理论教育 关键黏附部件概述:仿壁虎机器人技术优化

关键黏附部件概述:仿壁虎机器人技术优化

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:国内北京航空航天大学王田苗等人[18,19]采用磁吸附方式研制的仿壁虎机器人能够实现竖直方向稳定爬行。设计具有微小黏性褶皱和柔性悬臂结构的仿壁虎脚趾,测试其黏附和脱附过程中的力学性能,为仿壁虎脚趾在仿壁虎机器人中的应用提供性能参数。该仿壁虎脚趾能够模拟壁虎脚趾具有较大黏附力和较小脱附力的特点,能够满足仿壁虎机器人90°爬壁运动要求,能较好地模拟壁虎脚趾黏附力各向异性的特点。

关键黏附部件概述:仿壁虎机器人技术优化

2000年Autumn等人[37]发现壁虎脚掌的数百万根刚毛与接触表面分子之间的范德华力使壁虎能够产生脚掌黏附力,从而掀起了研制仿壁虎机器人的高潮。试验发现壁虎刚毛产生的黏附力具有各向异性[38]

为研制仿壁虎的脚掌刚毛,国内外研究者采用多种方式。Shah等人[92]较早用微纳米加工方法制备仿生刚毛阵列,但黏附力较低,并且存在相互粘连和倒伏等问题;Lee等人[93]研制的壁虎胶带可以黏附100 g的重物;Peressadko等人[94]用Pattern方法制备PVS材料的仿壁虎刚毛阵列;Aksak等人[95]用光刻方法制备仿壁虎刚毛阵列,但也未取得很好的结果。2007年以来很多研究者试图用碳纳米管制备仿壁虎刚毛阵列[94,95]。2008年Qu等人[96]研制的碳纳米管阵列切向黏附力是生物壁虎刚毛黏附力的10倍,但所需法向预压力较大。

国内中国科学院智能机械研究所王辉静等人[62,99]采用微纳米加工技术制作仿壁虎脚趾黏附阵列的工艺方法,建立了在动态黏附接触与动态脱离过程中二者的相互作用力模型,讨论了该作用力与二者间的间距、预压力及夹角等因素的关系,设计了一种仿壁虎微纳米黏附阵列;朱平平等人[100]回顾仿壁虎刚毛阵列的制造方法,用软刻蚀法制造出了合适的仿壁虎刚毛阵列;王吉岱等人[101]对纳米仿壁虎刚毛结构与光滑和粗糙表面间的接触情况进行了建模分析;赵林林等人[102-104]采用激光打孔、高速机械加工微孔和光刻方法分别制备了微模具,并用聚氨酯、硅橡胶及其混合物制备了多种刚毛阵列,测定了多种材料和结构的黏附性能。(www.daowen.com)

国内北京航空航天大学王田苗等人[18,19]采用磁吸附方式研制的仿壁虎机器人能够实现竖直方向稳定爬行。基于仿壁虎刚毛微阵列的干黏附仿壁虎机器人的研制,除一般的轮式和爬壁机器人[45,105]外,较为成功的仿壁虎机器人为斯坦福大学的StickyBot[40,106],其脚掌上拥有弹性材料制成的人造刚毛,可与墙壁黏附,通过弹性伸缩机构来实现仿壁虎脚掌的吸附和脱附运动,但其仍属于平面运动的足式机器人,对三维空间的复杂环境适应较差。综上分析,现有模拟壁虎脚趾结构与材料的黏附性能与实际生物壁虎黏附性能都有较大差异,还不能更好地模拟壁虎脚趾黏附力特性以实现空间三维表面运动。

设计具有微小黏性褶皱和柔性悬臂结构的仿壁虎脚趾,测试其黏附和脱附过程中的力学性能,为仿壁虎脚趾在仿壁虎机器人中的应用提供性能参数。该仿壁虎脚趾能够模拟壁虎脚趾具有较大黏附力和较小脱附力的特点,能够满足仿壁虎机器人90°爬壁运动要求,能较好地模拟壁虎脚趾黏附力各向异性的特点。

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