致动设备制造技术

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。

Actuating equipment

An actuating device includes at least one electroactive polymer (EAP) layer (52) attached to the carrier (50) and a mechanical structure defining at least two stable states (56, 58). The EAP layer is adapted to interact with the mechanical structure when it is driven to switch between at least two stable states, wherein the mechanical structure maintains the electroactive polymer layer in a selected stable state in a non driven state. In this way, two or more kinds of stable states that can be maintained when the EAP is no longer driven are defined for the device.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】致动设备
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。根据本专利技术，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。活性材料是当被驱动时能够变性或改变的材料。驱动能够表示例如电学驱动(利用电压、场或电流)或光学驱动(利用一定频率、颜色和/或强度的光学信号)。致动结构包括被附接到活性材料的载体，使得致动结构提供弯曲致动器。因此驱动使其弯曲或弯曲更少。机械结构机械地约束致动器，使得致动器能够采取至少两种不同的稳定机械状态。稳定机械状态表示在不应用外部刺激(诸如具体地到设备的驱动)的情况下能够被维持的机械状态。因此，机械结构用于在停止驱动的情况下维持至少一个稳定机械状态。致动结构与机械结构相互作用，以激活设备从一种状态切换到另一种状态。这意味着设备仅当被切换时需要驱动而当处于稳定状态时不需要驱动。第一稳定机械状态能够是致动结构的非驱动平衡或静止状态。该设备将致动结构与机械结构进行组合，使得设备能够被致动并且具有多个稳定状态。致动结构的载体部分是机械结构的一部分，使设备特别紧凑。该设计允许简单的平坦弯曲致动器(具有至少一个致动器材料层和至少一个载体层的多层)，所述弯曲致动器本身不提供双稳态行为，并且所述弯曲致动器通常在平坦状况下被产生，以被并入在具有双稳态致动行为的设备中。设备因此能够用于给出数字输出(在阈值之下不存在效应，并且在阈值上存在恒定幅度的效应)或实际上多水平输出。因此，本质上模拟致动结构的致动被切换到数字输出。以此方式，模拟驱动信号被切换到数字致动输出，并且致动状态在移除应用的驱动信号之后保持。设备优选是用于提供致动输出的致动设备，其中，致动输出至少基于第二稳定机械状态或至少由第二稳定机械状态定义。致动输出能够包括任何种类的机械输出，例如行程、力、应变、压力或位移，其中，位移能够在沿着一个或多个轴的一个或多个方向上、在一个或多个点处或围绕一个或多个轴的滑动、旋转、弯曲、扭曲或扩张、或上面提到的任何一种组合。这可以根据对于致动结构和/或机械结构的特定设计的需要来进行工程设计。致动结构能够被布置用于提供致动输出。备选地或额外地，能够存在具有致动结构和/或机械结构的机械(接触或通过力操作)相互作用以便提供致动输出的致动输出构件(例如活塞或杆或其他构件)。在一个范例中，设备通过外部地向设备应用机械力来重置。驱动然后仅在一个方向上在状态间切换，即从第一稳定状态切换到第二稳定状态。本专利技术的设备还能够包括：-所述载体具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述活性材料被附接到所述第一侧；并且-所述致动器结构包括被附接到所述第二侧的另外的活性材料，所述另外的活性材料用于响应于所述活性材料的另外的驱动而引起所述致动结构的弯曲和/或弯曲的改变，在所述另外的驱动的情况下，所述致动结构能够从所述第二稳定机械状态切换到所述第一稳定机械状态。因此，在停止另外的驱动的情况下，机械结构能够维持第一稳定机械状态。该设备因此可在两种稳定状态之间驱动，同时设计紧凑性被维持。活性材料和另外的活性材料能够相同或不同。两者能够是电活性材料或两者能够是光活性材料。备选地，一个能够是电活性的，并且另一个能够是光活性的。衬底和任何活性材料优选被布置为堆叠层。机械结构的活性材料、另外的活性材料、载体部分、以及任选的其他部分能够以被堆叠在彼此的顶部上的层形式来制作。任选的部分能够是用于提供驱动的那些，诸如一个或多个电极(电活性材料)或一个或多个光学引导件/光导(光活性材料)。这是方便的设计。在本专利技术中，在第一和第二机械状态两者下，所述致动器能够被机械地约束在弯曲配置下。由于约束，机械约束的致动器并且具体地载体然后能够是双稳态部分(行为，例如，弹簧)。该部分能够具有层的形状。该部分或层例如可以在切换期间卡在两种稳定状态之间。例如，其可以在凸形与凹形状态、或等价地向上突出与向下突出状态之间切换。因此，所述第一稳定机械状态的所述弯曲配置能够与所述第二稳定机械状态的所述弯曲配置相对。备选地，当处于机械约束的第一或第二稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)，以响应于对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：所述第一稳定机械状态和所述第二稳定机械状态中的至少一个状态下，将所述致动结构机械地约束在弯曲配置中，并且‑在所述驱动的情况下，所述致动结构能够从所述第一稳定机械状态切换到所述第二稳定机械状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.03 EP 15170384.0;2015.10.14 EP 15189808.71.一种设备，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)，以响应于对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：所述第一稳定机械状态和所述第二稳定机械状态中的至少一个状态下，将所述致动结构机械地约束在弯曲配置中，并且-在所述驱动的情况下，所述致动结构能够从所述第一稳定机械状态切换到所述第二稳定机械状态。2.根据权利要求1所述的设备，其中：-所述载体具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述活性材料被附接到所述第一侧；并且-所述致动器结构包括被附接到所述第二侧的另外的活性材料，所述另外的活性材料用于响应于对所述活性材料的另外的驱动而引起所述致动结构的弯曲和/或弯曲的改变，使得在所述另外的驱动的情况下，所述致动结构能够从所述第二稳定机械状态切换到所述第一稳定机械状态。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述载体和任何活性材料被布置为层的堆叠。4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，在所述第一机械状态和所述第二机械状态两者下，所述致动器被约束在弯曲配置中。5.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一稳定机械状态的所述弯曲配置与所述第二稳定机械状态的所述弯曲配置相对。6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，当所述设备未被驱动时，所述致动结构在所述第一稳定机械状态和所述第二稳定机械状态中的一个状态下是基本上平坦的。7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述载体具有一区，并且所述活性材料和/或所述另外的活性材料仅在所述区的部分上延伸。8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述机械结构包括保持设备，所述保持设备具有多个保持位置，所述致动结构能够在所述多个保持位置处被保持在稳定机械状态下，每个保持位置对应于不同致动器位置，所述保持位置中的至少一个在所述第一稳定机械状态和所述第二稳定机械状态中的至少一个状态下将所述致动结构机械地约束在所述弯曲配置中。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述致动结构包括可移动边缘和被固定到约束布置的固定边缘，并且所述保持设备用于将所述致动结构的所述可移动边缘(86)保持在距所述致动结构的所述固定边缘的不同距离处，并且包括多个保持凹口。10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中：-所述活性材料是电活性材料，并且所述设备或所述致动结构包括电极布置，所述电极布置用于将电信号应用于所述电活性材料以用于所述驱动和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·范登恩德，V·拉韦佐，E·G·M·佩尔塞斯，M·T·约翰逊，C·P·亨德里克斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL