双稳态致动器装置制造方法及图纸

一种致动器装置，其包括人造肌肉纤维的第一致动区段，其中所述第一致动区段的一端连接到第一端子并且所述第一致动区段的另一端连接到第二端子。所述装置还包括人造肌肉纤维的第二致动区段，其中所述第二致动区段的一端连接到第三端子并且所述第二致动区段的另一端连接到第四端子。所述装置还包括：桨叶，所述桨叶布置在所述第一致动区段和所述第二致动区段两者上；和加热器件(provision)，所述加热器件布置在所述第一致动区段和所述第二致动区段上。所述加热器件独立地提供呈热形式的能量到所述第一致动区段和所述第二致动区段，并且所述致动器装置通过启用所述第一致动区段和所述第二区段来将所述桨叶移动到所需位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双稳态致动器装置相关申请的交叉引用本申请根据美国法典第35卷第119条第(e)项要求2016年4月29日提交的美国临时申请号62/329,803和2016年6月14日提交的美国临时申请号62/350,113的优先权，所述申请均以全文引用方式并入本文。专利技术背景基于捻合(twisted)聚合物和碳纳米管(CNT)纤维和纱线的热驱动式扭转致动器本质上是单稳态的，因此很不便利。换句话说，致动器可能需要连续的能量供应以保持启用状态。例如，如果此类致动器不利用致动器周围环境中的任何温度变化，那么可能需要连续的热能供应才能将致动器的温度保持为足以保持启用。此类能量可以电气方式、以化学方式或甚至以光子方式供应。可将诸如闩锁和棘轮的机械机构添加到此类热驱动式扭转致动器中，以便将致动器锁定在启用位置；但是，添加此类机构可能会增大致动器的机械复杂性。专利技术概述在一个方面中，本专利技术的实施方案涉及一种致动器装置，其包括人造肌肉纤维的第一致动区段，其中所述第一致动区段的一端连接到第一端子并且所述第一致动区段的另一端连接到第二端子。所述装置还包括人造肌肉纤维的第二致动区段，其中所述第二致动区段的一端连接到第三端子并且所述第二致动区段的另一端连接到第四端子。所述装置还包括：桨叶，所述桨叶布置在所述第一致动区段和所述第二致动区段两者上；和加热器件(provision)，所述加热器件布置在所述第一致动区段和所述第二致动区段上。所述加热器件独立地提供呈热形式的能量到所述第一致动区段和所述第二致动区段，并且所述致动器装置通过启用所述第一致动区段和所述第二区段来将所述桨叶移动到所需位置。在另一个方面中，本专利技术的实施方案涉及一种用于制造致动器装置的方法，所述方法包括捻合包括纤维和致动纱线客体的人造肌肉纤维，所述致动纱线客体可操作用于经受由变化过程造成的体积变化。所述方法还包括通过使致动器材料热退火来使人造肌肉纤维硬化，以及将人造肌肉纤维切割成第一致动区段和第二致动区段。第一致动区段的一端固定到第一端子并且另一端固定到第二端子，同时第二致动区段的一端固定到第三端子并且另一端固定到第四端子。桨叶布置在所述第一致动区段和所述第二致动区段两者上并且加热器件也布置在所述第一致动区段和所述第二致动区段上。所述加热器件独立地提供呈热形式的能量到所述第一致动区段和所述第二致动区段。所述致动器装置通过使用所述加热器件启用所述第一致动区段或所述第二致动区段来将所述桨叶旋转到所需位置。在运作期间，致动器通过启用第一致动区段中的第一致动能量，停用到第一致动区段的致动能量并且启用到第二致动区段的第二致动能量来将负荷移动到所需位置。所需的致动能量的量取决于所使用的材料和环境条件。本方明的其他方面和优势通过以下描述和附加权利要求书而变得显而易知。附图简述图1A-1E为根据本专利技术的一个或多个实施方案的示意图。图2为根据本专利技术的一个或多个实施方案的流程图。图3为根据本专利技术的一个或多个实施方案的曲线图。图4为根据本专利技术的一个或多个实施方案的示意图。图5为根据本专利技术的一个或多个实施方案的示意图。图6为根据本专利技术的一个或多个实施方案的示意图。图7为根据本专利技术的一个或多个实施方案的曲线图。图8为根据本专利技术的一个或多个实施方案的示意图。图9为根据本专利技术的一个或多个实施方案的示意图。详述现在将参考附图详细地描述本专利技术的实施方案。为了一致性，各个图中类似的元件可由类似的参考号表示。另外，在以下对本专利技术的实施方案的详细描述中，阐述了许多具体细节，以帮助更深入地理解要求保护的主题。但是，本领域的普通技术人员应明白，本文中公开的实施方案可在不使用这些具体细节的情况下加以实践。在其他情况下，没有详细描述众所周知的特征部，以避免不必要地使说明书变得复杂。一般来讲，本专利技术的实施方案涉及一种致动器装置和一种制造所述致动器装置的方法。具体来说，本专利技术的实施方案涉及一种致动器几何结构和启用顺序，其允许基于单个捻合纤维的扭转致动器是双稳态的，即，在至少两个不同位置中稳定。双稳态致动器的一个或多个实施方案可不需要任何附加机械部件。另外，双稳态致动器的一个或多个实施方案可不受环境温度的变化影响。基于捻合纤维和纳米纤维的热驱动式扭转/拉伸致动器缺乏针对启用位置的闩锁机构。换句话说，此类致动器需要能量才可保持启用。迄今为止，热驱动式捻合/盘绕致动器的实施例都是单稳态的(仅在停用状态下稳定)。本专利技术的实施方案包括如2015年1月30日提交的美国专利申请号14/610,905中所述的致动材料，所述申请的内容以全文引用方式并入本文。