CN111536273B - 利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀及其控制方法，涉及软体机器人执行器领域，包括硅胶管和多个相同的软体阀；其中，多个软体阀并排设置且共同连接在硅胶管上，软体阀的阀门片为磁性SMP薄膜；通过磁场和光场对磁性SMP薄膜进行控制使磁性SMP薄膜发生形变，实现不同软体阀的开关状态的切换，从而实现单输入多输出的功能。且本发明提供的可控软体阀的结构简单，并将软体阀的阀门片设置为磁性SMP薄膜，因此还具有体积小巧，防水浸，结构简单，可靠性高，成本低等特点。

Description

利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀及其控制方法

技术领域

本发明涉及软体机器人执行器领域，特别是涉及一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀及其控制方法。

背景技术

软体机器人的领域正在不断迅速扩大，应用的范围也越来越广，如生物医学、外科工具、辅助保健设备和航空航天等等。这些软体机器人及其执行机构都需要具有很好的顺应性，能够以使用硬部件难以或不可能实现的方式进行移动。现存的软体机器人执行器大多依赖于硬质阀门和电子元件进行控制，结构复杂，成本高昂，不适宜于软体机器人应用领域，在恶劣环境下使用受限。此外现存的一些软阀门只能进行单一输入输出控制，控制过程繁琐，且不能实现无接触控制。因此，可控软体阀对软体机器人来说是不可或缺的。

发明内容

鉴于现存软体机器人执行器的缺点和现状，本发明提供了一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀及其控制方法，具有体积小巧，防水浸，结构简单，可靠性高，成本低等特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀，包括硅胶管和多个相同的软体阀；其中，多个所述软体阀并排设置且共同连接在所述硅胶管上，所述软体阀的阀门片为磁性SMP薄膜；

通过磁场和光场对所述磁性SMP薄膜进行控制使所述磁性SMP薄膜发生形变，进而实现不同所述软体阀的开关状态的切换。

可选的，所述软体阀上方还设置有磁场发生装置和光源发生装置。

可选的，相邻所述软件阀之间设有空隙。

可选的，每个所述软体阀均包括下衬底、磁性SMP薄膜、防护口、上挡板、上腔室和下腔室；其中，对所述下衬底的上表面进行凹陷处理形成半弧形的所述下腔室，且在所述下腔室的外表面设置有所述磁性SMP薄膜；所述磁性SMP薄膜上开设有所述防护口；所述下衬底上设有与所述下衬底匹配的框架结构，并在所述框架结构的上表面处安装有所述上挡板以形成所述上腔室。

可选的，所述下衬底、所述上挡板和所述框架结构的材料均为弹性硅胶。

可选的，所述框架结构为镂空结构，并在所述框架结构的一侧面处设有进气口，在所述框架结构的所述进气口相对的侧面处设有出气口；其中，所述硅胶管的出气口与所述软体阀的进气口连接。

可选的，所述上挡板为中部有凹陷区域的上挡板；其中，所述凹陷区域的形状为V字形。

可选的，所述磁性SMP薄膜是通过溶剂浇铸的热塑聚氨酯聚合物。

可选的，所述磁性SMP薄膜具有向上弯曲形态和向下弯曲形态。

一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀的控制方法，包括：

当气流从硅胶管进入软体阀的进气口且所述软体阀处于开启状态时，磁性SMP薄膜向下弯曲，气流直接从上腔室经过到达所述软体阀的出气口；

当所述软体阀上方外加的磁场发生装置和光源发生装置开启时，所述磁性SMP薄膜受力向上弯曲并与上挡板相挤压，气流从所述进气口进入，被所述磁性SMP薄膜阻挡流通，从防护口进入下腔室，并维持所述磁性SMP薄膜状态，使所述软体阀处于闭合状态；

当所述磁场发生装置关闭且所述光源发生装置开启时，所述磁性SMP薄膜恢复并向下弯曲，使所述软体阀被再次开启。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀及其控制方法，通过磁场和光场对磁性SMP薄膜进行控制使磁性SMP薄膜发生形变，实现不同软体阀的开关状态的切换，从而实现单输入多输出的功能。且本发明提供的可控软体阀的结构简单，并将软体阀的阀门片设置为磁性SMP薄膜，因此还具有体积小巧，防水浸，结构简单，可靠性高，成本低等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明可控软体阀的结构示意图；

