真空吸盘作为自动化行业中重要的终端执行元件,其不但在工业领域中被广泛使用,同时也经常出现在人们的日常生活中。由于真空吸盘的需求量巨大,同时具有应用范围广、使用环境差异巨大的特点,因此如何进一步提高真空吸盘的吸附性能,并满足不同行业的实际需求具有重要的现实意义。自然界中生物为了更好的生存与发展,通过长时间不断的进化,已经完全适应自身所处的生存环境。其中吸附能力作为很多动物具有的基本能力之一,是保证其生存的关键。鲍鱼作为常见的水生生物,其腹足具有的强大吸附能力,可以牢固的吸附于水中的岩礁表面。本文基于工程仿生的思想,以鲍鱼腹足作为仿生原型,首先对鲍鱼腹足形态以及吸附能力进行研究,然后根据鲍鱼腹足表面形态设计仿生吸盘,以达到提高真空吸盘吸附及密封性的目的。本文首先通过显微镜对鲍鱼腹足表面的微观形态进行观察,发现腹足表面由大量垂直于表面的纤维组成。为了分析鲍鱼腹足吸附力中各种力的组成及所占比例,对水生吸附性生物中常见的几种吸附力如真空负压力、范德华力以及毛细力的基本作用原理以及相应的计算方法进行了研究。设计并加工5种测力板用于鲍鱼吸附性拉伸试验,同时设计并采用3D打印的方法加工制作了用于在试验中将鲍鱼拉起的吊钩。选取质量范围在50g到60g之间的鲍鱼进行拉伸试验,每种测力板进行10次试验。根据试验结果对鲍鱼腹足吸附力的组成以及每种力所占比例进行分析计算。由分析结果可知,鲍鱼腹足吸附力主要由真空负压力和范德华力组成,其中真空负压力所占比例最大,约为总吸附力的60%。范德华力普遍占总吸附力的20%左右。而液桥力仅仅占总吸附力的1%上下。液桥力的主要作用是填补鲍鱼腹足与吸附面之间的缝隙,提高腹足与测力板之间的密封性,从而间接提高腹足的吸附性能。鲍鱼腹足吸附力中由真空负压所产生的吸附作用主要分为三部分,分别为以鲍鱼腹足整体作为吸盘而产生的吸附作用,鲍鱼腹足局部的真空吸附作用以及腹足与测力板之间由摩擦产生的阻止吸盘收缩变形从而发生泄漏的等效吸附作用。这三种吸附作用产生的吸附力值分别占总真空吸附力值的三分之一左右。选取六种具有不同表面形态的玻璃板作为测力板对鲍鱼进行吸附力试验。由试验结果可知,鲍鱼腹足在具有不同表面粗糙度玻璃板上的吸附力差异不显著,在具有不同表面形态的玻璃板上的吸附力差异显著。当玻璃板表面形态特征本身以及相邻形态之间变化过于迅速,即转角尖锐、棱角过多,鲍鱼腹足难以完全与吸附面形成良好贴附状态,因此吸附力提升不明显。当玻璃板表面形态特征或特征之间变化平缓、转角过度缓慢,鲍鱼腹足既可以与之形成良好的贴附状态,从而提高了鲍鱼腹足在其表面的吸附面积,增大了鲍鱼腹足的吸附力。当鲍鱼腹足吸附在表面具有凹坑形态的玻璃板表面时,腹足与每个小坑形成独立的封闭结构,从而使腹足的吸附力提升显著。选取工业中实际的真空吸盘作为原型,对标准吸盘进行三维模型的建立,并通过有限元分析软件对其吸附时的底面受力情况进行分析。提取鲍鱼吸附时腹足的形态特征,在标准吸盘底面设计仿生形态。总共设计了16种仿生吸盘,并同样对其进行了有限元分析。由分析结果可知,密封环以及条纹形凹槽结构距吸盘中心的距离对仿生吸盘吸附性的影响较大,而凹槽分布角度与数量对吸盘吸附性的影响较小。其中密封环宽度为1.5mm、条纹凹槽距吸盘中心距离为20mm的仿生吸盘具有较好的吸附性能,仿生8号吸盘的吸附性能最好。根据标准与仿生吸盘的三维模型设计了用于浇注吸盘的模具,采用3D打印的方法对吸盘模具进行加工制造,并采用浇注的方法得到标准与仿生吸盘实体。设计并搭建了真空吸盘吸附性及密封性检测试验台,对标准吸盘以及仿生吸盘实体进行了吸附性拉伸试验以及密封性试验。由结果可知,仿生8号吸盘具有良好的吸附性能,在40%真空度下,其最大吸附力比标准吸盘提高了5.32%。在吸盘密封性试验中,仿生8号吸盘的泄漏量最小,相对于标准吸盘其泄漏量减小了53.2%。表明仿生8号吸盘具有良好的吸附及密封性能,并与有限元模拟结果相一致。通过高速摄像机对吸盘从吸附到被拉起的全过程进行了拍摄,由分析可知,阻止吸盘边缘受力发生向内收缩滑动以及吸盘内腔与外界大气相连通是提高吸盘吸附性能的关键。仿生吸盘边缘的环形密封环结构可以有效提高吸盘边缘的密封性能,同时吸盘底面的条纹形凹槽结构在边缘发生挤压隆起时可以为吸盘边缘向内收缩提供更多的空间,减缓吸盘边缘发生相对挤压的程度,降低了由于吸盘边缘发生隆起使吸盘内部与外界相连通的机率,从而提高了仿生吸盘的吸附能力。