CN115890714A - 一种智能吸/脱附装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下吸附装置制备技术领域，具体涉及一种智能吸/脱附装置，主体结构包括汇流板上设置的传感器和若干个阵列式排布的仿生吸盘，及通过磁力阀与仿生吸盘连接的泵，与泵连接的泄压阀，以及连接传感器、泵、泄压阀和磁力阀的PLC，具有吸附强度大、吸附稳定性好的仿生吸盘通过模仿章鱼吸附行为进行吸附和脱附，基于磁力阀、PLC以及传感器增强仿生吸盘的吸附强度以及吸附和脱附的智能化控制，应用于不同的液态环境，可以作为一种独立吸附设备，也可作为海洋开发、化工作业、石油开采等设备的组成部件，为相关设备的开发提供技术支持；其结构简单，体积小、使用灵活方便、应用范围广。

Description

一种智能吸/脱附装置

技术领域：

本发明属于水下吸附装置制备技术领域，涉及一种智能吸/脱附装置，模仿章鱼吸盘结构及机理，在海水、石油、有机溶剂、凝胶等环境中对物体进行快速吸附或脱附。

背景技术：

章鱼是一种常见的海洋软体动物，具有八条腕足，每条腕足均布满锥形吸盘，锥形吸盘结构大致由两部分组成，一部分是用于吸附物体的漏斗形器，另一部分是置于章鱼腕足内部的椭球形中空结构的主吸盘器。章鱼就是利用吸盘在水下任意抓取物体或吸附在物体表面，通过软臂施加按压力，同时，吸盘壁收缩使漏斗形器腔体内外形成压差，从而吸附在目标物体上。中国专利202010542920.1公开的一种仿章鱼吸盘的磁控负压增强黏附装置，包括：黏附吸盘和调控电磁铁；其中所述黏附吸盘用于实现和接触面的柔性接触，以及智能控制黏附和脱附，黏附吸盘由黏附吸盘外垫、黏附吸盘内腔组成，所述黏附吸盘外垫和黏附吸盘内腔均采用柔性的磁响应材料，形状仿章鱼吸盘的设计制造而成，黏附吸盘外垫和黏附吸盘内腔在同一磁场下会受到完全相反的作用力，并产生相反的变形方向，利用磁响应材料的磁响应可控黏附和磁响应大变形特性，即在外部磁场环境下，磁响应材料本身的黏附性能可发生变化，同时可发生受力变形，产生类似章鱼吸盘的负压变化，用于实现快速黏附和脱附；所述黏附吸盘内腔嵌套在黏附吸盘外垫内，黏附吸盘外垫用于实现密闭腔环境和增加接触黏附力，黏附吸盘内腔用于产生负压吸附和减小脱附时的接触面积；所述调控电磁铁，用于通过电流调节磁场强度从而控制黏附吸盘的密闭腔的整体变形量，通过在不同的复杂环境下调节不同的磁场强度，驱动黏附吸盘产生不同大小的负压；其可控吸脱附机理与章鱼吸盘类似：通过控制磁场来驱动黏附吸盘内腔发生形变，产生类似章鱼吸盘的负压变化，在吸附时增强与接触面的黏附力，在脱离时加速剥离过程，同时调节黏附吸盘外垫与接触面的压力和黏附性能，保障负压腔的封闭效果，但是，吸盘结构与章鱼吸盘相差较大。因此，研制一种基于章鱼吸盘结构的智能吸/脱附装置，应用于海洋工业、化工行业、石油勘探等领域，具有广阔的应用的前景。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种仿章鱼吸盘结构和水下吸附原理的智能吸/脱附装置，实现增强吸附强度和自动化控制的目的。

为了实现上述目的，本发明涉及的智能吸/脱附装置的主体结构包括汇流板上设置的传感器和若干个阵列式排布的仿生吸盘，及通过磁力阀与仿生吸盘连接的泵，与泵连接的泄压阀，以及连接传感器、泵、泄压阀和磁力阀的PLC；其中，磁力阀设置于仿生吸盘与泵之间的管路上，与仿生吸盘一一对应。

本发明涉及的仿生吸盘的端部带有导管，其制备模具的主体结构包括下模及其上设置的中模、上模和管壁柱；中模和上模依次设置于下模上后，管壁柱插接在下模上；管路为硬质软管，插入仿生吸盘的导管，能够增强仿生吸盘与管路连接的气密性，使接口处不会发生因应力变化导致的漏气现象，从而保障仿生吸盘的吸附强度和稳定性。

