CN106976718B - 一种基于运动剥离的干粘附机构及实现方法 - Google Patents

一种基于运动剥离的干粘附机构及实现方法 Download PDF

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Abstract

一种基于运动剥离的干粘附机构及实现方法，机构包括两个由倾斜的片状结构组成的干粘附结构，两个干粘附结构的倾斜方向相反，对称布置，每一个干粘附结构安装在水平滚珠丝杠的滑块上，水平滚珠丝杠由水平电机驱动，实现干粘附结构水平的左右运动；水平电机通过支架连接在横梁上，横梁两端安装在垂直滚珠丝杠的滑块上，垂直滚珠丝杠由垂直电机驱动，在垂直电机的驱动下能够实现横梁垂直的上下运动，干粘附结构下方的水平平台上放置有被粘物体；控制两组干粘附结构顺着倾斜方向水平移动时，实现物体的粘附抓取；控制两组干粘附结构逆着倾斜方向水平移动时，实现被粘物体的高效快速的剥离释放，可广泛用于带式输送机、机械手、微吸盘等干粘附领域。

Description

一种基于运动剥离的干粘附机构及实现方法
技术领域
本发明属于仿生干粘附技术领域，具体涉及一种基于运动剥离的干粘附机构及实现方法。
背景技术
目前常见的粘附方式主要有：传统的真空吸附、机械啮合、电磁吸附，干粘附、湿粘附等粘附方式。与传统的真空吸附、机械啮合、电磁吸附等粘附方式相比，干粘附具有小型化，柔性化，不过于依赖被粘表面的形貌等优势，适合于集成到智能控制与操作的应用场合，同时，干粘附不会对接触物体表面造成损伤和污染，能在真空环境下工作，因此这种粘附在仿生爬壁机器人、太空环境/超洁净环境无损精确输运等方面有着很好的应用前景。
在干粘附的应用设计中，如何实现高强度粘附与快速的脱附是该研究领域的重点。虽然，很多设计能够实现干粘附很强的抓取力，但是如何有效的释放所抓取的物体还存在着很多的不足：有的设计需要外场的辅助脱附(电场辅助脱附，真空辅助脱附)，这会增加脱附系统设计的复杂度以及不必要的能源损耗；有的加大外力，强行脱附，这会造成干粘附表面的结构破坏，同时很难实现轻小物体的有效释放；有的利用非对称的干粘附微观表面实现很好的脱附设计，但是这会极大地削弱机构的粘附抓取强度。因此，如何实现干粘附表面具有高强度粘附的同时，还能快速的可控脱附一直是该领域面临的困难和挑战。
发明内容
为了克服上述技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于运动剥离的干粘附机构及实现方法，能够使干粘附表面具有很强的抓取强度，同时又便于干粘附表面快速脱附释放轻小物体。
为了达到上述目标，本发明采取的技术方案为：
一种基于运动剥离的干粘附机构，包括两个由倾斜的片状结构组成的干粘附结构7，两个干粘附结构7的倾斜方向相反，对称布置，每一个干粘附结构7安装在水平滚珠丝杠6的滑块上，水平滚珠丝杠6由水平电机5驱动，实现干粘附结构7水平的左右运动；水平电机5通过支架4连接在横梁3上，横梁3两端安装在垂直滚珠丝杠2的滑块上，垂直滚珠丝杠2由垂直电机1驱动，在垂直电机1的驱动下能够实现横梁3垂直的上下运动；干粘附结构7下方的水平平台8上放置有被粘物体9。
一种基于运动剥离的干粘附机构的实现方法，包括以下步骤：
第一步，高强度粘附的实现方法：倾斜的干粘附结构7在垂直电机1的带动下与被粘物体9贴紧；之后，干粘附结构7在两个水平电机5的带动下，相向靠近运动，即顺着干粘附结构7的倾斜方向运动，使干粘附结构7与被粘物体9的剥离角度降低，产生变大增强的粘附力，将被粘物体9粘住；之后，被粘物体9在垂直电机1的带动下被粘起，实现高粘附强度的抓取；
第二步，高效运动剥离的实现方法：水平电机5带动干粘附结构7反向远离运动，即运动的方向与干粘附结构7的倾斜方向相反，同时干粘附结构7在垂直电机1的带动下向上运动，通过调节垂直运动与水平运动的速度比例，使剥离角度逐渐变大，干粘附结构7从被粘物体9上逐渐剥离，通过控制剥离角度，实现高效运动剥离。
本发明的有益效果为：本发明的基于运动剥离的干粘附机构包括对称布置的电机以及对称布置的倾斜方向相反的干粘附结构7，当干粘附结构7顺着倾斜结构方向移动时，剥离角度迅速降低，得到高强度的粘附效果；相反的，当干粘附结构7逆着倾斜结构方向移动时，剥离角度迅速增大，实现高效的运动剥离；实现原理简单可靠，不需要外加的真空或者电磁场辅助，降低成本，可广泛用于带式输送机、机械手、微吸盘等干粘附领域。
