一种基于液汽相变材料的风车式水下软体致动器

本发明属于软体机器人，具体涉及一种基于液汽相变材料的风车式水下软体致动器。

背景技术：

1、目前水下机器人和致动器系统在海洋研究、潜水探测等领域中发挥着重要作用。然而，传统水下致动器通常受到结构刚度、能量效率和适应性等方面的限制，限制了其在复杂水下环境中的性能。

2、为克服这些挑战，提高水下机器人的效能，本专利涉及一种创新的水下软体致动器。该致动器采用液汽相变材料作为关键元件，通过利用液体与气体相变的能量变化来实现驱动，从而使其在水下环境中具备高效的能量转换能力。相较于传统致动器，这一设计优势显著。其柔性结构使其能够适应不同水下环境，同时轻量化设计有助于提高携带和操作便捷性。

技术实现思路

1、本发明是为了解决水下机器人致动技术的不足，提出一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，本装置克服了传统螺旋桨致动的缺点，其游动噪音低、无污染、生产成本低廉。这一创新技术为水下机器人和相关领域的发展提供了全新的可能性，拓宽了水下应用的边界。本发明的技术方案是：

2、一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其主要特征有：装置包含了叶片式外壳、电池、线路开关、加热装置和硅胶弹性体；

3、所述叶片式外壳从正面看形状如风车，整体外壳由3d打印制作，叶片式外壳的每个叶片均设有开口，叶片内部形成半密闭腔室，使用硅胶弹性体覆盖开口形成密闭腔室；所述加热装置为电阻加热片，电阻加热片嵌入在叶片式外壳的半密闭腔室内部开的槽中，每个半密闭腔室均配备一个电阻加热片；所述电池安装在叶片式外壳的空心轴内部，空心轴一端设置有线路开关，对加热装置的通电进行开关控制；空心轴的两端密封；当加热装置的温度上升，底部密闭腔室中的液汽相变材料从液态转为气态，密闭腔室体积膨胀浮力增大，驱动该密闭腔室上浮实现致动器的转动。

4、本发明的有益效果是：

5、1)本发明使用电池和线路开关，使相变致动器具有价格便宜，操作简单，可靠性强等优点，通过对加热装置的启停控制，可以实现装置运动的转动和停止。

6、2)本发明采用液汽相变材料，该致动器在运动过程中不产生污染物，符合环保要求，适用于对水质要求较高的应用场景。

7、3)该装置采用了电阻片进行加热，封装有相变液体的硅胶弹性体来实现相变液体被加热之后由液态转为气态的过程，以此来控制硅胶腔体的膨胀，通过控制不同腔体浮力的变化实现整体装置的转动，相对于传统刚性致动减少了噪声和装置的刚性。

技术特征：

1.一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其特征在于：装置包含了叶片式外壳、电池、线路开关、加热装置和硅胶弹性体；

2.根据权利要求1所述的一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其特征在于，叶片式外壳包括三个叶片结构，三个叶片结构及中间的空心轴为一体，由3d打印技术整体制作，空心轴的两端攻有螺纹，一端旋入线路开关对加热装置的通电进行开关控制，另一端旋入螺纹塞对空心轴内进行密封；

3.根据权利要求1所述的一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其特征在于，所述加热装置为电阻加热片，电阻加热片为长方形，嵌入在半密闭腔室内部的长方形槽中，该长方形槽设置在叶片结构三角形外形的最长边所对应长方形侧面的内部，面积为该对应长方形侧面内部面积的1/2，长方形槽设置于离空心轴最远的位置。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其特征在于，所述硅胶弹性体覆盖在叶片结构的半密闭腔室开口处，形成一个受到气体压力挤压时能够实现膨胀变形的硅胶弹性体膜，叶片结构的半密闭腔室在被硅胶弹性体覆盖后形成密闭腔室。

5.根据权利要求4所述的一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其特征在于，所述硅胶弹性体的材质为ecoflex0030硅橡胶。

6.根据权利要求1所述的一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其特征在于，所述线路开关为水下专用防水开关，按键形状为半球形突起；空心轴内部安放有导线将电池与加热电阻片相连，线路开关连接在该线路中，通过线路开关能够同时控制所有加热装置的启停。

7.根据权利要求1所述的一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其特征在于，所述密闭腔体内部装有在常温下处于液态的液汽相变材料，该液汽相变材料为无水乙醇或者novec-7000电子氟化液。

8.根据权利要求7所述的一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其特征在于，液态液汽相变材料的量在密闭腔室中的占比为5％到15％之间，包括5％和15％。

9.根据权利要求7所述的一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，其特征在于，当致动器水平置于地面，即只有两个叶片结构会接触水平地面时，两个叶片结构内的密闭腔室中，电阻加热片更靠近地面的密闭腔室内，液态液汽相变材料的量位于该腔室中电阻加热片高度的二分之一处。

技术总结本发明公开了一种基于液汽相变材料的滚动式软体致动器，包括叶片式外壳、电池、线路开关、加热装置和硅胶弹性体。本发明采用液汽相变材料，该致动器在运动过程中不产生污染物，符合环保要求，适用于对水质要求较高的应用场景。致动器采用了电阻片进行加热，封装有相变液体的硅胶弹性体来实现相变液体被加热之后由液态转为气态的过程，以此来控制硅胶腔体的膨胀，通过控制不同腔体浮力的变化实现整体装置的转动，相对于传统刚性致动减少了噪声和装置的刚性。技术研发人员：陈刚,刘振,王天一,陈智豪,孟祥辉,刘成,魏松海受保护的技术使用者：浙江理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2