【摘要】：爬壁機器人在民用、航天、軍事領域具有廣泛的需求,爬壁機器人設計的一個關鍵問題在于黏附系統(tǒng)的設計。近年來仿生干黏附和濕黏附日益受到關注。其中仿具有杰出攀爬能力的壁虎,依靠范德華力機制的黏附,因為具有廣泛的材料、粗糙度適應性而具有廣泛的應用前景。壁虎通過腳趾外展脫離黏附基底,實現(xiàn)了快速及低沖擊的脫附。但是外展脫附的力學機制尚不夠明確,對其脫附機制的研究有助于仿壁虎生黏附表面以及爬壁機器人的脫附過程設計。本文開展了如下創(chuàng)新性工作。(1)測試了腳趾外翻過程的黏附接觸力學規(guī)律。通過電刺激控制壁虎黏/脫附行為的對應神經(jīng)干,在實驗室條件下實現(xiàn)腳趾外翻過程,并分別利用三維力學采集系統(tǒng)和高速顯微攝像系統(tǒng)采集和記錄脫附過程中的力學數(shù)據(jù)和行為學。壁虎腳趾脫附過程分為兩個階段,第一階段為初始脫附階段,只有法向力增加,切向力保持不變。第二階段為穩(wěn)定脫附階段,法向力近似保持不變,切向力開始增大。法向力峰值與預拉力的差值約為21m N。(2)在ABAQUS中建立壁虎腳趾的連續(xù)脫附模型、非連續(xù)脫附模型、分段非連續(xù)脫附模型,利用有限元法對外翻和30°撕脫過程中的行為學以及力學進行分析。外翻時脫附時間比30°撕脫時更短,且對基底的法向沖量更小,意味著對基底的沖擊更小。(3)分別建立了黏性劑連續(xù)分布的彈性膠帶和非連續(xù)分布的纖維仿壁虎表面在彎矩作用下的外翻模型。將彈性膠帶簡化為同時受彎矩和黏性劑拉力作用的柔性梁結構,采用脫附常數(shù)作為失效準則,利用大變形柔性梁理論推導了脫附的臨界彎矩載荷。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP242

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本文編號：2803192