至少一部分上，第二盖磁体131b操作地布置在第二外表面156的至少一部分上，第三盖磁体131c操作地布置在第三外表面158的至少一部分上，第四盖磁体131d操作地布置在第四外表面168的至少一部分上，第五盖磁体131e操作地布置在第五外表面170的至少一部分上。

在图9中所示的实施例中，物体129可相对于支撑结构126沿轴线48逐渐移动和/或绕轴线48逐渐旋转，直到内表面140、142、150、160、162与对应的外表面154、156、158、168、170逐渐对准。这意味着，当取向特征结构172布置在第二凹部166中时，轴152被布置在第一凹部146中。这样，第一外表面154与第一内表面140的接触，第三外表面158与第三内表面150的接触，以及第四外表面170与第四内表面162的接触，确保轴152被轴向地完全插入在第一凹部146中且取向特征结构172被轴向地完全插入在第二凹部166中。第二凹部166和对准特征结构的非圆形形状有助于绕轴线48的径向取向。应意识到，在端部执行器施加显著的拉力或张力的情况下，可需要用于抵抗拉动运动的机械互锁。作为非限制性示例，元件可被操作地布置在端部执行器上，其可被旋转，以在一旦端部执行器被磁阵列正确对准时抵抗拉力锁定端部执行器。在一个实施例中，附加的匹配组的磁阵列可被用于实现该最终旋转，诸如锁定凸缘的旋转。

此外，参考图1，控制器22可操作地附连至根磁体27和/或盖磁体31。控制器22配置为选择性地激活至少一个根磁体27和/或至少一个盖磁体31。一些磁体，例如图9中的127a，可以是电磁体，所述电磁体可被激活/失活。但大多数磁体是不能被失活的永磁体。控制器的工作是将物体带到支撑结构126附近（或对于端部执行器作为支撑件的，反之亦然），以允许磁相互作用发生。如果物体和支撑件位置正确地配对，这些磁相互作用将使物体暂时地附连和/或对准支撑件，如果它们不形成正确的对，则物体不附连至支撑位置。控制器还通过感测整个相互作用的性质（例如，强吸引，弱吸引，排斥）指示物体29是否被匹配到正确地支撑件。一旦被激活，根磁体27和相应的盖磁体31可在附连布置28中对准。控制器22还可配置为类似地使激活的根磁体27和/或激活的盖磁体31中的一个或多个失活。一旦失活，根磁体27和对应的盖磁体31在拆离布置34中不对准，允许盖磁体31，与相关联的物体29一起，从根磁体27和相关联的支撑结构26移除。根磁体27和盖磁体31可还是经由控制器22可编程的，从而它们可选择性地在磁激活和磁失活之间变动，并还实现任何期望的几何图案。根磁体27和/或盖磁体31的可编程性可用于提供物体29和支撑结构26之间的防错。作为非限制性示例，支撑结构26的根磁体27可被磁激活，以实现仅对应于第一物体29a的第一盖磁体31a的几何图案。因此，仅第一物体29a可被磁性地附连至支撑结构26的根磁体27。但是，如果期望第二物体29b附连至支撑结构26的根磁体27，则根磁体27可被磁失活，从而第一物体29a被移除。根磁体27可随后被磁激活，以实现仅对应于第二物体29b的第二盖磁体31b的几何图案。

再次返回到图4-7中所示的实施例，支撑结构26可包括基部59和从根磁体27延伸的至少一个指部64。支撑结构26可以是机器人、固定装置等的一部分。根磁体27可操作地附连至支撑结构26。指部64配置为在夹住位置60（图7中所示）和松开位置62（图4、6和7中所示）之间移动。指部64配置为当根磁体27和盖磁体31处于附连布置28中时抓紧物体29（或工具），如图7所示。类似地，每一个指部64配置为当根磁体27和盖磁体31处于拆离布置34中时释放物体29。

继续参考图4-6，指部64可包括多个指部64，例如，至少一个指部64a和至少一个指部64b。第一指部64a从根磁体27的第一侧延伸，第二指部64b从根磁体27的另一侧延伸。第一指部64a和第二指部64b配置为，当根磁体27和盖磁体31处于附连布置28中时，配合地抓住物体29。第一指部64a和第二指部64b还配置为，当根磁体27和盖磁体31处于拆离布置34中时，配合地释放物体29。在许多组装操作中，包括涉及机器人68的那些，在工具29的操作和使用期间，工具29需要传递非常高的力，且因此将工具29保持至支撑结构26所需的力可能超过由磁阵列提供的力。因此，磁阵列可配置为将工具正确地定位/对准在固定装置（或机器人68的松开的手）内，且随后，一旦正确对准，固定装置或抓紧元件，即，机器人的指部64，可紧围住工具，从而指部在工具的使用/操作期间传递所需的力。

因此，在使用中，工具29的盖磁体31与指部64的根磁体27对准。如之前讨论的，由根磁体27和盖磁体31提供的磁图案确保正确的工具29取向和/或工具29选择。接下来，指部64压制工具，以将工具29固定和保持在正确的对准中。最后，使用工具29。当工具29的使用完成后，指部63被释放，且根磁体27和/或盖磁体31可被失活，允许工具29从支撑结构26的指部64释放。应意识到，至少一个磁体27、31可使它们的极性颠倒，和/或磁体27、31的磁图案可被重新布置。磁体的失活、磁性的颠倒、和/或磁图案的重新布置可由控制器22依据所需的特定工具29执行。通过确保仅所需的工具29被选择并附连至支撑结构，这提供防错。

再次参考图1，支撑结构26可操作地附连至存储架66。存储架66可以是配置为保持和展示至少一个支撑结构26的任何类型的结构。进一步地，可存在多个存储架66。多个存储架66可布置为支撑结构26或多个支撑结构26的结构。每一个支撑结构26可以是板、容器等，配置为用于支撑至少一个物体29。因此，将多个支撑结构26的结构安置在存储架66的能力允许多个独立物体29“装配成套”（kitted）。成套是物体29基于特定材料清单的分组或包装，以创建单个装运物。成套可允许不同物体29被分组在一起的独一装运物。而且，成套可允许减少存储，这是由于仅必要的物体29被设置在每一个支撑结构26上。成套可用于管理生产制造、手术等中的存储。进一步，由于物体29磁性地附连至相应的支撑结构26，过量的衬料可被减少或另外地被全部被除去。衬料是在装运期间用于保护物体29的包装材料。衬料材料包括但不限于纸板、泡沫等。通过除去过量的衬料和将每个物体29以期望位置和取向布置在对应的支撑结构26上，机器人68能够从支撑结构26容易地定位、抓取和移除物体29，而不被过量的衬料干扰。因此，机器人68可定位物体29的便易性允许机器人68将物体20装配成套和/或组装物体29。过量衬料的除去还减少否则另外需要回收利用的废物。

详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式和其他实施例，存在各种替换涉及和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本发明。