随着我国工业生产和自动化水平的不断提高,真空设备得到越来越广泛的应用,高性能真空吸盘的研制在工业制造中的重要性也日益凸显,因此,提高吸盘自身的吸附力及密封性能,研制出可靠性高、吸附性能强的新型吸盘具有十分重要的意义。自然界中的许多生物在长期适应生存环境的过程中进化出了性能优越的吸盘结构,这些生物吸盘不仅吸附力强,并且具有极强的表面适应性,基于这些生物吸盘的吸附机理开发具备高吸附性能的仿生吸盘具有重要意义。水蛭作为一种典型的多吸盘生物,喜欢吸附于河岸边的草丛或石块底部等各种粗糙的表面上,并能够利用其首末两端的吸盘进行尺蠖式爬行。本文以工程仿生理论为指导,对水蛭吸盘的结构形态及其吸附能力进行了研究,并根据水蛭吸盘表面结构及形态特点对现有吸盘进行工程仿生设计,以求获得具备高吸附性能的仿生真空吸盘。本文对水蛭吸盘的高性能吸附机理进行了研究。利用体式显微镜与扫描电子显微镜对生物吸盘表面形态结构及剖面组织进行观察,观测发现水蛭吸盘表面存在大量的褶皱及直径为0.5-1.5μm的凹坑结构。对水蛭后吸盘的自主吸附、脱附过程及拉脱过程中的形态变化进行了对比分析。利用电子拉伸试验机对水蛭后吸盘在不同真空条件及不同粗糙度表面的吸附力进行了测试,测试发现真空负压在水蛭的吸附中起到了重要作用,并且水蛭在粗糙表面上依然具有良好的吸附性能。对水蛭在粗糙表面的吸附机理进行了分析,发现水蛭在粗糙表面的高性能吸附及密封为真空负压吸附、微米级凹坑结构吸附、粘液密封及组织变形密封共同耦合作用形成。基于水蛭吸盘的高性能吸附机理,对水蛭吸盘表面形态要素进行分析、提取。利用部分正交多项式回归设计方法制定仿生吸盘吸附力试验方案,并按照试验方案对仿生吸盘及其模具进行了建模与加工,最终获得9组仿生吸盘与1组用于对比试验的标准吸盘。对标准吸盘与仿生吸盘的吸附性能进行了测试,测试结果显示,仿生吸盘的吸附力均明显大于标准吸盘,其因素水平最优组合的吸附力相比于标准吸盘提高了接近50%。基于吸附力测试结果进行了极差分析与回归方程拟合,并利用拟合方程绘制了各因素水平对吸盘吸附力的响应曲面图,响应曲面显示:仿生吸盘的吸附力会随着半球形凹坑结构凹坑直径及排间距的增大而增大,而随半球形凹坑单排数量的增大而呈现出先增大后减小的趋势。为了研究仿生吸盘的性能提升的作用机理,通过有限元方法及ANSYS Workbench仿真平台对标准吸盘与仿生吸盘吸附状态下的受力状况进行了分析,并对标准及仿生吸盘的拉脱过程进行了观察。研究结果表明:仿生吸盘通过增大吸盘工作表面与基底表面之间的接触面积,利用半球形凹坑变形形成次级吸盘,让吸盘自身获得了更大的吸附力;通过提高吸盘与基底表面间的接触压力,提高吸盘的密封性能;通过增大吸盘与基底表面间的摩擦应力,半球形凹坑发生逐排脱附,减缓了拉力对吸盘密闭空间的破坏。