附图说明：
图1为本发明基于运动剥离的干粘附机构的整体示意图。
图2为干粘附结构在未接触被粘物体时的示意图。
图3为干粘附结构在预应力下与被粘物体接触后的示意图。
图4为干粘附结构抓取粘附物体时的示意图。
图5为干粘附结构从被粘物体运动剥离时的示意图。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明做详细描述。
如图1所示，一种基于运动剥离的干粘附机构，包括两个由倾斜的片状结构组成的干粘附结构7，两个干粘附结构7的倾斜方向相反，对称布置，并一致朝向两侧，每一个干粘附结构7安装在水平滚珠丝杠6的滑块上，水平滚珠丝杠6由水平电机5驱动，实现干粘附结构7水平的左右运动；水平电机5通过支架4连接在横梁3上，横梁3两端安装在垂直滚珠丝杠2的滑块上，垂直滚珠丝杠2由垂直电机1驱动，在垂直电机1的驱动下能够实现横梁3垂直的上下运动；干粘附结构7下方的水平平台8上放置有被粘物体9，该机构垂直方向的运动行程是H1，水平方向的运动行程是L1。
基于运动剥离的干粘附机构的工作原理为：
如图2所示，干粘附结构7在接触被粘物体9之前，其倾斜角度是a，高度是H2，长度设计是L2，两组倾斜结构对称放置，用于平衡水平切向力；图3给出了两组干粘附结构7在垂直电机1驱动下与被粘物体9接触后的示意图，图中两组结构受到的外加载荷是P，倾斜角度由开始的a变小为b。
加载完预应力之后，图4给出了物体被粘起的示意图，两组干粘附结构7在水平电机5的带动下相向靠近运动，运动速度是Vs，运动距离为L3，由于是相向靠近运动，运动方向与结构的倾斜方向同向，因此，两组干粘附结构7的倾斜角度会进一步减小，由图3中的b变小为c，小的倾斜接触角度将会有助于提高干粘附结构7的粘附抓取强度，能够抓取更重的物体。水平运动之后，保持为水平位置不动，整个装置在垂直电机1的驱动下向上运动，将被粘物体9抓起，此时的受力图如图4所示，垂直方向，被粘物体9的自重G与两组干粘附结构7提供的粘附抓取力Fn平衡；水平方向，由于对称布置，倾斜方向相反，因此，水平切向力Fs由两组结构自动平衡。
干粘附结构7与被粘物体9贴紧粘附后，水平电机5与垂直电机1同时运动可以实现物体的运动剥离释放。如图5所示，水平电机5反向远离运动，运动的速度是Vs，运动的距离直到剥离释放完成。由于反向运动与干粘附结构7的倾斜方向相反，因此，干粘附结构7的倾斜角度会大幅度增加，角度增大为d，但是，只有水平方向的反向运动，干粘附结构7会受到很大的挤压，这时，垂直电机1的运动会解决干粘附结构7受到过大挤压的问题，垂直方向的运动速度是Vn，运动距离也是直到剥离释放完成。通过调节水平方向与垂直方向的速度比，可以控制干粘附结构7构的受压程度与水平切向力的大小，进而实现高效快速的脱附释放。整个过程中的受力分析如图5所示，由于粘附结构受压，因此物体受到向下的压力，过程中没有粘附力，因此可以快速释放轻小的物体。垂直方向，被粘物体9的自重G与粘附结构产生的压力2*Pn由水平平台8提供的支持力N平衡掉，水平方向的Fs则由对称的布置自动平衡掉。
本发明设计克服了传统的干粘附结构所存在的强粘附但不易脱附的问题，能够实现快速的抓取重物，快速的剥离释放重物。同时通过调节水平方向与垂直方向的速度比，可以控制向上的粘附力变为向下的压力，实现零粘附的效果，从而保证该设计能够高效释放轻小物体。该方案设计简单，原理可靠，适合于实际工程应用。
一种基于运动剥离的干粘附机构的实现方法，包括以下步骤：
第一步，高强度粘附的实现方法：倾斜的干粘附结构7在垂直电机1的带动下与被粘物体9贴紧；之后，干粘附结构7在两个水平电机5的带动下，相向靠近运动，即顺着干粘附结构7的倾斜方向运动，使干粘附结构7与被粘物体9的剥离角度降低，产生变大增强的粘附力，将被粘物体9粘住；之后，被粘物体9在垂直电机1的带动下被粘起，实现高粘附强度的抓取；
第二步，高效运动剥离的实现方法：水平电机5带动干粘附结构7反向远离运动，即运动的方向与干粘附结构7的倾斜方向相反，同时干粘附结构7在垂直电机1的带动下向上运动，通过调节垂直运动与水平运动的速度比例，使剥离角度逐渐变大，干粘附结构7从被粘物体9上逐渐剥离，通过控制剥离角度，实现高效运动剥离。

