一种基于4D打印的轮形移动机器人制造技术

本发明专利技术属于移动机器人领域，并具体公开了一种基于4D打印的轮形移动机器人。该轮形移动机器人包括主体单元、驱动单元和控制单元，其中：主体单元包括第一圆形滚动体、第二圆形滚动体、控制单元安装体和驱动单元安装体，第一圆形滚动体与第二圆形滚动体对称设置构成轮形移动机器人的滚动外壳；控制单元安装体设置在滚动外壳的内部，同时驱动单元安装体设置在控制单元安装体的外侧；驱动单元包括预设数量的4D打印形状记忆合金弹簧，其固定在驱动单元安装体的外侧。本发明专利技术无需额外的传感装置和驱动装置即可带动轮形移动机器人实现前、后翻滚，从而克服了传统移动机器人机械结构繁琐的缺点，具有结构简洁、控制简单、运动灵活等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于4D打印的轮形移动机器人


[0001]本专利技术属于移动机器人领域，更具体地，涉及一种基于4D打印的轮形移动机器人。

技术介绍

[0002]随着社会经济与科学技术的快速发展，人类活动领域的日益扩大，探索过程日益深入，机器人技术得到了迅速发展，已成为集机械、电子、计算机、控制、传感器、仿生学和人工智能等多学科理论与技术为一体的高新技术。机器人不仅可以代替人来进行许多劳动强度大、劳动时间长的工作，还可以在人类无法到达的恶劣环境中工作，为人类生活生产带来了许多便利、提供了新的可能。目前，机器人已成分人们生产生活中不可或缺的一部分。在各式各样的机器人中，移动机器人是一种具有自行组织、自主运行、自主规划的智能机器人，具有高的机动性和灵活性，在工业、农业、能源、医疗、服务等行业具有广泛的应用前景，因此逐渐成为机器人研究领域的一个重要分支。然而，传统移动机器人通常是通过繁琐的机械机构来实现移动能力，结构复杂、体积较大、控制困难。因此，研究和开发新型移动机器人具有重要意义。
[0003]4D打印技术通过将增材制造技术与智能材料、智能结构相结合，直接把材料与结构的变形、变性、变功能设计内置到制造过程中，实现了材料-结构-功能的一体化制造。通过4D打印技术制备的构件不再是静态的，而是能够在一定激励作用下在时间和空间维度发生形状、性能或功能的变化。形状记忆合金是一种具有独特形状记忆效应的智能金属材料，可实现感知、驱动、承载、能力转换等多种功能的集成。4D打印技术与形状记忆合金的结合有望推动智能变形件、智能传感器和智能驱动器等智能装备的发展，促进智能机器人新理念、新功能的颠覆性扩展。采用4D打印形状记忆合金制备移动机器人有望减少附加机电系统的使用，实现其智能化、小型化和轻量化。
[0004]目前关于4D打印移动机器人的研究还处于起步阶段，CN201910723585.2公开了一种基于4D打印技术的蜘蛛爬行机器人，该机器人是利用4D打印形状记忆合金仿生机械腿的伸展和弯曲变形来实现推进和爬行运动；CN201910807448.7公开了一种基于温度驱动的4D打印机器人，该机器人也是通过4D打印形状记忆合金驱动脚的伸展和弯曲变形来实现爬行运动。但是，现有4D打印移动机器人可实现的运动行为仍比较少。为进一步解锁4D打印技术在移动机器人领域的应用潜力，推动新型移动机器人的创新发展，研究和开发新型4D打印移动机器人仍十分必要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于4D打印的轮形移动机器人，其中该轮形移动机器人由两个圆形滚动体连接形成滚动外壳，并利用4D打印形状记忆合金弹簧的伸长和压缩实现对该轮形移动机器人的驱动，因此无需额外的传感装置和驱动装置即可带动轮形移动机器人实现前、后翻滚，从而克服了传统移动机器人机械结构繁琐的缺点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于4D打印的轮形移动机器人，该轮形移动机器人包括主体单元、驱动单元和控制单元，其中：
[0007]所述主体单元包括第一圆形滚动体、第二圆形滚动体、控制单元安装体和驱动单元安装体，所述第一圆形滚动体与第二圆形滚动体对称设置构成所述轮形移动机器人的滚动外壳；所述控制单元安装体设置在所述滚动外壳的内部，同时所驱动单元安装体设置在所述控制单元安装体的外侧；
[0008]所述驱动单元包括预设数量的4D打印形状记忆合金弹簧，其固定在所述驱动单元安装体的外侧，工作时通过所述4D打印形状记忆合金弹簧的伸长或压缩实现对所述轮形移动机器人的驱动；
[0009]所述控制单元设置在所述单元安装体的内部，用于控制所述4D打印形状记忆合金弹簧的伸长或压缩。
[0010]作为进一步优选地，所述主体单元采用熔融沉积技术、激光选区烧结技术或光固化技术进行制备。
