CN115402036A - 一种基于4d打印技术的多响应变结构车轮和车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮和车辆，包括轮毂、轮辐、轮辋、滚子、轮胎和电热层；所述轮辐两端分别与轮毂和轮辋连接，轮辋安装在轮胎上，轮辋的外侧设有一排孔隙，滚子安装在孔隙内的转轴上、且与轮胎内侧接触；所述轮辋的基体材料为光响应形状记忆聚合物，由4D打印技术制作而成，轮辋内设有电热层，轮辋形状能够根据光或电的刺激进行变化。本发明基于光响应形状记忆聚合物和通过内嵌电热层的方式，能实现车轮在复杂环境下通过人为地给予光或电刺激实现车轮从轮式行进方式到履带行进方式的快速转换，整体上提高了车轮的通过能力。
Description
技术领域
本发明属于4D打印技术领域，尤其涉及一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮和车辆。
背景技术
随着科学技术的不断发展，人类对太空领域的探索力度不断加深，同时，机器人作为人类探索太空的利器得到了广泛的应用，而随着工作的需要，机器人勘探范围不断扩大，如在遇到崎岖地形及陡峭斜面时，需要机器人具备复杂地形下的通过能力，这对作业机器人的运动灵活性、越障性和环境适应性等特性提出了很高的要求。
一般的轮式移动机器人具有平地行驶效率高和研究技术成熟等优点，但是在复杂地形环境中适应能力差、越障能力有限，在遇到障碍地形时，往往只能进行避障处理；履带式移动机器人得益于其独特的行进方式，在通过复杂地形时相较于轮式移动机器人有极大的适应能力，但行进速度慢，能耗高；且一般的轮式车轮在松软地面沉陷时往往采用车轮前后移动以及不断地调整转向的方式来进行脱困，耗时长且能耗大。因此，如何提高车轮在复杂地形的通过性能是亟待解决的问题。
针对这种复杂的地形和工作环境，研究人员设计出不同方案，如可变直径车轮和可变结构车轮的使用，可以使勘探机器人在复杂地形的通过能力上得到很大的提升。轮式移动机构的越障性能与车轮的直径尺寸有直接关联，在相同的条件下车轮的直径越大越障能力越强，所以通过改变车轮的直径尺寸和外形是提高轮式移动机构越障性能的一个重要研究点；目前现有技术虽然能够实现车轮的形态变化，但机械结构较为复杂，且仅限于改变车轮轮径，并没有涉及到车轮行进方式上的改变。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的一个方式的目的之一是提供一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮，利用4D打印构件变形可控的特点，设计变结构车轮中涉及到变形的主要结构件轮辋，轮辋的基体材料为可响应光刺激的形状记忆聚合物，其内部嵌有电热层，可通过响应外界光和电刺激实现形状回复功能，从而实现车轮整体的轮式行进方式到履带式行进方式的变换。
本发明的一个方式的目的之一是利用可响应光刺激的记忆聚合物作为4D打印材料，轮辋内设有电热层，提供了一种具备光、电多响应的4D打印变结构车轮，能够人为地调控车轮变形的过程，实现车轮整体外形的多样变化，通过改变车轮触地面积，能实现车轮在复杂环境下通过人为地给予光或电刺激实现车轮从轮式行进方式到履带行进方式的快速转换，提高车轮在复杂地形的通过性能。
本发明的一个方式的目的之一是通过使用4D打印技术完成车辋构件的制备，能极大地简化变形车轮的结构设计，降低生产和维修成本。
注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮，包括轮毂、轮辐、轮辋、滚子、轮胎和电热层；
所述轮辐两端分别与轮毂和轮辋连接，轮辋安装在轮胎上，轮辋的外侧设有一排孔隙，滚子安装在孔隙内的转轴上、且与轮胎内侧接触；
所述轮辋的基体材料为光响应形状记忆聚合物，由4D打印技术制作而成，轮辋内设有电热层，轮辋形状能够根据光或电的刺激进行变化。
上述方案中，所述轮辋外侧所设孔隙为“U”形孔隙，滚子能够在“U”形孔隙内部转动、且有部分凸出轮辋外侧表面与轮胎内侧接触。
