專利名稱：具有雙穩(wěn)態(tài)致動和本征感應(yīng)能力的活性接口控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大致涉及自動展開的人機(jī)接口控制裝置(例如，按鈕、把手、撥盤、開關(guān)、手柄等)，更確切地，涉及可選擇性地展開和收起的接口控制裝置，該接口控制裝置包括活性材料致動器、以及進(jìn)一步包括利用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)以增加行程長度的活性材料致動器、和/或具有本征感應(yīng)能力的活性材料致動器。
背景技術(shù)：
已經(jīng)開發(fā)了機(jī)械地展開和收起的接口控制裝置，諸如按鈕，以在需要操作時(shí)提供更為輕易地和人體工學(xué)地耦接部件，以及在不使用時(shí)提供視覺更為舒適(例如隱蔽的)的外觀。切換控制裝置的傳統(tǒng)方法包括手動和機(jī)械驅(qū)動、電動機(jī)、以及使用真空、泵、和受控閥的結(jié)構(gòu)附近產(chǎn)生流體壓力差。然而，令人擔(dān)心的是，這些方法通常需要額外勞動力、無效能量輸入、額外運(yùn)動部件、復(fù)雜周邊子系統(tǒng)、以及與其相關(guān)聯(lián)的增加的包裝需求。已經(jīng)開發(fā)了活性材料致動器以用于各種自動功能，但是典型地表現(xiàn)出由活性材料元件所直接限制的可用行程。已經(jīng)使用機(jī)械有利的傳輸和其他措施以放大由元件產(chǎn)生的力或位移；然而，它們通常需要外部機(jī)械部件以產(chǎn)生杠桿效應(yīng)、保持它們的位置、重置、以及使致動器導(dǎo)線免受過多負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可選擇地被展開和收起的接口控制裝置，該接口控制裝置包括活性材料致動器、該活性材料致動器包括雙穩(wěn)態(tài)部件和/或表現(xiàn)出本征感應(yīng)能力。更為確切的是，第一方面，致動器包括輕易地可切換的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械結(jié)構(gòu)，其提供平面外行程長度，該平面外行程長度基本上大于活性材料元件所直接產(chǎn)生的位移。如此，該致動器在兩個(gè)位置都提供零功率保持。相比較現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械地有利的傳輸，該發(fā)明用于減少額外部件的數(shù)量、復(fù)雜度、以及包裝需求，并且因此，提供具有改善的每單元體積設(shè)備工作的活性材料致動器?；钚圆牧显氖褂孟啾容^類似機(jī)構(gòu)、電機(jī)構(gòu)、液壓、或者氣動基礎(chǔ)的系統(tǒng)減少了重量和/或復(fù)雜度。而且，應(yīng)意識到活性材料的使用增加了能量效率，并且減少了故障可能性和與其相關(guān)的成本。在具有多個(gè)控制裝置的地方，本發(fā)明仍還有用的是提供可重構(gòu)顯示裝置。最后，在第二方面，本發(fā)明用于提供相關(guān)或觸發(fā)條件的本征(即，沒有附加外部感應(yīng)部件)確定，諸如作用的壓力。因此，本發(fā)明的第一方面涉及一種活性接口控制裝置，其在第一和第二穩(wěn)態(tài)配置之間可選擇性地切換并且表現(xiàn)出所述第一和第二穩(wěn)態(tài)配置中所選擇的一個(gè)。該控制裝置包括可操作的部件，以及活性材料致動器。該致動器進(jìn)一步包括至少一個(gè)活性材料元件，該活性材料元件可操作以在暴露于激活信號或被激活信號中斷時(shí)在功能尺度上經(jīng)歷可逆變化。 該元件被驅(qū)動地耦接到所述部件，使得該變化導(dǎo)致所述部件的位移且控制裝置切換到所述配置中的另一個(gè)。本發(fā)明的致動器進(jìn)一步包括中間地耦接到所述部件和元件的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)被驅(qū)動地耦接到所述元件，并且可操作以放大所述部件的位移，使得導(dǎo)致致動器行程長度大于尺度變化。依照本發(fā)明的第二方面，一種活性接口控制裝置包括活性材料致動器，以及通信地耦接且被配置成以從活性材料元件接收輸入的控制器。該元件和控制器被配合地配置以基于輸入本征地確定觸發(fā)條件。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)，包括采用形狀記憶合金導(dǎo)線和用于致動的其它活性材料，控制裝置陣列和可重構(gòu)的顯示裝置，以及感應(yīng)外部壓力的優(yōu)選方法，通過如下一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，將是顯而易見的。