CN112283389B - 一种基于双程sma弹簧的仿生软体阀 - Google Patents

一种基于双程sma弹簧的仿生软体阀 Download PDF

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Abstract

一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，属于仿生技术领域。本发明解决了现有的刚性流体阀因体积大、质量重导致其不适用于软体机器人的的问题。两个仿生瓣状结构相对布置形成的空腔内布置有双程SMA弹簧，双程SMA弹簧的两端分别顶设在两个仿生瓣状结构的内侧，通过控制双程SMA弹簧的伸长与缩短，实现两个仿生瓣状结构的张开与闭合；柔性壳体的两端分别设置有流体入口和流体出口，通过控制两个仿生瓣状结构的张开与闭合，实现流体入口和流体出口之间的连通与断开。本申请的驱动、控制简单，体积、尺寸小，重量轻，可作为软体机器人嵌入式器件。

Description

一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀
技术领域
本发明涉及一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，属于仿生技术领域。
背景技术
阀是用来开闭管路、控制流向、调节和控制输送介质的参数的管路附件，可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。流体驱动的软体机器人离不开阀的控制，随着仿生软体机器人的发展，寻找一种软体阀也成为迫切的需求，但是现在的流体阀一般都是电磁阀，刚性阀，研制出的机器人并不能实现真正意义上的软体性能，而且现有的刚性阀体积尺寸大、质量重，严重地限制了软体机器人的灵活性和适应性。
发明内容
本发明是为了解决现有的刚性流体阀因体积大、质量重导致其不适用于软体机器人的问题，进而提供了一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，它包括柔性壳体以及设置在柔性壳体内部且相对布置的两个仿生瓣状结构，每个仿生瓣状结构的瓣数至少为两个，两个仿生瓣状结构相对布置形成的空腔内布置有双程SMA弹簧，双程SMA弹簧的两端分别顶设在两个仿生瓣状结构的内侧，通过控制双程SMA弹簧的伸长与缩短，实现两个仿生瓣状结构的张开与闭合；柔性壳体的两端分别设置有流体入口和流体出口，通过控制两个仿生瓣状结构的张开与闭合，实现流体入口和流体出口之间的连通与断开。
进一步地，所述柔性壳体包括相对固接的左半壳体及右半壳体。
进一步地，左半壳体与右半壳体之间设置有环状的柔性连接件，且左半壳体与右半壳体之间通过柔性连接件固定连接。
进一步地，两个仿生瓣状结构之间通过柔性连接件固接。
进一步地，柔性连接件的内壁一体固设有环状凸棱，双程SMA弹簧的中部卡装在所述环状凸棱上。
进一步地，左半壳体呈凸字形结构，左半壳体与右半壳体的结构相同。
进一步地，柔性连接件与柔性壳体之间以及柔性连接件与仿生瓣状结构之间的连接方式均为粘接。
进一步地，双程SMA弹簧的外部包裹有耐高温柔性绝缘层。
进一步地，两个仿生瓣状结构均为张开状态时，流体入口、两个仿生瓣状结构以及流体出口沿轴向依次连通设置。
进一步地，双程SMA弹簧通过控制部分控制其伸长与缩短，所述控制部分包括通电电源及通电回路开关。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请的仿生软体阀安装于流体源和柔性执行器之间，在工作状态下，仿生软体阀打开，流体依次通过流体入口、两个仿生瓣状结构以及流体出口，进入柔性执行器，驱动柔性执行器产生变形。在非工作状态下，仿生软体阀关闭，此时流体源和柔性执行器不能互通，柔性执行器形变状态得以保持。
本申请利用智能材料SMA(形状记忆合金)驱动，可靠性高。
本申请的驱动、控制简单，体积、尺寸小，重量轻，可作为软体机器人嵌入式器件。
本申请采用两个柔性仿生瓣状结构，密封性好，可适用于双向截止流体回路。
附图说明
图1为本申请的仿生软体阀关闭状态下的主剖视示意图；
图2为本申请的仿生软体阀打开状态下的主剖视示意图；
图3为仿生瓣状结构的瓣数为三个时的闭合状态示意图；
图4为仿生瓣状结构的瓣数为三个时的张开状态示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～4说明本实施方式，一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，它包括柔性壳体1以及设置在柔性壳体1内部且相对布置的两个仿生瓣状结构2，每个仿生瓣状结构2的瓣数至少为两个，两个仿生瓣状结构2相对布置形成的空腔内布置有双程SMA弹簧3，双程SMA弹簧3的两端分别顶设在两个仿生瓣状结构2的内侧，通过控制双程SMA弹簧3的伸长与缩短，实现两个仿生瓣状结构2的张开与闭合；柔性壳体1的两端分别设置有流体入口10和流体出口11，通过控制两个仿生瓣状结构2的张开与闭合，实现流体入口10和流体出口11之间的连通与断开。
仿生瓣状结构2的瓣数优选为三个，此时其结构为仿心脏三尖瓣结构。
本申请的仿生软体阀为双向截止阀。
两个仿生瓣状结构2可以对称或非对称设置。其为软体阀的柔性执行部分，布置在柔性壳体1内的中间位置。柔性材质如硅胶、聚二甲基硅氧烷等。
双程SMA弹簧3中的SMA可用其它智能柔性材料代替。如形状记忆聚合物，介电弹性体。
本申请的仿生软体阀安装于流体源和柔性执行器之间，在工作状态下，仿生软体阀打开，流体依次通过流体入口10、两个仿生瓣状结构2以及流体出口11，进入柔性执行器，驱动柔性执行器产生变形。在非工作状态下，仿生软体阀关闭，此时流体源和柔性执行器不能互通，柔性执行器形变状态得以保持。
本申请利用智能材料SMA(形状记忆合金)驱动，可靠性高。
本申请的驱动、控制简单，体积、尺寸小，重量轻，可作为软体机器人嵌入式器件。
本申请采用两个柔性仿生瓣状结构2，密封性好，可适用于双向截止流体回路。
所述柔性壳体1包括相对固接的左半壳体12及右半壳体13。便于仿生软体阀的加工及各组件之间的安装。
左半壳体12与右半壳体13之间设置有环状的柔性连接件4，且左半壳体12与右半壳体13之间通过柔性连接件4固定连接。
两个仿生瓣状结构2之间通过柔性连接件4固接。两个仿生瓣状结构2与柔性连接件4之间均为柔性固接。
柔性连接件4的内壁一体固设有环状凸棱5，双程SMA弹簧3的中部卡装在所述环状凸棱5上。通过环状凸棱5实现对双程SMA弹簧3的轴向限位，保证在仿生软体阀开、闭状态时，弹簧两端与两个仿生瓣状结构2内侧之间的距离不会因为弹簧的轴向位置变化而变化，进而保证两个仿生瓣状结构2同步张开与闭合。
左半壳体12呈凸字形结构，左半壳体12与右半壳体13的结构相同。
柔性连接件4与柔性壳体1之间以及柔性连接件4与仿生瓣状结构2之间的连接方式均为粘接。
双程SMA弹簧3的外部包裹有耐高温柔性绝缘层6。耐高温柔性绝缘层的材料如硅橡胶，耐高温温度范围为200-300摄氏度。
两个仿生瓣状结构2均为张开状态时，流体入口10、两个仿生瓣状结构2以及流体出口11沿轴向依次连通设置。
双程SMA弹簧3通过控制部分控制其伸长与缩短，所述控制部分包括通电电源7及通电回路开关8。通电电源7、通电回路开关8及双程SMA弹簧3之间通过线连接，由通电电源7给双程SMA弹簧3供电，并且通过通电回路开关8来控制通电回路的断和开。
工作原理：
双程SMA弹簧3初始为压缩状态，受热时变为伸长状态。
当闭合通电回路开关8给双程SMA弹簧3供电时，双程SMA弹簧3受热伸长，推动两个仿生瓣状结构2张开，仿生阀打开，流体通过流体入口10进入仿生阀，然后再通过流体出口11进入柔性执行器，使柔性执行器作动；
当断开通电回路开关8时，双程SMA弹簧3断电收缩，两个仿生瓣状结构2合闭合，仿生阀关闭，此时流体源和柔性执行器不能互通，柔性执行器形变状态得以保持。
本申请的这种仿生瓣状结构2，在非工作状态时外界流体压力越大，密封性能越好。