Claims (1)

1.一种基于运动剥离的干粘附机构的实现方法，所述的基于运动剥离的干粘附机构，包括两个由倾斜的片状结构组成的干粘附结构(7)，两个干粘附结构(7)的倾斜方向相反，对称布置，每一个干粘附结构(7)安装在水平滚珠丝杠(6)的滑块上，水平滚珠丝杠(6)由水平电机(5)驱动，实现干粘附结构(7)水平的左右运动；水平电机(5)通过支架(4)连接在横梁(3)上，横梁(3)两端安装在垂直滚珠丝杠(2)的滑块上，垂直滚珠丝杠(2)由垂直电机(1)驱动，在垂直电机(1)的驱动下能够实现横梁(3)垂直的上下运动；干粘附结构(7)下方的水平平台(8)上放置有被粘物体(9)；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步，高强度粘附的实现方法：倾斜的干粘附结构(7)在垂直电机(1)的带动下与被粘物体(9)贴紧；之后，干粘附结构(7)在两个水平电机(5)的带动下，相向靠近运动，即顺着干粘附结构(7)的倾斜方向运动，使干粘附结构(7)与被粘物体(9)的剥离角度降低，产生变大增强的粘附力，将被粘物体(9)粘住；之后，被粘物体(9)在垂直电机(1)的带动下被粘起，实现高粘附强度的抓取；
第二步，高效运动剥离的实现方法：水平电机(5)带动干粘附结构(7)反向远离运动，即运动的方向与干粘附结构(7)的倾斜方向相反，同时干粘附结构(7)在垂直电机(1)的带动下向上运动，通过调节垂直运动与水平运动的速度比例，使剥离角度逐渐变大，干粘附结构(7)从被粘物体(9)上逐渐剥离，通过控制剥离角度，实现高效运动剥离。
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