[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有效

专利信息
申请号: 201811631208.8 申请日: 2018-12-29
公开(公告)号: CN109733497B 公开(公告)日: 2020-05-26
发明(设计)人: 李征杰;刘子顺 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: B62D57/032 分类号: B62D57/032
代理公司: 西安智大知识产权代理事务所 61215 代理人: 何会侠
地址: 710049 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 形状 记忆 合金 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。

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