CN1369038A - 形状记忆合金执行器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了行程放大形状记忆合金执行器和采用机电活性材料的其他执行器(在本说明书中统称为形状记忆合金执行器),包括行程放大但没有显著的力下降、容易小型化和快速作用、以及其设计和使用;形状记忆合金执行器(包括传统的形状记忆合金执行器以及根据本发明的行程放大形状记忆合金执行器)的经济和有效的控制和传感机制,从而获得低能耗、电阻/障碍物/载荷传感和精确的位置控制;以及包含这些执行器以及控制和传感机制的装置。

Description

形状记忆合金执行器及其控制方法
本发明所属技术领域
本发明涉及形状记忆合金(SMA)执行器和采用机电活性材料的其他执行器(在本说明书中统称为形状记忆合金执行器)及其控制方法。特别地，本发明涉及能够小型化从而获得快速(亚秒)响应的形状记忆合金执行器；并且涉及一般形状记忆合金的控制方法，特别是本发明的小型化形状记忆合金执行器的控制方法，从而获得低耗能、电阻/障碍物传感、和位置控制。
与本发明相关的背景技术
在二十世纪五十年代发现了一类材料，这类材料具有形状记忆效应。参看，如K.Otsuka和C.M.Wayman的《形状记忆材料)》(“ShapeMemory Materials”Cambridge University Press，Cambridge，England，1998，ISNB 0-521-44487X)。这些材料呈现出一种热弹性马氏体式变化，即低于一定的转变温度时它们是柔性的，因其处于马氏体相，从而可以容易变形。当其温度上升到转变温度以上时，该材料恢复到其奥氏体相和以前的形状，并因而产生较大的力。这种材料的例子有大约50比50原子百分数的钛-镍(TiNi)合金，可选择性包含少量的其他金属，从而提供增强的稳定性或改变马氏体-奥氏体转变温度；这些合金经配制和处理，呈现出形状记忆效应。其他这类合金包括Cu/Al/Ni和Cu/Al/Zn合金，有时称作β-黄铜。从种属上分，这类合金被称为形状记忆合金，从可从商业渠道的若干来源获得这类合金的线型材料。该线的直径为小到37微米、大到1毫米或更大。参见，如Dynalloy公司的《Flexinol执行器线的技术特征)》(“Technical Characteristics of Flexinol Actuator Wires”《技术信息手册》，Dynalloy公司，18662 MacArthur Boulevard，Suit 103，IrvineCA 92715，USA)。
SMA线是形状记忆合金线，它们经处理后，在马氏体相能够容易地沿其纵轴伸展，从而重新排列其原子晶体结构。一旦伸展它们就保持其伸展状态，直到它们被加热到其奥氏体转变温度以上，在奥氏体转变温度，结晶结构恢复到其起初的(记忆的)奥氏体结构。这种复原不仅恢复线的起始长度而且产生较大的力，通常是50Kgf/mm2截面积的数量级，这与合金及其处理有关。由于每个截面积可获得较大的力，因而形状记忆合金线通常制成较小的直径。例如，直径为100微米的线可以传递大约250克的力。为获得更大的力，则需要较粗或多重线。
虽然自1951年以来人们已经知道形状记忆合金，但商业上对这类执行器的应用很有限，原因是其物理过程存在一些固有的限制，这些物理过程产生了这种形状记忆性能。缺乏商业上的应用归因于以下因素：(1)有限的位移
在热弹性马氏体向奥氏体转变过程中，钛-镍形状记忆合金线最多能收缩其长度的8％。然而，在这种应变水平下，其失效前仅能持续几个循环。为获得合理的循环寿命，最大的应变是在3％至5％的范围内。作为一个例子，对具有合理循环寿命的一个执行器来说，它需要25厘米以上的形状记忆合金线来产生1厘的移动。(2)最小弯曲半径
一种显而易见的把较长的形状记忆合金封装进较小空间的办法是采用某种类型的滑轮***。不利的方面是，如果围绕急弯处放线，形状记忆合金线会损坏。通常，形状记忆合金线不应沿小于线直径50倍的半径弯曲。举一个例子，直径为250微米的线具有1.25厘米的最小弯曲半径。应当注意到，这儿使用的“最小弯曲半径”一词是指形状记忆合金线在其内能弯曲并且仍然能够重复奥氏体-马氏体循环而没有损伤的最小半径。加入大量的小滑轮则使***增加机械复杂性，从而降低了首先采用形状记忆合金的吸引力。对最小弯曲半径的要求也给执行器的尺寸设置了下限。(3)周期时间
通常，采用通过电流的方法来对形状记忆合金线进行电阻加热。然后，该线在能够伸展回到其起点位置前必须被冷却到其转变温度以下。如果用在静止空气中对流的方法进行冷却，那么在再次使用执行器以前，需要数秒的时间。上述的直径为250微米的线有一个最好的周期时间，约5秒或更长。因此，作为一个例子，Stiquito，一种形状记忆合金提供动力的行走昆虫[J.M.Conrad，J.W.Mills，《Stiquito：用简单和便宜机器人进行的先进实验》，(Stiquito：Advanced Experiments with a Simple and InexpensiveRobot)，IEEE Computer Society Press，Los Alamitos Ca，USA，ISBN0-8186-7408-3]仅达到3-10cm/min的行走速度。因为冷却速率依赖于线表面积和其体积的比，所以线直径的变化极大地影响周期时间。
为克服这些限制，形状记忆合金执行器的设计者通常使用长直线或线圈。参见，如M.Hashimoto，M.Takeda，H.Sagawa，I.Chiba，K.Sato的“形状记忆合金应用于机器人执行器”(Application ofShape Memory Alloy to Robotic Actuators)(J.Robotic Systems，2(1)，3025(1985))；K.Kuribayashi的“一种新的采用钛-镍合金线的接头装置执行器”(A New Actuator of a Joint Mechanism using TiNi AlloyWire)(Int.J.Robotics，4(4)，47-58(1986))；K.Ikuta的“微型/小型形状记忆合金执行器”(Micro/Miniature Shape Memory AlloyActuator)(IEEE Robotics and Automation，3，2151-2161(1990))；和K.Ikuta，M.Tsukamoto，S.Hirose的“具有电阻反馈的形状记忆合金伺服执行器及其在有源内窥镜上的应用”(Shape Memory Alloy ServoActuator with Electrical Resistance Feedback)(Proc.IEEE.Conf.onRobotics and Information，427-430(1988))。显然，在许多应用场合，特别是在需要小型化的场合，采用长直线是不切实际的。虽然线圈大大地增加了传递的行程，但显著地降低了可获得的力。为补尝力的下降，使用了较粗的线，而这降低了所制成执行器的响应性，进而使它不能适用于许多应用。
通常用来机械性地放大可获得位移的其他机制，如在D.GrantV.Hayward的“形状记忆合金执行器的可变控制结构”(VariableControl Structure of Shape Memory Alloy Actuators)(IEEE ControlSystems，17(3)，80-88(1997))一文，和美国专利第4,806,815号中所披露的机制，在可获得的力上受到同样的限制，这再次导致需要较粗的线以及与周期时间伴随的问题。
如上所述，可使用形状记忆合金材料作为执行器的动力[参看，如T.Wararm的“利用形状记忆合金设计执行器”，1993，ISBN0-9699428-0-X]，通过监测合金的电阻可以控制执行器的位置。参见，如K.Ikuta，M.Tsukamoto，和S.Hirose的“具有电阻反馈的形状记忆合金伺服执行器及其在有源内窥镜上的应用”(Shape MemoryAlloy Servo Actuator with Eletrical Resistance Feedback andApplication for Active Endoscope)一文(上文已论述)。
把形状记忆合金执行器加热到其转变温度的普通方法是脉冲宽度调制法(PWM)。在这种方法中，在一定比率的预定周期施加一个固定的电压。当在一个周期(称为负载周期)中工作时间与停止时间的比率变化时，则可控制传递到形状记忆合金上的动力的数量。这种方法很常用，因为在数字***中可以容易地实施这种方法，在这里所有需要的是一个晶体管，来驱动执行器，从而无需数字-模拟转换和辅助的放大器。
在一个简单例子中，一个脉冲宽度调制发生器在一个负载周期中由一个数字控制器所规定的期间对形状记忆合金元件供给脉冲宽度调制脉冲。在脉冲宽度调制脉冲断开期间，一个电阻测量***测量形状记忆合金的电阻，进行取样，然后保持在采样-保持***中。这种测量是在断开期间进行，因为脉冲宽度调制脉冲可以相当短，当脉冲存在时，控制器不可能对形状记忆合金进行采样。最后，用模拟-数字(A-D)转换器把在采样-保持***中的模拟信号转换成数字信号，然后控制器就能够识别来自转换器的数字信号。通过控制器中的一种算法使用这种数字信号的值来变化脉冲宽度调制发生器的负载周期，从而获得所要求的形状记忆合金元件的位置。在具有一个以上形状记忆合金元件的***中，除了控制器以外，对每个形状记忆合金元件，所有***都需要复制，这导致大型、复杂和昂贵的控制***。
已提出了许多方法来避免这种复制。最普遍采用的方法是穿过若干采样-保持回路来多路复用模拟-数字转换器，因而仅需要一个模拟-数字转换器。另一个在美国专利第5,763,979号中所描述的方法，是以行和列构形的方法使用电子开关，来分离形状记忆合金元件，并依次对每个元件施加脉冲宽度调制脉冲。这使所有执行器可以共享电阻测量、采样-保持、和模拟-数字子***，并减少了需要用来把装置相互连接起来的导线数量。不利的方面是，这种方法也加倍了高电流开关装置的数量，因为每个执行器需要两个这样的通道，而在传统方法中仅需一个。这些开关通常是这类控制***的物理上最大的元件，因为它们需要散发掉大量的热量，这些热量源于流过的高电流。所以，虽然这种方法减少了导线的数量，但它实际上增加了控制器子***的尺寸和复杂性。
在形状记忆合金中，从马氏体(低温)相到奥氏体(高温)相的转变并不是在特定温度瞬时发生的，而是在一个温度范围内递增地进行。图1表示位移和温度之间的关系，图中显示了奥氏体开始温度(As)和奥氏体完成温度(Af)，以及马氏体开始温度(Ms)和马氏体完成温度(Mf)。在由ΔT所表示的温度范围内，合金由奥氏体和马氏体的混合物所组成。正如可以看到的，在低于奥氏体开始温度时，长度基本上不发生任何变化，而当形状记忆合金被加热到奥氏体完成温度以上时，长度基本上不会发生任何进一步的变化。相似地，在冷却过程中，当高于马氏体开始温度时，长度基本上不发生任何变化，而当温度低于马氏体完成温度时，长度基本上不会发生任何进一步的变化；然而，在长度-温度曲线中，通常存在显著的滞后现象。正如K.Ikuta，M.Tsukamoto和S.Hirose在“具有电阻反馈的形状记忆合金伺服执行器及其在有源内窥镜上的应用”(Shape Memory Alloy Servo Actuator with Electrical ResistanceFeedback)一文中(上面已论述)和美国专利第4,977,886号中所论述的，在形状记忆合金部件的电阻和其温度之间存在一种关系，如图2所示，图中形状记忆合金的马氏体完成温度高于室温。正如可以看到的，在最小电阻(Rmin)和最大电阻(Rmax)之间的阴影区域内，电阻可用来作为形状记忆合金温度的模拟量，因此可以完全基于电阻值来推导在两相之间转变的比率，而不直接测量温度，因为电阻-温度曲线并未显示出明显的滞后现象。然而，如图1所说明的，由于存在较大的位置-温度滞后现象，仅知道温度不足以推导出位置。
然而，如果两个执行器以相反的方式进行排列，则可以用许多方法来抵销这种滞后现象。在Dynalloy公司的《Flexinol执行器线的技术特征》(“Technical Characteristics of Flexinol ActuatorWires”)和美国专利第4,977,886号中描述了一种普遍方法，该方法是利用来自两个配合使用的执行器的归一化电阻来抵销滞后现象。所有这些位置控制方法依赖于对最大电阻和最小电阻的先验了解(见图2)。伴随合金的老化，再加上环境因素的影响，这些值会发生变化，因而***在每次使用前必须进行重新校准，以获得有用的位置控制。校准是通过外部传感器的附属装置在已测得的最小和最大位移处计算最大电阻和最小电阻的来完成的。校准的另一种方法，如在美国专利第4,977,886号中所描述的，是施加足够大的电流并且时间足够长，因而温度将超过奥氏体完成温度，在此过程中记录所遇到的最小电阻和峰值电阻。当需要连续、低成本运作时，前一种校准方法对许多***是不切实际的。后一种方法依赖于对形状记忆合金元件的物理尺寸以其电流环境和状态(例如，奥氏体或马氏体)的了解，因而可以计算校准脉冲的幅度和持续时间。
最好是开发这样的形状记忆合金执行器：能够基本上提供形状记忆合金线的全力，同时比单根长度为执行器长度的形状记忆合金线达到更大的行程(收缩)(行程放大而没有显著的力下降)；小型化和快速作用的形状记忆合金执行器；形状记忆合金执行器(包括传统的形状记忆合金执行器以及根据本发明的行程放大形状记忆合金执行器)的经济和有效的控制和传感机制，从而获得低能耗、电阻/障碍物/载荷传感和精确的位置控制。
发明简述
本发明提供了行程放大形状记忆合金执行器和采用机电活性材料的其他执行器(在本说明书中统称为形状记忆合金执行器)，内容包括：行程放大但没有显著的力下降，容易小型化和快速作用及其设计和用途；形状记忆合金执行器(包括传统的形状记忆合金执行器以及根据本发明的行程放大形状记忆合金执行器)的经济和有效的控制和传感机制，从而获得低能耗、电阻/障碍物/载荷传感和精确的位置控制；包含这些执行器以及控制和传感机制的装置。
在第一个方面，本发明提供了一种行程放大形状记忆合金执行器。在根据本发明第一个方面的实施例中，执行器包括多个刚性构件和形状记忆合金线。
在第二个方面，本发明提供了一种行程放大形状记忆合金执行器，包括一根形状记忆合金线。
在第三个方面，本发明提供了用于形状记忆合金执行器的多路复用的控制和传感机制。
在第四个方面，本发明利用电阻反馈提供了形状记忆合金执行器的控制和传感机制以及控制方法，其中当执行器被通电时，执行器的电阻随时间的变化被用来产生用于执行器的控制信息。这些控制和传感机制以及方法可用来校准执行器、执行位置控制功能、测量施加于执行器的载荷、探测执行器所遇到的碰撞或机械障碍物和执行器中的***失效。在一个优选的控制机制中，利用与执行器并联的电容器的放电时间的测量结果来测量该执行器的电阻。
附图简要描述
图1是一种典型的形状记忆合金元件的长度-温度曲线图；
图2是一种典型的形状记忆合金元件的电阻-温度曲线图；
图3是根据本发明的形状记忆合金执行器的第一实施例；
图4A是根据本发明的形状记忆合金执行器的第二实施例；
图4B是根据本发明的形状记忆合金执行器的替换的第二实施例；
图5是根据本发明的形状记忆合金执行器的第三实施例；
图6是一个刚性元件，用于根据本发明的形状记忆合金执行器的替换的第三实施例；
图7是形状记忆合金执行器的替换的第三实施例的透视图，其中使用了图6的刚性元件；
图8A是图7中执行器的伸展形态侧视图；
图8B是图8A中执行器的收缩形态图；
图9是根据本发明第二个方面的形状记忆合金执行器的示意图，说明单根形状记忆合金线的使用；
图10表示低摩擦力管的使用，用来引导图9中执行器的形状记忆合金线；
图11仅表示引导管的使用；
图12表示根据本发明第二个方面的四执行器组合；
图13表示一种传统类型的用于形状记忆合金执行器的脉冲宽度调制控制器；
图14表示一种多路复用的脉冲宽度调制控制器；
图15是在加热的形状记忆合金元件中导电性和位置随时间变化的曲线图；
图16表示一种传统类型的用于形状记忆合金执行器的电阻反馈控制；
图17表示一种用于形状记忆合金执行器电阻反馈控制的电容传感回路；
图18表示根据本发明的形状记忆合金执行器第四个实施例的刚性构件和形状记忆合金线；
图19是装配好的执行器的侧视图，其中使用了图1 8中的构件/线组合；
图20A表示形状记忆合金执行器在全伸展形态的限位装置的使用；
图20B表示图20A中的形状记忆合金执行器在其全收缩形态的限位装置的使用；
图21表示一种行走昆虫模型，包括根据本发明的形状记忆合金执行器；
图22是图21中昆虫模型的一个腿进行工作的侧视和仰视图；
图23是图22所示腿进行工作的后视图；以及
图24是图22所示腿进行工作的透视图。
发明详述定义和一般参数
“形状记忆合金(shape memory alloy)”或“SMA”是一种呈现出热弹性马氏体式变化的合金，在马氏体相可以变形，而当合金恢复到奥氏体相时，变形会复原。根据本发明的适合于室温应用的形状记忆合金是：奥氏体-马氏体转变范围稍高于预期环境温度的形状记忆合金，譬如说，马氏体完成温度为30至50℃，因而在不加热时，这种形状记忆合金将保持在其马氏体相；并且奥氏体完成温度足够低因而能与普通工程塑料相容的形状记忆合金，譬如说，奥氏体完成温度为80至100℃，从而将完成马氏体到奥氏体的转变所需要的热量(例如，输到形状记忆合金上的电能)减至最小值。在商业上可容易获得这类合金。当执行器设计用于低温(例如，低于0℃)或高温(例如，高于100℃)环境时，则可以选用具有其他转变温度范围的合金。考虑到现有技术和本申请书披露的内容，在选择合适的形状记忆合金用于所希望的目的时，本领域技术人员不会有任何困难。众所周知，一个形状记忆合金元件，如形状记忆合金线，在低于其马氏体完成温度(Mf)时，会在可复原的应变范围内变形，然后当加热到奥氏体完成温度(Af)以上时，它将恢复到其最初的未变形形状。然而，把该元件重新冷却到马氏体完成温度以下并不会自发地引起复原到变形的形状：形状记忆效应是单向效应。因此，当形状记忆合金元件重新冷却到马氏体完成温度以下时，需要对其施加应力或偏压，从而使其恢复到变形的形状。虽然在下面不会一般性地相对于根据本发明的形状记忆合金执行器进行论述，但假定当执行器的形状记忆合金元件冷却低于马氏体完成温度时，对或可以对执行器施加偏压，从而引起复原到变形的马氏体状态。可以用弹簧来施加这种偏压(一种恒量偏压应用，在这种情形，当执行器加热时，执行器必须克服弹簧的力来引起执行器的运动)；或者用一个相反的执行器来施加这种偏压(在这种场合，通常一个加热，另一个则不加热，但每一个可以加热到不同的程度，从而获得精确控制)。弹簧偏压是经济的，但缺点是弹簧吸收了一部分执行器的力，留下较小的可获得的力供执行器施加于外部载荷；相反执行器偏压提供了更大的可获得力，因为当不加热时相反执行器几乎不需要什么力来移动，并且当两者被不同地通电时，相反执行器偏压会提供更大的位置敏感性，但代价是控制的复杂性和增加的能耗。此点为本技术领域所熟知；依据本发明的形状记忆合金执行器可用于任何一种方式。
