[发明专利]一种基于范德华力的微小型抓取装置及其抓取方法

说明书

本发明公开一种基于范德华力的微小型抓取装置及其抓取方法，包括支撑固定框架、仿生黏附材料和黏脱附控制系统，支撑固定框架包括底板以及安装于底板两侧的纵向竖板，仿生黏附材料一侧安装于纵向竖板下端，另一侧为自由端且能够延安装于纵向竖板的一侧旋转，黏脱附控制系统包括位于仿生黏附材料上方的压力装置，以及与仿生黏附材料自由端连接的撕除装置；通过压力装置下压仿生黏附材料与预抓取物表面进行黏附，转移到预定位置后再通过撕除装置将仿生黏附材料延自由端一侧进行撕除从而分离抓取物。本装置主要应用于在工业上对目标物体进行夹持、搬运和卸载，在空间环境中对目标物体进行捕获。

技术领域

本发明涉及一种基于范德华力的微小型抓取装置及其抓取方法，属于黏附机构领域。

背景技术

壁虎能够在各种表面上稳定黏附的机制是源于范德华力，而该机制得益于其脚掌上数十万微纳米刚毛。基于壁虎机制和结构的仿生材料和结构，设计微小型夹持装置，因其对不同粗糙度表面具有广泛适应性，且不受空间环境的限制，具有广泛的应用价值，在工业上可对目标物体进行夹持、搬运和卸载，在空间环境下可对目标物体进行捕获，协助宇航员作业或固定位置，以安全、便捷、高效地对不同物体进行抓取和搬运。

现有的相关具有相同功能的实用设备有：清华大学精仪系摩擦学国家重点实验室设计了一种基于仿壁虎刚毛表面的夹持器原型机，进而研制出了一种用于硅片等轻质、易碎物体转移搬运的小型夹持器，通过舵机拉紧位于三个弹簧钢悬臂梁之间的绳子，使位于悬臂梁末端的黏附材料产生向中心的切向力，释放绳子则可使用较小的脱附力使夹持器离开物体。其主要适用于质量分布均匀，质心可以位于夹持器中心的被夹持物(周铭.仿生粘着的机理及应用研究[D].清华大学,2013)。美国斯坦福大学的研究人员设计出一种夹持装置，对黏附材料的要求较高，必须使用具有倾斜结构的阵列才能实现夹持(Jiang H,HawkesE W,Arutyunov V,et al.Scaling controllable adhesives to grapple floatingobjects in space[C]//Robotics and Automation(ICRA),2015IEEE InternationalConference on.IEEE,2015:2828-2835.)。上海航天控制技术研究所研究了一种基于仿生壁虎干黏附材料的空间在轨捕获装置(CN106564629A)，采用由滑轮线串联形成闭环回路的多个定滑轮组和动滑轮组及复位弹簧作为传动机构，黏附时传动机构使得加载腱和连接腱受力紧绷，产生法向黏附力，脱附时则取消该法向黏附力。

现有的微小型黏附装置并不多见，且存在黏附作用力小，脱附困难等缺点，适用性范围小，并且性价比较低，因而不利于大范围推广使用。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种黏附作用大，脱附效果好的基于范德华力的微小型抓取装置，可应用于在工业上对目标物体进行黏附、夹持、搬运和卸载，在空间上对目标物体进行捕获，协助宇航员作业或固定位置，以安全、便捷、高效地对不同物体进行抓取和搬运。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于范德华力的微小型抓取装置，包括支撑固定框架，以及设置在支撑固定框架内的仿生黏附材料和黏脱附控制系统；

所述支撑固定框架包括底板以及安装于底板两侧的两条纵向竖板；

所述仿生黏附材料为一平面结构，其一侧垂直安装于纵向竖板下端，另一侧为自由端，且能够延该安装于纵向竖板的一侧上下旋转；

所述黏脱附控制系统包括位于仿生黏附材料平面上方的压力装置，以及与仿生黏附材料自由端连接的撕除装置；

通过压力装置下压仿生黏附材料与预抓取物表面进行黏附，转移到预定位置后再通过撕除装置将仿生黏附材料延自由端一侧进行撕除从而分离抓取物。

其中，所述压力装置包括位于仿生黏附材料平面上方的两块压板以及驱动压板上下运动的伸缩杆。