CN103035427A - 可重构的双稳态装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可重构的双稳态装置，其包括侧向地设置在一个或多个安装部件之间并且连接到一个或多个安装部件的弹性可变形的板，所述一个或多个安装部件直接或间接地连接到所述板的相对端，所述板保持在沿着所述相对端之间延伸的至少一个向量的压缩力之下。该压缩力使板变形为两个稳定的变形位置中的一个，该装置被设置为使得，通过对板的两个相对面中的一个施加手动力而可以使板在两个稳定的变形位置的每一个之间移动。第一形状记忆合金（SMA）或压电致动器部件连接到板上，所述致动器部件能够使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个。

Description

可重构的双稳态装置
技术领域
本发明的示例性实施例涉及可变形的双稳态装置，且更具体地涉及可用于用户输入应用的可重构的双稳态装置。
背景技术
用户输入装置（诸如按压按钮）在很多装置中经常使用。计算机、电话、和车辆控制板仅是需要某种用户输入的各种应用中的一些。很多这种用户输入装置是简单开关的形式，其中，激励开关将发送与分配给用户输入装置的功能相对应的电信号。这种开关典型地在除了被致动动作期间之外的所有时间保持固定的位置。例如，开关的默认位置可以是“在外”位置。下压开关到“在内”位置闭合或打开电路中的机电微开关，将电信号发送给控制器。在开关被释放之后，其返回至“在外”位置，直到其被再次下压。这种开关通常用于开关的致动将总是具有相同的效果的按压按钮应用，例如，计算机键盘等。
可以使用其它开关，例如，将装置在两个不同状态（诸如开启和关闭）之间拨动。例如，车辆后窗除霜器控制开关可以被下压一次以便将除霜器电路打开，然后被下压第二次以便将除霜器电路关闭。对于这种开关，经常希望对用户提供关于装置的状态的视觉或触觉提示。如果仅需要视觉提示，则可以使用背光指示器。然而，提供触觉提示可能更为困难。在装置将不确定地保持开启直到被用户关闭（例如，通过再次下压开关）的情况下，简单的机械保持机构可用来在开关被下压一次以激励装置之后将其保持在“在内”位置，然后当开关被再次下压时将开关释放回到其“在外”位置。这种保持机构是熟知的，诸如在可缩回的圆珠笔上通常看到的。然而，如果装置的操作状态可以通过除了操作员致动之外的输入来改变，诸如由控制器基于经过的时间、或温度、或多个其它参数中的任意一个来改变，则简单的机械保持装置不适于提供装置的操作状态的视觉和触觉提示。机电和/或电磁装置（诸如螺线管）可以被用来基于来自控制器的系统输入重新定位开关。然而，这样的装置可能是不可靠的、重的、制造昂贵，和/或具有过度的空间要求，并且它们在能够被重新定位到的不同位置的数量方面有限制。因此，仍然需要能够被可控地重构到不同位置的装置。
发明内容
在一个示例性实施例中，一种可重构的双稳态装置包括侧向地设置在一个或多个安装部件之间并且连接到一个或多个安装部件的弹性可变形的板，所述一个或多个安装部件直接或间接地连接到所述板的相对端，所述板保持在沿着所述相对端之间延伸的至少一个向量的压缩力之下。该压缩力使板变形为两个稳定的变形位置中的一个，该装置被设置为使得，通过对板的两个相对面中的一个施加手动力而可以使板在两个稳定的变形位置的每一个之间移动。第一形状记忆合金（SMA）或压电致动器部件连接到板上，所述致动器部件能够使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个。
在另一示例性实施例中，一种操作双稳态装置的方法，所述双稳态装置包括侧向地设置在一个或多个安装部件之间并且连接到所述一个或多个安装部件的弹性可变形的板，所述一个或多个安装部件直接或间接地连接到所述板的相对端，所述板保持在沿着所述相对端之间延伸的至少一个向量的压缩力之下，所述压缩力使所述板变形到两个稳定的变形位置中的一个，还包括连接到所述板的第一SMA或压电致动器部件。该方法包括将热量或电流施加到所述第一SMA，或者将电场施加到所述压电致动器部件，使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个。在又一示例性实施例中，该方法可选地包括对所述板施加手动力，将所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个。
此外，本发明还涉及以下技术方案。
1. 一种可重构的双稳态装置，包括：