[0011]作为进一步优选地，所述主体单元中第一圆形滚动体、驱动单元安装体和控制单元安装体一体化成形，所述第二圆形滚动体单独成形，然后通过装配获得所述主体单元。
[0012]作为进一步优选地，所述4D打印形状记忆合金弹簧采用Ni-Ti形状记忆合金制成，其中Ni元素的含量为50％～60％，剩余为Ti元素和杂质，并且所述杂质的含量<1％。
[0013]作为进一步优选地，所述4D打印形状记忆合金弹簧采用激光选区熔化增材制造技术成形，其成形工艺参数包括：激光功率为150W～250W，扫描速度为1000mm/s～1400mm/s，单层粉末厚度为30μm～40μm，扫描间距为80μm～120μm。
[0014]作为进一步优选地，所述4D打印形状记忆合金弹簧具有双程形状记忆效应，其训练过程具体为：将所述4D打印形状记忆合金弹簧在室温下进行压缩变形，然后置于450℃～600℃下退火2min～5min后冷却至室温，循环以上处理过程4次～10次即可完成训练。
[0015]作为进一步优选地，所述控制单元包括电池组和控制器，所述电池组用于提供电源，并通过所述控制器控制电流的通断，以此控制所述4D打印形状记忆合金弹簧的伸长或压缩。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0017]1.本专利技术提供了一种基于4D打印的轮形移动机器人，为智能移动机器人的设计和制备提供了新思路和新方法，其通过两个圆形滚动体连接形成滚动外壳，并利用4D打印形状记忆合金弹簧的伸长和压缩实现对该轮形移动机器人的驱动，无需额外的传感装置和驱动装置即可带动轮形移动机器人实现前、后翻滚，从而克服了传统移动机器人机械结构繁琐的缺点，具有结构简洁、控制简单、运动灵活等优点，实现了移动机器人的小型化、智能化和轻质化；
[0018]2.尤其是，本专利技术通过对4D打印形状记忆合金弹簧的制备过程进行优化，能够有效提高轮形移动机器人的稳定性、灵活性和准确性。
附图说明
[0019]图1是按照本专利技术优选实施例构建的基于4D打印的轮形移动机器人的整体结构示
意图；
[0020]图2是本专利技术优选实施例提供的基于4D打印的轮形移动机器人的爆炸图；
[0021]图3是按照本专利技术优选实施例构建的基于4D打印的轮形移动机器人中主体单元的结构示意图；
[0022]图4是本专利技术优选实施例提供的基于4D打印的轮形移动机器人的主体单元的爆炸图；
[0023]图5是按照本专利技术优选实施例构建的驱动单元与主体单元的装配示意图；
[0024]图6是本专利技术提供的基于4D打印的轮形移动机器人的运动原理示意图。
[0025]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0026]1-主体单元，2-驱动单元，3-控制单元，4-驱动单元安装体，5-控制单元安装体，6-第一圆形滚动体，7-第二圆形滚动体，8-第一导线穿通孔，9-第二导线穿通孔。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于4D打印的轮形移动机器人，其特征在于，该轮形移动机器人包括主体单元(1)、驱动单元(2)和控制单元(3)，其中：所述主体单元(1)包括第一圆形滚动体(6)、第二圆形滚动体(7)、控制单元安装体(5)和驱动单元安装体(4)，所述第一圆形滚动体(6)与第二圆形滚动体(7)对称设置构成所述轮形移动机器人的滚动外壳；所述控制单元安装体(5)设置在所述滚动外壳的内部，同时所述驱动单元安装体(4)设置在所述控制单元安装体(5)的外侧；所述驱动单元(2)包括预设数量的4D打印形状记忆合金弹簧，其固定在所述驱动单元安装体(4)的外侧，工作时通过所述4D打印形状记忆合金弹簧的伸长或压缩实现对所述轮形移动机器人的驱动；所述控制单元(3)设置在所述单元安装体(5)的内部，用于控制所述4D打印形状记忆合金弹簧的伸长或压缩。2.如权利要求1所述的基于4D打印的轮形移动机器人，其特征在于，所述主体单元(1)采用熔融沉积技术、激光选区烧结技术或光固化技术进行制备。3.如权利要求1所述的基于4D打印的轮形移动机器人，其特征在于，所述主体单元(1)中第一圆形滚动体(6)、驱动单元安装体(4)和控制单元安装体(5)一体化成形，所述第二圆形滚动体(7)单独成形，然后通...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏彬，杨潇，闫春泽，李旭，伍宏志，李慧聪，李乐川，雷烽骁，王明哲，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：