专利名称：光驱动微型轮式车辆及驱动车辆行走的方法
技术领域：
本发明属于材料以及微型机械技术领域，具体涉及一种利用光直接驱动的微型轮
式车辆以及驱动车辆行走的方法。
背景技术：
轮式车辆是现代机械里非常重要的部分，诸如起重机、挖掘机等工程机械要借助轮式车辆底盘才能实现行走。近年来，由于生产过程精密度和环保要求的不断提高，机械系统朝微型化、节能化和智能化方向发展的趋势明显。普通的轮式车辆需要发动机、传动机构等才能将燃料的内能转化成驱动车辆行走的机械能。整个动力传递系统部件繁多、结构复杂，给轮式车辆的微型化和自动控制带来了极大的困难。近年来有不少报道利用形状记忆合金和压电陶瓷作为驱动器的机械，例如日本科学家成功地将形状记忆合金应用于小型的手爪结构中，但是都没有成功应用到驱动车辆行走上，原因除了形状记忆合金和压电陶瓷本身材料上的缺点以及应用时的苛刻条件之外，最主要的难点还是无法将这些材料变形产生的能量简单迅速地转化为驱动车辆行走的机械能。 众所周知，光具有快速、准确、清洁环保，储量丰富等一系列优异的性能，它是最好的能量供给方式，如果只需要简单的结构就能实现光能到机械能的转化，驱动车辆等装置行走，那将会非常的方便，这也是人类多年的梦想。2003年，复旦大学俞燕蕾教授和东京工业大学池田富树教授合作研制出了光致弯曲液晶高分子材料(Nature, 2003年425期，第145页)，该材料在紫外光的照射下在数秒内就能够产生三维的弯曲形变，在可见光或是热的作用下形变又能够回复，整个过程重复进行，材料本身却不出现疲劳，这给光驱动微型轮式车辆的研制带来了希望。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种利用光照射即可实现行走的微型轮式车辆，使该微型轮式车辆可在空间狭小、无法供电、强磁场等苛刻领域应用，并克服某些环境下无法应用轮式车辆实施工作的缺陷。本发明的另一目的在于提供一种驱动微型轮式车辆的行走方法。 本发明提出的光驱动微型轮式车辆，至少包含车架、车轴及支撑结构。所述的车轴为前后两根，每根车轴上均固定有一个带轮及左右两个车轮，前后两根车轴上的带轮之间由可以弯曲变形的环形带，作为传动带，该环形带具有光致形变材料层。车轴与车架之间通过支撑结构固定。 本发明中，所述的支撑结构包含四个金属顶针，每根车轴左右两端各有一个顶针穿过车架，顶住车轴左右端面，顶针与车轴轴线重合，使车轴只能转动。 其中，所述的车架、车轴、带轮及车轮由高分子材料、金属或它们的复合材料制成，优选透光质量轻高硬度的高分子材料，更优选有机玻璃。 其中，所述的环形带可由一层或两层构成。 一层时，全部由光致形变材料构成；两层时，外层的材料由光致形变材料构成，内层的材料由柔性高分子材料构成，外层与内层之 间通过粘结剂粘结。环形带为封闭环，紧密套在前后两个带轮上。 其中，所述的柔性高分子材料选自聚乙烯、聚丙烯、天然橡胶中的一种，或者由它 们构成的复合高分子材料，优选聚乙烯材料。 其中，所述的光致形变材料优选光致弯曲液晶高分子材料。 其中，所述的粘结剂选为聚丙烯酸酯类粘结剂、聚氨酯类粘结剂、环氧树脂类粘结 剂、橡胶类粘结剂中的一种，优选为环氧树脂类粘结剂。 本发明提出的驱动上述轮式车辆行走的方法，利用光照射环形带绕在带轮上的部 分，产生驱动带轮旋转的转动力矩，实现车轴及车轮旋转，驱动该轮式车辆行走。
其中，光照射环形带中光致形变材料构成的层使该层产生收縮，光源相对于该车 辆位置不变，光致形变材料离开光源后恢复原始状态。 本发明提供的光驱动微型轮式车辆以及驱动车辆行走的方法，对于现在的技术具 有如下的优点及效果 (1)本发明中的微型轮式车辆同于是传统的轮式车辆，不再需要发动机、传动机构 等一系列相关的结构，可以直接将光致形变材料的变形能转化为驱动车辆行走的机械能， 极大地简化了车辆的设计，结构简单，尺寸明显减小； (2)与现有的其他驱动方式相比较，光驱动快速、环保、能耗小，并且具有可远程操 作等其他驱动方式所不具备的特点； (3)光驱动微型轮式车辆各部件的材料是以高分子材料为主，部件少，原料价格低 廉，易于产业化。 (4)光驱动微型轮式车辆部件数量少，可以根据不同的需要对车辆尺寸进行调整， 适应不同行走速度和载荷能力的需要，具有极高的灵活度。
图1是本发明实施例中一种光驱动微型轮式车辆的结构示意图(俯视图)。
图2是本发明实施例中一种光驱动微型轮式车辆的结构示意图(正视图)。
图中标号1车架，2车轴，3带轮，4车轮，5顶针，6环形带，11环形带的外圈，12环 形带内圈，100光线照射方向。
具体实施例方式
现依据附图并结合下述具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例 如图所示， 一种光驱动微型轮式车辆至少包括车架1、车轴2。车轴2上装有带 轮3和车轮4，带轮3、车轮4与车轴2过盈配合，固定在车轴2上。顶针4选用的是金属 自攻螺丝，其攻丝穿过车架1如图所示的部分，前端顶住车轴2的端面，并与车轴2轴线重 合。车架1、车轴2、带轮3及车轮4选用有机玻璃材料制成。前后两个带轮2上绕有可以 弯曲变形的环形带6，环形带6为封闭环，紧密套在前后两个带轮2上。该环形带6由内 外两圈材料构成，外圈11由光致形变材料构成，具体选用光致弯曲液晶高分子(专利CN 101225137A中制备得到)，内圈12由柔性高分子材料构成，这里选用的是单向拉伸低密度聚乙烯薄膜，内外圈之间通过粘结剂粘结。前面所述的光致形变材料及其制备方法可选自
发明者俞燕蕾, 岳涛, 朱玉田, 杨卫祥, 程伏涛, 章园园, 陈茂林 申请人:同济大学