[发明专利]基于4D打印技术的水陆两栖推进装置及制造方法

说明书

本公开提供了一种基于4D打印技术的水陆两栖推进装置，包括：轮毂单元，所述轮毂单元外轮廓呈圆形，内部具有中空结构，所述中空结构内对应所述圆形的圆心位置设置有转轴部；多个桨叶结构单元，所述多个桨叶结构单元一端连接于所述中空结构内的转轴部，并呈均匀分布，每个桨叶结构单元呈板状，包括：至少一个变形部，所述变形部具有热刺激变形响应性能，其受到热刺激后能够在平直状态与弯曲状态之间转换；至少一个非变形部，与所述变形部连接，所述非变形部能够在所述变形部带动下由所述中空结构内部伸出至所述中空结构外。通过输入热刺激使桨叶结构发生变形，即可实现水陆两栖推进功能转换，不需要复杂的结构设计和控制系统。

技术领域

本公开涉及机器人领域，尤其涉及一种基于4D打印技术的水陆两栖推进装置、机器人及制造方法。

背景技术

随着先进科学技术突飞猛进地发展，机器人在工业生产、航空航天、抗震救灾以及生活服务等领域得到了日益广泛的应用。然而，现实生活中复杂多变的应用场景要求机器人需要具有对多种环境的适应能力。鉴于此，可在两种或两种以上的环境中工作的多功能机器人应运而生，如水陆两栖机器人、水空两栖机器人、陆空两栖机器人等。这当中由于水陆两栖机器人关系到民生、军事活动，因此应用最为广泛。常见的水陆两栖机器人有多种推进形式，包括：足式水陆两栖机器人、仿生式水陆两栖机器人、轮式水陆两栖机器人。其中，轮式水陆两栖机器人设计思路简单、运动效率高，得到广泛的关注。然而，传统水陆两栖机器人通常都是将两套运动机构集成在一起，当应对不同的工作环境时，可以通过复杂的控制实现水陆两栖功能转换。这就导致了此类机器人具有复杂的机械结构，增大了控制的难度，进而限制了水陆两栖机器人的发展。因此，迫切需要使水陆两栖机器人在具备两栖运动能力的同时保有较低的结构复杂度。

近年来，4D打印技术因其具有良好的大变形、可控性等特点，为工程师们提供了设计、制备具有外界刺激变形响应结构的新方法。4D打印技术在机器人领域有着巨大的潜在优势，包括：利用热刺激变形响应性质，设计具有变刚度性能的智能结构，该结构可作为钳子或机械手实现抓取重物的功能；将4D打印技术与折纸术结合，设计了“自折叠飞机”等多种结构，通过施加预应力使得其结构发生变化，在温度刺激下，可实现多种构型的变化。利用3D打印技术制备具有磁场响应的弹性体结构，在磁场作用下弹性体结构可以表现出良好的操控性。在磁场作用下，表现出良好的操控性。如今，4D打印技术已经大量使用新型智能和功能材料制备具有外界刺激变形响应的三维复杂结构，以期实现具有多稳态、易变形等优异性能的智能结构。4D打印技术实现了结构和功能的一体化成型，简化了复杂结构的成型工艺并增加了结构的智能性，这对机器人领域的进一步发展是十分必要。

对于传统水陆两栖机器人来说，推进结构往往具有复杂的机械结构和控制系统。利用4D打印技术的优势有望降低水陆两栖机器人推进结构复杂的困扰。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于4D打印技术的水陆两栖推进装置、机器人及制造方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于4D打印技术的水陆两栖推进装置，包括：

轮毂单元，所述轮毂单元外轮廓呈圆形，内部具有中空结构，所述中空结构内对应所述圆形的圆心位置设置有转轴部；

多个桨叶结构单元，所述多个桨叶结构单元一端连接于所述中空结构内的转轴部，并呈均匀分布，每个桨叶结构单元呈板状，包括：

至少一个变形部，所述变形部具有热刺激变形响应性能，其受到热刺激后能够在平直状态与弯曲状态之间转换；

至少一个非变形部，与所述变形部连接，所述非变形部能够在所述变形部带动下由所述中空结构内部伸出至所述中空结构外。