專利名稱：一種光控水中推進(jìn)器及推進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料以及自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用光直接控制的水中推進(jìn)
器以及推進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
推進(jìn)器是自動(dòng)化裝置中的重要結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部位，傳統(tǒng)的推進(jìn)器是采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞到自動(dòng)化裝置的末端，或是采用氣動(dòng)、液壓等驅(qū)動(dòng)方式，這就需要自動(dòng)化裝置具有電機(jī)、齒輪、傳送帶等很多相關(guān)設(shè)備，這些設(shè)備的存在嚴(yán)重制約著自動(dòng)化裝置的小型化，并且電機(jī)、齒輪的介入使自動(dòng)化裝置的操縱系統(tǒng)較為復(fù)雜。也有一些其他的驅(qū)動(dòng)方式，例如有人將形狀記憶合金應(yīng)用于水中推進(jìn)器中，但是形狀記憶合金很容易受溫度的變化和和工作介質(zhì)的不同的影響，而且響應(yīng)速度也很難達(dá)到實(shí)際使用的要求。 眾所周知，光具有快速、準(zhǔn)確、清潔環(huán)保，儲(chǔ)量豐富等一系列優(yōu)異的性能，它是最好的遠(yuǎn)程控制方式，如果能用光直接控制推進(jìn)器而不需要任何其他傳動(dòng)措施，那將會(huì)非常的方便，這也是人類多年的夢想。2003年，復(fù)旦大學(xué)俞燕蕾教授和東京工業(yè)大學(xué)池田富樹教授合作研制出了光致彎曲液晶高分子材料(Nature, 2003年425期，第145頁)，該材料在紫外光的照射下在數(shù)秒內(nèi)就能夠產(chǎn)生三維的彎曲形變，在可見光或是熱的作用下形變又能夠回復(fù)，整個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行，材料本身卻不出現(xiàn)疲勞，這尤其給光控水中推進(jìn)器的制備帶來了新的希望。在此基礎(chǔ)上，光控水中推進(jìn)器的制備有待進(jìn)一步地研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用光照射即可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)運(yùn)動(dòng)的水中推進(jìn)器及該推進(jìn)器的推進(jìn)方法，使該推進(jìn)器可應(yīng)用于空間狹小、無法供電、強(qiáng)磁場等苛刻水環(huán)境中，并克服在某些水環(huán)境下無法應(yīng)用機(jī)器實(shí)施工作的缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種水中推進(jìn)器的推進(jìn)方法，包括
將動(dòng)力發(fā)生裝置置于水中，開啟紫外光光源，動(dòng)力發(fā)生裝置在光的照射下產(chǎn)生收縮并開始彎曲； 固定片在動(dòng)力發(fā)生裝置收縮力作用下以垂直于水面的狀態(tài)向前移動(dòng)，可動(dòng)片由于水的阻力而與固定片分開，使水從固定片間流過； 關(guān)閉紫外光光源，開啟可見光光源，動(dòng)力發(fā)生裝置在光的照射下恢復(fù)原狀，產(chǎn)生推
力使可動(dòng)片與固定片閉合，在水中推動(dòng)軀干前進(jìn)。 所述紫外光波長為365nm。 還包括可產(chǎn)生推進(jìn)力的推進(jìn)單元、支架、動(dòng)力發(fā)生裝置、推進(jìn)片、可動(dòng)片和固定片，支架固定于軀干的前端，推進(jìn)單元與支架連接；推進(jìn)單元由動(dòng)力發(fā)生裝置和推進(jìn)片組成，動(dòng)力發(fā)生裝置首尾兩端分別與支架和推進(jìn)片相粘結(jié)；推進(jìn)片由可動(dòng)片和固定片構(gòu)成，可動(dòng)片和固定片由高分子材料相連接。
所述動(dòng)力發(fā)生裝置采用光致形變材料。 所述動(dòng)力發(fā)生裝置采用液晶光致形變材料。 所述推進(jìn)片采用金屬或塑料硬質(zhì)片材料。 所述高分子材料為乳膠或塑料薄膜。 所述軀干的長度和動(dòng)力發(fā)生裝置長度的比例為1 : 1.5，兩部分的寬度和高度比
例分別均為i : 1，軀干的寬度和高度與長度比例為o.5 : l和o.5 : i。 本發(fā)明提出了上述推進(jìn)器的水中推進(jìn)方法，是利用光照射推進(jìn)器中的推進(jìn)單元上
的光致形變材料使該推進(jìn)單元發(fā)生形變從而控制推進(jìn)器的動(dòng)作。 其中，光照射光致形變材料構(gòu)成的部分使該部分產(chǎn)生收縮，關(guān)閉光照使該部分恢
