專利名稱：：可重構的雙穩態裝置的制作方法
技術領域：
：本發明的示例性實施例涉及可變形的雙穩態裝置，且更具體地涉及可用于用戶輸入應用的可重構的雙穩態裝置。
背景技術：
：用戶輸入裝置(諸如按壓按鈕)在很多裝置中經常使用。計算機、電話、和車輛控制板僅是需要某種用戶輸入的各種應用中的ー些。很多這種用戶輸入裝置是簡單開關的形式，其中，激勵開關將發送與分配給用戶輸入裝置的功能相對應的電信號。這種開關典型地在除了被致動動作期間之外的所有時間保持固定的位置。例如，開關的默認位置可以是“在夕卜”位置。下壓開關到“在內”位置閉合或打開電路中的機電微開關，將電信號發送給控制器。在開關被釋放之后，其返回至“在外”位置，直到其被再次下壓。這種開關通常用于開關的致動將總是具有相同的效果的按壓按鈕應用，例如，計算機鍵盤等。可以使用其它開關，例如，將裝置在兩個不同狀態(諸如開啟和關閉)之間撥動。例如，車輛后窗除霜器控制開關可以被下壓一次以便將除霜器電路打開，然后被下壓第二次以便將除霜器電路關閉。對于這種開關，經常希望對用戶提供關于裝置的狀態的視覺或觸覺提示。如果僅需要視覺提示，則可以使用背光指示器。然而，提供觸覺提示可能更為困難。在裝置將不確定地保持開啟直到被用戶關閉(例如，通過再次下壓開關)的情況下，簡單的機械保持機構可用來在開關被下壓一次以激勵裝置之后將其保持在“在內”位置，然后當開關被再次下壓時將開關釋放回到其“在外”位置。這種保持機構是熟知的，諸如在可縮回的圓珠筆上通常看到的。然而，如果裝置的操作狀態可以通過除了操作員致動之外的輸入來改變，諸如由控制器基于經過的時間、或溫度、或多個其它參數中的任意ー個來改變，則簡單的機械保持裝置不適于提供裝置的操作狀態的視覺和觸覺提示。機電和/或電磁裝置(諸如螺線管)可以被用來基于來自控制器的系統輸入重新定位開關。然而，這樣的裝置可能是不可靠的、重的、制造昂貴，和/或具有過度的空間要求，并且它們在能夠被重新定位到的不同位置的數量方面有限制。因此，仍然需要能夠被可控地重構到不同位置的裝置。
發明內容在一個示例性實施例中，ー種可重構的雙穩態裝置包括側向地設置在ー個或多個安裝部件之間并且連接到一個或多個安裝部件的弾性可變形的板，所述ー個或多個安裝部件直接或間接地連接到所述板的相對端，所述板保持在沿著所述相對端之間延伸的至少ー個向量的壓縮カ之下。該壓縮力使板變形為兩個穩定的變形位置中的ー個，該裝置被設置為使得，通過對板的兩個相對面中的一個施加手動カ而可以使板在兩個穩定的變形位置的每ー個之間移動。第一形狀記憶合金(SMA)或壓電致動器部件連接到板上，所述致動器部件能夠使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個。在另ー示例性實施例中，ー種操作雙穩態裝置的方法，所述雙穩態裝置包括側向地設置在一個或多個安裝部件之間并且連接到所述ー個或多個安裝部件的弾性可變形的板，所述ー個或多個安裝部件直接或間接地連接到所述板的相對端，所述板保持在沿著所述相對端之間延伸的至少ー個向量的壓縮カ之下，所述壓縮力使所述板變形到兩個穩定的變形位置中的ー個，還包括連接到所述板的第一SMA或壓電致動器部件。該方法包括將熱量或電流施加到所述第一SM，或者將電場施加到所述壓電致動器部件，使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個。在又一示例性實施例中，該方法可選地包括對所述板施加手動力，將所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個。此外，本發明還涉及以下技術方案。1.ー種可重構的雙穩態裝置，包括側向地設置在一個或多個安裝部件之間并且連接到所述ー個或多個安裝部件的弾性可變形的板，所述ー個或多個安裝部件直接或間接地連接到所述板的相對端，所述板保持在沿著所述相對端之間延伸的至少ー個向量的壓縮カ之下，所述壓縮力使所述板變形到兩個穩定的變形位置中的ー個；所述裝置被設置成使得，通過在所述板的兩個相対的面中的一個上施加手動カ而將所述板在所述兩個穩定的變形位置的每ー個之間移動；以及連接到所述板的面上的第一形狀記憶合金致動器部件或壓電致動器部件，所述致動器部件能夠使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個。