CN111240377B - 基于局部效应的形态转换驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于局部效应的形态转换驱动装置，包括：气源输出调整单元，调整外部气源输出气体的气压类型和气压大小；至少一个驱动单元，每一驱动单元包括：吸盘，与形态转换部件上的一个局部双稳态效应区域密封连接构成吸盘空间；通气控制单元，控制输入到吸盘空间内的气压类型；控制器，控制气源输出调整单元和至少一个通气控制单元向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换。该方案提高了形态转换的效率，且形态转换后，无需消耗外部能量和外力支撑，节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及智能结构技术领域，特别涉及一种基于局部效应的形态转换驱动装置。
背景技术
高效可靠的形态转换技术一直是空气动力学相关领域的研究和应用的热点，通过使用不同的结构形态，实现可调整的空气动力响应或者其他功能，例如可变机翼、机翼进气口控制、可变汽车车体等。传统上，结构的形态转换一般使用机械系统进行驱动或者采用智能材料，形态转换的效率低，且结构改变后的形态一般需要外部支撑锁定，或者持续消耗外部能量维持改变后的形态。机械系统实现的结构形态改变一般具有较复杂的结构，而持续消耗能量以维持形态改变，浪费能源，尤其是在某些特殊领域，如航空航天领域。因此，亟需一种在没有支撑和外部能量输入的条件下，实现基于局部效应的形态转换驱动方案，从而实现高效的可变结构。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于局部效应的形态转换驱动装置，用以提高形态转换的效率，且形态转换后，无需消耗外部能量和外力支撑，节约能源，该装置包括：气源输出调整单元、至少一个驱动单元和控制器；其中：
气源输出调整单元与外部气源连通，用于在所述控制器的控制下，调整外部气源16输出气体的气压类型和气压大小；
每一驱动单元包括：吸盘，与形态转换部件上的一个局部双稳态效应区域密封连接构成吸盘空间，所述形态转换部件包括至少一个局部双稳态效应区域；通气控制单元，与所述吸盘、气源输出调整单元连通，用于在所述控制器的控制下，控制输入到吸盘空间内的气压类型；
控制器，与气源输出调整单元和通气控制单元连接，用于控制气源输出调整单元和至少一个通气控制单元向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在所述气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换。
本发明实施例提供的技术方案通过：在形态转换部件上预先形成至少一个局部双稳态效应区域；将至少一个驱动单元中的吸盘与该形态转换部件上的一个局部双稳态效应区域密封连接构成吸盘空间；通过控制器控制气源输出调整单元和至少一个通气控制单元向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在该气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换，该方案提高了形态转换的效率，且形态转换后，无需消耗外部能量和外力支撑，节约能源。
上述形态转换驱动方案可应用于更多功能和高效形变能力的可变结构，上述形态转换部件可以是诸多领域中的任何一个需要进行形态转换的部件，如航空航天飞行器、机器人、水下航行器和可变反射面等，因此，该驱动方案可以服务于与形态改变相关的诸多领域，例如：航空领域、机械系统领域和水下结构领域等。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中基于局部效应的形态转换驱动装置的结构示意图；
图2A是本发明实施例中吸盘沿直径的切面结构示意图；
图2B是本发明实施例中吸盘的仰视结构示意图；
图2C是本发明实施例中吸盘的立体结构示意图；
图3是本发明实施例中使用PET材料制备的吸盘示意图；
图4是将本发明实施例中吸盘实例应用于双稳态板壳，吸盘气压为0时的一个稳定形态示意图；
图5是图4实例中吸盘在正压状态下驱动双稳态板壳形态转换后未撤销气压时的状态示意图；
图6是图4实例中双稳态板壳形态转换后吸盘气压为0时的另一个稳定形态示意图；
