專利名稱：用于基于活性材料的促動(dòng)器的多級(jí)促動(dòng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有活性材料元件的促動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在機(jī)械系統(tǒng)中，加壓流體、電或其它能量源可以被用于賦予負(fù)荷物原動(dòng)力，其中原動(dòng)力能夠移動(dòng)負(fù)荷物預(yù)定的運(yùn)動(dòng)距離。各種旋轉(zhuǎn)或線性促動(dòng)設(shè)備或促動(dòng)器可以在機(jī)械系統(tǒng)中以精確的方式按需要引導(dǎo)原動(dòng)力以便于實(shí)現(xiàn)期望的最終結(jié)果。然而，諸如溫度這樣的環(huán)境條件的變化以及負(fù)荷物的物理特征或特性的變化可以影響機(jī)械系統(tǒng)的整體性能或響應(yīng)。由此,期望系統(tǒng)行為在寬操作條件范圍下保持一致,該操作條件范圍包括溫度變化、系統(tǒng)的新舊、負(fù)荷物中的小變化，等。一致性能的關(guān)鍵點(diǎn)，特別是對(duì)于具有熱激活元件的系統(tǒng)(譬如SMA (形狀記憶合金)促動(dòng)器)，是系統(tǒng)完成操作所需的時(shí)間。環(huán)境溫度、熱傳遞 系統(tǒng)的變化(例如，由于污物或氧化物的累積)和甚至由于系統(tǒng)摩擦力改變導(dǎo)致的有效負(fù)荷的改變，全部傾向于改變系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。減輕上述變化對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的影響的一個(gè)方法是預(yù)處理或預(yù)加熱促動(dòng)器。在熱激活SMA系統(tǒng)中，這意味著將SMA加熱到低于SMA促動(dòng)溫度的溫度。這有助于通過降低將SMA從其起始溫度可感地加熱到其促動(dòng)溫度所需的時(shí)間來降低系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間的變化。加熱SMA的其余部分涉及供應(yīng)熱函以驅(qū)動(dòng)相變，其產(chǎn)生系統(tǒng)的促動(dòng)。這通常比可感加熱部分更快。此外，轉(zhuǎn)變的熱函比可感加熱部分對(duì)系統(tǒng)及其環(huán)境條件的變化更不敏感。由此，不管上述的變化如何，通過預(yù)處理最小化可感加熱所需的時(shí)間確保更一致的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。估計(jì)預(yù)處理刺激水平的一個(gè)方法包括基于系統(tǒng)中的預(yù)期改變的查找表。然而,這并不覆蓋當(dāng)系統(tǒng)或環(huán)境以查找表未覆蓋的方式改變的情形。另一方法是使用利用多個(gè)傳感器監(jiān)控系統(tǒng)行為的環(huán)境和反饋控制系統(tǒng)。然而，這導(dǎo)致具有增加的復(fù)雜性的高成本系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于賦予機(jī)械系統(tǒng)中的負(fù)荷物期望的運(yùn)動(dòng)的方法，該方法包括施加逐步增大的第一刺激到促動(dòng)器的活性材料元件以改變可變特性直到預(yù)處理設(shè)備檢測到促動(dòng)器促動(dòng)的啟動(dòng)?；谠诖賱?dòng)器的促動(dòng)啟動(dòng)處的第一刺激確定預(yù)處理刺激水平。施加第二刺激到促動(dòng)器的活性材料元件以改變可變特性直到促動(dòng)器的原動(dòng)力被達(dá)到，以由此賦予負(fù)荷物期望的運(yùn)動(dòng)。用于選擇性地移動(dòng)負(fù)荷物一活動(dòng)距離的機(jī)械系統(tǒng)，該機(jī)械系統(tǒng)包括促動(dòng)器，其可操作以施加力到負(fù)荷物。該促動(dòng)器包括具有可變特性的活性材料元件?？刂破鬟B接到促動(dòng)器，且可操作以發(fā)送第一刺激到促動(dòng)器，以將促動(dòng)器從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第二狀態(tài)。該第二狀態(tài)與檢測促動(dòng)器的促動(dòng)的啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)?？刂破鬟€可被操作以發(fā)送預(yù)處理刺激水平到促動(dòng)器以將其轉(zhuǎn)變到預(yù)處理狀態(tài)，且控制器可被操作以發(fā)送第二刺激到促動(dòng)器以將促動(dòng)器轉(zhuǎn)變到第三狀態(tài)，使得促動(dòng)器施加力到負(fù)荷物以將負(fù)荷物移動(dòng)所述活動(dòng)距離。促動(dòng)器包括預(yù)處理設(shè)備，其可操作以確定第一活性材料元件的促動(dòng)的啟動(dòng)。
當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，從下面的用于執(zhí)行如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的一些最佳方式和其它實(shí)施例的具體描述可容易地明白本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是具有促動(dòng)器的第一實(shí)施例的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為處于未促動(dòng)狀態(tài)；圖2是具有促動(dòng)器的第一實(shí)施例的圖I的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為預(yù)處理狀態(tài)；圖3是具有促動(dòng)器的第一實(shí)施例的圖1-2的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為已促動(dòng)狀態(tài)； 圖4是具有促動(dòng)器的第二實(shí)施例的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為處于未促動(dòng)狀態(tài)；圖5是具有促動(dòng)器的第二實(shí)施例的圖4的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為預(yù)處理狀態(tài)；圖6是具有促動(dòng)器的第二實(shí)施例的圖4-5的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖,示出為已促動(dòng)狀態(tài)；圖7是具有促動(dòng)器的第三實(shí)施例的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為處于未促動(dòng)狀態(tài)；圖8是具有促動(dòng)器的第三實(shí)施例的圖7的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為預(yù)處理狀態(tài)；圖9是具有促動(dòng)器的第三實(shí)施例的圖7-8的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖,示出為已促動(dòng)狀態(tài)；圖10是具有促動(dòng)器的第四實(shí)施例的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為處于未促動(dòng)狀態(tài)；圖11是具有促動(dòng)器的第四實(shí)施例的圖10的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為預(yù)處理狀態(tài)；圖12是具有促動(dòng)器的第四實(shí)施例的圖10-11的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為已促動(dòng)狀態(tài)；圖13是具有促動(dòng)器的第五實(shí)施例的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為處于未促動(dòng)狀態(tài)；圖14是具有促動(dòng)器的第五實(shí)施例的圖13的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為預(yù)處理狀態(tài)；圖15是具有促動(dòng)器的第五實(shí)施例的圖13-14的機(jī)械系統(tǒng)的示意圖，示出為已促動(dòng)狀態(tài)；以及圖16是具有促動(dòng)器的第五實(shí)施例的圖13-15的機(jī)械系統(tǒng)所使用的控制電路的示意圖，示出為未促動(dòng)狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中相似的參考標(biāo)號(hào)在各圖中對(duì)應(yīng)于相同或相似的部件，且從圖1-3開始，機(jī)械系統(tǒng)10包括促動(dòng)器12，其聯(lián)接到負(fù)荷物14。促動(dòng)器12施加第一或預(yù)加載力Fp到負(fù)荷物14，且隨后施加第二或原動(dòng)力Fm到負(fù)荷物14上。促動(dòng)器12在本文中被限定為可操作以施加或應(yīng)用原動(dòng)力Fm到負(fù)荷物14的任意設(shè)備，以便于提供足以賦予負(fù)荷物14期望的運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力，例如在特定時(shí)間周期或間隔中移動(dòng)負(fù)荷物14通過預(yù)定運(yùn)動(dòng)距離“d”。在本文中使用時(shí)，術(shù)語“原動(dòng)力”指足以產(chǎn)生期望運(yùn)動(dòng)的力。運(yùn)動(dòng)包括但并不局限于負(fù)荷物14行進(jìn)的距離，負(fù)荷物行進(jìn)的時(shí)間和負(fù)荷物14在該時(shí)間期間的任意加速或減速分布。促動(dòng)器12可以被配置為旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器或線性促動(dòng)器，以為負(fù)荷物14的運(yùn)動(dòng)提供期望的方向，如下所述。原動(dòng)力Fm是一種變力，其足以移動(dòng)負(fù)荷物14通過期望的距離d。促動(dòng)器12包括活性材料元件20?；钚圆牧显?0至少部分由活性材料(譬如電阻加熱，熱促動(dòng)形狀記憶合金(SMA))構(gòu)成。促動(dòng)器12可以由控制器18選擇性地促動(dòng)或激活以提供適當(dāng)?shù)脑瓌?dòng)力Fm。在本文中使用時(shí)，術(shù)語“適當(dāng)?shù)摹敝复賱?dòng)器12的相對(duì)效率、響應(yīng)速度、沖程、力或其它尺度中的一個(gè)或多個(gè)的確定。