基于静电场的抓取器研究

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1、基于静电场的抓取器研究10机电一体化Mechatronics2005年第1期基于静电场的抓取器研究木ResearchofaStaticElectricityGripper马奎董卫军戴辉（同济大学中德学院，上海200092）摘耍:该文针对一些透气薄片物体，如纸，纤维织物等再生产过程中的单件搬运要求.对基于静电力的抓取器进行了深入研究•在对静电场进行合理构建的基础上，研制出了--种可以对薄片物体进行单件抓取和放置的抓取器.实验结果表明，该抓取器工作稳定，可以抓取纸张以及类似形状的物体.关键词:抓取器静电感应静电力Abstract:Thepape

2、rcombinestheactualpmject.aimsattherequestofsOmespecialgraspobjects-forexamplewellventilatedthinpaper.someslicefibertextileandtogetherwithsomerelateddataofdomesticandintemationalcorrelativeresearchworksandtheresearchofauthortomakeoutsomedetailedanalysis,developadifferentpre

3、ceptcomparedwithmechanicalorvacuumsrippers.whichthestaticelectricityfieldastheworkprinciple.Bytheexperimentresultisvalidforthegraspofaboveobject.finallyoutlookinthiswokroffurtherresearchdirections.Keywords:sripperelectrostaticinfluenceelectrostaticforce0引言近年来，有许多科研机构和研究人员将

4、静电场力作为一种可控动力源直接用作微系统产品的动力源，如微机械手的驱动，静电马达的驱动等.在这些应用中，静电力都产生在电源正负极之间或直接作用在正负极上，是封闭式静电场,这种静电力不能对形成静电场结构之外的物体产生作用.本文通过对静电场的合理构建，实现了开放式的静电场结构，并且针对实际生产屮一些透气薄片物体的特殊抓取要求,设计研制了新型的静电抓取器.1静电抓取器应用原理1.1介质极化现象在电介质内,原子屮的电子被原子核的引力紧紧束缚不能分离，但却可以在原子大小的范围内移动•一般情况下，静电场只能使电介质中性分子中的正,负电荷产生微观相对运动

5、，而不能像静电场中导体内的自由电子作宏观定向运动.所以，在讨论静电场与电介质的相互作用吋，把电介质分子简化为电偶极子,认为电介质是由大量微小的电偶极子组成的•置于电场中的电介质，在外电场作用下,沿电场方向产生偶极矩,在介质表面产生束缚电荷的现象称为电介质的极化现彖.1・2静电感应静电抓取器为一种开放式结构•其主要应用原理基于静电感应现象，即:将一个不带电的金属导体放人有一定电场强度的电场中，导体内部的本项口由上海市纳米技术屮心资助，项口编号0214NM094.作者简介:马奎1961年出生，副教授.德国不伦瑞克工业犬学博士，同济大学研究生导师

6、•研究方向为微操作机器人技术.董卫军1979年生，同济大学在读研究生.研究方向为微操作及微操作系统.基于静电场的抓取器研究11自由电子受到电场力的作用，将会向电场的反方向运动，使得这个金屈导体的一边出现负电荷，另边出现正电荷.这种金属导体内部的自由电荷受外场力作用而重新分布的现象就是静电感应现象.对于在一个静电场中的非导体而言，也同样会产生上述的静电感应现象.1.3应用原理抓取器在整个抓取过稈中,最关键的是要保证被抓取物体的稳定和可靠（即静电力达到最大而又不能破坏被抓取物体的表面质量）.这就是要在抓取器工作面上建立起一个合适的静电场，最终通

7、过静电力的作用达到抓取目的.图1为静电抓取器结构原理示意图•电极板的不同部分分别与电源的正负两极相连,在电极板表面既带有正电荷，也带有负电荷，这种局部带电现象使得电荷密度增大,也使得导体表面邻近处的场强增大，静电力增大，以达到我们所需要的工作要求.吸附电极板图1静电抓取器结构原理示意图2静电力计算图2为静电抓取器开放式结构示意图•其中心轴相当于图1中的正吸附电极板，接入电源正极;绝缘层外的套简相当于负电极板，接入电源负极•在接入高压电源之后,正负电极之间局部区域内，由于集肤效应从而堆积了大量的电荷，使得物广一层其中:为相对介电常数,80为真

8、空介电常数，为抓取板宽度,Z为抓取板长度,d为抓取板与被板抓取物Z间的距离.公式(1)也可以改为图2静电抓取器开放式结构示意图为了更清楚地计算所产生的静电力大小，我们抽取图1中的