隨著科學技術的發(fā)展,對機械作業(yè)自動化程度的要求也隨之提高。提高自動化程度除了需要智能化技術的支持,機械部分的工作能力也十分重要。高效穩(wěn)定工作的機械臂是自動化機械的重要組成部分,機械手的抓取能力對機械臂的自動化作業(yè)意義重大。真空吸盤由于具有適用范圍廣、不會對貨物造成損傷且對搬運材質(zhì)無特定限制等優(yōu)點,被廣泛用作機械臂末端的機械手�，F(xiàn)有真空吸盤表面多為光滑結構,這種結構雖易加工但對于表面不平整光滑的貨物吸附能力較弱。大自然中許多生物為了適應生存環(huán)境,進化出了利用真空作用吸附的吸盤,其中一些生物吸盤對于傳統(tǒng)吸盤無法吸附的粗糙表面,仍具有高性能的吸附作用。研究分析這些生物的吸附機理,對于提高吸盤吸附性能擴展使用范圍具有重要的指導意義。華吸鰍是一種生活在山溪激流中的魚類,為抵抗湍急的水流其常吸附于粗糙鵝卵石表面。經(jīng)過進化,華吸鰍的腹部形成了一個可以在粗糙巖石表面穩(wěn)定吸附的吸盤。本研究以華吸鰍為研究對象,觀察分析其吸盤結構形態(tài)與吸附作用機理。利用掃描電子顯微鏡與體式顯微鏡對生物吸盤表面結構形態(tài)進行觀察,觀測到華吸鰍表面結構為多級毛狀結構與凹槽結構。使用拉力測試儀對華吸鰍在光滑與粗糙表面的吸附能力進行測試,華吸鰍在粗糙表面仍具有良好的吸附性能。以粗糙表面的波普函數(shù)為數(shù)學工具對多級毛狀結構在粗糙表面的密封機理進行量化計算。計算結果表明多級結構中的毛狀體需要填充凹坑深度為9.7μm小于其長度50μm,因此多級毛狀結構對粗糙表面具有良好的密封效果。通過分析凹槽結構對吸盤受力特性的影響,討論凹槽結構對吸盤吸附性能的作用。由于華吸鰍吸盤的多級毛狀結構為微觀的嵌套多級柔性結構,仿制與工業(yè)生產(chǎn)的可行性較低,故以華吸鰍吸盤的凹槽結構為仿生元素進行仿生設計。選用生活中常用的直徑25mm的PVC材料吸盤為參考吸盤設計吸盤基本尺寸,在吸盤內(nèi)壁上設計加工均勻分布的矩形凹槽制作仿生吸盤。對比測試仿生與標準形態(tài)吸盤吸附力,相對于標準形態(tài)吸盤仿生吸盤吸附力可提高約10%左右。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：Q811
【部分圖文】：

第1章緒論1第1章緒論1.1課題研究的背景和意義1.1.1真空吸盤的應用前景隨著科學技術的發(fā)展，人們對機械的自動化程度要求越來越高。要提高機械作業(yè)的自動化程度，一個具有靈活性、通用性的機械手臂是至關重要的[1-3]（圖1.1）。與人工相比，機械手可以在有毒、有害、危險的環(huán)境下連續(xù)工作，比如焊接、噴漆等；也可以完成頻繁、單調(diào)、重復的勞動，比如上下料、搬運等。與普通機械執(zhí)行機構相比，機械手臂具有更好的靈活性、智能性、通用性[4-5]。機械手臂已經(jīng)成為未來智能化作業(yè)、工業(yè)4.0的關鍵技術[6]。要提高機械手臂的通用性，需要增強機械手對不同形狀物體的抓取能力。相對于通過機械夾持方式搬運貨物的機械手，柔軟而有彈性的吸盤可以很方便地實現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能，且對搬運貨物的損害較小[7-11]。因此在產(chǎn)品包裝、物體的傳輸和機械裝配等自動化作業(yè)線上，使用真空吸盤來抓取貨物的案例越來越多。國內(nèi)外多數(shù)生廠商已經(jīng)使用了這種吸盤式機械手，比如上海漢爾得工廠，特斯拉無人工廠等。但是現(xiàn)有的吸盤機械手一般只對類似玻璃板比較規(guī)整的貨物進行搬運放置（圖1.2）。在一些情況下吸盤機械手需要吸附并搬運一些像金屬板材和木材板[12]等表面比較粗糙的物體，此時傳統(tǒng)吸盤很難達到要求。圖1.1吸盤機械手臂圖1.2玻璃搬運吸盤

