一种基于液态金属驱动的轮式机器人的制作方法

本发明涉及一种智能机器人，尤其涉及一种基于液态金属驱动的轮式机器人。

背景技术

滚动是自然界一些动物常用的运动方式之一，滚动机器人也一直是智能机器人领域重要的研究课题之一。一些研究者选择电机、sma等作为驱动装置设计相应的的滚动机器人，通过驱动装置改变机器人的重心来驱动其不断向前滚动。然而，目前滚动机器人的驱动方式相对较少，并且存在这结构复杂、控制难、运动性能不佳等问题。

近来，液态金属作为一种新型的驱动方式，能够通过施加电场、磁场等方式实现驱动，液态金属以其特殊的驱动特性在智能机器人领域得到了广泛的研究。当液态金属液滴被放置在足够广泛的空间，其形态呈现椭圆状，施加电场后，液态金属会趋向正极运动。然而，当一定量的液态金属液滴被限制在狭长的通道内，其形态呈现长条状，施加电场后，液态金属会趋向负极运动。一些研究者设计出一些基于液态金属驱动的移动机器人，拥有良好的运动性能。然而，目前尚未有研究将液态金属的驱动特性应用到滚动机器人。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于液态金属驱动的轮式机器人。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的基于液态金属驱动的轮式机器人，包括轮体、液态金属液滴和氢氧化钠溶液、电极支架和电极；

所述轮体采用内圆环设有凹槽的轮式结构；

所述电极支架放置于所述轮体的内圆环上；

所述两个电极分别固定在所述电极支架的前端和后端，并且通过导线与外部电源连接；

所述液态金属液滴和氢氧化钠溶液被限制在轮体内圆环的凹槽中，并且液态金属液滴保持在所述两个电极之间。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于液态金属驱动的轮式机器人，将液态金属液滴限制在狭长的轮体内部，施加电场后，液态金属趋向负极运动，这将持续改变轮式机器人的重心，从而驱动轮式机器人不断向前滚动。具有结构简单、控制简单、运动性能良好的特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于液态金属驱动的轮式机器人结构示意图。

图2为本发明实施例中的电极与电极支架的结构示意图。

图3为本发明实施例一的稳压电源供电的结构示意图。

图4为本发明实施例二的携带电池组供电的结构示意图。

图中：

1-轮体，2-液态金属液滴和氢氧化钠溶液，3-电极支架，4-电极，5-稳压电源，6-电池支架，7-电池组，301-电极支架的前挡板，302-电极支架的连接轴，303-电极支架的后端，304-电极支架的横轴。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的基于液态金属驱动的轮式机器人，其较佳的具体实施方式是：

包括轮体、液态金属液滴和氢氧化钠溶液、电极支架和电极；

所述轮体采用内圆环设有凹槽的轮式结构；

所述电极支架放置于所述轮体的内圆环上；

所述两个电极分别固定在所述电极支架的前端和后端，并且通过导线与外部电源连接；

所述液态金属液滴和氢氧化钠溶液被限制在轮体内圆环的凹槽中，并且液态金属液滴保持在所述两个电极之间。

所述液态金属材料采用由铟、锡、锌、铋、银、铝中的至少一种金属与镓组成的二相或多相合金，利用其通电后的驱动性能，推动轮式机器人转动。

所述电极支架的前端设有前挡板，所述前挡板与所述电极支架的后端之间通过连接轴连接，所述两个电极的负极固定在所述前挡板上，正极固定在所述电极支架的后端上。

所述电极支架的前挡板的两侧和所述电极支架的后端的两侧分别设有横轴，所述电极支架通过四个横轴放置在轮体的内圆环上，电极支架的其他部分均不与轮体直接接触，所述电极支架能够沿着轮体的内圆环移动。

所述电极施加电场后，液态金属在氢氧化钠溶液中能够趋向负极运动，从而推动电极支架的前挡板，使得液态金属以及电极支架能够在轮体内部持续移动，这将能够持续改变轮式机器人的重心，使得其能够持续向前滚动。

所述轮体的内圆环的凹槽使用超疏水技术处理，能够减小氢氧化钠溶液与轮体的阻力。

所述液态金属液滴始终被氢氧化钠溶液包裹，液态金属液滴始终不直接与两个电极接触，电场通过氢氧化钠溶液对液态金属液滴施加影响。

所述两个电极通过细导线与外部电源连接，所述外部电源为直流稳压电源或者电池组。

所述电池组通过电池支架固定在所述轮体上。

所述电极支架由3d打印技术制作。

轮式机器人作为滚动机器人一种重要类型，可以适应多种地面环境，本发明的基于液态金属驱动的轮式机器人，具有良好的滚动性能。本发明将液态金属液滴限制在狭长的轮体内部，施加电场后，液态金属趋向负极运动，这将持续改变轮式机器人的重心，从而驱动轮式机器人不断向前滚动。本发明的轮式机器人具有结构简单、控制简单、运动性能良好的特点，应用了液态金属的驱动性能，成为一种全新的滚动机器人的驱动方式，极大的拓展了液态金属与智能机器人的研究范围。