图7是图4实例中吸盘在负压状态下驱动双稳态板壳形态转换后未撤销气压时的状态示意图；
图8是将本发明实施例中吸盘实例应用于多稳态板壳，吸盘气压为0时的一个稳定形态示意图；
图9是图10实例中多稳态板壳在多个吸盘作用下形态转换后吸盘气压为0时的一个稳定形态示意图；
图10是图11实例中多稳态板壳在多个吸盘作用下形态转换后吸盘气压为0时的一个稳定形态示意图；
图11是图12实例中多稳态板壳在多个吸盘作用下形态转换后吸盘气压为0时的一个稳定形态示意图；
图12是本发明实施例中基于局部效应的形态转换驱动方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
发明人发现：自然界中的捕蝇草在感受到外界昆虫后，可以迅速合并叶片，这种具有两个稳定形态的结构为形变结构的制备提供了新的路径。相关技术人员提出了多种方法制备形态转换装置，例如驱动双稳态板壳形态转换，并尝试将制备的双稳态板壳方案应用于工程实践中。然而，现有基于局部效应的形态转换驱动方案形态转换的效率低，且结构改变后的形态一般需要外部支撑锁定，或者持续消耗外部能量维持改变后的形态。
考虑到上述技术问题，发明人提出了一种基于局部效应的形态转换驱动方案，该方案基于局部效应，通过结构自身力学特性，在没有支撑和外部能量输入的条件下，具有两个不同的稳定形态，通过在平面内多个局部效应的组合，可以形成维持多个稳定形态的板壳(形态转换部件)，从而可实现具有更多功能和高效形变能力的可变结构，服务于跟形态改变相关的领域，包括但不限于航空领域、机械系统领域、水下结构领域，如航空航天飞行器、机器人、水下航行器、可变反射面等。
具体地，在基于局部双稳态效应的双稳态区域设置刚度相匹配的吸盘，该吸盘大小以驱动双稳态区域形变的需求进行设定，刚度以在气压驱动下不发生过大显著变形，且在变形后不显著影响局部双稳态区域原有稳定形态为基准，吸盘强度以在所需最大气压下不发生破坏为原则。通过控制吸盘中的正负气压的大小以实现对局部双稳态区域形态的驱动，驱动完成后，吸盘中无需保持气压，局部双稳态区域改变后的形态由结构自身力学特性维持。下面对该基于局部效应的形态转换驱动方案进行详细介绍如下。
图1是本发明实施例中基于局部效应的形态转换驱动装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：气源输出调整单元14、至少一个驱动单元13和控制器15；其中：
气源输出调整单元14与外部气源16连通，用于在所述控制器15的控制下，调整外部气源16输出气体的气压类型和气压大小；
每一驱动单元13包括：吸盘1，与形态转换部件17上的一个局部双稳态效应区域11密封连接构成吸盘空间，所述形态转换部件17包括至少一个局部双稳态效应区域；通气控制单元，与所述吸盘1、气源输出调整单元14连通，用于在所述控制器15的控制下，控制输入到吸盘空间内的气压类型；
控制器15，与气源输出调整单元14和通气控制单元连接，用于控制气源输出调整单元14和至少一个通气控制单元向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在所述气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换(双稳态或多稳态形态转换)。
本发明实施例提供的技术方案通过：在形态转换部件上预先形成至少一个(一个或多个)局部双稳态效应区域；将至少一个驱动单元中的吸盘与该形态转换部件上的一个局部双稳态效应区域密封连接构成吸盘空间；通过控制器控制气源输出调整单元和至少一个通气控制单元向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在该气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换，该方案提高了形态转换的效率，且形态转换后，无需消耗外部能量和外力支撑，节约能源。
上述形态转换驱动方案可应用于更多功能和高效形变能力的可变结构，上述形态转换部件可以是诸多领域中的任何一个需要进行形态转换的部件，如航空航天飞行器、机器人、水下航行器和可变反射面等，因此，该驱动方案可以服务于与形态改变相关的诸多领域，例如：航空领域、机械系统领域和水下结构领域等。
下面对该基于局部效应的形态转换驱动装置的结构及工作过程进行介绍如下。
一、首先对上述形态转换部件进行介绍。
