一种基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构

摘要

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。

权利要求

1.一种基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：包括支撑外框架以及安装于所述支撑外框架内的楔形刚毛束单元、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；所述楔形刚毛束单元用于接触并黏附目标物，所述传动单元一端与所述楔形刚毛束单元连接，另一端与所述位移‑力转换单元连接，所述传动单元还与所述法向驱动单元连接；所述法向驱动单元用于提供加载动力，产生驱动位移和驱动力，所述位移‑力转换单元用于将驱动位移和驱动力转化为所述传动单元内的张力，所述传动单元用于将张力传给所述楔形刚毛束单元；所述带驱动切向加载单元位于所述楔形刚毛束单元的上方，用于支持所述楔形刚毛束单元切向加载和卸载。

2.根据权利要求1所述的基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：所述楔形刚毛束单元包括两片对称设置的楔形刚毛束，两片所述楔形刚毛束之间设置有连接弹性体，所述连接弹性体采用乳胶薄膜。

3.根据权利要求2所述的基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：所述带驱动切向加载单元包括弹性体预压物和黏附支架，所述黏附支架安装于所述支撑外框架的内底部，所述黏附支架的底部开设有凹槽，所述弹性体预压物安装于所述凹槽中，所述弹性体预压物的底部凸出所述凹槽；所述弹性体预压物设置有两个，两个所述弹性体预压物分别位于两片所述楔形刚毛束的上方，用于对所述楔形刚毛束进行预压；

所述弹性体预压物采用海绵。

4.根据权利要求3所述的基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：所述传动单元包括柔性带和带端连接件，所述柔性带和所述带端连接件均对称设置有两个，两个所述柔性带的第一端分别固连一个所述楔形刚毛束，所述柔性带的第一端位于所述楔形刚毛束以及所述弹性体预压物之间，两个所述柔性带的第二端分别与一个所述带端连接件连接，两个所述带端连接件之间通过所述位移‑力转换单元进行连接，所述带端连接件水平滑动设置于所述法向驱动单元上；

所述柔性带的材质为聚酰亚胺薄膜。

5.根据权利要求1或4所述的基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：所述位移‑力转换单元采用弹性机构，所述弹性机构为弹簧。

6.根据权利要求4所述的基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：所述法向驱动单元位于所述带驱动切向加载单元的上方，所述法向驱动单元包括法向传动件和加载架，所述法向传动件安装于所述加载架上中部，所述法向传动件用于连接驱动源，带动所述加载架在所述支撑外框架内竖直运动；两个所述带端连接件对称安装于加载架上，且沿所述加载架水平滑动。

7.根据权利要求6所述的基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：所述加载架的两侧以及所述黏附支架的底部两侧均开设有转向槽，所述柔性带的第一端穿过所述黏附支架上的转向槽与所述楔形刚毛束连接，所述柔性带的第二端穿过所述加载架上的转向槽与所述带端连接件连接，所述转向槽上与所述柔性带的转向贴合处为圆弧面。

8.根据权利要求7所述的基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：所述带端连接件包括两件带端连接板，所述柔性带压于两件所述带端连接板之间，两件所述带端连接板通过螺栓固定连接。

9.根据权利要求6所述的基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：所述支撑外框架的顶部安装有上盖，所述上盖上设置有通孔用于使所述法向传动件通过。

10.根据权利要求9所述的基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，其特征在于：所述上盖上还设置有机械臂法兰，用于连接机械臂。

说明书

一种基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 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

[0008] 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。

[0009] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，包括支撑外框架以及安装于所述支撑外框架内的楔形刚毛束单元、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；所述楔形刚毛束单元用于
接触并黏附目标物，所述传动单元一端与所述楔形刚毛束单元连接，另一端与所述位移‑力
转换单元连接，所述传动单元还与所述法向驱动单元连接；所述法向驱动单元用于提供加
载动力，产生驱动位移和驱动力，所述位移‑力转换单元用于将驱动位移和驱动力转化为所
述传动单元内的张力，所述传动单元用于将张力传给所述楔形刚毛束单元；所述带驱动切
向加载单元位于所述楔形刚毛束单元的上方，用于支持所述楔形刚毛束单元切向加载和卸
载。

