内固定圈8和外固定圈11、第二介电高弹聚合物薄膜9及介电高弹聚合物膜上下面的PED0T:PSS高分子聚合物电极10组成。第二介电高弹聚合物薄膜9在安装前应当进行均匀的等双轴预拉伸，且经过静置后安装在高分子支撑架的内固定圈8、外固定圈11之间;介电高弹体聚合物材料两侧旋涂的PED0T: PSS高分子聚合物电极10分为均分为4个扇形区域，各区域的的形状，大小均相同且在平面对称分布，电极厚度应均匀且不超过1mm;高分子支撑架的内固定圈8和外固定圈11所使用的材料为轻质聚苯烯塑料，保证平面驱动器整体质量较小；高分子支撑架的内固定圈8与受控天线1相接触的圆孔内壁涂有润滑脂，减小天线与内固定圈8之间的摩擦，保证两者之间相对运动的柔顺性。
[0033]作为本发明的优选实施方式，直线驱动器和平面驱动器所使用的第一矩形介电高弹聚合物薄膜6和第二介电高弹聚合物薄膜9，具有不可压缩性，其高分子基体为丙烯酸。
[0034]本发明的具体工作过程如图4a?4d所示。如图4a所示，选取上平面驱动器2和下平面驱动器4中对应的两组相邻的扇形电极施加控制电压，第二介电高弹聚合物薄膜9在电压的驱动下产生电致变形，这样受控天线1将会产生X或Y向的位移;如图4b所示，选取上平面驱动器2和下平面驱动器4距离最远的两组电极施加电压，则电极下方对应的介电弹性体薄膜在电压的驱动下产生方向相反的电致变形，从而形成绕X或Y轴的转动；如图4c所示，当上平面驱动器2和下平面驱动器4中对应的4块电极按顺时针或逆时针方向先后施加电压，就会使受控天线1产生绕Z方向的旋转运动。以上均为保持上下两个平面驱动器距离不变的结果;如图4d所示，通过在四个直线驱动器上施加电压，4个直线驱动器3产生Z方向的位移后，上平面驱动器2和下平面驱动器4的距离发生改变，相应的就实现了上平面驱动器2和下平面驱动器4上相同加载电压下，受控天线1摆动角度的改变，即摆动灵敏度的电压调控。
[0035]如图5所示，本发明一种基于介电高弹聚合物驱动器天线位姿调控系统中人机交互式控制系统包括基于Atmega256单片机的测控电路，12路PWM信号转直流电压模块，功率放大模块，高压放大模块，卸荷模块，呼吸灯显示部分以及人机交互界面。人机交互式控制系统可通过按键和手柄分别调整加载于直线驱动器与平面驱动器上的控制电压，分别产生直线位移和平面内位移，从而实现天线摆动和平动，达到灵敏度可调节的天线姿态调整这一目标。
[0036]作为本发明的优选实施方式，PWM信号转直流电压模块采用LTC2645-L12的12位转换芯片，单次转换时间小于40us，其将基于Atmega256单片机的测控电路输出的不同占空比的PWM波转换为数字信号后，通过DAC转换为直流模拟信号输入至功率放大模块;功率放大模块采用0PA544T芯片，使用中应加散热片;高压放大模块为线性电压放大器，其将功率放大模块输出的模拟信号放大1600倍。卸荷模块采用电阻值在120M欧到180M欧的功率电阻，用于提供介电高弹聚合物上加载电压的泄流回路。
[0037]人机交互界面包括用于分别输出转角信号，平移信号的摇杆，灵敏度调整按键以及上位机软件;灵敏度调整按键用于输出直线驱动器的控制信号，加载电压随着两个按键时间越长分别越来越高或越低，从而调整平面驱动器2和4之间的间距，实现同等控制信号下天线转角变化范围的调整;所采用的上位机人机交互式软件采用Labview进行编写，利用串口将输入参数发送到基于Atmega256单片机的测控电路，经过处理后分别输出占空比与摆动角度，位移，按键时间成正比的P丽信号，并用LED呼吸灯显示出来，从而实现对基于介电高弹聚合物驱动器天线位姿调控系统控制参数的配置。
【主权项】
1.一种基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，其特征在于:包括上平面驱动器(2)和下平面驱动器(4)，安装在上平面驱动器(2)和下平面驱动器(4)间周圈的多个直线驱动器(3)，还包括用于驱动器控制以实现天线位姿调整的人机交互式控制系统;受控天线(1)垂直安装在上平面驱动器(2)和下平面驱动器(4)中间位置； 所述直线驱动器(3)包括中空端盖(5)，固定在中空端盖(5)中空腔内处于压缩状态的弹簧(7)，涂有PEDOT:PSS高分子聚合物电极的第一矩形介电高弹聚合物薄膜(6)等双轴预拉伸后均匀的缠绕在端盖(5)的外圆柱表面上；当施加电压在第一矩形介电高弹聚合物薄膜(6)上下表面PEDOT:PSS高分子聚合物电极时，第一矩形介电高弹聚合物薄膜(6)由于受到电场力的作用，刚度减小，压缩的弹簧(7)得到释放，从而形成直线位移； 