一种静电吸附力测试平台及其测力方法技术

本发明专利技术公开了一种静电吸附力测试平台及其测力方法，包括平台底座、基底板、基底框架、十字形滚珠丝杠驱动装置、静电吸附膜和吸附膜支架以及配套的控制采集界面窗口；所述基底框架和十字形滚珠丝杠驱动装置均安装于平台底座，基底板竖立安装于基底框架；所述吸附膜支架安装于十字形滚珠丝杠驱动装置，通过所述十字形滚珠丝杠驱动装置驱动吸附膜支架沿基底板的切向和法向移动；所述静电吸附膜布置于吸附膜支架并且与基底板平行；本发明专利技术的一种静电吸附力测试平台及测力方法，能够在同一平台上分别准确便捷地测量得到静电吸附膜的法向和切向静电吸附力，测量过程合理，测量准确。

【技术实现步骤摘要】
一种静电吸附力测试平台及其测力方法
本专利技术属于静电吸附力测量
，尤其涉及一种静电吸附力测试平台及其测力方法。
技术介绍
静电吸附现象在生活中广泛存在。常见的静电吸附是指当带静电的物体靠近另一个不带静电的物体时，由于静电感应,没带静电的物体内部靠近带静电物体的一边会集聚与带电物体所携带电荷相反极性的电荷(另一侧产生等量同性电荷)，由于异性电荷互相吸引，就会表现出“静电吸附”现象。正是由于静电吸附具有能吸附目标物体的性能，使得其很早被广泛应用在各种场合，如静电分拣，静电打印机，工业除尘以及静电夹具等。随着社会的发展和科技的进步，人工智能越来越受关注，这些智能产品的运动部分或者末端执行器大多需要与物体表面接触，以吸附的形式实现其功能。相较于传统吸附方式如真空吸附、磁吸附等，静电吸附具有能耗低、适应性广、响应速度快等优势。自1973年Wardly首次提出静电吸盘概念以来，静电吸附逐渐以静电吸片、静电吸附膜等形式表现出来，并在爬壁机器人、人体康复机构、管道清理机器人、机器人抓手等各个方面都有应用。静电吸附主要以静电吸附膜为表现形式，静电吸附膜是将电极布置到PET、硅胶等高分子材料上，在电极两端通电后会产生静电吸附力的一种薄膜。由于静电吸附力的影响因素众多，通过理论研究推导量化静电吸附力非常困难，通过实验手段测试则是量化静电吸附力的一个有效途径之一，对于静电吸附的理论研究和实际应用具有很大的促进作用。目前常见的吸附力测试手段通常是用弹簧测力计测量或是通过悬挂砝码来测量切向静电吸附力，这些测试方法人为影响因素较多，测量过程存在一定缺陷，测力方向单一，所测数据也不够准确。
技术实现思路
针对现有测试方法中的缺陷，为了能够在同一平台上分别准确便捷的测量到静电吸附膜的法向和切向静电吸附力，设计了如下静电吸附力测试平台及其测力方法。本专利技术的一种静电吸附力测试平台，包括平台底座、基底板、基底框架、十字形滚珠丝杠驱动装置、静电吸附膜和吸附膜支架以及配套的控制采集界面窗口；所述基底框架和十字形滚珠丝杠驱动装置均安装于平台底座，基底板竖立安装于基底框架；所述吸附膜支架安装于十字形滚珠丝杠驱动装置，通过所述十字形滚珠丝杠驱动装置驱动吸附膜支架沿基底板的切向和法向移动；所述静电吸附膜安装于吸附膜支架并且与基底板平行，测量法向静电吸附力时，先点击计算机上LabVIEW界面中的电机法向正传按钮，使丝杠带动膜支架上的静电吸附膜沿法向靠进基底板并紧密接触直到LabVIEW中采集界面上三维力传感器采集到的力达到规定大小的力，之后点击LabVIEW中电机停止按钮，即完成预载荷的施加。