一种电活性聚合物执行器用小型驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种电活性聚合物执行器用小型驱动电路，包括高能量密度低压电池，高能量密度低压电池依次经控制模块、开关电路和电活性聚合物执行器后与反馈感知单元连接，反馈感知单元用于检测执行器的运行状态，反馈控制驱动电路的通断；利用开关信号控制电压在电活性聚合物执行器上的加载时间，通过反馈感知单元测量执行器的最大充电电量、执行器的变形大小或者驱动力进行反馈控制脉宽。本发明专利技术体积小巧、使用方便，满足随身携带、随地测试的需求。随地测试的需求。随地测试的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种电活性聚合物执行器用小型驱动电路


[0001]本专利技术属于智能材料驱动
，具体涉及一种电活性聚合物执行器用小型驱动电路。

技术介绍

[0002]电活性聚合物材料(EAP)是一种新型智能材料，与传统电机和液压等驱动器相比，其具有质量轻、变形大、无噪音、响应速度快、能耗低且运动灵活等优点，因而受到越来越多学者的关注和研究。近二十年来，电活性聚合物材料是仿生材料领域的重要方向且发展十分迅速，有着广阔的发展前景，尤其是电子穿戴设备、软体机器人和电磁超表面等领域具有重要应用价值。在这些领域中，对电源的体积重量、响应速度和效率有很高要求。
[0003]传统的激励方式是由可调式直流稳压电源、信号发生器、低频功率放大模块构成，适用于介电凝胶型电活性材料的驱动电路还需要高压放大器。可调式直流稳压电源用于给信号发生器供电，调节信号发生器输出特定频率、幅值、波形的信号，经由低频功率放大模块或高压放大器升压至特定电压以供所需。这种激励方式优势在于调节信号方便，但由于其组成器件体积较为庞大且接线复杂，不易携带，通常使用在固定工位，且无法输出任意波形，响应速度慢，不适用于电子穿戴设备、软体机器人和电磁超表面等领域。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电活性聚合物执行器用小型驱动电路，能够准确输出一定幅值范围和一定频率范围的任意波形，且响应速度大大提高，满足低压型电活性聚合物执行器和介电凝胶型电活性聚合物执行器的工作需求。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种电活性聚合物执行器用小型驱动电路，包括高能量密度低压电池，高能量密度低压电池依次经控制模块、开关电路和电活性聚合物执行器后与反馈感知单元连接，反馈感知单元用于检测执行器的运行状态，反馈控制驱动电路的通断；利用开关信号控制电压在电活性聚合物执行器上的加载时间，通过反馈感知单元测量执行器的最大充电电量、执行器的变形大小或者驱动力进行反馈控制脉宽。
[0007]具体的，电活性聚合物执行器包括低压型电活性聚合物执行器，开关电路采用单个MOS管的开关实现对低压型电活性聚合物执行器的单方向变形驱动，或采用四个MOS管开关配合驱动或者H电桥芯片实现对低压型电活性聚合物执行器的双向驱动。
[0008]具体的，电活性聚合物执行器包括介电凝胶型电活性聚合物执行器，高压模块经由开关电路与介电凝胶型电活性聚合物执行器连接，高压模块用于放大控制模块提供的输入信号，高压模块与高能量密度低压电池连接。
[0009]进一步的，开关电路采用单个MOS管的开关实现对介电凝胶电活性聚合物执行器的驱动。
[0010]进一步的，高压模块采用基于倍压原理或特斯拉线圈升压原理驱动介电凝胶型电活性聚合物执行器，将低压直流电源升压至恒定高电压100～1000V。
[0011]具体的，反馈感知单元为电荷放大器电路，测量感知驱动过程中充放电电荷，通过对电活性聚合物执行器的位移与充电电荷关系标定，以充电电量控制驱动，同时设定充电电量阈值，驱动过程中不超过设定充电电量阈值。
[0012]具体的，反馈感知单元为接触压力传感器，设定电活性聚合物驱动器的最大驱动压力为阈值，以压力传感器的实际测量值反馈控制施加驱动电压的时间。
[0013]具体的，反馈感知单元为电容式位移传感器，以电活性聚合物执行器的一个电极为动电极，与动电极间隔设置固定电极，通过测量动电极和固定电极之间的电容变化量确定变形大小，对电活性聚合物执行器的变形大小进行反馈控制。
[0014]具体的，在电活性聚合物执行器的一个连续变形期间，施加恒定的电压产生快速阶跃形式的变形驱动，或采用PWM控制方法，使用变脉宽的脉冲电压或脉冲电流实现任意波形的变形驱动。
