本發(fā)明屬于微納工程中的仿生粘附操作，具體涉及一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法及其實現(xiàn)裝置。

背景技術：

1、相較于真空吸附、機械嚙合、靜電吸附或磁致吸附等界面吸附操作方式，壁虎仿生粘附取決于分子間范德華作用力，不強烈依賴目標對象表面屬性，具有粘附力大、穩(wěn)定性好、對材質(zhì)和形貌適應性強、不會對接觸物體表面造成損傷和污染等特點，已成為仿生爬壁機器人、太空環(huán)境/超潔凈環(huán)境無損精確輸運、生物醫(yī)療診斷等領域發(fā)展的重要支撐手段。其中，通過粘附力的準確控制以達到粘附/脫附轉(zhuǎn)化目的是仿生粘附技術工程應用的關鍵，吸引了國內(nèi)外眾多研究團隊開展相關研究。例如，德國馬普所gorb團隊設計了一種通過液晶體紫外線致動來控制粘附力的裝置，通過紫外線施加與否實現(xiàn)粘附/脫附狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；美國肯特州立大學hamed團隊通過粘附膜與液晶聚合物lcn懸臂的集成，設計了一種具有熱誘導自剝離能力的多腿仿壁虎抓手，通過熱場施加與否實現(xiàn)粘附/脫附切換；美國杜蘭大學pesika團隊設計了一種非對稱聚合物微觀結構，通過控制機械載荷的方式實現(xiàn)粘附/脫附切換。

2、然而，目前開發(fā)的通過外場刺激或機械負載形式實現(xiàn)粘/脫轉(zhuǎn)換的方式仍存在諸多缺點：(1)響應速度慢：通過溫度場或光場驅(qū)動的方式，大都是通過控制仿生粘附結構的變形來改變粘附力的大小，此類過程時間一般較長，導致脫附響應慢；(2)粘附強度降低：大部分粘/脫轉(zhuǎn)換方式都需要以犧牲粘附強度來實現(xiàn)較高的粘脫比，雖然脫附效果有所提升但是吸附強度的下降更加限制了仿生粘附結構的應用能力；(3)無法實現(xiàn)粘附力的精確控制：目前粘/脫轉(zhuǎn)換領域的諸多研究都只實現(xiàn)了粘附-脫附的兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，無法做到粘附強度的準確調(diào)節(jié)，而如果實現(xiàn)粘附強度的準確可控，可滿足更為廣泛和復雜的應用需求；從而在應用過程中即可根據(jù)需求調(diào)整粘附力的大小，實現(xiàn)粘附抓取功能的靈活控制與快速切換。因此，如何實現(xiàn)仿生粘附技術界面粘附力的精確控制以實現(xiàn)粘附/脫附轉(zhuǎn)化是其工程應用需要重點突破的瓶頸。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法及其實現(xiàn)裝置，響應速度快，不會降低粘附強度，能夠?qū)崿F(xiàn)仿生粘附技術界面粘附力的精確控制。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

3、一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法，通過控制粘附結構與被粘附物體表面的接觸面積來實現(xiàn)粘附力的精確控制，首先，在初始狀態(tài)下，對薄片狀結構2施加一個外力，使薄片狀結構2產(chǎn)生剝離驅(qū)動力f作用于仿生粘附片1；在外力作用下，薄片狀結構2會發(fā)生彎曲，產(chǎn)生預制剝離角θ，隨后薄片狀結構2和仿生粘附片1一起下壓，與被粘附物體表面11進行接觸，仿生粘附片1與被粘附物體表面11的接觸面積由預制剝離角θ決定，通過調(diào)控預制剝離角θ，改變仿生粘附片1與被粘附物體表面11的接觸面積，進而實現(xiàn)精確調(diào)控粘附力。

4、上述一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法的實現(xiàn)裝置，包括四個大小一致的仿生粘附片1，每一個仿生粘附片1與薄片狀結構2連接，每一個薄片狀結構2與一個小平臺3連接，每個小平臺3與一個連桿4一端相連，四個連桿4的另一端與下移動平臺5連接，下移動平臺5中一對對角與上移動平臺6對應對角連接，下移動平臺5、上移動平臺6的另外一對對角通過雙頭螺柱8與電機9對應對角連接，上移動平臺6的中心與旋轉(zhuǎn)平臺7連接，旋轉(zhuǎn)平臺7連接在電機9的輸出絲桿上，電機9的輸出絲桿末端通過軸承與平臺10連接，旋轉(zhuǎn)平臺7在輸出絲桿上的位置使得平臺10與薄片狀結構2剛好水平并且接觸。