在一实施例中，上述形态转换部件可以为板壳，所述板壳上的局部双稳态效应区域11为经过金属表面纳米化处理形成或复合材料的温度效应形成的局部双稳态效应区域。
具体实施时，如图1所示，上述局部双稳态效应区域11为具有双稳态特性的局部效应的区域，可以由表面纳米化处理技术，即表面机械研磨技术(Surface MechanicalAttrition Treatment，SMAT)，通过在金属板壳两面进行特殊处理实现，处理区域可以为直径70mm的圆域。
具体实施时，上述形态转换部件可以是诸多领域中的任何一个需要进行形态转换的部件，如航空航天飞行器、机器人、水下航行器、可变反射面等，因此，该驱动方案可以服务于跟形态改变相关的诸多领域，例如：航空领域、机械系统领域、水下结构领域。
二、其次对上述吸盘进行介绍。
在一实施例中，所述吸盘可以为聚对苯二甲酸类塑料PET、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS制吸盘。
具体实施时，聚对苯二甲酸类塑料PET、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS制吸盘的刚度与局部双稳态效应区域匹配，保证了在气压驱动下不发生过大显著变形，且在变形后不显著影响局部双稳态区域原有稳定形态，保证了形态转换的稳定性。
具体实施时，吸盘可以用于对应材料专用胶水粘贴于双稳态板壳(形态转换部件)上，并覆盖局部双稳态效应区域11。
具体实施时，吸盘可以称为气动吸盘，该气动吸盘的形状可以为封顶圆筒状、圆顶状、方形盒状等规则形状或者非规则形状，并通过胶水与双稳态或者多稳态板壳(形态转换部件)粘结成密封结构(形成吸盘空间)，以提供正压或者负压压强。
在一实施例中，如图2A至图3所示，所述吸盘1可以包括：
圆筒体101；
筒盖102，密封设置在所述圆筒体101的第一端；
粘贴部，沿着所述筒体101的第二端向平行于所述筒盖102的方向延伸设置；所述粘贴部包括向筒体内部延伸设置的内粘贴部1031及向筒体外部延伸设置的外粘贴部1032。
具体实施时，如图2A至图3所示吸盘的结构保证了形态转换的效率和稳定性，以及形态转换完成后，无需消耗外部能量和外力支撑，节约能源。
具体实施时，吸盘的大小可以大于等于或者略小于局部双稳态效应区域，气动吸盘的高度根据工程应用的需求，可以大于局部双稳态效应区域的最大平面尺寸，一般小于局部双稳态效应区域的最大平面尺寸。
在一个实施例中，所述圆筒体横截面的直径与局部双稳态效应区域大小相近，一般覆盖整个局部双稳态效应区域，该圆筒体横截面的直径取值范围可以是35mm至100mm；所述吸盘的高度取值范围是2mm至50mm；所述吸盘的厚度取值范围是0.4mm至5mm；所述粘贴部的宽度取值范围是2mm至50mm。
具体实施时，经过发明人的大量实验证明，上述吸盘的各个部分的取值范围，保证了形态转换的效率和稳定性，以及形态转换完成后，无需消耗外部能量和外力支撑，节约能源。
在一个实施例中，所述圆筒体横截面的直径取值是80mm；所述吸盘的高度取值是15mm；所述吸盘的厚度取值是0.7mm；所述内粘贴部的宽度取值是0mm，所述外粘贴部的宽度取值是5mm。
具体实施时，经过发明人的大量实验证明，上述吸盘的各个部分的取值(吸盘厚度t＝0.7mm，圆筒横截面直径D＝80mm，吸盘高度h＝15mm，外粘贴部l1＝5mm,内粘贴部l2＝0mm)，更加保证了形态转换的效率和稳定性，以及形态转换完成后，无需消耗外部能量和外力支撑，节约能源。
具体实施时，吸盘可以根据驱动所需，其整个结构的厚度可以是均匀，也可以是非均匀的，平均厚度在0.4mm至5mm之间。
在一个实施例中，所述气压类型包括正气压和负气压；所述正气压的取值范围为不大于1000kPa，所述负气压的取值范围为不大于100kPa。
具体实施时，经过发明人的大量实验证明，上述正负气压的取值，保证了形态转换的效率和稳定性。
在一个实施例中，所述控制器可以为单片机控制器或可编程逻辑PLC控制器。
具体实施时，单片机控制器或可编程逻辑PLC控制器灵活、方便。当然也可以是采用电脑程序通过软件进行控制操控。
三、下面对上述气源输出调整单元14、通气控制单元、控制器及它们的工作过程进行介绍。
在一个实施例中，上述气源输出调整单元14可以包括：
正压调压阀71，设置在外部气源16的正压源端口处，用于调节正压源端口输入系统的压缩气体的气压大小；