本發(fā)明還提供如下解決方案1. 一種活性接口控制裝置，其在第一和第二穩(wěn)態(tài)配置之間可選擇性地切換并且表現(xiàn)出所述第一和第二穩(wěn)態(tài)配置中所選擇的一個(gè)，所述控制裝置包括可操作的部件；以及致動器，該致動器進(jìn)一步包括至少一個(gè)活性材料元件，該活性材料元件可操作以在暴露于激活信號或被激活信號中斷時(shí)在功能尺度上經(jīng)歷可逆變化，其中該元件被驅(qū)動地耦接到所述部件，使得該變化導(dǎo)致所述部件的位移；以及所述部件和元件中間的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)被驅(qū)動地耦接到所述元件，并且可操作以放大所述部件的位移，從而導(dǎo)致致動器行程長度大于尺度變化，其中所述元件和機(jī)構(gòu)被配合地配置以導(dǎo)致所述控制裝置切換到所述配置中的另一個(gè)。2.如解決方案1所述的控制裝置，其中所述至少一個(gè)元件包括第一和第二導(dǎo)線， 并且該導(dǎo)線被驅(qū)動地且相容地耦接到該機(jī)構(gòu)，并且該導(dǎo)線可操作以導(dǎo)致控制裝置分別地切
換到第一和第二配置。3.如解決方案1所述的控制裝置，其中所述機(jī)構(gòu)包括限定了錨定端點(diǎn)的至少一個(gè)剛性彎曲元件，其在第一配置下表現(xiàn)為弓形凹面輪廓并在第二配置下表現(xiàn)為弓形凸面輪廓，以此來限定彎曲的中心線。4.如解決方案3所述的控制裝置，其中多個(gè)元件通過至少一個(gè)間隔物橫向地間隔，該間隔物包括位于點(diǎn)處的遠(yuǎn)端間隔物，以及位于遠(yuǎn)端間隔物中間的浮動間隔物。5.如解決方案4所述的控制裝置，其中所述至少一個(gè)元件包括第一和第二形狀記憶導(dǎo)線，該導(dǎo)線遠(yuǎn)端連接到遠(yuǎn)端間隔物或端點(diǎn)，并且中間連接到浮動間隔物，相比較當(dāng)控制裝置處于第二配置時(shí)第二導(dǎo)線的情況，該第一導(dǎo)線在更靠近彎曲的中心線處接合浮動間隔物，以及該導(dǎo)線被配合地配置使得當(dāng)元件處于第一配置時(shí)第一導(dǎo)線拉緊且第二導(dǎo)線松弛， 并且當(dāng)元件處于第二配置時(shí)第一導(dǎo)線松弛且第二導(dǎo)線拉緊。6.如解決方案5所述的控制裝置，其中該第一導(dǎo)線在第二導(dǎo)線下接合遠(yuǎn)端間隔物。7.如解決方案3所述的控制裝置，其中所述至少一個(gè)元件包括表征直徑的形狀記憶導(dǎo)線，該元件表現(xiàn)出沿著垂直軸線的剛度(k)，以及配合地配置直徑和剛度。8.如解決方案3所述的控制裝置，其中所述點(diǎn)中的至少一個(gè)是可選擇調(diào)整的，以使得被橫向地重新定位。
9.如解決方案8所述的控制裝置，其中該機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括被驅(qū)動地耦接到所述至少一個(gè)點(diǎn)的輔助致動器。10.如解決方案1所述的控制裝置，其中該元件由活性材料形成，所述活性材料選自于基本上由形狀記憶合金(SMA)、電活性聚合物(ΕΑΡ)、壓電陶瓷雙壓電晶片、壓電陶瓷單壓電晶片、磁流變(MR)聚合物、以及電流變(ER)聚合物構(gòu)成的組中。11.如解決方案1所述的控制裝置，其中該控制裝置僅在第一配置下是可視的。12.如解決方案1所述的控制裝置，其中所述至少一個(gè)元件包括多個(gè)具有不同過渡溫度的熱激活元件，以被動地收起或部屬。13. —種顯示裝置，包括多個(gè)接口控制裝置，其可選擇性地在第一和第二穩(wěn)態(tài)配置之間切換，并且限定了多個(gè)可單獨(dú)切換的組，其中每個(gè)控制裝置進(jìn)一步包括可操作的部件；至少一個(gè)形狀記憶導(dǎo)線，該形狀記憶導(dǎo)線可操作以在暴露于激活信號或被激活信號中斷時(shí)在功能尺度上經(jīng)歷可逆變化，以及被驅(qū)動地耦接到所述部件，從而導(dǎo)致所述部件由于所述變化而位移；以及中間地耦接到導(dǎo)線和部件的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，其可操作以放大所述部件的位移，從而產(chǎn)生大于功能尺寸變化的致動器行程。14.如解決方案13所述的顯示裝置，其中每組包括單一控制裝置，使得所述控制裝置可獨(dú)立地切換。15.