[发明专利]致动设备

说明书

一种致动设备包括被附接到载体(50)的至少一个电活性聚合物(EAP)层(52)和定义至少两种稳定状态的机械结构(56、58)。EAP层适于在被驱动时与机械结构相互作用以在至少两种稳定状态之间进行切换，其中，所述机械结构在非驱动状态下将所述电活性聚合物层保持在选定的稳定状态下。以这种方式，为设备定义了当EAP不再被驱动时能够被保持的两种或更多种稳定状态。

技术领域

本发明涉及使用活性材料的致动设备。其还涉及这样的设备的阵列和操作这样的设备和阵列的方法。

背景技术

电或光活性材料是当利用合适的控制信号电学地或光学地驱动时示出机械变形的材料。这些材料的某些种类也呈现相反效应，即它们当经受机械变形时能够提供电学或光学信号。以上效应发生的精确机制取决于选择的材料，并且在一些情况下也取决于将它们嵌入设备的方式。由于以上效应，这些材料的大多数常见应用是在致动器和/或传感器中。

电活性聚合物(EAP)和光活性聚合物(OAP)是新兴的材料种类。它们对将其有利的致动响应性质与多种有利的工程性质进行性组合，随之允许在新应用领域中使用。因此，例如相比于常见的其他机械致动器或基于无机EAM的致动器，EAP通常在小体积或薄形式因子中呈现相对大的变形和力。EAP还给出无噪声操作、准确的电学控制、快速的响应、和具有大范围的可能致动频率(诸如0–20kHz)的高分辨率和周期致动的可能性。OAP提供了其他优点。并且所有这些性质和优点伴随使用完善的方法轻松制造成各种形状，从而允许轻松地集成到各种系统中。

EAP和OAP能够特别有利地在部件或特征的少量移动被期望的任何应用中使用。类似地，该技术能够用于感测小移动。

作为EAP设备操作的范例，图1和2示出了用于基于EAP的设备的两种可能操作模式。该设备包括被夹在EAP层14的相对侧上的电极10、12之间的EAP层14。尽管在图1中EAP层可自由移动，但是在图2中整个EAP层和其电极利用一层侧被夹钳到支撑载体层16。被应用在电极10和12上面的电压差(驱动信号)用于在EAP层上面提供电场以引起EAP层在如图所示的所有方向上扩张。尽管在图1中由于层自由悬浮，这导致EAP层的变形，但是在图2中由于通过夹钳的受约束的运动自由，相同的致动导致设备的弯曲。使用设备工程设计，各种设备输出能够在EAP层的致动的情况下(即在设备的驱动的情况下)被调用。因此，为了获得如图所示的围绕轴的不对称弯曲，分子取向(膜伸展)例如可以被应用，从而迫使移动在一个方向上。在一个方向上的扩张可以由EAP层的不对称引起，或其可以由载体层的性质的不对称引起，或两者的组合。

基于EAP或OAP的设备(如图1和2的那些)通常是模拟设备，这意味着驱动对输出响应曲线是连续曲线。因此，除了零水平/强度信号外的任何信号都将会实现致动输出。然而，它们需要连续驱动以便维持其致动状态。在某些情况下，不期望向致动器递送连续的驱动信号。因此存在对于不需要驱动信号的连续应用以维持处于其致动状态下的设备的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种上文中描述的类型的不需要驱动信号的连续应用以便维持处于其致动状态的致动设备。

该目的至少部分地利用如由独立权利要求定义的设备来实现。从属权利要求提供了有利的实施例。

根据本发明，提供了一种设备，包括：

-致动结构(62)，其包括载体和被附接到所述载体的活性材料(20)，以用于响应于所述活性材料的驱动而引起至少所述载体的弯曲和/或弯曲的改变；

-机械结构(24)，其用于通过以下方式至少定义所述致动结构的第一稳定机械状态和与所述第一稳定机械状态不同的第二稳定机械状态：在第一和第二稳定机械状态中的至少一个下将所述致动结构机械地约束在弯曲配置下，并且

-在所述驱动之的情况下，所述致动结构能够从第一稳定机械状态切换到第二稳定机械状态。