2.如技術方案I所述的裝置，其中，還包括連接到所述板的面上的第二形狀記憶合金致動器部件或壓電致動器部件，所述第二致動器部件能夠使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個。3.如技術方案I所述的裝置，其中，還包括連接到所述板的面上的多個形狀記憶合金致動器部件或壓電致動器部件，所述多個致動器部件能夠使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個。4.如技術方案I所述的裝置，其中，所述板的所述相對端位于固定的位置。5.如技術方案I所述的裝置，其中，還包括弾性部件，所述彈性部件設置在所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件之間并且連接所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件，或者所述彈性部件設置在能夠彼此相對移動的兩個安裝部件之間并且連接該兩個安裝部件，所述彈性部件施加壓縮力，使所述板變形到所述兩個穩定的變形位置中的ー個。6.如技術方案5所述的裝置，其中，所述彈性部件包括形狀記憶合金。7.如技術方案I所述的裝置，其中，還包括弾性部件，所述彈性部件設置在所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件之間并且連接所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件，或者所述彈性部件設置在能夠彼此相對移動的兩個安裝部件之間并且連接該兩個安裝部件，所述彈性部件施加壓縮力，使所述板變形到所述兩個穩定的變形位置中的ー個。8.如技術方案7所述的裝置，其中，所述彈性部件包括形狀記憶合金。9.如技術方案I所述的裝置，還包括弾性部件，所述彈性部件設置在所述板的面和固定部件之間并且連接所述板的面和固定部件，所述彈性部件對所述板施加力，促使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的一個向著所述兩個穩定的變形位置中的另ー個移動，或者向著所述第一和第二穩定的變形位置之間的不穩定位置移動。10.如技術方案I所述的裝置，其中，所述第一致動器是形狀記憶合金致動器。11.如技術方案2所述的裝置，其中，所述第一和第二致動器是形狀記憶合金致動器。12.如技術方案I所述的裝置，其中，所述第一致動器是壓電致動器。13.如技術方案2所述的裝置，其中，所述第一致動器和第二致動器是壓電致動器。14.如技術方案I所述的裝置，還包括設置在所述板附近的電開關或傳感器，所述電開關或傳感器構造成當所述板從所述第一和第二穩定的變形位置中的一個移動到所述第一和第二穩定的變形位置中的另ー個時產生或中斷電信號。15.如技術方案I所述的裝置，還包括控制器，所述控制器構造成當預先確定的情況或ー組情況發生時致動所述第一形狀記憶合金或壓電致動器部件，使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個。16.如技術方案2所述的裝置，還包括控制器，所述控制器構造成如果所述板還沒有被手動地從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個，則當預先確定的情況或ー組情況發生時致動所述第一形狀記憶合金或壓電致動器部件，使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個，并且當預先確定的情況或ー組情況發生時，致動所述第二形狀記憶合金或壓電致動器部件，使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個。17.