不管如前所述系統(tǒng)和環(huán)境條件的變化，通過預(yù)處理最小化可感加熱所需的時(shí)間確保更一致的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。由此，重要的是精確和可靠地確定預(yù)處理促動(dòng)器12而不會(huì)產(chǎn)生負(fù)荷物14的顯著運(yùn)動(dòng)的刺激水平(即用于熱激活SMA元件20的加熱電流的幅度)。本文中所述的實(shí)施例，在不使用昂貴的傳感器和信號(hào)處理，或不依賴于固定的查找表的情況下確定預(yù)處理刺激水平。預(yù)處理刺激水平的確定通過使用兩級(jí)促動(dòng)方法來實(shí)現(xiàn)，其中第一級(jí)用于確定用于系統(tǒng)10和環(huán)境的當(dāng)前狀態(tài)而不會(huì)產(chǎn)生負(fù)荷物14的顯著運(yùn)動(dòng)的預(yù)處理刺激水平，而第二級(jí)移動(dòng)負(fù)荷物14完成期望的運(yùn)動(dòng)。 形狀記憶合金(SMA)，其往往在本領(lǐng)域被非正式地稱為“智能材料”，是展現(xiàn)偽彈性和形狀記憶，且由此具有“記住”它們的原始形狀的能力的材料或合成物。原始形狀可以在通過施加外部刺激(即激勵(lì)信號(hào))改變其形狀的變形之后被恢復(fù)。如此，形狀記憶合金從其原始形狀的變形可以是臨時(shí)的且可逆的狀態(tài)。這些能力部分地由于由原子協(xié)同重排(cooperative atomic rearrangement)導(dǎo)致的相的依賴于溫度和應(yīng)力的固態(tài)改變。兩個(gè)相，即馬氏體(m)相和奧氏體(a)相分別指較低溫度相和較高溫度相，其中相變從低對(duì)稱(馬氏體)到高對(duì)稱(奧氏體)晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生。SMAs表示一類熱激活智能材料(TASM)，其響應(yīng)于應(yīng)力引起和溫度引起的可恢復(fù)變形行為而經(jīng)受可逆相變。因此，圖1-3的促動(dòng)器12可以部分地或完全由SMA元件20構(gòu)成，其長度或剛性響應(yīng)于其溫度和施加的負(fù)荷而急劇地改變。它的溫度可以通過使得來自能量源16的電流流過SMA元件20而電阻加熱它來調(diào)節(jié)。活性材料元件20可以完全由SMA線或線圈構(gòu)成，在機(jī)械系統(tǒng)10如圖I所示處于第一未促動(dòng)位置P1時(shí)，所述SMA線或線圈保持部分或完全孿晶馬氏體(m)相，除非且直到活性材料元件20被加熱到特征溫度之上。當(dāng)活性材料元件20被加熱到超過特征溫度的溫度時(shí)，固態(tài)相變發(fā)生，且活性材料元件20進(jìn)入奧氏體相或a相?；钚圆牧显?0的加熱可以通過焦耳、輻射、對(duì)流或其它適當(dāng)?shù)募訜岱椒▉韺?shí)現(xiàn)。公開的實(shí)施例描述了電阻加熱、熱激活SMA。然而，其它材料和促動(dòng)材料的方法可以被使用。在所示實(shí)施例中，活性材料元件20為形狀記憶合金(SMA)，其在相對(duì)端部被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件22和連接器26。連接器26可以是簡單的桿或復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以確保當(dāng)促動(dòng)器12被激活或刺激時(shí)，促動(dòng)器12的頻率、運(yùn)動(dòng)和/或力放大足夠量。不論什么實(shí)施例，促動(dòng)器12都通過連接器26連接到負(fù)荷物14，并且按需要被激活從而以指定方式移動(dòng)負(fù) 荷物14通過活動(dòng)距離。過載元件28可以被連接到活性材料元件20和靜態(tài)構(gòu)件22之間，以保護(hù)活性材料元件20不受在促動(dòng)器12的促動(dòng)期間可能發(fā)生的任何過載的損壞。此外，偏壓元件30可以以與活性材料元件20并聯(lián)的配置被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件22和連接器26。偏壓元件30可以施加偏壓力到活性材料元件20、連接器26和負(fù)荷物14上以確保在促動(dòng)器12從促動(dòng)狀態(tài)36(如圖3所示)或預(yù)處理狀態(tài)(未示出)返回到其未促動(dòng)狀態(tài)32(如圖I所示)時(shí)，負(fù)荷物14返回到第一位置P1。此外，來自偏壓元件30的力還可以在促動(dòng)器12從促動(dòng)狀態(tài)36或預(yù)處理狀態(tài)返回到其未促動(dòng)狀態(tài)32時(shí)，輔助活性材料元件20返回到其原始狀態(tài)或長度。在一些情況下，外部負(fù)荷物14，其本身可以在SMA元件20被去激活時(shí)輔助系統(tǒng)返回其未促動(dòng)配置。在這種情況下，負(fù)荷物14還提供在促動(dòng)器被去激活時(shí)使得/輔助促動(dòng)器12返回到其原始狀態(tài)或長度的力。這樣的負(fù)荷物的例子包括由重力(即自重負(fù)荷物)、彈力(例如彈簧)等建立的保守力場(conservative force fields)。偏壓元件30在這些情況下不是必需的。在圖1-3所示的實(shí)施例中，促動(dòng)器12被配置為在寬范圍的溫度下操作并對(duì)機(jī)械系統(tǒng)10和促動(dòng)器12的變化狀態(tài)做出調(diào)整。例如，當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)10位于車輛上時(shí)，溫度可能由于不同環(huán)境和季節(jié)而顯著改變。促動(dòng)器12必須能夠在所有條件下以基本一致的響應(yīng)速度工作。然而，在冷環(huán)境下，活性材料元件20可能需要更長時(shí)間去抵達(dá)相變發(fā)生時(shí)的特征溫度，由此減慢了促動(dòng)器12的響應(yīng)速度。此外，機(jī)械系統(tǒng)10和促動(dòng)器12的其它調(diào)節(jié)也可以改變活性材料元件20隨時(shí)間的表現(xiàn)速度。例如，活性材料元件20的響應(yīng)時(shí)間可以被灰塵或元件20上的磨損而影響。為了適應(yīng)變化狀態(tài)的調(diào)節(jié)，促動(dòng)器12以多級(jí)運(yùn)行。一開始，促動(dòng)器12從其第一或未促動(dòng)狀態(tài)32 (在圖I中示出)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙顟B(tài)34 (在圖2中示出)。第二狀態(tài)34與促動(dòng)器12的預(yù)處理刺激水平或運(yùn)動(dòng)的開始的估計(jì)相關(guān)聯(lián)。注意預(yù)處理設(shè)備38的運(yùn)動(dòng)，其檢測負(fù)荷物運(yùn)動(dòng)的開始并且在下文被詳細(xì)描述?？刂破?8基于機(jī)械系統(tǒng)10的預(yù)定條件(譬如機(jī)械系統(tǒng)10的運(yùn)行的開始)產(chǎn)生第一激活信號(hào)。用于電阻加熱SMA促動(dòng)器的第一激活信號(hào)是經(jīng)過SMA元件的電流。當(dāng)促動(dòng)器12處于第一或未促動(dòng)狀態(tài)32時(shí)，負(fù)荷物14位于第一位置Pp隨后，控制器18施加逐漸增加的第一刺激到促動(dòng)器12直到達(dá)到圖2中所示的系統(tǒng)配置34。這發(fā)生時(shí)的電流是預(yù)處理電流的第一估計(jì)值iP1。預(yù)處理電流的第一估計(jì)值iP1使得促動(dòng)器12從未促動(dòng)狀態(tài)32運(yùn)動(dòng)到第二狀態(tài)34。當(dāng)促動(dòng)器12處于第二狀態(tài)34時(shí)，負(fù)荷物14的位置在第二位置P2。第二狀態(tài)34與活性材料20的激活的開始相關(guān)聯(lián)。在該情況下，負(fù)荷物14的運(yùn)動(dòng)被檢測以推斷活性材料20的激活，這是因?yàn)榛钚圆牧?0被直接連接到負(fù)荷物14。在一些情況下，負(fù)荷物在狀態(tài)34中的微小運(yùn)動(dòng)8是可接受的，且我們視iP1為預(yù)處理電流iP，且第二狀態(tài)34為預(yù)處理狀態(tài)。替代地，對(duì)于促動(dòng)器12的一些實(shí)施例，在促動(dòng)器12完全激活之前，即使負(fù)荷物14的微小變形S也是不可接受的。在該情況下，預(yù)處理電流iP= a iP1，其中a可以是
的任何值。由此，系統(tǒng)10的預(yù)處理狀態(tài)(未示出)，其由施加到SMA元件20的預(yù)處理電流iP指示，可以在表現(xiàn)上處于未促動(dòng)或第一狀態(tài)32和第二狀態(tài)34中間。如上所述，可以在活性材料元件20的促動(dòng)時(shí)間中發(fā)生的大部分變化將在將促動(dòng)器12從未促動(dòng)狀態(tài)32移動(dòng)到預(yù)處理狀態(tài)時(shí)發(fā)生。由此，控制器18產(chǎn)生第二激活信號(hào)。一旦產(chǎn)生第二激活信號(hào)，控制器18由此施加適于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷物14的預(yù)定動(dòng)作的第二幅度(iM)的刺激，所述預(yù)定動(dòng)作例如將其移動(dòng)通過距離‘d’，如圖3所示?；顒?dòng)電流iM將促動(dòng)器12 從第二狀態(tài)34移動(dòng)到第三或促動(dòng)狀態(tài)36 (在圖3中示出)，其促動(dòng)負(fù)荷物14到第三位置P3的運(yùn)動(dòng)。第三位置P3對(duì)應(yīng)于負(fù)荷物14需要移動(dòng)的總預(yù)定活動(dòng)距離d。
