一种基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统技术方案

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；本发明专利技术具有低成本、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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一种天线位姿调控系统，具体涉及一种基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统。
技术介绍
近年来随着空间科学技术的发展，各种小型化空间装备如皮卫星，分布式空间站等不断涌现，促使相应的小型空间柔性装备应运而生，如太阳能电池翼，小型卫星设备上的柔性天线太阳能帆板，空间站上的柔性机械臂等，这类结构大多尺寸大，质量轻，挠度大，柔性显著，而这类结构又经常需要进行位姿调整，已达到所需的特定工作状态。这就需要驱动器来实现一定位移或角度的输出，传统驱动方式中液压设计维护困难，需要气缸，储气罐等辅助设备，电机驱动需要减速器等调速装置，且传动设计控制复杂，其性能还难以在很多空间环境中正常工作，如强磁场环境。此外，传统的驱动方式还都伴随着噪声和较强的振动，对空间轻质柔性器件的工作状态产生不利影响。近年来，一种新型智能材料--介电高弹聚合物引起了广泛的关注，该材料是一种具有长链结构的高分子聚合物，在外界电刺激下受到麦克斯韦应力作用，产生很大的电致应变，此外还具有质量轻，能量密度高，响应速度快，环境适应能力强，无噪声无污染等优点，可采用电压直接驱动，辅助设备少，控制方便。以介电高弹体聚合物为基本功能材料制备驱动器，并通过设计满足特定需求的机械结构，简单装配就可以制成天线调姿调整机构，再设计专门的电路，通过控制电压输入协调各驱动器，控制直线驱动器产生直线位移来调整灵敏度，辅以人机交互式界面，就可以灵活可控的实现小型化空间结构，如天线的位姿的调整。
技术实现思路
:为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，通过六自由度运动平台的三维大位移大转角的输出，实现小型化空间结构，如天线的位姿调整。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案:—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PED0T: PSS高分子聚合物电极的第一矩形介电高弹聚合物薄膜6等双轴预拉伸后的均匀的缠绕在端盖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PED0T: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PED0T: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。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。所述多个PED0T:PSS高分子聚合物电极10分为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。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。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。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。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。和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点:1.电压驱动，设备简单，控制方便，成本低。2.轻质，柔性，位移转角较大。3.响应速度快，无噪声污染，环境适应能力强。 4.振动较小，对控制目标影响小。说明书附图图1为本专利技术基于介电高弹聚合物驱动器天线位姿调控系统中空间六自由度运动平台的结构示意图。图2为本专利技术基于介电高弹聚合物驱动器天线位姿调控系统中一个直线驱动器结构示意图及它的剖面图。图3为本专利技术基于介电高弹聚合物驱动器天线位姿调控系统中一个平面驱动器结构示意图及它的剖面图。图4为本专利技术基于介电高弹聚合物驱动器天线位姿调控系统【具体实施方式】的示意图。图5为本专利技术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的结构框图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细描述。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。如图1-3所示，本专利技术一种基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统，包括四个直线驱动器3、上平面驱动器2和下平面驱动器4，以及用于控制驱动器协调运动以实现天线位姿调整的人机交互式控制系统，受控天线1安装在上平面驱动器2和下平面驱动器4中间，通过高分子支撑架的内固定圈8保持垂直。工作时，通过人机交互式控制系统协调控制施加在上平面驱动器2和下平面驱动器4中4组上下对应电极的电压，可以实现X，Y两个方向的平动和绕Z轴的转动以及绕X和Y两个轴的摆动;通过控制施加在对应四个直线驱动器3上的电压，可以改变两个平面驱动器之间的距离，从而调节相同加载电压下与受控天线1摆动所对应的输出角度，最终实现灵敏度的调整。如图1所示，本专利技术一种基于介电高弹聚合物驱动器的天线位姿调控系统中上平面驱动器2和下平面驱动器4需完全一致，安装时各扇形电极部分在空间位置对应一致;4个直线驱动器3安装在同一个高度，并均匀分布在同一个圆周上，同时保持垂直且不易弯曲。如图2所示，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾坤，王勉，王铁军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61