[發明專利]喇叭狀可控粘附結構及其的使用方法、制備方法

在審

• 申請號: 202110116291.0
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112936670A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 田煜;李小松;李新新;李綠洲;孟永鋼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B29C33/38
• 分類號: B29C33/38;B25J15/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 李巖

本發明公開了一種喇叭狀可控粘附結構及其的使用方法、制備方法，其中，喇叭狀可控粘附結構具有彈性且整體結構尺寸為亞毫米到厘米尺度，包括柱體支撐部和喇叭狀粘附部；喇叭狀粘附部的外形呈圓臺形，喇叭狀粘附部具有相對的連接端和末端，喇叭狀粘附部的連接端與柱體支撐部的一端端部固定，喇叭狀粘附部的末端端面為內凹球面。本發明的喇叭狀可控粘附結構能夠方便快速地對亞毫米到厘米尺度的不同形狀的三維物體進行抓取、轉移或釋放，結構簡單、可重復使用、操作控制方便且適用范圍大。

技術領域

本發明涉及仿生設計與制造技術領域，尤其是涉及一種喇叭狀可控粘附結構及其的使用方法、制備方法。

背景技術

對于亞毫米尺度和毫米尺度三維物體的抓取技術在科學研究、電子轉印、精密裝配、微機電系統等領域具有重大的應用前景。傳統的基于機械夾持的抓取方案(如鑷子等)需要針對不同特征的物體進行專門的設計和定制。例如，普通的尖頭鑷子難以夾持球體，需要在鑷子末端設計專門的環形結構，并且環形結構的鑷子無法夾持直徑小于環形的球體。此外，對于平放在基底表面上的薄片狀脆性物體(如硅片等)來說，由于沒有特殊的可夾持特征，使用鑷子等工具難以將其從基底表面夾持住。基于負壓吸附的抓取方案由于需要通過按鍵調控負壓，一般體積較大操作復雜，且由于尺寸較大和密封失效等原因難以抓取毫米級直徑的三維物體。目前，對于毫米尺度的不同形狀和尺寸的三維物體進行通用性可控抓取操作的技術方案仍然面臨挑戰。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種喇叭狀可控粘附結構，能夠方便快速地對亞毫米到厘米尺度的不同形狀的三維物體進行抓取、轉移或釋放，結構簡單、可重復使用、操作控制方便且適用范圍大。

根據本發明第一方面實施例的喇叭狀可控粘附結構，所述喇叭狀可控粘附結構具有彈性且整體結構尺寸為亞毫米到厘米尺度，包括：

柱體支撐部；

喇叭狀粘附部，所述喇叭狀粘附部的外形呈圓臺形，所述喇叭狀粘附部具有相對的連接端和末端，所述喇叭狀粘附部的所述連接端與所述柱體支撐部的一端端部固定，所述喇叭狀粘附部的末端端面為內凹球面。

根據本發明第一方面實施例的喇叭狀可控粘附結構，將喇叭狀粘附部的末端端面對準目標物體的基底表面，操作柱狀支撐部以向喇叭狀粘附部施加預載荷，使得喇叭狀粘附部的末端端面貼合并粘附在目標物體的基底表面，此時，在真空力和范德華力的共同作用下，喇叭狀可控粘附結構對目標物體的粘附力大于目標物體的重力，這樣，可以提起并移動喇叭狀可控粘附結構至目標位置以實現對目標物體的拾取和轉移，當目標物體位于目標位置時，向柱狀支撐部的另一端施加橫向力與彎矩使得喇叭狀可控粘附結構發生屈曲，進而使得喇叭狀粘附部與目標物體的基底表面的粘附界面產生剝離行為和失穩行為，從而破壞粘附界面的密封和粘附作用，減小或消除喇叭狀粘附部產生的粘附力，進而可以方便地將喇叭狀可控粘附結構從目標物體上脫附。此外，喇叭狀可控粘附結構的結構穩定性好，可以重復多次使用。

根據本發明第一方面實施例的喇叭狀可控粘附結構，能夠方便快速地對亞毫米到厘米尺度的不同形狀的三維物體進行抓取、轉移或釋放，結構簡單、可重復使用、操作控制方便且適用范圍大。

根據本發明第一方面的一個實施例，所述喇叭狀可控粘附結構為硅膠彈性體或聚氨酯彈性體的一體成型件。

根據本發明第一方面的一個實施例，所述喇叭狀可控粘附結構用于通過所述柱體支撐部安裝在筆桿上。

本發明第二方面還提出了一種喇叭狀可控粘附結構的使用方法。

根據本發明第二方面實施例的喇叭狀可控粘附結構的使用方法，所述喇叭狀可控粘附結構為根據本發明第一方面實施例中任意一項所述的喇叭狀可控粘附結構，所述使用方法為包括如下步驟：

將所述喇叭狀可控粘附結構的所述喇叭狀粘附部的末端對準目標物體的基底表面，然后施加預載荷，使得所述喇叭狀粘附部接觸并粘附所述基底表面；