侧向地设置在一个或多个安装部件之间并且连接到所述一个或多个安装部件的弹性可变形的板，所述一个或多个安装部件直接或间接地连接到所述板的相对端，所述板保持在沿着所述相对端之间延伸的至少一个向量的压缩力之下，所述压缩力使所述板变形到两个稳定的变形位置中的一个；
所述装置被设置成使得，通过在所述板的两个相对的面中的一个上施加手动力而将所述板在所述两个稳定的变形位置的每一个之间移动；以及
连接到所述板的面上的第一形状记忆合金致动器部件或压电致动器部件，所述致动器部件能够使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个。
2. 如技术方案1所述的装置，其中，还包括连接到所述板的面上的第二形状记忆合金致动器部件或压电致动器部件，所述第二致动器部件能够使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个。
3. 如技术方案1所述的装置，其中，还包括连接到所述板的面上的多个形状记忆合金致动器部件或压电致动器部件，所述多个致动器部件能够使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个。
4. 如技术方案1所述的装置，其中，所述板的所述相对端位于固定的位置。
5. 如技术方案1所述的装置，其中，还包括弹性部件，所述弹性部件设置在所述板的两个相对端中的一个和安装部件之间并且连接所述板的两个相对端中的一个和安装部件，或者所述弹性部件设置在能够彼此相对移动的两个安装部件之间并且连接该两个安装部件，所述弹性部件施加压缩力，使所述板变形到所述两个稳定的变形位置中的一个。
6. 如技术方案5所述的装置，其中，所述弹性部件包括形状记忆合金。
7. 如技术方案1所述的装置，其中，还包括弹性部件，所述弹性部件设置在所述板的两个相对端中的一个和安装部件之间并且连接所述板的两个相对端中的一个和安装部件，或者所述弹性部件设置在能够彼此相对移动的两个安装部件之间并且连接该两个安装部件，所述弹性部件施加压缩力，使所述板变形到所述两个稳定的变形位置中的一个。
8. 如技术方案7所述的装置，其中，所述弹性部件包括形状记忆合金。
9. 如技术方案1所述的装置，还包括弹性部件，所述弹性部件设置在所述板的面和固定部件之间并且连接所述板的面和固定部件，所述弹性部件对所述板施加力，促使所述板从所述两个稳定的变形位置中的一个向着所述两个稳定的变形位置中的另一个移动，或者向着所述第一和第二稳定的变形位置之间的不稳定位置移动。
10. 如技术方案1所述的装置，其中，所述第一致动器是形状记忆合金致动器。
11. 如技术方案2所述的装置，其中，所述第一和第二致动器是形状记忆合金致动器。
12. 如技术方案1所述的装置，其中，所述第一致动器是压电致动器。
13. 如技术方案2所述的装置，其中，所述第一致动器和第二致动器是压电致动器。
14. 如技术方案1所述的装置，还包括设置在所述板附近的电开关或传感器，所述电开关或传感器构造成当所述板从所述第一和第二稳定的变形位置中的一个移动到所述第一和第二稳定的变形位置中的另一个时产生或中断电信号。
15. 如技术方案1所述的装置，还包括控制器，所述控制器构造成当预先确定的情况或一组情况发生时致动所述第一形状记忆合金或压电致动器部件，使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个。
16. 如技术方案2所述的装置，还包括控制器，所述控制器构造成：如果所述板还没有被手动地从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个，则当预先确定的情况或一组情况发生时致动所述第一形状记忆合金或压电致动器部件，使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个，并且当预先确定的情况或一组情况发生时，致动所述第二形状记忆合金或压电致动器部件，使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个。
17. 一种操作双稳态装置的方法，所述双稳态装置包括侧向地设置在一个或多个安装部件之间并且连接到所述一个或多个安装部件的弹性可变形的板，所述一个或多个安装部件直接或间接地连接到所述板的相对端，所述板保持在沿着所述相对端之间延伸的至少一个向量的压缩力之下，所述压缩力使所述板变形到两个稳定的变形位置中的一个，还包括连接到所述板的第一形状记忆合金或压电致动器部件，所述方法包括：
将热量或电流施加到所述第一形状记忆合金，或者将电场施加到所述压电致动器部件，使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个。