第1章緒論1第1章緒論1.1課題研究的背景和意義1.1.1真空吸盤的應用前景隨著科學技術的發(fā)展，人們對機械的自動化程度要求越來越高。要提高機械作業(yè)的自動化程度，一個具有靈活性、通用性的機械手臂是至關重要的[1-3]（圖1.1）。與人工相比，機械手可以在有毒、有害、危險的環(huán)境下連續(xù)工作，比如焊接、噴漆等；也可以完成頻繁、單調(diào)、重復的勞動，比如上下料、搬運等。與普通機械執(zhí)行機構相比，機械手臂具有更好的靈活性、智能性、通用性[4-5]。機械手臂已經(jīng)成為未來智能化作業(yè)、工業(yè)4.0的關鍵技術[6]。要提高機械手臂的通用性，需要增強機械手對不同形狀物體的抓取能力。相對于通過機械夾持方式搬運貨物的機械手，柔軟而有彈性的吸盤可以很方便地實現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能，且對搬運貨物的損害較小[7-11]。因此在產(chǎn)品包裝、物體的傳輸和機械裝配等自動化作業(yè)線上，使用真空吸盤來抓取貨物的案例越來越多。國內(nèi)外多數(shù)生廠商已經(jīng)使用了這種吸盤式機械手，比如上海漢爾得工廠，特斯拉無人工廠等。但是現(xiàn)有的吸盤機械手一般只對類似玻璃板比較規(guī)整的貨物進行搬運放置（圖1.2）。在一些情況下吸盤機械手需要吸附并搬運一些像金屬板材和木材板[12]等表面比較粗糙的物體，此時傳統(tǒng)吸盤很難達到要求。圖1.1吸盤機械手臂圖1.2玻璃搬運吸盤

吉林大學碩士學位論文2吸盤機械手由于只需吸附在被搬運物體的表面，因此對物體的立體形狀要求較低，對物體的表面形態(tài)要求較高。根據(jù)真空吸盤的吸附原理可知對于較粗糙表面?zhèn)鹘y(tǒng)吸盤很難保持良好的密封性，容易導致吸盤吸附失效。但伴隨著人們對機械自動化要求的提高，一些機械作業(yè)要求機械吸盤在一些粗糙表面也要保持吸附。典型的如爬壁機器人[13]（圖1.3）、水下作業(yè)機械手臂[14]（圖1.4）以及一些特殊作業(yè)的工業(yè)機械手臂等，都需要吸附于粗糙表面。其中爬壁機器人需要在各種各樣的粗糙墻壁上穩(wěn)定的爬行，要保證其作業(yè)的穩(wěn)定性其配套使用的吸盤必須具有在粗糙表面的吸附穩(wěn)定性。在大自然中許多生物為了更好的適應生存環(huán)境，常需要吸附在各種物體表面。如印魚常吸附在鯊魚身體上，通過搭載航行減少自身能量消耗[15]，章魚通過觸角上大量的吸盤捕捉獵物。因此這些生物身上進化出了可在不同表面進行吸附的吸盤，研究這些生物的吸盤構造與吸附機理對設計具有高吸附性能的吸盤有重要指導意義。圖1.3吸盤爬壁機器人圖1.4水下吸盤機械臂[14]1.1.2吸盤研究現(xiàn)狀吸盤由于其有效的吸附作用，在不同的作業(yè)環(huán)境中被廣泛使用，因此也對吸盤提出了在不同環(huán)境下均能穩(wěn)定吸附的要求。為了滿足吸盤在不同環(huán)境下穩(wěn)定吸附的要求，提高吸盤的變形能力與吸附穩(wěn)定性，生產(chǎn)廠家設計制作了不同結構與材料的吸盤。（1）真空吸盤結構研究在吸盤結構方面，研究人員設計了形式各異的吸盤來滿足吸盤在不同工作環(huán)
【參考文獻】

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本文編號：2887853