上述方案中，所述轮辋中心设有一圆孔，轮辋和轮辐顶端通过圆孔用螺栓连接。
上述方案中，所述轮辐内部设有空腔。
上述方案中，所述轮辐为杆件。
进一步的，所述轮辐与轮辋连接的一端的宽度向与轮毂连接的一端逐渐减小。
上述方案中，所述轮辐通过螺栓与轮毂连接。
上述方案中，所述光响应形状记忆聚合物包括聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L。
进一步的，所述聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L的质量百分数为56wt％：40wt％：4wt％。
一种车辆，包括所述基于4D打印技术的多响应变结构车轮。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
根据本发明的一个方式，利用4D打印构件变形可控的特点，设计变结构车轮中涉及到变形的主要结构件轮辋，轮辋的基体材料为可响应光刺激的形状记忆聚合物，其内部嵌有电热层，可通过响应外界光和电刺激实现形状回复功能，从而实现车轮整体的轮式行进方式到履带式行进方式的变换。
根据本发明的一个方式，利用可响应光刺激的记忆聚合物作为4D打印材料，轮辋内设有电热层，提供了一种具备光、电多响应的4D打印变结构车轮，能够人为地调控车轮变形的过程，实现车轮整体外形的多样变化，通过改变车轮触地面积，能实现车轮在复杂环境下通过人为地给予光或电刺激实现车轮从轮式行进方式到履带行进方式的快速转换，提高车轮在复杂地形的通过性能。
根据本发明的一个方式，通过使用4D打印技术完成车辋构件的制备，能极大地简化变形车轮的结构设计，降低生产和维修成本。
注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式并不一定必须具有所有上述效果。可以从说明书、附图、权利要求书等的记载显而易见地看出并抽出上述以外的效果。
附图说明
图1是本发明一实施方式的基于4D打印技术的多响应变结构车轮主视图示意图。
图2是本发明一实施方式的基于4D打印技术的多响应变结构车轮侧视图示意图。
图3是本发明一实施方式的轮辋主视图示意图。
图4是本发明一实施方式的轮辋与轮辐连接示意图。
图5是本发明一实施方式的轮辋变形过程示意图，其中图5(a)为初始形态；图5(b)为中间形态；图5(c)为初始形态。
图6是本发明一实施方式的三角形车轮变形示意图。
图7是本发明一实施方式的六边形车轮变形示意图。
图中：1、轮毂；2、轮辐；3、轮辋；4、小滚子；5、轮胎；6、电热层。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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；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。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。
图1所示为本发明所述一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮的一种较佳实施方式，包括轮毂1、轮辐2、轮辋3、滚子4、轮胎5和电热层6；
如图2所示，所述轮辐2两端分别与轮毂1和轮辋3连接，轮辋3安装在轮胎5上，如图3所示，轮辋3的外侧设有一排孔隙，滚子4安装在孔隙内的轴上、且与轮胎5内侧接触；
所述轮辋3的基体材料为光响应形状记忆聚合物，由4D打印技术制作而成，轮辋3内设有电热层6，轮辋3形状能够根据光或电的刺激进行变化。优选的，在车辆操作室安装开关，人工操作开关，使轮辋3内的电热层6通电或者断电。优选的，在车轮外侧设置光源，用于给予车轮强光的刺激。如图5所示，4D打印技术制作而成的轮辋3具有三角形的打印初始形状如图5(a)所示，升温赋形后冷却固定形成弧形的中间形状如图5(b)所示，再次升温后形状回复到三角形的打印初始形状如图5(c)所示，具体的，将轮辋3加热至其玻璃化转变温度Tg以上后对其赋形并冷却固定使轮辋3形状变为中间形态，变形时将轮辋3加热至其玻璃化转变温度Tg以上后对其赋形并冷却使轮辋3形状恢复到初始形状。
