[发明专利]基于逆挠曲电的柔性材料往复式多层结构作动器及方法

摘要

基于逆挠曲电的柔性材料往复式多层结构作动器及方法，该作动器包括控制器，与控制器电连接的高压电源，由多层柔性薄膜状材料往复重叠组成的挠曲电型半半圆环状作动结构，作动结构中靠近单层材料膜上下表面位置的材料内部分别埋设具有可大范围弯曲和伸展的电极，电极与高压电源电连接，作动器通电后由于逆挠曲电作用，会产生沿作动结构圆环径向向内的弯曲变形；该变形导致半圆环曲率增大，使得电压作用不变的情况下原电场梯度进一步加大，电场梯度致的弯曲应力也进一步加大，从而使得作动结构进一步变形直至与材料抵抗变形的力相平衡或接触被夹持物体，继而保持该形状和握力；该超大变形作动器相对于现有刚性结构的机械手而言，具有对待作用结构的潜在破坏和损伤小等优势，具有非常广泛的应用价值。

主权项

1.基于逆挠曲电的柔性材料往复式多层结构作动器，其特征在于：包括控制器(1)，与控制器(1)电连接的高压电源(2)，半圆环状作动结构(3)，在构成作动结构的单层材料内部沿膜上下表面分布的具有可大范围弯曲和伸展的、经特殊设计的电极(4)，电极(4)与高压电源(2)连接；所述半圆环状作动结构(3)的材料为多层柔性薄膜状材料往复重叠组成的挠曲电材料，一方面通过半圆环的内外径铺设电极，电极通电后由于逆挠曲电作用，实现了逆挠曲电效应所需的电场梯度，产生沿作动结构圆环径向向内的弯曲变形；另一方面通过往复折叠即能够放大输出位移增大输出力又能够整合压缩体积；所述可大范围弯曲和伸展的、经特殊设计的电极(4)由金属薄膜构成，但并非在柔性薄膜状材料外部表面，而是埋设在柔性薄膜状材料内部靠近表面处的位置，其截面形状为波浪型或褶皱型，当半圆环状作动结构(3)的柔性薄膜状材料发生变形时，电极(4)会随之发生相应的变形，由于电极(4)本身结构上具有延展性能，因此不会出现因大变形导致的电极断裂现象，而是波浪型的形状发生变化，或褶皱型结构被一定程度打开，这样保证了材料力‑电作用时的可靠性和良好的导电性。