所述上平面驱动器(2)和下平面驱动器(4)的结构相同，包括内固定圈(8)和外固定圈(11)，第二介电高弹聚合物薄膜(9)经过静置后并进行均匀的等双轴预拉伸后安装在内固定圈(8)和外固定圈(11)之间，多个PEDOT: PSS高分子聚合物电极(10)对称的设置在第二介电高弹聚合物薄膜(9)上下表面;第二介电高弹聚合物薄膜(9)在电压的驱动下产生电致变形，这样受控天线(1)将会产生平面内位移； 所述人机交互式控制系统包括依次连接的基于Atmega256单片机的测控电路、12路PWM信号转直流电压模块、功率放大模块和高压放大模块以及卸荷模块、呼吸灯显示部分和人机交互界面;所述上平面驱动器(2)和下平面驱动器(4)以及直线驱动器(3)连接在高压放大模块和卸荷模块间；所述PWM信号转直流电压模块采用LTC2645-L12的12位转换芯片，单次转换时间小于40us，其将基于Atmega256单片机的测控电路输出的不同占空比的PWM波转换为数字信号后，通过DAC转换为直流模拟信号输入至功率放大模块；功率放大模块采用OPA544T芯片，使用中应加散热片；高压放大模块为线性电压放大器，其将功率放大模块输出的模拟信号放大1600倍;卸荷模块采用电阻值在120M欧到180M欧的功率电阻，用于提供介电高弹聚合物上加载电压的泄流回路。2.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，其特征在于:所述第一矩形介电高弹聚合物薄膜(6)和第二介电高弹聚合物薄膜(9)具有不可压缩性，其高分子基体为丙烯酸。3.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，其特征在于:所述多个PEDOT:PSS高分子聚合物电极(10)均分为四个扇形区域，各区域的的形状，大小均相同且在平面对称分布，其厚度均匀且不超过1mm;所述上平面驱动器(2)和下平面驱动器(4)安装时各扇形电极区域在空间位置对应一致。4.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，其特征在于:所述内固定圈(8)和外固定圈(11)的材料为轻质聚苯烯塑料，保证平面驱动器整体质量较小。5.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，其特征在于:所述内固定圈(8)与受控天线(1)相接触的圆孔内壁涂有润滑脂，减小受控天线(1)与内固定圈(8)之间的摩擦，保证两者之间相对运动的柔顺性。6.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，其特征在于:所述直线驱动器(3)为四个，安装在同一个高度，并且分布均匀。7.根据权利要求1所述的基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，其特征在于:所述人机交互界面包括用于分别输出转角信号，平移信号的摇杆，灵敏度调整按键以及上位机软件;灵敏度调整按键用于输出直线驱动器(3)的控制信号，从而调整上平面驱动器(2)和下平面驱动器(4)之间的间距，实现同等控制信号下受控天线(1)转角变化范围的调整;所采用的上位机人机交互式软件采用Labview进行编写，利用串口将输入参数发送到基于Atmega256单片机的测控电路，经过处理后分别输出占空比与摆动角度，位移，按键时间成正比的PWM信号，并用LED呼吸灯显示出来，实现对基于介电高弹聚合物驱动器天线位姿调控系统控制参数的配置。
【专利摘要】一种基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，包括上平面驱动器和下平面驱动器，安装在上平面驱动器和下平面驱动器间周圈的多个直线驱动器，还包括用于驱动器控制以实现天线位姿调整的人机交互式控制系统；受控天线垂直安装在上平面驱动器和下平面驱动器中间位置；人机交互式控制系统可通过按键和手柄分别调整加载于直线驱动器与平面驱动器上的控制电压，分别产生直线位移和平面内位移，从而实现天线摆动和平动，达到灵敏度可调节的天线姿态调整这一目标；本发明具有低成本、轻质、柔性和无噪声等特点，能工作在强磁场环境，并产生较大位移和转角，控制方法简单灵活，可以实现特定场合姿态调整的需要。
【IPC分类】G05D3/20
【公开号】CN105425835
【申请号】CN201511024109
【发明人】贾坤, 王勉, 王铁军
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月30日