图2为本发明单个软体阀开闭状态的结构示意图；图2(a)为本发明单个软体阀开启状态结构示意图；图2(b)为本发明单个软体阀闭合状态结构示意图；

图3为本发明单个软体阀开闭状态气体流动示意图；图3(a)为本发明单个软体阀开启状态气体流动示意图；图3(b)为闭合状态气体流动示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀及其控制方法，具有体积小巧，防水浸，结构简单，可靠性高，成本低等特点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的发明构思：为实现可控软体阀具有结构简单、可靠性高、操作简单、易于控制、全柔软无毒无害的特点，以及实现通过磁控光控的目的，本发明选用磁性SMP薄膜作为可控软体阀的阀门片，其他材料选用弹性硅胶，利用3D打印机设计好模具，将磁性SMP薄膜放入模具内，并固定好位置，再将弹性硅胶倒入模具中，等成型后取出，并与导管、前端执行器、后端执行器等组装即可。

根据上述发明构思，本发明设计了实施例1所述的技术方案。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀包括硅胶管5和多个相同的软体阀；其中，多个软体阀并排设置且共同连接在硅胶管5上，相邻软体阀之间有空隙，软体阀的阀门片为磁性SMP薄膜。

通过磁场和光场对磁性SMP薄膜进行控制使磁性SMP薄膜发生形变，进而实现不同软体阀的开关状态的切换。

优选的，本实施例提供的软体阀上方还设置有磁场发生装置6和光源发生装置7。

优选的，本实施例提供的光源发生装置7为LED激光灯。

优选的，本实施例提供的可控软体阀包括4个软体阀，分别为软体阀1、软体阀2、软体阀3和软体阀4，且共同连接在硅胶管5上，通过外部磁场发生装置6和光源发生装置7实现对软体阀开启和闭合的控制。如图1所示，软体阀3处于闭合状态，软体阀1、软体阀2和软体阀4均处于导通状态。

优选的，本实施例提供的每个软体阀的结构如图2所示，包括下衬底7、磁性SMP薄膜8、防护口9、上挡板11、上腔室13和下腔室14。其中，对下衬底7的上表面进行凹陷处理形成半弧形的下腔室14，且在下腔室14的外表面设置有磁性SMP薄膜8，该磁性SMP薄膜8上开设有防护口9。下衬底7上设有与下衬底7匹配的框架结构，并在框架结构的上表面处安装有上挡板11以形成上腔室13。

框架结构为镂空结构，并在框架结构的一侧面处设有进气口10，在框架结构的进气口10相对的侧面处设有出气口12；其中，硅胶管5的出气口与软体阀的进气口连接。

若可控软体阀设有多排排列的软体阀时，不同排且相邻软体阀之间，一个软体阀的出气口对应另一个软体阀的进气口。

优选的，本实施例提供的上挡板11为中部有凹陷区域的上挡板；其中，凹陷区域的形状为V字形。

优选的，本实施例提供的磁性SMP薄膜8是通过溶剂浇铸的热塑聚氨酯聚合物，磁性SMP薄膜8是将IROGRAN(Huntsman Corporation，PS 455-203)和DiAPLEX(SMPTechnologies，MM5520)以及LORD公司生产的MMPS铁微粒子通过一定比例顺序配比得到的。该磁性SMP薄膜8具有一定的物理化学性质，简单来说，该磁性SMP薄膜8是双稳态的，即只有向上弯曲和向下弯曲两种形态。

优选的，本实施例提供的磁性SMP薄膜8在制备出来的形态是向下弯曲的，此时该磁性SMP薄膜8是较为坚硬的。外部的磁场发生装置6和光源发生装置7均对磁性SMP薄膜8进行控制。由于外加的磁场发生装置6对磁性SMP薄膜8产生的吸引力不足以支持磁性SMP薄膜8向磁场运动，所以需要通过外加光源发生装置7并对磁性SMP薄膜8照射，使磁性SMP薄膜8吸收热量发生软化，通过磁场对磁性SMP薄膜8的吸引力可以使磁性SMP薄膜8向上弯曲。此时撤掉光源发生装置7，磁性SMP薄膜8没有吸收热量慢慢变坚硬，固定为向上弯曲的形态，此时可以将外加的磁场也一起撤掉。当继续用光源发生装置7照射磁性SMP薄膜8，使磁性SMP薄膜8吸收热量又变柔软，此时受到本身弹性力的作用就会恢复到向下弯曲的状态。

气体从外部输入时分别到达N个(N大于等于2的自然数)不同的软体阀的进气口10，此时阀门片即磁性SMP薄膜8是向下弯曲的，气流可以直接经过上腔室13到达出气口12，从而连接到末端执行器对软体机器人进行控制。此时通过外加磁场，并用光源发生装置7对磁性SMP薄膜8进行照射，磁性SMP薄膜8会向上弯曲，此时气流通过进气口10进入上腔室13，并受到磁性SMP薄膜8的阻碍，气流通过防护口9到达下腔室14，在下腔室14形成聚集，从而使磁性SMP薄膜8继续保证向上弯曲的状态，气体也到达不到出气口12，此时软体阀处于关闭状态，撤掉磁场与光源发生装置7。当软体阀需要开启时，使用光源发生装置7对磁性SMP薄膜8进行照射，此时磁性SMP薄膜8会向下弯曲，恢复通气状态。通过磁场发生装置6和光源发生装置7对不同软体阀的控制即可实现对不同软体阀的开关状态的切换，最终实现对同一输入不同输出的效果。