當(dāng)促動(dòng)器12處于第二狀態(tài)34時(shí)，第一力Fp被施加到負(fù)荷物14。作用到負(fù)荷物14上的力的量對(duì)應(yīng)于提供給活性材料元件20的刺激量。也就是說，對(duì)于已知的活性材料元件20，由活性材料元件20所產(chǎn)生的力的量可以基于進(jìn)入活性材料元件20的刺激輸入而被確定。在所示上述實(shí)例中，第一力Fp和第二或原動(dòng)力Fm對(duì)應(yīng)于從控制器18供應(yīng)到活性材料元件20的第一刺激和第二刺激(即電流)的水平。由此，在第一預(yù)處理電流估計(jì)值iP1 (即第一刺激)被施加到活性材料元件20時(shí)，活性材料元件20施加第一力Fp到負(fù)荷物14上，在活動(dòng)電流iM(即第二刺激)被施加到活性材料元件20時(shí),活性材料元件20施加活動(dòng)力Fm到負(fù)荷物14上。在圖2所示的實(shí)施例中，預(yù)處理距離5對(duì)應(yīng)于在第一位置P1和第二位置P2之間的差。當(dāng)施加到活性材料元件20的電流達(dá)到預(yù)處理電流的第一估計(jì)值iP1，促動(dòng)器12移動(dòng)負(fù)荷物14通過預(yù)處理距離5并將其置于預(yù)處理位置P2。預(yù)處理距離5優(yōu)選地為在促動(dòng)狀態(tài)36中的負(fù)荷物14處總運(yùn)動(dòng)‘d’的最小分量。預(yù)處理距離S必須足夠大以被某些運(yùn)動(dòng)傳感器測量，即使在諸如振動(dòng)、溫度變化等這樣的外部干擾存在下也是如此，但并不比這更大。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)處理距離是活性材料元件20移動(dòng)負(fù)荷物14的總變形的5-20%?？稍试S活性材料元件20的變形的小的誤差余地，以補(bǔ)償在促動(dòng)器12的運(yùn)行之外發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)例如導(dǎo)致活性材料元件20的微小變形的機(jī)械設(shè)備10的振動(dòng)。·
只要預(yù)處理電流iP保持通過促動(dòng)器12，系統(tǒng)10保持在預(yù)處理狀態(tài)。系統(tǒng)10通常保持在預(yù)處理狀態(tài)直到第二激活信號(hào)(在下文中描述)被接收、該運(yùn)行被取消、或自系統(tǒng)10被預(yù)處理預(yù)定時(shí)間間隔已經(jīng)過去而之前兩個(gè)事件任一個(gè)都沒有發(fā)生。在所述的后續(xù)情況下，系統(tǒng)10返回到其未促動(dòng)狀態(tài)32。促動(dòng)器12于是可以周期性地重新預(yù)處理以確保機(jī)械系統(tǒng)10的一致促動(dòng)，同時(shí)提供能量源16的經(jīng)濟(jì)的利用。近似如上所述的預(yù)處理電流iP(其中預(yù)處理電流iP= a iP1，其中a可以是
的任何值)還保護(hù)促動(dòng)器12不受由于系統(tǒng)10的變化條件(例如機(jī)械系統(tǒng)10的振動(dòng)或突發(fā)的局部溫度變化)而導(dǎo)致的意外促動(dòng)影響。降低到活性材料元件20的刺激可以保持促動(dòng)器12在第二位置P2或?qū)⒋賱?dòng)器返回到靠近第一位置P1的位置，這取決于促動(dòng)器12和刺激被降低的量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠確定一旦預(yù)處理設(shè)備38已經(jīng)指示促動(dòng)器12處于預(yù)處理狀態(tài)34，用于促動(dòng)器12的刺激應(yīng)降低多大量。預(yù)處理設(shè)備38確定促動(dòng)器12何時(shí)處于第二狀態(tài)34。在該實(shí)施例中，預(yù)處理設(shè)備38通過預(yù)處理距離5測量活性材料元件20的變形。優(yōu)選地，預(yù)處理設(shè)備38能夠確定促動(dòng)器12何時(shí)處于第二狀態(tài)34而不需要用于監(jiān)控和計(jì)算活性材料元件20、促動(dòng)器12、機(jī)械系統(tǒng)10或環(huán)境的過去和當(dāng)前狀態(tài)的復(fù)雜的傳感器或控制設(shè)備。來自控制器18的信號(hào)(即電流)的強(qiáng)度逐漸增大，直到預(yù)處理設(shè)備38確定促動(dòng)器12已經(jīng)從未促動(dòng)狀態(tài)32變化到預(yù)定第二狀態(tài)34。在該點(diǎn)，預(yù)處理電流的第一估計(jì)值iP1已經(jīng)達(dá)到?？刂破?8可以指示促動(dòng)器12應(yīng)該在機(jī)械系統(tǒng)10的特定條件下移動(dòng)到第二狀態(tài)34，所述特定條件例如在車輛啟動(dòng)時(shí)或當(dāng)系統(tǒng)10基于各種車載(例如座位占用)或車輛下(例如基于智能電網(wǎng))的傳感器的內(nèi)部邏輯或狀態(tài)預(yù)測促動(dòng)器12的即將使用時(shí)。例如，參考圖1-3，預(yù)處理設(shè)備38被描述用于負(fù)荷物14?？刂破?8啟動(dòng)刺激，譬如由能量源16提供的熱量或電壓或電流，以改變活性材料元件20的可變特性，譬如其長度。到活性材料元件20的該刺激被增大，直到活性材料元件20被加熱到足以使活性材料元件20收縮預(yù)處理距離5的程度。在所示實(shí)施例中，預(yù)處理設(shè)備38是接觸開關(guān)或光斷續(xù)器，其在活性材料元件20已經(jīng)移動(dòng)通過預(yù)處理距離8時(shí)發(fā)送信號(hào)到控制器18 (連接部未示出)。由此，機(jī)械系統(tǒng)10和促動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)10的方法包括確定預(yù)處理刺激水平，而不需要使用昂貴的傳感器或信號(hào)處理或依賴于固定查找表。這通過使用本文中所述的兩級(jí)促動(dòng)方法實(shí)現(xiàn)。第一級(jí)用于確定用于系統(tǒng)10和系統(tǒng)10周圍環(huán)境的當(dāng)前狀態(tài)的預(yù)處理刺激水平而不會(huì)產(chǎn)生負(fù)荷物14的顯著運(yùn)動(dòng)，而第二級(jí)移動(dòng)負(fù)荷物14通過期望的運(yùn)動(dòng)。參考圖4-6,機(jī)械系統(tǒng)110包括用于施加活動(dòng)力Fm到聯(lián)接的負(fù)荷物114的促動(dòng)器112的第二實(shí)施例。促動(dòng)器112施加第一或預(yù)加載力Fp到負(fù)荷物114，或施加第二或原動(dòng)力Fm到負(fù)荷物114，以賦予負(fù)荷物114期望的運(yùn)動(dòng)，例如以移動(dòng)負(fù)荷物114通過預(yù)定的運(yùn)動(dòng)距離“d”。促動(dòng)器112可以配置為旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器，譬如電機(jī)，或線性促動(dòng)器，如下所述。促動(dòng)器112包括活性材料元件120。促動(dòng)器112可以由控制器118選擇性地促動(dòng)或激活以提供適當(dāng)?shù)脑瓌?dòng)力Fm。 在所示實(shí)施例中，活性材料元件120為形狀記憶合金(SMA)，其在相對(duì)端部被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件122和連接器126。連接器126可以是簡單的聯(lián)接本體，如圖4-6所示，或復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其尺寸按需要設(shè)置以確保當(dāng)促動(dòng)器112被激活或刺激時(shí)，促動(dòng)器112的頻率、運(yùn)動(dòng)和/或力放大足夠量。過載元件128可以被連接到活性材料元件120和靜態(tài)構(gòu)件122之間以保護(hù)活性材料元件120不受在促動(dòng)器112的促動(dòng)期間可能發(fā)生的任何過載的損壞。此外，偏壓元件130可以以與活性材料元件120并聯(lián)的配置被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件122和連接器126。偏壓元件130可以施加偏壓力到負(fù)荷物114上以確保在促動(dòng)器112從促動(dòng)狀態(tài)136 (如圖6所示)返回到其未促動(dòng)狀態(tài)132(如圖4所示)時(shí)，負(fù)荷物114返回到第一位置Pp此外，來自偏壓元件130的力還可以在促動(dòng)器112從促動(dòng)狀態(tài)136返回到其未促動(dòng)狀態(tài)132時(shí)，輔助活性材料元件120返回到其原始狀態(tài)或長度。如上所述，偏壓元件130的使用在外部負(fù)荷物114提供執(zhí)行或輔助將系統(tǒng)10從第二狀態(tài)134或第三狀態(tài)136返回到第一狀態(tài)(示出在132處)的器件時(shí)，可以不是必需的。作為示例，當(dāng)負(fù)荷物114是靜負(fù)荷時(shí)，如本文中所述，負(fù)荷物114可以提供返回活性材料元件120到第一位置P1所需的偏壓力。在圖4-6所示的實(shí)施例中，促動(dòng)器112被配置為在寬范圍的溫度下操作并對(duì)機(jī)械系統(tǒng)110和促動(dòng)器112的變化狀態(tài)做出調(diào)整。如在上述的實(shí)施例中，調(diào)整機(jī)械系統(tǒng)110是通過使用預(yù)加熱或預(yù)處理電流iP1的第一估計(jì)值預(yù)加熱或預(yù)處理促動(dòng)器112而實(shí)現(xiàn)的?？刂破?18供應(yīng)預(yù)定的促動(dòng)電流iA到輔助SMA促動(dòng)器142，所述輔助SMA促動(dòng)器包括輔助SMA元件144。輔助SMA促動(dòng)器142是促動(dòng)器112的一部分。輔助促動(dòng)器142設(shè)置尺寸為使得由輔助設(shè)備142響應(yīng)于上述促動(dòng)電流iA而產(chǎn)生的輔助力Fa小于產(chǎn)生負(fù)荷物114的運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)所需的原動(dòng)力Fm。此外，輔助SMA促動(dòng)器142的沖程實(shí)質(zhì)上小于主SMA促動(dòng)器112的沖程或負(fù)荷物114需要移動(dòng)的距離‘d’?？刂破?18繼而施加增大的促動(dòng)電流到主SMA促動(dòng)器120直到負(fù)荷物114的運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)被以可靠的方式檢測到。在該實(shí)施例中，當(dāng)聯(lián)接器126運(yùn)動(dòng)通過預(yù)定的預(yù)處理距離5時(shí)，推斷負(fù)荷物114運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)。這發(fā)生時(shí)流動(dòng)通過SMA元件120的電流是預(yù)處理電流的第一估計(jì)值iP1。通過輔助設(shè)備138檢測到促動(dòng)器112的運(yùn)動(dòng)，該輔助設(shè)備138傳達(dá)系統(tǒng)10從第一狀態(tài)132到第二狀態(tài)134的配置改變到控制器118。控制器118繼而停止為輔助促動(dòng)器142提供電力，并且保持通過SMA的預(yù)處理電流iP，直到系統(tǒng)110接收到將負(fù)荷物114移動(dòng)通過活動(dòng)距離的信號(hào)、直到系統(tǒng)110超時(shí)、或直到該操作被取消。