[發明專利]雙穩態致動器

有效

• 申請號: 201310485580.3
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103904933B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 李鐵風;鄒咤南;李馳;毛國勇;曲紹興
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

1.一種雙穩態致動器，其特征在于：所述的雙穩態致動器包括支架(1)、預拉伸機構、致動機構和驅動機構，其中：

所述的預拉伸機構用于調節驅動機構的預拉伸；

所述的驅動機構利用智能軟材料的本征應變產生驅動力，所述本征應變的外加激勵為電場；

所述的致動機構用于使所述致動器在兩個穩定狀態之間相互切換，所述的致動機構僅在狀態切換時需要提供能量，保持穩定狀態時不需要能量；所述的驅動機構為智能軟材料薄膜(51,52)，所述的致動機構通過智能軟材料薄膜(51,52)的收縮和舒張來驅動，所述的智能軟材料薄膜(51,52)在同一平面上的，且是串聯連接；所述的致動機構包括雙穩態梁(3)和剛性片(4)，所述的雙穩態梁(3)與剛性片(4)連接，所述的驅動機構與剛性片(4)粘合，所述的雙穩態梁(3)的兩端與支架(1)連接，雙穩態致動器的剛性片(4)在位置上與雙穩態梁(3)相互垂直，雙穩態梁(3)穿過剛性片(4)，并使得剛性片(4)與雙穩態梁(3)的接觸線位于梁的正中間部位，剛性片(4)的兩端分別與智能軟材料薄膜(51，52)粘合；所述的雙穩態梁(3)通過位置狀態的切換來實現所述致動器在兩個穩定狀態之間相互切換，所述的雙穩態梁(3)僅在位置狀態切換時需要提供能量，保持穩定位置狀態時不需要能量；

所述電場中電壓和雙穩態梁位移的關系如下：

其中，

λ_1A＝λ_1B＝λ_1p，λ_2A＝λ_2B＝λ_2p，

將智能軟材料薄膜51標記為A，智能軟材料薄膜52標記為B，加載在初始厚度為H的智能軟材料薄膜A，B上的電壓分別為Φ_A、Φ_B，在驅動方向產生的應力分別為P_1A，P_1B，薄膜變形后驅動方向的長度分別為λ_1pL_1A、λ_1pL_1B，ε是薄膜的介電系數，J_lim是和預拉伸有關的常數，μ是剪切模量，λ_1A，λ_1B分別為薄膜A，B驅動方向的長度變化系數，λ_2A，λ_2B分別表示薄膜A，B垂直于驅動方向的長度變化系數，α和β表示兩個無量綱的常數，d表示梁中點的位移。

2.根據權利要求1所述的雙穩態致動器，其特征在于：所述的智能軟材料薄膜(51,52)的材料選自光致伸縮高彈體、介電高彈體、磁致伸縮高彈體。

3.根據權利要求1所述的雙穩態致動器，其特征在于：所述的驅動機構為彈簧結構。

4.根據權利要求1-3任一項所述的雙穩態致動器，其特征在于：所述的預拉伸機構為拉伸臂(2)，所述的拉伸臂(2)分布于支架(1)兩邊。

5.根據權利要求4所述的雙穩態致動器，其特征在于：所述的拉伸臂(2)上設有夾具(6)，所述的夾具(6)上設有夾緊螺栓。

6.根據權利要求1-3任一項所述的雙穩態致動器，其特征在于：所述的智能軟材料薄膜(51,52)分別位于剛性片(4)兩邊，智能軟材料薄膜(51,52)的內端與剛性片(4)粘合，外端固定在連接著拉伸臂(2)的夾具(6)上。

7.根據權利要求1-3任一項所述的雙穩態致動器，其特征在于：所述的雙穩態梁(3)為雙鉸支梁，通過對梁中間部位施加拉力來實現雙穩態梁位置狀態的改變。

8.根據權利要求1-3任一項所述的雙穩態致動器，其特征在于：所述的雙穩態致動器的激勵方式選自光能、電能、磁能中的任意一種或任意多種。