本發(fā)明屬于微納工程中的仿生粘附操作，具體涉及一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。

背景技術(shù)：

1、相較于真空吸附、機(jī)械嚙合、靜電吸附或磁致吸附等界面吸附操作方式，壁虎仿生粘附取決于分子間范德華作用力，不強(qiáng)烈依賴目標(biāo)對象表面屬性，具有粘附力大、穩(wěn)定性好、對材質(zhì)和形貌適應(yīng)性強(qiáng)、不會對接觸物體表面造成損傷和污染等特點(diǎn)，已成為仿生爬壁機(jī)器人、太空環(huán)境/超潔凈環(huán)境無損精確輸運(yùn)、生物醫(yī)療診斷等領(lǐng)域發(fā)展的重要支撐手段。其中，通過粘附力的準(zhǔn)確控制以達(dá)到粘附/脫附轉(zhuǎn)化目的是仿生粘附技術(shù)工程應(yīng)用的關(guān)鍵，吸引了國內(nèi)外眾多研究團(tuán)隊(duì)開展相關(guān)研究。例如，德國馬普所gorb團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種通過液晶體紫外線致動來控制粘附力的裝置，通過紫外線施加與否實(shí)現(xiàn)粘附/脫附狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；美國肯特州立大學(xué)hamed團(tuán)隊(duì)通過粘附膜與液晶聚合物lcn懸臂的集成，設(shè)計(jì)了一種具有熱誘導(dǎo)自剝離能力的多腿仿壁虎抓手，通過熱場施加與否實(shí)現(xiàn)粘附/脫附切換；美國杜蘭大學(xué)pesika團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種非對稱聚合物微觀結(jié)構(gòu)，通過控制機(jī)械載荷的方式實(shí)現(xiàn)粘附/脫附切換。

2、然而，目前開發(fā)的通過外場刺激或機(jī)械負(fù)載形式實(shí)現(xiàn)粘/脫轉(zhuǎn)換的方式仍存在諸多缺點(diǎn)：(1)響應(yīng)速度慢：通過溫度場或光場驅(qū)動的方式，大都是通過控制仿生粘附結(jié)構(gòu)的變形來改變粘附力的大小，此類過程時(shí)間一般較長，導(dǎo)致脫附響應(yīng)慢；(2)粘附強(qiáng)度降低：大部分粘/脫轉(zhuǎn)換方式都需要以犧牲粘附強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)較高的粘脫比，雖然脫附效果有所提升但是吸附強(qiáng)度的下降更加限制了仿生粘附結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能力；(3)無法實(shí)現(xiàn)粘附力的精確控制：目前粘/脫轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的諸多研究都只實(shí)現(xiàn)了粘附-脫附的兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，無法做到粘附強(qiáng)度的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，而如果實(shí)現(xiàn)粘附強(qiáng)度的準(zhǔn)確可控，可滿足更為廣泛和復(fù)雜的應(yīng)用需求；從而在應(yīng)用過程中即可根據(jù)需求調(diào)整粘附力的大小，實(shí)現(xiàn)粘附抓取功能的靈活控制與快速切換。因此，如何實(shí)現(xiàn)仿生粘附技術(shù)界面粘附力的精確控制以實(shí)現(xiàn)粘附/脫附轉(zhuǎn)化是其工程應(yīng)用需要重點(diǎn)突破的瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，響應(yīng)速度快，不會降低粘附強(qiáng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)仿生粘附技術(shù)界面粘附力的精確控制。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法，通過控制粘附結(jié)構(gòu)與被粘附物體表面的接觸面積來實(shí)現(xiàn)粘附力的精確控制，首先，在初始狀態(tài)下，對薄片狀結(jié)構(gòu)2施加一個(gè)外力，使薄片狀結(jié)構(gòu)2產(chǎn)生剝離驅(qū)動力f作用于仿生粘附片1；在外力作用下，薄片狀結(jié)構(gòu)2會發(fā)生彎曲，產(chǎn)生預(yù)制剝離角θ，隨后薄片狀結(jié)構(gòu)2和仿生粘附片1一起下壓，與被粘附物體表面11進(jìn)行接觸，仿生粘附片1與被粘附物體表面11的接觸面積由預(yù)制剝離角θ決定，通過調(diào)控預(yù)制剝離角θ，改變仿生粘附片1與被粘附物體表面11的接觸面積，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控粘附力。

4、上述一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法的實(shí)現(xiàn)裝置，包括四個(gè)大小一致的仿生粘附片1，每一個(gè)仿生粘附片1與薄片狀結(jié)構(gòu)2連接，每一個(gè)薄片狀結(jié)構(gòu)2與一個(gè)小平臺3連接，每個(gè)小平臺3與一個(gè)連桿4一端相連，四個(gè)連桿4的另一端與下移動平臺5連接，下移動平臺5中一對對角與上移動平臺6對應(yīng)對角連接，下移動平臺5、上移動平臺6的另外一對對角通過雙頭螺柱8與電機(jī)9對應(yīng)對角連接，上移動平臺6的中心與旋轉(zhuǎn)平臺7連接，旋轉(zhuǎn)平臺7連接在電機(jī)9的輸出絲桿上，電機(jī)9的輸出絲桿末端通過軸承與平臺10連接，旋轉(zhuǎn)平臺7在輸出絲桿上的位置使得平臺10與薄片狀結(jié)構(gòu)2剛好水平并且接觸。