18. 如技术方案17所述的方法，还包括对所述板施加手动力，将所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个。
19. 如技术方案17所述的方法，其中，当预先确定的情况或一组情况发生时，电流被施加到所述形状记忆合金或压电致动器。
20. 如技术方案17所述的方法，其中，所述装置还包括第三形状记忆合金部件，所述第三形状记忆合金部件设置在所述板的两个相对端中的一个和安装部件之间并且连接所述板的两个相对端中的一个和安装部件，或者所述第三形状记忆合金部件设置在能够彼此相对移动的两个安装部件之间并且连接该两个安装部件，所述方法还包括对所述第三形状记忆合金部件施加热量或电流，从而改变手动地或由所述第一形状记忆合金或压电致动器所施加的力的量，使得所述板在所述稳定位置之间移动。
21. 一种操作双稳态装置的方法，所述双稳态装置包括侧向地设置在一个或多个安装部件之间并且连接到所述一个或多个安装部件的弹性可变形的板，所述一个或多个安装部件直接或间接地连接到所述板的相对端，所述板保持在沿着所述相对端之间延伸的至少一个向量的压缩力之下，所述压缩力使所述板变形到两个稳定的变形位置中的一个，还包括连接到所述板的第一形状记忆合金或压电致动器部件以及连接到所述板的第二形状记忆合金或压电致动器部件，所述方法包括以下步骤，这些步骤的顺序是任意的：
将热量或电流施加到所述第一形状记忆合金，或者将电场施加到所述压电致动器部件，使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个；
可选地对所述板施加手动力，将所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个；以及
如果所述板还没有被手动地从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个，则当预先确定的情况或一组情况发生时，将热量或电流施加到所述第二形状记忆合金或将电场施加到所述压电致动器部件，将所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个。
22. 如技术方案21所述的方法，其中，所述装置还包括第三形状记忆合金部件，所述第三形状记忆合金部件设置在所述板的两个相对端中的一个和安装部件之间并且连接所述板的两个相对端中的一个和安装部件，或者所述第三形状记忆合金部件设置在能够彼此相对移动的两个安装部件之间并且连接该两个安装部件，所述方法还包括对所述第三形状记忆合金部件施加热量或电流，从而改变手动地或由所述第一形状记忆合金或压电致动器所施加的力的量，使得所述板在所述稳定位置之间移动。
当结合附图，从下面的本发明详细描述中，本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点将变得清楚。
附图说明
被认为是本发明的主旨在说明书结尾处的权利要求中特别指出且作了明确要求。根据下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它特征及优点将变得清楚，其中：
图1A和图1B显示了具有圆形可变形的板的示例性双稳态装置的示意图，其带有能够将板从第二位置移动到第一位置的SMA致动器部件；
图2A和图2B显示了具有圆形可变形的板的示例性双稳态装置的示意图，其带有能够将板从第二位置移动到第一位置的两个SMA致动器部件；
图3A和图3B显示了具有可变形的板的示例性双稳态装置的示意图，其带有能够将板从第二位置移动到第一位置的两个SMA致动器部件以及能够将板从第一位置移动到第二位置的SMA致动器部件；
图4A和图4B显示了具有矩形可变形的板的示例性双稳态装置的示意图，其带有能够将板从第二位置移动到第一位置的两个SMA致动器部件以及能够对板施加额外的力的弹性部件；
图5A和图5B显示了具有矩形可变形的板的示例性双稳态装置的示意图，其带有能够将板从第二位置移动到第一位置的两个压电致动器部件；
图6显示了具有矩形可变形的板的示例性双稳态装置的示意图，其带有能够将板从第二位置移动到第一位置的两个SMA致动器部件以及能够沿着板的两个相对端之间的向量施加负荷的弹性部件；以及
图7显示了具有矩形可变形的板的示例性双稳态装置的示意图，其带有能够将板从第二位置移动到第一位置的两个SMA致动器部件以及能够沿着板的两个相对端之间的向量施加负荷的弹性部件。
具体实施方式
以下说明在本质上仅仅是示例性的，而并不是为了限制本公开、其应用或用途。应当明白在所有附图中，相应的附图标记指示类似的或者相应的部件和特征。
