[发明专利]一种变尺度驱动仿生干黏附机构

说明书

本发明公开了一种变尺度驱动仿生干黏附机构，包括楔形刚毛束单元、切向加载单元、变尺度驱动传动单元、法向驱动单元和支撑外框架；楔形刚毛束单元用于接触并黏附目标物；切向加载单元用于对楔形刚毛束实施切向加载/卸载；变尺度驱动传动单元将驱动位移与驱动力传递给切向加载单元；法向驱动单元作为机构的主动驱动源，用于对变尺度驱动传动单元进行加载/卸载；支撑外框架用于支撑整个机构并保持整个机构各部分的相对位置；本发明提供的变尺度驱动仿生干黏附机构，将传统的点加载方式转换成面加载，通过变尺度驱动原理实现微位移下对楔形刚毛束的平稳切向加载/卸载，从而满足空间碎片清理、柔性电路板无损操作的应用需求。

技术领域

本发明涉及空间碎片清理、高精密柔性电子元器件无损搬运与特种装配机械手研制等，特别是涉及一种变尺度驱动仿生干黏附机构。

背景技术

随着各国航空航天技术的飞速发展，地球轨道上的空间碎片已经不计其数，空间碎片的存在对在轨的航天器构成严重威胁，一旦空间碎片与航天器相撞，造成的损失不可估量；柔性电路板具有重量轻、厚度薄、灵活度高等优点，在各行各业的利用率大幅度提升；因此如何清理各种各样的空间碎片以及实现对柔性电路板的精细无损操作成为热门的研究方向，也是本发明的研究目标。

传统的空间操控方式如刚性机械手要求提供目标的位置、姿态、速度等信息并提供相匹配的对接接口实现抓捕操作，对于空间碎片等空间非合作目标，无法提供充分的抓捕信息，传统的空间操作方式会受到一定的局限性，抓捕效率较低；传统的柔性电路板操作技术包括边缘抓取以及真空吸附方式，易引起电路板损伤及划痕，磨损产生的微小颗粒还会破坏工作空间的洁净度，无法保障对电路板的操作安全性。因此采用仿生楔形刚毛束对目标物进行有效黏附是一种行之有效的操作方式。

仿生黏附的机理在于对微米级楔形刚毛束实施切向加载，刚毛束弯曲并与目标物接触产生“范德华力”即法向黏附力。因其不受黏附对象材料和失重、辐射、温度等环境因素影响，且可产生足够大的法向黏附力以实现对目标的“柔性附着”，为空间碎片清理、柔性电路板的无损操作提供了一种更为可靠的操作手段。针对加载楔形刚毛束的仿生干黏附机构，需要满足以下几点要求：(1)对刚毛束要有一定的法向预加载；(2)能够实现对刚毛束的切向加载/卸载；(3)刚毛的弯曲变形通常为几十微米。

近年来，研究学者们在仿生附着机构方面进行了深入研究。美国斯坦福大学研制出螺杆驱动的腱线式仿生附着机构，其利用棘轮螺母调节腱线张力以改变对刚毛束的加载力，实现对目标物黏附/脱附的控制。为进一步提升机构黏附效果，随后分别设计了串联滑轮组驱动和恒力弹簧驱动的腱线式仿生附着机构。但在研究中也发现，由于腱线加载方式为点接触加载，且实际中不可避免存在装配误差，极易引入面外扭矩、剥离力矩等干扰，导致黏附装置的操作稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种变尺度驱动仿生干黏附机构，以解决上述现有技术存在的问题，将传统的点加载方式转换成面加载，通过变尺度驱动原理实现微位移下对楔形刚毛束的平稳切向加载/卸载，从而满足空间碎片清理、柔性电路板无损操作的应用需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种变尺度驱动仿生干黏附机构，包括楔形刚毛束单元、切向加载单元、变尺度驱动传动单元、法向驱动单元和支撑外框架；

所述楔形刚毛束单元用于接触并黏附目标物，包括两个楔形刚毛束，两个所述楔形刚毛束的顶部分别设置有一个所述切向加载单元；

所述切向加载单元用于对楔形刚毛束实施切向加载或卸载，所述切向加载单元包括由底部到顶部依次固定连接的下刚性板、上刚性板和切向执行层，所述楔形刚毛束则固定于所述下刚性板的底部；

所述法向驱动单元设置于两个所述切向加载单元之间，所述法向驱动单元为产生驱动位移和驱动力的驱动源；