[发明专利]EAP致动器和驱动方法

说明书

所提出的驱动电活性聚合物致动器(70)的构思利用存储器，所述存储器包括例如查找表(74)，所述查找表存储表示用于从第一致动状态切换到第二致动状态的致动水平随时间的变化的数据。控制器(76)在考虑所述存储的数据的情况下控制驱动器(72)以施加在两个驱动电压之间的驱动波形。以这种方式考虑了致动器材料的非理想响应(滞后、蠕变)，使得可以尽可能快速且精确地操作致动器。这尤其适合于诸如PVDF之类的铁电弛豫聚合物。

技术领域

本发明涉及电活性聚合物致动器和包括这种致动器的设备或系统以及用于驱动这种致动器的方法。本发明还涉及用于执行该方法的计算机实施的发明。

背景技术

电活性聚合物致动器是能够将电输入转变为(机械)输出(例如，力或压力)或者能够将机械输入转变为电输出的设备。因此，EAP致动器能够用作机械致动器，并且根据所使用的EAP，通常还能够用作传感器。为此，EAP致动器包含电活性聚合物(EAP)，其能够在致动刺激或信号的影响下变形或改变形状。场驱动的EAP的一些示例包括压电聚合物、电致伸缩聚合物(例如，基于PVDF的弛豫聚合物)和介电弹性体，但是还存在其他一些场驱动的EAP。

EAP致动器能够很容易地制成各种形状，从而允许被容易地集成到各种各样的系统(例如，医学设备或消费设备)中。另外，基于EAP的致动器/传感器将高应力和应变与诸如以下特性结合在一起：功耗低，外形小，灵活，无噪声运行，准确运行，可能具有高分辨率，响应时间快速和循环致动。

通常，EAP致动器的特性使EAP致动器可用于例如其中可用空间很小并且需要基于电气致动使部件或特征少量移动的任何应用中。类似地，该技术能够用于感测微小的移动。

图1和图2示出了示例性EAP致动器的两种可能的操作模式。它包括这样的EAP结构：该EAP结构包括EAP层14，该EAP层14夹在EAP层14的相对的两侧上的电极10、12之间。图1示出了这样的致动器：该致动器没有被任何载体层或基板所夹住(或者没有被附接到任何载体层或基板)。如图所示，施加到电极的驱动电压用于使EAP层在所有方向上扩展。图2示出了这样的致动器：该致动器被设计成使得扩展仅出现在一个方向上。在这种情况下，与图1所示的EAP结构相似的EAP结构被载体层16支撑并夹住，即，被机械地附接到载体层16。如图1所示，施加到电极两端的电压再次用于使EAP层在所有方向上扩展。然而，夹住限制了实际的扩展，使得整个结构发生弯曲。因此，这种弯曲移动的本质源自于被动载体层与主动层之间的相互作用，该主动层在被致动时发生扩展。

看起来当使用电驱动方案来激活诸如图1和图2中的EAP致动器之类的EAP致动器时，实际期望的机械致动响应在计时和/或致动状态方面偏离了期望的机械致动响应。例如，在开始驱动与达到期望致动状态之间会发生一定的时间延迟。这种不一致会阻碍EAP设备的应用，例如，会对快速且准确的机械响应造成困难。

此外，可重现的致动程度还要求致动器变形相同的量，而与之前的致动历史(例如，先前驱动信号的极性，信号之间的延迟等)无关。致动历史(尤其是延迟时间历史)也会对致动响应产生影响。

发明内容

本发明的目的是针对前文中提及的不一致提供一种改进的EAP致动器。

该目的通过由独立权利要求定义的本发明至少部分地实现。从属权利要求提供了有利的实施例。

本发明的设备和方法使用致动器，该致动器包括电活性聚合物结构，该电活性聚合物结构用于根据供应给它的驱动信号来提供机械致动输出。能够使用电极来施加这种信号。因此，第一驱动电压使该结构达到第一致动状态，而与第一电压不同的第二驱动电压使该结构达到与第一致动状态不同的第二致动状态。该电活性聚合物结构包括能够在施加驱动信号时改变其形状的电活性聚合物(EAP)。参考图1和图2描述了这种EAP结构的示例，但是还存在其他示例，并且本发明不限于这些示例。