[发明专利]双稳态致动器

说明书

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。

技术领域

本发明涉及致动器，具体涉及一种利用智能软材料的本征应变驱动的双稳态致动器。

背景技术

微驱动器是机电双稳态驱动器的重要组成部件，其中基于电、热、磁和光等驱动原理的微驱动器是研究的重点。传统的电磁驱动器所需的电压可以很低但是其工作特征的尺寸效应明显，结构复杂、功耗高而效率并不高。双稳态（bi-stable）设计虽然可以缓解接种发热所造成的散热困难，但是这种器件仍然存在着功效低的问题。热机械(电热)驱动可以在小尺寸上具有较低的驱动电压、较高的输出力矩和较高的单位体积能量。但是热机械驱动存在功耗高，响应慢的缺点。而永磁双稳态电热驱动器在传统的热机械驱动器的基础上引入了双稳态的结构进而改善热驱动的缺陷，但是仍然存在结构复杂且效率低下的缺点。此外，传统的智能软材料驱动器需要保持激励作用来维持驱动状态，这就造成了能源利用率的低下，不具备节能的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种利用智能软材料的本征应变驱动的双稳态致动器，本发明的双稳态致动器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，具有大幅降低能耗的优点。

本发明采用的技术方案如下：

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、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，预拉伸使得驱动机构更加容易被驱动；

所述的驱动机构利用智能软材料的本征应变产生驱动力，所述的智能软材料是指在外加激励（不包含力场），例如电场、磁场、热场、光场、电磁场、热磁场的作用下，产生的自由形变相对显著并且肉眼可见的特殊材料，其为一种柔性材料，力学特性偏软，刚度和模量很小，其自由形变可恢复；所述的本征应变是指材料在外加激励，例如电场、磁场、热场、光场、电磁场、热磁场的作用下产生的形变，这种形变不需要依赖外界的力载荷，也即这种形变是材料本身产生的，例如热胀冷缩现象，这种形变产生的驱动力能使双稳态致动器发生状态切换。

对于智能软材料，所述的预拉伸是指先将此类材料预先拉伸到一定状态，然后固定到拉伸臂上用于保持拉伸状态。经过预拉伸以后的驱动机构可以非常容易驱动，因为驱动机构的一部分处于外加激励作用下，该部分的预拉伸可以被放松，从而可以被没有处于外加激励的部分驱动。

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，用来对智能软材料施加激励，而在保持稳定状态时不需要能量。

传统的双稳态致动器的驱动方式往往需要引入电磁铁，电机等复杂的机械结构以便实现双稳态驱动器的稳态切换。这些器件往往有两个缺点。首先，其能量利用率不高，在维持稳定状态的时候需要持续供能，较为耗能；其次，上述机械结构使得整个双稳态驱动器的结构更为复杂。