一种基于形状记忆合金的爬行软体机器及其驱动方法技术

本发明专利技术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。

A Crawling Software Machine Based on Shape Memory Alloy and Its Driving Method

The invention discloses a crawling software machine based on shape memory alloy material and its driving method, which is composed of a connector and four drivers fixed on the connector; the driver is composed of a shape memory alloy wire, a metal wire wound on the shape memory alloy wire and an elastomer containing liquid metal; the driving method is to heat metal using a high frequency alternating magnetic field. The heat generated is transmitted to the shape memory alloy wires to make them reach the end temperature of austenite transformation and undergo large bending deformation. The shape memory alloy wires with bending deformation drive the elastomer deformation and store the strain energy in the elastomer. The high frequency alternating magnetic field is removed and the shape memory alloy wires are cooled, and the elastomer containing liquid metal releases strain energy. Elastomer and shape memory alloy wire are restored to their original configuration. In the course of motion, four actuators are respectively stimulated according to a certain order, which can make the crawling software machine move directionally.

【技术实现步骤摘要】
一种基于形状记忆合金的爬行软体机器及其驱动方法
本专利技术涉及一种软体机器，具体涉及一种基于形状记忆合金丝的爬行软体机器及其驱动方法。研究背景小型爬行软体机器是一种可以沿着管道内部或者在狭小地形自动行走的一种操作机器，这种机器可以代替人类对狭小地形进行检测，能在各种复杂管道环境中，进行诊断和检测，因而广泛的而应用于管道损伤检测，地质考察，地震后生命勘探等方面。目前传统的小型爬行机器主要由刚体和关节组成。他们可以快速的完成爬行动作，然而，他们也有着一些劣势。首先，传统爬行机器大多数自由度有限，同时只能在简单的环境中运行。其次，传统的爬行机构刚度较高，在人使用其的过程中，传统的爬行机器可能会对人体造成伤害。再次，传统的小型爬行机构往往重量较大，不利于携带。除此之外，目前已有的利用形状记忆合金丝驱动的爬行软体机器，大多数是利用接线通电加热形状记忆合金丝，如申请号为201711153544.1江苏大学的小型软爬行人专利，申请号为201610705682.5的中国专利，这种通电加热方法有以下缺点，其一是通电线路复杂，其二，电源耗尽后，更换电源较为麻烦。次之，申请号为201610705682本文档来自技高网...

【技术保护点】
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...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李征杰，刘子顺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61