[0015]具体的，施加在电活性聚合物执行器上的电压幅值高于电活性聚合物执行器的安全电压，驱动响应速度高于恒值直流或者恒定幅度交流电压驱动下的响应速度1～2个数量级。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0017]一种电活性聚合物执行器用小型驱动电路，集成化设计电活性聚合物执行器驱动平台，克服传统测试平台连线复杂、携带不便的缺陷；采用高水平脉冲刺激高效驱动执行器运动，大大减少执行器响应时间；实时监测执行器响应状态，反馈控制驱动信息，安全准确的驱动执行器
[0018]进一步的，低压型电活性聚合物执行器的工作形式有单向变形和双向变形，利用MOS管条件性导通的特点，单个或多组MOS管配合设计满足低压型电活性聚合物执行器的单向和双向变形需求。
[0019]进一步的，高压模块由高能量密度低压电池供电，放大控制模块提供的输入信号，经由开关电路与介电凝胶型电活性聚合物执行器连接，满足介电凝胶型电活性聚合物执行器的驱动需求。
[0020]进一步的，介电凝胶电活性聚合物执行器只有导通和断电两种工作状态，利用单个MOS管即可便捷有效的控制介电凝胶电活性聚合物执行器的运动状态。
[0021]进一步的，介电凝胶电活性聚合物执行器的工作电压通常为300～1000V，采用基于倍压原理或特斯拉线圈升压原理等的高压模块，可将控制模块的低压信号升至恒定高电压，满足介电凝胶电活性聚合物执行器的驱动电压需求。
[0022]进一步的，反馈感知单元可以为电荷放大器电路，测量感知驱动过程中充放电电荷，通过对电活性聚合物执行器的位移与充电电荷关系标定，以充电电量控制驱动，同时设定充电电量阈值，驱动过程中不超过设定充电电量阈值，以此安全且精确的控制执行器的驱动位移。
[0023]进一步的，反馈感知单元可以为接触压力传感器，通过对电活性聚合物执行器的位移与驱动力关系标定，实时感知执行器末端的输出力，以此监测执行器的驱动位移。
[0024]进一步的，反馈感知单元可以为电容式位移传感器，以执行器的一个电极为动电
极，与该电极间隔一定距离设置以固定电极，执行器弯曲变形改变两电极间距，导致电容变化，通过测量两电极之间的电容变化量来确定变形大小，进一步对执行器的变形大小进行反馈控制。
[0025]进一步的，在电活性聚合物执行器的一个连续变形期间，可以施加恒定电压，通过MOS管的通断产生阶跃信号；也可以采用PWM控制方法，用一系列快速变脉宽的脉冲电压或脉冲电流实现正弦、三角等任意波形信号，以此实现执行器各种形式的变形响应。
[0026]进一步的，通过在电活性聚合物执行器施加电压幅值超出其安全范围的脉冲信号，快速驱动执行器内部粒子迁移，控制脉宽以在粒子电荷积累到阈值前断开，使执行器驱动响应速度高于恒值直流或恒定幅值交流电压驱动下的响应速度1～2个数量级。
[0027]综上所述，本专利技术体积小巧、使用方便，满足随身携带、随地测试的需求。
[0028]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0029]图1为本专利技术驱动流程图；
[0030]图2为电活性材料在恒定电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电活性聚合物执行器用小型驱动电路，其特征在于，包括高能量密度低压电池，高能量密度低压电池依次经控制模块、开关电路和电活性聚合物执行器后与反馈感知单元连接，反馈感知单元用于检测执行器的运行状态，反馈控制驱动电路的通断；利用开关信号控制电压在电活性聚合物执行器上的加载时间，通过反馈感知单元测量执行器的最大充电电量、执行器的变形大小或者驱动力进行反馈控制脉宽。2.根据权利要求1所述的电活性聚合物执行器用小型驱动电路，其特征在于，电活性聚合物执行器包括低压型电活性聚合物执行器，开关电路采用单个MOS管的开关实现对低压型电活性聚合物执行器的单方向变形驱动，或采用四个MOS管开关配合驱动或者H电桥芯片实现对低压型电活性聚合物执行器的双向驱动。3.根据权利要求1所述的电活性聚合物执行器用小型驱动电路，其特征在于，电活性聚合物执行器包括介电凝胶型电活性聚合物执行器，高压模块经由开关电路与介电凝胶型电活性聚合物执行器连接，高压模块用于放大控制模块提供的输入信号，高压模块与高能量密度低压电池连接。4.根据权利要求3所述的电活性聚合物执行器用小型驱动电路，其特征在于，开关电路采用单个MOS管的开关实现对介电凝胶电活性聚合物执行器的驱动。5.根据权利要求3所述的电活性聚合物执行器用小型驱动电路，其特征在于，高压模块采用基于倍压原理或特斯拉线圈升压原理驱动介电凝胶型电活性聚合物执行器，将低压直流电源升压至...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱子才，程随军，卞长生，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：