[发明专利]基于活性材料的柔顺机构

说明书

技术领域

本发明涉及柔顺机构，由于可逆地操作制成这些机构的 活性材料的属性的能力，因而该柔顺机构展示更好的耐用性和/或制造 后顺应性。该能力被用来可逆地修改机构的几何形状、布局和/或刚性 和阻尼分布，和因此在机构被制造后可逆地修改其性能。

背景技术

常规的或刚性本体机构包括由动态接合件(例如铰链、 滑动接合件和齿轮等)连接的刚性连接件，以传递运动和力。不同于 刚性本体机构，柔顺机构从机构柔性部段的变形获取其至少部分的运 动。完全柔顺机构典型地为单件弹性本体，其完全从机构本体的变形 获得运动。许多完全柔顺机构包括实质铰链，即，用作铰链的弹性本 体且因而经历比周围区域更大的应变的区域。现有技术中实质铰链通 过在这些区域中具有比周围区域相对较小的截面面积来实现更大的应 变。实质铰链存储在机构的变形期间的应变能量，且是最常见的材料 失效部位，从而限制机构的使用寿命。本申请的构想也适用于局部柔 顺机构的完全柔顺部分。因此在本申请的其余部分中，将不使用限定 词：局部或完全。

在本文中使用的“性能”是指机构的力和/或运动传输属 性，例如准静态力偏转性能、其变形的性质、机构上由点跟踪的路径、 其动态响应等。一旦制造出具有给定设计的柔顺机构，那么响应于给 定负载组的机构性就被固定。因此，柔顺机构通常必须对其每个应用 进行定制。

发明内容

柔顺机构包括柔顺机构本体，柔顺机构本体配置成响应 于机械输入而产生机构输出。柔顺机构本体具有由活性材料制成的至 少一个区域。活性材料配置成响应于激活信号而经历至少一种材料属 性变化。示例性材料属性包括储存模量、损耗模量和破坏应变等。当 施加激活信号时，该属性上的变化可用来改变机构的性能。替代地， 该属性上的变化可用来改变机构的配置使得甚至在未施加激活信号时 也能改变柔顺机构的性能。上述方法均可组合使用和/或同时使用。

本文提供的柔顺机构定制用于各种不同的应用，因为其 配置是可调整的故因而其性能是可调整的。相应的方法包括提供柔顺 机构本体，该柔顺机构本体具有第一配置，使得柔顺机构本体响应于 输入而产生第一性能。柔顺机构本体具有由活性材料制成的区域，该 区域配置成响应于激活信号而经历配置上的变化。该方法还包括将激 活信号施加到该区域。这导致响应于相同输入而改变机构的性能。

通过对实施本发明的最佳模式的后述详细说明结合附 图，本发明的上述特征和优势以及其它特征和优势将显而易见。

附图说明

图1是具有四个激活装置的柔顺机构的示意性截面侧视 图；

图2是图1中柔顺机构的示意性截面侧视图，其中第一 激活装置施加激活信号给柔顺机构的第一区域；

图3是图1和2中柔顺机构的示意性截面侧视图，其中 第二激活装置施加激活信号给柔顺机构的第二区域；

图4是以第一配置为特征的另一柔顺机构的示意性侧视 图，该另一柔顺机构具有多个激活装置；

图5是图4中柔顺机构的示意性侧视图，激活装置中的 一个施加激活信号给柔顺机构的区域，且在施加激活信号时机构的配 置通过施加外力改变；

图6是图4和5中柔顺机构的示意性侧视图，其特征在 于不同于第一配置的第二配置； 图7描述了SMA处于其马氏体和奥氏体状态下的理想响应；和 图8A和图8B分别描述了在高于Tf和低于Ts时SMP的性能。

具体实施方式