[发明专利]基于叠片式辐射型混联柔顺结构驱动的无阀微泵吸盘

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够用于足式爬壁机器人的微型吸附装置，具体涉及一种基于叠片式辐射型混联柔顺结构驱动的无阀微泵吸盘，属于微机电系统与特种机器人技术领域。

背景技术

随着现代机械工程技术的快速发展，MEMS工艺实现了低成本、高精度、大批量微纳米尺度产品的开发与生产，极大程度上推动了医疗、化工计量、计算机电子等高新产业的快速发展。微流控系统是MEMS应用的代表之一，已被广泛应用于生化检测、药品注射器、温控设备、精密机电等领域，其核心元件为微流泵，微流泵的工作原理是依靠外部能量场，如热场、磁场、电场，引起泵腔体积的改变从而推动流体定向运动。

并联柔顺机构，是传统机构设计学的前沿课题，是在依靠材料弹性形变来实现微小运动输出的柔顺机构的基础上进行并联式结构改进，其具有无反座力、无摩擦、无装配误差、不用润滑、承载能力强、运动精度高、逆运动学控制简单等优点。

爬壁机器人，是特种机器人中市场需求最为迫切的一类机器人，可以应用于大型油罐焊接、大型壁面喷洗以及探伤等工业任务。爬壁机器人的吸附机构通常采用负压、静电、电磁等形式，其中负压吸附装置因其适用作业壁面范围广、工作状态稳定等优点而被广泛采用，但是又都存在着体积尺寸大、功效低、噪声大等缺点。

公开号为CN103603793A的专利，利用电场控制磁致伸缩棒轴向运动的方式来驱动微泵，虽然运动精度相对较高，但其机构体积尺寸大、重心过高，不适合用作微型爬壁机器人真空装置的执行元件。公开号为CN103511230A的专利，采用双腔堆叠串联的形式实现微泵，但其封装制造难度较大，致动薄膜变形量受尺寸及封装时预紧应力的影响较大，导致工作效率不稳定，不适合用于多足爬壁机器人系统。对于具有可压缩性的气体的传送，以上两项专利尚不能为其提供足够的泵送能力，无法满足吸盘的吸附要求。公开号CN103523105A的专利，采用履带与吸盘组合模式执行爬壁任务，其传统的大功率真空发生装置噪声较大，而且履带驱动装置结构复杂、质量较重，动力驱动功率要求较大，不适合应用于微型爬壁机器人。

发明内容

本发明的目的在于克服传统真空泵体积大、重心高、动作噪声大、能耗高等缺点，提供一种基于叠片式辐射型混联柔顺结构驱动的无阀微泵吸盘，利用叠堆压电陶瓷片大承载力和并联柔顺机构大受力、高稳定性的特点，通过并联柔性铰链传动结构将输入的径向位移转换成输出的轴向位移，驱动无阀微泵工作，产生足够的吸附力，本发明具有体积小、质量轻，重心低、控制精度高、无噪声、能耗低、易封装并且无需外接气源或电机等优点，同时实现真空微泵与吸盘集成一体的目标。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

一种基于叠片式辐射型混联柔顺结构驱动的无阀微泵吸盘，其特征是：所述吸盘包括叠片式混联柔顺放大机构、叠堆压电陶瓷片和薄膜微泵；

所述叠片式混联柔顺放大机构将径向输入位移转换为轴向输出位移，该叠片式混联柔顺放大机构为圆盘形，内部功能结构呈辐射型对称，采用MEMS工艺加工制作，所述叠片式混联柔顺放大机构采用叠片式结构，由多个形状结构相同的辐射型并联柔顺放大机构单片按输出运动特性串联叠堆上下对齐后，在中心轴线处进行结构粘接组装而成；

所述叠堆压电陶瓷片固定粘接在所述叠片式混联柔顺放大机构上，通电后对所述叠片式混联柔顺放大机构产生高频径向形变位移输入；

所述薄膜微泵粘接于所述叠片式混联柔顺放大机构的下部，底部设有用以吸附壁面的沉槽型吸附腔；

所述叠片式混联柔顺放大机构将所述叠堆压电陶瓷片输入的高频径向形变位移转换成轴向输出位移，传动到所述薄膜微泵并驱动该薄膜微泵工作，使所述沉槽型吸附腔内的气体定向流动产生稳定的负压。