现在参考附图，图1A和图1B显示了具有可变形的板的示例性可重构的双稳态装置10的示意图，其带有能够将板从第二位置移动到第一位置的SMA致动器部件。在图1A和1B中，具有上唇部13的圆柱形安装部件12安装在支撑结构11上。可以是圆形、但也可以是其它形状（诸如矩形）的弹性可变形的板14附接到安装部件的内周上。板14的刚度应该使得其能够在施加期望量的力的情况下在图1A和1B中所示的位置之间弹性变形。用于弹性可变形的板的材料可以是弹性模量能够使得其提供期望的刚度以获得特定的装置设计参数（例如，长度和横截面积、长度-宽度-厚度、表面积和横截面积）的任何材料。适当的材料可以包括金属，如钢和钢合金、铝、磷青铜、铍铜、弹簧钢（蓝色-回火）、黄铜、青铜、以及硬化和回火的上述各金属，热塑性塑料，如上述的任何热塑性材料和/或形状记忆聚合物，和热固性树脂，如环氧树脂、交联丙烯酸树脂、交联聚氨酯等。
弹性可变形的板将具有通常平的状态，但其尺寸被形成为在其通常平的状态的直径（或在矩形板的情况下的长度和宽度）大于安装部件12的内直径，使得当其安装在安装部件中时，其处于沿着板的周边上的相对的点之间的向量（在如图1中所示的水平平面）的压缩力负荷之下。该负荷造成弹性可变形的板变形为两个稳定状态之一，为了方便，其描述为图1A所示的上部或第一稳定位置以及图1B所示的下部或第二稳定位置。SMA致动器部件16设置在可变形的板14的上面和安装部件12的唇部13之间并且连接到可变形的板14的上面和安装部件12的唇部13。安装部件的唇部13提供方便的定位，以便连接SMA致动器部件16，并且还用于隐藏SMA致动器部件，用于例如当图1A和1B的装置用作按压按钮时进行保护和美观的目的。
SMA致动器部件16以弯曲的记忆或被记住的形状显示在图1A的示例性实施例中。当图1的装置是例如按压按钮时，在按压该按钮动作期间，施加到可变形的板14上的向下的手动力造成板从图1A中所示的其上部稳定位置移动通过不稳定的平的构造，至图1B中所示的其下部稳定位置，在该过程中使SMA致动器部件16变形为直的形状。然后，热量可以施加到SMA致动器部件，从热源（未示出）或者施加电流通过SMA致动器部件16以造成电阻加热。当被加热时，SMA致动器部件被促动返回至图1A中所示的其被记住的形状，由此对可变形板14施加向上的力，造成可变形的板14返回至图1A中所示的上部稳定位置。在另一示例性实施例中，SMA致动器16不具有弯曲的被记住的形状，而是SMA致动器16可以是带有记忆的长度的SMA线，该记忆的长度对应于其在唇部13上的安装位置与图1A中的可变形的板14之间的直线距离。当可变形的板从其图1A中的位置移动到其图1B中的位置时，SMA线将假塑性地被拉伸到更长的长度，该更长的长度对应于其在唇部13上的安装位置和图1B中的可变形板14之间的直线距离。然后，通过加热SMA线，造成其返回至其图1A中的记忆长度，可变形板可以返回至其图1A中的位置。在示例性实施例中，在所有的附图中，SMA致动器16被显示为在弯曲的记住的形状和变形的直线形状之间交替，但在任意或所有的所述实施例中也可以使用SMA线具有短的记住的长度和较长的变形长度的示例性实施例。
现在参考图2A和2B，示出了带有与图1A和1B类似的构件的相似的可重构的双稳态装置。然而，在图2A和2B中，示出了另一个SMA致动器部件16’。另外的致动器部件16’可以增加由SMA致动器部件16所施加的向上的力（提供更多的力）并且帮助平衡该向上的力，以便进一步增强使可变形的板14从图2B所示的其下部或第二稳定位置移动到图2A所示的其上部或第一稳定位置的能力。作为通过添加另外的SMA致动器部件来增加施加到可变形的板的力的替代，或者与其相结合，通过与可变形的板相结合地使用具有形状记忆聚合物的复合双稳态装置，能够可控地降低可变形板在受热时变形的阻力，这在名称为“Composite Bi-Stable Device”的美国专利申请中有所描述，其公开通过引用而完整地结合在本文中。
在一些示例性实施例中，可能期望使用SMA或压电部件沿着装置的两个稳定位置之间的任一方向来移动双稳态装置的可变形部件。在图3A和3B中，示出了与图2A和2B的装置相似的可重构的双稳态装置，但是增加了SMA致动器部件17，该SMA致动器部件17附接到可变形板14的下面，并且将可变形板14的下面连接到支撑结构11。SMA致动器部件17以弯曲的记忆或被记住的形状显示在图3B中。期望能够在不使用向下的手动施加的力的情况下将可变形板从上部或第一稳定位置移动至下部或第二稳定位置。在图3A和3B的示例性实施例中，热量可以施加到SMA致动器部件17，从热源（未示出）或者施加电流通过SMA致动器部件以造成电阻加热。如果是使用热源而不是电流，则应该注意避免也将致动器部件16、16’加热到它们返回至它们的记忆形状的温度，因为这将抵消由SMA致动器部件17所施加的向下的力。当被加热时，SMA致动器部件17被促动返回至图3B中所示的其被记住的形状，由此对可变形板14施加向下的力，造成可变形的板14移动至图3B中所示的下部稳定位置。