ー種操作雙穩態裝置的方法，所述雙穩態裝置包括側向地設置在ー個或多個安裝部件之間并且連接到所述ー個或多個安裝部件的弾性可變形的板，所述ー個或多個安裝部件直接或間接地連接到所述板的相對端，所述板保持在沿著所述相對端之間延伸的至少ー個向量的壓縮カ之下，所述壓縮力使所述板變形到兩個穩定的變形位置中的ー個，還包括連接到所述板的第一形狀記憶合金或壓電致動器部件，所述方法包括將熱量或電流施加到所述第一形狀記憶合金，或者將電場施加到所述壓電致動器部件，使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個。18.如技術方案17所述的方法，還包括對所述板施加手動力，將所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個。19.如技術方案17所述的方法，其中，當預先確定的情況或ー組情況發生時，電流被施加到所述形狀記憶合金或壓電致動器。20.如技術方案17所述的方法，其中，所述裝置還包括第三形狀記憶合金部件，所述第三形狀記憶合金部件設置在所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件之間并且連接所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件，或者所述第三形狀記憶合金部件設置在能夠彼此相對移動的兩個安裝部件之間并且連接該兩個安裝部件，所述方法還包括對所述第三形狀記憶合金部件施加熱量或電流，從而改變手動地或由所述第一形狀記憶合金或壓電致動器所施加的力的量，使得所述板在所述穩定位置之間移動。21.ー種操作雙穩態裝置的方法，所述雙穩態裝置包括側向地設置在ー個或多個安裝部件之間并且連接到所述ー個或多個安裝部件的弾性可變形的板，所述ー個或多個安裝部件直接或間接地連接到所述板的相對端，所述板保持在沿著所述相對端之間延伸的至少ー個向量的壓縮カ之下，所述壓縮力使所述板變形到兩個穩定的變形位置中的ー個，還包括連接到所述板的第一形狀記憶合金或壓電致動器部件以及連接到所述板的第二形狀記憶合金或壓電致動器部件，所述方法包括以下步驟，這些步驟的順序是任意的將熱量或電流施加到所述第一形狀記憶合金，或者將電場施加到所述壓電致動器部件，使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個；可選地對所述板施加手動力，將所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個；以及如果所述板還沒有被手動地從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個，則當預先確定的情況或ー組情況發生時，將熱量或電流施加到所述第二形狀記憶合金或將電場施加到所述壓電致動器部件，將所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個。22.如技術方案21所述的方法，其中，所述裝置還包括第三形狀記憶合金部件，所述第三形狀記憶合金部件設置在所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件之間并且連接所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件，或者所述第三形狀記憶合金部件設置在能夠彼此相對移動的兩個安裝部件之間并且連接該兩個安裝部件，所述方法還包括對所述第三形狀記憶合金部件施加熱量或電流，從而改變手動地或由所述第一形狀記憶合金或壓電致動器所施加的力的量，使得所述板在所述穩定位置之間移動。當結合附圖，從下面的本發明詳細描述中，本發明的上述特征和優點，以及其它特征和優點將變得清楚。被認為是本發明的主旨在說明書結尾處的權利要求中特別指出且作了明確要求。