负压调压阀72，设置在外部气源16的负压源端口处，用于调节负压源端口输入系统的压缩气体的气压大小；
真空发生器6，设置在所述负压调压阀72的出口处，用于利用负压调压阀72出口处的压缩气体产生负气压；
所述通气控制单元可以包括：
导管2，第一端与所述吸盘空间连通，导管2的第二端与所述正压调压阀71和真空发生器6连通；
正压电磁阀31，设置在导管2与正压调压阀71连通的管路上；
负压电磁阀32，设置在导管2与真空发生器6连通的管路上；
所述控制器15具体用于控制正压调压阀71、负压调压阀72、真空发生器6、以及至少一个通气控制单元的正压电磁阀31、负压电磁阀32开启或关闭，向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使对应的吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在所述气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的不同形态转换。
具体实施时，可以使用外径4mm内径2mm的导管2连接吸盘1，并联连接2个电磁阀(正压电磁阀31、负压电磁阀32)，其中一路4连接正压源，另外一路5连接负压源，正压源可以直接来自调压后的压缩空气气源8，负压源可以通过压缩气体气源8连接真空发生器6产生，正负气源的压强大小通过两个调压阀(正压调压阀71、负压调压阀72)根据局部双稳态区域形态转换时所需压强进行调整；单个驱动单元13中的2个电磁阀(正压电磁阀31、负压电磁阀32)通过导线连接至控制器15，该控制器15可以由单片机通过无线指令操作，也可以使用电脑程序通过软件进行操作。
具体实施时，正压电磁阀31、负压电磁阀32也可以是其他电气开关。
在一实施例中，在所述驱动单元13的数量为一个时，所述控制器具体用于：
在控制开启所述正压电磁阀31、关闭所述负压电磁阀32后，通过控制所述正压调压阀71开启的大小，调整输入至吸盘空间的正气压的大小，在所述正气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换；
当形态转换部件需要转换至初始形态时，在控制关闭所述正压电磁阀31、开启所述负压电磁阀32和真空发生器6后，通过控制所述负压调压阀72开启的大小，调整输入至吸盘空间的负气压的大小，在所述负气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件转换至初始形态。
具体实施时，当PET专用胶水凝固产生足够强度后按照图1的驱动单元13所示连接好导管和电路，板壳(形态转换部件)初始形态如图4所示。首先，调整与正压气源串联的调压阀(正压调压阀71)，使输入吸盘的正压压强大小适当，然后通过控制器开启正压气源气路4所串联的电磁阀(正压电磁阀31)，并同时关闭负压气源气路5所串联的电磁阀(负压电磁阀32)，使吸盘1(吸盘空间)中产生正气压，双稳态效应区域在正气压作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，发生形态转换，转换过程中有显著的跳跃现象，并有声响，形态转换完成后正压未撤销时板壳的形态如图5所示，当吸盘气压撤销后，板壳形态如图6所示，完成形态转换。
具体实施时，当板壳需要转换至初始形态时，首先调整与负压气源串联的调压阀(负压调压阀72)，使输入吸盘空间的负压压强大小适当，然后通过控制器开启负压气源气路5所串联的电磁阀(负压电磁阀32)，并同时关闭正压气源气路4所串联的电磁阀正压电磁阀31，使吸盘1中产生足够大的负压，双稳态效应区域在负压气压作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，发生形态转换，转换过程中有显著的跳跃现象，并有声响，形态转换完成后正压未撤销时板壳的形态如图7所示，当吸盘气压撤销后，板壳形态如图4所示，完成形态转换。
按照上述实施例的设计，基于局部效应的双稳态板壳可以通过在双稳态效应区域设置气动吸盘，通过提供合适的正压或者负压压强，使双稳态板壳在两个不同稳定形态之间发生形态转换，转换后的稳定形态不需要外界能量或者气压压强来维持。
在一实施例中，所述形态转换部件的第一端被固定，所述形态转换部件的第二端悬空放置；
在所述吸盘1的数目为六个，且呈两行三列排列，被固定的一端为列的方向，形态转换部件中六个局部双稳态效应区域的初始形态为向上凸起，所述通气控制单元的数目为六个时，所述控制器15具体用于：
同时控制开启六个通气控制单元的负压电磁阀32以及气源输出调整单元的负压调压阀72、真空发生器6，并同时关闭六个通气控制单元的正压电磁阀31，在负气压的作用下，六个局部双稳态效应区域由初始形态转换至向下凸起的形态，形态转换部件对应的形态为第一形态；
在所述第一形态下，同时控制开启靠近被悬空放置的第二端的四个吸盘对应的正压电磁阀31，并同时控制关闭所述四个吸盘对应的负压电磁阀32，在正气压的作用下，所述四个吸盘对应的局部双稳态效应区域转换至向上凸起的形态，靠近被固定的第一端的两个吸盘不提供气压，所述两个吸盘对应的局部双稳态效应区域保持向下凸起的形态，形态转换部件对应的形态为第二形态；
在所述第二形态下，同时控制打开位于形态转换部件中列的两个吸盘对应的负压电磁阀32、负压调压阀72、真空发生器6，同时控制关闭位于形态转换部件中列的两个吸盘对应正压电磁阀31，在负气压的作用下，位于形态转换部件中列的两个吸盘对应的局部双稳态效应区域转换至向下凸起的形态，其他四个吸盘不提供气压，靠近被固定的第一端的两个吸盘对应的局部双稳态效应区域保持向下凸起(本发明实施例中提到的向下凸起即为向下凹进的意思)的形态，靠近被悬空的第二端的两个吸盘对应的局部双稳态效应区域保持向上凸起的形态，形态转换部件对应的形态为第三形态。
具体实施时，如图1所示，可以将多个驱动单元并联在一个控制器和一个气源上，由控制器对应的单片机或电脑程序通过控制电磁阀的开关同时在多个吸盘中施加正压和负压压强，驱动相应的局部双稳态区域的形态转换，从而将多稳态板壳从一个稳定形态转换至另外的稳定形态，即在多个稳定形态间转换。
如图8所示，在具有两行三列的六个局部双稳态效应区域的多稳态板壳下设置6个驱动吸盘，将板壳在一端固定，板壳中六个局部双稳态区域都是向上凸起。由控制器发出指令，同时打开六个吸盘的负压气源气路5所串联的负压电磁阀32，并同时关闭六个吸盘的正压气源气路4所串联的电磁阀(正压电磁阀31)，六个双稳态区域都在足够大的负压压强作用下转换至向下凸起的形态，当气压撤销后，板壳在六个局部双稳态区域均为向下凸起时的形态如图9所示；在图9所示的板壳形态下，通过控制器发出指令，同时打开靠近板壳自由端部的四个吸盘的正压气源气路4所串联的电磁阀(正压电磁阀31)，并同时关闭负压气源气路5所串联的(负压电磁阀32)，四个吸盘对应的局部双稳态区域在正压压强作用下转换至向上凸起的形态，另外两个吸盘不提供气压，相对应的双稳态区域保持向下凸起的形态，气压撤销后板壳的形态如图10所示；在图10所示的板壳形态下，通过控制器发出指令，同时打开板壳中部的两个吸盘的负压气源气路5所串联的电磁阀(负压电磁阀32)，同时关闭正压气源气路4所串联的电磁阀(正压电磁阀31)，板壳中间两个吸盘对应的局部双稳态区域在负压压强作用下转换至向下凸起的形态，其他四个吸盘不提供气压，相对应的双稳态区域保持向下或向上凸起的形态，气压撤销后板壳的形态如图11所示。
按照上述实施例的设计，基于局部效应的多稳态板壳可以通过在多个局部双稳态区域上设置气动吸盘，通过提供合适的正压或者负压压强，使多稳态板壳在不同稳定形态之间发生形态转换，转换后的稳定形态不需要外界能量或者气压压强来维持。
具体实施时，在本发明实施例中，当板壳完成形态转换后，在各个吸盘中施加的气压压强可以撤销，也可以维持不变，或者缓慢释放掉。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种基于局部效应的形态转换驱动方法，如下面的实施例。由于基于局部效应的形态转换驱动方法解决问题的原理与上述基于局部效应的形态转换驱动装置相似，因此基于局部效应的形态转换驱动方法的实施可以参考上述基于局部效应的形态转换驱动装置的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“模块”或者“单元”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图12是本发明实施例中基于局部效应的形态转换驱动方法的流程示意图，如图12所示，该方法包括如下步骤：
步骤201：控制器控制气源输出调整单元调整外部气源输出气体的气压类型和气压大小；