在本说明书中使用的形状记忆合金“线”(SMA“wire”)一词，是指细长形式的形状记忆合金材料，能沿长轴收缩/伸展。因此，术语“线”并不意味着一个圆形截面，虽然通常是圆形截面，而应当包括椭圆形、正方形、长方形等截面。
形状记忆合金执行器的“行程(stroke)”是在执行器的完全伸展长度和完全收缩长度之间距离上的变化。如果执行器带有限位装置来限制执行器的收缩和/或伸展，那么“行程”将是限位装置之间的距离，它可能会小于限位装置不存在时的“行程”。
一个“行程放大(stroke multiplying)”形状记忆合金执行器，是指这样一种形状记忆合金执行器，在其行程伸展或收缩方向大于单个形状记忆合金线的伸展或收缩，该单根形状记忆合金线的长度是该执行器的外部长度。
在第一个方面，本发明提供了行程放大形状记忆合金执行器，即形状记忆合金执行器能够基本上提供形状记忆合金线的全力而同时比与执行器长度相同的单根形状记忆合金线获得更大的行程(“长度”被定义为执行器在形状记忆合金线轴向的长度)，因此获得行程放大而没有明显的力下降。
行程放大而没有明显的力下降使得可以使用细的形状记忆合金线，这导致响应性的显著增加，原因在于线冷却速率非线性地依赖于线直径。正如在形状记忆合金执行器技术领域所熟知的，在每单位长度，要冷却的线质量与线的截面积成正比(线直径的平方函数)，而冷却速率与线的表面积成正比(直径的函数)。事实上，线本身的热导率使这种比率进一步复杂化，但是可以看到，形状记忆合金线从其奥氏体完成温度到其马氏体完成温度的冷却速率随线直径的减小而显著下降。这减少了形状记忆合金执行器的周期时间，因为从马氏体完成温度到奥氏体完成温度的加热时间将总是显著地短于冷却时间，只要提供足够的电力来达到迅速的加热速率。例如，直径为250微米的线执行器的周期时间是6至7秒或更长，直径为50微米的线执行器的周期时间小于1秒，而直径为37微米的线执行器的周期时间约0.4秒。
行程放大形状记忆合金执行器的基本设计，由若干平行的，包括同心排列的、刚性(即非形状记忆合金)构件组成，这些构件可以自由相互滑动，以一定的方法用形状记忆合金线把构件相互连接起来，以致执行器的行程基本上等于若干单独形状记忆合金线的行程之总和。
如图3所示，在第一个实施例中，执行器(通常示于30处)的可滑动刚性构件301、302、303和形状记忆合金线311、312、313分别在点321和331、322和332、323和333处相连。当形状记忆合金线311、312和313收缩时，每根线拉住刚性构件的一端，刚性构件的另一端则与下一根线相连。以这种方法，一根线的位移依次加到下一根线的位移上。刚性构件301的一端341可用任何适当的方式连接于一点，线313的端部333可与另一点相连，这两点可以都能移动，或更通常的情况是，一点可移动而另一点则固定，因而当线311、312和313收缩时，所述两点间的距离会减小。双箭头A表示移动的方向，当形状记忆合金线收缩时，则会引起点321和点333之间距离的收缩。可以对任意数目的线和构件进行组合，从而达到任何所希望的位移。
例如，如果构件301刚性地固定于一基片而且构件302和303相互之间及相对于构件301是可滑动的，那么当形状记忆合金线被加热和收缩时，每根线收缩约3％，组合件的最大收缩(从连接点341到连接点333)将是约9％。这表明位移放大三倍而没有减少所施加的力，除了有一些力损失于执行器的内部。因而这种设计以更紧凑的方式保持了长直线的优点，而没有降低可获得的力。此外，所有线是直的这一事实意味着不存在形状记忆合金线的最小弯曲半径的问题，这有可能对组合件进行小型化从而达到几厘米的尺度，例如降到1厘米或更小，并有潜力降到微观尺度。
每个构件需要有足够的刚度，从而当线收缩时执行器不会屈曲，但由于执行器可以封闭在一个壳体中来阻止构件的屈曲(如果这样的壳体用适当的低摩擦聚合物材料制成或涂覆，如聚四氟乙烯(PTFE)或另一种含氟聚合物，它也将为刚性构件的滑动提供低摩擦环境)，因而无需特殊的强度。从图中可以明显看到，与其长度和宽度相比较，这种类型的执行器(并排排列)可以制成薄层状，这使它特别适用于限定的平直空间情形。
可以分别对形状记忆合金线311、312和313供电，从而便于对移动和峰值功率移动影响的范围进行最大程度的控制(如果对该线依次通电，由于加热该线到其奥氏体完成温度所需的电流大于达到奥氏体完成温度后保持该线在奥氏体完成温度以上所需的电流)。在电池供电的装置中这是一个需要考虑的重要问题，因为在一定程度上，电池的寿命依赖于电耗的速率；但是在需要许多导线和增加的控制能力时要付出代价。通常地，在单个运行期，供电也可以是从执行器的一端至另一端，因而仅需要两根引线，控制也简化。在这种情况下，需要把构件302上的点331和322以及构件303上的点332和323用导线连接起来，因而电流可从点321流到点333，并进而当对点321和333施加电压时会引起所有3根线311、312和313同时收缩。如果刚性构件301、302和303不导电，则必须提供合适的电路(跨接线)来提供所需的电连接。如果刚性构件自身导电并且形状记忆合金线可以导电的方式和它们相连，那么刚性构件自身则作为跨接线，但是这要求，除了在连接点321、322、323、331和332之外，形状记忆合金线自身是电绝缘的或与刚性构件分隔开，从而确保电流完全通过形状记忆合金线。
在第二个实施例中，为进一步减小执行器的所需空间，刚性构件可以排列成同心管，而形状记忆合金线则放置在管的外侧，如图4A和4B所示。在图4A中，通常示于40处的执行器包括两个管(或一个外管和一个内棒)，外管401固定于某个适当的结构上(未示出)，形状记忆合金线411的一端412以预应力钢丝束方式(tendon-like fashion)和所受载荷相连(也未示出)。内管/棒402在外管401内滑动。在内管/棒402的一端，线411的另一端连接到连接点413上，而第二根线421在连接点422处连接到内管/棒402的另一端并且也与连接点423连接，连接点423与外管401刚性相连。通常内管/棒402是导电的，因而用电源线把点412和423连接起来则形成一个电路：从点412依次通过两根形状记忆合金线到点423。外管可以是不导电的；但如果外管导电，则外管必须绝缘或与内管电气分离。在图4B中，一般示于43处的执行器包括一个外管431，带有一对相对的内管/棒432A和432B，每个与不同的结构(未示出)相连，从而在它们之间施加力。形状记忆合金线441A的一端在连接点442A处与外管431相连，另一端在连接点443A处与内管/棒432A相反的一端相连。因而线441A的收缩驱使内管/棒432A进入外管431。相似地，线441B的收缩驱使内管/棒432B从相反的方向进入外管431。这样产生了一个相对的执行器，如果内端433A和433B通过外管431的孔洞与一个待移动的结构(未示出)相连，那么通过对线441A或441B施加动力，这种结构就可以沿外管431的轴在一个方向或另一个方向进行移动。可以用图4A所示类型的执行器对这种构形进行改进，使其成为行程放大形状记忆合金执行器，图4A显示了执行器43的一半组件。
显然，这些同心管执行器的两种构形都可以扩展，即在装置中加入额外的同心管，从而达到更大的位移。为增加可获得的传递力，在相同的构架中可以使用多重平行的形状记忆合金线，而不会对周期时间有不利影响。
在适合于制成6腿类似于Stiquito的行走机器人的尺度，制造了一组实验性的执行器。制成的装置能以大约1厘米/秒的速度行走，这可以顺利地与Stiquito的3-10厘米/分的速度相比较。在这个实施例中，用于这些执行器的同心管由铝制成的。外管长为4厘米，外管直径为2.4毫米，执行器产生的行程至少为3.2毫米。用尺寸为00-99的小黄铜螺帽和螺栓把形状记忆合金线与铝管固定。所采用的形状记忆合金是Flexinol钛-镍合金(Dyalloy公司)，直径为50微米，产生的力为35克。形状记忆合金的加热是利用1KHz脉冲宽度调制(PWM)信号，该信号在6伏的幅度处传递110mA的最大电流。某些执行器(那些用于承载机器人重量的执行器)有两个平行的形状记忆合金线连接到管，因而传递70克的力。两种类型执行器的周期时间约为0.7秒。
在优选的第三个实施例中，执行器由一组叠置的平行板组成，这些平行板互相电气绝缘并用形状记忆合金线相连。这种执行器的结构如图5至图8所示。
图5概念性地显示这样一种叠置的平板执行器(一般性地示于50处)，包括3个刚性导电板511至513，它们由两根形状记忆合金线521和522连接。线521在连接点521A处与平板511相连并在连接点521B处与平板512相连，而线522在连接点522A处与平板512相连并在接点522B处与平板513相连。平板511至513是分离开的并且相互电绝缘，如通过在它们之间放置低摩擦聚合物薄片(例如，聚四氟乙烯或另一种含氟聚合物、或聚酰胺，如尼龙或聚酰亚胺薄膜)，或对平板涂覆低摩擦聚合物材料，因而平板相互之间可以容易滑动。平板511在靠近线连接点521A的一端有一个外部接头、图示为孔洞5111，而平板513在靠近线连接点522B的一端有一个外部接头、图示为孔洞5131。当在平板511上接点和平板513上接点之间对执行器施加电能时，形状记忆合金线521和522被加热并收缩，由此移动外部接头5111和5131，使它们靠近。执行器的行程大约是线521和522收缩的总和，因而大约是每根线独自收缩的两倍，然而施加的力将基本上不小于每根线所施加的力。很显然，通过简单地增加平板和线的数目可使执行器的行程增加。
对图5中执行器的改变见图6、图7、图8A和图8B。
图6表示用于这种执行器的“工字梁”形或“狗骨头”形平板。该平板通常显示在60处，有一个延长轴61以及端头62和63。外部连接点62A和63A可以在平板的任一端或两端。外部连接点62A和63A，例如，可以是孔洞，外部钢丝束等可以穿过孔洞进行连接。虽然，通常仅上部平板的一端和下部平板的另一端与外部连接来传递执行器的力到外部载荷，但可以方便地把所有平板制成相同形式。在端部62和63还有线连接点62B和63B。为方便起见，这些连接点表示在端部的侧面，但它们可以在任何方便的地方。相似的线连接点也可以在端部的另一侧，从而使两根线在每对平板之间相连并加倍来自执行器的力。
图7是执行器(一般表示为70)的透视图，有6个叠置的平板71至76和5根形状记忆合金线711至715。在图中，线是处于松动状态而执行器是处于其伸展的位置。平板71至76是用导电材料，如黄铜，制备而成，这些平板安装在壳体77中，并用绝缘层(未示出)把平板分离开，壳体77限制了平板的平行移动。壳体77通常由热塑性聚合物材料制备而成，如聚碳酸酯、聚苯乙烯等。可以在点711A(线711在这儿与平板71相连)和点715B(线715在这儿与平板76相连)之间对执行器施加电能；或者，因为平板是导电的，可以在平板711和715的任何地方对执行器施加电能，从而通过所有6个平板和5根线构成一个回路。
图8A和图8B是类似执行器的侧视图。图8A(和图7一样)表示执行器在其伸展位置，而图8B表示执行器在其收缩位置，其中粗箭头表示收缩的方向。这里收缩是对称的，因而平板的端部对齐，但并不要求如此。这种执行器的行程将约是任何单根线独自收缩的5倍，而执行器可施加的力将不会明显地低于任何线所施加的力。
虽然该执行器(和根据本发明的所有形状记忆合金执行器一样)的运行通过形状记忆合金线的收缩(当被加热时)，因而，如图8B所示，执行器的长度会减小，然而本领域技术人员容易理解：可以加长一个平板，如平板76，加延伸部分761是在平板的与有连接点715B一端相反的一端。比较图8A和图8B中连接点711A和延伸部分761的相对位置，可以看到，当执行器收缩时加长部分761的延长超过连接点711A。因此，通过适当延长一个最外层平板和固定另一个最外层平板，基于收缩的执行器既可以推也可以拉。
如上所述，在图6至图8B中，形状记忆合金线是仅显示在一侧，但可以有第二组线在另一侧，从而加倍致动力。同样，如上所述，可以根据需要增加平板和线的数目从而增加执行器的行程。
当平板数目增加时，可以用一种方法来降低驱动多平板执行器所需要的总电压。该方法是使用奇数的平板(偶数的形状记忆合金线)，并且不是在最外层平板之间对执行器施加电能(假定平板电阻显著低于线电阻，此时的执行器电阻将是所有线电阻的总和)而是电连接最外层平板并在这两个最外层平板和中间平板之间施加电能(此时执行器的电阻将是所有线电阻总和的一半)。这使我们可以使用较低的电源电压，虽然电流用量将加倍。
在第二个方面，本发明提供了单线行程放大形状记忆合金执行器。这种执行器使行程放大但没有显著的力下降并且没有靠机械上复杂的解决方法，如滑轮或求助于会减小可获得力的机制。
如图9所示，根据本发明的这个方面的基本设计，包括两个平行的空心低摩擦非导电管或棒901和902，形状记忆合金线910则围绕它们缠绕，其作用类似滑轮。所述管/棒的半径大于形状记忆合金线的最小弯曲半径(如前所述，可重复进行奥氏体-马氏体转变的最小弯曲半径约是线直径的50倍)，它们由低摩擦聚合物材料制备而成或涂覆低摩擦聚合物材料，所用聚合物材料能耐得住加热时形状记忆合金线的温度。管/棒安装在一个构架上，在图中表示为一对平板921和922。该构架是刚性的，因而管/棒保持相隔一定的距离。当加热形状记忆合金线910时(例如，电流通过其中)时，它会收缩并在低摩擦管/棒上滑动，这引起该线的端部沿箭头方向移动。由于管/棒的低摩擦特性，形状记忆合金线在其上滑动而没有明显的力损失，这使得可以使用更细的形状记忆合金线，进而导致响应性的巨大增加，原因在于冷却速率非线性依赖于线直径。适合于制备该管/棒或对管/棒进行涂覆的聚合物是聚四氟乙烯和其他的氟化聚合物。它们不仅能耐得住高温，而且能有效传热，因而管/棒也起到形状记忆合金线散热片的作用，这进一步改善了所制成执行器的响应性。这样制成的执行器比用传统方法制成的执行器具有更小的体积和更大的敏感性，而且还避免了滑轮的机械复杂性。
对本方面的一个改变是采用窄口径管931和932，它们由聚合物制备而成或用聚合物进行内涂覆，如聚四氟乙烯或其他的含氟聚合物；窄口径管的内径稍大于形状记忆合金线的直径，从而当线绕过管/棒901时，把线包起来，如图10所说明(该图仅显示执行器的一端，另一端相似)，这种结构增加了管的散热效果并允许使用导电管/棒。对小直径的形状记忆合金线而言，形状记忆合金线对管931所施加的力较小，因而可以省去管/棒901，如图11所示，该图仅说明了在形状记忆合金线中有单个弯曲处的情况(很显然，在形状记忆合金线中的其他弯曲处可以类似地处理)。
在图12中，概略地说明了这种执行器如何运行的一个实施例。在该实施例中，以相反的构形使用了四个执行器来完成两个自由度接头的任务，如用于机器人的臀部关节。形状记忆合金线1201、1202、1203和1204(图中未示出，由臂1221所遮蔽)分别绕过低摩擦管/棒1211、1212、1213和1214，这些管/棒是安装在平板1200上。一个相似的平板和一组棒形成执行器的“背部”(示出但未编号)。仅显示出越过管/棒从执行器“前部”伸出来的线的端部，以便降低复杂性和简化对该图的理解，虽然每根形状记忆合金线的构造与图9中更完全示出的构造一样。通过对形状记忆合金线提供动力，可以使臂1221的末端1223上下、左右移动，如在臂端部的箭头所说明的，其中臂1221通过一个接头1222(如球窝式接头)与平板1200联接。配合地对形状记忆合金线提供动力则可以产生任何所希望的对角线或曲线运动。
当在较小空间需要许多执行器时，构架和管则可以由多个执行器共用；例如，一对相对的执行器在相同的棒上移动但形状记忆合金线导向构架相反的侧面。在这种情况下，执行器可以是独立的线，因而它们被独立地驱动，由此减小了成对执行器***的尺寸。也可以用下述构形把单根线用于一对执行器：线被固定在其中心。如果那个中心是电接点，线每一半则可以独立地供电，从而获得一对但相互独立的二重执行器***(虽然两个执行器可以同时驱动)。如果那个中心不是作为电接点，或者如果线的两个终端是电相连的，那么在整个线被提供动力的任一情况下，其结果是单个执行器移动并对两个相反的点施加收缩力。对对称装置来说，这种构形特别有用；如在多腿行走机器人中的相反侧的一双腿，如昆虫、蜘蛛或蜈蚣；并且容易想象，可以对成对的执行器进行一定的安排从而使相反的腿在一个方向同时移动，例如，两腿同时向前，或者在相反的方向同时移动，例如，一腿向前、另一腿向后。在这种特定用途中，通过使用在此及本说明书中其他处所描述的成对执行器，可以减少执行器的数目和操作回路的复杂性。
在第三个方面，本发明为形状记忆合金执行器的阵列提供了非常紧凑和简单的控制机制，其中形状记忆合金执行器是用脉冲宽度调制方法进行加热并用电阻作为反馈机制(本领域熟知的技术，在图13中进行概要说明)。在图13中，脉冲宽度调制发生器1302对形状记忆合金元件1303提供脉冲宽度调制脉冲，负载周期和时间由控制器1301所确定。在脉冲宽度调制脉冲断开期间，电阻测量***1306测量形状记忆合金元件的电阻，进行采样并保持在采样-保持***1305中。断开期间采样避免了在短暂的接通期间可能发生的误采样。采样-保持***中的模拟信号传递到模拟-数字转换器1304并转换成数字形式，此时控制器1301可以读取该信号。然后控制器利用这种信号来改变脉冲宽度调制发生器的负载周期从而使形状记忆合金元件达到希望的位置。在具有一个以上形状记忆合金元件的***中，在图13虚线框内的所有***需就每个执行器进行复制，这显著地增加了成本和装置的复杂性。众所周知，通过对若干采样-保持***多路复用控制器，就可以把所需要的若干模拟-数字转换器减少到一个。
本发明避免了高电流开关的重复，如在美国专利第5,763,979号中所披露的方法和在图13中所说明的方法都需要这种重复，并且本发明利用定时控制从而不需要采样-保持***。电阻测量***在复杂程度上也大大减小。