本发明的基于液态金属驱动的轮式机器人，提出了一种全新的滚动机器人的驱动方式，扩展了液态金属在智能机器人领域的应用，具有结构简单、控制简单、运动性能良好的特点。

与现有技术相比，本发明基于液态金属驱动的轮式机器人，能够在外部电源的作用下，展示出良好的运动性能。液态金属作为一种全新的驱动装置，应用在滚动机器人上，相比于滚动机器人其他驱动装置：电机和sma，具有结构简单、控制方便的有优点，丰富了滚动机器人的驱动方式，可广泛应用与不同结构和应用环境的机器人中。

具体实施例：

如图1所示，包括：轮体1、液态金属液滴和氢氧化钠溶液2、电极支架3、电极4，其中：

所述轮体1采用半封闭的轮式结构,轮体1的内侧可使用超疏水技术处理，从而减小氢氧化钠溶液与轮体的阻力。

所述电极支架3放置于轮体1的内圆环上；

所述两个电极4固定在电极支架的前后端，并且通过导线与外部电源连接；

所述一定量的液态金属液滴和氢氧化钠溶液2被限制在轮体1内部，并且液态金属液滴保持在两个电极之间。

所述液态金属材料采用由铟、锡、锌、铋、银、铝中的至少一种金属与镓组成的二相或多相合金，利用其通电后的驱动性能，推动轮式机器人转动。

所述液态金属液滴始终被氢氧化钠溶液包裹，液态金属液滴始终不直接与两个电极接触，电场通过氢氧化钠溶液对液态金属液滴施加影响。

图2为基于液态金属驱动的轮式机器人的电极与电极支架的结构示意图，所述电极支架3可由3d打印技术制作，电极的负极固定在电极支架3的前挡板301上，电极的正极固定在电极支架3的后端303上。

所述电极支架3通过四个横轴304放置在轮体1的内圆环上，电极支架3的其他部分均不与轮体1直接接触，电极支架3能够沿着轮体1的内圆环移动。

所述电极4施加合适的电场，适量的液态金属在氢氧化钠溶液中能够趋向负极运动，从而推动电极支架3的前挡板301，使得液态金属以及电极支架能够在轮体内部持续移动，这将能够持续改变轮式机器人的重心，使得其能够持续向前滚动。

所述两个电极4通过细导线与外部电源连接，外部电源可以是直流稳压电源或者电池，细导线应具有足够的柔性，从而不会影响轮式机器人的运动。

图3为本发明基于液态金属驱动的轮式机器人的稳压电源供电的一实施例的结构示意图。稳压电源3通过细导线与电极4连接，能够在轮式机器人持续滚动中提供稳定的电压与电流。

图4为本发明基于液态金属驱动的轮式机器人的携带电池组供电的一实施例的结构示意图，电池组7通过电池支架6放置在轮体1的中心位置，两个电池支架6分别固定在轮体1的两侧，在为电池组提供支撑的同时不影响电极支架3的移动。电池组7通过细导线与电极4连接，为轮式机器人提供合适的电压与电流。

本发明基于液态金属驱动的轮式机器人的工作原理是：液态金属液滴在电场作用下趋向负极运动，液态金属液滴通过改变轮式机器人的重心来不断驱动其向前滚动，在轮式机器人滚动的过程中，液态金属由氢氧化钠溶液包围，并且液态金属液滴和氢氧化钠溶液始终在机器人的内部移动，电场通过氢氧化钠溶液作用于液态金属，使得液态金属液滴能够不断产生驱动力来推动轮式机器人运动。

需要注意的是，本发明的重点是，液态金属在电场的作用下通过变重心的方式不断驱动轮式机器人运动，这实现了液态金属作为全新的滚动机器人的驱动方式，然而外部电源并不限于上述实施例所提及的电源形式：稳压电源和电池组，本发明不做任何限制。此外，电极与电极支架的结构形式并不限于上述实施例所提及的结构形式，电极和电极支架的作用是能够不断的将电场作用与液态金属液滴与氢氧化钠溶液，并且能够随着液态金属的移动而在机器人内部变化变换位置，所有可能、合理的电极和电极支架的结构形式均应落入本发明的保护范围内。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。