优选的，所述轮辋3的基体材料为能够响应光刺激的形状记忆聚合物，所述聚合物能够将光能转化为热能，进而使局部温度升高达到转变温度值，从而使轮辋3完成形变。
优选的，所述轮辋3外侧所设孔隙为“U”形孔隙，滚子4能够在“U”形孔隙内部转动、且有部分凸出轮辋3外侧表面与轮胎5内侧接触。
优选的，所述轮辋3中心设有一圆孔，轮辋3和轮辐2顶端通过圆孔用螺栓连接。
优选的，所述电热层6在接收到外界电刺激时做出响应，通过电热反应产生热量，进而使局部温度升高达到转变温度值，使轮辋3完成形变。所述轮辋3内嵌的电热层6导电后具备导电能力，使其由绝缘体转变为导体，形成电响应形状记忆聚合物，具有易于控制、可远程驱动、响应速度快等优势。
优选的，所述轮辋3外侧孔隙数量根据轮辋的外形确定。
优选的，所述轮辐2两侧各设置有两孔用于和轮毂3通过两个规格不同的螺栓连接固定。
优选的，所述轮辐2内部设有空腔，用于安装导线、连接电路和传递外界电刺激。
优选的，所述轮辐2为杆件，轮辐2与轮辋3连接的一端的宽度向与轮毂1连接的一端逐渐减小。优选的，所述轮辐2通过螺栓与轮毂1连接。
优选的，轮辋3打印件的形状记忆过程为：将轮辋3从打印初始形状升高温度至其玻璃化转变温度以上，对轮辋3施加外力并使其变形至合适角度；保持外力不变，降低温度后保持住所处的形状并在此形状完成车轮的装配；对轮辋3再次提升温度至玻璃化转变温度以上，释放材料内部应力并且回复到初始形状。
优选的，所述轮辋3内部嵌入电热层6的制备方法是在打印中途的结构表面喷涂具有导电粒子的醇类溶液，干燥后导电粒子附着在结构表面形成电热层，之后继续完成剩余的打印步骤。
优选的，优选的，所述滚子4通过螺栓连接在轮辋3外侧的孔隙上。螺栓既可以起到转轴的作用也可以安装固定在轮辋3上。
优选的，所述光响应形状记忆聚合物包括聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L；
所述聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L的质量百分数为56wt％：40wt％：4wt％。
所述光响应形状记忆聚合物是在形状记忆材料的基础上引入光响应官能团或者光热转换试剂，从而实现材料的光响应性，相比于传统的形状记忆聚合物，光响应形状记忆聚合物具有响应方式简单，且能够实现形变行为的远程控制和精确调控等优势；
如图4所示，所述轮辐2的顶部与轮辋3以铰接的方式连接，在轮辐2被固定的前提下，限制轮辋3在空间中的五个自由度，能够实现轮辋3在平面内以连接处孔的中心轴线为转动中心实现小范围的转动。轮辐2中设置有导线的安装孔径，便于外部电路的连接。
正常工作时车轮整体为圆形结构，以轮式行进方式运转；
遇到特定路段使得圆形车轮无法通过时，给车轮通入外部电流或特定光强照射，驱动车轮实现轮式到履带式行进的转换。当给车轮通入外部电流时，采用电驱动变形，电流流入到轮辋3内嵌的电热层6中，通过热电阻效应产生热量，使得轮辋3的基体材料温度升高至玻璃化转变温度Tg以上，从而激发轮辋3的形状回复到打印件初始形状，实现车轮由轮式转变成履带式的变形；当给车轮特定光强照射时，采用光驱动变形，通过特定光强对轮辋3的基体材料进行照射，通过光热转换效应将基体材料温度升高至玻璃化转变温度Tg以上，从而激发轮辋3的形状恢复到打印件初始形状，实现车轮由轮式转变成履带式的变形。
