[发明专利]一种类壁虎仿生干黏附装置

说明书

技术领域

本发明涉及黏附机构的设计技术领域，特别涉及一种用于空间环境的可重复使用的类壁虎仿生干黏附装置。

 

背景技术

自然界大壁虎能够在天花板或墙面自如运动，主要依赖于它的行走机制和特殊的脚底刚毛结构。2000年，美国Autumn等人《Nature》上发表文章，测量了单根纳米级壁虎刚毛的粘附力，证明了刚毛与吸附表面间的粘附力是分子间的范德华力。这种黏附机理属于仿生干黏附。现阶段，黏附方式主要有如下几种方式：真空吸附、磁吸附、静电吸附、粘性吸附、机械连锁吸附、仿生湿吸附以及仿生干黏附。真空吸附在比较粗糙表面上接触时，因密封效果较差，吸附力会大幅度降低，严重影响到黏附工作的可靠性，且空间真空环境不宜于真空吸附；磁吸附对于非铁磁性材料及磁场敏感的仪器仪表等都会产生一定的使用限制，且大部分航天器表面使用的均为非铁磁性材料，因此同样不适用于空间环境；静电吸附要求附着面导电性，且静电吸附力较小；粘性黏附在粘附后较难脱附，难于重复使用；机械连锁吸附对吸附表面有一定程度的破坏作用；仿生湿吸附由于吸附介质为液体，因此在真空、失重的空间环境下不宜于使用；仿生干黏附的吸附原理为分子间的范德华力，具有比较强的黏附力，吸附目标适应强，吸附力建立条件和解除条件简单，因此可重复使用，其黏附机理与空间环境无关，因此可以在空间环境中应用。

通过仿生学对大壁虎脚掌的黏附功能研究，大壁虎脚掌能产生黏附力的原因除了其脚掌的刚毛阵列以外，还需要有一定力学及运动学特性。相关研究表明：壁虎脚掌刚毛的黏附需要一定的预压力，同时滑动对壁虎刚毛粘着力的形成是至关重要的；当壁虎简单的抬起脚掌使得刚毛与吸附面夹角到30°位置，即可方便的离开物体表面。通过上述研究，对仿生干黏附装置的设计有如下要求：黏附时,                                                对黏附材料有个预载，施加预载的同时，黏附材料有个相对滑动；脱附时，黏附材料的仿刚毛阵列与黏附面达到30°夹角，即可完成脱离。而现有技术中的黏附装置，无法满足上述黏附和脱附时的要求，存在黏附效果较差等问题。

 

发明内容

为了解决现有技术中，黏附装置黏附力不大、黏附效果差、不能够重复使用以及不适用于空间环境等问题，本发明提供了一种类壁虎仿生干黏附装置，包括一主结构，所述主结构的上端同轴连接有一上部结构，所述上部结构的上端面周向上均布有若干垂直于所述上部结构的滑孔，每个所述滑孔均连接有一黏附结构，所述主结构的下端上还设置有用于使所述黏附结构在垂直于黏附面的平面内转动的转动组件；其中，所述黏附结构包括：

导管，呈90°弯折状，所述导管的一端伸进所述滑孔内；

基座，所述导管的另一端与所述基座的一端相连，且所述基座可绕与所述导管的连接处旋转；所述基座的下端面上通过一弹性支撑结构与所述主结构的上端面相连，所述基座平行与所述主结构的上端面，且所述基座的长度方向沿所述主结构的径向设置；

黏附部分，用于与黏附面相接触，所述黏附部分设置在所述基座的上端面上，且所述黏附部分可沿所述基座的长度方向滑动；

钢丝，一端与所述黏附部分相连，所述钢丝的另一端穿过所述导管与所述滑孔的底部相连。

较佳地，所述黏附部分包括黏附材料和滑块，所述基座的上端面上设置有一滑槽，所述滑槽与所述导管相连通；所述黏附材料通过所述滑块设置在所述滑槽内，所述滑块的一端与所述钢丝相连。

较佳地，位于所述滑块另一端的滑槽内设置有一阻塞，所述阻塞与所述滑块的另一端之间设置有一复位弹簧。

较佳地，所述弹性支撑结构包括限位槽、限位柱和弹簧，所述限位柱固定设置在所述主结构的上端面上，所述限位槽设置在所述基座的下端面与所述限位柱的对应位置处；所述弹簧的上端伸进所述限位槽内并与所述基座的下端面固定连接，所述弹簧的下端套设在所述限位柱上并与所述主结构的上端面固定连接。

较佳地，所述转动组件包括：

第一滑轮，设置在所述主结构的侧面一圈上，每个所述黏附结构下侧对应位置处均设置有一所述第一滑轮；

动力装置，同轴设置在所述主结构的下端面上；

转盘，通过一转轴与所述动力装置同轴设置，所述转盘的一圈上与所述第一滑轮对应位置处设置有卡扣；

拉线，一端与所述基座的另一端相连，所述拉线的另一端经过所述第一滑轮后与所述卡扣相连，且所述基座与所述第一滑轮之间的拉线垂直于所述主结构的上端面。