一定时间后再点击计算机上LabVIEW界面中的电机法向反传按钮使静电吸附膜与基底板沿法向脱离，在计算机LabVIEW界面中读取三维力传感器上记录到的最大法向力F1；接下来再点击计算机上LabVIEW界面中的电机法向正传按钮使静电吸附膜与基底板在法向上紧密接触直到力达到与之前相同预载荷后，点击LabVIEW界面中电机停止按钮使静电吸附膜停止运动，给静电吸附膜通高压电一定时间后，点击LabVIEW界面中法向反转按钮使静电吸附膜沿着法向与基底板脱离，从而记录下整个过程中最大法向力F2,用F2-F1即为法向静电吸附力（测量法向静电吸附力时，当静电吸附膜与基底板接触后会有范德华力等产生，所以要施加预载荷，使其在法向上紧密接触，从而减少范德华力等对测力效果的影响）。同理，测量切向静电吸附力时，点击计算机上LabVIEW界面中的电机法向正传按钮先让静电吸附膜与基底板在法向上接触后点击停止按钮，一定时间后点击LabVIEW界面中的电机切向正传按钮使丝杠带动静电吸附膜沿切向与基底板脱离记录此时的切向最大吸附力F3,之后再让静电吸附膜沿法向与基底板接触，点击LabVIEW界面中的停止按钮并给静电吸附膜通高压电一定时间后，点击LabVIEW界面中的电机切向反转按钮使静电吸附膜沿切向脱离基底板记录通电后最大切向吸附力F4，用F4-F3即为切向静电吸附力。（测量切向静电吸附力时不需要施加法向预载荷，因为施加了预载荷测量切向力时会产生约束力，影响测力效果）。进一步，所述吸附膜支架包括底板、立板、膜座和三维力传感器；所述立板竖立固定在底板上，所述膜座通过三维力传感器固定于立板朝向基底板的一侧；立板、膜座和基底板三者相互平行，通过三维力传感器来测量切向静电吸附力和法向静电吸附力。进一步，所述静电吸附膜通过硅胶粘接在膜座朝向基底板的一侧，如果要更换静电吸附膜只需要将静电吸附膜从膜座上用小刀掀开一个角，再拉扯下来即可，既能在实验时保证静电吸附膜牢固粘接到膜座上，也能方便静电吸附膜的更换，便于进行更多的实验。进一步，所述十字形滚珠丝杠驱动装置包括切向滚珠丝杠滑台模组和法向滚珠丝杠滑台模组；所述切向滚珠丝杠滑台模组和法向滚珠丝杠滑台模组分别包括机架、丝杠、滑块、导向杆、限位开关、联轴器和驱动电机；所述丝杠转动连接于机架，导向杆固定于机架并与丝杠平行，滑块套装于丝杠和导向杆上并且与丝杠之间通过螺纹配合，所述驱动电机固定于机架，驱动电机的输出轴通过联轴器连接于丝杠的一端，机架上固定安装有两个限位开关以限定滑块的运动范围；驱动电机为步进电机，当需要运动时，控制步进电机通过联轴器带动丝杠和滑块上连接的吸附膜支架一起运动。进一步，所述十字形滚珠丝杠驱动装置还包括连接板，所述切向滚珠丝杠滑台模组的机架固定安装于平台底座，所述法向滚珠丝杠滑台模组的机架通过所述连接板固定安装在切向滚珠丝杠滑台模组的滑块上；所述底板固定安装在法向滚珠丝杠滑台模组的滑块上。进一步，所述基底框架与平台底座之间固定连接有三角支架Ⅰ，结构稳固，能够承受较强的法向力和切向力，保证测力的准确性。进一步，所述底板与立板之间固定连接有三角支架Ⅱ；结构稳固，能够承受较强的法向力和切向力，保证测力的准确性。进一步，所述基底框架上设有用于安装基底板的水平插槽，水平插槽处设有用于将基底板紧固的紧固件，基底板便于更换，利于进行不同参数的基底板与静电吸附膜的相关实验研究。进一步，所述配套的控制采集界面窗口是在计算机LabVIEW软件中设置了控制电机转速和电机转动方向的按钮以及能够实时显示三维力传感器各个维度上采集到的力的大小的界面，所述按钮包括法向正传、法向反传、切向正转、切向反转、停止按钮以及控制速度的0-9级共10个按钮，点击对应的按钮可以控制电机的转速和方向；所述界面中从三维力传感器开始采集到力采集结束所有过程采集到的力都会以曲线图变现出来，也可以从中读取到整个过程中最大的力或者任意时刻的力。