[發明專利]基于疊片式輻射型混聯柔順結構驅動的無閥微泵吸盤

有效

• 申請號: 201410406645.5
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104179782A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 趙言正;劉積昊;曹峰;趙一陽;閆維新;付莊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F16B47/00
• 分類號: F16B47/00;B62D57/024
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及一種能夠用于足式爬壁機器人的微型吸附裝置，具體涉及一種基于疊片式輻射型混聯柔順結構驅動的無閥微泵吸盤，屬于微機電系統與特種機器人技術領域。

背景技術

隨著現代機械工程技術的快速發展，MEMS工藝實現了低成本、高精度、大批量微納米尺度產品的開發與生產，極大程度上推動了醫療、化工計量、計算機電子等高新產業的快速發展。微流控系統是MEMS應用的代表之一，已被廣泛應用于生化檢測、藥品注射器、溫控設備、精密機電等領域，其核心元件為微流泵，微流泵的工作原理是依靠外部能量場，如熱場、磁場、電場，引起泵腔體積的改變從而推動流體定向運動。

并聯柔順機構，是傳統機構設計學的前沿課題，是在依靠材料彈性形變來實現微小運動輸出的柔順機構的基礎上進行并聯式結構改進，其具有無反座力、無摩擦、無裝配誤差、不用潤滑、承載能力強、運動精度高、逆運動學控制簡單等優點。

爬壁機器人，是特種機器人中市場需求最為迫切的一類機器人，可以應用于大型油罐焊接、大型壁面噴洗以及探傷等工業任務。爬壁機器人的吸附機構通常采用負壓、靜電、電磁等形式，其中負壓吸附裝置因其適用作業壁面范圍廣、工作狀態穩定等優點而被廣泛采用，但是又都存在著體積尺寸大、功效低、噪聲大等缺點。

公開號為CN103603793A的專利，利用電場控制磁致伸縮棒軸向運動的方式來驅動微泵，雖然運動精度相對較高，但其機構體積尺寸大、重心過高，不適合用作微型爬壁機器人真空裝置的執行元件。公開號為CN103511230A的專利，采用雙腔堆疊串聯的形式實現微泵，但其封裝制造難度較大，致動薄膜變形量受尺寸及封裝時預緊應力的影響較大，導致工作效率不穩定，不適合用于多足爬壁機器人系統。對于具有可壓縮性的氣體的傳送，以上兩項專利尚不能為其提供足夠的泵送能力，無法滿足吸盤的吸附要求。公開號CN103523105A的專利，采用履帶與吸盤組合模式執行爬壁任務，其傳統的大功率真空發生裝置噪聲較大，而且履帶驅動裝置結構復雜、質量較重，動力驅動功率要求較大，不適合應用于微型爬壁機器人。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統真空泵體積大、重心高、動作噪聲大、能耗高等缺點，提供一種基于疊片式輻射型混聯柔順結構驅動的無閥微泵吸盤，利用疊堆壓電陶瓷片大承載力和并聯柔順機構大受力、高穩定性的特點，通過并聯柔性鉸鏈傳動結構將輸入的徑向位移轉換成輸出的軸向位移，驅動無閥微泵工作，產生足夠的吸附力，本發明具有體積小、質量輕，重心低、控制精度高、無噪聲、能耗低、易封裝并且無需外接氣源或電機等優點，同時實現真空微泵與吸盤集成一體的目標。

本發明解決其技術問題的技術方案是：

一種基于疊片式輻射型混聯柔順結構驅動的無閥微泵吸盤，其特征是：所述吸盤包括疊片式混聯柔順放大機構、疊堆壓電陶瓷片和薄膜微泵；

所述疊片式混聯柔順放大機構將徑向輸入位移轉換為軸向輸出位移，該疊片式混聯柔順放大機構為圓盤形，內部功能結構呈輻射型對稱，采用MEMS工藝加工制作，所述疊片式混聯柔順放大機構采用疊片式結構，由多個形狀結構相同的輻射型并聯柔順放大機構單片按輸出運動特性串聯疊堆上下對齊后，在中心軸線處進行結構粘接組裝而成；

所述疊堆壓電陶瓷片固定粘接在所述疊片式混聯柔順放大機構上，通電后對所述疊片式混聯柔順放大機構產生高頻徑向形變位移輸入；

所述薄膜微泵粘接于所述疊片式混聯柔順放大機構的下部，底部設有用以吸附壁面的沉槽型吸附腔；

所述疊片式混聯柔順放大機構將所述疊堆壓電陶瓷片輸入的高頻徑向形變位移轉換成軸向輸出位移，傳動到所述薄膜微泵并驅動該薄膜微泵工作，使所述沉槽型吸附腔內的氣體定向流動產生穩定的負壓。