如解決方案13所述的顯示裝置，進(jìn)一步包括通信地耦接到所述控制裝置的控制器，其中每組進(jìn)一步被配置為響應(yīng)于預(yù)定條件自動地切換或產(chǎn)生預(yù)定效果。16.如解決方案13所述的顯示裝置，其中薄膜覆蓋所述控制裝置并呈現(xiàn)固態(tài)表面，并且薄膜可通過每個(gè)控制裝置而變形。17.如解決方案13所述的顯示裝置，進(jìn)一步包括通信地耦接到所述控制裝置的電源，其中該控制裝置并聯(lián)連接到電源，從而被獨(dú)立地控制。18. 一種活性接口控制裝置，其在展開和收起配置之間可選擇性地切換，并且表現(xiàn)出所述展開和收起配置中所選擇的一個(gè)，所述控制裝置包括可操作的部件；以及致動器，該致動器進(jìn)一步包括至少一個(gè)活性材料元件，該活性材料元件可操作以在暴露于激活信號或被激活信號中斷時(shí)在功能尺度上經(jīng)歷可逆變化，并且該元件被驅(qū)動地耦接到所述部件，使得該變化導(dǎo)致所述部件的位移以及控制裝置切換配置中未選擇的那個(gè)；以及通信地耦接到所述元件并配置為從所述元件接收輸入的控制器，其中所述至少一個(gè)元件和控制器被配合地配置以基于輸入確定相關(guān)或觸發(fā)條件。19.如解決方案18所述的控制裝置，其中所述控制裝置是主動按鈕，以及所述觸發(fā)條件是施加在所述部件上的壓力。20.如解決方案19所述的控制裝置，其中所述至少一個(gè)元件包括形狀記憶合金導(dǎo)線，感應(yīng)電流被保持在所述導(dǎo)線中，該控制器被配置以探測導(dǎo)線內(nèi)的電阻變化，以及基于電阻變化確定壓力。21.如解決方案19所述的控制裝置，其中所述至少一個(gè)元件包括壓電元件或EAP 元件，其被定位和配置以在用戶接合所述部件時(shí)接收壓力輸入。22.如解決方案21所述的控制裝置，其中所述壓電元件或EAP元件和控制器被進(jìn)一步配置為將振動觸發(fā)通信傳輸返回給用戶。


本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例將參照附圖在下面進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1是依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有顯示裝置的多個(gè)人機(jī)接口控制裝置(例如按鈕預(yù)裝置)的透視圖，其中每個(gè)控制裝置包括雙穩(wěn)態(tài)致動器以及可操作的部件，并且通信地耦接到娛樂系統(tǒng)控制器/信號源；圖2是依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的，薄膜、按鈕接口控制裝置以及包括第一和第二剛性彎曲元件的雙穩(wěn)態(tài)致動器、形狀記憶合金導(dǎo)線或EAP束，以及壓電元件的正視圖；圖加是依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的，采用壓蓋在圖2中的彎曲元件上的活性材料補(bǔ)片的替代性致動器的正視圖；圖2b是依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的，包括單一剛性元件以及被驅(qū)動地耦接到該元件的操作輔助致動器的替代性雙穩(wěn)態(tài)致動器的正視圖，其中該單一剛性元件具有可調(diào)整的端點(diǎn)；圖3是圖2中所示的控制裝置和致動器的示例性平面圖；以及圖4是依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的，多個(gè)按鈕接口控制裝置的正視圖，該按鈕接口控制裝置被驅(qū)動地耦接到包括第一和第二剛性彎曲元件的通用雙穩(wěn)態(tài)致動器、形狀記憶合金導(dǎo)線或EAP束。
權(quán)利要求
1.一種活性接口控制裝置，其在第一和第二穩(wěn)態(tài)配置之間可選擇性地切換并且表現(xiàn)出所述第一和第二穩(wěn)態(tài)配置中所選擇的一個(gè)，所述控制裝置包括可操作的部件；以及致動器，該致動器進(jìn)一步包括至少一個(gè)活性材料元件，該活性材料元件可操作以在暴露于激活信號或被激活信號中斷時(shí)在功能尺度上經(jīng)歷可逆變化，其中該元件被驅(qū)動地耦接到所述部件，使得該變化導(dǎo)致所述部件的位移；以及所述部件和元件中間的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)被驅(qū)動地耦接到所述元件，并且可操作以放大所述部件的位移，從而導(dǎo)致致動器行程長度大于尺度變化，其中所述元件和機(jī)構(gòu)被配合地配置以導(dǎo)致所述控制裝置切換到所述配置中的另一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中所述至少一個(gè)元件包括第一和第二導(dǎo)線，并且該導(dǎo)線被驅(qū)動地且相容地耦接到該機(jī)構(gòu)，并且該導(dǎo)線可操作以導(dǎo)致控制裝置分別地切換到第一和第二配置。