本发明涉及的智能吸/脱附装置吸附强度大，适用环境包括海水、石油、硅油、凝胶和有机溶剂等，能够应用于海洋开发、化工作业和石油勘探等技术领域；

吸附时，目标物体出现后，传感器识别到该物体给出电信号并传输到控制中枢PLC中，PLC控制泵开启，使仿生吸盘吸附目标物体，仿生吸盘在吸附目标物体时，由于收缩导致内部空腔与导管之间的通道封闭，形成稳定的负压环境，增强了吸附强度的稳定性，从而完成对目标物体的捕捉；

脱附时，PLC给出信号，泄压阀释放压力，打破仿生吸盘的内外压差，同时泵反推，实现目标物体的脱附。

本发明与现有技术相比，具有吸附强度大、吸附稳定性好的仿生吸盘通过模仿章鱼吸附行为进行吸附和脱附，基于磁力阀、PLC以及传感器增强仿生吸盘的吸附强度以及吸附和脱附的智能化控制，应用于不同的液态环境，可以作为一种独立吸附设备，也可作为海洋开发、化工作业、石油开采等设备的组成部件，为相关设备的开发提供技术支持；其结构简单，体积小、使用灵活方便、应用范围广。

附图说明：

图1为本发明的主体结构示意图。

图2为本发明的主体结构3D示意图。

图3为本发明的控制原理示意图。

图4为本发明涉及的下模的结构示意图。

图5为本发明涉及的中模的结构示意图。

图6为本发明涉及的上模的结构示意图。

图7为本发明涉及的管壁柱的结构示意图。

图8为本发明涉及的仿生吸盘的制备模具的3D示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

本实施例涉及的智能吸/脱附装置的主体结构包括汇流板1、传感器2、仿生吸盘3、管路4、泵5、磁力阀6、泄压阀7和PLC 8；矩形板状结构的汇流板1上设置有传感器2和4个阵列式排布的仿生吸盘3，仿生吸盘3通过的管路4与泵5连接，管路4上设置有与仿生吸盘3一一对应的磁力阀6，泵5上还连接有泄压阀7，传感器2、泵5、泄压阀7和4个磁力阀6均与PLC 8连接。

本实施例涉及的仿生吸盘3的制备模具的主体结构包括上模板、中模、下模和管壁柱：

下模的主体结构包括下模板11、下棱台12、内弧面13、大卡槽14、小卡槽15和导通柱16；矩形板状结构的下模板11的上表面的边沿设置有下棱台12，下棱台12围合的上表面上设置有若干个阵列式排布的内弧面13，倒漏斗状结构的内弧面13与下模板11接触的圆周外围设置有大卡槽14，内弧面13的顶部外圆周上设置有小卡槽15，中心设置有导通柱16；

中模的主体结构包括中模板21、中棱台22、棱柱槽23、大圆孔24和外弧面25；矩形板状结构的中模板21的上表面的边沿设置有中棱台22，中棱台22上设置有若干个棱柱槽23，中棱台22围合的中模板21上开设有若干个阵列式排布的大圆孔24，大圆孔24内设置有倒漏斗状结构的外弧面25，外弧面25的顶面和底面分别与中模板21的顶面和底面平齐；

上模的主体结构包括上部模板31、下部模板32、延伸管33、上棱台34、棱柱35和管路柱36；相互平行的矩形结构的上部模板31与下部模板32通过若干个阵列式排布的延伸管33连接，上部模板31的上表面的边沿设置有上棱台34，下部模板32的上表面边沿上设置有若干个棱柱35，延伸管33内设置有管路柱36；

管壁柱的主体结构包括柱体41和芯柱42；柱体41的中心设置有芯柱42，柱体41的顶面与芯柱42的顶面平齐，柱体41的底面43与芯柱42的底面44之间存在5-10mm的高差；

下模与中模通过大卡槽14与大圆孔24的卡接而连接，下模与管壁柱通过小卡槽15与柱体41的底面43的卡接而连接；中模与上模通过棱柱槽23与棱柱35的卡接而连接。

本实施例涉及的上模的尺寸与仿生吸盘3的外轮廓尺寸相适应，下模的尺寸与仿生吸盘3的内轮廓尺寸相适应；圆环状结构的大卡槽14的宽度为0.3-2mm，深度为0.3-2mm；导通柱16的直径为0.5-2mm，长度为25-30mm；延伸管33的外径为10mm，长度为20-30mm，管路柱36的外径为6mm，长度为15-25mm，两者之间的空隙浇筑后形成导管；棱柱35的长度为5mm、宽度为3mm、高度为2mm。