在图4A和4B所示的另一示例性实施例中，设置在可变形板14的下面和支撑结构11之间并且附接到可变形板14的下面和支撑结构11的弹性部件18被用来将可变形板14的位置向图4A所示的上部稳定位置、图4B所示的下部稳定位置偏置，或者从上部和下部稳定位置中的每一个向着不稳定的中间位置偏置。图4还示出了矩形可变形板14的构造，具有唇部13’的左侧支撑部件12’与具有唇部13的右侧支撑部件12不同。弹性部件18可以构造成将可变形板向着上部稳定位置偏置，在该上部稳定位置，期望增大当SMA致动器部件16、16’被加热时由SMA致动器部件16、16’所施加的向上的力。弹性部件18还可以构造成将可变形板向着下部稳定位置偏置，在该下部稳定位置，在例如按压按钮下压的过程中，在施加手动力时，SMA致动器部件16、16’对变形的阻力造成下压按压按钮所需要的力的不期望的上升。在任一情况下，弹性部件18应该被构造成提供产生期望水平的偏置的水平的偏置力，不会大到防止可变形板14沿着与弹性部件18的偏置力的相反方向移动。在另一示例性实施例中，弹性部件18在图4A中处于膨胀状态，在图4B中处于压缩状态，当可变形板处于图4A和4B的位置之间的某个不稳定位置时，弹性部件18处于松弛状态。在该实施例中，弹性部件18帮助促使可变形板离开图4A和4B的稳定位置中的任一个，并且当板位于其它稳定位置时，帮助提供软着陆（soft landing）。
可以使用压电致动器部件代替SMA致动器部件，使可重构的双稳态装置的可变形板14从第一位置移动到第二位置，或者从第二位置移动到第一位置。因此，图5A和5B示出了与图2A和2B所示的装置相似的可重构的双稳态装置，但是压电致动器部件17和17’分别通过连接部件19和19’连接到可变形板14的上面。压电致动器部件可以利用电场来激励以造成变形，由此提供力使可变形板14从其两个稳定位置中的一个移动至其两个稳定位置中的另一个。类似于SMA致动器部件的放置，压电致动器部件可以位于可变形板的周围或之上或之下的各种位置，以便提供足够的力和/或平衡的力来产生可变形板的移动，和/或产生板的单向移动（从一个稳定位置至另一个稳定位置）或板的双向移动（从任一稳定位置至另一个稳定位置）。
图6和7显示了与图2的可重构的双稳态装置相似的示例性实施例，但添加了弹性部件22，以便对可变形板14施加水平的（附图的示例性实施例中所示）负荷，以造成可变形板14变形到两个稳定位置中的一个。在图6中，弹性部件22（例如，弹簧或其它弹性部件）设置在可滑动的部件20和安装部件12之间并且连接到可滑动的部件20和安装部件12，该可滑动的部件20可滑动地安装在支撑结构11上。弹性部件22构造成使得其处于膨胀状态，因此将可滑动的部件20朝着安装部件12推动，从而对可变形板施加水平压缩负荷，造成可变形板变形为两个稳定位置中的一个。在图7中，弹性部件22’设置在安装部件12’和可变形的板14的左边缘之间并且连接到安装部件12’和可变形的板14的左边缘（如图所示）。弹性部件22’构造成使得其处于压缩状态，因此对可变形板施加水平压缩负荷，造成可变形板变形为两个稳定位置中的一个。使用弹性部件跨可变形板的相对端施加负荷改变了可变形板的应力与应变性能，因此对可重构的双稳态装置的性能参数提供了更多的设计选择。在另一示例性实施例中，弹性部件自身可以由SMA制成。在这种实施例中，SMA弹性部件的加热（从热源，其构造成避免对装置中的其它SMA构件的任何不期望的加热，或者通过对SMA弹性部件施加电流）可以造成其向着记住的形状返回，因此跨可变形板的相对端提供可控可变的负荷。两个SMA弹性部件（每个SMA弹性部件将可变形板的边缘沿着彼此相反的方向推动）或双向SMA材料可以用于提供可控地增加或降低可变形板上的水平压缩负荷的能力。