距離8被選擇為遠(yuǎn)小于活動(dòng)距離‘d’的距離，同時(shí)仍能被系統(tǒng)138可靠地測量。盡管預(yù)處理電流iP能夠以非常普遍的方式基于預(yù)處理電流的第一估計(jì)值ipl，在該實(shí)施例中，輔助促動(dòng)器142和主促動(dòng)器112被相對(duì)于負(fù)荷物114設(shè)置尺寸為使得預(yù)處理電流iP約等于預(yù)處理電流的第一估計(jì)值ipl。這進(jìn)一步降低了在預(yù)處理電流iP的估計(jì)中的信號(hào)處理的需要。在預(yù)處理電流iP的確定完成且控制器118已經(jīng)給輔助促動(dòng)器142斷電之后，系統(tǒng)110可以返回到其經(jīng)預(yù)處理配置，其表現(xiàn)為第一狀態(tài)132和第三狀態(tài)136的中間態(tài)e?？刂破?18現(xiàn)在可以通過供應(yīng)主SMA元件20以預(yù)定的加熱電流iM執(zhí)行系統(tǒng)110到完全促動(dòng)位置136的過渡，這使得負(fù)荷物114移動(dòng)通過距離‘d’。替代地，控制器118可以通過斷電120執(zhí)行返回到配置132的過渡。預(yù)處理力FP，其為當(dāng)系統(tǒng)處于其預(yù)處理狀態(tài)時(shí) 在主促動(dòng)器112中產(chǎn)生的力，比使得負(fù)荷物114運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)所需的力F^j、，所述FaS當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到第二配置134時(shí)在輔助促動(dòng)器142中產(chǎn)生的力。由此，預(yù)處理力Fp并不足以移動(dòng)負(fù)荷物114。預(yù)處理距離5優(yōu)選是活性材料元件120移動(dòng)負(fù)荷物114所需的總變形的最小量變形。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)處理距離是活性材料元件120移動(dòng)負(fù)荷物114的總變形的5-20%?？稍试S活性材料元件120的變形的小的誤差界限，以補(bǔ)償在促動(dòng)器12的運(yùn)行之外發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)例如導(dǎo)致活性材料元件120的微小變形的機(jī)械設(shè)備110的振動(dòng)。由此，預(yù)處理距離8可以允許在預(yù)處理設(shè)備138接合之前活性材料元件120的1-2%的變形。在第二狀態(tài)134，活性材料元件120被變形預(yù)處理距離5，且負(fù)荷物114被相應(yīng)地移動(dòng)到第二位置P2。預(yù)處理電流iP是供應(yīng)以將負(fù)荷物114從預(yù)處理狀態(tài)(未示出)的位置移動(dòng)到促動(dòng)位置P3的促動(dòng)或活動(dòng)電流iM的一部分。原動(dòng)力Fm的其余部分在促動(dòng)器112被促動(dòng)且負(fù)荷物114被移動(dòng)到第三促動(dòng)位置P3時(shí)被提供。通過將促動(dòng)器112從未促動(dòng)狀態(tài)132移動(dòng)到預(yù)處理狀態(tài)，在活性材料元件120的促動(dòng)時(shí)間上的任何變化可以被減小。由此，一旦觸動(dòng)，即當(dāng)促動(dòng)器112從預(yù)處理狀態(tài)移動(dòng)到促動(dòng)狀態(tài)136時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)110的用戶將觀察到在促動(dòng)時(shí)間上降低的變化(與系統(tǒng)110被從未促動(dòng)狀態(tài)132轉(zhuǎn)變到促動(dòng)狀態(tài)136的情況相比)。重要的是理解促動(dòng)時(shí)間的降低主要是由于促動(dòng)SMA元件120所需的降低的可感熱輸入的降低，因?yàn)樗活A(yù)加熱到高于環(huán)境溫度但是低于其促動(dòng)溫度的溫度。如前文所述，預(yù)處理狀態(tài)可以為未促動(dòng)狀態(tài)132和促動(dòng)狀態(tài)136的中間狀態(tài)。負(fù)荷物114從未促動(dòng)狀態(tài)132到預(yù)處理狀態(tài)的任何預(yù)行程是不顯著的且并不顯著降低促動(dòng)時(shí)間。通常，當(dāng)促動(dòng)器112處于第一或未促動(dòng)狀態(tài)132時(shí)，負(fù)荷物114位于第一位置Pp當(dāng)促動(dòng)器112處于第二狀態(tài)134時(shí)，負(fù)荷物114在第二位置P2。第二狀態(tài)134與負(fù)荷物114的運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)的可靠檢測相關(guān)聯(lián)，如本文中所述?？刂破?18可以指示促動(dòng)器112應(yīng)該在機(jī)械系統(tǒng)110的特定條件下移動(dòng)到預(yù)處理狀態(tài)，所述條件例如在車輛啟動(dòng)時(shí)和相關(guān)控制邏輯下。促動(dòng)器112繼而保持預(yù)處理狀態(tài)直到接收到來自控制器118的第二促動(dòng)信號(hào)。一旦接收到第二促動(dòng)信號(hào)，控制器118增加施加到促動(dòng)器112的刺激到水平iM，這使得系統(tǒng)10從該預(yù)處理狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第三或促動(dòng)狀態(tài)136，且負(fù)荷物114被從預(yù)處理位置移動(dòng)到第三位置P3。替代地，促動(dòng)器112可以在返回到未促動(dòng)狀態(tài)132之前保持預(yù)處理狀態(tài)以預(yù)定的時(shí)間量。促動(dòng)器112于是可以周期性地重新預(yù)處理以確保機(jī)械系統(tǒng)110的一致促動(dòng)，同時(shí)提供電源116的經(jīng)濟(jì)使用。
參考圖4-6，預(yù)處理設(shè)備138包括接觸開關(guān)140。在所示實(shí)施例中，輔助促動(dòng)器142包括輔助活性材料元件144，其被布置為與主活性材料元件120機(jī)械地并聯(lián)。參考圖7-9’機(jī)械系統(tǒng)210包括用于施加活動(dòng)力Fm到聯(lián)接的負(fù)荷物214的促動(dòng)器212的第三實(shí)施例。促動(dòng)器212可以被配置為旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器，譬如電機(jī)，或線性促動(dòng)器，如下所述。促動(dòng)器212可以由控制器218選擇性地促動(dòng)或激活以提供適當(dāng)?shù)脑瓌?dòng)力Fm。圖7-9的促動(dòng)器212可以部分地或完全地由具有預(yù)定特性(例如可變長度或剛度)的活性材料元件220 (例如熱激活SMA)構(gòu)成，其響應(yīng)于施加的刺激(譬如來自能量源216的電阻加熱或電壓)而急劇變化。在所示實(shí)施例中，活性材料元件220為形狀記憶合金(SMA)，其在一個(gè)端部被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件222和而在相對(duì)的端部被緊固或連接到預(yù)處理設(shè)備242。預(yù)處理設(shè)備242包括連接到連接器226的彈簧246，且預(yù)處理檢測系統(tǒng)還包括接觸開關(guān)的第一和第二元件248，240，所述元件在系統(tǒng)210的未促動(dòng)狀態(tài)中間隔距離6，如圖7所示。圖7-9中示出的連接器226是簡單的剛性聯(lián)接件，然而，連接器226可以采用傳動(dòng)裝置的形式(例如鏈路)，其可以被設(shè)計(jì)以在促動(dòng)器212被激活或刺激時(shí)提供促動(dòng) 器212的力、運(yùn)動(dòng)和/或頻率的放大。不論什么實(shí)施例，促動(dòng)器212都通過預(yù)處理彈簧242和連接器226連接到負(fù)荷物214，并且按需要被激活以期望方式移動(dòng)負(fù)荷物214通過活動(dòng)距離 ‘d，。過載元件228可以被連接到活性材料元件220和靜態(tài)構(gòu)件222之間以保護(hù)活性材料元件220不受在促動(dòng)器212的促動(dòng)期間可能發(fā)生的任何過載的損壞。此外，偏壓元件230可以以與活性材料元件220并聯(lián)的配置被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件222和連接器226。偏壓元件230可以施加偏壓力到負(fù)荷物214上以確保在促動(dòng)器212返回到其未促動(dòng)狀態(tài)232 (如圖7所示)時(shí)，負(fù)荷物214返回到第一位置Pp如前所述，偏壓元件320在促動(dòng)器212移回到其未促動(dòng)狀態(tài)232時(shí)，輔助活性材料元件220返回到其原始狀態(tài)或長度。替代地，偏壓元件320可以不是必須的，如果在活性材料未激活時(shí)外部負(fù)荷物214工作以將系統(tǒng)恢復(fù)到其未促動(dòng)狀態(tài)232。在第一或未促動(dòng)配置232處開始，控制器218逐漸升高流動(dòng)通過SMA元件220的電流直到系統(tǒng)210抵達(dá)第二狀態(tài)234。當(dāng)流動(dòng)通過SMA元件220的電流變得足夠高能夠開始激活SMA元件220時(shí)，則SMA元件220施加增加的力到預(yù)處理彈簧246上。當(dāng)該力超過在彈簧246上的預(yù)負(fù)載時(shí)，彈簧246變形使得第二元件240移動(dòng)更靠近第一元件248。當(dāng)由SMA元件220產(chǎn)生的力足以使得預(yù)處理彈簧246變形預(yù)處理距離5時(shí)，它使得運(yùn)動(dòng)檢測系統(tǒng)的第一和第二元件240和248接觸，由此發(fā)出檢測到第二狀態(tài)234的信號(hào)。第二元件240還用于將促動(dòng)器元件220直接機(jī)械聯(lián)接到連接器226。作為示例，第二元件240可以是凸片，其與連接器226機(jī)械地作用。該作用導(dǎo)致將SMA促動(dòng)器元件220直接連接到連接器226的單向連接，由此使得預(yù)處理彈簧246不受SMA元件220中的任何進(jìn)一步收縮的影響。預(yù)處理彈簧242被尺寸設(shè)置為使得伸展預(yù)處理彈簧242預(yù)定的預(yù)處理距離8所需的力Fp被給定為Fp= aFM，其中a為
