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壁虎机器人脚掌仿生材料的设计和制备研究

倪杰  
【摘要】: 壁虎在光滑或粗糙的地面、墙面和天花板上均能自如运动,科学家Autumn等通过实验验证这种特殊的粘着能力是由壁虎脚底大量的细毛与物体表面分子之间产生的“范德华力”累计而成的。如果能制备出类似于壁虎刚毛结构的人工合成微突起阵列运用于机器人足掌,将极大提高爬壁机器人的应用能力。 本文首先研制了一种运用于材料粘着、摩擦综合实验台测力部分的二维小量程力传感器,该传感器在后续实验中取得良好的效果。 测试九种不同配比聚氨酯/硅橡胶合成材料的弹性模量值,得出合成材料的弹性模量随聚氨酯质量百分比增加而增大的结论;对九种合成试样进行了粘着性能测试,对实验结果进行比较分析和讨论;对粘着力最大的A试样进行粘着力与摩擦力关系的实验,得出粘着状态下A试样摩擦力与粘着力成线性关系的结论。这些结果为仿壁虎刚毛材料的选择提供了实验依据。 最后对纳米级刚毛模型进行初步分析,介绍了刚毛制备的几种方法,并着重对其中的模型浇铸法制备的仿壁虎刚毛阵列作出粘着性能评定。


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