隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)機(jī)械作業(yè)自動(dòng)化程度的要求也隨之提高。提高自動(dòng)化程度除了需要智能化技術(shù)的支持,機(jī)械部分的工作能力也十分重要。高效穩(wěn)定工作的機(jī)械臂是自動(dòng)化機(jī)械的重要組成部分,機(jī)械手的抓取能力對(duì)機(jī)械臂的自動(dòng)化作業(yè)意義重大。真空吸盤由于具有適用范圍廣、不會(huì)對(duì)貨物造成損傷且對(duì)搬運(yùn)材質(zhì)無特定限制等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用作機(jī)械臂末端的機(jī)械手。現(xiàn)有真空吸盤表面多為光滑結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)雖易加工但對(duì)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(yīng)生存環(huán)境,進(jìn)化出了利用真空作用吸附的吸盤,其中一些生物吸盤對(duì)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(jī)理,對(duì)于提高吸盤吸附性能擴(kuò)展使用范圍具有重要的指導(dǎo)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(jìn)化,華吸鰍的腹部形成了一個(gè)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(duì)象,觀察分析其吸盤結(jié)構(gòu)形態(tài)與吸附作用機(jī)理。利用掃描電子顯微鏡與體式顯微鏡對(duì)生物吸盤表面結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行觀察,觀測(cè)到華吸鰍表面結(jié)構(gòu)為多級(jí)毛狀結(jié)構(gòu)與凹槽結(jié)構(gòu)。使用拉力測(cè)試儀對(duì)華吸鰍在光滑與粗糙表面的吸附能力進(jìn)行測(cè)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(xué)工具對(duì)多級(jí)毛狀結(jié)構(gòu)在粗糙表面的密封機(jī)理進(jìn)行量化計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明多級(jí)結(jié)構(gòu)中的毛狀體需要填充凹坑深度為9.7μm小于其長(zhǎng)度50μm,因此多級(jí)毛狀結(jié)構(gòu)對(duì)粗糙表面具有良好的密封效果。通過分析凹槽結(jié)構(gòu)對(duì)吸盤受力特性的影響,討論凹槽結(jié)構(gòu)對(duì)吸盤吸附性能的作用。由于華吸鰍吸盤的多級(jí)毛狀結(jié)構(gòu)為微觀的嵌套多級(jí)柔性結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)為仿生元素進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)。選用生活中常用的直徑25mm的PVC材料吸盤為參考吸盤設(shè)計(jì)吸盤基本尺寸,在吸盤內(nèi)壁上設(shè)計(jì)加工均勻分布的矩形凹槽制作仿生吸盤。對(duì)比測(cè)試仿生與標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)吸盤吸附力,相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)吸盤仿生吸盤吸附力可提高約10%左右。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(yīng)用前景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械的自動(dòng)化程度要求越來越高。要提高機(jī)械作業(yè)的自動(dòng)化程度，一個(gè)具有靈活性、通用性的機(jī)械手臂是至關(guān)重要的[1-3]（圖1.1）。與人工相比，機(jī)械手可以在有毒、有害、危險(xiǎn)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(fù)的勞動(dòng)，比如上下料、搬運(yùn)等。與普通機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，機(jī)械手臂具有更好的靈活性、智能性、通用性[4-5]。機(jī)械手臂已經(jīng)成為未來智能化作業(yè)、工業(yè)4.0的關(guān)鍵技術(shù)[6]。要提高機(jī)械手臂的通用性，需要增強(qiáng)機(jī)械手對(duì)不同形狀物體的抓取能力。相對(duì)于通過機(jī)械夾持方式搬運(yùn)貨物的機(jī)械手，柔軟而有彈性的吸盤可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運(yùn)功能，且對(duì)搬運(yùn)貨物的損害較小[7-11]。因此在產(chǎn)品包裝、物體的傳輸和機(jī)械裝配等自動(dòng)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(guó)內(nèi)外多數(shù)生廠商已經(jīng)使用了這種吸盤式機(jī)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(jī)械手一般只對(duì)類似玻璃板比較規(guī)整的貨物進(jìn)行搬運(yùn)放置（圖1.2）。在一些情況下吸盤機(jī)械手需要吸附并搬運(yùn)一些像金屬板材和木材板[12]等表面比較粗糙的物體，此時(shí)傳統(tǒng)吸盤很難達(dá)到要求。圖1.1吸盤機(jī)械手臂圖1.2玻璃搬運(yùn)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(yīng)用前景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械的自動(dòng)化程度要求越來越高。要提高機(jī)械作業(yè)的自動(dòng)化程度，一個(gè)具有靈活性、通用性的機(jī)械手臂是至關(guān)重要的[1-3]（圖1.1）。與人工相比，機(jī)械手可以在有毒、有害、危險(xiǎn)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(fù)的勞動(dòng)，比如上下料、搬運(yùn)等。與普通機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，機(jī)械手臂具有更好的靈活性、智能性、通用性[4-5]。機(jī)械手臂已經(jīng)成為未來智能化作業(yè)、工業(yè)4.0的關(guān)鍵技術(shù)[6]。要提高機(jī)械手臂的通用性，需要增強(qiáng)機(jī)械手對(duì)不同形狀物體的抓取能力。相對(duì)于通過機(jī)械夾持方式搬運(yùn)貨物的機(jī)械手，柔軟而有彈性的吸盤可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運(yùn)功能，且對(duì)搬運(yùn)貨物的損害較小[7-11]。因此在產(chǎn)品包裝、物體的傳輸和機(jī)械裝配等自動(dòng)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(guó)內(nèi)外多數(shù)生廠商已經(jīng)使用了這種吸盤式機(jī)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(jī)械手一般只對(duì)類似玻璃板比較規(guī)整的貨物進(jìn)行搬運(yùn)放置（圖1.2）。在一些情況下吸盤機(jī)械手需要吸附并搬運(yùn)一些像金屬板材和木材板[12]等表面比較粗糙的物體，此時(shí)傳統(tǒng)吸盤很難達(dá)到要求。圖1.1吸盤機(jī)械手臂圖1.2玻璃搬運(yùn)吸盤

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文2吸盤機(jī)械手由于只需吸附在被搬運(yùn)物體的表面，因此對(duì)物體的立體形狀要求較低，對(duì)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(duì)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(dǎo)致吸盤吸附失效。但伴隨著人們對(duì)機(jī)械自動(dòng)化要求的提高，一些機(jī)械作業(yè)要求機(jī)械吸盤在一些粗糙表面也要保持吸附。典型的如爬壁機(jī)器人[13]（圖1.3）、水下作業(yè)機(jī)械手臂[14]（圖1.4）以及一些特殊作業(yè)的工業(yè)機(jī)械手臂等，都需要吸附于粗糙表面。其中爬壁機(jī)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(yīng)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(jìn)化出了可在不同表面進(jìn)行吸附的吸盤，研究這些生物的吸盤構(gòu)造與吸附機(jī)理對(duì)設(shè)計(jì)具有高吸附性能的吸盤有重要指導(dǎo)意義。圖1.3吸盤爬壁機(jī)器人圖1.4水下吸盤機(jī)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(duì)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(shè)計(jì)制作了不同結(jié)構(gòu)與材料的吸盤。（1）真空吸盤結(jié)構(gòu)研究在吸盤結(jié)構(gòu)方面，研究人員設(shè)計(jì)了形式各異的吸盤來滿足吸盤在不同工作環(huán)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2887853