[发明专利]利用活性材料激活的管状致动器

说明书

技术领域

本发明主要涉及管状致动器，例如石蜡和电活化聚合物卷状致动器，其限定行程和形状固定性；并且尤其涉及一种管状致动器，其利用活性材料激活以产生或变更行程、固定性和/或保持已获构型。 

背景技术

管状致动器，例如石蜡、气动挠性管（即肌肉）和电活化聚合物卷状致动器，已经被开发并且用于致动系统。这些致动器提供形状固定性（即对形状变化的抵抗性）并且限定一般沿着纵轴的行程，其中，行程的特征在于可操作尺寸的转变（行程长度）、由此产生的力和实现该转变所要求的周期（行程周期）。这些致动器带来本领域的各种顾虑。例如，意识到，由此提供的恒定的形状固定性和行程阻碍了通用的解决方案。而且，传统的管状致动器一般提供例如行程力与能量消耗或行程长度与行程周期之间的折衷。 

发明内容

对这些及其它顾虑做出反应，本发明叙述利用活性材料激活以产生或变更其可用行程和/或保持已获构型的新的管状致动器。因此，本发明可用于把活性材料形状记忆转换成螺线管式动作。本发明也可用于致动系统，这些系统需要比使用传统的管状致动器能获得的更长的行程长度、更大的行程力，和/或更短的行程周期；并且因而可用于使用较少激活能产生指定行程。本发明还进一步地可用于提供具有可更改的形状固定性的管状致动器，其能用于保持已获行程，并且因而在提供零功率保持的情况下，用于消除行程保持与能量消耗之间的折衷。 

在第一方面，本发明涉及一种活性材料致动器，其包括挠性管和外表上缠绕的活性材料元件。该管限定内部腔室并且可操作成在第一和第二构型之间转变，因此限定行程。该外表上缠绕的元件驱动地连接到该管并且在受到激活信号或与激活信号隔断的时候可操作成经历基本性质的可逆变化从而相应地被激活或去活。该变化促使该管获得第二构型，其可操作成致动该系统。 

在第二方面，本发明涉及一种电活化聚合物卷状致动器，其提供第一和第二行程。每个行程由行程长度和力限定。该致动器包括至少一层电活化聚合物，在受到第一激活信号或与第一激活信号隔断的时候其可操作成经历基本性质的第一可逆变化。在受到第二激活信号或与第二激活信号隔断的时候可操作成经历基本性质的第二可逆变化的石蜡布置在上述至少一层的至少一个的径向内侧并且可以布置在该卷状物限定的腔室内。该蜡在被激活和去活的时候分别提供第一和第二形状固定性，并且这些固定性和第一变化协作地提供行程。 

在第三方面，本发明涉及一种使用管状致动器连接物件的方法。该方法包括第一步，相对于该物件定位该管状致动器（即连接装置）。该装置包括在受到激活信号或与激活信号隔断的时候可操作成经历基本性质的可逆变化的活性材料元件。该装置在第一和第二半径之间可转变；该第一半径大于该第二半径和孔半径；该第二半径小于该孔半径；并且，该变化促使该装置在第一和第二半径转变。该方法进一步地包括步骤，使该元件受到激活信号或与激活信号隔断以便激活或去活该元件并且获得该第二半径；在提供该第二半径时把该装置的至少一部分插入上述至少一个孔中；以及使该变化反向以便促使该装置尝试提供该第一半径并且由此向物件施加连接力。 

本发明提供下列技术方案。 

技术方案1：一种提供行程长度和力的管状活性材料致动器，所述致动器包括： 

挠性管，其限定内部腔室和纵轴并且可操作成在具有第一和第二纵向长度的第一和第二构型之间转变以便限定行程；

活性材料元件，其可操作成在受到激活信号或与激活信号隔断的时候经历基本性质的可逆变化以便相应地被激活或去活，从外部缠在所述管上并且驱动地连接到所述管；和

流动主体，其布置在所述腔室内，其中，所述变化产生径向致动力，所述力促使所述管在所述构型之间转变，并且所述主体可操作成传递所述力。

技术方案2：如技术方案1所述的致动器，其中，所述活性材料元件从基本上由形状记忆合金、电活化聚合物和压电合成物组成的组中选择。 

技术方案3：如技术方案1所述的致动器，其中，所述流动主体从基本上由气体、压缩气、凝胶体、液体和多个微粒的组中选择。 

技术方案4：如技术方案1所述的致动器，其中，所述流动主体包括第二活性材料元件，其可操作成在受到第二激活信号或与第二激活信号隔断的时候经历基本性质的第二可逆变化，并且所述第二可逆变化可操作成更改所述行程。