且Fm是產(chǎn)生負(fù)荷物214的運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)所需的力。運(yùn)動(dòng)檢測子系統(tǒng)238 (例如，接觸開關(guān)或光斷續(xù)器)被用于檢測何時(shí)預(yù)處理彈簧242被拉伸5。當(dāng)預(yù)處理彈簧已經(jīng)被拉伸預(yù)處理距離時(shí)，流動(dòng)通過SMA元件220的電流幅度是預(yù)處理電流iP的第一估計(jì)值iP1。實(shí)際預(yù)處理電流iP可以以普遍或非線性的方式取決于第一預(yù)處理電流iP1。然而，通常系統(tǒng)10被設(shè)計(jì)為使得預(yù)處理電流iP = iP1預(yù)處理電流的第一估計(jì)值。如前述實(shí)施例，預(yù)處理電流的估計(jì)值ipl降低了確定預(yù)處理電流ip的計(jì)算負(fù)荷，同時(shí)仍提供可靠的iP的估計(jì)值。一旦預(yù)處理彈簧已經(jīng)拉伸通過預(yù)處理距離S，SMA元件220被直接地機(jī)械連接到連接器226，即預(yù)處理彈簧242被機(jī)械地短路且SMA元件220直接經(jīng)由連接器驅(qū)動(dòng)輸出負(fù)荷物214。注意由于聯(lián)接通過在剛性連接到SMA元件220的元件240和連接器226之間的接觸實(shí)現(xiàn)，該聯(lián)接約束負(fù)荷物214以僅隨著SMA元件220以一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，例如當(dāng)SMA元件220將負(fù)荷物從第一位置P1朝向第三位置P3移動(dòng)時(shí)。由此，該聯(lián)接僅對(duì)于沿一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是有效的，SMA元件220本身不能沿相反方向驅(qū)動(dòng)負(fù)荷物214。此外，注意到由于Fp < Fm，負(fù)荷物214在系統(tǒng)從第一狀態(tài)232轉(zhuǎn)變到第二狀態(tài)234期間并不顯著移動(dòng)，即P2大致等于Pp由此，該實(shí)施例特別適用于負(fù)荷物214在預(yù)處理電流iP的估計(jì)期間不應(yīng)顯著移動(dòng)的應(yīng)用。一旦預(yù)處理電流已經(jīng)被確定，控制器218可以通過保持預(yù)處理電流iP將系統(tǒng)10保持在預(yù)處理狀態(tài)直到電流必須被改變以改變系統(tǒng)210的狀態(tài)。替代地，控制器218可以通過增加流動(dòng)通過SMA元件220的電流到值iM來將系統(tǒng)從預(yù)處理狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇賱?dòng)狀態(tài)236，該值iM足以在負(fù)荷物214處產(chǎn)生力Fm。該力Fm足以將輸出負(fù)荷物214驅(qū)動(dòng)以移動(dòng)通過距離‘d’，從第一位置P1到第三位置P3。替代地，控制器218可以如前所述通過停止流過SMA 元件220的電流來將系統(tǒng)210返回到未促動(dòng)狀態(tài)232。通過將促動(dòng)器212從未促動(dòng)狀態(tài)232移動(dòng)到預(yù)處理狀態(tài)(未示出)，活性材料元件220的促動(dòng)的任何變化可以被補(bǔ)償。由此，一旦促動(dòng)，即當(dāng)促動(dòng)器212從預(yù)處理狀態(tài)移動(dòng)到促動(dòng)狀態(tài)236時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)210的用戶將基本觀察不到促動(dòng)時(shí)間的變化。促動(dòng)器212繼而保持預(yù)處理狀態(tài)直到接收到來自控制器218的促動(dòng)信號(hào)。一旦被控制器218促動(dòng)，促動(dòng)器212從預(yù)處理狀態(tài)234轉(zhuǎn)變到第三或促動(dòng)狀態(tài)236，且負(fù)荷物214從第二位置P2運(yùn)動(dòng)到第三位置P3。替代地，促動(dòng)器212可以保持預(yù)處理狀態(tài)以預(yù)定的時(shí)間量，然后返回到未促動(dòng)狀態(tài)232。促動(dòng)器212于是可以周期性地重新預(yù)處理以確保機(jī)械系統(tǒng)210的一致的促動(dòng)，同時(shí)提供電源216的經(jīng)濟(jì)使用。參考圖7-9，預(yù)處理設(shè)備238包括接觸開關(guān)240和輔助設(shè)備242。在所示的實(shí)施例中，輔助促動(dòng)器242包括彈簧246，該彈簧被布置為與活性材料元件220串聯(lián)?？刂破?18開始刺激，譬如由能量源16提供的熱量或電壓或電流，以便于改變活性材料元件220的可變特性。流到活性材料元件220的電流被增大，直到活性材料元件220被加熱到足以使活性材料元件220收縮預(yù)處理距離8的程度。當(dāng)促動(dòng)器212處于未促動(dòng)狀態(tài)時(shí)，活性材料元件220可以相對(duì)于連接器226平移。由此，收縮活性材料元件220還使得彈簧246變形預(yù)處理距離8，允許接觸開關(guān)240閉合而不移動(dòng)負(fù)荷物214。接觸開關(guān)240在活性材料元件220已經(jīng)移動(dòng)預(yù)處理距離S且活性材料元件220施加預(yù)處理力Fp時(shí)發(fā)送信號(hào)給控制器218 (連接部未示出)。然而，預(yù)處理力Fp導(dǎo)致彈簧246變形，而不是負(fù)荷物214的運(yùn)動(dòng)。一旦接觸開關(guān)240通知控制器218活性材料元件220已經(jīng)變形預(yù)處理距離5，控制器218閉合鎖定設(shè)備248 (輔助設(shè)備242的一部分)且機(jī)械地連接SMA元件220到連接器226。鎖定設(shè)備248隨后阻止活性材料元件220和連接器226的相對(duì)運(yùn)動(dòng)?；钚圆牧显?20的進(jìn)一步變形將導(dǎo)致連接器226和負(fù)荷物214的運(yùn)動(dòng)。由此，鎖定設(shè)備248取決于促動(dòng)器212的狀態(tài)選擇性地將活性材料元件220固定到連接器226。在負(fù)荷物214從未促動(dòng)位置Pl到第二位置P2的促動(dòng)運(yùn)動(dòng)中，流到活性材料元件220的電流可以被施加直到活性材料元件220移動(dòng)預(yù)處理距離S。由活性材料元件220施加以使得變形預(yù)處理距離S的力將正比于彈簧246的強(qiáng)度。由此，預(yù)處理力Fp可以是活動(dòng)力Fm的預(yù)定部分。由于活性材料元件220和彈簧246的相對(duì)尺寸，預(yù)處理力Fp可以被選擇為計(jì)算的原動(dòng)力Fm的主要部分，且可以與負(fù)荷物214的運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以確定適當(dāng)?shù)念A(yù)處理力FP，然后確定適當(dāng)?shù)膹椈?46的彈簧應(yīng)變率，以實(shí)現(xiàn)特定機(jī)械系統(tǒng)210的選定預(yù)處理力FP。為了促動(dòng)促動(dòng)器212，控制器218可以發(fā)送足夠的刺激，即電流，以增加活性材料元件220的實(shí)質(zhì)或全部量到特征溫度之上，由此產(chǎn)生原動(dòng)力Fm。環(huán)境中的變化可以導(dǎo)致活性材料元件220收縮預(yù)處理距離8的部分的時(shí)間變化。這樣，預(yù)處理設(shè)備238接近促動(dòng)器212的運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)，且通過預(yù)處理促動(dòng)器212和保持機(jī)械系統(tǒng)210的恒定促動(dòng)時(shí)間，機(jī)械系統(tǒng)210的響應(yīng)可以被定制以匹配現(xiàn)有的環(huán)境和系統(tǒng)條件。
參考圖10-12，機(jī)械系統(tǒng)310包括用于施加原動(dòng)力Fm到聯(lián)接的負(fù)荷物314的促動(dòng)器312的第四實(shí)施例。促動(dòng)器312施加第一或預(yù)加載力Fp到負(fù)荷物314，且之后施加第二或活動(dòng)力Fm到負(fù)荷物314，以賦予負(fù)荷物314期望的運(yùn)動(dòng)，例如以移動(dòng)負(fù)荷物314通過預(yù)定運(yùn)動(dòng)距離“d”。促動(dòng)器312包括活性材料元件320，其至少部分地為活性材料，譬如形狀記憶合金(SMA)。促動(dòng)器312可以由控制器318選擇性地促動(dòng)或激活以提供適當(dāng)?shù)脑瓌?dòng)力Fm。圖10-12的促動(dòng)器312可以部分地或完全地由具有預(yù)定特性的活性材料元件320構(gòu)成，所述特性例如可變長度或剛度值，其響應(yīng)于施加的刺激(譬如來自能量源316的電阻加熱或電壓)而急劇變化。在所示實(shí)施例中，活性材料元件320為形狀記憶合金(SMA)，其在相對(duì)的端部被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件322和連接器326。連接器326可以是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其被按需要尺寸設(shè)置，以確保當(dāng)促動(dòng)器312被激活或刺激時(shí)，促動(dòng)器312的頻率、運(yùn)動(dòng)和/或力放大足夠量。不論什么實(shí)施例，促動(dòng)器312都聯(lián)接到負(fù)荷物314，并且按需要被激活從而以效率優(yōu)化的方式移動(dòng)負(fù)荷物314通過活動(dòng)距離d。過載元件328可以被連接到活性材料元件320和靜態(tài)構(gòu)件322之間，以保護(hù)活性材料元件320不受在促動(dòng)器312的促動(dòng)期間可能發(fā)生的任何過載的損壞。此外，偏壓元件330可以以與活性材料元件320并聯(lián)的配置地被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件322和連接器326。偏壓元件330可以施加偏壓力到負(fù)荷物314上以確保在促動(dòng)器312從促動(dòng)狀態(tài)336 (如圖12所示)返回到其未促動(dòng)狀態(tài)332 (如圖10所示)時(shí)，負(fù)荷物314返回到第一位置Pp此夕卜，來自偏壓元件330的力還可以在促動(dòng)器312從促動(dòng)狀態(tài)336返回到其未促動(dòng)狀態(tài)332時(shí)，輔助活性材料元件320返回到其原始狀態(tài)或長度。在活性材料元件320已經(jīng)被去激活后外部負(fù)荷物314并不幫助回復(fù)促動(dòng)器312的未促動(dòng)狀態(tài)332時(shí)，偏壓元件330是必須的。