根據下面結合附圖進行的詳細描述，本發明的上述和其它特征及優點將變得清楚，其中圖1A和圖1B顯示了具有圓形可變形的板的示例性雙穩態裝置的示意圖，其帶有能夠將板從第二位置移動到第一位置的SMA致動器部件；圖2A和圖2B顯示了具有圓形可變形的板的示例性雙穩態裝置的示意圖，其帶有能夠將板從第二位置移動到第一位置的兩個SMA致動器部件；圖3A和圖3B顯示了具有可變形的板的示例性雙穩態裝置的示意圖，其帶有能夠將板從第二位置移動到第一位置的兩個SMA致動器部件以及能夠將板從第一位置移動到第二位置的SMA致動器部件；圖4A和圖4B顯示了具有矩形可變形的板的示例性雙穩態裝置的示意圖，其帶有能夠將板從第二位置移動到第一位置的兩個SMA致動器部件以及能夠對板施加額外的カ的彈性部件；圖5A和圖5B顯示了具有矩形可變形的板的示例性雙穩態裝置的示意圖，其帶有能夠將板從第二位置移動到第一位置的兩個壓電致動器部件；圖6顯示了具有矩形可變形的板的示例性雙穩態裝置的示意圖，其帶有能夠將板從第二位置移動到第一位置的兩個SMA致動器部件以及能夠沿著板的兩個相對端之間的向量施加負荷的弾性部件；以及圖7顯示了具有矩形可變形的板的示例性雙穩態裝置的示意圖，其帶有能夠將板從第二位置移動到第一位置的兩個SMA致動器部件以及能夠沿著板的兩個相對端之間的向量施加負荷的弾性部件。具體實施例方式以下說明在本質上僅僅是示例性的，而并不是為了限制本公開、其應用或用途。應當明白在所有附圖中，相應的附圖標記指示類似的或者相應的部件和特征。現在參考附圖，圖1A和圖1B顯示了具有可變形的板的示例性可重構的雙穩態裝置10的示意圖，其帶有能夠將板從第二位置移動到第一位置的SMA致動器部件。在圖1A和IB中，具有上唇部13的圓柱形安裝部件12安裝在支撐結構11上。可以是圓形、但也可以是其它形狀(諸如矩形)的弾性可變形的板14附接到安裝部件的內周上。板14的剛度應該使得其能夠在施加期望量的力的情況下在圖1A和IB中所示的位置之間彈性變形。用于彈性可變形的板的材料可以是彈性模量能夠使得其提供期望的剛度以獲得特定的裝置設計參數(例如，長度和橫截面積、長度-寬度-厚度、表面積和橫截面積)的任何材料。適當的材料可以包括金屬，如鋼和鋼合金、鋁、磷青銅、鈹銅、彈簧鋼(藍色-回火)、黃銅、青銅、以及硬化和回火的上述各金屬，熱塑性塑料，如上述的任何熱塑性材料和/或形狀記憶聚合物，和熱固性樹脂，如環氧樹脂、交聯丙烯酸樹脂、交聯聚氨酯等。弾性可變形的板將具有通常平的狀態，但其尺寸被形成為在其通常平的狀態的直徑(或在矩形板的情況下的長度和寬度)大于安裝部件12的內直徑，使得當其安裝在安裝部件中時，其處于沿著板的周邊上的相対的點之間的向量(在如圖1中所示的水平平面)的壓縮カ負荷之下。該負荷造成弾性可變形的板變形為兩個穩定狀態之一，為了方便，其描述為圖1A所示的上部或第一穩定位置以及圖1B所示的下部或第二穩定位置。SMA致動器部件16設置在可變形的板14的上面和安裝部件12的唇部13之間并且連接到可變形的板14的上面和安裝部件12的唇部13。安裝部件的唇部13提供方便的定位，以便連接SMA致動器部件16，并且還用于隱藏SMA致動器部件，用于例如當圖1A和IB的裝置用作按壓按鈕時進行保護和美觀的目的。SMA致動器部件16以彎曲的記憶或被記住的形狀顯示在圖1A的示例性實施例中。當圖1的裝置是例如按壓按鈕時，在按壓該按鈕動作期間，施加到可變形的板14上的向下的手動カ造成板從圖1A中所示的其上部穩定位置移動通過不穩定的平的構造，至圖1B中所示的其下部穩定位置，在該過程中使SMA致動器部件16變形為直的形狀。然后，熱量可以施加到SMA致動器部件，從熱源(未示出)或者施加電流通過SMA致動器部件16以造成電阻加熱。當被加熱時，SMA致動器部件被促動返回至圖1A中所示的其被記住的形狀，由此對可變形板14施加向上的力，造成可變形的板14返回至圖1A中所示的上部穩定位置。在另ー示例性實施例中，SMA致動器16不具有彎曲的被記住的形狀，而是SMA致動器16可以是帶有記憶的長度的SMA線，該記憶的長度對應于其在唇部13上的安裝位置與圖1A中的可變形的板14之間的直線距離。當可變形的板從其圖1A中的位置移動到其圖1B中的位置吋，SMA線將假塑性地被拉伸到更長的長度，該更長的長度對應于其在唇部13上的安裝位置和圖1B中的可變形板14之間的直線距離。然后，通過加熱SMA線，造成其返回至其圖1A中的記憶長度，可變形板可以返回至其圖1A中的位置。