[發明專利]抓持裝置以及生產抓持裝置的方法

在審

• 申請號: 201880029591.1
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN110582383A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 宋錫浩;梅廷·西蒂;迪爾克-米夏埃爾·德羅特勒夫;卡梅爾·馬吉迪
• 申請（專利權）人: 馬克思-普朗克科學促進協會;卡內基梅隆大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/12;C09J7/00
• 代理公司: 44224 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 易皎鶴

本發明涉及一種抓持裝置，其包括膜；柔性殼體；其中該膜固定地連接到該殼體的外緣。本發明還涉及一種生產抓持裝置的方法。

技術領域

本發明涉及一種抓持裝置，其包括膜；柔性殼體；其中該膜固定地連接到該殼體的外緣。本發明還涉及一種生產抓持裝置的方法。

背景技術

復雜三維(3D)表面的粘附控制抓取(諸如轉印、機器人操作和運動以及精密制造中所需的)是非常困難的，因為粘合劑必須足夠柔軟以能夠在輕壓下進行緊密接觸，但粘合劑必須足夠堅硬以能夠承受高負載。

通過利用等載荷分擔和界面裂紋釘扎的原理，受壁虎啟發的干燥微/納米纖維粘合劑可以使用分子間相互作用(例如范德華力)牢固地粘附到平坦的表面。采用同樣的附著方法，受壁虎啟發的合成彈性纖維狀粘合劑在光滑的平面上的粘結強度達到100kPa以上，超過了壁虎在這種表面上的性能，并通過微米纖維的剝離或屈曲表現出快速釋放。在過去的十年里，受壁虎啟發的粘合劑已經被應用到各種系統中，包括許多用于爬墻的機器人應用、用于飛行器的駐留設備、和抓持器。

然而，在處理三維(3D)表面時出現了困難，因為目前的受壁虎啟發的合成粘合劑系統通常由剛性背襯支撐，這限制了它們適應非平坦的表面的能力。在先前的工作中，開發了一種與柔軟膜一體化的彈性纖維狀粘合劑，稱為纖維狀粘合劑，其將該膜固定到三維印刷的剛性塑料本體上，使得系統能夠處理各種三維物體。

盡管顯示出相對于具有10倍高粘附的非結構化平坦彈性體膜的顯著改進，但測試的FAM僅能實現2kPa的粘附應力，這是用剛性背襯微纖維陣列測量的55kPa的一小部分。這意味著，更順應的膜背襯使得提高了對3D表面的適應性，這以降低96％的粘附強度為代價?？紤]到膜的粘附與接觸界面的周向長度成比例而不是與面積成比例，上述結果表明，無論是否包括結構，膜的尺寸必須大大增加，以支持高的承載能力。

提高粘附膜的粘附強度需要在整個接觸界面上更均勻的負載分擔。已提出了一種摩擦附著系統，其可以通過在平坦和稍微彎曲表面上擴大到更大的面積來提高微楔結構的橫向負載分擔能力和摩擦。

然而，迄今為止，沒有粘結系統成功地改善了復雜三維表面纖維狀結構的垂直負載分擔和粘附。由諸如液態金屬、熱塑性塑料或形狀記憶聚合物等剛度可調的材料制成的背襯層在它們被軟化時可適合于3D表面，且在它們被硬化時可支持高斷裂強度。

然而，在管理可變形基底(例如塑料箔、橡膠狀可伸縮表面、金屬薄膜)方面仍然存在困難，因為被硬化的背襯不能適應變形，從而導致在接觸邊緣處的應力集中。因此，所有粘性抓持任務都受制于在順應性/適應性和剛度/強度之間的基本權衡。雖然粘合劑必須足夠順應的以適應復雜的3D或可變形的幾何形狀，但相同的系統必須保持足夠的剛度，以最大化界面的(模式I)斷裂強度，以便支撐物體的重量。

發明內容

有鑒于此，本發明的一個目的是提供一種抓持裝置，該抓持裝置在確保所需的粘附強度的同時實現所需的變形。

該目標由根據權利要求1所述的抓持裝置來滿足。

這樣的抓持裝置包括膜；柔性殼體；其中膜固定地連接到柔性殼體的外緣；在膜和殼體之間存在腔體；以及與連接到該腔體的空氣壓力調節器(例如注射器泵或真空泵)的連接。

以這種方式，除了固有的柔性膜之外，本發明還利用柔性殼體，該組合使得能夠獨立地控制抓持裝置的3D適應性和結合強度。這種新穎的結構在各種尺寸的3D和可變形表面上表現出增強的和堅固的粘附。

總而言之，提出了一種軟負載分擔系統，該系統通過利用內部壓力對界面負載分擔的影響來控制3D表面上的法向負載分布。這種軟系統架構解決了具有高表面適應性同時保持高斷裂強度的基本挑戰。通過利用軟的且可變形的主體(殼體)并且當抓持裝置的腔體為真空時控制作用在界面上的負壓差，所提出的系統推動在非平坦3D幾何形狀上可實現的最大粘附控制抓持強度的上限。