步骤202：控制器控制气源输出调整单元和至少一个通气控制单元向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在所述气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换。
在一个实施例中，在所述驱动单元13的数量为一个时，控制器控制气源输出调整单元和至少一个通气控制单元向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在所述气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换，包括：
在控制开启正压电磁阀31、关闭负压电磁阀32后，通过控制所述正压调压阀71开启的大小，调整输入至吸盘空间的正气压的大小，在所述正气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换；
当形态转换部件需要转换至初始形态时，在控制关闭所述正压电磁阀31、开启所述负压电磁阀32和真空发生器6后，通过控制所述负压调压阀72开启的大小，调整输入至吸盘空间的负气压的大小，在所述负气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件转换至初始形态。
在一个实施例中，所述形态转换部件的第一端被固定，所述形态转换部件的第二端悬空放置；
在所述吸盘的数目为六个，且呈两行三列排列，被固定的一端为列的方向，形态转换部件中六个局部双稳态效应区域的初始形态为向上凸起，所述通气控制单元的数目为六个时，控制器控制气源输出调整单元和至少一个通气控制单元向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在所述气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换，包括：
同时控制开启六个通气控制单元的负压电磁阀32以及气源输出调整单元的负压调压阀72、真空发生器6，并同时关闭六个通气控制单元的正压电磁阀31，在负气压的作用下，六个局部双稳态效应区域由初始形态转换至向下凸起的形态，形态转换部件对应的形态为第一形态；
在所述第一形态下，同时控制开启靠近被悬空放置的第二端的四个吸盘对应的正压电磁阀31，并同时控制关闭所述四个吸盘对应的负压电磁阀32，在正气压的作用下，所述四个吸盘对应的局部双稳态效应区域转换至向上凸起的形态，靠近被固定的第一端的两个吸盘不提供气压，所述两个吸盘对应的局部双稳态效应区域保持向下凸起的形态，形态转换部件对应的形态为第二形态；
在所述第二形态下，同时控制打开位于形态转换部件中列的两个吸盘对应的负压电磁阀32、负压调压阀72、真空发生器6，同时控制关闭位于形态转换部件中列的两个吸盘对应正压电磁阀31，在负气压的作用下，位于形态转换部件中列的两个吸盘对应的局部双稳态效应区域转换至向下凸起的形态，其他四个吸盘不提供气压，靠近被固定的第一端的两个吸盘对应的局部双稳态效应区域保持向下凸起的形态，靠近被悬空的第二端的两个吸盘对应的局部双稳态效应区域保持向上凸起的形态，形态转换部件对应的形态为第三形态。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述基于局部效应的形态转换驱动方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行所述基于局部效应的形态转换驱动方法的计算机程序。
本发明实施提供的技术方案的有益技术效果为：
本发明实施提供的技术方案适用于基于局部效应产生的双稳态及其多个双稳态区域排列组合形成的多稳态板壳，基于气动吸盘的原理，通过在各个局部双稳态区域设置吸盘，使用控制器控制气路开关以在各个吸盘中输入适当的正负压强驱动局部双稳态区域的形态转换，形态转换完成的板壳即使在气压撤销后，依然可以依靠自身力学特性维持改变后的稳定形态。
综上，本发明实施提供的技术方案提高了形态转换的效率，且形态转换后，无需消耗外部能量和外力支撑，节约能源。
本发明实施提供的技术方案可应用于更多功能和高效形变能力的可变结构，上述形态转换部件可以是诸多领域中的任何一个需要进行形态转换的部件，如航空航天飞行器、机器人、水下航行器和可变反射面等，因此，该驱动方案可以服务于跟形态改变相关的诸多领域，例如：航空领域、机械系统领域和水下结构领域等。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于局部效应的形态转换驱动装置，其特征在于，包括：气源输出调整单元(14)、至少一个驱动单元(13)和控制器(15)；其中：