復(fù)原始狀態(tài)。 本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果 (1)本發(fā)明中的水中推進(jìn)器不再是傳統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)型，不再需要電機(jī)、減速器、齒輪、
傳送帶等一系列相關(guān)的結(jié)構(gòu)，也無須考慮其防水密封特性，極大地簡化了水中推進(jìn)器的設(shè)計(jì)，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)都相對簡單，本發(fā)明提供的水中推進(jìn)器尺寸明顯減?。?(2)與現(xiàn)有的其他驅(qū)動(dòng)方式相比較，光驅(qū)動(dòng)快速、精確、環(huán)保、能耗小，并且具有可遠(yuǎn)程操作等其他驅(qū)動(dòng)方式所不具備的特點(diǎn)； (3)水中推進(jìn)器各部件的材料是以高分子材料為主，部件較少，原料價(jià)格低廉，易于產(chǎn)業(yè)化。 (4)水中推進(jìn)器各個(gè)部件之間的材料兼容性較好，因此可以根據(jù)不同的需要對推進(jìn)器進(jìn)行改裝，只要將執(zhí)行不同動(dòng)作的部位按照一定的順序組裝起來就可以實(shí)現(xiàn)所需要的功能。


圖1是本發(fā)明光控水中推進(jìn)器實(shí)施例非工作狀態(tài)的的結(jié)構(gòu)示意圖。(可動(dòng)片和固定片呈閉合狀態(tài)) 圖2是圖l所示實(shí)施例工作狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。(可動(dòng)片和固定片呈開啟狀態(tài))
圖3是本發(fā)明的一種推進(jìn)片的結(jié)構(gòu)示意圖及工作原理圖。(閉合狀態(tài))
圖4是本發(fā)明的一種推進(jìn)片的結(jié)構(gòu)示意圖及工作原理圖。(開啟狀態(tài))
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 請見圖l-3所示，為本發(fā)明一種水中推進(jìn)裝置實(shí)施例的示意圖，包括軀干l，推進(jìn)單元IOO，動(dòng)力發(fā)生裝置10，支架ll，推進(jìn)片20，可動(dòng)片21，固定片22和高分子材料23。軀干1為被推進(jìn)設(shè)備，在軀干1前端上用膠粘結(jié)有支架11，支架11與推進(jìn)單元100相連接；推進(jìn)單元100由兩部分構(gòu)成，可產(chǎn)生推進(jìn)動(dòng)力，其中一部分為動(dòng)力發(fā)生裝置IO，動(dòng)力發(fā)生裝置10由兩片獨(dú)立的光致形變材料構(gòu)成，其首尾兩端分別與軀干1上的支架11和動(dòng)力推進(jìn)片20上的固定片22相粘結(jié)；另一部分為推進(jìn)片20，其由可動(dòng)片21和固定片22構(gòu)成，可動(dòng)片21為一片平面板結(jié)構(gòu)，固定片22為中間鏤空的"門"形平面結(jié)構(gòu)，固定片22在水中始終保持與水面垂直狀態(tài)；可動(dòng)片21和固定片22通過高分子材料23粘接，使可動(dòng)片21在水中前進(jìn)時(shí)實(shí)現(xiàn)開合功能。 進(jìn)一步，本發(fā)明采用的光源為紫外光和可見光，本實(shí)施例中具體采用波長為365nm的紫外光。動(dòng)力發(fā)生裝置10由光致形變材料構(gòu)成，具體采用的光致變材料為液晶高分子材料；推進(jìn)片20材料為金屬或塑料硬質(zhì)片；高分子材料23，可采用如乳膠、塑料薄膜等材料?？蓜?dòng)片21和固定片22選用具有一定剛度的材料。 進(jìn)行具體的尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，本發(fā)明的尺寸大小根據(jù)所選擇動(dòng)力發(fā)生裝置10的尺寸而定。軀干1的長度和動(dòng)力發(fā)生裝置10長度的比例約為1 : 1. 5，兩部分的寬度和高度比
例分別均為i : i，軀干i的寬度和高度與長度比例為o.5 : l和o.5 : i。 光致形變材料在光的作用下可產(chǎn)生形變，這個(gè)過程將光能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)器能，本發(fā)明利用了液晶光致形變材料的這一特點(diǎn)，將動(dòng)力發(fā)生裝置10與推進(jìn)片20粘結(jié)構(gòu)成推進(jìn)單元100，這個(gè)單元中各種材料相配合實(shí)現(xiàn)了物體推進(jìn)功能。下面結(jié)合附圖描述水中推進(jìn)器
