[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于負(fù)剛度預(yù)載荷EAP驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810770657.4
• 申請(qǐng)日: 2018-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108900110A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鵬飛;李秉洋;牛少華;葛杰友;占干
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)空間技術(shù)研究院;北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/00
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/00
• 代理公司: 北京智乾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11552
• 代理人: 華冰

本發(fā)明涉及一種基于負(fù)剛度預(yù)載荷EAP驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括：結(jié)構(gòu)支架；EAP柔性薄膜，所述EAP柔性薄膜安裝在所述結(jié)構(gòu)支架上并通過(guò)自身剛度的變化進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；負(fù)剛度預(yù)載荷，所述負(fù)剛度預(yù)載荷安裝在所述結(jié)構(gòu)支架上，用于根據(jù)所述EAP柔性薄膜剛度的變化進(jìn)行動(dòng)力輸出。本發(fā)明通過(guò)將EAP柔性薄膜和負(fù)剛度預(yù)載荷結(jié)合起來(lái)，與現(xiàn)有的機(jī)械式、電磁式作動(dòng)器相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、無(wú)噪音、不生熱、電力轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用到各種柔性驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上，在電刺激下可以快速產(chǎn)生輸出位移并做功。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于負(fù)剛度預(yù)載荷EAP驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，具體涉及一種利用負(fù)剛度彈性元件(預(yù)載荷)受力變形特性，達(dá)到顯著提高EAP驅(qū)動(dòng)單元的輸出位移以及輸出功。

背景技術(shù)

EAP軟材料(Electro-active Polymers)作為一種典型的人工肌肉材料，是近年來(lái)新興的一種智能聚合物材料，既可以用作驅(qū)動(dòng)器將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，亦可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能實(shí)現(xiàn)發(fā)電或傳感。應(yīng)用此材料研制的EAP發(fā)電機(jī)或作動(dòng)器與傳統(tǒng)的電磁式、壓電式發(fā)電機(jī)或作動(dòng)器相比，具有能量密度高、電致變形大、柔性可穿戴、驅(qū)動(dòng)-傳感一體化、轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境影響小、成本低、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注，基于該材料的航天武器裝備研究快速發(fā)展，包括空間柔性抓捕手、變翼式飛行器、波浪能發(fā)電系統(tǒng)等。

通常情況下，介電彈性體驅(qū)動(dòng)器的預(yù)載荷彈性元件采用正剛度彈性元件，它是指彈性元件所受載荷增量與相應(yīng)的變形增量符號(hào)相同，如圖5所示，驅(qū)動(dòng)器采用壓縮彈簧提供預(yù)載荷。隨著驅(qū)動(dòng)器位移的增大，其壓縮量變小，預(yù)載荷也變小，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器輸出位移很小。如圖6所示，正剛度預(yù)載荷結(jié)構(gòu)可以通過(guò)調(diào)節(jié)彈性元件模量進(jìn)而提高輸出位移和輸出功，但調(diào)節(jié)范圍有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于負(fù)剛度預(yù)載荷EAP驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種基于負(fù)剛度預(yù)載荷EAP驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括：

結(jié)構(gòu)支架；

EAP柔性薄膜，所述EAP柔性薄膜安裝在所述結(jié)構(gòu)支架上并通過(guò)自身剛度的變化進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；

負(fù)剛度預(yù)載荷，所述負(fù)剛度預(yù)載荷安裝在所述結(jié)構(gòu)支架上，用于根據(jù)所述EAP柔性薄膜剛度的變化進(jìn)行動(dòng)力輸出。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)將EAP柔性薄膜和負(fù)剛度預(yù)載荷結(jié)合起來(lái)，與現(xiàn)有的機(jī)械式、電磁式作動(dòng)器相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、無(wú)噪音、不生熱、電力轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用到各種柔性驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上，在電刺激下可以快速產(chǎn)生較大的輸出位移及輸出功。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述負(fù)剛度預(yù)載荷采用卷簧式負(fù)剛度預(yù)載荷結(jié)構(gòu)，所述卷簧式負(fù)剛度預(yù)載荷結(jié)構(gòu)通過(guò)第一方向的彈性形變，實(shí)現(xiàn)第二方向的動(dòng)力輸出。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采用卷簧式負(fù)剛度預(yù)載荷結(jié)構(gòu)，并通過(guò)第一方向的彈性形變，實(shí)現(xiàn)第二方向的動(dòng)力輸出，方便調(diào)控彈性形變和動(dòng)力輸出的方向，也有利于更精確的計(jì)算預(yù)載荷輸出位移與EAP柔性薄膜剛度變化的關(guān)系，可以對(duì)負(fù)剛度預(yù)載荷動(dòng)力輸出的大小進(jìn)行有效控制。

進(jìn)一步，所述負(fù)剛度預(yù)載荷包括四連桿結(jié)構(gòu)和卷簧，所述卷簧的兩端分別連接在所述四連桿結(jié)構(gòu)上并通過(guò)自身彈性形變配合所述EAP柔性薄膜剛度的變化進(jìn)行動(dòng)力輸出，且所述負(fù)剛度預(yù)載荷輸出動(dòng)力的方向位于所述四連桿結(jié)構(gòu)所在平面上。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采用四連桿結(jié)構(gòu)配合卷簧，使整個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定可靠。