在示例性實施例中，在所有的附圖中，SMA致動器16被顯示為在彎曲的記住的形狀和變形的直線形狀之間交替，但在任意或所有的所述實施例中也可以使用SMA線具有短的記住的長度和較長的變形長度的示例性實施例。現在參考圖2A和2B，示出了帶有與圖1A和IB類似的構件的相似的可重構的雙穩態裝置。然而，在圖2A和2B中，示出了另ー個SMA致動器部件16’。另外的致動器部件16’可以增加由SMA致動器部件16所施加的向上的力(提供更多的力)并且幫助平衡該向上的力，以便進一步增強使可變形的板14從圖2B所示的其下部或第二穩定位置移動到圖2A所示的其上部或第一穩定位置的能力。作為通過添加另外的SMA致動器部件來増加施加到可變形的板的カ的替代，或者與其相結合，通過與可變形的板相結合地使用具有形狀記憶聚合物的復合雙穩態裝置，能夠可控地降低可變形板在受熱時變形的阻力，這在名稱為“CompositeB1-StableDevice”的美國專利申請中有所描述,其公開通過引用而完整地結合在本文中。在一些示例性實施例中，可能期望使用SMA或壓電部件沿著裝置的兩個穩定位置之間的任一方向來移動雙穩態裝置的可變形部件。在圖3A和3B中，示出了與圖2A和2B的裝置相似的可重構的雙穩態裝置，但是增加了SMA致動器部件17，該SMA致動器部件17附接到可變形板14的下面，并且將可變形板14的下面連接到支撐結構11。SMA致動器部件17以彎曲的記憶或被記住的形狀顯示在圖3B中。期望能夠在不使用向下的手動施加的力的情況下將可變形板從上部或第一穩定位置移動至下部或第二穩定位置。在圖3A和3B的示例性實施例中，熱量可以施加到SMA致動器部件17,從熱源(未示出)或者施加電流通過SMA致動器部件以造成電阻加熱。如果是使用熱源而不是電流，則應該注意避免也將致動器部件16、16’加熱到它們返回至它們的記憶形狀的溫度，因為這將抵消由SMA致動器部件17所施加的向下的力。當被加熱時，SMA致動器部件17被促動返回至圖3B中所示的其被記住的形狀，由此對可變形板14施加向下的力，造成可變形的板14移動至圖3B中所示的下部穩定位置。在圖4A和4B所示的另ー示例性實施例中，設置在可變形板14的下面和支撐結構11之間并且附接到可變形板14的下面和支撐結構11的弾性部件18被用來將可變形板14的位置向圖4A所示的上部穩定位置、圖4B所示的下部穩定位置偏置，或者從上部和下部穩定位置中的每ー個向著不穩定的中間位置偏置。圖4還示出了矩形可變形板14的構造，具有唇部13’的左側支撐部件12’與具有唇部13的右側支撐部件12不同。弾性部件18可以構造成將可變形板向著上部穩定位置偏置，在該上部穩定位置，期望増大當SMA致動器部件16、16’被加熱時由SMA致動器部件16、16’所施加的向上的力。彈性部件18還可以構造成將可變形板向著下部穩定位置偏置，在該下部穩定位置，在例如按壓按鈕下壓的過程中，在施加手動カ吋，SMA致動器部件16、16’對變形的阻力造成下壓按壓按鈕所需要的カ的不期望的上升。在任ー情況下，弾性部件18應該被構造成提供產生期望水平的偏置的水平的偏置力，不會大到防止可變形板14沿著與弾性部件18的偏置力的相反方向移動。在另ー示例性實施例中，彈性部件18在圖4A中處于膨脹狀態，在圖4B中處于壓縮狀態，當可變形板處于圖4A和4B的位置之間的某個不穩定位置吋，弾性部件18處于松弛狀態。在該實施例中，弾性部件18幫助促使可變形板離開圖4A和4B的穩定位置中的任ー個，并且當板位于其它穩定位置時，幫助提供軟著陸(softlanding)。可以使用壓電致動器部件代替SMA致動器部件，使可重構的雙穩態裝置的可變形板14從第一位置移動到第二位置，或者從第二位置移動到第一位置。因此，圖5A和5B示出了與圖2A和2B所示的裝置相似的可重構的雙穩態裝置，但是壓電致動器部件17和17’分別通過連接部件19和19’連接到可變形板14的上面。壓電致動器部件可以利用電場來激勵以造成變形，由此提供力使可變形板14從其兩個穩定位置中的一個移動至其兩個穩定位置中的另ー個。