[发明专利]一种基于负刚度预载荷EAP驱动结构

说明书

本发明涉及一种基于负刚度预载荷EAP驱动结构，包括：结构支架；EAP柔性薄膜，所述EAP柔性薄膜安装在所述结构支架上并通过自身刚度的变化进行驱动；负刚度预载荷，所述负刚度预载荷安装在所述结构支架上，用于根据所述EAP柔性薄膜刚度的变化进行动力输出。本发明通过将EAP柔性薄膜和负刚度预载荷结合起来，与现有的机械式、电磁式作动器相比具有结构简单、响应快、无噪音、不生热、电力转化效率高等优点，可以应用到各种柔性驱动结构上，在电刺激下可以快速产生输出位移并做功。

技术领域

本发明涉及一种基于负刚度预载荷EAP驱动结构，具体涉及一种利用负刚度弹性元件(预载荷)受力变形特性，达到显著提高EAP驱动单元的输出位移以及输出功。

背景技术

EAP软材料(Electro-active Polymers)作为一种典型的人工肌肉材料，是近年来新兴的一种智能聚合物材料，既可以用作驱动器将电能转换为机械能，亦可将机械能转换为电能实现发电或传感。应用此材料研制的EAP发电机或作动器与传统的电磁式、压电式发电机或作动器相比，具有能量密度高、电致变形大、柔性可穿戴、驱动-传感一体化、转化效率高、环境影响小、成本低、质量轻等优点，近年来受到越来越多的关注，基于该材料的航天武器装备研究快速发展，包括空间柔性抓捕手、变翼式飞行器、波浪能发电系统等。

通常情况下，介电弹性体驱动器的预载荷弹性元件采用正刚度弹性元件，它是指弹性元件所受载荷增量与相应的变形增量符号相同，如图5所示，驱动器采用压缩弹簧提供预载荷。随着驱动器位移的增大，其压缩量变小，预载荷也变小，导致驱动器输出位移很小。如图6所示，正刚度预载荷结构可以通过调节弹性元件模量进而提高输出位移和输出功，但调节范围有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于负刚度预载荷EAP驱动结构。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于负刚度预载荷EAP驱动结构，包括：

结构支架；

EAP柔性薄膜，所述EAP柔性薄膜安装在所述结构支架上并通过自身刚度的变化进行驱动；

负刚度预载荷，所述负刚度预载荷安装在所述结构支架上，用于根据所述EAP柔性薄膜刚度的变化进行动力输出。

本发明的有益效果是：本发明通过将EAP柔性薄膜和负刚度预载荷结合起来，与现有的机械式、电磁式作动器相比具有结构简单、响应快、无噪音、不生热、电力转化效率高等优点，可以应用到各种柔性驱动结构上，在电刺激下可以快速产生较大的输出位移及输出功。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述负刚度预载荷采用卷簧式负刚度预载荷结构，所述卷簧式负刚度预载荷结构通过第一方向的弹性形变，实现第二方向的动力输出。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用卷簧式负刚度预载荷结构，并通过第一方向的弹性形变，实现第二方向的动力输出，方便调控弹性形变和动力输出的方向，也有利于更精确的计算预载荷输出位移与EAP柔性薄膜刚度变化的关系，可以对负刚度预载荷动力输出的大小进行有效控制。

进一步，所述负刚度预载荷包括四连杆结构和卷簧，所述卷簧的两端分别连接在所述四连杆结构上并通过自身弹性形变配合所述EAP柔性薄膜刚度的变化进行动力输出，且所述负刚度预载荷输出动力的方向位于所述四连杆结构所在平面上。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用四连杆结构配合卷簧，使整个支撑驱动结构更加稳定可靠。