5、所述的薄片狀結(jié)構(gòu)2采用可變形的物體。

6、四個(gè)連桿4與下移動平臺5連接后成一定夾角。

7、所述的下移動平臺5、上移動平臺6能夠以上下移動。

8、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

9、本發(fā)明一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，能夠在保持仿生粘附片高粘附強(qiáng)度的前提下，利用電機(jī)驅(qū)動移動平臺，進(jìn)而帶動連桿使薄片狀結(jié)構(gòu)四角發(fā)生彎曲，改變仿生粘附片與被粘附物體表面的接觸面積，從而實(shí)現(xiàn)仿生粘附片在電機(jī)驅(qū)動下粘附力的精確控制；本發(fā)明可廣泛用于機(jī)械手、微吸盤等仿生粘附領(lǐng)域，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

10、(1)本發(fā)明通過電機(jī)致動，結(jié)構(gòu)簡單，無需其他附加裝置實(shí)現(xiàn)仿生粘附片的粘附/脫附，能量損耗低；響應(yīng)速度快且對被粘附物體表面無破壞性。

11、(2)本發(fā)明通過電機(jī)驅(qū)動與連桿傳動實(shí)現(xiàn)對仿生粘附片預(yù)制剝離角θ的控制，從而實(shí)現(xiàn)對其粘附力的精確控制，可控性強(qiáng)。

12、(3)本發(fā)明通過控制薄片狀結(jié)構(gòu)四角的彎曲進(jìn)而控制仿生粘附片的脫附，脫附過程對仿生粘附片的破壞性較小，具有可逆性，可多次重復(fù)使用。

技術(shù)特征：

1.一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法，其特征在于：通過控制粘附結(jié)構(gòu)與被粘附物體表面的接觸面積來實(shí)現(xiàn)粘附力的精確控制，首先，在初始狀態(tài)下，對薄片狀結(jié)構(gòu)(2)施加一個(gè)外力，使薄片狀結(jié)構(gòu)(2)產(chǎn)生剝離驅(qū)動力f作用于仿生粘附片(1)；在外力作用下，薄片狀結(jié)構(gòu)(2)會發(fā)生彎曲，產(chǎn)生預(yù)制剝離角θ，隨后薄片狀結(jié)構(gòu)(2)和仿生粘附片(1)一起下壓，與被粘附物體表面(11)進(jìn)行接觸，仿生粘附片(1)與被粘附物體表面(11)的接觸面積由預(yù)制剝離角θ決定，通過調(diào)控預(yù)制剝離角θ，改變仿生粘附片(1)與被粘附物體表面(11)的接觸面積，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控粘附力。

2.權(quán)利要求1所述的一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于：包括四個(gè)大小一致的仿生粘附片(1)，每一個(gè)仿生粘附片(1)與薄片狀結(jié)構(gòu)(2)連接，每一個(gè)薄片狀結(jié)構(gòu)(2)與一個(gè)小平臺(3)連接，每個(gè)小平臺(3)與一個(gè)連桿(4)一端相連，四個(gè)連桿(4)的另一端與下移動平臺(5)連接，下移動平臺(5)中一對對角與上移動平臺(6)對應(yīng)對角連接，下移動平臺(5)、上移動平臺(6)的另外一對對角通過雙頭螺柱(8)與電機(jī)(9)對應(yīng)對角連接，上移動平臺(6)的中心與旋轉(zhuǎn)平臺(7)連接，旋轉(zhuǎn)平臺(7)連接在電機(jī)(9)的輸出絲桿上，電機(jī)(9)的輸出絲桿末端通過軸承與平臺(10)連接，旋轉(zhuǎn)平臺(7)在輸出絲桿上的位置使得平臺(10)與薄片狀結(jié)構(gòu)(2)剛好水平并且接觸。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于：所述的薄片狀結(jié)構(gòu)(2)采用可變形的物體。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于：四個(gè)連桿(4)與下移動平臺(5)連接后成一定夾角。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于：所述的下移動平臺(5)、上移動平臺(6)能夠以上下移動。

技術(shù)總結(jié)
一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，通過控制粘附結(jié)構(gòu)與被粘附物體表面的接觸面積來實(shí)現(xiàn)粘附力的精確控制，其實(shí)現(xiàn)裝置包括四個(gè)仿生粘附片，每一個(gè)仿生粘附片與薄片狀結(jié)構(gòu)連接，每一個(gè)薄片狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過小平臺與一個(gè)連桿一端相連，四個(gè)連桿的另一端與下移動平臺連接，下移動平臺中一對對角與上移動平臺對應(yīng)對角連接，下移動平臺、上移動平臺的另外一對對角通過雙頭螺柱與電機(jī)對應(yīng)對角連接，上移動平臺的中心與旋轉(zhuǎn)平臺連接，旋轉(zhuǎn)平臺連接在電機(jī)的輸出絲桿上，電機(jī)的輸出絲桿末端通過軸承與平臺連接，旋轉(zhuǎn)平臺在輸出絲桿上的位置使得平臺與薄片狀結(jié)構(gòu)剛好水平并且接觸；響應(yīng)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)仿生粘附技術(shù)界面粘附力的精確控制。

技術(shù)研發(fā)人員：邵金友,李淼,田洪淼,李天贈,徐劍,侯宏榮,陳琦,張志軍,李文軍,延洪劍,王鐸睿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17