通過在促動(dòng)器312需要移動(dòng)輸出負(fù)荷物314之前將促動(dòng)器312從未促動(dòng)狀態(tài)332移動(dòng)到預(yù)處理狀態(tài)(未示出)，對(duì)應(yīng)于可感加熱活性材料元件320的促動(dòng)時(shí)間中的任意變化可以被補(bǔ)償。由此，一旦促動(dòng)，即當(dāng)促動(dòng)器312從預(yù)處理狀態(tài)移動(dòng)到促動(dòng)狀態(tài)336時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)310的用戶將基本觀察不到促動(dòng)時(shí)間的變化。此外，一旦促動(dòng)器312已經(jīng)抵達(dá)預(yù)處理狀態(tài)，控制器318可以降低施加到活性材料元件320的刺激量，以確保促動(dòng)器312并不會(huì)在不期望的時(shí)間促動(dòng)，即確保諸如機(jī)械設(shè)備310的振動(dòng)這樣的環(huán)境條件不會(huì)意外地促動(dòng)促動(dòng)器312。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠確定一旦預(yù)處理設(shè)備338已經(jīng)指示促動(dòng)器312處于第二狀態(tài)334，用于促動(dòng)器312的刺激是否應(yīng)該降低。促動(dòng)器312繼而保持預(yù)處理狀態(tài)直到接收到來自控制器318的促動(dòng)信號(hào)。一旦被控制器318促動(dòng)，促動(dòng)器312從預(yù)處理狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第三或促動(dòng)狀態(tài)336，且負(fù)荷物314運(yùn)動(dòng)到第三位置P3。替代地，促動(dòng)器312可以在返回到未促動(dòng)狀態(tài)332之前保持預(yù)處理狀態(tài)預(yù)定時(shí)間量。促動(dòng)器312于是可以周期性地重新預(yù)處理以確保機(jī)械系統(tǒng)310的一致的促動(dòng)，同時(shí)提供電源316的經(jīng)濟(jì)使用。參考圖10-12，預(yù)處理設(shè)備338被描述用于負(fù)荷物314。預(yù)處理設(shè)備338包括接觸開關(guān)340和輔助設(shè)備342。在所示的實(shí)施例中，輔助促動(dòng)器342包括彈簧346，其被布置為大致垂直于活性材料元件320?；钚圆牧显?20處于“弓弦”配置?；钚圆牧显?20是連接到連接器326的線，使得角度 形成在活性材料元件320和垂直于連接器326的線之間。彈簧346在一端被固定到靜態(tài)元件350，且在相對(duì)端被固定到支撐元件352。支撐元件352將彈簧346固定到主活性材料元件320。 控制器318開始刺激，譬如由能量源16提供的熱量或電壓或電流，以改變活性材料元件320的可變特性。流到活性材料元件320的該刺激被增大，直到活性材料元件320被加熱到足以使活性材料元件320收縮并移動(dòng)彈簧346預(yù)處理距離8的程度?；钚圆牧显?20導(dǎo)致的彈簧346跨預(yù)處理距離5的變形將導(dǎo)致負(fù)荷物314成比例的運(yùn)動(dòng)量，從第一位置P1運(yùn)動(dòng)到第二位置P2。在第一位置P1和第二位置P2之間的距離可以非常小以致可以被忽略不計(jì)。由此，在所示實(shí)施例中，第一位置P1和第二位置匕被指示為相同。已知形成在活性材料元件320和連接器326之間的角度 和促動(dòng)器312移動(dòng)到預(yù)處理位置P2的期望距離，預(yù)處理距離5可以使用下式計(jì)算
5=2 tan 0 (F^k1P12)-Fs
kP其中K1是負(fù)荷物314的彈簧應(yīng)變率，P12是P1和P2之間沿著負(fù)荷物314運(yùn)動(dòng)方向測量的距離，F(xiàn)1是當(dāng)促動(dòng)器處于未促動(dòng)位置時(shí)作用在活性材料元件320上的力，kP是預(yù)處理彈簧的彈簧應(yīng)變率，且Fs是當(dāng)促動(dòng)器312處于未促動(dòng)位置時(shí)作用在預(yù)處理彈簧346上的力。接觸開關(guān)340在彈簧346已經(jīng)移動(dòng)預(yù)處理距離S時(shí)發(fā)送信號(hào)到控制器318 (連接未示出)。第二狀態(tài)334與活性材料元件320的促動(dòng)開始相關(guān)聯(lián)。預(yù)處理距離5優(yōu)選地是活性材料元件320移動(dòng)負(fù)荷物314所需的總變形的最小部分。通過使用弓弦配置，作為彈簧346的變形的預(yù)處理距離8可以比活性材料元件320的變形更大。由此，由活性材料元件320導(dǎo)致的變形量(用于移動(dòng)彈簧預(yù)處理距離)被降低。由此，預(yù)處理促動(dòng)器312的活性材料320的變形與活性材料元件320移動(dòng)負(fù)荷物314的總變形相比被降低。可允許活性材料元件320的變形的小的誤差余地，以補(bǔ)償在促動(dòng)器312的運(yùn)行之外發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)例如導(dǎo)致活性材料元件320的微小變形的機(jī)械設(shè)備310的振動(dòng)。在負(fù)荷物314從未促動(dòng)位置Pl到位置P2的促動(dòng)運(yùn)動(dòng)中，流到活性材料元件320的電流可以被逐步升高直到彈簧346變形預(yù)處理距離5。由活性材料元件320導(dǎo)致的彈簧346的變形量將正比于彈簧346的強(qiáng)度。由此，預(yù)處理力Fp可以是活動(dòng)力Fm的預(yù)定部分。由于活性材料元件320和彈簧346的相對(duì)尺寸，預(yù)處理力Fp可以被選擇為計(jì)算的活動(dòng)力Fm的主要部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員將可以確定適當(dāng)?shù)念A(yù)處理力FP，繼而確定適當(dāng)?shù)膹椈?46的彈簧應(yīng)變率kP，以實(shí)現(xiàn)特定機(jī)械系統(tǒng)310的選定的預(yù)處理力FP。活性材料元件320在圖中被布置為“弓弦”配置，使得SMA元件320的長度的微小改變導(dǎo)致頂點(diǎn)即預(yù)處理設(shè)備338的橫向運(yùn)動(dòng)中的顯著改變?！肮摇迸渲玫膸缀螛?gòu)造需要連接器326處的水平運(yùn)動(dòng)伴隨有支撐構(gòu)件352處的大得多的垂直運(yùn)動(dòng)。給定SMA元件320的已知長度及在SMA元件320和連接器326之間的已知角度 ，連接器326處的水平運(yùn)動(dòng)和支撐元件352處的垂直運(yùn)動(dòng)可以被計(jì)算。SMA元件320在其頂點(diǎn)處承載構(gòu)件352。構(gòu)件352被約束以沿著橫向于SMA元件320的名義延伸方向的方向運(yùn)動(dòng)。SMA元件320沿垂直方向的運(yùn)動(dòng)通過連接在構(gòu)件352和地350之間的預(yù)處理彈簧346抵消。通過使得增加的電流i流動(dòng)通過SMA元件320，控制器318開始預(yù)處理過程。隨著SMA元件320上產(chǎn)生的力增大，SMA元件320在施加完全負(fù)荷到連接器326上之前變直。用于弓弦配置的設(shè)計(jì)參數(shù)，即角度( )、預(yù)處理彈簧346的剛度以及橫向距離8被選擇為使得在SMA元件320中產(chǎn)生的力足以克服預(yù)處理彈簧346的阻力并且使得弓弦配置的頂點(diǎn)變形預(yù)處理距離8 (在第二狀態(tài)334中觀察時(shí)(如圖11所示))，然后在SMA元件320上的負(fù)荷足以產(chǎn)生外部負(fù)荷物314的運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)。頂點(diǎn)通過預(yù)處理距離8的變形由輔助系統(tǒng)342檢測并標(biāo)識(shí)。變形發(fā)生時(shí)流動(dòng)通過SMA元件320的電流是預(yù)處理電流的第一估計(jì)值iP1。實(shí)際預(yù)處理電流iP可以以普遍或非線性的方式取決于預(yù)處理電流iP1的第一估計(jì)值。然而，通常系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為使得預(yù)處理電流iP等于預(yù)處理電流的第一估計(jì)值iP1。如前述實(shí)施例，該配置降低了確定預(yù)處理電流iP的計(jì)算負(fù)荷，同時(shí)仍提供可靠的iP的估計(jì)值。應(yīng)注意，弓弦配置的幾何構(gòu)造和預(yù)處理彈簧346的剛度已經(jīng)被選擇以確保由SMA元件320在第二狀態(tài)334產(chǎn)生的力小于產(chǎn)生外部負(fù)荷物314的運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)所需的力。此外，由于由弓弦配置產(chǎn)生的位移放大，SMA元件320在連接器326處的軸向運(yùn)動(dòng)小于SMA元件320在其頂點(diǎn)處的橫向運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)因素組合確保輸出負(fù)荷物314在系統(tǒng)310從第一狀態(tài)332轉(zhuǎn)變到第二狀態(tài)334期間，經(jīng)受非常小的運(yùn)動(dòng)(如果有的話)。如前述，通過保持電流在預(yù)處理電流iP，控制器318可以選擇保持系統(tǒng)310在預(yù)處理狀態(tài)(未示出)同時(shí)等待進(jìn)一步指示。弓弦配置的幾何構(gòu)造和預(yù)處理彈簧346的剛度還受到保持流動(dòng)通過320的電流i在固定水平iP的要求的影響，所述固定水平不產(chǎn)生危險(xiǎn)狀態(tài)或系統(tǒng)310的短期或長期性能的退化。如果，控制器318接收到移動(dòng)輸出負(fù)荷物314通過距離‘d’的指令同時(shí)系統(tǒng)310處于其預(yù)處理狀態(tài)，促動(dòng)器312僅必須增加流動(dòng)通過SMA元件320的電流到iM，使得由SMA元件320產(chǎn)生的相應(yīng)力足以克服對(duì)輸出314通過如第三狀態(tài)336中所示的d’的運(yùn)動(dòng)的任何阻力(圖12)。替代地，控制器318可以通過切斷流動(dòng)通過SMA元件320的電流而使系統(tǒng)310從預(yù)處理狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲创賱?dòng)狀態(tài)332。