[0010] 优选的，所述楔形刚毛束单元包括两片对称设置的楔形刚毛束，两片所述楔形刚毛束之间设置有连接弹性体，所述连接弹性体采用乳胶薄膜。

[0011] 优选的，所述带驱动切向加载单元包括弹性体预压物和黏附支架，所述黏附支架安装于所述支撑外框架的内底部，所述黏附支架的底部开设有凹槽，所述弹性体预压物安
装于所述凹槽中，所述弹性体预压物的底部凸出所述凹槽；所述弹性体预压物设置有两个，
两个所述弹性体预压物分别位于两片所述楔形刚毛束的上方，用于对所述楔形刚毛束进行
预压；

[0012] 所述弹性体预压物采用海绵。

[0013] 优选的，所述传动单元包括柔性带和带端连接件，所述柔性带和所述带端连接件均对称设置有两个，两个所述柔性带的第一端分别固连一个所述楔形刚毛束，所述柔性带
的第一端位于所述楔形刚毛束以及所述弹性体预压物之间，两个所述柔性带的第二端分别
与一个所述带端连接件连接，两个所述带端连接件之间通过所述位移‑力转换单元进行连
接，所述带端连接件水平滑动设置于所述法向驱动单元上；

[0014] 所述柔性带的材质为聚酰亚胺薄膜。

[0015] 优选的，所述位移‑力转换单元采用弹性机构，所述弹性机构为弹簧。

[0016] 优选的，所述法向驱动单元位于所述带驱动切向加载单元的上方，所述法向驱动单元包括法向传动件和加载架，所述法向传动件安装于所述加载架上中部，所述法向传动
件用于连接驱动源，带动所述加载架在所述支撑外框架内竖直运动；两个所述带端连接件
对称安装于加载架上，且沿所述加载架水平滑动。

[0017] 优选的，所述加载架的两侧以及所述黏附支架的底部两侧均开设有转向槽，所述柔性带的第一端穿过所述黏附支架上的转向槽与所述楔形刚毛束连接，所述柔性带的第二
端穿过所述加载架上的转向槽与所述带端连接件连接，所述转向槽上与所述柔性带的转向
贴合处为圆弧面。

[0018] 优选的，所述带端连接件包括两件带端连接板，所述柔性带压于两件所述带端连接板之间，两件所述带端连接板通过螺栓固定连接。

[0019] 优选的，所述支撑外框架的顶部安装有上盖，所述上盖上设置有通孔用于使所述法向传动件通过。

[0020] 优选的，所述上盖上还设置有机械臂法兰，用于连接机械臂。

[0021] 本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

[0022] 1、本发明采用楔形刚毛束基底和传动一体带设计，降低了驱动的难度，避免了复杂的竖直位移和水平位移的转换。

[0023] 2、本发明带驱动切向加载单元的黏附支架限制传动单元的柔性带其他方向的无关运动，保证柔性带在工作方向的顺滑运动，加载方式为面加载，避免了腱线形式可能的面
外加载，能够实现对楔形刚毛束的充分切向加载。

[0024] 3、本发明将柔性基底楔形刚毛束引入到平面拾取中，带驱动切向加载单元中预压海绵与楔形刚毛束分别位于柔性带两侧，柔性带与海绵不粘合，既保证了楔形刚毛束充分
预压，又能够维持楔形刚毛束本身柔性，还能在拾取过程中避免海绵的影响。

[0025] 4、本发明采用主动力控制切向加载方式，在位移‑力转换单元引入弹簧，而不是传统的微位移加载；主动力控制加载方式具有很多传统微位移控制不具备的优点：第一点是
通过胡克定律，将法向驱动单元产生的大位移，转化为弹簧内的弹力，弹簧内弹力等于传动
单元中柔性带内张力，张力传递到楔形刚毛束单元，楔形刚毛束单元根据张力自动匹配切
向加载微位移，至此完成大位移‑力‑微位移的转换；第二点是通过选用不同弹性系数的弹
簧，可以控制切向加载力最小阈值，并且使加载力由小到大连续可调，这在传统微位移控制
下是很难达到的；第三点是提高了系统误差容忍度，传统的微位移下，细微的误差将会导致
较大的改变，在力控制方案中，由于胡克定律中弹性系数k的存在，微小的位移偏差只会导
致较小的加载力变化，但楔形刚毛束单元仍会根据力匹配加载微位移，降低了系统控制精
度要求；第四点，通过配合法向驱动单元加载不同大小的位移，弹簧将有不同的拉伸量，达
到动态主动调整切向加载力的要求。