如图14所示，在本发明的这个方面，所有形状记忆合金执行器有一个同步的负载周期。在从脉冲宽度调制驱动器1402到形状记忆合金元件1403接通电源的每个循环之初，在脉冲宽度调制控制器1401中会产生一个中断，然后该控制器在模拟-数字转换器中开始模拟-数字转换。以这种方式，脉冲宽度调制脉冲用作两个目的：加热和电阻测量电压。对最小负载周期进行了计算，它比进行一个模拟-数字转换加上中断等待时间的留量所需要的时间要长。
相对于传统设计的第二个变化是多路复用电阻测量***的输入值，从而所有执行器共用电阻测量***和模拟-数字转换器。用这种方法，对每个形状记忆合金元件1403仅需要复制脉冲宽度调制驱动器1402(如虚线框所示)。引起一个新的模拟-数字转换的中断也依次选择下一个执行器，并通过为多路复用器1407编制程序方法对执行器进行采样。因而，在每个脉冲宽度调制期间只有一个执行器被采样，并且当控制器开始转换时，脉冲宽度调制信号一定是处于接通状态。此外，因为电阻测量***是在多路复用器的后面，仅当脉冲较高时多路复用器才会接通，因而电阻测量***可以非常简单。例如，电阻测量***可以仅包括一个电阻器。这点优于在K.Ikuta，M.Tsukamoto，S.Hirose的“具有电阻反馈的形状记忆合金伺服执行器以及在有源内窥镜上的应用”(Shape Memory AlloyServo Actuator with Electrical Resistance Feedback)一文中所用的复杂的电源和桥接电路，该复杂的电源和桥接电路是在脉冲宽度调制脉冲的断开期间测量电阻。该***也比美国专利第5,763,979号中所描述的***要紧凑得多，因为该***无需每个执行器有一个大电流开关，这显著节省了空间和成本，因为在大多数情况下这些开关是控制器的最大和最昂贵的部件。
虽然多路复用器可以用循环的方式依次选择执行器进行采样，但一种替换的采样方法把多路复用器扩大到下一个要采样的执行器，其原理是考虑到***的电源使用率。例如，可以跳过负载周期为0％(即，断开状态)的执行器。在许多应用场合，仅有限数目的可获得执行器在特定时间被有源加热，因而这种方法能显著增加那些被主动控制的执行器的采样速率。
脉冲宽度调制控制特别有吸引力，因为许多商用微型控制器含有产生脉冲宽度调制信号的内置硬件，这减少了对控制器进行计算辅助操作；此外，脉冲宽度调制输出经常用于声频芯片(soundchips)(如那些用于通话问候卡中的声频芯片)作为一种便宜的数字-模拟转换装置，使这些低成本电路片适合于作为根据本发明的形状记忆合金执行器的控制器。例如，在低成本小型模件中双通道声电路片可用来产生声音和移动。在某些应用场合，可能不需要全脉冲宽度调制控制，一种便宜的定时电路片可用来产生所需的数字信号。此外，当可获得温度信号(事实上，一种Rsma信号)时，脉冲宽度调制控制减少了电流量，因为无需限流电阻器来防止形状记忆合金元件的过热。此外，由于形状记忆合金线中的电流倾向于(和所有固体导体的情况一样)集中在线的表面，因而存在“热点”和不均匀热分布的风险，这减少了线的寿命。脉冲输送激活电压(activatingvoltage)有利于形状记忆合金线中的热传导，可以获得更均匀的热分布。进一步，在传统的直流电流控制***中，形状记忆合金电流是有效恒定和相对较低的，因其是由限流电阻器所决定的，选择该电阻器的值，从而当形状记忆合金元件完全收缩时避免其过热。在带有电阻反馈的脉冲宽度调制或脉冲方法中，起初用高负载周期来加热形状记忆合金元件，这导致迅速的起始移动。当形状记忆合金元件达到其希望的位置时，降低负载周期，并仅供给足以保持形状记忆合金元件处于所希望状态所需的电能。
进一步，本发明利用低成本预埋微型控制器的记忆和数据处理能力来分析电阻随时间的性能，而不是基于瞬时或峰值电阻来确定位置控制和校准。这种方法导致更好地进行校准和位置控制，并且也可以获得先前无法获得的信息。特别是，该***能在广泛的操作范围内自动适应形状记忆合金的构形，能进行连续的校准和位置控制，能探测施加于执行器的载荷并且也能探测在执行器和某个外部物体之间的碰撞的机械障碍物。自动校准
图15表示在从低于奥氏体开始温度到高于奥氏体完成温度的加热过程中，电导率和执行器位置之间的关系。将位置变化(收缩程度)绘制成一个正数-时间曲线，从施加电压开始，用实线表示；而将电导率变化绘制成电导率-时间曲线，用虚线表示。选择位置和电导率的尺度，以便能非常容易地看到两条曲线的相似性，从而说明可采用电导率来模拟位置。典型执行器的加热时间约为0.3秒至1秒。通过测量通过一个检测电阻的电压降可以测量电导率(如图16所示)。对施加于形状记忆合金元件的恒定外加电压(Vsma)来说，通过检测电阻(它有一个电阻R检测)的电压降是与通过形状记忆合金元件和检测电阻器的电流成正比。所以利用电流以及从模拟-数字转换器1602测得的电压可以容易地计算形状记忆合金元件的电导率(1/Rsma)。这种数字电压信号特别适用于控制器/脉冲宽度调制发生器1601。在加热初期，电导率(1/电阻)下降，然后过了一段时间改变方向并开始增加。直到电导率的变化反向才会发生移动。这点是最小电导率Cmin(也是最大电阻)，并对应于奥氏体开始温度。通常认为低于奥氏体开始温度区域内的信息是无用的并从位置控制方法中排除。然而，分析和实验表明，这种转向的深度和持续时间与执行器的外加电荷成正比。因此，通过用电子仪器，从起始电导率(Cstart，没有任何伸展的电导率)“画”一条水平线穿过电阻-位置曲线并计算电导率/时间曲线和那根线之间的面积(图15中的阴影面积)，用适当的尺度系数(由实验确定)进行放大，从而可以计算执行器正抵抗的外加载荷。对行程仅几个毫米的执行器可以进行这些测量，并达到这样的精度，即能看到一个分币和两个分币作为外加载荷所产生的差异。
其次在图15中可以看到，随着电导率变化的另一个倒转，在位置和电导率之间有一个相对线性关系的区域。电导率峰值的顶部并不对应于最小电阻，因为，正如可以看到的，在该点执行器的位置仍在变化，这表明还未达到奥氏体完成温度。因而，采用简单的峰值探测器来确定最小电阻的***高估了最小电阻。通过记录电导率达到平衡状态的值可以获得更好的性能。在这一点，合金的温度是在或高于奥氏体完成温度并已达到最大位移。
因为最小电阻和最大电阻的探测完全依赖于随时间变化的电阻而不是其绝对值，因而该***能动态适用于不同长度的形状记忆合金部件。对可支撑长度的限制是：(1)用来加热形状记忆合金的电源必须能够使形状记忆合金达到奥氏体完成温度，(2)形状记忆合金的电阻必须足够大，从而使形状记忆合金不会以比控制***反应速度更快的速度达到奥氏体完成温度和过分加热。实际上，这使得相同的控制***在广泛的范围内自动地适用于形状记忆合金执行器；这点特别具有吸收力，因为在许多应用场合，控制***将同时控制若干不同长度的执行器。电阻反馈控制
图16说明第一种电阻测量(电阻反馈)技术。控制器/脉冲宽度调制发生器把脉冲宽度调制逻辑脉冲从脉冲宽度调制输出端1601A送到电源开关晶体管1603(如场效应晶体管或双极晶体管)，电源开关晶体管1603使电流通过形状记忆合金元件。鉴于在奥氏体相和马氏体相之间电阻变化较小，通常仅约形状记忆合金元件电阻的10％，因而需要测量有一定的敏感度。在图16中，要选择电阻尽可能小的传感电阻，例如，大约1欧姆，因而可获得最大的电流来加热形状记忆合金元件的电阻(Rsma)。这又意味着通过传感电阻的电压变化较小，因而在传送到控制器/脉冲宽度调制发生器1601的模拟-数字插头前必须用放大器1602进行放大。对大多数外加电压(Vsma)的实际值来说，当脉冲宽度调制信号较低时，在模拟-数字转换器插头处的电压可能会超过最大可接受电压(通常约5V)，因而在放大器1602的输出端可以使用箝位二极管。然而，这种传统设计的电路不仅要求控制器1601有模拟-数字转换能力(或加上一个模拟-数字转换器)，而且要求该电路包括一个传感电阻器和一个放大器1602。
如图17概略所示，一种改进的传感电路消除了传感电阻器和放大器，而且控制器不需要有模拟-数字转换能力。当在控制器/脉冲宽度调制发生器1701的输出端1701A处的脉冲宽度调制信号是处于逻辑“1”(“接通”)状态时，转换晶体管1703允许电流通过形状记忆合金元件，形状记忆合金元件用符号表示为Rsma；在控制器输入位置1701B处的电压是形状记忆合金元件的电压(Vsma)减去通过转换晶体管1703时的电压降。在电容器C1非接地端具有相同的电压。因为输入位置1701B是一个输入插头因而具有高阻抗，它不会干扰通过形状记忆合金元件的电流。
当脉冲宽度调制信号从位置1701A处进入逻辑“0”状态(在负载周期的断开期间)时，转换晶体管1703关断通过形状记忆合金元件的电流，电容器C1则立即开始通过形状记忆合金元件放电。最后，在位置1701B处的电压降到输入端的转变阈值以下，因而输入端从逻辑“1”状态转换到逻辑“0”状态。通过测量一旦脉冲宽度调制信号进入逻辑“0”状态电容器C1放电所需要的时间，则可以确定RC常数(表示RsmaC1)。因为C1是常数，则可以确定形状记忆合金元件电阻(Rsma)的值；而且，如前所述，在马氏体-奥氏体转变过程中，这个值将变化。一个相似的方法包括形状记忆合金元件和电容器，电容器是并联在转换晶体管1703和形状记忆合金元件(Vsma)之间，而不是并联在晶体管1703和地线之间，因而将测量电容器充电时间而不是放电时间，并用来确定形状记忆合金元件电阻的值。对本领域技术人员来说，鉴于本申请书披露的内容，其他使用RC时间常数测量的类似方法是显而易见的。位置传感
在开始的几个加热和冷却循环中，通过上述方法已经确认了最小电阻和最大电阻，因而基于一种简单的状态机构的输出值，控制***能准确地对位置进行报告，其中简单的状态机构知道线是在加热的起始阶段、线性部分、或顶部平稳状态。力探测
在几个加热和冷却循环以后，控制***记住了起始电阻转向的大小和时间，并假定这是未加载状态。在进一步的循环中，该***可以报告载荷相当于起始载荷的倍数或分数。碰撞探测
在几个加热和冷却循环以后，控制***形成了一种上部平稳状态将在何处发生的“预期”。如果平稳状态发生在比预期更高的电阻值，那么或者执行器受到机械障碍或者热环境条件已经改变，以致于电流不再能提供足够的动力来达到奥氏体完成温度(例如，形状记忆合金线可能与冷物体热接触而被冷却，或者冷却空气流可能正在冲击形状记忆合金线)。在许多应用场合，热环境条件变化的概率很小，因而***可以假定是机械障碍。事实上，基于平稳状态发生于曲线线性部分之处，该***甚至能够推导出沿行程多远处发生障碍。***失效探测
最后，在加热过程中，会出现突然的电压窄脉冲或没有电压的情况，软件对此解释为断路或短路条件，因而采取适当的步骤来确保***安全和有序的关闭。在显著过热时，精细的形状记忆合金线会燃烧并在易燃环境中可能是一个着火源。
虽然一些先前的形状记忆合金装置已经确定了单个执行器的位置或载荷，但是本发明的一个有吸引力的特点是：当使用相对置的执行器时(在复杂的应用中通常是这样)，可仅使用通电的执行器来进行测量。仅对加热的收缩形状记忆合金线进行测量避免了处理形状记忆合金转变的内在滞后现象，并确保了位置和载荷的准确测量以及位置控制，因为相反但未通电执行器的未加热线仅起低力值恒定弹簧力的作用。
因为对软件而言，所有这些特点是简单的，因而几乎不需要计算(除了一些基本的过滤以外)。这意味着，这种***可以作为特定用途的集成电路完全在硬件中实施或完全由在低成本预埋微型控制器中的软件来实施。微型控制器的特点
对没有反馈的***来说，每个执行器仅需要一个微型控制器插头；然而，如果需要同时驱动若干执行器(如，6腿行走玩具的3条腿)，则可以使用单一输出插头来驱动若干转换晶体管，并从而控制若干执行器。当使用弹簧偏压时，执行器的数目会减少；因而采用弹簧偏压的6腿行走器仅需要4个输出插头：每两个(“提升”或“前移”)用于两套腿的每一条腿。对有反馈的***来说，每个执行器需要两个插头：一个用于脉冲宽度调制输出，另一个用于位置传感输入；如果采用电容传感方法，对每个执行器还需要一个定时输入插头，如果需要的话，当然可以采用多路复用器来减少所需输入插头的数目。通过采用多通道驱动器芯片也可以减少输出插头的数目，如Allegro UDN5832，它包括32个高电流输出驱动器和连续的***界面，在其上连续的二进制数字可送入并锁定在驱动器中。在具有许多形状记忆合金执行器的***中，控制执行器的计算辅助操作可能会变得重要起来。控制器在计算上最集中的活动是为许多通道产生脉冲宽度调制信号和对传感器反馈值提供中断信号。如果完全用软件来产生脉冲宽度调制信号(在芯片上没有任何脉冲宽度调制硬件)，那么一个8MHz Motorola HC08微型控制器仅能同时驱动大约12个执行器。然而，可以容易地在硬件中完成脉冲宽度调制的产生，因而可以开发一种定制芯片，它包括多路复用器、脉冲宽度调制发生器和传感插头，并且利用连续的***界面使之可以与微型控制器进行通讯，从而增加了可以控制的执行器的数目。实施例：小型行程放大执行器
图18用部件分解图表示本实施例的平板和线的组合件，以181表示。这些平板叠置成平行阵列，平板1811是在最下面，接着是平板1812至1815，最上面是平板1816。每个平板由某种材料制成，这种材料是刚性的但又足够柔软，从而允许分别在压接接头1821A和1821B至压接接头1825A和1825B处把这种材料压接到形状记忆合金线1821至1825上，并且不损伤线(形状记忆合金线的过度压缩引起脆性和转变性能的变化)。制备平板的一种合适材料是中硬弹壳黄铜。该线的连接也可以采用其他方法，但压接是一种有吸引力的方法，因其容易、经济、并且不增加组合执行器的尺寸。最下面平板1811是相对于最上面平板1816具有最大行程的执行器的平板。平板1811有一个连接点18111用于外部连接于执行器要移动的物体，并且通常有一个伸出物18112来与中止器接合从而在形状记忆合金线的伸展和收缩过程中限制其行程。平板1811通常还有一个或多个连接点(示为孔洞18113)用于电源线的连接(未示出)。最上面平板1816可以有缺口或孔洞18161用来相对于壳体(图中未示出)进行定位，平板1816还有一个连接点(示为孔洞18162)用于连接另一根电源线(未示出)。
图19是组合的执行器在壳体1830中的侧视图。虽然图中显示平板1811至1816和压接接头1821A至1825B，但为清楚起见仅显示形状记忆合金线1825。平板由中硬弹壳黄铜(CA260)制成，为0.2毫米粗，从而适当无损伤地压接形状记忆合金线，并且平板仍具有足够的刚度。一种0.08毫米厚Kapton聚酰胺薄膜(类型为HN)的绝缘层(未示出)覆盖于平板的内面，或者类似材料的薄片放置在平板之间，从而确保平板间的电分离并提供低摩擦滑动表面。线是50微米的Dynalloy Flexinol形状记忆合金线，其转变温度是90℃，在10克预加载拉力下对线进行连接从而避免松驰，否则会导致执行器的无效运动。制备壳体的合适材料是工程热塑性塑料，如聚碳酸酯或类似物。制成的执行器的高度为4毫米、宽度为3毫米、伸展长度为30毫米、收缩长度为26毫米，因而提供4毫米的行程(行程/长度比为13％)。整个执行器的重量仅为0.7克。该执行器的收缩力为35克，复原力为4克，极限为1公斤，收缩时间为0.5秒，冷却时间为0.7秒。在6.0V时平均电流是50mA，其峰值电流为110mA。
图20A和20B简要说明执行器的限位装置，这里仅在壳体内的截面显示最远移动的平板。平板2010在壳体2001内滑动。壳体2001有一个连接点2002将执行器主体与使用环境相连，并有一个限位器2003所限定的开口。平板2010有一个与使用环境相连的连接点2011、内部伸出物2012、和外部伸出物2013(术语“内部”和“外部”是相对于壳体2001而言)。如图20A所示，当执行器在其全伸展位置时，平板2010上的内部伸出物2012与中止器2003接合来阻止执行器的进一步伸展。如图20B所示，当执行器在其全收缩位置时，外部伸出物2013与中止器2003接合来限制收缩。以这种方法：(1)施加过度的外部伸展力(比执行器可施加的力大得多)既不能使形状记忆合金元件受力过大；(2)执行器也不能收缩到其能力的极限(因而确保，即使形状记忆合金元件老化和失去恢复性—对形状记忆合金元件来说这是众所周知的—执行器将仍然在限位装置之间的整个范围内移动)。
实施例：行走昆虫
根据本发明的形状记忆合金执行器的许多潜在应用之一是用于小型可移动机器人或机器人玩具。已经创造出的一个玩具是6腿机器人行走昆虫。形状记忆合金执行器用来提供逼真的活动性和灵活性。图21表示6腿玩具昆虫，表示为2100。6腿玩具昆虫有6个形状记忆合金执行器2101至2106(每腿一个)，可以看到它们是安装在内部躯体架2110(11cm×3cm)之上，内部躯体架2110包含一个Motorola MC68HC08MP16微型控制器和一个9伏电池。6个相似的执行器2121至2126(在本图中仅端部可见)是安装在内部躯体架之下。每个执行器与玩具的一条相对应的腿连接(执行器2101和2121与腿2111相连，等等)。相对于框架2110，执行器2101至2106的作用是提升它们的对应腿的端部，而相对于躯体架2110，执行器2121至2126的作用是向后移动腿的端部，如图22至图24所示。额外的执行器2107和2108分别与钳子2117和2118相连，其作用是合拢钳子。用偏压弹簧(未用数字标记)顶住这些执行器的每一个，倾向于把每条腿的端部向前和向下拉并倾向于把钳子打开。图22、23和24表示两个形状记忆合金执行器如何连接于玩具的每条腿。该昆虫的腿和身体可由任何适当的轻质刚性材料制成，如热塑性塑料，例如象Lexan之类的聚碳酸酯。
图22是昆虫躯体架的上左视图，作为代表性的例子，图示说明昆虫的左后腿2112。两个执行器2102和2122用点划线2132和2142(在图23中)所示的旋转轴与一个两自由度接头相连，在此腿2112与架2110接合。当两个执行器都松驰(伸展)时，弹簧2152驱使腿2112的端部相对于架向下，如弹簧2152附近的执行器箭头所示，并支撑昆虫的重量使其能站住而不消耗动力。如邻近执行器2102的箭头所示，当安装在架2110顶部的执行器2102收缩时，它通过一钢丝束(未用数字标记)拉操纵杆2162，这引起该腿围绕水平轴2132旋转并提升该腿。当执行器2102松驰时，弹簧2152促使该腿恢复到其原始位置。通过控制执行器2102收缩的量，则可以使腿2112提升一特定的高度。通过变化操纵杆2162的长度和弹簧2152的力，则可以适应不同步高和体重。当执行器2122松驰时，弹簧2172保持腿2112向前。如邻近于执行器2122的箭头所示，当执行器2122收缩时，它(通过钢丝束，未用数字标记)拉腿的L-形伸出部2182，促使其围绕轴2142旋转，并沿向后的弧形摆动腿2112。如邻近于弹簧2172的箭头所示，当执行器2122松驰时，弹簧2172使腿恢复到其原始的向前位置。
