本發(fā)明屬于仿生干粘附技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于運(yùn)動(dòng)剝離的干粘附機(jī)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

目前常見的粘附方式主要有：傳統(tǒng)的真空吸附、機(jī)械嚙合、電磁吸附，干粘附、濕粘附等粘附方式。與傳統(tǒng)的真空吸附、機(jī)械嚙合、電磁吸附等粘附方式相比，干粘附具有小型化，柔性化，不過于依賴被粘表面的形貌等優(yōu)勢，適合于集成到智能控制與操作的應(yīng)用場合，同時(shí)，干粘附不會(huì)對接觸物體表面造成損傷和污染，能在真空環(huán)境下工作，因此這種粘附在仿生爬壁機(jī)器人、太空環(huán)境/超潔凈環(huán)境無損精確輸運(yùn)等方面有著很好的應(yīng)用前景。

在干粘附的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，如何實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度粘附與快速的脫附是該研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。雖然，很多設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)干粘附很強(qiáng)的抓取力，但是如何有效的釋放所抓取的物體還存在著很多的不足：有的設(shè)計(jì)需要外場的輔助脫附(電場輔助脫附，真空輔助脫附)，這會(huì)增加脫附系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度以及不必要的能源損耗；有的加大外力，強(qiáng)行脫附，這會(huì)造成干粘附表面的結(jié)構(gòu)破壞，同時(shí)很難實(shí)現(xiàn)輕小物體的有效釋放；有的利用非對稱的干粘附微觀表面實(shí)現(xiàn)很好的脫附設(shè)計(jì)，但是這會(huì)極大地削弱機(jī)構(gòu)的粘附抓取強(qiáng)度。因此，如何實(shí)現(xiàn)干粘附表面具有高強(qiáng)度粘附的同時(shí)，還能快速的可控脫附一直是該領(lǐng)域面臨的困難和挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于運(yùn)動(dòng)剝離的干粘附機(jī)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，能夠使干粘附表面具有很強(qiáng)的抓取強(qiáng)度，同時(shí)又便于干粘附表面快速脫附釋放輕小物體。

為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于運(yùn)動(dòng)剝離的干粘附機(jī)構(gòu)，包括兩個(gè)由傾斜的片狀結(jié)構(gòu)組成的干粘附結(jié)構(gòu)7，兩個(gè)干粘附結(jié)構(gòu)7的傾斜方向相反，對稱布置，每一個(gè)干粘附結(jié)構(gòu)7安裝在水平滾珠絲杠6的滑塊上，水平滾珠絲杠6由水平電機(jī)5驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)干粘附結(jié)構(gòu)7水平的左右運(yùn)動(dòng)；水平電機(jī)5通過支架4連接在橫梁3上，橫梁3兩端安裝在垂直滾珠絲杠2的滑塊上，垂直滾珠絲杠2由垂直電機(jī)1驅(qū)動(dòng)，在垂直電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下能夠?qū)崿F(xiàn)橫梁3垂直的上下運(yùn)動(dòng)；干粘附結(jié)構(gòu)7下方的水平平臺8上放置有被粘物體9。

一種基于運(yùn)動(dòng)剝離的干粘附機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

第一步，高強(qiáng)度粘附的實(shí)現(xiàn)方法：傾斜的干粘附結(jié)構(gòu)7在垂直電機(jī)1的帶動(dòng)下與被粘物體9貼緊；之后，干粘附結(jié)構(gòu)7在兩個(gè)水平電機(jī)5的帶動(dòng)下，相向靠近運(yùn)動(dòng)，即順著干粘附結(jié)構(gòu)7的傾斜方向運(yùn)動(dòng)，使干粘附結(jié)構(gòu)7與被粘物體9的剝離角度降低，產(chǎn)生變大增強(qiáng)的粘附力，將被粘物體9粘住；之后，被粘物體9在垂直電機(jī)1的帶動(dòng)下被粘起，實(shí)現(xiàn)高粘附強(qiáng)度的抓??；