结合以上分析，本实施例的具体控制方式为：

当气流从硅胶管5进入进气口10时，若软体阀处于开启状态，即磁性SMP薄膜8向下弯曲，气流可以直接从上腔室13经过到达出气口12，到达末端执行器。

若软体阀上方外加的磁场发生装置6和光源发生装置7开启时，磁性SMP薄膜8受力向上弯曲并与上挡板11相挤压，此时气流从进气口10进入，被磁性SMP薄膜8阻挡流通，从防护口9进入下腔室14，并维持磁性SMP薄膜8状态，使软体阀处于闭合状态，此时可关闭磁场发生装置6与光源发生装置7，节约能源。

当关闭磁场发生装置6仅光源发生装置7照射时，磁性SMP薄膜8会恢复向下弯曲状态，软体阀被再次开启。气流具体经过阀门流动图如图3所示。

与现有的机械手相比，本发明提供的一种利用外部磁场与外部光源无接触控制的单输入多输出的可控软体阀，可对不同软体阀进行控制，即可实现对单一输入源的不同输出控制。具体优点如下：

(1)、可控软体阀具有可以对同一输入端实现不同输出端的效果。

(2)、具有全软结构，适应软体机器人的工作环境。

(3)、结构简单，操作性好，可靠性高、制作简单、成本低。

(4)、可以实现远端无接触控制，无电子器件，安全性好。

(5)、有较好的气体密闭性，设有防护口，提高闭合状态保证性。

(6)、不局限于单一磁场控制，通过光控实现精准阀门控制，而不影响其他阀门。

(7)、磁场和LED激光灯仅阀门状态切换时才开启，节约能源。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀，其特征在于，包括硅胶管和多个相同的软体阀；其中，多个所述软体阀并排设置且共同连接在所述硅胶管上，所述软体阀的阀门片为磁性SMP薄膜；

通过磁场和光场对所述磁性SMP薄膜进行控制使所述磁性SMP薄膜发生形变，进而实现不同所述软体阀的开关状态的切换；

每个所述软体阀均包括下衬底、磁性SMP薄膜、防护口、上挡板、上腔室和下腔室；其中，对所述下衬底的上表面进行凹陷处理形成半弧形的所述下腔室，且在所述下腔室的外表面设置有所述磁性SMP薄膜；所述磁性SMP薄膜上开设有所述防护口；所述下衬底上设有与所述下衬底匹配的框架结构，并在所述框架结构的上表面处安装有所述上挡板以形成所述上腔室；

所述框架结构为镂空结构，并在所述框架结构的一侧面处设有进气口，在所述框架结构的所述进气口相对的侧面处设有出气口；其中，所述硅胶管的出气口与所述软体阀的进气口连接；

所述软体阀上方还设置有磁场发生装置和光源发生装置；所述磁性SMP薄膜具有向上弯曲形态和向下弯曲形态；

具体控制方式：

当气流从所述硅胶管进入所述软体阀的进气口且所述软体阀处于开启状态时，所述磁性SMP薄膜向下弯曲，气流直接从所述上腔室经过到达所述软体阀的出气口；

当所述软体阀上方外加的磁场发生装置和光源发生装置开启时，所述磁性SMP薄膜受力向上弯曲并与所述上挡板相挤压，气流从所述进气口进入，被所述磁性SMP薄膜阻挡流通，从所述防护口进入所述下腔室，并维持所述磁性SMP薄膜状态，使所述软体阀处于闭合状态；此时关闭所述磁场发生装置与所述光源发生装置；

当所述磁场发生装置关闭且所述光源发生装置开启时，所述磁性SMP薄膜恢复并向下弯曲，使所述软体阀被再次开启。

2.根据权利要求1所述的一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀，其特征在于，相邻所述软体阀之间设有空隙。

3.根据权利要求1所述的一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀，其特征在于，所述上挡板为中部有凹陷区域的上挡板；其中，所述凹陷区域的形状为V字形。

4.根据权利要求1所述的一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀，其特征在于，所述下衬底、所述上挡板和所述框架结构的材料均为弹性硅胶。

5.根据权利要求1所述的一种利用磁控、光控单输入多输出的可控软体阀，其特征在于，所述磁性SMP薄膜是通过溶剂浇铸的热塑聚氨酯聚合物。

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