[发明专利]双稳态致动器

摘要

本发明提供一种双稳态致动器，包括支架、预拉伸机构、致动机构和驱动机构。其中，预拉伸机构为拉伸臂，拉伸臂分布于支架两边；驱动机构为两片智能软材料薄膜，两片薄膜的内端分别与刚性片粘合，外端分别固定在连接着拉伸臂的夹具上，致动机构通过智能软材料薄膜的收缩和舒张来驱动；致动机构包括双稳态梁和刚性片，双稳态梁位于机构中央，并垂直穿过刚性片中部，智能软材料薄膜与刚性片粘合，双稳态梁的两端与支架连接，双稳态梁通过位置状态的切换来实现所述致动器在两个稳定状态之间相互切换，双稳态梁仅在位置状态切换时需要提供能量，保持稳定位置状态时不需要能量。本发明借助智能软材料薄膜材料以及双稳态结构实现稳态驱动，不仅具有一般致动器的优点，而且可以实现小型化、省电以及快速响应。

主权项

1.一种双稳态致动器，其特征在于：所述的双稳态致动器包括支架(1)、预拉伸机构、致动机构和驱动机构，其中：所述的预拉伸机构用于调节驱动机构的预拉伸；所述的驱动机构利用智能软材料的本征应变产生驱动力，所述本征应变的外加激励为电场；所述的致动机构用于使所述致动器在两个稳定状态之间相互切换，所述的致动机构仅在状态切换时需要提供能量，保持稳定状态时不需要能量；所述的驱动机构为智能软材料薄膜(51,52)，所述的致动机构通过智能软材料薄膜(51,52)的收缩和舒张来驱动，所述的智能软材料薄膜(51,52)在同一平面上的，且是串联连接；所述的致动机构包括双稳态梁(3)和刚性片(4)，所述的双稳态梁(3)与刚性片(4)连接，所述的驱动机构与刚性片(4)粘合，所述的双稳态梁(3)的两端与支架(1)连接，双稳态致动器的刚性片(4)在位置上与双稳态梁(3)相互垂直，双稳态梁(3)穿过刚性片(4)，并使得刚性片(4)与双稳态梁(3)的接触线位于梁的正中间部位，刚性片(4)的两端分别与智能软材料薄膜(51，52)粘合；所述的双稳态梁(3)通过位置状态的切换来实现所述致动器在两个稳定状态之间相互切换，所述的双稳态梁(3)仅在位置状态切换时需要提供能量，保持稳定位置状态时不需要能量；所述电场中电压和双稳态梁位移的关系如下：其中，λ1A＝λ1B＝λ1p，λ2A＝λ2B＝λ2p，将智能软材料薄膜51标记为A，智能软材料薄膜52标记为B，加载在初始厚度为H的智能软材料薄膜A，B上的电压分别为ΦA、ΦB，在驱动方向产生的应力分别为P1A，P1B，薄膜变形后驱动方向的长度分别为λ1pL1A、λ1pL1B，ε是薄膜的介电系数，Jlim是和预拉伸有关的常数，μ是剪切模量，λ1A，λ1B分别为薄膜A，B驱动方向的长度变化系数，λ2A，λ2B分别表示薄膜A，B垂直于驱动方向的长度变化系数，α和β表示两个无量纲的常数，d表示梁中点的位移。