[0026] 5、本发明采用串联弹簧、柔性带、乳胶薄膜的方式，在加载架和黏附支架的支撑下形成闭合矩形结构，根据同一带中张力相等原理，令两片刚毛束加载力一致，方式简单有
效，避免了繁杂的加载力均分机构。

附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其他的附图。

[0028] 图1为本发明中基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构的外部结构示意图；

[0029] 图2为本发明中基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构的内部结构示意图；

[0030] 图3为本发明中基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构的内部连接结构示意图；

[0031] 图4为本发明中加载架的结构示意图；

[0032] 图5为本发明中法向驱动单元的结构示意图；

[0033] 图6为本发明在未加载状态下的原理图；

[0034] 图7为本发明在加载状态下的原理图；

[0035] 图8为本发明在卸载状态下的原理图。

[0036] 图中：1‑法向传动件、2‑法兰螺钉、3‑上盖、4‑连接螺钉、5‑支撑外框架、6‑黏附支架、7‑海绵、8‑乳胶薄膜、9‑楔形刚毛束、10‑柔性带、11‑目标物、12‑固定销、13‑加载架、14‑
弹簧、15‑带端连接件。

具体实施方式

[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本
发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实
施例，都属于本发明保护的范围。

[0038] 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。

[0039] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0040] 如图1‑8所示，本实施例提供一种基于带驱动楔形刚毛束的干黏附机构，包括楔形刚毛束单元、带驱动切向加载单元、传动单元、位移‑力转换单元、法向驱动单元和支撑外框
架5；楔形刚毛束单元用于接触并黏附目标物11；带驱动切向加载单元与楔形刚毛束单元、
传动单元连接，用于支持楔形刚毛束单元实施切向加载和卸载；传动单元与带驱动切向加
载单元、位移‑力转换单元、法向驱动单元连接，形成大位移‑力‑微位移的转换；法向驱动单
元作为机构的主动驱动结构，用于为整个系统提供动力；支撑外框架5用于支撑整个干黏附
机构并保持整个干黏附机构各部分的稳定。

[0041] 在本实施例中，楔形刚毛束单元包括两个楔形刚毛束9，两片楔形刚毛束9之间有弹性系数较小的连接弹性体，本实施例选用乳胶薄膜8，弹性系数由卸载所需附加的辅助力
而定，两个楔形刚毛束9的顶部设置有一个带驱动切向加载单元。

[0042] 在本实施例中，带驱动切向加载单元用于支持楔形刚毛束进行加载和卸载，包括弹性体预压物和黏附支架6，弹性体预压物选用海绵7，位于黏附支架6凹槽内，通过粘结剂
与黏附支架6的凹槽顶粘结，海绵7底部突出黏附支架6约1‑2mm，海绵7用于对楔形刚毛束9
进行预压，突出1‑2mm是为了让楔形刚毛束9在海绵7的支撑下比黏附支架6更先与目标物11
接触，保证楔形刚毛束9与目标物11的充分接触贴合，楔形刚毛束9则固定于柔性带10的底
部。

[0043] 在本实施例中，法向驱动单元设置于带驱动切向加载单元之上，包括法向传动件1和加载架13；法向传动件1用于连接驱动源，驱动源的选择不限于气动，电机驱动等等，本实
施例优先选用丝杠电机，法向传动件1用于传递驱动源的动力到加载架13，连接方式不限于
用胶粘合或者用螺纹连接，本实施例中法向传动件1优先选用丝杆，带动加载架13在所述支
撑外框架5内竖直上下运动。

[0044] 在本实施例中，加载架13在支撑外框架5内竖直上下运动不限于直线导轨或者滑块滑槽等形式，本实施例采用较为简洁的滑槽形式，用于保证稳定和较为精确的直线竖直
运动，保证加载架的水平度。具体地，加载架13运动方向和加载架13的平面垂直，加载架13
四边共有四个凸块，支撑外框架5四边也有与之相配合的滑槽，类似于直线滑轨，四个凸块
在四个滑槽内顺畅滑动，做为加载架13做直线运动的导向，防止加载架13平面翻转、倾斜，
导致两片楔形刚毛束9加载不均。驱动源位于支撑外框架5的上盖3外，通过法向传动件1带
动加载架13在支撑外框架5上竖直运动。加载架13环套住柔性带10和弹簧14，法向驱动单元
为产生驱动位移和驱动力的驱动源。