有两个执行器与腿相连，通过控制每个执行器的收缩程度，可以使腿的脚在一个长方形内进行任意的路径，其中长方形由执行器的移动范围所限定。
图23表示相同的腿，它是从架后部观察的结果，该图清楚地说明了执行器2102及其相对弹簧2152的作用；而图24说明两者的自由度。
剩余的5条腿以类似的方式连接，两个钳子也一样(虽然每个钳子仅需要一个执行器，如图21所示，因为它们的铰接仅用于水平弧形的移动)。当昆虫行走时，在任何一个时刻，它有3只脚是在地面上，因此必须能够仅用3条腿来支撑自身。因而，每个弹簧必须能够至少支撑昆虫总重量的三分之一。这又意味着在躯体架顶部用来提升腿的执行器必须是足够有力来克服这些弹簧的力。如果选择操纵杆的长度等于接头和腿(当腿围绕水平轴旋转时)所形成的力矩臂，那么当执行器收缩时脚将能够升高相同的距离。因此，一个产生70克额定力和收缩4毫米的执行器将能够支撑重量约200克的昆虫并把其脚升高离地面4毫米。实际上，理想的脚升高通常较大，从而适应在粗糙地面的行走，因而操纵杆与脚力矩臂的比减小，这导致更高的脚升高和更低的承载能力。
一种便宜的8比特微型控制器，如上述的MotorolaMC68HC08MP16，可用来产生所需的脉冲宽度调制信号和测量所用14个执行器的变化的电阻值。软件可以指挥6条腿中的每一条腿移动到特定位置并确定何时达到所需位置。用这种方法，可以容易地实施一种行走算法，如三脚架步法，对此在文献中有广泛的描述[参看，如，C.Ferrell，《3种昆虫启发的移动控制器的比较》(AComparison of Three Insect Inspired Locomotion Controllers)，Massachusetts Institute of Technology Artificial IntelligenceLaboratory Memorandum，Cambridge MA，USA；和M.Binnard，《小型气动行走机器人的设计)》(Design of a Small Pneumatic WalkingRobot)，Massachusetts Institute of Technology，Cambridge MA，MSThesis，1995]；并且可以使螯钳子打开和合拢。
很显然，对本领域技术人员来说，可以对这种机器人或玩具进行许多改变和改进，例如，采用单个执行器来合拢两个钳子、采用一对相反的执行器而不是与弹簧相反放置的执行器等等，这依赖于设计水平和所要求的工程复杂程度。相似的设计技术可用来完成许多任务，其中形状记忆合金执行器可能是有用的，本技术领域的设计者和制造者应能够设计/制造形状记忆合金执行器和包含它们的装置而无需进行过多的实验。也很显然，根据本发明的传感和控制方面一般可应用于所有形状记忆合金执行器和包含它们的装置，它们的应用并不限于根据本发明的第一和第二个方面的行程放大形状记忆合金执行器。因此根据本发明的传感和控制方面也可以用于传统的直线、螺旋线或其他本领域已知和在本申请书所引用文献中作为示范的形状记忆合金执行器。
鉴于可获得的信息，包括本申请书引用的文献和本申请书所披露的内容，本领域技术人员能够容易地完成用于根据本发明的形状记忆合金执行器所需的软件，这种软件实施各种功能，包括传感和控制功能。
如在发明简述中所讨论的，本发明还包括采用机电活性材料的其他执行器(机电活性材料是这样的材料，它们的膨胀和收缩是通过在其中通过电流或对它们施加电势而获得，而不是借助于在广泛的温度范围内与温度成线性关系的热膨胀和热收缩过程来完成)。这类材料包括，例如，压电材料和某些电活性聚合物。当通电时，这些材料通常仅呈现出非常有限的膨胀或收缩，采用它们作为执行器的装置通常应用于行程放大，在本申请书中针对包含形状记忆合金元件的执行器已详细讨论过这种行程放大。此外，控制和传感技术同样适合于这类不同的执行器。因此，当在本申请书中使用“形状记忆合金执行器”这一术语时，除非上下文明确表示它仅指包含形状记忆合金元件的执行器，应当认为“形状记忆合金执行器”包括采用机电活性材料元件，特别是形状记忆合金元件的执行器。
对于本领域技术人员来说，可以对本发明做各种改变和改进，而不偏离本发明的范围和精神。虽然本发明已经参考其特定的优选实施例而加以描述，但是本发明不限于这类特定的实施例。实施本发明的描述方式的各种改动均在本发明专利申请权利要求范围内。

Claims (22)

1.一种行程放大形状记忆合金执行器。
2.根据权利要求1所述的执行器，包括多个相互之间可滑动的平行刚性构件，彼此间用多个形状记忆合金线以一定方式互相连接，使所述执行器的行程基本上等于单个所述形状记忆合金线之行程的总和。
3.根据权利要求1或2所述的执行器，其中所述刚性构件是一系列同心管。
4.根据权利要求1或2所述的执行器，其中所述刚性构件是成组的平行平板。
5.根据权利要求1至4中任何一项权利要求所述的执行器，其中所述形状记忆合金线可以单独通电从而使所述执行器的行程增加。
6.根据权利要求5所述的执行器，其中所述形状记忆合金线可依次通电从而最大程度地降低峰值功率消耗。
7.根据权利要求1所述的执行器，包括形状记忆合金线，所述形状记忆合金线围绕一对低摩擦非导电棒或管，所述棒或管的半径大于所述形状记忆合金线的最小弯曲半径，并用刚性结构保持其平行隔开。
8.根据权利要求7所述的执行器，其中所述非导电棒、或管是由氟化聚合物如聚四氟乙烯制成、或涂覆。
9.根据权利要求1所述的执行器，包括形状记忆合金线，借助于穿过一对对置的非导电管，引导所述形状记忆合金线绕过其半径大于所述形状记忆合金线最小弯曲半径的弯道，其中所述非导电管是用刚性结构保持其分开。
10.根据权利要求9所述的执行器，其中所述非导电管用氟化聚合物如聚四氟乙烯制备或涂覆。
11.根据权利要求7至10中任何一项权利要求所述的执行器，其中所述构架、棒、或管由多个所述执行器共用。
12.一种装置，包括脉冲宽度调制电源和多个形状记忆合金执行器，利用来自脉冲宽度调制电源的脉冲宽度调制信号对所述执行器进行电阻加热；以及一个电阻测量回路和模拟-数字转换器，因而每个所述执行器的所述电阻用来控制每个所述执行器自身，其中用一个多路复用器把所述电阻测量回路和所述模拟-数字转换器与多个形状记忆合金执行器相连。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述多路复用器是以循环方式依次选择多个所述形状记忆合金执行器的每一个进行所述电阻测量和所述模拟-数字转换。
14.根据权利要求12所述的装置，其中多路复用器不是以循环方式选择多个所述形状记忆合金执行器的每一个进行所述电阻测量和所述模拟-数字转换，例如其不选择未通电的执行器。
15.一种控制形状记忆合金执行器的方法，包括在所述执行器通电时测量所述执行器的电阻随时间的变化，并依据所述电阻随时间的变化为所述执行器提供控制信息。
16.根据权利要求15所述的方法，包括提供所述控制信息来校准所述执行器，其中预先并不知道所述执行器的物理参数。
17.根据权利要求15所述的方法，包括通过采用电阻作为反馈变量执行一种位置控制函数从而为所述执行器提供控制信息。
18.一种测量形状记忆合金执行器上外加载荷的方法，包括当所述执行器通电时测量所述执行器电阻随时间的变化并依据所述电阻随时间的变化确定所述执行器上的所述外加载荷。
19.一种探测形状记忆合金执行器所遇碰撞或机械障碍物的方法，包括当所述执行器通电时测量所述执行器电阻随时间的变化并依据所述电阻随时间的变化探测所述执行器所遇到的碰撞或机械障碍物。
20.一种探测形状记忆合金执行器中***失效的方法，包括当所述执行器通电时测量所述执行器电阻随时间的变化并依据所述电阻随时间的变化探测所述执行器中的所述***失效。
21.一种用于形状记忆合金执行器的电阻反馈控制***，包括一个并联于所述形状记忆合金执行器的电容和一个控制***内的时间测量回路，来测量电容的充电时间或放电时间，并依据所述电容的充电时间或放电时间确定所述执行器的电阻。
22.根据权利要求1至11任何一项权利要求所述的执行器，进一步包括至少一个限位装置来阻止在施加过度的外力时所述执行器的过分伸展、限制所述执行器的行程使其小于其可获得的行程，或所述两种情形。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102016308A (zh) * 2008-05-08 2011-04-13 通用汽车环球科技运作公司 使用电阻变化来控制形状记忆合金致动器的方法
CN101666299B (zh) * 2008-09-01 2011-06-22 北京有色金属研究总院 形状记忆合金位移叠加驱动机构
CN102564488A (zh) * 2010-11-03 2012-07-11 通用汽车环球科技运作有限责任公司 从形状记忆合金元件的电阻特征确定热传递条件的方法
US8434303B2 (en) 2008-01-15 2013-05-07 Konica Minolta Opto, Inc. Driving device made of shape-memory alloy
CN102088073B (zh) * 2003-11-05 2013-07-17 索尼株式会社 阳极和电池
CN105108336A (zh) * 2015-08-19 2015-12-02 电子科技大学 形状变化装置及焊接方法、玩具树及玩具发型
CN106460806A (zh) * 2013-12-13 2017-02-22 Smr专利责任有限公司 机动车的后视装置的驱动装置以及用于机动车的后视装置
CN106686292A (zh) * 2017-02-14 2017-05-17 维沃移动通信有限公司 一种音圈马达、摄像模组及移动终端
CN109333571A (zh) * 2018-12-12 2019-02-15 京东方科技集团股份有限公司 一种末端执行器
CN109366478A (zh) * 2018-12-12 2019-02-22 京东方科技集团股份有限公司 一种驱动装置
CN110725886A (zh) * 2019-10-23 2020-01-24 哈尔滨工业大学 主动控制sma金属橡胶减振器及隔振性能调节方法
CN111988453A (zh) * 2019-05-23 2020-11-24 华为技术有限公司 升降机构、摄像装置和移动终端
CN113168233A (zh) * 2018-12-10 2021-07-23 剑桥机电有限公司 形状记忆合金致动器
CN113664824A (zh) * 2014-12-19 2021-11-19 川崎重工业株式会社 机器人保养支持装置及方法
CN114109755A (zh) * 2021-11-26 2022-03-01 吉林大学 一种基于形状记忆合金驱动的步进直线执行器

Families Citing this family (216)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090278892A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-12 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead IC With Small Ink Chambers
US20090273623A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-05 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead With Low Power Actuators
US20090273632A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-05 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead Integrated Circuit With Large Nozzle Array
US20090273641A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-05 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead IC With Ink Supply Channel For Multiple Nozzle Rows
US20090278891A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-12 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead IC With Filter Structure At Inlet To Ink Chambers
US8366243B2 (en) * 1997-07-15 2013-02-05 Zamtec Ltd Printhead integrated circuit with actuators proximate exterior surface
US20090273636A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-05 Silverbrook Research Pty Ltd Electro-Thermal Inkjet Printer With High Speed Media Feed
US20090273633A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-05 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead Integrated Circuit With High Density Nozzle Array
US20090273634A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-05 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead Integrated Circuit With Thin Nozzle Layer
US20090273622A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-05 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead Integrated Circuit With Low Operating Power
US20090273638A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-05 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead Integrated Circuit With More Than Two Metal Layer CMOS
US6557977B1 (en) * 1997-07-15 2003-05-06 Silverbrook Research Pty Ltd Shape memory alloy ink jet printing mechanism
US8117751B2 (en) * 1997-07-15 2012-02-21 Silverbrook Research Pty Ltd Method of forming printhead by removing sacrificial material through nozzle apertures
US7527357B2 (en) 1997-07-15 2009-05-05 Silverbrook Research Pty Ltd Inkjet nozzle array with individual feed channel for each nozzle
US20090273635A1 (en) * 1997-07-15 2009-11-05 Silverbrook Research Pty Ltd Printhead Integrated Circuit For Low Volume Droplet Ejection
US6574958B1 (en) * 1999-08-12 2003-06-10 Nanomuscle, Inc. Shape memory alloy actuators and control methods
US6326707B1 (en) * 2000-05-08 2001-12-04 Mark A. Gummin Shape memory alloy actuator
US6832477B2 (en) * 2000-05-08 2004-12-21 Mark A Gummin Shape memory alloy actuator
US7256518B2 (en) * 2000-05-08 2007-08-14 Gummin Mark A Shape memory alloy actuators
CN1298995C (zh) 2001-02-22 2007-02-07 建筑组合及解决***阿尔夫梅尔精密股份公司 提高温度控制的形状记忆合金促动器
DE10206977B4 (de) * 2001-02-24 2009-04-02 Caterpillar Inc., Peoria Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Bauelements sowie danach hergestelltes Bauelement
US8172458B2 (en) * 2001-03-23 2012-05-08 Petrakis Dennis N Temperature responsive systems