第二步，高效運(yùn)動(dòng)剝離的實(shí)現(xiàn)方法：水平電機(jī)5帶動(dòng)干粘附結(jié)構(gòu)7反向遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)，即運(yùn)動(dòng)的方向與干粘附結(jié)構(gòu)7的傾斜方向相反，同時(shí)干粘附結(jié)構(gòu)7在垂直電機(jī)1的帶動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)垂直運(yùn)動(dòng)與水平運(yùn)動(dòng)的速度比例，使剝離角度逐漸變大，干粘附結(jié)構(gòu)7從被粘物體9上逐漸剝離，通過控制剝離角度，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)動(dòng)剝離。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的基于運(yùn)動(dòng)剝離的干粘附機(jī)構(gòu)包括對稱布置的電機(jī)以及對稱布置的傾斜方向相反的干粘附結(jié)構(gòu)7，當(dāng)干粘附結(jié)構(gòu)7順著傾斜結(jié)構(gòu)方向移動(dòng)時(shí)，剝離角度迅速降低，得到高強(qiáng)度的粘附效果；相反的，當(dāng)干粘附結(jié)構(gòu)7逆著傾斜結(jié)構(gòu)方向移動(dòng)時(shí)，剝離角度迅速增大，實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)動(dòng)剝離；實(shí)現(xiàn)原理簡單可靠，不需要外加的真空或者電磁場輔助，降低成本，可廣泛用于帶式輸送機(jī)、機(jī)械手、微吸盤等干粘附領(lǐng)域。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)剝離的干粘附機(jī)構(gòu)的整體示意圖。

圖2為干粘附結(jié)構(gòu)在未接觸被粘物體時(shí)的示意圖。

圖3為干粘附結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力下與被粘物體接觸后的示意圖。

圖4為干粘附結(jié)構(gòu)抓取粘附物體時(shí)的示意圖。

圖5為干粘附結(jié)構(gòu)從被粘物體運(yùn)動(dòng)剝離時(shí)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合示意圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種基于運(yùn)動(dòng)剝離的干粘附機(jī)構(gòu)，包括兩個(gè)由傾斜的片狀結(jié)構(gòu)組成的干粘附結(jié)構(gòu)7，兩個(gè)干粘附結(jié)構(gòu)7的傾斜方向相反，對稱布置，并一致朝向兩側(cè)，每一個(gè)干粘附結(jié)構(gòu)7安裝在水平滾珠絲杠6的滑塊上，水平滾珠絲杠6由水平電機(jī)5驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)干粘附結(jié)構(gòu)7水平的左右運(yùn)動(dòng)；水平電機(jī)5通過支架4連接在橫梁3上，橫梁3兩端安裝在垂直滾珠絲杠2的滑塊上，垂直滾珠絲杠2由垂直電機(jī)1驅(qū)動(dòng)，在垂直電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下能夠?qū)崿F(xiàn)橫梁3垂直的上下運(yùn)動(dòng)；干粘附結(jié)構(gòu)7下方的水平平臺8上放置有被粘物體9，該機(jī)構(gòu)垂直方向的運(yùn)動(dòng)行程是h1，水平方向的運(yùn)動(dòng)行程是l1。

基于運(yùn)動(dòng)剝離的干粘附機(jī)構(gòu)的工作原理為：

如圖2所示，干粘附結(jié)構(gòu)7在接觸被粘物體9之前，其傾斜角度是a，高度是h2，長度設(shè)計(jì)是l2，兩組傾斜結(jié)構(gòu)對稱放置，用于平衡水平切向力；圖3給出了兩組干粘附結(jié)構(gòu)7在垂直電機(jī)1驅(qū)動(dòng)下與被粘物體9接觸后的示意圖，圖中兩組結(jié)構(gòu)受到的外加載荷是p，傾斜角度由開始的a變小為b。

加載完預(yù)應(yīng)力之后，圖4給出了物體被粘起的示意圖，兩組干粘附結(jié)構(gòu)7在水平電機(jī)5的帶動(dòng)下相向靠近運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度是vs，運(yùn)動(dòng)距離為l3，由于是相向靠近運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向與結(jié)構(gòu)的傾斜方向同向，因此，兩組干粘附結(jié)構(gòu)7的傾斜角度會(huì)進(jìn)一步減小，由圖3中的b變小為c，小的傾斜接觸角度將會(huì)有助于提高干粘附結(jié)構(gòu)7的粘附抓取強(qiáng)度，能夠抓取更重的物體。水平運(yùn)動(dòng)之后，保持為水平位置不動(dòng)，整個(gè)裝置在垂直電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，將被粘物體9抓起，此時(shí)的受力圖如圖4所示，垂直方向，被粘物體9的自重g與兩組干粘附結(jié)構(gòu)7提供的粘附抓取力fn平衡；水平方向，由于對稱布置，傾斜方向相反，因此，水平切向力fs由兩組結(jié)構(gòu)自動(dòng)平衡。

