详情

原文传递一种基于形状记忆合金的爬行软体机器及其驱动方法

专利名称：	一种基于形状记忆合金的爬行软体机器及其驱动方法
摘要：	本发明公开了一种基于形状记忆合金材料的爬行软体机器及其驱动方法，该机器由连接体和固结在连接体上的四个驱动器组成；驱动器由形状记忆合金丝、绕制在形状记忆合金丝上的金属线以及含有液态金属的弹性体组成；其驱动方法是利用高频交变磁场加热金属线，所产生的热量传导到形状记忆合金丝上，使其达到奥氏体相变转变终止温度并且发生较大弯曲变形，发生弯曲变形的形状记忆合金丝带动弹性体变形，并将应变能储存在弹性体中；撤去高频交变磁场，形状记忆合金丝冷却，含有液态金属的弹性体释放应变能，弹性体和形状记忆合金丝恢复到初始构型；在运动过程中，按照一定顺序分别激励四个驱动器，可以使爬行软体机器定向运动。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安交通大学
发明人：	李征杰;刘子顺
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201811631208.8
公开号：	CN109733497A
代理机构：	西安智大知识产权代理事务所
代理人：	何会侠
分类号：	B62D57/032(2006.01);B;B62;B62D;B62D57
申请人地址：	710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
主权项：	1.一种基于形状记忆合金的爬行软体机器，其特征在于：由连接体(1)和固结在连接体(1)上的四个驱动器(2)组成；所述连接体(1)由弹性体组成，其四个方向上连接着四个独立的驱动器(2)，分别形成爬行软体机器的左腿、右腿、前腿和后腿；所述驱动器(2)由形状记忆合金丝(4)、绕制在形状记忆合金丝(4)上的金属线(5)以及包覆形状记忆合金丝(4)和金属线(5)的含有液态金属的弹性体(3)组成；或者当所用的形状记忆合金丝为镍钛合金形状记忆合金丝,且形状记忆合金丝(4)的直径超过1mm时，该大直径的形状记忆合金丝(4)上不需要绕制金属线(5)，则驱动器(2)只由大直径的形状记忆合金丝(4)以及含有液态金属的弹性体(3)组成。 2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的爬行软体机器，其特征在于：所述连接体(1)的外观呈现井字形。 3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的爬行软体机器，其特征在于：所述连接体(1)用医用硅胶或者Eco-flex浇筑在由3D打印出的模具中制成。 4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的爬行软体机器，其特征在于：所述驱动器(2)的制作过程如下，首先利用3D打印技术制作出模具，再用医用硅胶交联剂与单体以及镓铟锡液态金属按照质量比为4:4:1制作出含有液态金属的混合液，先浇筑混合液至模具的一半，等其固化完成后，放入外绕制金属线(5)的形状记忆合金丝(4)或直接放入大直径的镍钛合金形状记忆合金丝，再浇筑混合液填满模具，当混合液固化为含有液态金属的弹性体(3)之后，驱动器(2)制作完成。 5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的爬行软体机器，其特征在于：所述金属线(5)为铜丝或银丝。 6.权利要求1至5任一项所述的基于形状记忆合金的爬行软体机器的驱动方法，其特征在于：其驱动方法为：外加高频交变磁场(6)激励驱动器(2)，绕在形状记忆合金丝(4)上的金属线(5)内因高频交变磁场(6)而感生出涡流，感生的涡流加热金属线(5)，金属线(5)上的热量传导至形状记忆合金丝(4)上，使得形状记忆合金丝(4)的温度上升达到奥氏体转变终止温度并发生大的弯曲变形，弯曲变形的形状记忆合金丝带动弹性体(3)变形，并将应变能储存在弹性体(3)中；停止高频交变磁场(6)激励，形状记忆合金丝(4)以及金属线(5)上的热量迅速由弹性体(3)中的液态金属传导至空气中，形状记忆合金丝(4)的温度下降，储存在弹性体(3)中的应变能释放，使得弹性体(3)和形状记忆合金丝(4)恢复原状；或者其驱动方法为外加高频交变磁场(6)，将直接在大直径的镍钛合金形状记忆合金丝的中产生涡流，涡流产生的热量直接加热形状记忆合金丝(4)，使得形状记忆合金丝(4)的温度上升达到奥氏体转变终止温度并发生大的弯曲变形，弯曲变形的形状记忆合金丝带动弹性体(3)变形，并将应变能储存在弹性体(3)中；停止高频交变磁场激励，形状记忆合金丝(4)以及金属线(5)上的热量迅速由含有弹性体(3)的液态金属传导至空气中，形状记忆合金丝(4)的温度下降，储存在弹性体中的应变能释放，使得弹性体(3)和形状记忆合金丝(4)恢复原状。 7.根据权利要求6所述的驱动方法，其特征在于：为了实现爬行软体机器的定向运动，需要按照如下步骤激励各个驱动器，以向右运动为例说明：步骤1：外加高频交变磁场(6)，激励爬行软体机器的右腿，高频交变磁场在驱动器(2)中的金属线(5)中产生涡流，涡流加热金属线(5)，同时热量由金属线传导给了形状记忆合金丝(4)，形状记忆合金丝(4)温度升高超过奥氏体相变转变终止温度并发生弯曲变形，从而带动弹性体(3)变形，将应变能储存在弹性体(3)中；在此步骤中，爬行软机器重心右移，因而右腿承受了爬行软体机器更多的重量，因故所受摩擦力更大，左腿所受摩擦力更小，因而爬行软体机器左腿向右运动；步骤2：保持加在右腿的高频交变磁场(6)，同时，给予左腿高频交变磁场激励，和步骤1过程类似，左腿的形状记忆合金丝(4)发生弯曲变形，直至对称状态；步骤3：撤去右腿的高频交变磁场(6)，保持左腿的高频交变磁场(6)，右腿的形状记忆合金丝(4)以及金属线(5)的热量迅速被弹性体(3)中的液态金属散失到空气中，弹性体中的应变能释放，右腿的弹性体(3)和形状记忆合金丝(4)迅速恢复成原状，因故右腿向右运动；步骤4：最后撤去左腿的高频交变磁场(6)，类似的有，左腿的形状记忆合金丝(4)恢复原状，恢复原状的过程中会对整个爬行软体机器有一个向右的推力，致使爬行软体机器继续向右运动；重复上述步骤，小型软爬行机器人本体不断地向右定向运动；若想要爬行软体机器向其他方向定向运动，采取类似的驱动步骤，即能够使得驱动器(2)向前定向运动。
所属类别：	发明专利