本文中描述的示例性实施例的装置可以用于各种应用中，包括但不限于，按压按钮，管道中的壁以控制/改变从其通过的流，外表面的可变位置流量控制（拖曳和提升），用于产生诸如医疗容器和儿童安全锁的帽中所期望的可控/可逆干涉配合，摇动板的可控密封力—弹下去以便容易地打开和关闭，弹起来以便当板闭合时增强周边的密封。当它们用在例如按压按钮应用中时，可重构的双稳态装置允许按压按钮的位置除了被操作员的输入（例如，手动下压按钮）所致动之外，还被系统控制所致动（例如，电子控制器（未示出），其电连接到装置10并且构造成提供或激励电路（未示出），以便将电流提供给压电致动器或SMA致动器，或者激励加热器（未示出）以便加热本文任意附图中的SMA致动器）。系统控制对按压按钮的致动使得按钮位置能够向用户提供被按钮所控制的装置的操作状态的视觉和/或触觉提示，以及主动地改变由按钮所控制的装置的操作状态，而不需要系统控制器来超驰按压按钮所设定的操作状态（例如，按钮连接到诸如电开关的机电控制装置）。
例如，如果按压按钮已经被构造成控制机动车辆后窗除霜器的操作状态（开启或关闭），则可以使用本文所描述的可重构的双稳态装置，手动下压按钮将可变形板14从第一或上部稳定位置移动到第二或下部稳定位置，从而激励电开关以闭合电路并且激励后窗除霜器。为了防止对除霜器构件的过加热和潜在损害，这种单元通常由在预先确定的时间段之后或者在达到其它条件（例如，高温）时关停单元的自动关停控制器或电路来控制。当控制电路或电子控制器将除霜器（或者由按压按钮控制的任何其它装置）自动关停时，SMA或压电致动器可以被激励，将可变形板从其第二或下部稳定位置移动回到第一或上部稳定位置，从而将电路打开，并且停止激励后窗除霜器。
在其它示例性实施例中，可能期望使用SMA或压电致动器来可控地沿第一和第二稳定位置之间或第二和第一稳定位置之间的任一方向来移动可变形板14，如同图3中的装置所示。并且，在机动车辆的情况下（尽管清楚的是不限于机动车辆系统），依赖于来自各种传感器的输入，很多装置都可以由控制器或控制电路来可控地激励和停止激励。依赖于来自周围光线传感器的输入，车辆头灯或其它照明系统可以被可控地激励和停止激励，基于检测风挡玻璃上的水滴的存在的传感器，风挡玻璃刮水器可以被可控地激励和停止激励，依赖于来自温度传感器的输入，加热或冷却系统可以被可控地激励或停止激励，存在或可以发展出很多其它的示例。对于这种系统，可以使用诸如图3中所显示的装置，其中，通过手动下压按钮将可变形板14从第一或上部稳定位置移动到第二或下部稳定位置，或者通过来自控制器的系统控制激励SMA致动器部件17以便将可变形板从第一或上部稳定位置移动到第二或下部稳定位置，从而可以激励受控的装置。通过来自电子控制器的系统控制激励SMA致动器部件16、16’将可变形板从第二或下部稳定位置移动到第一或上部稳定位置，可以停止激励受控的装置。或者，通过使用与可变形板14相关联的触觉传感器感测当其处于第二或下部位置时何时被下压，可以使用用户输入来停止激励受控的装置，该输入将造成电子控制器致动SMA致动器部件16、16’，以便将可变形板从第二或下部稳定位置移动到第一或上部稳定位置。
本文公开的各种其它示例性实施例可以进一步增强对诸如按压按钮的控制装置的可用设计和操作选择。例如，当图6和7的实施例中的弹性部件22包括SMA材料，该弹性部件的形状记忆能力可以允许可变形板14呈现带有不同的上部和下部稳定位置的不同双稳态构造。该示例性装置因此可以用来以多于简单的开启-关闭的控制状态来控制装置（例如，对于风挡玻璃刮水器控制的不同速度），并且可变形板的稳定位置的相对高度将代表受控装置的相对操作状态。用户输入可以从与可变形板相关联的触觉传感器接收，然后系统响应通过致动SMA弹性部件22而改变可变形板的位置。在另一示例性实施例中，按压按钮或触摸垫可以被指定为执行多种不同功能（例如，移动电话上的数字、字母和符号），可变形板14的稳定位置的相对高度可以被设置为对应于赋予按压按钮或触摸垫的不同功能，以便作为当前所赋予功能的视觉和/或触觉提示。
用于本文描述的SMA致动器部件和SMA弹性部件的形状记忆合金在本领域中是熟知的。形状记忆合金是带有至少两种不同的随温度变化的相的合金成分。这些相中最常用到的是所谓的马氏体和奥氏体相。在以下的讨论中，马氏体相通常指较易变形的低温相，而奥氏体相通常指较刚性的较高温相。当形状记忆合金处于马氏体相并受热时，其开始变成奥氏体相。该现象开始处的温度常称为奥氏体开始温度(As)。该现象完成处的温度称为奥氏体结束温度(Af)。当形状记忆合金处于奥氏体相并冷却时，其开始变成马氏体相，并且该现象开始处的温度称为马氏体开始温度(Ms)。奥氏体完成转变成马氏体处的温度称为马氏体结束温度(Mf)。应当注意，上述转变温度是SMA样品所受应力的函数。具体地说，这些温度随着应力增大而升高。由前述性质看来，形状记忆合金的变形优选地在奥氏体转变温度或低于奥氏体转变温度（在As或低于As）。随后加热到奥氏体转变温度之上，促使变形了的形状记忆材料样品恢复到其持久形状。因此，供形状记忆合金使用的适当的激励信号是热激励信号，该信号具有足以引起马氏体相与奥氏体相之间的转变的大小。