工作原理：根据变形后所期望的车轮形状确定轮辋3打印件的初始形状，将轮辋3加热至其玻璃化转变温度Tg以上后对其赋形并冷却固定，连接轮辐2和轮毂1等部件完成圆形车轮的组装，正常工作时车轮整体为圆形结构，以轮式行进方式运转，当遇到陡峭或坑洼路段即以圆形车轮的形态无法通过时，给车轮通入外部电流或特定光强照射驱动车轮实现轮式到履带式行进的转换，采用电驱动变形时，电流通过轮辐2预留孔中安装的导线流入到轮辋3中，轮辋3中内嵌的电热层6通过热电阻效应产生热量，当温度高于打印件基体材料的玻璃化转变温度Tg时打印件可恢复为初始形状实现车轮的变形过程；采用光驱动变形时，通过特定光强对轮辋3部件进行照射，轮辋3基体材料中引入的光热转换材料,通过利用光热转换效应将温度升高至打印件基体材料的玻璃化转变温度Tg以上，从而激发形状回复过程实现车轮的变形。
一种车辆，包括上述方案中所述基于4D打印技术的多响应变结构车轮，因此具有上述的有益效果。
实施例1
一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮，包括轮毂1、轮辐2、轮辋3、滚子4、轮胎5和电热层6；所述轮辐2两端分别与轮毂1和轮辋3连接，轮辋3安装在轮胎5上，轮辋3的外侧设有一排孔隙，滚子4安装在孔隙内的转轴上、且与轮胎5内侧接触；所述轮辋3的基体材料为光响应形状记忆聚合物，由4D打印技术制作而成，轮辋3内设有电热层6，轮辋3形状能够根据光或电的刺激进行变化。
所述轮辋3的基体材料为光响应形状记忆聚合物，由4D打印技术制作而成，轮辋3内设有电热层6，轮辋3形状能够根据光或电的刺激进行变化。
根据本实施例，优选的，所述轮辋3的基体材料为能够响应光刺激的形状记忆聚合物，所述聚合物能够将光能转化为热能，进而使局部温度升高达到转变温度值，从而使轮辋3完成形变。
优选的，所述轮辋3外侧所设孔隙为“U”形孔隙，滚子4能够在“U”形孔隙内部转动、且有部分凸出轮辋3外侧表面与轮胎5内侧接触。
优选的，所述轮辋3中心设有一圆孔，轮辋3和轮辐2顶端通过圆孔用螺栓连接。
优选的，所述电热层6在接收到外界电刺激时做出响应，通过电热反应产生热量，进而使局部温度升高达到转变温度值，使轮辋3完成形变。
优选的，所述轮辋3外侧孔隙数量根据轮辋的外形确定。
优选的，所述轮辐2两侧各设置有两孔用于和轮毂3通过两个规格不同的螺栓连接固定。
优选的，所述轮辐2内部设有空腔，用于安装导线、连接电路和传递外界电刺激。
优选的，所述轮辐2为杆件，轮辐2与轮辋3连接的一端的宽度向与轮毂1连接的一端逐渐减小。
优选的，轮辋3打印件的形状记忆过程为：将轮辋3从打印初始形状升高温度至其玻璃化转变温度以上，对轮辋3施加外力并使其变形至合适角度；保持外力不变，降低温度后保持住所处的形状并在此形状完成车轮的装配；对轮辋3再次提升温度至玻璃化转变温度以上，释放材料内部应力并且回复到初始形状。
优选的，所述轮辋3内部嵌入电热层6的制备方法是在打印中途的结构表面喷涂具有导电粒子的醇类溶液，干燥后导电粒子附着在结构表面形成电热层，之后继续完成剩余的打印步骤。
优选的，所述滚子4通过螺栓连接在轮辋3外侧的孔隙上。
优选的，所述光响应形状记忆聚合物包括聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L；
所述聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L的质量百分数为56wt％：40wt％：4wt％。
如图4所示，所述轮辐2的顶部与轮辋3以铰接的方式连接，在轮辐2被固定的前提下，限制轮辋3在空间中的五个自由度，能够实现轮辋3在平面内以连接处孔的中心轴线为转动中心实现小范围的转动。轮辐2中设置有导线的安装孔径，便于外部电路的连接。
根据本实施例，优选的，如图5所示，使用4D打印技术制作轮辋3的初始形状，将轮辋3加热至其玻璃化转变温度Tg以上后对其赋形并冷却固定使轮辋3形状变为中间形态，变形时将轮辋3加热至其玻璃化转变温度Tg以上后对其赋形并冷却使轮辋3形状恢复到初始形状。
根据本实施例，优选的，如图6所示，变形后所期望的车轮形状确定变形后的车轮形状为三角形，从而确定轮辋3打印件的初始形状与轮辐2的组数为3组，将轮辋3加热至其玻璃化转变温度以上后对其赋形并冷却固定，对轮辋3再次提升温度至玻璃化转变温度以上，释放材料内部应力并且回复到初始形状。