US6945045B2 (en) * 2001-10-01 2005-09-20 Minolta Co., Ltd. Driving apparatus
US20120238907A1 (en) * 2002-04-19 2012-09-20 Dirk Boecker Method and apparatus for body fluid sampling with hybrid actuation
KR20040106494A (ko) * 2002-05-06 2004-12-17 나노머슬, 인크. 2개의 각 자유도를 위한 액츄에이터
US8127543B2 (en) * 2002-05-06 2012-03-06 Alfmeier Prazision Ag Baugruppen Und Systemlosungen Methods of manufacturing highly integrated SMA actuators
US7017345B2 (en) 2002-05-06 2006-03-28 Alfmeier Prazision Ag Baugruppen And Systemlosungen High stroke, highly integrated SMA actuators
EP1540120A1 (en) 2002-05-06 2005-06-15 Nanomuscle, Inc. Reusable shape memory alloy activated latch
US6969920B1 (en) * 2002-06-07 2005-11-29 Mondo-Tronics Low current shape memory alloy devices
US7555900B1 (en) * 2002-09-10 2009-07-07 The University Of Kentucky Research Foundation Linear actuator using shape memory wire with controller
ITTO20030045A1 (it) * 2003-01-28 2004-07-29 Fiat Ricerche Dispositivo attuatore a cavo flessibile a memoria di forma
DE602004021967D1 (de) * 2003-04-28 2009-08-20 Alfmeier Praez Ag Stromregelanordnungen mit integral ausgebildeten Formgedächtnislegierungsstellgliedern
KR20060041164A (ko) * 2003-05-02 2006-05-11 알프마이어 프레치지온 악티엔게젤샤프트 바우그룹펜 운트 지스템뢰중엔 일체형 형상 기억 합금 액츄에이터를 갖는 게이지 포인터
WO2005017353A1 (de) * 2003-07-07 2005-02-24 Mereg Gmbh Verfahren und vorrichtung zur wandlung von wärme in mechanische oder elektrische energie
US20060048511A1 (en) * 2003-09-05 2006-03-09 Shawn Everson Apparatus and method for low cost control of shape memory alloy actuators
WO2005026592A2 (en) 2003-09-05 2005-03-24 Alfmeier Präzision AG Baugruppen und Systemlösungen A system, method and apparatus for reducing frictional forces and for compensating shape memory alloy-actuated valves and valve systems at high temperatures
CN101084393A (zh) * 2003-09-09 2007-12-05 德尔菲技术公司 具有乖巧肌肉线的电驱动器
US20060172557A1 (en) * 2004-09-09 2006-08-03 He Xinhua Sam Electrical actuator having smart muscle wire
US7134993B2 (en) * 2004-01-29 2006-11-14 Ge Inspection Technologies, Lp Method and apparatus for improving the operation of a remote viewing device by changing the calibration settings of its articulation servos
US7188473B1 (en) 2004-04-26 2007-03-13 Harry HaruRiko Asada Shape memory alloy actuator system using segmented binary control
US7734375B2 (en) * 2004-06-09 2010-06-08 Boston Dynamics Robot and robot leg mechanism
EP1674841B1 (de) * 2004-12-23 2007-10-17 Mettler-Toledo AG Kalibriergewichtsanordnung für eine elektronische Waage
US7444812B2 (en) * 2005-01-27 2008-11-04 Scott Ryan Kirkpatirck Shape memory alloy MEMS heat engine
JP4600068B2 (ja) * 2005-02-10 2010-12-15 コニカミノルタホールディングス株式会社 製作装置および製作方法
US8864323B2 (en) 2005-03-11 2014-10-21 GM Global Technology Operations LLC Active material actuated mirror assemblies
EP1871916B1 (en) * 2005-04-04 2016-07-06 Telezygology Inc. Smart memory alloy control
JP4735060B2 (ja) * 2005-06-06 2011-07-27 コニカミノルタオプト株式会社 駆動装置および手振れ補正システム
DE102005045395A1 (de) * 2005-09-23 2007-03-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Längensteuerung eines Aktors
JP2007139965A (ja) * 2005-11-16 2007-06-07 Konica Minolta Opto Inc 駆動装置
US7464548B2 (en) * 2005-11-30 2008-12-16 The Boeing Company Shape memory alloy linear actuator
US20070132551A1 (en) * 2005-12-12 2007-06-14 Sensory, Inc., A California Corporation Operation and control of mechanical devices using shape memory materials and biometric information
ATE504325T1 (de) 2006-02-09 2011-04-15 Deka Products Lp Systeme zur abgabe von flüssigkeiten in patch- grösse
JP4736879B2 (ja) * 2006-03-17 2011-07-27 コニカミノルタオプト株式会社 アクチュエータ駆動装置
JP5250544B2 (ja) * 2006-03-30 2013-07-31 ケンブリッジ メカトロニクス リミテッド カメラレンズ駆動装置
FR2899821B1 (fr) * 2006-04-13 2008-07-18 Salomon Sa Dispositif de retenue de securite d'une chaussure sur une planche de glisse
US7650914B2 (en) 2006-06-22 2010-01-26 Autosplice, Inc. Apparatus and methods for filament crimping and manufacturing
US8117938B2 (en) * 2006-07-05 2012-02-21 Ghsp, Inc. Shifter with shape memory alloy and safety
US7779715B2 (en) * 2006-07-05 2010-08-24 Grand Haven Stamped Products, A Division Of Jsj Corporation Shifter with actuator incorporating magnetic unlock mechanism
US7586739B2 (en) * 2006-07-31 2009-09-08 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Arrangements for averting flat panel display damage
US7823382B2 (en) * 2006-08-09 2010-11-02 Gm Global Technology Operations, Inc. Active material actuator with modulated movement
US7980074B2 (en) * 2006-08-09 2011-07-19 GM Global Technology Operations LLC Active material actuator assembly
WO2008076194A2 (en) * 2006-11-13 2008-06-26 Raytheon Sarcos Llc Serpentine robotic crawler
WO2008076192A2 (en) * 2006-11-13 2008-06-26 Raytheon Sarcos Llc Versatile endless track for lightweight mobile robots
EP2081814B1 (en) 2006-11-13 2011-04-06 Raytheon Company Conformable track assembly for a robotic crawler
EP2099672B1 (en) 2006-11-13 2011-08-31 Raytheon Company Tracked robotic crawler having a moveable arm
WO2008099156A2 (en) * 2007-02-12 2008-08-21 Cambridge Mechatronics Limited Shape memory alloy actuation apparatus
US20080200997A1 (en) * 2007-02-20 2008-08-21 Haruhiko Harry Asada Broadcast control of cellular stochastic control systems with applications to actuators
US7953319B2 (en) * 2007-04-04 2011-05-31 Konica Minolta Opto, Inc. Position controller, driving mechanism and image pickup system
EP2140138B1 (en) * 2007-04-23 2012-04-11 Cambridge Mechatronics Limited Shape memory alloy actuation apparatus
US7974025B2 (en) * 2007-04-23 2011-07-05 Cambridge Mechatronics Limited Shape memory alloy actuation apparatus
WO2008129290A1 (en) * 2007-04-23 2008-10-30 Cambridge Mechatronics Limited Control circuits for an sma actuator
JP4952364B2 (ja) * 2007-05-07 2012-06-13 コニカミノルタオプト株式会社 駆動ユニットおよび可動モジュール
US8002716B2 (en) 2007-05-07 2011-08-23 Raytheon Company Method for manufacturing a complex structure
WO2009006365A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-08 Telezygology, Inc. Continuous folded actuator
EP2170683A2 (en) 2007-07-10 2010-04-07 Raytheon Sarcos, LLC Modular robotic crawler
FR2921499B1 (fr) * 2007-09-26 2009-11-13 Snecma Structure orientable de type catheter ou endoscope
EP2201621A1 (en) * 2007-10-25 2010-06-30 Massachusetts Institute of Technology Strain amplification devices and methods
JP4916415B2 (ja) * 2007-10-29 2012-04-11 オリンパス株式会社 形状記憶素子アクチュエータの制御装置及び制御方法
EP2222955B1 (en) * 2007-10-29 2017-01-11 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade and method for controlling the load on a blade
EP2215359B3 (en) * 2007-10-30 2014-10-29 Cambridge Mechatronics Limited Shape memory alloy actuation apparatus
WO2009063845A1 (ja) * 2007-11-12 2009-05-22 Konica Minolta Opto, Inc. 形状記憶合金駆動装置
US8756933B2 (en) * 2007-12-03 2014-06-24 Cambridge Mechatronics Limited Control of a shape memory alloy actuation apparatus
US8043053B2 (en) * 2007-12-21 2011-10-25 Sikorsky Aircraft Corporation Self locking trim tab
US8881774B2 (en) 2007-12-31 2014-11-11 Deka Research & Development Corp. Apparatus, system and method for fluid delivery
US9456955B2 (en) 2007-12-31 2016-10-04 Deka Products Limited Partnership Apparatus, system and method for fluid delivery
US8900188B2 (en) 2007-12-31 2014-12-02 Deka Products Limited Partnership Split ring resonator antenna adapted for use in wirelessly controlled medical device
EP2244765B1 (en) 2007-12-31 2019-08-14 DEKA Products Limited Partnership Infusion pump assembly
US10080704B2 (en) 2007-12-31 2018-09-25 Deka Products Limited Partnership Apparatus, system and method for fluid delivery
US10188787B2 (en) 2007-12-31 2019-01-29 Deka Products Limited Partnership Apparatus, system and method for fluid delivery
US8706305B2 (en) * 2008-02-21 2014-04-22 Canadian Space Agency Feedback control for shape memory alloy actuators
JP4913096B2 (ja) * 2008-06-09 2012-04-11 オリンパス株式会社 形状記憶合金アクチュエータシステム
US8588598B2 (en) * 2008-07-30 2013-11-19 Cambridge Mechatronics Limited Shape memory alloy actuation apparatus