本专利技术的静电吸附力测力方法，包括法向静电吸附力测量方法和切向静电吸附力测力方法；测量法向静电吸附力时，先测量未通高压电时静电吸附膜上的静电吸附力F1，再测量通高压电时静电吸附膜上的静电吸附力，具体方法为：先点击计算机上LabVIEW界面中的电机法向正转按钮，使丝杠带动吸附膜支架上的静电吸附膜沿法向靠近基底板并紧密接触直到LabVIEW中采集界面上三维力传感器采集到的力达到规定大小的力，之后点击LabVIEW中电机停止按钮，即完成预载荷的施加，再点击计算机上LabVIEW界面中的电机法向反转按钮使静电吸附膜与基底板沿法向脱离，在计算机LabVIEW界面中读取三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电吸附力测试平台，其特征在于：包括平台底座、基底板、基底框架、十字形滚珠丝杠驱动装置、静电吸附膜和吸附膜支架以及配套的控制采集界面窗口；所述基底框架和十字形滚珠丝杠驱动装置均安装于平台底座，基底板竖立安装于基底框架；所述吸附膜支架安装于十字形滚珠丝杠驱动装置，通过所述十字形滚珠丝杠驱动装置驱动吸附膜支架沿基底板的切向和法向移动；所述静电吸附膜安装于吸附膜支架并且与基底板平行。

【技术特征摘要】
1.一种静电吸附力测试平台，其特征在于：包括平台底座、基底板、基底框架、十字形滚珠丝杠驱动装置、静电吸附膜和吸附膜支架以及配套的控制采集界面窗口；所述基底框架和十字形滚珠丝杠驱动装置均安装于平台底座，基底板竖立安装于基底框架；所述吸附膜支架安装于十字形滚珠丝杠驱动装置，通过所述十字形滚珠丝杠驱动装置驱动吸附膜支架沿基底板的切向和法向移动；所述静电吸附膜安装于吸附膜支架并且与基底板平行。2.根据权利要求1所述的一种静电吸附力测试平台，其特征在于：所述吸附膜支架包括底板、立板、膜座和三维力传感器；所述立板竖立固定在底板上，所述膜座通过三维力传感器固定于立板朝向基底板的一侧。3.根据权利要求2所述的一种静电吸附力测试平台，其特征在于：所述静电吸附膜通过硅胶粘接在膜座朝向基底板的一侧。4.根据权利要求3所述的一种静电吸附力测试平台，其特征在于：所述十字形滚珠丝杠驱动装置包括切向滚珠丝杠滑台模组和法向滚珠丝杠滑台模组；所述切向滚珠丝杠滑台模组和法向滚珠丝杠滑台模组分别包括机架、丝杠、滑块、导向杆、限位开关、联轴器和驱动电机；所述丝杠转动连接于机架，导向杆固定于机架并与丝杠平行，滑块套装于丝杠和导向杆上并且与丝杠之间通过螺纹配合，所述驱动电机固定于机架，驱动电机的输出轴通过联轴器连接于丝杠的一端，机架上固定安装有两个限位开关以限定滑块的运动范围。5.根据权利要求4所述的一种静电吸附力测试平台，其特征在于：所述十字形滚珠丝杠驱动装置还包括连接板，所述切向滚珠丝杠滑台模组的机架固定安装于平台底座，所述法向滚珠丝杠滑台模组的机架通过所述连接板固定安装在切向滚珠丝杠滑台模组的滑块上；所述底板固定安装在法向滚珠丝杠滑台模组的滑块上。6.根据权利要求1所述的一种静电吸附力测试平台，其特征在于：所述基底框架与平台底座之间固定连接有三角支架Ⅰ。7.根据权利要求2所述的一种静电吸附力测试平台，其特征在于：所述底板与立板之间固定连接有三角支架Ⅱ。8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的一种静电吸附力测试平台，其特征在于：所述基底框架上设有用于安装基底板的水平插槽，水平插槽处设有用于将基底板紧固的紧固件。9.根据权利要求1所述的一种静电吸附力测试平台，其特征在于：所述配套的控制采集界面窗口是在计算机La...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐，张卓，宋瑞洲，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50