專利名稱：用于仿生濕吸爬壁機器人足墊的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于仿生學領(lǐng)域，具體涉及一種用于仿生濕吸爬壁機器人足墊的模具。
背景技術(shù)：
仿生足墊的設(shè)計是仿生濕吸爬壁機器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了與接觸表面充分接 觸，濕吸類昆蟲的足墊非常柔軟，且表面具有微結(jié)構(gòu)。據(jù)此，選擇柔軟的硅膠、熱塑彈性體等 設(shè)計仿生足墊。但采用傳統(tǒng)的加工工藝，如數(shù)控機床加工、激光加工等，直接對柔軟材料進 行加工，實現(xiàn)困難，且精度較低；采用蝕刻、離子束加工工藝，可以保證較高的精度，但成本 高，不利于推廣應(yīng)用。因此采用模具成型的方法進行仿生足墊的澆注。但工業(yè)中廣泛使用 的都是大型的澆注設(shè)備，每次的澆注材料以噸計，這不利于仿生足墊的研制。
鑒于目前加工設(shè)備的制約，同時為了滿足研制仿生足墊的需要，提供了一種新型 的用于仿生濕吸機器人足墊模具，進行仿生足墊的加工。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于仿生濕吸爬壁機器人足墊的模具， 本發(fā)明提出的用于仿生濕吸爬壁機器人足墊的模具，包括上端蓋、中間層的仿纖
維斜片部件和下端蓋，其中 所述上端蓋中部空心，空心部位為凹槽4，凹槽4底部設(shè)有調(diào)幅螺紋孔3，上端蓋四 周設(shè)有第一螺紋孔2 ; 所述中間層仿纖維斜片部件的頂部設(shè)有切片部件前端曲面7、切片部件中央曲面 8和切片部件后端曲面9，切片部件前端曲面7、切片部件中央曲面8、切片部件后端曲面9 與底面所成的角度分別為45° 、35° 、25° ;中間層仿纖維斜片部件底部設(shè)有第二螺紋孔
10 ; 所述下端蓋中部空心，空心部位呈曲面，空心曲面由下端蓋前端曲面12、下端蓋中 央曲面13和下端蓋后端曲面14依次連接組成一體，下端蓋四周設(shè)有第三螺紋孔11 ;
所述上端蓋的第一螺紋孔2與下端蓋的第三螺紋孔11相對應(yīng)，使上端蓋與下端蓋 連接；位于上端蓋內(nèi)的凹槽4與位于下端蓋內(nèi)的空心曲面相對應(yīng)；所述上端蓋與下端蓋連 接處一側(cè)設(shè)有圓錐孔l，圓錐孔1 一端通向凹槽4和空心曲面，上端蓋與下端蓋連接處另一 側(cè)設(shè)有排氣孔5，排氣孔5 —端通向凹槽4和空心曲面，另一側(cè)自上而下開有表面凹槽6 ;
所述中間層仿纖維斜片部件放置于上端蓋凹槽4和下端蓋空心曲面組成的空間 位置內(nèi)，其底部的第二螺紋孔10與上端蓋的調(diào)幅螺紋孔3相對應(yīng)，位于頂部的切片部件前 端曲面7、切片部件中央曲面8和切片部件后端曲面9與下端蓋前端曲面12、下端蓋中央曲 面13和下端蓋后端曲面14的曲率相同。 本發(fā)明中，所述下端蓋中央曲面13具有正方形的溝槽，在整個中央平面上均勻分 布，邊長為0. 2mm，槽深0. 3mm，正方形溝槽之間的間距為0. lmm。 本發(fā)明具有以下特點模具下端蓋中央曲面具有微結(jié)構(gòu)，兩端的曲面是光滑的，使
3加工的仿生足墊易于實現(xiàn)吸附力的控制；中間層仿纖維斜片部件的切片，不同位置上的切 片與中央曲面的夾角不同，但間隔相同，使加工的仿生足墊易于實現(xiàn)吸附和剝離；模具表面 的電阻絲凹槽，將模具的溫度保持在一定的范圍內(nèi)，結(jié)合模具的排氣孔利于澆注材料在模 具內(nèi)部均勻分布。該模具結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，小批量澆注，滿足仿生足墊制作試驗的需要。