[0045] 在本实施例中，位移‑力转换单元选用弹簧14等弹性体机构，其位于加载架13内，具体弹性系数根据乳胶薄膜8弹性系数、法向加载位移、带驱动切向加载单元所要求的切向
加载力三者共同确定。位移‑力转换单元负责将法向驱动单元的驱动位移转化为传动单元
内柔性带10的张力。

[0046] 不工作时，弹簧14处于微拉伸状态，带端连接件15处于间距最小的极限位置；当加载时，驱动源经由法向传动件1带动加载架13向上运动，柔性带10逐渐张紧，弹簧14开始在
不工作状态下逐步拉伸，弹簧14内弹力逐步增大，法向驱动源控制竖直加载位移，即控制弹
簧14拉伸量，即控制弹簧14内弹力，即控制柔性带10内张力，即控制楔形刚毛束9切向加载
力。

[0047] 在本实施例中，传动单元设置于法向驱动单元与带驱动切向加载单元之间，用于将位移‑力转换单元的弹力以柔性带10内张力的形式传至楔形刚毛束9，其中，柔性带10为
超薄柔性带，材质为聚酰亚胺薄膜；传动单元包括两片固连有楔形刚毛束9的柔性带10和分
别与两片柔性带10的非刚毛端连接的两套带端连接件15，两片楔形刚毛束9可以直接制作
在柔性带10上；两套带端连接件15均一端连接柔性带10，另一端连接弹簧14；工作时，带端
连接件15在加载架13内平行于加载架13的平面做直线运动。柔性带10、弹簧14、乳胶薄膜8
在黏附支架6和加载架13的支撑下组成的闭合矩形结构环，套在加载架13上。

[0048] 在本实施例中，加载架13的两侧以及黏附支架6的底部两侧均开设有转向槽，柔性带10的第一端穿过黏附支架6上的转向槽与楔形刚毛束9连接，第二端穿过加载架13上的转
向槽与带端连接件15连接，转向槽上与柔性带10的转向贴合处为圆弧面；黏附支架6上的圆
弧面与黏附支架6下工作端面设有一定距离，确保加载时超薄的柔性带10运动顺滑，不被挤
压。

[0049] 在本实施例中，支撑外框架5罩设于黏附支架6、柔性带10、加载架13、弹簧14、带端连接件15的外部，只留有供法向传动件1进入的顶部开口，通过法兰螺钉2和机械臂法兰连
接，并通过连接螺钉4和上盖3固定，通过固定销12和黏附支架6连接，其连接固定方式亦可
以根据具体工作需要进行更改，如支撑外框架5和黏附支架6亦可以通过螺栓连接；黏附支
架6为柔性带10开了转向槽，使柔性带10只能沿规定路径运动，可限制产生其他方向上的寄
生运动，从而实现对楔形刚毛束9的纯切向加载或卸载。

[0050] 本实施例采用柔性带10作为楔形刚毛束9的基底和传动部件，降低了驱动的难度，避免了复杂的竖直位移和水平位移的转换。

[0051] 本实施例将柔性基底的楔形刚毛束9引入到平面目标物拾取中，带驱动切向加载单元中海绵7与楔形刚毛束9分别位于柔性带10两侧，柔性带10与弹性体预压物不粘合，保
证了楔形刚毛束9的充分预压，并且能够维持黏附垫的原始柔性且不会影响拾取过程。