類似于SMA致動器部件的放置，壓電致動器部件可以位于可變形板的周圍或之上或之下的各種位置，以便提供足夠的カ和/或平衡的力來產生可變形板的移動，和/或產生板的單向移動(從ー個穩定位置至另ー個穩定位置)或板的雙向移動(從任一穩定位置至另ー個穩定位置)。圖6和7顯示了與圖2的可重構的雙穩態裝置相似的示例性實施例，但添加了彈性部件22，以便對可變形板14施加水平的(附圖的示例性實施例中所示)負荷，以造成可變形板14變形到兩個穩定位置中的ー個。在圖6中，弾性部件22(例如，彈簧或其它彈性部件)設置在可滑動的部件20和安裝部件12之間并且連接到可滑動的部件20和安裝部件12，該可滑動的部件20可滑動地安裝在支撐結構11上。弾性部件22構造成使得其處于膨脹狀態，因此將可滑動的部件20朝著安裝部件12推動，從而對可變形板施加水平壓縮負荷，造成可變形板變形為兩個穩定位置中的ー個。在圖7中，弾性部件22’設置在安裝部件12’和可變形的板14的左邊緣之間并且連接到安裝部件12’和可變形的板14的左邊緣(如圖所示)。弾性部件22’構造成使得其處于壓縮狀態，因此對可變形板施加水平壓縮負荷，造成可變形板變形為兩個穩定位置中的ー個。使用弾性部件跨可變形板的相對端施加負荷改變了可變形板的應カ與應變性能，因此對可重構的雙穩態裝置的性能參數提供了更多的設計選擇。在另ー示例性實施例中，弾性部件自身可以由SMA制成。在這種實施例中，SMA彈性部件的加熱(從熱源，其構造成避免對裝置中的其它SMA構件的任何不期望的加熱，或者通過對SMA弾性部件施加電流`)可以造成其向著記住的形狀返回，因此跨可變形板的相對端提供可控可變的負荷。兩個SMA弾性部件(每個SMA弾性部件將可變形板的邊緣沿著彼此相反的方向推動)或雙向SMA材料可以用于提供可控地增加或降低可變形板上的水平壓縮負荷的能力。本文中描述的示例性實施例的裝置可以用于各種應用中，包括但不限干，按壓按鈕，管道中的壁以控制/改變從其通過的流，外表面的可變位置流量控制(拖曳和提升)，用于產生諸如醫療容器和兒童安全鎖的帽中所期望的可控/可逆干渉配合，搖動板的可控密封カー彈下去以便容易地打開和關閉，彈起來以便當板閉合時增強周邊的密封。當它們用在例如按壓按鈕應用中時，可重構的雙穩態裝置允許按壓按鈕的位置除了被操作員的輸入(例如，手動下壓按鈕)所致動之外，還被系統控制所致動(例如，電子控制器(未示出)，其電連接到裝置10并且構造成提供或激勵電路(未示出)，以便將電流提供給壓電致動器或SMA致動器，或者激勵加熱器(未示出)以便加熱本文任意附圖中的SMA致動器)。系統控制對按壓按鈕的致動使得按鈕位置能夠向用戶提供被按鈕所控制的裝置的操作狀態的視覺和/或觸覺提示，以及主動地改變由按鈕所控制的裝置的操作狀態，而不需要系統控制器來超馳按壓按鈕所設定的操作狀態(例如，按鈕連接到諸如電開關的機電控制裝置)。例如，如果按壓按鈕已經被構造成控制機動車輛后窗除霜器的操作狀態(開啟或關閉)，則可以使用本文所描述的可重構的雙穩態裝置，手動下壓按鈕將可變形板14從第一或上部穩定位置移動到第二或下部穩定位置，從而激勵電開關以閉合電路并且激勵后窗除霜器。為了防止對除霜器構件的過加熱和潛在損害，這種單元通常由在預先確定的時間段之后或者在達到其它條件(例如，高溫)時關停単元的自動關停控制器或電路來控制。當控制電路或電子控制器將除霜器(或者由按壓按鈕控制的任何其它裝置)自動關停吋，SMA或壓電致動器可以被激勵，將可變形板從其第二或下部穩定位置移動回到第一或上部穩定位置，從而將電路打開，并且停止激勵后窗除霜器。在其它示例性實施例中，可能期望使用SMA或壓電致動器來可控地沿第一和第二穩定位置之間或第二和第一穩定位置之間的任一方向來移動可變形板14，如同圖3中的裝置所示。并且，在機動車輛的情況下(盡管清楚的是不限于機動車輛系統)，依賴于來自各種傳感器的輸入，很多裝置都可以由控制器或控制電路來可控地激勵和停止激勵。依賴于來自周圍光線傳感器的輸入，車輛頭燈或其它照明系統可以被可控地激勵和停止激勵，基于檢測風擋玻璃上的水滴的存在的傳感器，風擋玻璃刮水器可以被可控地激勵和停止激勵，依賴于來自溫度傳感器的輸入，加熱或冷卻系統可以被可控地激勵或停止激勵，存在或可以發展出很多其它的示例。