各轮辐2之间夹角α根据公式
确定为120°，为确保各轮辋在进行动作时互不干涉，设计轮辋3打印件的尺寸参数，确定轮辋3打印件的初始形状，轮辋3外侧设有用于安装小滚子的“U”形孔隙数量根据轮辋的外形参数确定为8，通过响应外界光或者电刺激，可以实现圆形车轮到三角形车轮结构的变形。
连接轮毂1、轮辐2、轮辋3、小滚子4、轮胎5和电热层6完成圆形车轮的组装。正常工作时车轮整体为圆形结构，以轮式行进方式运转；遇到特定路段使得圆形车轮无法通过时，给车轮通入外部电流时，采用电驱动变形，电流流入到轮辋3内嵌的电热层6中，通过热电阻效应产生热量，使得轮辋3的基体材料温度升高至玻璃化转变温度Tg以上，从而激发轮辋3的形状回复到打印件初始形状的三角形，实现车轮由轮式转变成履带式的变形，增大了轮胎5与地面的接触面积。
实施例2
一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮，包括轮毂1、轮辐2、轮辋3、滚子4、轮胎5和电热层6；所述轮辐2两端分别与轮毂1和轮辋3连接，轮辋3安装在轮胎5上，轮辋3的外侧设有一排孔隙，滚子4安装在孔隙内的转轴上、且与轮胎5内侧接触；所述轮辋3的基体材料为光响应形状记忆聚合物，由4D打印技术制作而成，轮辋3内设有电热层6，轮辋3形状能够根据光或电的刺激进行变化。
所述轮辋3的基体材料为光响应形状记忆聚合物，由4D打印技术制作而成，轮辋3内设有电热层6，轮辋3形状能够根据光或电的刺激进行变化。
优选的，所述轮辋3的基体材料为能够响应光刺激的形状记忆聚合物，所述聚合物能够将光能转化为热能，进而使局部温度升高达到转变温度值，从而使轮辋3完成形变。
优选的，所述轮辋3外侧所设孔隙为“U”形孔隙，滚子4能够在“U”形孔隙内部转动、且有部分凸出轮辋3外侧表面与轮胎5内侧接触。
优选的，所述轮辋3中心设有一圆孔，轮辋3和轮辐2顶端通过圆孔用螺栓连接。
优选的，所述电热层6在接收到外界电刺激时做出响应，通过电热反应产生热量，进而使局部温度升高达到转变温度值，使轮辋3完成形变。
优选的，所述轮辋3外侧孔隙数量根据轮辋的外形确定。
优选的，所述轮辐2两侧各设置有两孔用于和轮毂3通过两个规格不同的螺栓连接固定。
优选的，所述轮辐2内部设有空腔，用于安装导线、连接电路和传递外界电刺激。
优选的，所述轮辐2为杆件，轮辐2与轮辋3连接的一端的宽度向与轮毂1连接的一端逐渐减小。
优选的，轮辋3打印件的形状记忆过程为：将轮辋3从打印初始形状升高温度至其玻璃化转变温度以上，对轮辋3施加外力并使其变形至合适角度；保持外力不变，降低温度后保持住所处的形状并在此形状完成车轮的装配；对轮辋3再次提升温度至玻璃化转变温度以上，释放材料内部应力并且回复到初始形状，车轮实现形态上的变化及行进方式的变化。
优选的，所述轮辋3内部嵌入电热层6的制备方法是在打印中途的结构表面喷涂具有导电粒子的醇类溶液，干燥后导电粒子附着在结构表面形成电热层，之后继续完成剩余的打印步骤。
优选的，所述滚子4通过螺栓连接在轮辋3外侧的孔隙上。
优选的，所述光响应形状记忆聚合物包括聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L；
所述聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L的质量百分数为56wt％：40wt％：4wt％。
如图4所示，所述轮辐2的顶部与轮辋3以铰接的方式连接，在轮辐2被固定的前提下，限制轮辋3在空间中的五个自由度，能够实现轮辋3在平面内以连接处孔的中心轴线为转动中心实现小范围的转动。轮辐2中设置有导线的安装孔径，便于外部电路的连接。
一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮的变形方法，包括如下步骤：
根据本实施例，优选的，如图7所示，变形后所期望的车轮形状确定变形后的车轮形状为六边形，从而确定轮辋3打印件的初始形状与轮辐2的组数为6组，将轮辋3加热至其玻璃化转变温度以上后对其赋形并冷却固定，对轮辋3再次提升温度至玻璃化转变温度以上，释放材料内部应力并且回复到初始形状。
