[發明專利]一種熱驅動柔性滾輪

在審

• 申請號: 202110989934.2
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113586379A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 坎標;徐旺;龔柯健
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: F03G7/06
• 分類號: F03G7/06;B60B19/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 許婉靜

本發明公開一種熱驅動柔性滾輪，所述熱驅動柔性滾輪由7段首尾相連的彎曲元件構成，每段彎曲元件由TPU薄膜和PI薄膜組成，其中PI薄膜置于滾輪外測，TPU薄膜粘貼于滾輪內測。將柔性滾輪放置于高溫平臺上時，滾輪受熱產生連續滾動。彎曲元件為7段時，滾輪可在40s內滾動50mm的距離，最大滾動速度可達1.6mm/s。

技術領域

本發明屬于柔性滾輪領域，具體涉及一種熱驅動柔性滾輪。

背景技術

滾輪由于具有平穩、省力等優點在生產生活中被廣泛運用。傳統的滾輪如汽車車輪和自行車輪等，它們通常由電力或機械裝置傳遞扭矩，從而獲得滾動的動力。然而在一些要求滾輪輕質、微型、無自帶動力源等特殊場合下，則需要尋找新型驅動方式來驅動滾輪運動。采用新的驅動方式同時也意味著滾輪需要有不同于傳統的新結構。

公開號CN108484951B的中國專利于2020年9月22日公開了一種利用光熱響應材料制備光熱驅動機器人的方法，通過在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上引入石墨烯氧化物和金納米棒的復合物薄膜，得到雙層薄膜作為制備機器人的原材料薄膜，并利用商用的光盤光雕光驅對原材料薄膜上層的復合薄膜進行激光掃描改性，獲得圖案化的機器人結構；掃描時，激光對機器人結構中的光驅動器區域完成光還原，使得這些區域的復合薄膜同時獲得高吸光度和高熱導率，連同下層PMMA薄膜形成高效的光驅動器組件。在用光源照射機器人進行驅動時，由于還原后的光驅動器區域的復合薄膜的熱膨脹系數遠小于PMMA薄膜，使得光驅動器組件迅速向復合薄膜一側彎曲，進而驅動機器人變形。該專利利用復合薄膜的光熱特性驅動機器人變形，但無法實現驅動滾輪滾動。目前，也未檢索到利用熱驅動實現滾輪滾動的相關研究。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明提供一種熱驅動柔性滾輪，用于在要求滾輪輕質、微型、無自帶動力源等特殊場合下，達到驅動滾輪運動的效果。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種熱驅動柔性滾輪，所述滾輪由多段熱驅動彎曲元件構成，每段所述熱驅動彎曲元件均包括PI薄膜和TPU薄膜，所述PI薄膜呈圓環狀且設于滾輪外側；每段所述熱驅動彎曲元件對應一段TPU薄膜，每段所述TPU薄膜均固定于PI薄膜內側，且多段所述TPU薄膜首尾相連；多段所述TPU薄膜的外貼合面總長度與PI薄膜的內貼合面長度相同，每段所述TPU薄膜均為長度相同的矩形結構。

上述技術方案中，滾輪由多段熱驅動彎曲元件構成，每段熱驅動彎曲元件由PI薄膜和TPU薄膜構成，使滾輪具有柔性特征；PI薄膜設于滾輪外側，TPU薄膜設于PI薄膜內側，且TPU薄膜為分段式結構，每段TPU薄膜長度相同，多段TPU薄膜首尾相連固定于PI薄膜內，從而形成多段彎曲元件構成的滾輪；該技術方案與熱源接觸時，可通過熱驅動的方式產生連續滾動，不需要電機驅動，也不需要連接機械傳動裝置進行驅動，更不依賴電源，具有結構簡單、質量輕、驅動方便等優點。

進一步地，所述PI薄膜的厚度為0.04～0.06mm，寬度為10～15mm。

進一步地，每段所述TPU薄膜的厚度為0.3～0.6mm，長度為30～40mm，寬度為10～15mm。

進一步地，每段所述TPU薄膜的寬度均與PI薄膜的寬度相同。

進一步地，所述PI薄膜為一體式圓環，設置于滾輪外側。

進一步地，所述PI薄膜由多段圓弧首尾相連形成圓環狀，多段所述圓弧的弧長和半徑均相同。

進一步地，所述滾輪由7段熱驅動彎曲元件構成，每段熱驅動彎曲元件由PI薄膜和一段TPU薄膜構成，7段TPU薄膜首尾相連粘貼于PI薄膜內側。

所述熱驅動柔性滾輪的驅動方法，包括：

將滾輪放置于高溫平臺；

所述滾輪上當前段熱驅動彎曲元件的最左端與高溫平臺相接觸；