WO2010029316A2 (en) 2008-09-12 2010-03-18 Cambridge Mechatronics Limited Optical image stabilisation
WO2010031059A2 (en) 2008-09-15 2010-03-18 Deka Products Limited Partnership Systems and methods for fluid delivery
US9022682B2 (en) * 2008-10-13 2015-05-05 GM Global Technology Operations LLC Active material wire actuators having reinforced structural connectors
EP2342459B1 (en) 2008-10-29 2012-09-19 Cambridge Mechatronics Limited Control of a shape memory alloy actuation arrangement
WO2010058177A2 (en) 2008-11-20 2010-05-27 Cambridge Mechatronics Limited Shape memory alloy actuation apparatus
ES2382062B1 (es) 2008-12-04 2013-04-26 Airbus Operations, S.L. Superficie estabilizadora y de control direccional de aeronave
US8392036B2 (en) 2009-01-08 2013-03-05 Raytheon Company Point and go navigation system and method
WO2010089526A2 (en) 2009-02-09 2010-08-12 Cambridge Mechatronics Limited Shape memory alloy actuation apparatus
US8570384B2 (en) 2009-02-09 2013-10-29 Cambridge Mechatronics Limited Camera apparatus having an SMA actuator system
US7948151B1 (en) 2009-04-09 2011-05-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electroactive polymer-based artificial neuromuscular unit
US8067875B1 (en) 2009-04-13 2011-11-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Networked structure of electroactive polymer-based artificial neuromuscular units
US8390305B2 (en) 2009-05-08 2013-03-05 GM Global Technology Operations LLC Methods of determining mid-stroke positions of active material actuated loads
WO2010144820A2 (en) 2009-06-11 2010-12-16 Raytheon Sarcos, Llc Amphibious robotic crawler
WO2010144813A1 (en) 2009-06-11 2010-12-16 Raytheon Sarcos, Llc Method and system for deploying a surveillance network
US8412378B2 (en) 2009-12-02 2013-04-02 GM Global Technology Operations LLC In-vivo tension calibration in tendon-driven manipulators
US9127696B2 (en) 2009-12-04 2015-09-08 Cameron International Corporation Shape memory alloy powered hydraulic accumulator
US8299637B2 (en) * 2009-12-16 2012-10-30 GM Global Technology Operations LLC Shape-memory alloy-driven power plant and method
US9488259B2 (en) * 2009-12-18 2016-11-08 Baker Hughes Incorporated Actuator and method of actuating
US8830335B2 (en) 2010-02-26 2014-09-09 Cambridge Mechatronics Limited SMA actuation apparatus
US8701406B2 (en) 2010-07-22 2014-04-22 University Of Houston Shape memory alloy powered hydraulic accumulator having wire guides
US8695334B2 (en) 2010-07-22 2014-04-15 University Of Houston Shape memory alloy powered hydraulic accumulator having wire clamps
US9145903B2 (en) 2010-07-22 2015-09-29 Cameron International Corporation Shape memory alloy powered hydraulic accumulator having actuation plates
US9787131B2 (en) * 2010-07-22 2017-10-10 University Of Houston Actuation of shape memory alloy materials using ultracapacitors
US20120031715A1 (en) * 2010-08-03 2012-02-09 Conway Edward R Industrial motor braking system
WO2012020212A1 (en) 2010-08-09 2012-02-16 Cambridge Mechatronics Limited Camera apparatus
WO2012023605A1 (ja) * 2010-08-20 2012-02-23 株式会社青電舎 衝撃駆動型アクチュエータ
WO2012038703A2 (en) 2010-09-22 2012-03-29 Cambridge Mechatronics Limited Optical image stabilisation
GB201019532D0 (en) 2010-11-18 2010-12-29 Cambridge Mechatronics Ltd Optical image stablisation drive
US8851443B2 (en) 2010-12-15 2014-10-07 Autosplice, Inc. Memory alloy-actuated apparatus and methods for making and using the same
US8830026B2 (en) * 2010-12-30 2014-09-09 General Electric Company Shape memory alloy actuated circuit breaker
CN102072125B (zh) * 2011-01-19 2012-11-28 南京航空航天大学 基于单程形状记忆效应的双程线性驱动器及方法
JP5146553B2 (ja) * 2011-01-27 2013-02-20 コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 アクチュエータ駆動装置
CN102114907B (zh) * 2011-02-21 2013-05-01 哈尔滨工业大学 可变驱动位置的柔性双驱动仿生鱼
DK177268B1 (da) 2011-02-23 2012-09-10 JOLTECH ApS Et aktuatorelement til at generere en kraft eller bevægelse
US10119059B2 (en) 2011-04-11 2018-11-06 Jun Cui Thermoelastic cooling
EP2771969A4 (en) 2011-10-26 2015-09-16 Autosplice Inc Memory alloy actuated device and methods of making and using same
ITMI20112121A1 (it) * 2011-11-22 2013-05-23 Getters Spa Sistema per la produzione di acqua calda e distributore automatico di bevande che lo utilizza
EP2813877A4 (en) * 2012-02-07 2015-09-02 Konica Minolta Inc DRIVE DEVICE AND LENS GROUP
US10018385B2 (en) 2012-03-27 2018-07-10 University Of Maryland, College Park Solid-state heating or cooling systems, devices, and methods
DE102013206132B4 (de) * 2012-04-11 2019-10-31 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Drahtaktuatoren aus aktivem Material mit verstärkten Strukturverbindungselementen
US20130271827A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Kla-Tencor Corporation Indexing optics for an actinic extreme ultra-violet (euv) reticle inspection tool
US9371196B2 (en) * 2012-04-27 2016-06-21 Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Transportation method and transportation device of liquid crystal panel
US8393422B1 (en) 2012-05-25 2013-03-12 Raytheon Company Serpentine robotic crawler
US9097593B2 (en) * 2012-09-13 2015-08-04 GM Global Technology Operations LLC Spring-bodied device for in-situ overheat alert for equipment
US10918561B2 (en) * 2012-09-14 2021-02-16 Recovery Force, LLC Compression device
US9267493B2 (en) * 2012-10-10 2016-02-23 GM Global Technology Operations LLC Intrinsic monitoring of shape memory alloy actuated devices
US9031698B2 (en) 2012-10-31 2015-05-12 Sarcos Lc Serpentine robotic crawler
GB201220485D0 (en) 2012-11-14 2012-12-26 Cambridge Mechatronics Ltd Control of an SMA actuation apparatus
DE102013100564B4 (de) * 2013-01-21 2015-10-22 Actuator Solutions GmbH Aktuator
WO2014124524A1 (en) * 2013-02-15 2014-08-21 Canadian Space Agency Fatigue assessment for sma actuator
US10822835B2 (en) 2013-03-15 2020-11-03 Dewalch Technologies, Inc. Electronic locking apparatus and method
US9457907B2 (en) 2013-04-15 2016-10-04 The Boeing Company Direction controlled service apparatus
US9409292B2 (en) 2013-09-13 2016-08-09 Sarcos Lc Serpentine robotic crawler for performing dexterous operations
US9566711B2 (en) 2014-03-04 2017-02-14 Sarcos Lc Coordinated robotic control
KR101574521B1 (ko) * 2014-03-18 2015-12-04 한국과학기술연구원 계층구조를 이용하여 내재된 형태를 가지는 형태변환소재 및 이를 포함하는 전극
US11732699B2 (en) * 2014-05-13 2023-08-22 Alfred R. Austen Dynamic anti-buckling support for a long slender member with a high axial compression stress state and changing length
JP6213738B2 (ja) * 2014-10-10 2017-10-18 Smk株式会社 駆動装置及びその取付け構造
US9366879B1 (en) 2014-12-02 2016-06-14 Hutchinson Technology Incorporated Camera lens suspension with polymer bearings
US9454016B1 (en) 2015-03-06 2016-09-27 Hutchinson Technology Incorporated Camera lens suspension with integrated electrical leads
CN104875206B (zh) * 2015-05-15 2017-01-11 中国科学技术大学 一种基于形状记忆合金-柔体复合结构的柔性操作手
DE102015108752A1 (de) 2015-06-02 2016-12-08 NEA solutions GmbH Antriebsvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung
US10071303B2 (en) 2015-08-26 2018-09-11 Malibu Innovations, LLC Mobilized cooler device with fork hanger assembly
CN105278835B (zh) * 2015-09-21 2019-01-15 联想(北京)有限公司 一种控制电子设备的方法及电子设备
US9740245B2 (en) 2015-10-05 2017-08-22 Microsoft Technology Licensing, Llc Locking mechanism
US10386131B2 (en) * 2015-11-13 2019-08-20 The Boeing Company Self-regulating thermal insulation and related methods
US9913650B2 (en) 2015-12-09 2018-03-13 Dean Pick Anchor for shape memory alloy wire and actuator
CN105553458B (zh) * 2015-12-28 2018-07-03 哈尔滨工业大学 一种基于声音控制的形状记忆聚合物的驱动方法
JP2017176198A (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 ソニー株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
JP2017182106A (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 ソニー株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
US10466030B2 (en) 2016-05-12 2019-11-05 Auburn University Dual measurement displacement sensing technique