当被加热时形状记忆合金记忆其高温形式的温度可以通过合金成分的细微变化和通过热机械处理来调整。在镍-钛形状记忆合金中，例如，其能够从高于约100℃变化至低于约-100℃。形状复原过程会在只有几度的范围内发生或者显示出更平缓的复原。根据期望应用和合金成分可以把转变的起始或结束控制在一度或两度以内。形状记忆合金的机械性能在跨越其转变的温度范围内改变很大，通常提供形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼容量。例如，观察到马氏体相中的弹性模数低于奥氏体相。通过用施加的应力重新排列晶体结构排列，处于马氏体相的形状记忆合金会经受大的变形。如同在以下更详细描述的，在去除应力之后，材料将保持该形状。
用于制造本文所述的SMA（一个或多个）致动器部件和/或（一个或多个）SMA弹性部件的适当的形状记忆合金材料包括但不限于：镍钛基合金、铟钛基合金、镍铝基合金、镍镓基合金、铜基合金（如铜锌合金、铜铝合金、铜金合金和铜锡合金）、金镉基合金、银镉基合金、铟镉基合金、锰铜基合金、铁铂基合金、铁钯基合金等。这些合金可以是二元、三元或任何更高元的，只要合金成分呈现形状记忆效应，例如形状、定向、屈服强度、挠曲模量、阻尼容量、超弹性和/或类似性质的变化。适当的形状记忆合金成分的选择取决于构件将要操作的温度范围。
如上所述，在示例性实施例中，致动器部件也可以是压电致动器部件。总体上，当受到施加的电压时，压电材料呈现尺寸的小的变化。它们的响应与所施加的场的强度成比例，并且非常快地能够容易地达到千赫兹范围。因为它们的尺寸变化较小（<0.1%），为了显著地增加尺寸变化的大小，它们通常以压电单晶和双晶平致动器的形式使用，这些致动器被构造成当被施加相对较小的电压时弯曲为凹的或凸的形状。压电致动器的尺寸变化可能仍然小于SMA致动器所能够获得的尺寸变化，但这种致动器的快速变形/弯曲可以提供比当前的SMA能够获得的快得多的响应时间（通常是毫秒级）。此外，一旦电场被移除，压电元件自动返回到其原始几何形状，与保持在其弯曲的记忆形状或短的记忆长度直到其受力而变直的SMA相比，这可以减小手动移动可变形板的阻力。
适合的压电材料包括但不限于，无机化合物、有机化合物和金属。对于有机材料来说，所有具有非中心对称结构和在分子主链上、或侧链上或同时在主侧链上具有大偶极矩基团的聚合材料，都可以作为压电膜的合适候选。示例性聚合物包括，例如但不限于，聚(4-苯乙烯磺酸钠)、聚（聚(乙烯胺)骨架-偶氮发色团）和它们的衍生物；包括聚偏二氟乙烯、其共聚物偏二氟乙烯（"VDF"）、共三氟乙烯和它们的衍生物在内的多氟烃；包括聚（氯乙烯）、聚偏二氯乙烯和它们的衍生物在内的多氯烃；聚丙烯腈和它们的衍生物；包括聚（甲基丙烯酸）和它们的衍生物在内的多聚羧酸；聚脲和它们的衍生物；聚氨基甲酸酯和它们的衍生物；诸如聚L-乳酸和它们的衍生物以及细胞膜蛋白质之类的生物分子以及诸如磷酸双脂之类的磷酸盐生物分子；聚苯胺和它们的衍生物以及四胺的所有衍生物；包括芳族聚酰胺在内的聚酰胺，包括Kapton和聚醚酰亚胺在内的聚酰亚胺，以及它们的衍生物；所有膜聚合物；聚（N-乙烯吡咯烷酮）（PVP）同聚物及它们的衍生物，和任意的PVP共醋酸乙烯酯共聚物；以及所有在主链或支链或主链和支链中具有偶极矩基团的芳族聚合物以及它们的混合物。
压电材料还可以包括金属，这些金属从由铅、锑、锰、钽、锆、铌、镧、铂、钯、镍、钨、铝、锶、钛、钡、钙、铬、银、铁、硅、铜、包含至少一个前述金属的合金以及包含至少一个前述金属的氧化物组成的组中选择。适合的金属氧化物包括SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、SrTiO3、PbTiO3、BaTiO3、FeO3、Fe3O4、ZnO及它们的混合物，以及VIA族和IIB族的化合物，例如CdSe、CdS、GaAs、AgCaSe2、ZnSe、GaP、InP、ZnS、及它们的混合物。优选的是，压电材料选自包括以下的组：聚偏二氟乙烯、锆钛酸铅、钛酸钡及它们的混合物。
已参照示例性实施例对本发明进行了描述，本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以做出各种改变和对其元件用等同物进行替换。另外，根据本发明的教导，可做许多变形以适应特定情况或材料，这些都不会脱离本发明的实质范围。因此，应该理解的是，本发明并不局限于所公开的具体实施例，而是，本发明将包括落入本申请保护范围内的所有实施例。术语“前”、“后”、“底”、“顶”、“第一”、“第二”、“第三”在本文中仅为了描述的方便，不限于任何一个位置或空间定向或次序或发生的顺序，除非另外指出。