被光驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在水中推進(jìn)物體的功能的過程 開啟紫外光光源，動(dòng)力發(fā)生裝置10在紫外光的照射下會(huì)產(chǎn)生收縮并開始彎曲，產(chǎn)生的收縮力使推進(jìn)片20中的固定片22始終以垂直于水面的狀態(tài)向前移動(dòng)，而可動(dòng)片21由于水的阻力而與固定片22分開，使水從固定片22間流過； 然后關(guān)閉紫外光光源，開啟可見光光源，此時(shí)動(dòng)力發(fā)生裝置IO在可見光的照射下恢復(fù)原狀，其產(chǎn)生的推力使可動(dòng)片21與固定片22閉合，從而在水中推動(dòng)軀干1前進(jìn)。
通過上述的過程可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)單元100將物體在水中推進(jìn)的功能，對動(dòng)力發(fā)生裝置10的反復(fù)照射即可實(shí)現(xiàn)水中推進(jìn)器的持續(xù)前進(jìn)。其中前進(jìn)速度可通過改變光強(qiáng)和照射時(shí)間來調(diào)節(jié)。光強(qiáng)一定的情況下，照射時(shí)間越長，動(dòng)力發(fā)生裝置變形越大；照射時(shí)間一定的情況下，光強(qiáng)越強(qiáng)，動(dòng)力發(fā)生裝置變形越大。 上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種水中推進(jìn)器的推進(jìn)方法，其特征在于包括將動(dòng)力發(fā)生裝置置于水中，開啟紫外光光源，動(dòng)力發(fā)生裝置在光的照射下產(chǎn)生收縮并開始彎曲；固定片在動(dòng)力發(fā)生裝置收縮力作用下以垂直于水面的狀態(tài)向前移動(dòng)，可動(dòng)片由于水的阻力而與固定片分開，使水從固定片間流過；關(guān)閉紫外光光源，開啟可見光光源，動(dòng)力發(fā)生裝置在光的照射下恢復(fù)原狀，產(chǎn)生推力使可動(dòng)片與固定片閉合，在水中推動(dòng)軀干前進(jìn)。
2. 如權(quán)得要求2所述的水中推進(jìn)方法，其特征在于所述紫外光波長為365nm。
3. —種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1方法的水中推進(jìn)器，包括軀干，其特征在于還包括可產(chǎn)生推進(jìn)力的推進(jìn)單元、支架、動(dòng)力發(fā)生裝置、推進(jìn)片、可動(dòng)片和固定片，支架固定于軀干的前端，推進(jìn)單元與支架連接；推進(jìn)單元由動(dòng)力發(fā)生裝置和推進(jìn)片組成，動(dòng)力發(fā)生裝置首尾兩端分別與支架和推進(jìn)片相粘結(jié)；推進(jìn)片由可動(dòng)片和固定片構(gòu)成，可動(dòng)片和固定片由高分子材料相連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的水中推進(jìn)器，其特征在于所述動(dòng)力發(fā)生裝置采用光致形變材料。
5. 如權(quán)利要求3所述的水中推進(jìn)器，其特征在于所述動(dòng)力發(fā)生裝置采用液晶光致形變材料。
6. 如權(quán)利要求3所述的水中推進(jìn)器，其特征在于所述推進(jìn)片采用金屬或塑料硬質(zhì)片材料。
7. 如權(quán)利要求3所述的水中推進(jìn)器，其特征在于所述高分子材料為乳膠或塑料薄膜。
8. 如權(quán)利要求3所述的水中推進(jìn)器，其特征在于所述軀干的長度和動(dòng)力發(fā)生裝置長度的比例為i : 1.5，兩部分的寬度和高度比例分別均為i : i，軀干的寬度和高度與長度比例為o. 5 : i禾卩o. 5 : i。
全文摘要
一種光控水中推進(jìn)器，支架固定于軀干的前端，推進(jìn)單元與支架連接；推進(jìn)單元由動(dòng)力發(fā)生裝置和推進(jìn)片組成，動(dòng)力發(fā)生裝置首尾兩端分別與支架和推進(jìn)片相粘結(jié)；推進(jìn)片由可動(dòng)片和固定片構(gòu)成，可動(dòng)片和固定片由高分子材料相連接。其推進(jìn)方法將動(dòng)力發(fā)生裝置置于水中，開啟光源，動(dòng)力發(fā)生裝置在光的照射下產(chǎn)生收縮并開始彎曲；固定片在動(dòng)力發(fā)生裝置收縮力作用下以垂直于水面的狀態(tài)向前移動(dòng)，可動(dòng)片由于水的阻力而與固定片分開；關(guān)閉光源，開啟另一光源，動(dòng)力在光照下發(fā)生裝置恢復(fù)原狀，產(chǎn)生推力使可動(dòng)片與固定片閉合。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，可以應(yīng)用于空間狹小、無法供電、強(qiáng)磁場等苛刻水環(huán)境中。
文檔編號F03G7/06GK101793243SQ201010123448
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者何玉玲, 俞燕蕾, 朱玉田, 王曉振, 程伏濤, 章園園, 陳茂林 申請人:同濟(jì)大學(xué)