[发明专利]一种基于形状记忆合金的爬行软体机器及其驱动方法

权利要求书

1.一种基于形状记忆合金的爬行软体机器的驱动方法，所述爬行软体机器由连接体(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，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；

其特征在于：所述驱动方法为：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。

2.根据权利要求1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，以向右运动来说明：

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。

3.根据权利要求1所述的驱动方法，其特征在于：所述连接体(1)的外观呈现井字形。

4.根据权利要求1所述的驱动方法，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。