參考圖13-16，機(jī)械系統(tǒng)410包括用于施加原動(dòng)力Fm到聯(lián)接的負(fù)荷物414的促動(dòng)器412的第五實(shí)施例。促動(dòng)器412包括活性材料元件420，其至少部分地由活性材料制成， 譬如形狀記憶合金(SMA)或其它活性或“智能”材料，如上文更詳細(xì)的描述的。促動(dòng)器412可以由控制器418選擇性地促動(dòng)或供能以提供適當(dāng)?shù)脑瓌?dòng)力Fm。活性材料元件420為形狀記憶合金(SMA)，其在相對(duì)的端部被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件422和連接器426。連接器426可以如所示是剛性鏈接部或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其被設(shè)計(jì)以當(dāng)促動(dòng)器412被激勵(lì)或刺激時(shí)，確保促動(dòng)器412的頻率、運(yùn)動(dòng)和/或力放大足夠量。過載元件428可以被連接到活性材料元件420和靜態(tài)構(gòu)件422之間，以保護(hù)活性材料元件420不受在促動(dòng)器412的促動(dòng)期間可能發(fā)生的任何過載的損壞。此外，偏壓元件430可以以與活性材料元件420并聯(lián)的配置地被緊固或連接到靜態(tài)構(gòu)件422和連接器426。偏壓元件430可以施加偏壓力到負(fù)荷物414上以確保在促動(dòng)器412從促動(dòng)狀態(tài)436 (如圖15所示)返回到其未促動(dòng)狀態(tài)432(如圖13所示)時(shí)，負(fù)荷物414返回到第一位置P:。本實(shí)施例不同于上述那些實(shí)施例之處在于機(jī)械系統(tǒng)410具有專用于估計(jì)用于主促動(dòng)器412的適當(dāng)預(yù)處理電流iP的輔助系統(tǒng)442，即在負(fù)荷物414的任何實(shí)際運(yùn)動(dòng)之前檢測負(fù)荷物414運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)。輔助或預(yù)處理子系統(tǒng)442享有很多相同特征，例如SMA元件444、連接器454和可選地機(jī)械過載彈簧473。但是預(yù)處理子系統(tǒng)442沒有聯(lián)接到輸出負(fù)荷物414，相反在該子系統(tǒng)442中輔助SMA元件444工作對(duì)抗偏壓彈簧475以移動(dòng)連接器454 (到左偵牝如圖13-15所示)。預(yù)處理子系統(tǒng)442還具有位移檢測能力440，例如接觸開關(guān)、光斷續(xù)器等，其可以檢測連接器454的運(yùn)動(dòng)并特別地檢測連接器454通過預(yù)定位移閾值5的運(yùn)動(dòng)。 在主促動(dòng)器412中的SMA元件420和在預(yù)處理子系統(tǒng)442中的SMA元件444被串聯(lián)地電連接，使得當(dāng)預(yù)處理旁路開關(guān)474斷開時(shí)相同加熱電流iP流動(dòng)通過它們兩者。預(yù)處理子系統(tǒng)442被尺寸設(shè)置為使得在加熱電流值iP下輔助SMA元件444產(chǎn)生能夠移動(dòng)輔助連接器454通過預(yù)處理距離5的力Fa，該電流值iP小于在主SMA元件420中產(chǎn)生足以導(dǎo)致輸出負(fù)荷物414運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)的原動(dòng)力所需的加熱電流值iM。較小直徑的SMA促動(dòng)器線，通常比它們較大直徑的線產(chǎn)生較小的最大力。此外，較小直徑的線與較大直徑線相比在較低加熱電流幅度下產(chǎn)生它們的最大力。因此，一種適當(dāng)?shù)爻叽缭O(shè)置預(yù)處理子系統(tǒng)442的方法是用比主SMA元件420更小直徑的預(yù)處理SMA元件444,使得上述關(guān)系保持在輔助SMA元件444和主SMA元件420所需的電流和相應(yīng)產(chǎn)生的力之間。開始，系統(tǒng)410處于未促動(dòng)配置432，其中旁路開關(guān)474斷開。為了預(yù)處理主SMA元件420，控制器418以預(yù)定速率增加流動(dòng)通過SMA元件420和444兩者的電流i，直到預(yù)處理子系統(tǒng)442的輔助連接器454已經(jīng)移動(dòng)通過預(yù)處理距離S，如圖14所示。如上所述，在此時(shí)流動(dòng)通過SMA元件兩者的加熱電流為iP1,其為用于主SMA元件420的適當(dāng)?shù)念A(yù)處理電流iP的第一估計(jì)值。實(shí)際預(yù)處理電流iP可以以普遍或非線性的方式取決于第一估計(jì)值iP1。然而，通常，我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)為使得iP= iP1。如前述實(shí)施例，該配置降低了確定預(yù)處理電流iP的計(jì)算負(fù)荷，同時(shí)仍提供可靠的iP估計(jì)值。實(shí)際預(yù)處理配置可以不同于434所示，特別是如果iP幸iP1。預(yù)處理子系統(tǒng)442被設(shè)計(jì)為使得預(yù)處理電流iP較之主促動(dòng)電流iM足夠小，使得當(dāng)系統(tǒng)410從未促動(dòng)配置432轉(zhuǎn)變到第二狀態(tài)434 (如圖14所示)時(shí)，存在負(fù)荷物414的很小運(yùn)動(dòng)或沒有運(yùn)動(dòng)。換句話說，輸出負(fù)荷物414的位置P2，如圖13-15所示，大致等于第一位置P:。一旦預(yù)處理電流iP已經(jīng)被確定,不再需要預(yù)處理子系統(tǒng)442中的SMA元件444保持激活。因此，控制器418閉合開關(guān)474，這導(dǎo)致加熱電流繞過預(yù)處理子系統(tǒng)442。預(yù)處理子系統(tǒng)442隨后返回到未促動(dòng)配置432，如圖13所示。現(xiàn)在，控制器418可以通過使iP通過SMA元件420而保持主促動(dòng)器412在預(yù)處理狀態(tài)。注意到，在電路中由于旁路開關(guān)474的閉合導(dǎo)致的改變將需要控制器418調(diào)整功率設(shè)定以保持流動(dòng)通過主SMA元件420的電流處于水平iP?？刂破?18保持主促動(dòng)器412在預(yù)處理狀態(tài)，直到需要系統(tǒng)轉(zhuǎn)變到其完全促動(dòng)狀態(tài)436。替代地，如果遭遇到前述一個(gè)或多個(gè)條件，控制器418可以將促動(dòng)器412轉(zhuǎn)變回到其未促動(dòng)狀態(tài)432。為了將促動(dòng)器412從預(yù)處理狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆賱?dòng)狀態(tài)436，控制器418將流動(dòng)通過主SMA元件420的電流從預(yù)處理電流iP增加到活動(dòng)電流iM，同時(shí)保持開關(guān)474閉合。這使得主SMA元件420產(chǎn)生將輸出負(fù)荷物414移動(dòng)通過預(yù)定距離‘d’的原動(dòng)力Fm。為了將促動(dòng)器412從預(yù)處理或完全促動(dòng)狀態(tài)436返回到未促動(dòng)狀態(tài)432，控制器418降低流動(dòng)通過SMA元件420的電流到零，并斷開開關(guān)474。實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于主促動(dòng)器412的尺寸、封裝和位置的尺寸設(shè)置、封裝和位置設(shè)置的預(yù)處理子系統(tǒng)442的能力提供了額外的設(shè)計(jì)自由度。在一些應(yīng)用中，特別是那些需要輸出負(fù)荷物414頻繁地循環(huán)運(yùn)動(dòng)的情形，具有旁路開關(guān)474是有利的，該旁路開關(guān)具有有限和可能的熱補(bǔ)償電阻，而不是閉合開關(guān)或繼電器通常具有的非常低的值。這確保在預(yù)處理子系統(tǒng)442中的輔助SMA元件444還保持溫暖由此降低在使用上述方法確定預(yù)處理電流iP時(shí)意外促動(dòng)主負(fù)荷物414的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)主SMA 元件420仍由于之前的操作而暖和,而預(yù)處理子系統(tǒng)442的輔助SMA元件444已經(jīng)顯著冷卻。盡管，在通常條件下，這應(yīng)該不是必須的，其中對(duì)于任何給定的間歇或連續(xù)使用期適當(dāng)?shù)念A(yù)處理電流iP的確定僅進(jìn)行一次。 替代地,流動(dòng)通過預(yù)處理SMA元件444的電流可以正比于流動(dòng)通過主SMA元件420的電流，而不是在第二狀態(tài)434達(dá)到之前相同的電流流動(dòng)通過兩SMA元件412和444。作為示例，分流器可以被使用以設(shè)定流動(dòng)通過預(yù)處理子系統(tǒng)442中的SMA元件444的電流為流動(dòng)通過主SMA元件420的電流的固定倍數(shù)。這實(shí)現(xiàn)了主促動(dòng)器412和預(yù)處理子系統(tǒng)442的進(jìn)一步物理去耦，并且提供了用于優(yōu)化系統(tǒng)410的更多機(jī)會(huì)。為了促動(dòng)促動(dòng)器412，控制器418可以發(fā)送足夠刺激，即電流，以增加活性材料元件420的實(shí)質(zhì)或全部量到特征溫度之上，由此產(chǎn)生活動(dòng)力Fm。環(huán)境中的變化可以導(dǎo)致輔助活性材料元件444的收縮預(yù)處理距離8的時(shí)間變化。這些相同的條件將對(duì)于主輔助活性材料元件444發(fā)生。由此，發(fā)生以抵達(dá)輔助力Fa和收縮輔助活性材料元件444的時(shí)間變化將大致與主活性材料元件420發(fā)生的變化相同。這樣，預(yù)處理設(shè)備438接近負(fù)荷物414的運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)，且通過預(yù)處理促動(dòng)器412和保持機(jī)械系統(tǒng)410的恒定促動(dòng)時(shí)間機(jī)械系統(tǒng)410的響應(yīng)可以被定制以匹配當(dāng)前條件。參考圖16，用于圖13-15的控制電路460的示意圖被示出?？刂齐娐?60使用定位為鄰近機(jī)械系統(tǒng)10并彼此間隔開的檢測器462和發(fā)射器464。檢測器462和發(fā)射器464被用于圖13-15所示的接觸開關(guān)440的位置。機(jī)械系統(tǒng)410被示出處于未促動(dòng)位置P1。促動(dòng)器412和輔助設(shè)備442被彼此并聯(lián)地連接到控制器418。