一种基于复合恒力弹簧加载的仿生干黏附机构的制作方法

文档序号:12099141阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于复合恒力弹簧加载的仿生干黏附机构,其特征在于:该仿生干黏附机构包括黏附脚掌单元、复合恒力弹簧加载机构、电机及传动机构、机构框架;黏附脚掌单元用于接触并黏附目标物体;复合恒力弹簧加载机构与黏附脚掌单元连接并用于控制黏附脚掌的黏附或脱附;电机及传动机构与复合恒力弹簧加载机构连接并用于驱动复合恒力弹簧加载机构进行加载或卸载;黏附脚掌单元、复合恒力弹簧加载机构、电机及传动机构设置在机构框架内,机构框架用于支撑整个仿生干黏附机构并保持整个各部分稳定;

所述黏附脚掌单元由左右对称、形状相同的两个黏附脚掌组成,每个黏附脚掌包括上支撑板(101)、柔性支撑材料(102)、下支撑板(103)、尼龙限位圈(104)、水平连接腱(105);上支撑板(101)的上部开有螺纹孔,上支撑板(101)与底板通过螺钉固定在一起,上支撑板(101)下部开有方形凹槽,柔性支撑材料(102)放置在方形凹槽中,下支撑板(103)的顶部开有同样的方形凹槽,与上支撑板(101)的方形凹槽一同限制住柔性支撑材料的移动,下支撑板(103)的下部粘有楔形刚毛仿生黏附材料,下支撑板(103)的方形凹槽中心位置处开有螺纹孔,水平连接腱(105)的一端系在螺钉上并拧在螺纹孔中,另一端以同样方式固定在对称黏附脚掌的下支撑板(103)上,上支撑板(101)和下支撑板(103)的侧面和后面开有螺纹孔,尼龙限位圈(104)绕过上下对应的螺纹孔并用螺钉压紧,限制上支撑板(101)、下支撑板(103)之间的最大距离;

复合恒力弹簧加载机构包括U形框架(201)、圆柱销(202)、楔形块(203)、竖直加载腱(204)、复合恒力弹簧(205);圆柱销(202)穿过U形框架(201)的孔并用卡簧固定限制轴向滑动,复合恒力弹簧(205)则套在圆柱销(202)上,其自由端从U形框架(201)底端上的矩形通孔伸出,通过螺栓与楔形块(203)连接,U形框架(201)的底端还开有通孔,通过螺栓螺母固定在中间板上面,随中间板一起运动,竖直加载腱(204)的一端固定在在楔形块(203)的螺栓上,另一端固定在黏附脚掌单元中水平连接腱(105)的中点处用于传递加载力;

所述电机及传动机构包括电机(301)、螺杆(302)、螺母(304)、导轨滑块(303);螺杆(302)的上端穿透顶板通过联轴器与电机(301)相连,螺杆(302)的下端面通过轴承固定在底板上,底板通过螺母(304)固定在中间板上,通过螺杆(302)转动并带动中间板做直线运动,两组导轨滑块(303)对称布置于螺杆(302)两侧,以限制中间板的周向转动,同时使中间板的上下运动更平稳;

所述机构框架包括顶板(401)、中间板(402)、底板(403)、外伸框架(404)、A形框架(405);顶板(401)和底板(403)之间通过A形框架(405)进行固定,外伸框架(404)连接在中间板(402)上并向黏附脚掌一侧弯曲。

2.根据权利要求1所述的一种基于复合恒力弹簧加载的仿生干黏附机构,其特征在于:该仿生干黏附机构采用仿壁虎楔形刚毛为黏附材料,采用微细加工方式来制备,这种刚毛的黏附原理为范德华力。

3.根据权利要求1所述的一种基于复合恒力弹簧加载的仿生干黏附机构,其特征在于:仿生干黏附机构对不同材料的目标表面具有适应性,表现在复合恒力弹簧的输出拉力可调,复合恒力弹簧的拉力会随形变量的大小而到达不同的稳定值,从而产生不同的加载力,使得脚掌上的刚毛产生不同程度的弯曲。

4.根据权利要求1所述的一种基于复合恒力弹簧加载的仿生干黏附机构,其特征在于:所述复合恒力弹簧由三片恒力弹簧钢片叠加而成,L1段为单片弹簧片,L2段为两片厚度,之后为三片恒力弹簧叠加,将叠加的恒力弹簧钢按照箭头方向卷曲加工成为复合恒力弹簧;其力学性能为:当L1段范围内拉伸时,弹簧拉力会快速上升后到达近似恒定的拉力值P1;拉伸量在L1基础上到达L2范围内时,弹簧拉力会到达近似恒定的拉力P2;同理,在拉伸量超过L1+L2之后会到达最后一个恒定拉力P3;复合恒力弹簧通过调整拉伸量可以调整其拉力值,产生不同的恒定拉力。

5.根据权利要求1所述的一种基于复合恒力弹簧加载的仿生干黏附机构,其特征在于:

仿生干黏附机构接近目标表面,在预加载的作用下黏附脚掌上的刚毛尖端接触到目标表面,仿生干黏附机构未加载处于自然状态,复合恒力弹簧(205)处于未拉伸状态,竖直加载腱(204)处于松弛状态,脚掌下支撑板(103)未受到切向力的作用,此时仿生干黏附机构产生的黏附力很微小;

仿生干黏附机构开始加载时,复合恒力弹簧(205)在中间板(402)受力F1带动下向上运动,复合恒力弹簧(205)受到拉伸产生拉力F2,在楔形块(203)的带动下竖直加载腱(204)受力F2拉紧,带动水平连接腱对脚掌下支撑板(103)施加切向力F3,下支撑板(103)沿切向滑动,使刚毛弯曲,此时产生了足够大的范德华力来黏附目标物体;通过控制复合恒力弹簧的拉伸量使其到达不同的恒力值,对刚毛施加不同的恒定切向加载,以调整刚毛的弯曲程度,从而适应不同的表面材料。

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