末端膨大、层级结构粘附阵列的研制及粘附性能测试

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壁虎高超的三维运动能力源于脚掌精细的刚毛结构。以壁虎刚毛分级结构为研究对象，研制出功能和几何结构上高度仿生的粘附阵列，并应用于仿壁虎机器人脚掌结构中。
　　本文首先介绍了几种接触理论模型和在相邻支杆不粘连的前提下的倾斜支杆粘附阵列模型，分析了各种几何参数对粘附阵列粘附性能的影响。
　　其次针对不同的聚合物材料改进和优化不同的浇注工艺，并通过模板浇注法和两种材料负顶模制备出理想的多基一级结构粘附阵列。通过合理的工艺方法在一级结构支杆末端键合一层不同组分的硅橡胶基粘附层，形成末端膨大结构；或在其末端利用光刻硅片制备出微米级硅橡胶基刚毛，形成层级结构。
　　最后利用UMT-2测试了多组分的末端膨大结构和不同尺寸层级结构的粘附性能，分析了不同组分、不同结构、法向载荷、滑移距离、滑移方式等参数对粘附性能的影响。
　　试验结果表明：末端膨大结构粘附阵列的粘附性能优于层级结构，并都大于一级结构的粘附性能；正向滑移的粘附强度大于倾斜滑移，并都大于逆向滑移的粘附强度，说明粘附阵列具有各向异性的粘附特性；在一定范围内，粘附强度随着法向载荷或滑移距离的增加而增大，随后粘附强度反而下降；不同组分的末端膨大结构粘附性能存在差异，其中组分1：10的膨大结构产生最大切向粘附强度为1.141N/cm2；层级结构产生最大切向粘附强度为0.544N/cm2，且硅橡胶基层级结构的粘附强度大于聚氨酯基层级结构的粘附强度。

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作者
吴连伟;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科机械设计及理论
授予学位硕士
导师姓名戴振东;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类工程仿生学;
关键词
仿生; 刚毛; 末端膨大; 层级结构; 粘附阵列;

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