US9897078B2 (en) 2016-05-24 2018-02-20 The Boeing Company Bi-directional rotary shape memory alloy element actuator assemblies, and systems and methods including the same
US10807659B2 (en) 2016-05-27 2020-10-20 Joseph L. Pikulski Motorized platforms
CN109562592B (zh) 2016-06-09 2022-12-16 哈钦森技术股份有限公司 用于悬置组件的具有粘合剂的形状记忆合金丝线附接结构
US10428805B2 (en) * 2016-09-14 2019-10-01 The Boeing Company Shape memory alloy actuators with heat transfer structures, actuated assemblies including the shape memory alloy actuators, and methods of manufacturing the same
US10511599B2 (en) 2017-03-13 2019-12-17 Microsoft Technology Licensing, Llc System to filter impossible user travel indicators
US11815794B2 (en) 2017-05-05 2023-11-14 Hutchinson Technology Incorporated Shape memory alloy actuators and methods thereof
US11306706B2 (en) 2017-05-05 2022-04-19 Hutchinson Technology Incorporated Shape memory alloy actuators and methods thereof
US11333134B2 (en) 2017-05-05 2022-05-17 Hutchinson Technology Incorporated Shape memory alloy actuators and methods thereof
US11105319B2 (en) 2017-05-05 2021-08-31 Hutchinson Technology Incorporated Shape memory alloy actuators and methods thereof
US10920755B2 (en) 2017-05-05 2021-02-16 Hutchinson Technology Incorporated Shape memory alloy actuators and methods thereof
US11448853B2 (en) 2017-05-05 2022-09-20 Hutchinson Technology Incorporated Shape memory alloy actuators and methods thereof
US10794093B2 (en) 2017-05-19 2020-10-06 Microsoft Technology Licensing, Llc Method of optimizing memory wire actuator energy output
US10697050B2 (en) * 2017-06-30 2020-06-30 Gibson Elliot Shape memory actuator structures and control thereof
DE102017007596B4 (de) * 2017-08-13 2019-12-19 Chr. Mayr Gmbh + Co. Kg Formgedächtnisaktuatoranordnung und Verfahren für deren Herstellung
GB201716669D0 (en) * 2017-10-11 2017-11-22 Cambridge Mechatronics Ltd Sma resistance measurement
US11739737B2 (en) 2018-02-07 2023-08-29 Autosplice, Inc. Shape memory alloy filament crimping element
US10612867B2 (en) 2018-02-21 2020-04-07 The Boeing Company Thermal management systems incorporating shape memory alloy actuators and related methods
GB2575308A (en) 2018-07-06 2020-01-08 Cambridge Mechatronics Ltd Methods for controlling power delivered to an SMA actuator
DE102018118268B4 (de) * 2018-07-27 2020-07-09 Motherson Innovations Company Limited Rückblickvorrichtung mit arretiersystem
JP2020033883A (ja) * 2018-08-27 2020-03-05 オリエンタルモーター株式会社 アクチュエータ
DE102018216876B4 (de) 2018-10-01 2022-10-27 Conti Temic Microelectronic Gmbh Pneumatisches Ventil
US11067200B2 (en) 2018-10-24 2021-07-20 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Self-healing microvalve
US11548261B2 (en) * 2018-10-24 2023-01-10 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Structure with selectively variable stiffness
US10946535B2 (en) 2018-10-25 2021-03-16 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Earthworm-like motion of soft bodied structure
US11041576B2 (en) 2018-10-25 2021-06-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Actuator with static activated position
US11088635B2 (en) 2018-10-25 2021-08-10 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Actuator with sealable edge region
US11081975B2 (en) 2018-10-25 2021-08-03 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Somersaulting motion of soft bodied structure
US11498270B2 (en) 2018-11-21 2022-11-15 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Programmable matter
US11195506B2 (en) 2018-12-03 2021-12-07 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Sound-modulating windows
US10859101B2 (en) 2018-12-10 2020-12-08 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Soft-bodied actuator with pinched configuration
US11066016B2 (en) 2018-12-18 2021-07-20 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Adjusting vehicle mirrors
US11479308B2 (en) 2019-01-09 2022-10-25 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Active vehicle interface for crosswind management
DE102019100694B4 (de) * 2019-01-11 2021-05-20 Chr. Mayr Gmbh + Co. Kg Formgedächtnisaktuatoranordnung und Montageverfahren
US11192469B2 (en) 2019-01-30 2021-12-07 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Vehicle seat with morphing bolsters
US11285844B2 (en) 2019-01-31 2022-03-29 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Vehicle seat with morphing portions
US11473567B2 (en) 2019-02-07 2022-10-18 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Programmable surface
US11370330B2 (en) * 2019-03-22 2022-06-28 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Vehicle seat with morphing portions
US11752901B2 (en) 2019-03-28 2023-09-12 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Vehicle seat with tilting seat portion
US11585128B2 (en) 2019-05-29 2023-02-21 Faurecia Interior Systems, Inc. Actuator for a vehicle compartment
US11525438B2 (en) 2019-06-28 2022-12-13 The Boeing Company Shape memory alloy actuators and thermal management systems including the same
US11143170B2 (en) 2019-06-28 2021-10-12 The Boeing Company Shape memory alloy lifting tubes and shape memory alloy actuators including the same
US11168584B2 (en) 2019-06-28 2021-11-09 The Boeing Company Thermal management system using shape memory alloy actuator
EP3808653A1 (en) 2019-10-18 2021-04-21 Claverham Limited Linear actuators
EP3839592A1 (de) * 2019-12-19 2021-06-23 Continental Automotive GmbH Antriebseinheit
IT201900025057A1 (it) 2019-12-20 2021-06-20 Actuator Solutions GmbH Attuatore discreto basato su lega a memoria di forma
US11541820B2 (en) * 2020-03-30 2023-01-03 Faurecia Interior Systems, Inc. Actuator for a vehicle compartment
US11460009B1 (en) * 2021-03-22 2022-10-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Actuator for holding an object
US11859598B2 (en) 2021-06-10 2024-01-02 Hutchinson Technology Incorporated Shape memory alloy actuators and methods thereof
DE102021124793A1 (de) 2021-09-24 2023-03-30 Technische Universität Dresden, Körperschaft des öffentlichen Rechts Aktoranordnung und Lokomotionssystem
DE102021210690B3 (de) 2021-09-24 2022-11-10 Conti Temic Microelectronic Gmbh Verfahren zum Erkennen der Position eines Aktorelements
DE102021210704A1 (de) 2021-09-24 2023-03-30 Conti Temic Microelectronic Gmbh Aktoranordnung mit mit elektrisch ansteuerbaren Formgedächtnislegierungsdrähten gebildeten Stellelementen
US11897379B2 (en) 2021-10-20 2024-02-13 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Seat with shape memory material member actuation
EP4353970A1 (en) 2022-10-12 2024-04-17 Audi AG Drive unit as well as actuator comprising a shape memory wire swung several times around a four-joint
US11982263B1 (en) 2023-05-02 2024-05-14 Hutchinson Technology Incorporated Shape metal alloy (SMA) bimorph actuators with reduced wire exit angle

Family Cites Families (66)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US348841A (en) 1886-09-07 Foiieth to william g
US1658669A (en) 1926-06-02 1928-02-07 Gen Electric Thermal responsive device
GB594775A (en) 1944-07-22 1947-11-19 Leonard Satchwell Improvements in thermal regulators for electrical heating apparatus
US2975307A (en) 1958-01-02 1961-03-14 Ibm Capacitive prime mover
US3452175A (en) 1967-05-29 1969-06-24 Atomic Energy Commission Roller-band devices
US3452309A (en) 1967-11-15 1969-06-24 Atomic Energy Commission Roller-band devices
US3641296A (en) 1970-07-02 1972-02-08 Puritan Bennett Corp Roller-band device with diverging walls biasing means
US3725835A (en) * 1970-07-20 1973-04-03 J Hopkins Memory material actuator devices
US3940935A (en) * 1972-03-31 1976-03-02 The Foxboro Company Positioning device using negative spring-rate tensioning means
US4027953A (en) * 1976-03-10 1977-06-07 Donald F. Hassinger Switch controlled adjustable rear view mirror with bimetal means
US4150544A (en) * 1976-10-14 1979-04-24 Pachter John J Engine