气源输出调整单元(14)与外部气源(16)连通，用于在所述控制器(15)的控制下，调整外部气源(16)输出气体的气压类型和气压大小；
每一驱动单元(13)包括：吸盘(1)，与形态转换部件(17)上的一个局部双稳态效应区域(11)密封连接构成吸盘空间，所述形态转换部件(17)包括至少一个局部双稳态效应区域；通气控制单元，与所述吸盘(1)、气源输出调整单元(14)连通，用于在所述控制器(15)的控制下，控制输入到吸盘空间内的气压类型；
控制器(15)，与气源输出调整单元(14)和通气控制单元连接，用于控制气源输出调整单元(14)和至少一个通气控制单元向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在所述气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的形态转换。
2.如权利要求1所述的基于局部效应的形态转换驱动装置，其特征在于，所述气源输出调整单元(14)包括：
正压调压阀(71)，设置在外部气源(16)的正压源端口处，用于调节正压源端口输入系统的压缩气体的气压大小；
负压调压阀(72)，设置在外部气源(16)的负压源端口处，用于调节负压源端口输入系统的压缩气体的气压大小；
真空发生器(6)，设置在所述负压调压阀(72)的出口处，用于利用负压调压阀(72)出口处的压缩气体产生负气压；
所述通气控制单元包括：
导管(2)，第一端与所述吸盘空间连通，导管(2)的第二端与所述正压调压阀(71)和真空发生器(6)连通；
正压电磁阀(31)，设置在导管(2)与正压调压阀(71)连通的管路上；
负压电磁阀(32)，设置在导管(2)与真空发生器(6)连通的管路上；
所述控制器(15)具体用于控制正压调压阀(71)、负压调压阀(72)、真空发生器(6)、以及至少一个通气控制单元的正压电磁阀(31)、负压电磁阀(32)开启或关闭，向至少一个吸盘内输入预设气压类型及预设气压大小的气体，使对应的吸盘空间内产生预设气压类型及预设大小的气压，在所述气压的作用下，依靠吸盘边缘提供的支撑力，局部双稳态效应区域发生形态转换，带动形态转换部件的不同形态转换。
3.如权利要求1所述的基于局部效应的形态转换驱动装置，其特征在于，所述形态转换部件为板壳，所述板壳上的局部双稳态效应区域为经过金属表面纳米化处理形成或复合材料的温度效应形成的局部双稳态效应区域。
4.如权利要求1所述的基于局部效应的形态转换驱动装置，其特征在于，所述吸盘为聚对苯二甲酸类塑料PET、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS制吸盘。
5.如权利要求1所述的基于局部效应的形态转换驱动装置，其特征在于，所述吸盘(1)包括：
圆筒体(101)；
筒盖(102)，密封设置在所述圆筒体(101)的第一端；
粘贴部，沿着所述圆 筒体(101)的第二端向平行于所述筒盖(102)的方向延伸设置；所述粘贴部包括向圆 筒体内部延伸设置的内粘贴部(1031)及向筒体外部延伸设置的外粘贴部(1032)。
6.如权利要求5所述的基于局部效应的形态转换驱动装置，其特征在于，所述圆筒体横截面的直径取值范围是35mm至100mm；所述吸盘的高度取值范围是2mm至50mm；所述吸盘的厚度取值范围是0.4mm至5mm；所述粘贴部的宽度取值范围是2mm至50mm。
7.如权利要求6所述的基于局部效应的形态转换驱动装置，其特征在于，所述圆筒体横截面的直径取值是80mm；所述吸盘的高度取值是15mm；所述吸盘的厚度取值是0.7mm；所述内粘贴部的宽度取值是0mm，所述外粘贴部的宽度取值是5mm。
8.如权利要求1所述的基于局部效应的形态转换驱动装置，其特征在于，所述气压类型包括正气压和负气压；所述正气压的取值范围为不大于1000kPa，所述负气压的取值范围为不大于100kPa。
9.如权利要求1所述的基于局部效应的形态转换驱动装置，其特征在于，所述控制器为单片机控制器或可编程逻辑PLC控制器。
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