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复合静电吸附阵列的吸附性能研究及应用

楚东月  
【摘要】:机器人要实现墙体攀爬功能,需有产生吸附能力的机构作为支撑。随着科技的发展需要机器人的领域逐渐增多,且工作环境的复杂化,对攀爬系统的吸附技术的要求,也随之越来越高。因此设计一种安全稳定、噪声小、功耗低、适用范围广、自身配置轻、易于小型化设计,且具备自清洁能力的吸附技术,成了广大机器人开发人员的研究目标。而静电吸附技术作为一种新的吸附技术,因具有以上优点成为了近几年研究的热点。在本文中,首先在静电吸附原理的基础上对静电吸附阵列进一步分析,以静电阵列的结构和参数为基础对电极阵列进行优化分析,综合考虑各个参数与吸附力输出的关系。其次,根据梳状双极性电极阵列电场的分布特性,进一步对三极性静电吸附阵列模型特性进行了分析、研究,并大胆提出了新型“筛底”形吸附阵列模型,然后对其吸附力特性、性能与梳状吸附力模型进行对比分析,并根据电流变胶体特性对其进行类真空优化设计,得到复合吸附阵列。随后,制作了12组不同参数的梳状三极性和“筛底”形电极阵列及吸附力实验平台,进行了吸附力测试实验,并对实验数据进行处理、分析。结果表明“筛底”形电极阵列的吸附性能明显提升,为高性能的电极阵列的设计打下基础。最后,设计了一款“筛底”形静电吸附足和一款电控吸附攀爬系统,来验证该优化设计方案的可行性。并且在系统设计中引入无线电能传输技术,实现静电吸附高压与低压系统的物理隔离,为攀爬机器人的发展扩宽了思路。并设计了手持无线控制器,内嵌UCOS-II实时操作系统,用于实时控制电控吸附爬壁系统实验平台,在不同材质的壁面上进行攀爬测试实验,验证电极阵列优化效果和整机性能。静电吸附作为一种新技术虽然具有众多优点和广泛的应用前景,但该技术仍有诸多问题,仍需进一步研究。如吸附力相对较小,吸附力“开启/关闭”可控性,复杂吸附力模型研究,自清洁能力提升等内容都有待进一步研究。


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