各轮辐之间夹角α根据公式
确定为60°，为确保各轮辋在进行动作时互不干涉，设计轮辋3打印件的尺寸参数，确定轮辋3打印件的初始形状，轮辋3外侧设有用于安装小滚子的“U”形孔隙数量根据轮辋的外形参数确定为4，通过响应外界光或者电刺激，可以实现圆形车轮到六边形车轮结构的变形。
连接轮毂1、轮辐2、轮辋3、小滚子4、轮胎5和电热层6完成圆形车轮的组装。
通过特定光强对轮辋3进行照射，轮辋3中内嵌的电热层6光热转换效应将温度升高至打印件基体材料的玻璃化转变温度以上，从而激发形状回复过程实现车轮的变形。
正常工作时车轮整体为圆形结构，以轮式行进方式运转；
遇到特定路段使得圆形车轮无法通过时，给车轮特定光强照射时，采用光驱动变形，通过特定光强对轮辋3的基体材料进行照射，通过光热转换效应将基体材料温度升高至玻璃化转变温度Tg以上，从而激发轮辋3的形状回复到三角形的打印件初始形状，实现车轮由轮式转变成履带式的变形，增加轮胎5与地面的接触面积。
在本实施例中，优选的，光响应形状记忆恢复条件：在1W/cm^2的条件下，60s之内可完成快速的形状记忆恢复过程。
本发明基于光响应形状记忆聚合物和通过内嵌电热层的方式，能实现车轮在复杂环境下通过人为地给予光或电刺激实现车轮从轮式行进方式到履带行进方式的快速转换，整体上提高了车轮的通过能力。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮，其特征在于，包括轮毂(1)、轮辐(2)、轮辋(3)、滚子(4)、轮胎(5)和电热层(6)；
所述轮辐(2)两端分别与轮毂(1)和轮辋(3)连接，轮辋(3)安装在轮胎(5)上，轮辋(3)的外侧设有一排孔隙，滚子(4)安装在孔隙内的轴上、且与轮胎(5)内侧接触；
所述轮辋(3)的基体材料为光响应形状记忆聚合物，由4D打印技术制作而成，轮辋(3)内设有电热层(6)，轮辋(3)形状能够根据光或电的刺激进行变化。
2.根据权利要求1所述的一种基于4D打印技术的多响应变结构车轮，其特征在于，所述轮辋(3)外侧所设孔隙为“U”形孔隙，滚子(4)能够在“U”形孔隙内部转动、且有部分凸出轮辋(3)外侧表面与轮胎(5)内侧接触。
3.根据权利要求1所述的基于4D打印技术的多响应变结构车轮，其特征在于，所述轮辋(3)中心设有一圆孔，轮辋(3)和轮辐(2)顶端通过圆孔用螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的基于4D打印技术的多响应变结构车轮，其特征在于，所述轮辐(2)内部设有空腔。
5.根据权利要求1所述的基于4D打印技术的多响应变结构车轮，其特征在于，所述轮辐(2)为杆件。
6.根据权利要求5所述的基于4D打印技术的多响应变结构车轮，其特征在于，所述轮辐(2)与轮辋(3)连接的一端的宽度向与轮毂(1)连接的一端逐渐减小。
7.根据权利要求1所述的基于4D打印技术的多响应变结构车轮，其特征在于，所述轮辐(2)通过螺栓与轮毂(1)连接。
8.根据权利要求1所述的基于4D打印技术的多响应变结构车轮，其特征在于，所述光响应形状记忆聚合物包括聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L。
9.根据权利要求8所述的基于4D打印技术的多响应变结构车轮，其特征在于，所述聚氨酯丙烯酸酯PUA、丙烯酸异冰片酯IBOA和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯TPO-L的质量百分数为56wt％：40wt％：4wt％。
10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-9任意一项所述基于4D打印技术的多响应变结构车轮。
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