本专利技术的一个或多个实施方案的简单设计可以实现可附接到刚性或柔性基底的复杂阵列的制造。另外，与美国专利申请号14/610,905中所公开的实施方案相反，本专利技术的实施方案涉及一种双稳态致动器组件，所述双稳态致动器组件不需要连续的能量供应即可维持启用。本专利技术的实施方案包括致动器材料或人造肌肉，包括捻纺(twist-spun)纳米纤维纱线和捻合聚合物纤维，它们以电气方式、以光子方式、以热学方式、以化学方式、通过吸收或通过其他手段提供动力时生成扭转和/或拉伸致动。本专利技术的实施方案包括致动器，所述致动器利用非盘绕或盘绕纱线或聚合物纤维并且可为纯净的或包括客体。“人造肌肉纤维”一词在本文中一般情况下用于描述纳米纤维纱线和捻合聚合物纤维、或执行致动的纳米纤维纱线和捻合聚合物纤维的集合(束)。本专利技术的一个或多个实施方案可通过在纱线中并入固体客体材料以生成产生拉伸和扭转致动的体积变化，消除对电解质、某些对电极和/或特殊包装的需要。如本文中所使用，“拉伸致动”一词表示致动器在长度方向上的致动，不管致动器在致动步骤期间在长度方向上是伸长还是收缩。例如，在混合纳米管致动器中，捻纺纳米管可将致动客体限制为固体和熔融状态，并且提供机械强度和螺旋状几何结构，从而实现扭转致动和增强的拉伸致动。纱线致动器结构可进行工程化，以便最大化扭转或拉伸致动。根据本专利技术的一个或多个实施方案，可逆致动可以电气方式、以光子方式或以化学方式提供动力。在本专利技术的一个或多个实施方案中，可提供循环寿命长、行程长(large-stroke)并且速率高的扭转和拉伸致动器，所述致动器：展示作为致动元件的纯净或混合捻纺纳米管纱线；不需要电解质或对电极并且在低电压下运作；可以电气方式、以化学方式并且以光子方式提供动力；并且/或者在其他高工作能力的致动器都无法正常工作的极端温度下提升重负荷时提供7.3％的拉伸收缩。本专利技术的实施方案可为以电化学方式加热到白炽温度的纯净捻纺纳米管纱线提供扭转和拉伸致动。在一个或多个实施方案中，可使用复杂的盘绕纤维几何结构提高致动器性能。在一些实施方案中，可使用石蜡作为碳纳米管纱线中的原型客体，因为石蜡热稳定性高，转变宽度和温度具有可调谐性，与相转变和热膨胀相关联的体积变化大并且它们能够润湿碳纳米管。在本专利技术的一个或多个实施方案中，可将加捻(twistinsenion)和任选的纤维盘绕应用到普通聚合物纤维，例如，用于钓鱼线和缝纫线的高强度聚乙烯和尼龙，以获得提供扭转致动、拉伸致动或其组合的高性能致动器。在一些实施方案中，可消除对电解质、对电极和特殊包装的需要，因为致动不需要电化学过程，并且捻合且盘绕的聚合物纤维的可逆致动可以电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种致动器装置，其包括：捻纺人造肌肉纤维的第一致动区段，其中所述第一致动区段的一端连接到第一端子并且所述第一致动区段的另一端连接到第二端子；捻纺人造肌肉纤维的第二致动区段，其中所述第二致动区段的一端连接到第三端子并且所述第二致动区段的另一端连接到第四端子；桨叶，所述桨叶布置在所述第一致动区段和所述第二致动区段上；加热器件，所述加热器件连接到所述第一致动区段和所述第二致动区段，其中所述加热器件独立地提供呈热形式的能量到所述第一致动区段和所述第二致动区段，其中所述致动器装置通过致动所述第一致动区段或所述第二致动区段来将所述桨叶移动到所需位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.29 US 62/329,803;2016.06.14 US 62/350,1131.一种致动器装置，其包括：捻纺人造肌肉纤维的第一致动区段，其中所述第一致动区段的一端连接到第一端子并且所述第一致动区段的另一端连接到第二端子；捻纺人造肌肉纤维的第二致动区段，其中所述第二致动区段的一端连接到第三端子并且所述第二致动区段的另一端连接到第四端子；桨叶，所述桨叶布置在所述第一致动区段和所述第二致动区段上；加热器件，所述加热器件连接到所述第一致动区段和所述第二致动区段，其中所述加热器件独立地提供呈热形式的能量到所述第一致动区段和所述第二致动区段，其中所述致动器装置通过致动所述第一致动区段或所述第二致动区段来将所述桨叶移动到所需位置。2.如权利要求1所述的装置，其还包括：其中所述第一致动区段和所述第二致动区段被线性布置，并且所述第二端子和所述第三端子电气连接。3.如权利要求2所述的装置，其还包括：至少一个导向轴承，所述导向轴承布置在所述桨叶上。4.如权利要求2所述的装置，其还包括：传感器设备，所述传感器设备检测所述桨叶的角位置。5.如权利要求1所述的装置，其还包括：电气止动件，其中所述电气止动件在电气连接之后阻止所述桨叶的旋转。6.如权利要求1所述的装置，其还包括：机械止动件，其中所述机械止动件阻止所述桨叶的旋转。7.如权利要求1所述的装置，其中所述桨叶包括平面表面，所述平面表面定向成平行于所述致动装置的旋转轴。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔西奥·迪亚斯·利马，路易斯·普拉塔，杨阳，
申请(专利权)人：琳得科美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US