3.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中所述機(jī)構(gòu)包括限定了錨定端點(diǎn)的至少一個(gè)剛性彎曲元件，其在第一配置下表現(xiàn)為弓形凹面輪廓并在第二配置下表現(xiàn)為弓形凸面輪廓，以此來限定彎曲的中心線。
4.如權(quán)利要求3所述的控制裝置，其中多個(gè)元件通過至少一個(gè)間隔物橫向地間隔，該間隔物包括位于點(diǎn)處的遠(yuǎn)端間隔物，以及位于遠(yuǎn)端間隔物中間的浮動間隔物。
5.如權(quán)利要求4所述的控制裝置，其中所述至少一個(gè)元件包括第一和第二形狀記憶導(dǎo)線，該導(dǎo)線遠(yuǎn)端連接到遠(yuǎn)端間隔物或端點(diǎn)，并且中間連接到浮動間隔物，相比較當(dāng)控制裝置處于第二配置時(shí)第二導(dǎo)線的情況，該第一導(dǎo)線在更靠近彎曲的中心線處接合浮動間隔物， 以及該導(dǎo)線被配合地配置使得當(dāng)元件處于第一配置時(shí)第一導(dǎo)線拉緊且第二導(dǎo)線松弛，并且當(dāng)元件處于第二配置時(shí)第一導(dǎo)線松弛且第二導(dǎo)線拉緊。
6.如權(quán)利要求5所述的控制裝置，其中該第一導(dǎo)線在第二導(dǎo)線下接合遠(yuǎn)端間隔物。
7.如權(quán)利要求3所述的控制裝置，其中所述至少一個(gè)元件包括表征直徑的形狀記憶導(dǎo)線，該元件表現(xiàn)出沿著垂直軸線的剛度(k)，以及配合地配置直徑和剛度。
8.如權(quán)利要求3所述的控制裝置，其中所述點(diǎn)中的至少一個(gè)是可選擇調(diào)整的，以使得被橫向地重新定位。
9.一種顯示裝置，包括多個(gè)接口控制裝置，其可選擇性地在第一和第二穩(wěn)態(tài)配置之間切換，并且限定了多個(gè)可單獨(dú)切換的組，其中每個(gè)控制裝置進(jìn)一步包括可操作的部件；至少一個(gè)形狀記憶導(dǎo)線，該形狀記憶導(dǎo)線可操作以在暴露于激活信號或被激活信號中斷時(shí)在功能尺度上經(jīng)歷可逆變化，以及被驅(qū)動地耦接到所述部件，從而導(dǎo)致所述部件由于所述變化而位移；以及中間地耦接到導(dǎo)線和部件的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，其可操作以放大所述部件的位移，從而產(chǎn)生大于功能尺寸變化的致動器行程。
10.一種活性接口控制裝置，其在展開和收起配置之間可選擇性地切換，并且表現(xiàn)出所述展開和收起配置中所選擇的一個(gè)，所述控制裝置包括 可操作的部件；以及致動器，該致動器進(jìn)一步包括至少一個(gè)活性材料元件，該活性材料元件可操作以在暴露于激活信號或被激活信號中斷時(shí)在功能尺度上經(jīng)歷可逆變化，并且該元件被驅(qū)動地耦接到所述部件，使得該變化導(dǎo)致所述部件的位移以及控制裝置切換配置中未選擇的那個(gè)；以及通信地耦接到所述元件并配置為從所述元件接收輸入的控制器，其中所述至少一個(gè)元件和控制器被配合地配置以基于輸入確定相關(guān)或觸發(fā)條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有雙穩(wěn)態(tài)致動和本征感應(yīng)能力的活性接口控制裝置。具體地，一種在展開和收起配置之間可切換的活性接口控制裝置，其包括采用被配置以增加致動器的行程長度的雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)的活性材料致動器，和/或表現(xiàn)出本征或外部感應(yīng)能力，以及包括可單獨(dú)切換的控制裝置組的可重構(gòu)顯示裝置。
文檔編號G05G1/00GK102419614SQ20111019237
公開日2012年4月18日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者A·C·基夫, A·L·布朗, G·P·麥奈特, N·L·約翰遜 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司