[发明专利]一种催化燃烧式微型直线驱动器及机器人

说明书

本发明公开了一种催化燃烧式微型直线驱动器及机器人。该驱动器包括伸缩丝、固定板、移动板、弹性梁、控制阀和基座。固定板固定在基座上。弹性梁两端与固定板、移动板分别固定。移动板与固定板之间通过一段或多段伸缩丝连接。伸缩丝的材质为形状记忆合金，在受热时能够收缩。伸缩丝的表面设置有催化燃烧的催化剂。弹性梁在初始状态下呈现弯曲状态，伸缩丝位于弹性梁内凹的一侧；控制阀固定在基座上。控制阀上设置有三个进气口和出气口。一个或多个出气口朝向伸缩丝。三个进气口能够单独控制开闭。本发明采用形状记忆合金受热发生缩短和简单的几何原理来设计的亚厘米级驱动器，能够有效地解决微型机器人自主驱动的问题。

技术领域

本发明属于微型机器人驱动技术领域。具体涉及一种利用高能量密度燃料在涂有铂催化剂上催化燃烧使伸缩丝受热发生缩短变形来进行驱动的一种微型驱动器及其制作流程。

背景技术

近年来，亚厘米级完全自主的微型机器人将给监控、药物输送、搜救和人工授粉等许多领域带来革命性的变化。微型驱动器现阶段主要采用压电式驱动器，虽然压电式驱动器具有极高的定位精度，但其所产生的力矩特别小，导致其应用范围比较小。此外像传统的直流电机式、电磁式、机械式等微型驱动器都展现出了因几何体积的限制导致其驱动力不足的缺点。此外，由于缺乏足够的动力系统来实现机器人的无系绳自主操作，大多数微型机器人通常只能在实验室内操作，而实验室内的微型机器人与固定的动力系统相连。所以本发明提出一种利用高能量密度燃料在涂有铂催化剂上燃烧使伸缩丝受热发生缩短变形即化学能转化为机械能作为驱动源的一种微型驱动器及其制作流程，解决微型机器人自主驱动问题，并提高其功率密度。

发明内容

本发明的目的是设计一种应用于亚厘米级别的微型机器人的驱动器及其制作方法。

第一方面，本发明提供一种催化燃烧式微型直线驱动器，其包括伸缩丝、固定板、移动板、弹性梁、控制阀和基座。固定板固定在基座上。弹性梁两端与固定板、移动板分别固定。移动板与固定板之间通过一段或多段伸缩丝连接。伸缩丝的材质为形状记忆合金，在受热时能够收缩。伸缩丝的表面设置有催化燃烧的催化剂。弹性梁在初始状态下呈现弯曲状态，伸缩丝位于弹性梁内凹的一侧；控制阀固定在基座上。控制阀上设置有三个进气口和出气口。一个或多个出气口朝向伸缩丝。三个进气口能够单独控制开闭。三个进气口分别为氢气进气口、空气进气口、冷却进气口，与氢气源、外界空气、冷却气源分别连接。

所述的控制阀能够将氢气和空气的混合气体输出到伸缩丝处，发生催化燃烧，使得伸缩丝的温度升高，长度收缩，带动移动板靠近固定板；控制阀能够将用于降温的冷却气体输出到伸缩丝处，使得伸缩丝的温度降低，长度伸长，移动板在弹性梁的弹力作用下远离固定板。

作为优选，所述的弹性梁由依次层叠的四层单向碳纤维预浸料组成。依次层叠的四层单向碳纤维预浸料的纤维方向相对于弹性梁长度方向的角度分别为0°、90°、90°、0°。

作为优选，所述的弹性梁包括位于中间的弯曲段和位于两端的两个平直段。两个平直段与固定板、移动板的侧面分别固定。弯曲段在初始状态下即为弯曲状态。

作为优选，移动板与固定板的相对端上均开设有间隔设置的两个穿丝孔。伸缩丝依次穿过移动板、固定板的两个穿丝孔，并将两端固定在一起，形成张紧的封闭环形。

作为优选，所述的弹性梁中开设有多个纵向孔道；各纵向孔道沿着弹性梁的宽度方向依次等间隔排列。

作为优选，所述的固定板和移动板均为环氧层压板。

作为优选，所述的冷却气源采用液氮罐或液氨罐。所述催化燃烧的催化剂采用铂。

第二方面，本发明提供前述催化燃烧式微型直线驱动器的制备方法，具体如下：

步骤一、使用二极管泵浦的固态紫外激光器切割环氧层压板，在环氧层压板上开设出加工槽。每个加工槽的两侧均设置有一对或多对凸起。成对的两个凸起正对且间隔设置，分别作为固定板和移动板。