圖l為模具上端蓋結(jié)構(gòu)圖。 圖2為模具中間仿纖維斜片部件結(jié)構(gòu)圖。 圖3為模具下端蓋結(jié)構(gòu)圖。 圖4為模具表面繞電阻絲凹槽分布圖。 圖5為模具總裝配圖的剖面圖。 圖6為仿生足墊結(jié)構(gòu)圖。 圖7為鋼模表面微結(jié)構(gòu)。 圖8為溫度控制系統(tǒng)框圖。 圖9為仿生足墊表面微結(jié)構(gòu)。 圖中標號1為圓錐孔，2為第一螺紋孔，3為調(diào)幅螺紋孔，4為凹槽，5為排氣孔，6 為表面凹槽，7為切片部件前端曲面，8為切片部件中央曲面，9為切片部件后端曲面，10為 第二螺紋孔，11為第三螺紋孔，12為下端蓋前端曲面，13為下端蓋中央曲面，14為下端蓋后 端曲面。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 如圖1所示，模具的上端蓋主要包括用做TPE材料進料口的圓錐孔1、用做與下 端蓋固定的第一螺紋孔2、用于固定中間層的仿纖維斜片部件的調(diào)幅螺紋孔3、與仿纖維片 部件配合的凹槽4、用于排出模具內(nèi)部空氣的排氣孔5、用于繞制電阻絲的模具表面凹槽6。 圓錐孔l的傾角為40。，位于凹槽4的中間，有利于氣缸中的TPE材料，經(jīng)圓錐孔1在模具 內(nèi)部均勻分布。在上端蓋的角上共分布有4個第一螺紋孔2。調(diào)幅螺紋孔3共有3個，在凹 槽4中排列成一直線，等間距分布，通過螺紋孔與中間層的仿纖維斜片部件固定，同時可以 調(diào)節(jié)仿纖維斜片的高度，改變足墊光滑曲面的厚度。排氣孔5在中間凹槽4的中央和兩端 等間距分布，有利于排出模具內(nèi)部的空氣，防止所制作的足墊內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，影響足墊的吸 附性能。電阻絲安裝在表面凹槽6中，表面凹槽6在上、下端蓋表面的分布，如圖4所示，在 表面凹槽6中繞制電阻絲，用于給整個模具加熱，防止由于模具受熱不均，TPE材料在模具 內(nèi)部提前固化，影響足墊的形狀。 如圖2所示，模具的中間層的仿纖維斜片部件主要包括切片部件前端曲面7、切
片部件中央平面8、切片部件后端曲面9。切片部件前端曲面7、切片部件中央平面8、切片部
件后端曲面9具有一定的曲率。切片部件前端曲面7、切片部件中央平面8、切片部件后端
曲面9的切片與切片部件底座的角度分別為45° 、35° 、25° ，切片之間的間隙均為2mm。
通過第二螺紋孔10將仿纖維斜片部件固定在模具上端蓋的凹槽4中。 如圖3所示，模具的下端蓋主要包括圓錐孔1、排氣孔5、繞制電阻絲的模具表面
4凹槽6、第三螺紋孔11、下端蓋前端曲面12，下端蓋中央曲面13，下端蓋后端曲面14。通過 螺釘將第一螺紋孔2、第三螺紋孔11相連接，將模具的上、下端蓋固定在一起，形成圓錐孔 1、排氣孔5、繞制電阻絲的模具表面凹槽6，模具的整體裝配圖的剖面圖如圖5所示。下端 蓋前端光滑曲面12、下端蓋中央曲面13、下端蓋后端光滑曲面14的曲率與切片部件前端曲 面7、切片部件中央平面8、切片部件后端曲面9的曲率相同。下端蓋中央曲面13具有正方 形溝槽的微結(jié)構(gòu)，在整個平面上均勻分布，邊長為0. 2mm，槽深0. 3mm，正方形溝槽之間的間 距為0. lmm，如圖7所示。 仿生濕吸爬壁機器人足墊的原材料TPE，在20(TC左右融化，溫度過低，TPE材料呈 現(xiàn)局部熔融狀態(tài)，無法通過圓錐孔1注入模具中；溫度過高，TPE材料會焦化，無法保持原來 的固有特性。因此，必須設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，將溫度控制在200士1(TC范圍內(nèi)。溫度控 制系統(tǒng)框圖如圖8所示。 如圖8所示，系統(tǒng)的溫度控制器是TE7系列的智能溫控儀表TE7-RB10，用作溫度 給定值的設(shè)定和控制繼電器的通斷；加熱設(shè)備是兩根1000W的電阻絲，電阻絲的一端連接 到TE7-RB10的常開(或常閉)觸點，另一端并聯(lián)纏繞在氣缸表面和模具表面凹槽6中，對 氣缸內(nèi)的TPE材料進行加熱和模具的預熱；氣缸的規(guī)格為①50cmX70cm，內(nèi)部填充TPE材 料，通過金屬接口與模具的圓錐孔l相連接；溫度傳感器是PtlOO，一端的Pt探針用于測量 氣缸表面的溫度，另一端連接到TE7-RB10的反饋輸入端。當PtlOO檢測氣缸表面的溫度大 于200°C， TE7-RB10斷開電阻絲的回路，停止加熱；PtlOO檢測氣缸表面的溫度小于200°C， TE7-RB10接通電阻絲的回路，繼續(xù)加熱。雖然氣缸表面的溫度具有延遲和慣性，但采用圖8 所示的溫度控制系統(tǒng)，能夠?qū)囟瓤刂圃?00± l(TC范圍內(nèi)，滿足仿生濕吸爬壁機器人足墊 制作時的需要。