Claims (8)

1.一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，其特征在于：它包括柔性壳体(1)以及设置在柔性壳体(1)内部且相对布置的两个仿生瓣状结构(2)，每个仿生瓣状结构(2)的瓣数至少为两个，两个仿生瓣状结构(2)相对布置形成的空腔内布置有双程SMA弹簧(3)，双程SMA弹簧(3)的两端分别顶设在两个仿生瓣状结构(2)的内侧，通过控制双程SMA弹簧(3)的伸长与缩短，实现两个仿生瓣状结构(2)的张开与闭合；柔性壳体(1)的两端分别设置有流体入口(10)和流体出口(11)，通过控制两个仿生瓣状结构(2)的张开与闭合，实现流体入口(10)和流体出口(11)之间的连通与断开；
所述柔性壳体(1)包括相对固接的左半壳体(12)及右半壳体(13)；
左半壳体(12)与右半壳体(13)之间设置有环状的柔性连接件(4)，且左半壳体(12)与右半壳体(13)之间通过柔性连接件(4)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，其特征在于：两个仿生瓣状结构(2)之间通过柔性连接件(4)固接。
3.根据权利要求2所述的一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，其特征在于：柔性连接件(4)的内壁一体固设有环状凸棱(5)，双程SMA弹簧(3)的中部卡装在所述环状凸棱(5)上。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，其特征在于：左半壳体(12)呈凸字形结构，左半壳体(12)与右半壳体(13)的结构相同。
5.根据权利要求4所述的一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，其特征在于：柔性连接件(4)与柔性壳体(1)之间以及柔性连接件(4)与仿生瓣状结构(2)之间的连接方式均为粘接。
6.根据权利要求5所述的一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，其特征在于：双程SMA弹簧(3)的外部包裹有耐高温柔性绝缘层(6)。
7.根据权利要求6所述的一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，其特征在于：两个仿生瓣状结构(2)均为张开状态时，流体入口(10)、两个仿生瓣状结构(2)以及流体出口(11)沿轴向依次连通设置。
8.根据权利要求7所述的一种基于双程SMA弹簧的仿生软体阀，其特征在于：双程SMA弹簧(3)通过控制部分控制其伸长与缩短，所述控制部分包括通电电源(7)及通电回路开关(8)。
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