[0052] 本实施例采用主动力控制切向加载方式，引入加载力控制弹簧14，而不是传统的微位移加载。主动力控制加载方式具有很多传统微位移控制不具备的优点：第一点是通过
胡克定律，将法向驱动单元产生的大位移，转化为力弹簧14内的弹力，弹簧14内的弹力等于
传动单元中柔性带10内张力，张力传递到楔形刚毛束9，楔形刚毛束9根据张力自动匹配加
载微位移，至此完成大位移‑力‑微位移的转换；第二点是通过选择弹簧14的弹性系数，可以
控制加载力最小阈值，可以使加载力从小到大连续变化，这在传统微位移控制下是很难达
到的；第三点是提高了系统误差容忍度，传统的微位移下，细微的误差将会导致较大的后
果，在力控制方案中，由于胡克定律中弹性系数k的存在，微小的位移偏差只会导致较小的
加载力变化，但楔形刚毛束9仍会根据力匹配加载微位移，降低了系统控制精度要求；第四
点，通过配合法向驱动单元加载不同大小的位移，弹簧14将有不同拉伸量，达到动态主动调
整切向加载力的要求。

[0053] 本实施例采用串联弹簧14和传动单元中柔性带10的方式，在加载架13和黏附支架6的支撑下形成闭合矩形结构，根据同一带中张力相等原理，令两片楔形刚毛束9加载力一
致，方式简单有效，避免了繁杂的加载力均分机制。

[0054] 在本实施例中，支撑外框架5和上盖3是用来支撑整个机构，刚性材料即可，因而优选为ABS塑料。

[0055] 在本实施例中，为了进一步保证装置的稳定性，加载的均匀性，两个楔形刚毛束9、两个带驱动切向加载单元的海绵7和两个传动单元均对称设置于两侧。

[0056] 本实施例中采用仿生的楔形刚毛束9为黏附材料，楔形刚毛的黏附机理为范德华力效应；楔形刚毛束9具有低预压、高黏附、易脱附等特性，黏附时需要施加较小的预加载，
刚毛与目标物11表面接触，此时范德华力较小，在此基础上施加切向力使刚毛发生弯曲，刚
毛与目标物11的接触面积增大，相应的范德华力也随之增大。

[0057] 本实施例基于带驱动楔形刚毛束的力控制加载方式，具有实现法向宏观位移向切向加载力转换的功能，转换效果与弹簧14的弹性系数和乳胶薄膜8弹性系数有关，能够提高
拾取表面的适应性，也能根据切向加载力自动匹配加载微位移，带驱动切向加载单元对楔
形刚毛束9的加载方式为面加载。

[0058] 本实施例提供的基于带驱动楔形刚毛束的力控制加载干黏附机构工作时分为加载和卸载两个过程，如图6所示，在未加载状态下，仿生干黏附机构接近目标物11表面，在一
定预加载的作用下楔形刚毛束9尖端与目标物11表面接触，仿生干黏附机构未加载处于自
然状态，法向驱动单元未加载，带驱动切向加载单元未受到切向力的作用，在弹簧14的作用
下保持原来状态不变，此时仿生干黏附机构产生的黏附力很小。

[0059] 如图7所示，机构加载时的运动过程如下：首先机构朝着目标物11表面接近，楔形刚毛束9与目标物11表面接触，此时刚毛未发生弯曲，产生的法向粘附力很小；随后开始加
载，在法向驱动源的驱动下法向传动件1竖直向上运动x1，柔性带10、弹簧14、乳胶薄膜8在
加载架13和黏附支架6支撑下组成的闭合矩形结构张紧，弹簧14开始进一步拉伸δx，乳胶薄
膜8适应性拉伸微小位移δz，结合胡克定律可得到切向加载力，经过切向加载力的自匹配，
柔性带10和两片刚毛束9均切向加载位移δy，通过控制法向传动件1的法向位移，即可控制
楔形刚毛束单元的切向加载力。在其中，弹簧14起到将法向传动件1的位移转化为柔性带10
内张力的作用，切向加载力的变化是渐变的，减小了冲击，保证了平稳加载，加载灵敏，加载
力可调。

[0060] 如图8所示，机构卸载时的运动过程如下：驱动源带动法向传动件1反向加载，使其竖直向下复位运动x1，弹簧14开始复位回缩δx，乳胶薄膜8回缩δz辅助两片楔形刚毛束9进
行卸载δy，直至所有状态恢复到初始未加载状态。此时法向粘附力消失，通过控制支撑外框
架5将仿生干黏附机构与目标物11脱离，完成卸载。

[0061] 需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本
发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明
的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义
和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及
的权利要求。

[0062] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依
据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容
不应理解为对本发明的限制。