保持溫度在200士1(TC范圍內(nèi)十分鐘，確保TPE材料達到熔融狀態(tài)，將氣缸 中的熔融狀的TPE材料，通過圓錐孔1注入至模具中，經(jīng)冷卻后，熔融后的TPE材料固化得 到仿生濕吸機器人的足墊，如圖6所示。 利用上述所得模具，采用模具成型法得到的仿生濕吸機器人的足墊，如圖6所示， 所得足墊的微結(jié)構(gòu)如圖9所示。 針對工業(yè)中熱塑性材料的澆注都是大批量的，通過本發(fā)明的模具及其控制系統(tǒng)的 設(shè)計，能夠滿足小批量制作的需要，工藝簡單，制作成本低。通過調(diào)節(jié)模具中間層的仿纖維 斜片部件的高度，使制作出來的足墊的厚度不同，滿足不同場合的需要；同時易于在足墊表 面形成微結(jié)構(gòu)的花紋。
權(quán)利要求
一種用于仿生濕吸爬壁機器人足墊的模具，包括上端蓋、中間層的仿纖維斜片部件和下端蓋，其特征在于所述上端蓋中部空心，空心部位為凹槽(4)，凹槽(4)底部設(shè)有調(diào)幅螺紋孔(3)，上端蓋四周設(shè)有第一螺紋孔(2)；所述中間層仿纖維斜片部件的頂部設(shè)有切片部件前端曲面(7)、切片部件中央曲面(8)和切片部件后端曲面(9)，切片部件前端曲面(7)、切片部件中央曲面(8)、切片部件后端曲面(9)與底面所成的角度分別為45°、35°、25°；中間層仿纖維斜片部件底部設(shè)有第二螺紋孔(10)；所述下端蓋中部空心，空心部位呈曲面，空心曲面由下端蓋前端曲面(12)、下端蓋中央曲面(13)和下端蓋后端曲面(14)依次連接組成一體，下端蓋四周設(shè)有第三螺紋孔(11)；所述上端蓋的第一螺紋孔(2)與下端蓋的第三螺紋孔(11)相對應(yīng)，使上端蓋與下端蓋連接；位于上端蓋內(nèi)的凹槽(4)與位于下端蓋內(nèi)的空心曲面相對應(yīng)；所述上端蓋與下端蓋連接處一側(cè)設(shè)有圓錐孔(1)，圓錐孔(1)一端通向凹槽(4)和空心曲面，上端蓋與下端蓋連接處另一側(cè)設(shè)有排氣孔(5)，排氣孔(5)一端通向凹槽(4)和空心曲面，另一側(cè)自上而下開有表面凹槽(6)；所述中間層仿纖維斜片部件放置于上端蓋凹槽(4)和下端蓋空心曲面組成的空間位置內(nèi)，其底部的第二螺紋孔(10)與上端蓋的調(diào)幅螺紋孔(3)相對應(yīng)，位于頂部的切片部件前端曲面(7)、切片部件中央曲面(8)和切片部件后端曲面(9)與下端蓋前端曲面(12)、下端蓋中央曲面(13)和下端蓋后端曲面(14)的曲率相同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于仿生濕吸爬壁機器人足墊的模具，其特征在于所述下 端蓋中央曲面(13)具有正方形的溝槽，在整個中央平面上均勻分布，邊長為0. 2mm，槽深 0. 3mm，正方形溝槽之間的間距為0. lmm。
全文摘要
本發(fā)明屬于仿生學領(lǐng)域，具體涉及一種用于仿生濕吸爬壁機器人足墊的模具。模具包括上端蓋、中間層的仿纖維斜片部件、下端蓋。所述上端蓋中部空心部位為凹槽，所述中間層仿纖維斜片部件的頂部設(shè)有切片部件前端曲面、切片部件中央曲面和切片部件后端曲面，所述下端蓋空心曲面由下端蓋前端曲面、下端蓋中央曲面和下端蓋后端曲面依次連接組成一體，所述上端蓋的第一螺紋孔與下端蓋的第三螺紋孔相對應(yīng)；位于上端蓋內(nèi)的凹槽與位于下端蓋內(nèi)的空心曲面相對應(yīng)；所述上端蓋與下端蓋連接處一側(cè)設(shè)有圓錐孔，圓錐孔一端通向凹槽和空心曲面，上端蓋與下端蓋連接處另一側(cè)設(shè)有排氣孔，排氣孔一端通向凹槽和空心曲面，另一側(cè)自上而下開有表面凹槽。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、易于加工，實現(xiàn)小批量制作，能夠滿足不同應(yīng)用場合下爬壁機器人的足墊制作需要。
文檔編號B29L31/00GK101786306SQ20101010215
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者何斌, 劉莎, 李永剛, 黎明和 申請人:同濟大學