輔助負(fù)荷物454在檢測器462和發(fā)射器464之間被附接到輔助活性材料元件444，且主負(fù)荷物414被附接到主活性材料元件420。在所示未促動(dòng)狀態(tài)，輔助負(fù)荷物454定位在檢測器462和發(fā)射器464之間，以阻擋來自發(fā)射器464的信號(hào)抵達(dá)檢測器462。控制器418施加逐漸增大的刺激到主活性材料元件420和輔助活性材料元件444。例如，控制器418可施加低占空比的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)到主活性材料元件420和輔助活性材料元件444。占空比可以逐漸增大，直到輔助SMA件444開始收縮。當(dāng)充分的刺激被提供(即PWM信號(hào)的占空比已經(jīng)充分增加)，輔助活性材料元件444收縮，并且輔助負(fù)荷物454從檢測器462和發(fā)射器464之間移走。檢測器463現(xiàn)在可以接收到來自發(fā)射器464的第一信號(hào)，其導(dǎo)致第二信號(hào)被發(fā)送到控制器418以記錄施加的刺激的水平。這是預(yù)處理電流的第一估計(jì)值iP1。當(dāng)?shù)谝还烙?jì)預(yù)處理電流iP1被記錄時(shí)，控制器418停止發(fā)送電流到輔助活性材料元件444?？刂破?18然后如前所述獲得預(yù)處理電流水平iP，并且保持該電流通過主促動(dòng)器412直到它被促動(dòng)或返回到未促動(dòng)狀態(tài)432。為了促動(dòng)促動(dòng)器412，控制器418于是發(fā)送活動(dòng)電流iM到主活性材料元件420。除了促動(dòng)設(shè)備410，主活性材料元件420移動(dòng)負(fù)荷物414直到它定位在檢測器462和發(fā)射器464之間。隨著主活性材料元件420收縮，支撐件470繞樞軸472旋轉(zhuǎn)允許負(fù)荷物414平移直到發(fā)射器464和接收器462之間的信號(hào)再次被中斷。檢測器462于是發(fā)送第三信號(hào)到控制器418，指示機(jī)械系統(tǒng)410已經(jīng)促動(dòng)。替代地，如果系統(tǒng)處于預(yù)處理狀態(tài)很長時(shí)間，輔助活性材料元件444可以膨脹(即冷卻，由于它不再接收刺激)。膨脹的輔助活性材料元件444將使得輔助負(fù)荷物454中斷來自發(fā)射器464的第一信號(hào)。如前，中斷來自發(fā)射器464的第一信號(hào)導(dǎo)致檢測器462發(fā)送第三信號(hào)到控制器418以重置系統(tǒng)。這可能需要在促動(dòng)器412被促動(dòng)之前重復(fù)。每次第一信號(hào)被中斷時(shí)，占空比被控制器418記錄。由輔助SMA元件444施加的最大有用力與由SMA元件420施加的力成已知比例。這由控制器418考慮。例如，如果輔助SMA元件444取用促動(dòng)主SMA元件420的功率的一半來激活，只要相同的電壓被施加，提供活動(dòng)電流iM的占空比是預(yù)處理電流iP的占空比的 一倍。替代地，輔助SMA元件444上的輔助負(fù)荷物454和輔助SMA元件444的比如尺寸、長度、彈簧剛度等為使得輔助SMA元件444移動(dòng)所處的電流是用于主SMA元件420和負(fù)荷物414的適當(dāng)預(yù)處理電流iP。電流反饋電阻器454被附接到輔助活性材料元件444和主活性材料元件420的接地側(cè)。機(jī)械系統(tǒng)10，110，210，310，410可以和機(jī)動(dòng)車輛中的促動(dòng)器12，112，212，312，412
一起使用，所述促動(dòng)器例如，座位調(diào)整促動(dòng)器、車輛鎖定促動(dòng)器、窗戶開合促動(dòng)器等。雖然用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式已經(jīng)被詳細(xì)描述，與本發(fā)明相關(guān)的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的執(zhí)行本發(fā)明的各種替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于預(yù)處理促動(dòng)器以賦予機(jī)械系統(tǒng)中的負(fù)荷物期望運(yùn)動(dòng)的方法，該方法包括 施加逐步增大的第一刺激到促動(dòng)器的活性材料元件，以改變可變特性直到預(yù)處理設(shè)備檢測到該促動(dòng)器促動(dòng)的啟動(dòng)； 基于在該促動(dòng)器的促動(dòng)啟動(dòng)處的第一刺激確定預(yù)處理刺激水平；以及施加第二刺激到該促動(dòng)器的活性材料元件，以改變可變特性直到該促動(dòng)器的原動(dòng)力被達(dá)到，以由此賦予該負(fù)荷物期望的運(yùn)動(dòng)， 其中所述負(fù)荷物在適當(dāng)預(yù)處理刺激水平的確定期間從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置，其中系統(tǒng)保持在對(duì)應(yīng)于被預(yù)處理的促動(dòng)器的狀態(tài)，直到促動(dòng)器移動(dòng)到第三狀態(tài)和第一狀態(tài)中的一個(gè)；且其中所述負(fù)荷物在所述促動(dòng)器的促動(dòng)期間移動(dòng)到第三位置。
2.用于選擇性地移動(dòng)負(fù)荷物一活動(dòng)距離的機(jī)械系統(tǒng)，該機(jī)械系統(tǒng)包括 促動(dòng)器，可操作為施加力到負(fù)荷物，該促動(dòng)器包括具有可變特性的第一活性材料元件; 控制器，連接到所述促動(dòng)器，且可操作以確定將所述促動(dòng)器從第一狀態(tài)移動(dòng)到第二狀態(tài)的預(yù)處理刺激水平，該第二狀態(tài)與檢測所述促動(dòng)器的促動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)； 其中所述控制器可操作以發(fā)送預(yù)處理刺激水平到所述促動(dòng)器以將促動(dòng)器移動(dòng)到預(yù)處理狀態(tài)； 其中所述控制器可操作以發(fā)送第二刺激到所述促動(dòng)器以將所述促動(dòng)器移動(dòng)到第三狀態(tài)，使得所述促動(dòng)器施加力到所述負(fù)荷物以將所述負(fù)荷物移動(dòng)所述活動(dòng)距離；以及 其中所述促動(dòng)器包括預(yù)處理設(shè)備，其可操作用于確定第一活性材料元件的促動(dòng)啟動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械系統(tǒng)，其中所述預(yù)處理設(shè)備包括檢測活性材料元件上的力和活性材料元件的位移中的一種的元件。
4.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械系統(tǒng)，其中當(dāng)所述促動(dòng)器處于第一狀態(tài)時(shí)所述負(fù)荷物處于第一位置，當(dāng)所述促動(dòng)器處于第二狀態(tài)時(shí)所述負(fù)荷物處于第二位置，當(dāng)所述促動(dòng)器處于第三狀態(tài)時(shí)所述負(fù)荷物處于第三位置，且其中在第一位置和第二位置之間的距離等于預(yù)定的預(yù)處理距離。
5.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械系統(tǒng)，其中在預(yù)處理刺激水平的確定期間用于移動(dòng)所述促動(dòng)器的第一活性材料元件的變形等于用于移動(dòng)所述負(fù)荷物該活動(dòng)距離的第一活性材料元件的總變形的最小部分。
6.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械系統(tǒng)，其中當(dāng)所述促動(dòng)器處于第一狀態(tài)和當(dāng)所述促動(dòng)器處于第二狀態(tài)時(shí)，所述負(fù)荷物處于相同位置。
7.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械系統(tǒng)，其中所述預(yù)處理設(shè)備包括輔助活性材料元件。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)械系統(tǒng)，其中所述預(yù)處理設(shè)備確定何時(shí)所述輔助活性材料元件已經(jīng)變形預(yù)處理距離，以由此確定第一活性材料元件已經(jīng)到達(dá)估計(jì)用于第一活性材料元件的適當(dāng)預(yù)處理刺激的刺激水平。
9.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械系統(tǒng)，其中第一活性材料元件的第一端被連接到輸出負(fù)荷物，第一活性材料元件的第二相對(duì)端被錨定到結(jié)構(gòu)支撐件，且預(yù)處理彈簧被連接到第一活性材料元件，在它們之間形成弓弦配置。
10.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械系統(tǒng)，還包括 連接器，所述負(fù)荷物固定到其上；彈簧，連接到所述連接器和第一活性材料元件，使得所述彈簧與第一活性材料元件串聯(lián)布置，以允許第一活性材料元件相對(duì)于所述連接器的運(yùn)動(dòng)；以及 鎖定設(shè)備，支撐在所述連接器上，且其中所述鎖定設(shè)備選擇性地阻止第一活性材料元件的運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
用于選擇性地移動(dòng)負(fù)荷物一活動(dòng)距離的機(jī)械系統(tǒng)，該機(jī)械系統(tǒng)包括促動(dòng)器，其可操作以施加力到負(fù)荷物。該促動(dòng)器包括具有可變特性的活性材料元件。控制器連接到促動(dòng)器，且可操作以發(fā)送第一刺激到促動(dòng)器，以將促動(dòng)器從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第二狀態(tài)。該第二狀態(tài)與檢測促動(dòng)器的促動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)?？刂破骺刹僮饕园l(fā)送預(yù)處理刺激水平到促動(dòng)器以將其轉(zhuǎn)變到預(yù)處理狀態(tài)。促動(dòng)器包括預(yù)處理設(shè)備，其可操作以確定第一活性材料元件的促動(dòng)啟動(dòng)。
文檔編號(hào)F03G7/06GK102678495SQ201210070899
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者N.D.曼凱姆, N.W.平托四世, R.J.斯庫基斯 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司