[发明专利]一种基于4D打印的轮形移动机器人

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于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。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于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：

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；

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；