[发明专利]一种热驱动柔性滚轮

说明书

本发明公开一种热驱动柔性滚轮，所述热驱动柔性滚轮由7段首尾相连的弯曲元件构成，每段弯曲元件由TPU薄膜和PI薄膜组成，其中PI薄膜置于滚轮外测，TPU薄膜粘贴于滚轮内测。将柔性滚轮放置于高温平台上时，滚轮受热产生连续滚动。弯曲元件为7段时，滚轮可在40s内滚动50mm的距离，最大滚动速度可达1.6mm/s。

技术领域

本发明属于柔性滚轮领域，具体涉及一种热驱动柔性滚轮。

背景技术

滚轮由于具有平稳、省力等优点在生产生活中被广泛运用。传统的滚轮如汽车车轮和自行车轮等，它们通常由电力或机械装置传递扭矩，从而获得滚动的动力。然而在一些要求滚轮轻质、微型、无自带动力源等特殊场合下，则需要寻找新型驱动方式来驱动滚轮运动。采用新的驱动方式同时也意味着滚轮需要有不同于传统的新结构。

公开号CN108484951B的中国专利于2020年9月22日公开了一种利用光热响应材料制备光热驱动机器人的方法，通过在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上引入石墨烯氧化物和金纳米棒的复合物薄膜，得到双层薄膜作为制备机器人的原材料薄膜，并利用商用的光盘光雕光驱对原材料薄膜上层的复合薄膜进行激光扫描改性，获得图案化的机器人结构；扫描时，激光对机器人结构中的光驱动器区域完成光还原，使得这些区域的复合薄膜同时获得高吸光度和高热导率，连同下层PMMA薄膜形成高效的光驱动器组件。在用光源照射机器人进行驱动时，由于还原后的光驱动器区域的复合薄膜的热膨胀系数远小于PMMA薄膜，使得光驱动器组件迅速向复合薄膜一侧弯曲，进而驱动机器人变形。该专利利用复合薄膜的光热特性驱动机器人变形，但无法实现驱动滚轮滚动。目前，也未检索到利用热驱动实现滚轮滚动的相关研究。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种热驱动柔性滚轮，用于在要求滚轮轻质、微型、无自带动力源等特殊场合下，达到驱动滚轮运动的效果。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种热驱动柔性滚轮，所述滚轮由多段热驱动弯曲元件构成，每段所述热驱动弯曲元件均包括PI薄膜和TPU薄膜，所述PI薄膜呈圆环状且设于滚轮外侧；每段所述热驱动弯曲元件对应一段TPU薄膜，每段所述TPU薄膜均固定于PI薄膜内侧，且多段所述TPU薄膜首尾相连；多段所述TPU薄膜的外贴合面总长度与PI薄膜的内贴合面长度相同，每段所述TPU薄膜均为长度相同的矩形结构。

上述技术方案中，滚轮由多段热驱动弯曲元件构成，每段热驱动弯曲元件由PI薄膜和TPU薄膜构成，使滚轮具有柔性特征；PI薄膜设于滚轮外侧，TPU薄膜设于PI薄膜内侧，且TPU薄膜为分段式结构，每段TPU薄膜长度相同，多段TPU薄膜首尾相连固定于PI薄膜内，从而形成多段弯曲元件构成的滚轮；该技术方案与热源接触时，可通过热驱动的方式产生连续滚动，不需要电机驱动，也不需要连接机械传动装置进行驱动，更不依赖电源，具有结构简单、质量轻、驱动方便等优点。

进一步地，所述PI薄膜的厚度为0.04～0.06mm，宽度为10～15mm。

进一步地，每段所述TPU薄膜的厚度为0.3～0.6mm，长度为30～40mm，宽度为10～15mm。

进一步地，每段所述TPU薄膜的宽度均与PI薄膜的宽度相同。

进一步地，所述PI薄膜为一体式圆环，设置于滚轮外侧。

进一步地，所述PI薄膜由多段圆弧首尾相连形成圆环状，多段所述圆弧的弧长和半径均相同。

进一步地，所述滚轮由7段热驱动弯曲元件构成，每段热驱动弯曲元件由PI薄膜和一段TPU薄膜构成，7段TPU薄膜首尾相连粘贴于PI薄膜内侧。

所述热驱动柔性滚轮的驱动方法，包括：

将滚轮放置于高温平台；

所述滚轮上当前段热驱动弯曲元件的最左端与高温平台相接触；