GB2093589A (en) 1981-02-21 1982-09-02 Pilkington Perkin Elmer Ltd Improvements in or relating to temperature responsive actuators particularly for optical systems
US4559512A (en) * 1983-03-14 1985-12-17 Raychem Corporation Self-protecting and conditioning memory metal actuator
JPS6032980A (ja) 1983-08-03 1985-02-20 Hitachi Ltd 駆動装置
JPS6081476A (ja) 1983-10-12 1985-05-09 Hitachi Ltd アクチユエ−タ
EP0147491A1 (en) 1983-12-29 1985-07-10 Spar Aerospace Limited Thermal linear actuator
JPH0355464Y2 (zh) * 1984-11-06 1991-12-10
US4751821A (en) 1985-03-29 1988-06-21 Birchard William G Digital linear actuator
JPH0670429B2 (ja) 1985-04-03 1994-09-07 時枝 直満 直線運動型アクチュエータ
US4829767A (en) * 1986-10-15 1989-05-16 John Mecca Positioning device
US4742680A (en) * 1986-10-15 1988-05-10 John Mecca Antiballistic missile targeter
US4884557A (en) * 1987-05-15 1989-12-05 Olympus Optical Co., Ltd. Endoscope for automatically adjusting an angle with a shape memory alloy
US4841730A (en) 1987-07-02 1989-06-27 Pda Engineering Thermal actuator
US4811564A (en) 1988-01-11 1989-03-14 Palmer Mark D Double action spring actuator
US4932210A (en) * 1988-08-19 1990-06-12 The Boeing Company Shape memory metal precision actuator
US4977886A (en) * 1989-02-08 1990-12-18 Olympus Optical Co., Ltd. Position controlling apparatus
GB8914707D0 (en) * 1989-06-27 1989-08-16 Britax Geco Sa Exterior view mirror for a motor vehicle
US5014520A (en) * 1990-04-06 1991-05-14 Robertshaw Controls Company Control device having a coiled compression shape memory spring, refrigerator system utilizing the control device and methods of making the same
US5165897A (en) * 1990-08-10 1992-11-24 Tini Alloy Company Programmable tactile stimulator array system and method of operation
US5235225A (en) 1990-08-31 1993-08-10 Northwestern University Linear electrostatic actuator with means for concatenation
JP3068638B2 (ja) 1990-09-26 2000-07-24 アイシン精機株式会社 熱操作によるアクチュエータ
US5092781A (en) * 1990-11-08 1992-03-03 Amp Incorporated Electrical connector using shape memory alloy coil springs
US5129753A (en) * 1990-11-13 1992-07-14 Trw Inc. Shape memory wire latch mechanism
US5481184A (en) * 1991-12-31 1996-01-02 Sarcos Group Movement actuator/sensor systems
US5127228A (en) * 1991-02-07 1992-07-07 Swenson Steven R Shape memory bi-directional rotary actuator
US5312152A (en) 1991-10-23 1994-05-17 Martin Marietta Corporation Shape memory metal actuated separation device
US5344506A (en) * 1991-10-23 1994-09-06 Martin Marietta Corporation Shape memory metal actuator and cable cutter
DE4209815A1 (de) 1992-03-26 1993-09-30 Braun Ag Betätigungsvorrichtung
US5563466A (en) 1993-06-07 1996-10-08 Rennex; Brian G. Micro-actuator
US5556370A (en) 1993-07-28 1996-09-17 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Electrically activated multi-jointed manipulator
EP0712145B1 (de) 1994-11-14 1999-01-07 Landis & Gyr Technology Innovation AG Antriebseinrichtung mit einem Antriebselement aus einer Formgedächtnislegierung
FR2730766B1 (fr) 1995-02-22 1997-06-06 Aerospatiale Actionneur thermique double effet a grande course
DE19509177A1 (de) 1995-03-14 1996-09-19 Wolfgang Prof Dr Ing Ziegler Verfahren und Vorrichtung zur positionsgeregelten Aktorik-Bewegung
FR2735187B1 (fr) * 1995-06-06 1997-08-29 Aerospatiale Poussoir a actionnement unique motorise par un materiau a memoire de forme.
US5771742A (en) * 1995-09-11 1998-06-30 Tini Alloy Company Release device for retaining pin
US5770913A (en) * 1995-10-23 1998-06-23 Omnific International, Ltd. Actuators, motors and wheelless autonomous robots using vibratory transducer drivers
US5618066A (en) * 1995-11-13 1997-04-08 Fu-Hsiang; Chen Automatic latch device
US5763979A (en) 1996-02-29 1998-06-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Actuation system for the control of multiple shape memory alloy elements
US5901554A (en) 1996-05-07 1999-05-11 Greschik; Gyula Expansion rotary engine
JP3819438B2 (ja) 1996-08-16 2006-09-06 ノーテル・ネットワークス・リミテッド ディジタル・データの逆多重化
US6126115A (en) * 1997-01-21 2000-10-03 Lockheed Martin Corporation Apparatus for retaining and releasing a payload
US6434333B2 (en) * 1997-05-01 2002-08-13 Minolta Co., Ltd. Driving mechanism using shape-memory alloy
US5917260A (en) * 1997-06-13 1999-06-29 Garcia; Ernest J. Electromechanical millimotor
US6062315A (en) 1998-02-06 2000-05-16 Baker Hughes Inc Downhole tool motor
CA2328887A1 (en) * 1998-04-23 1999-10-28 Omnific International, Ltd. Specialized actuators driven by oscillatory transducers
US6364496B1 (en) * 1998-10-23 2002-04-02 Magna Mirror Systems, Inc. Shape memory alloy rearview mirror
US6019113A (en) * 1998-10-26 2000-02-01 General Motors Corporation Method and apparatus for controlling a shape memory alloy fuel injector
IT1305590B1 (it) * 1998-12-23 2001-05-09 Magneti Marelli Spa Specchio retrovisore per autoveicoli con dispositivo attuatoreanti-abbagliamento, a memoria di forma.
JP3613066B2 (ja) * 1999-04-15 2005-01-26 ソニー株式会社 形状記憶合金を用いた駆動装置
US6218762B1 (en) 1999-05-03 2001-04-17 Mcnc Multi-dimensional scalable displacement enabled microelectromechanical actuator structures and arrays
US6450064B1 (en) * 1999-05-20 2002-09-17 Starsys Research Corporation Resettable separation mechanism with anti-friction bearings
US6574958B1 (en) * 1999-08-12 2003-06-10 Nanomuscle, Inc. Shape memory alloy actuators and control methods
US6327855B1 (en) 2000-02-04 2001-12-11 Jds Uniphase Inc. Actuators including serpentine arrangements of alternating actuating and opposing segments and related methods
US6333583B1 (en) 2000-03-28 2001-12-25 Jds Uniphase Corporation Microelectromechanical systems including thermally actuated beams on heaters that move with the thermally actuated beams
US6326707B1 (en) 2000-05-08 2001-12-04 Mark A. Gummin Shape memory alloy actuator
US6374608B1 (en) * 2001-03-06 2002-04-23 Charles James Corris Shape memory alloy wire actuator

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102088073B (zh) * 2003-11-05 2013-07-17 索尼株式会社 阳极和电池
US8434303B2 (en) 2008-01-15 2013-05-07 Konica Minolta Opto, Inc. Driving device made of shape-memory alloy
CN102016308A (zh) * 2008-05-08 2011-04-13 通用汽车环球科技运作公司 使用电阻变化来控制形状记忆合金致动器的方法
CN102016307A (zh) * 2008-05-08 2011-04-13 通用汽车环球科技运作公司 用于形状记忆合金致动器的过热保护
CN102016308B (zh) * 2008-05-08 2013-09-11 通用汽车环球科技运作公司 使用电阻变化来控制形状记忆合金致动器的方法
CN102016307B (zh) * 2008-05-08 2014-10-29 通用汽车环球科技运作公司 用于形状记忆合金致动器的过热保护
CN101666299B (zh) * 2008-09-01 2011-06-22 北京有色金属研究总院 形状记忆合金位移叠加驱动机构
CN102564488A (zh) * 2010-11-03 2012-07-11 通用汽车环球科技运作有限责任公司 从形状记忆合金元件的电阻特征确定热传递条件的方法
CN102564488B (zh) * 2010-11-03 2015-07-29 通用汽车环球科技运作有限责任公司 从形状记忆合金元件的电阻特征确定热传递条件的方法
CN106460806A (zh) * 2013-12-13 2017-02-22 Smr专利责任有限公司 机动车的后视装置的驱动装置以及用于机动车的后视装置
CN113664824A (zh) * 2014-12-19 2021-11-19 川崎重工业株式会社 机器人保养支持装置及方法
CN105108336A (zh) * 2015-08-19 2015-12-02 电子科技大学 形状变化装置及焊接方法、玩具树及玩具发型
CN106686292A (zh) * 2017-02-14 2017-05-17 维沃移动通信有限公司 一种音圈马达、摄像模组及移动终端
CN106686292B (zh) * 2017-02-14 2018-09-04 维沃移动通信有限公司 一种摄像头模组及移动终端
CN113168233A (zh) * 2018-12-10 2021-07-23 剑桥机电有限公司 形状记忆合金致动器
CN109333571A (zh) * 2018-12-12 2019-02-15 京东方科技集团股份有限公司 一种末端执行器
CN109366478A (zh) * 2018-12-12 2019-02-22 京东方科技集团股份有限公司 一种驱动装置
CN111988453A (zh) * 2019-05-23 2020-11-24 华为技术有限公司 升降机构、摄像装置和移动终端
CN110725886A (zh) * 2019-10-23 2020-01-24 哈尔滨工业大学 主动控制sma金属橡胶减振器及隔振性能调节方法
CN114109755A (zh) * 2021-11-26 2022-03-01 吉林大学 一种基于形状记忆合金驱动的步进直线执行器
CN114109755B (zh) * 2021-11-26 2024-01-30 吉林大学 一种基于形状记忆合金驱动的步进直线执行器

Also Published As

Publication number Publication date
HK1047306B (zh) 2007-01-05
MXPA02001452A (es) 2003-07-21
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JP2003507625A (ja) 2003-02-25
US20040261411A1 (en) 2004-12-30
DE60031687T2 (de) 2007-09-06
KR20020021809A (ko) 2002-03-22
DE60031687D1 (de) 2006-12-14
ATE344388T1 (de) 2006-11-15
AU772107B2 (en) 2004-04-08
NZ516970A (en) 2004-01-30
AU6639000A (en) 2001-03-13
US6574958B1 (en) 2003-06-10

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