[发明专利]一种基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构

说明书

本发明公开一种基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，涉及黏附机构技术领域，包括支撑外框架、楔形刚毛束单元、带驱动切向加载单元、传动单元、位移‑力转换单元和法向驱动单元；楔形刚毛束单元接触并黏附目标物，传动单元一端与楔形刚毛束单元连接，另一端与位移‑力转换单元连接，传动单元还与法向驱动单元连接；法向驱动单元产生驱动位移和驱动力，传动单元用于将驱动位移和驱动力转化为传动单元内的张力，传动单元将张力传给楔形刚毛束单元；带驱动切向加载单元位于楔形刚毛束单元的上方，支持切向加载和卸载。本发明实现楔形刚毛束的平稳切向加载和卸载，降低机构制作难度，增加可行性，满足柔性电路板、柔性薄膜等的可靠稳定拾取应用需求。

技术领域

本发明涉及黏附机构技术领域，特别是涉及一种基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构。

背景技术

诸如电子皮肤，柔性屏幕，可穿戴设备和柔性半导体设备之类的柔性设备已经成为当今技术发展的趋势。在各种柔性设备中，均有使用不同的柔性材料作为部件，而薄膜材料和柔性电路板都是常用的形式，例如，在柔性显示装置的制造和组装过程中，有机聚合物柔性膜常被用作基板；柔性电路板重量轻、厚度薄、应用灵活，所以得到广泛应用。因此如何实现对柔性电路板的稳定无损操作，对柔性薄膜的可靠拾取成为热门的研究方向。

传统的柔性电路板拾取方式，如边缘抓取和真空吸附等，易引起电路板损伤，无法达到可靠无损拾取的目的；尽管机器人拾取手的设计近年间取得了较大进步，但薄膜容易起皱，弯曲或变形，此外，在薄膜上常有精细的微结构，几乎所有这些机器人拾取手仍然难以无损稳定迅速地拾放柔软的柔性薄膜。因此采用仿生楔形刚毛束对目标物进行有效黏附是一种行之有效的操作方式。

仿生黏附的机理在于对微米级楔形刚毛束实施切向加载，刚毛束弯曲使得其与目标物有足够大接触面积而产生“范德华力”，即法向黏附力。因为对黏附对象材料、失重环境、辐射环境、工作温度等不敏感，自身非常柔软且可产生足够大的法向黏附力以实现对目标的可靠“柔性附着”，所以仿生楔形刚毛束在柔性电路板、柔性薄膜拾取方面有着很大的优势，是一种十分可靠的操作手段。用于对楔形刚毛束进行加载的仿生干黏附机构，需要注意以下几点：(1)存在使刚毛束与目标物贴合的结构，常用的方式为法向预压；(2)存在对刚毛束进行切向加载和卸载的结构；(3)刚毛的弯曲变形尺度应控制在100微米左右。

近年来，研究学者们对仿生附着机构进行了深入研究。美国斯坦福大学研制出腱线式仿生附着机构，调节腱线张力可以改变对刚毛束的加载力，实现对目标物黏附/脱附的控制。为进一步提升机构黏附能力，随后设计了阵列式黏附单元机构；为了提高阵列式机构的稳定性，随后分别采用串联滑轮组和恒力弹簧来进行负载均担的腱线式控制方式。伊利诺伊理工大学还采用了利用直线导轨来保证加载稳定的方式。但在研究中也发现，由于腱线加载方式为点接触加载，且实际中不可避免存在装配误差，极易引入面外扭矩、剥离力矩等干扰，导致黏附装置的操作稳定性差；直线导轨的加载方式只能十分僵硬的直线运动，而被拾取物表面往往不是绝对水平，加上刚毛本身的制造误差，装配误差等，很难保证刚毛束和目标物表面的平面度、直线导轨的限位作用也削弱了机构的适应性，往往造成刚毛和目标物表面贴合面积不够大，从而十分影响粘附性能。

总的说来，传统平面拾取几乎均为刚性基底刚毛束，很少几乎没有利用柔性基底刚毛束进行平面拾取的方案，因此拾取的适应性上还是显得不足；并且传统的方案要求加工精度，装配精度，控制精度都较高，控制加载微位移较难；传统的动力源到刚毛束之间的传动机构也较为复杂，这些都增加机构设计的难度，限制了机构的性能，降低了实际可行性。

因此，若是有新型机构能解决以上的问题，将是利用刚毛束进行平面拾取的一大进步。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，以解决上述现有技术存在的问题，实现对楔形刚毛束的平稳切向加载和卸载，大大降低机构制作难度，增加了可行性，从而满足柔性电路板、柔性薄膜等的可靠稳定拾取应用需求。