Claims (10)

1.一种可重构的双稳态装置，包括：
侧向地设置在一个或多个安装部件之间并且连接到所述一个或多个安装部件的弹性可变形的板，所述一个或多个安装部件直接或间接地连接到所述板的相对端，所述板保持在沿着所述相对端之间延伸的至少一个向量的压缩力之下，所述压缩力使所述板变形到两个稳定的变形位置中的一个；
所述装置被设置成使得，通过在所述板的两个相对的面中的一个上施加手动力而将所述板在所述两个稳定的变形位置的每一个之间移动；以及
连接到所述板的面上的第一形状记忆合金致动器部件或压电致动器部件，所述致动器部件能够使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个。
2.如权利要求1所述的装置，其中，还包括连接到所述板的面上的第二形状记忆合金致动器部件或压电致动器部件，所述第二致动器部件能够使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个。
3.如权利要求1所述的装置，其中，还包括连接到所述板的面上的多个形状记忆合金致动器部件或压电致动器部件，所述多个致动器部件能够使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述板的所述相对端位于固定的位置。
5.如权利要求1所述的装置，其中，还包括弹性部件，所述弹性部件设置在所述板的两个相对端中的一个和安装部件之间并且连接所述板的两个相对端中的一个和安装部件，或者所述弹性部件设置在能够彼此相对移动的两个安装部件之间并且连接该两个安装部件，所述弹性部件施加压缩力，使所述板变形到所述两个稳定的变形位置中的一个。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述弹性部件包括形状记忆合金。
7.如权利要求1所述的装置，其中，还包括弹性部件，所述弹性部件设置在所述板的两个相对端中的一个和安装部件之间并且连接所述板的两个相对端中的一个和安装部件，或者所述弹性部件设置在能够彼此相对移动的两个安装部件之间并且连接该两个安装部件，所述弹性部件施加压缩力，使所述板变形到所述两个稳定的变形位置中的一个。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述弹性部件包括形状记忆合金。
9.一种操作双稳态装置的方法，所述双稳态装置包括侧向地设置在一个或多个安装部件之间并且连接到所述一个或多个安装部件的弹性可变形的板，所述一个或多个安装部件直接或间接地连接到所述板的相对端，所述板保持在沿着所述相对端之间延伸的至少一个向量的压缩力之下，所述压缩力使所述板变形到两个稳定的变形位置中的一个，还包括连接到所述板的第一形状记忆合金或压电致动器部件，所述方法包括：
将热量或电流施加到所述第一形状记忆合金，或者将电场施加到所述压电致动器部件，使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个。
10.一种操作双稳态装置的方法，所述双稳态装置包括侧向地设置在一个或多个安装部件之间并且连接到所述一个或多个安装部件的弹性可变形的板，所述一个或多个安装部件直接或间接地连接到所述板的相对端，所述板保持在沿着所述相对端之间延伸的至少一个向量的压缩力之下，所述压缩力使所述板变形到两个稳定的变形位置中的一个，还包括连接到所述板的第一形状记忆合金或压电致动器部件以及连接到所述板的第二形状记忆合金或压电致动器部件，所述方法包括以下步骤，这些步骤的顺序是任意的：
将热量或电流施加到所述第一形状记忆合金，或者将电场施加到所述压电致动器部件，使所述板从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个；
可选地对所述板施加手动力，将所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个；以及
如果所述板还没有被手动地从所述两个稳定的变形位置中的第二个移动到所述两个稳定的变形位置中的第一个，则当预先确定的情况或一组情况发生时，将热量或电流施加到所述第二形状记忆合金或将电场施加到所述压电致动器部件，将所述板从所述两个稳定的变形位置中的第一个移动到所述两个稳定的变形位置中的第二个。
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