本实施例涉及的仿生吸盘3的制备模具通过3D打印获取，采用乙醇清洗备用，其长度为25mm、宽度为25mm、高度为35mm，使用时，按照设定比例称取有机硅橡胶，充分搅拌、抽真空，将上模的底部穿过中模插入下模中或与之贴合，将有机硅橡胶导入上模与下模之间的空隙，室温固化后得到密封性能高，吸附效果强的仿生吸盘3，将导管与硬质软管连接；经检测，其吸附强度可达到40-50Mpa，气密性与市售的嵌入式吸盘相比，具有很大的提高，这是因为，仿生吸盘3的内部空腔结构较大，导管连接通道较小，与物体接触时，导管连接通道被堵塞，更有利于负压的形成。

实施例2：

本实施例涉及的智能吸/脱附装置制备模具的主体结构可等比例放大或缩小，能够增强所制备的仿生吸盘的密封性，用于不同工况环境下的吸附和脱附。

实施例3：

本实施例涉及的智能吸/脱附装置采用距离传感器作为触发吸附的控制条件，采用流速传感器作为触发脱附的控制条件；

吸附时，当目标物体达到设定距离时，距离传感器给出信号，PLC8控制泵5开启，此时，目标物体受到吸力作用拉近距离，当目标物体与仿生吸盘3的表面接触，泵5的功率增加，加强吸附，此时，仿生吸盘3与目标物体吸附在一起，仿生吸盘3的空腔与导管之间的通道不再连通，此时，负压增加，使仿生吸盘3紧紧吸附目标物体；

脱附时，流速传感器给出信号，PLC 8控制泄压阀7打开，泵5反转，打破仿生吸盘3的负压状态，完成脱附。

Claims (10)

1.一种智能吸/脱附装置，其特征在于，主体结构包括汇流板上设置的传感器和若干个阵列式排布的仿生吸盘，及通过磁力阀与仿生吸盘连接的泵，与泵连接的泄压阀，以及连接传感器、泵、泄压阀和磁力阀的PLC。

2.根据权利要求1所述的智能吸/脱附装置，其特征在于，磁力阀设置于仿生吸盘与泵之间的管路上，与仿生吸盘一一对应。

3.根据权利要求2所述的智能吸/脱附装置，其特征在于，仿生吸盘的端部带有导管，制备模具的主体结构包括下模及其上设置的中模、上模和管壁柱；中模和上模依次设置于下模上后，管壁柱插接在下模上；管路为硬质软管，插入仿生吸盘的导管。

4.根据权利要求3所述的智能吸/脱附装置，其特征在于，下模的主体结构包括下模板、下棱台、内弧面、大卡槽、小卡槽和导通柱；矩形板状结构的下模板的上表面的边沿设置有下棱台，下棱台围合的上表面上设置有若干个阵列式排布的内弧面，倒漏斗状结构的内弧面与下模板接触的圆周外围设置有大卡槽，内弧面的顶部外圆周上设置有小卡槽，中心设置有导通柱。

5.根据权利要求4所述的智能吸/脱附装置，其特征在于，中模的主体结构包括中模板、中棱台、棱柱槽、大圆孔和外弧面；矩形板状结构的中模板的上表面的边沿设置有中棱台，中棱台上设置有若干个棱柱槽，中棱台围合的中模板上开设有若干个阵列式排布的大圆孔，大圆孔内设置有倒漏斗状结构的外弧面，外弧面的顶面和底面分别与中模板的顶面和底面平齐。

6.根据权利要求5所述的智能吸/脱附装置，其特征在于，上模的主体结构包括上部模板、下部模板、延伸管、上棱台、棱柱和管路柱；相互平行的矩形结构的上部模板与下部模板通过若干个阵列式排布的延伸管连接，上部模板的上表面的边沿设置有上棱台，下部模板的上表面边沿上设置有若干个棱柱，延伸管内设置有管路柱。

7.根据权利要求6所述的智能吸/脱附装置，其特征在于，管壁柱的主体结构包括柱体和芯柱；柱体的中心设置有芯柱，柱体的顶面与芯柱的顶面平齐。

8.根据权利要求7所述的智能吸/脱附装置，其特征在于，下模与中模通过大卡槽与大圆孔的卡接而连接，下模与管壁柱通过小卡槽与柱体的底面的卡接而连接；中模与上模通过棱柱槽与棱柱的卡接而连接。

9.根据权利要求1所述的智能吸/脱附装置，其特征在于，柱体的底面与芯柱的底面之间存在5-10mm的高差。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的智能吸/脱附装置，其特征在于，吸附时，目标物体出现后，传感器识别到该物体，给出电信号并传输到PLC中，PLC控制泵开启，使仿生吸盘吸附目标物体；

脱附时，PLC给出信号，泄压阀释放压力，打破仿生吸盘的内外压差，同时泵反推，使仿生吸盘脱附目标物体。

Images