一种热驱动柔性滚轮
阅读说明：本技术 一种热驱动柔性滚轮 (Thermally-driven flexible roller ) 是由 坎标 徐旺 龚柯健 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：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。(The invention discloses a thermally driven flexible roller which is composed of 7 sections of bending elements connected end to end, wherein each section of bending element is composed of a TPU film and a PI film, the PI film is arranged on the outer side of the roller, and the TPU film is adhered on the inner side of the roller. When the flexible roller is placed on the high-temperature platform, the roller is heated to continuously roll. When the bending element is 7 sections, the roller can roll for a distance of 50mm in 40s, and the maximum rolling speed can reach 1.6 mm/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；
所述高温平台传热至该段热驱动弯曲元件，该段热驱动弯曲元件的右端逐渐向下弯曲，拉动与该段热驱动弯曲元件相连的下一段热驱动弯曲元件，使滚轮中心向右移动；
当该下一段热驱动弯曲元件与高温平台相接触的状态与前一段热驱动弯曲元件相同时，由于热传导作用，该下一段热驱动弯曲元件的右端逐渐向下弯曲，拉动与该下一段热驱动弯曲元件相连的更下一段热驱动弯曲元件，重复每段热驱动弯曲元件的左端接触高温平台、右端向下弯曲并拉动下一段热驱动弯曲元件的过程，使滚轮连续滚动。
进一步地，所述高温平台的温度为70℃～90℃。
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，所述PI薄膜设于滚轮外侧，7段TPU薄膜首尾相连粘贴于PI薄膜内侧。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种热驱动柔性滚轮，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；该滚轮在与热源接触时，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。
附图说明
图1为根据本发明实施例的热驱动柔性滚轮的结构示意图。
图2为根据本发明实施例的热驱动柔性滚轮的滚动速度随时间变化示意图。
图中：1.PI薄膜；2.高温平台；3.TPU薄膜；4.热驱动弯曲元件；5.下一段热驱动弯曲元件。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种热驱动柔性滚轮，所述热驱动柔性滚轮由7段可通过热驱动的弯曲元件构成。
所述弯曲元件由PI薄膜1和TPU薄膜3组成。PI薄膜1为厚度0.05mm，宽度12.5mm的圆环形并位于滚轮外侧。
每段TPU薄膜3为厚度0.4mm，长度均为35mm，宽度12.5mm的矩形。
7段TPU薄膜3的外贴合面总长度与PI薄膜1整段内贴合面长度相等。TPU薄膜3首尾相连粘贴于PI薄膜1内侧，形成热驱动柔性滚轮结构。每一段TPU薄膜3与相连的PI薄膜1局部形成滚轮的热驱动弯曲元件，共计7段。
所述驱动方式为将热驱动柔性滚轮放置于高温平台2上，滚轮上某一段弯曲元件4的最左端与高温平台2相接触。由于高温平台2对该段弯曲元件4有传热作用，该段弯曲元件4的右端逐渐向下弯曲，从而拉动相连的下一段弯曲元件5，使得滚轮重心向右移动。当滚轮上的下一段弯曲元件5与高温平台相接触的状态与先前的弯曲元件4相同时，下一段弯曲元件5由于相同的原理产生热驱动作用，从而使滚轮连续向前滚动。
如图2所示，所述热驱动柔性滚轮在80℃的驱动温度下，实测在40s内滚动50mm的距离，最大滚动速度达到1.6mm/s。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中，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。每一圆弧状PI薄膜对应一段TPU薄膜，形成一可热驱动的弯曲元件，多段弯曲元件首尾相连形成可热驱动的柔性滚轮。
实施例3
本实施例提供一种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，所述PI薄膜设于滚轮外侧，7段TPU薄膜首尾相连粘贴于PI薄膜内侧；
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；
所述高温平台传热至该段热驱动弯曲元件，该段热驱动弯曲元件的右端逐渐向下弯曲，拉动与该段热驱动弯曲元件相连的下一段热驱动弯曲元件，使滚轮中心向右移动；
当该下一段热驱动弯曲元件与高温平台相接触的状态与前一段热驱动弯曲元件相同时，由于热传导作用，该下一段热驱动弯曲元件的右端逐渐向下弯曲，拉动与该下一段热驱动弯曲元件相连的更下一段热驱动弯曲元件，重复每段热驱动弯曲元件的左端接触高温平台、右端向下弯曲并拉动下一段热驱动弯曲元件的过程，使滚轮连续滚动。
本实施例中，所述高温平台的温度为70℃～90℃，优选为80℃。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。