干粘附結(jié)構(gòu)7與被粘物體9貼緊粘附后，水平電機(jī)5與垂直電機(jī)1同時(shí)運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)物體的運(yùn)動(dòng)剝離釋放。如圖5所示，水平電機(jī)5反向遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的速度是vs，運(yùn)動(dòng)的距離直到剝離釋放完成。由于反向運(yùn)動(dòng)與干粘附結(jié)構(gòu)7的傾斜方向相反，因此，干粘附結(jié)構(gòu)7的傾斜角度會(huì)大幅度增加，角度增大為d，但是，只有水平方向的反向運(yùn)動(dòng)，干粘附結(jié)構(gòu)7會(huì)受到很大的擠壓，這時(shí)，垂直電機(jī)1的運(yùn)動(dòng)會(huì)解決干粘附結(jié)構(gòu)7受到過大擠壓的問題，垂直方向的運(yùn)動(dòng)速度是vn，運(yùn)動(dòng)距離也是直到剝離釋放完成。通過調(diào)節(jié)水平方向與垂直方向的速度比，可以控制干粘附結(jié)構(gòu)7構(gòu)的受壓程度與水平切向力的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效快速的脫附釋放。整個(gè)過程中的受力分析如圖5所示，由于粘附結(jié)構(gòu)受壓，因此物體受到向下的壓力，過程中沒有粘附力，因此可以快速釋放輕小的物體。垂直方向，被粘物體9的自重g與粘附結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力2*pn由水平平臺8提供的支持力n平衡掉，水平方向的fs則由對稱的布置自動(dòng)平衡掉。

本發(fā)明設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)的干粘附結(jié)構(gòu)所存在的強(qiáng)粘附但不易脫附的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的抓取重物，快速的剝離釋放重物。同時(shí)通過調(diào)節(jié)水平方向與垂直方向的速度比，可以控制向上的粘附力變?yōu)橄蛳碌膲毫?，?shí)現(xiàn)零粘附的效果，從而保證該設(shè)計(jì)能夠高效釋放輕小物體。該方案設(shè)計(jì)簡單，原理可靠，適合于實(shí)際工程應(yīng)用。

一種基于運(yùn)動(dòng)剝離的干粘附機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

第一步，高強(qiáng)度粘附的實(shí)現(xiàn)方法：傾斜的干粘附結(jié)構(gòu)7在垂直電機(jī)1的帶動(dòng)下與被粘物體9貼緊；之后，干粘附結(jié)構(gòu)7在兩個(gè)水平電機(jī)5的帶動(dòng)下，相向靠近運(yùn)動(dòng)，即順著干粘附結(jié)構(gòu)7的傾斜方向運(yùn)動(dòng)，使干粘附結(jié)構(gòu)7與被粘物體9的剝離角度降低，產(chǎn)生變大增強(qiáng)的粘附力，將被粘物體9粘住；之后，被粘物體9在垂直電機(jī)1的帶動(dòng)下被粘起，實(shí)現(xiàn)高粘附強(qiáng)度的抓??；

第二步，高效運(yùn)動(dòng)剝離的實(shí)現(xiàn)方法：水平電機(jī)5帶動(dòng)干粘附結(jié)構(gòu)7反向遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)，即運(yùn)動(dòng)的方向與干粘附結(jié)構(gòu)7的傾斜方向相反，同時(shí)干粘附結(jié)構(gòu)7在垂直電機(jī)1的帶動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)垂直運(yùn)動(dòng)與水平運(yùn)動(dòng)的速度比例，使剝離角度逐漸變大，干粘附結(jié)構(gòu)7從被粘物體9上逐漸剝離，通過控制剝離角度，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)動(dòng)剝離。