[发明专利]基于电活性材料的致动器设备

说明书

一种致动器设备具有离子电活性材料致动器单元(50)。所述离子电活性材料致动器单元包括整体膜(52)，其中，第一致动电极(54)和第二致动电极(56)在所述整体膜(52)上。在所述致动电极(54、56)之间施加DC驱动信号以引起从所述整体膜(52)的一个部分朝向所述整体膜(52)的另一部分的电荷迁移。另外，在所述整体膜(52)的第一表面上提供紧密间隔的测量电极对(64、66)，其间距小于在测量电极(64、66)之间的位置处的所述整体膜(52)的厚度(h)的10倍。使用局部表面效应阻抗变化作为信号测量的基础，以用于提供与所述设备的致动状态有关的反馈。

技术领域

本发明涉及利用电活性材料(例如，电活性聚合物)的致动器设备。

背景技术

KARL等人的文章“Electromechanical model for a self-sensing ionic polymer-metal composite actuating device with patterned surfaceelectrodes；Electromechanical model for a self-sensing ionic polymer-metalcomposite actuating device with patterned surface electrodes”(智能材料和结构，IOP出版有限公司，布里斯托尔，英国，第20卷，第12期，2011年11月22日，第124001页)公开了一种创建具有图案化表面电极的自感测离子聚合物-金属复合材料(TPMC)致动设备的构思，其中，致动器和传感器元件被接地屏蔽电极分开。传感器条带具有围绕致动器电极的U形式。传感器条带的电阻与其因设备致动引起的弯曲曲率相关。测量位于传感器条带的相对端的端子之间的电阻。屏蔽电极被连接到电路的公共接地以消除致动器与传感器之间的串扰。

US 2003067245公开了一种电活性聚合物传感器，其被配置为使得响应于正在感测到的参数变化而使电活性聚合物的部分偏转。聚合物的电能状态和偏转状态有关。然后，可以通过与激活区电极电气通信的感测电子器件来检测因偏转引起的激活区的电能变化或电阻抗变化。这种变化可以包括聚合物的电容变化、聚合物的电阻变化和/或电极的电阻变化或其组合。与电极电气通信的电子电路检测电气属性变化。如果例如测量到换能器的电容或电阻的变化，则将电能施加到在换能器中包括的电极并观察电参数的变化。

US 2017365770公开了一种机电致动器，其包括支撑件和可变形元件，该可变形元件包括被锚定到支撑件的至少一个锚定区的部分以及移动部分，该可变形元件包括：电活性层；参考电极，其被布置在电活性层的第一面上；致动电极，其被布置在电活性层的第二面上，第二面与第一面相对。该可变形元件包括用于测量可变形元件的变形的电容设备，所述设备至少部分由包括以下各项的电容堆叠形成：在电活性层的第二面上的测量电极、参考电极中位置面向测量电极的测量部分，以及电活性层中被插入在测量电极之间的部分。

JP 2006129541公开了一种具有内部场检测功能的聚合物致动器设备，该内部场检测功能用于检测致动器本身的位移状态。由导电聚合物层和计数器控制电极组成的电解位移部分通过由聚合物固体电解质层组成的电解质部分彼此相对，并且内部场检测电极被形成为与电解位移部分相接触，使得由电解位移部分产生的位移状态能够被测量为导电性的变化。利用这样的布置，能够监测整个设备的位移状态。

电活性聚合物(EAP)是电响应材料领域内的一类新出现的材料。EAP能够用作传感器或致动器，或者能够容易被制造成各种形状，从而允许容易被集成到各种各样的系统中。

已经开发出具有在过去十年中得到显著改善的特性(例如，致动应力和应变)的材料。技术风险已经下降到产品开发可接受的水平，使得在商业上和技术上变得对EAP越来越感兴趣。EAP的优点包括低功耗、小外形，柔性、无噪声操作、准确性、高分辨率可能性、快速响应时间以及循环致动。

EAP材料的提高性能和特殊优点使得其适用于新的应用。基于电致动，能够在希望部件或特征少量移动的任何应用中使用EAP设备。类似地，该技术能够用于感测小移动。