5、所述的薄片狀結構2采用可變形的物體。

6、四個連桿4與下移動平臺5連接后成一定夾角。

7、所述的下移動平臺5、上移動平臺6能夠以上下移動。

8、和現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

9、本發(fā)明一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法及其實現(xiàn)裝置，能夠在保持仿生粘附片高粘附強度的前提下，利用電機驅(qū)動移動平臺，進而帶動連桿使薄片狀結構四角發(fā)生彎曲，改變仿生粘附片與被粘附物體表面的接觸面積，從而實現(xiàn)仿生粘附片在電機驅(qū)動下粘附力的精確控制；本發(fā)明可廣泛用于機械手、微吸盤等仿生粘附領域，具有以下優(yōu)點：

10、(1)本發(fā)明通過電機致動，結構簡單，無需其他附加裝置實現(xiàn)仿生粘附片的粘附/脫附，能量損耗低；響應速度快且對被粘附物體表面無破壞性。

11、(2)本發(fā)明通過電機驅(qū)動與連桿傳動實現(xiàn)對仿生粘附片預制剝離角θ的控制，從而實現(xiàn)對其粘附力的精確控制，可控性強。

12、(3)本發(fā)明通過控制薄片狀結構四角的彎曲進而控制仿生粘附片的脫附，脫附過程對仿生粘附片的破壞性較小，具有可逆性，可多次重復使用。

技術特征：

1.一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法，其特征在于：通過控制粘附結構與被粘附物體表面的接觸面積來實現(xiàn)粘附力的精確控制，首先，在初始狀態(tài)下，對薄片狀結構(2)施加一個外力，使薄片狀結構(2)產(chǎn)生剝離驅(qū)動力f作用于仿生粘附片(1)；在外力作用下，薄片狀結構(2)會發(fā)生彎曲，產(chǎn)生預制剝離角θ，隨后薄片狀結構(2)和仿生粘附片(1)一起下壓，與被粘附物體表面(11)進行接觸，仿生粘附片(1)與被粘附物體表面(11)的接觸面積由預制剝離角θ決定，通過調(diào)控預制剝離角θ，改變仿生粘附片(1)與被粘附物體表面(11)的接觸面積，進而實現(xiàn)精確調(diào)控粘附力。

2.權利要求1所述的一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法的實現(xiàn)裝置，其特征在于：包括四個大小一致的仿生粘附片(1)，每一個仿生粘附片(1)與薄片狀結構(2)連接，每一個薄片狀結構(2)與一個小平臺(3)連接，每個小平臺(3)與一個連桿(4)一端相連，四個連桿(4)的另一端與下移動平臺(5)連接，下移動平臺(5)中一對對角與上移動平臺(6)對應對角連接，下移動平臺(5)、上移動平臺(6)的另外一對對角通過雙頭螺柱(8)與電機(9)對應對角連接，上移動平臺(6)的中心與旋轉(zhuǎn)平臺(7)連接，旋轉(zhuǎn)平臺(7)連接在電機(9)的輸出絲桿上，電機(9)的輸出絲桿末端通過軸承與平臺(10)連接，旋轉(zhuǎn)平臺(7)在輸出絲桿上的位置使得平臺(10)與薄片狀結構(2)剛好水平并且接觸。

3.根據(jù)權利要求2所述的實現(xiàn)裝置，其特征在于：所述的薄片狀結構(2)采用可變形的物體。

4.根據(jù)權利要求2所述的實現(xiàn)裝置，其特征在于：四個連桿(4)與下移動平臺(5)連接后成一定夾角。

5.根據(jù)權利要求2所述的實現(xiàn)裝置，其特征在于：所述的下移動平臺(5)、上移動平臺(6)能夠以上下移動。

技術總結
一種界面裂紋調(diào)控的粘附/脫附轉(zhuǎn)化方法及其實現(xiàn)裝置，通過控制粘附結構與被粘附物體表面的接觸面積來實現(xiàn)粘附力的精確控制，其實現(xiàn)裝置包括四個仿生粘附片，每一個仿生粘附片與薄片狀結構連接，每一個薄片狀結構經(jīng)過小平臺與一個連桿一端相連，四個連桿的另一端與下移動平臺連接，下移動平臺中一對對角與上移動平臺對應對角連接，下移動平臺、上移動平臺的另外一對對角通過雙頭螺柱與電機對應對角連接，上移動平臺的中心與旋轉(zhuǎn)平臺連接，旋轉(zhuǎn)平臺連接在電機的輸出絲桿上，電機的輸出絲桿末端通過軸承與平臺連接，旋轉(zhuǎn)平臺在輸出絲桿上的位置使得平臺與薄片狀結構剛好水平并且接觸；響應速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)仿生粘附技術界面粘附力的精確控制。

技術研發(fā)人員：邵金友,李淼,田洪淼,李天贈,徐劍,侯宏榮,陳琦,張志軍,李文軍,延洪劍,王鐸睿
受保護的技術使用者：西安交通大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/17