對于這種系統，可以使用諸如圖3中所顯示的裝置，其中，通過手動下壓按鈕將可變形板14從第一或上部穩定位置移動到第二或下部穩定位置，或者通過來自控制器的系統控制激勵SMA致動器部件17以便將可變形板從第一或上部穩定位置移動到第二或下部穩定位置，從而可以激勵受控的裝置。通過來自電子控制器的系統控制激勵SMA致動器部件16、16’將可變形板從第二或下部穩定位置移動到第一或上部穩定位置，可以停止激勵受控的裝置。或者，通過使用與可變形板14相關聯的觸覺傳感器感測當其處于第二或下部位置時何時被下壓，可以使用用戶輸入來停止激勵受控的裝置，該輸入將造成電子控制器致動SMA致動器部件16、16’，以便將可變形板從第二或下部穩定位置移動到第一或上部穩定位置。本文公開的各種其它示例性實施例可以進ー步增強對諸如按壓按鈕的控制裝置的可用設計和操作選擇。例如，當圖6和7的實施例中的彈性部件22包括SMA材料，該彈性部件的形狀記憶能力可以允許可變形板14呈現帶有不同的上部和下部穩定位置的不同雙穩態構造。該示例性裝置因此可以用來以多于簡單的開啟-關閉的控制狀態來控制裝置(例如，對于風擋玻璃刮水器控制的不同速度)，并且可變形板的穩定位置的相對高度將代表受控裝置的相對操作狀態。用戶輸入可以從與可變形板相關聯的觸覺傳感器接收，然后系統響應通過致動SMA弾性部件22而改變可變形板的位置。在另ー示例性實施例中，按壓按鈕或觸摸墊可以被指定為執行多種不同功能(例如，移動電話上的數字、字母和符號)，可變形板14的穩定位置的相對高度可以被設置為對應于賦予按壓按鈕或觸摸墊的不同功能，以便作為當前所賦予功能的視覺和/或觸覺提示。用于本文描述的SMA致動器部件和SMA彈性部件的形狀記憶合金在本領域中是熟知的。形狀記憶合金是帶有至少兩種不同的隨溫度變化的相的合金成分。這些相中最常用到的是所謂的馬氏體和奧氏體相。在以下的討論中，馬氏體相通常指較易變形的低溫相，而奧氏體相通常指較剛性的較高溫相。當形狀記憶合金處于馬氏體相并受熱時，其開始變成奧氏體相。該現象開始處的溫度常稱為奧氏體開始溫度(As)。該現象完成處的溫度稱為奧氏體結束溫度(Af)。當形狀記憶合金處于奧氏體相并冷卻時，其開始變成馬氏體相，并且該現象開始處的溫度稱為馬氏體開始溫度(Ms)。奧氏體完成轉變成馬氏體處的溫度稱為馬氏體結束溫度(Mf)。應當注意，上述轉變溫度是SMA樣品所受應カ的函數。具體地說，這些溫度隨著應力增大而升高。由前述性質看來，形狀記憶合金的變形優選地在奧氏體轉變溫度或低于奧氏體轉變溫度(在As或低于As)。隨后加熱到奧氏體轉變溫度之上，促使變形了的形狀記憶材料樣品恢復到其持久形狀。因此，供形狀記憶合金使用的適當的激勵信號是熱激勵信號，該信號具有足以引起馬氏體相與奧氏體相之間的轉變的大小。當被加熱時形狀記憶合金記憶其高溫形式的溫度可以通過合金成分的細微變化和通過熱機械處理來調整。在鎳-鈦形狀記憶合金中，例如，其能夠從高于約100°c變化至低于約-100°c。形狀復原過程會在只有幾度的范圍內發生或者顯示出更平緩的復原。根據期望應用和合金成分可以把轉變的起始或結束控制在一度或兩度以內。形狀記憶合金的機械性能在跨越其轉變的溫度范圍內改變很大，通常提供形狀記憶效應、超弾性效應和高阻尼容量。例如，觀察到馬氏體相中的彈性模數低于奧氏體相。通過用施加的應カ重新排列晶體結構排列，處于馬氏體相的形狀記憶合金會經受大的變形。如同在以下更詳細描述的，在去除應カ之后，材料將保持該形狀。用于制造本文所述的SMA(—個或多個)致動器部件和/或(ー個或多個)SMA彈性部件的適當的形狀記憶合金材料包括但不限于鎳鈦基合金、銦鈦基合金、鎳鋁基合金、鎳鎵基合金、銅基合金(如銅鋅合金、銅招合金、銅金合金和銅錫合金)、金鎘基合金、銀鎘基合金、銦鎘基合金、錳銅基合金、鐵鉬基合金、鐵鈀基合金等。這些合金可以是ニ元、三元或任何更高元的，只要合金成分呈現形狀記憶效應，例如形狀、定向、屈服強度、撓曲模量、阻尼容量、超弾性和/或類似性質的變化。適當的形狀記憶合金成分的選擇取決于構件將要操作的溫度范圍。如上所述，在示例性實施例中，致動器部件也可以是壓電致動器部件。總體上，當受到施加的電壓時，壓電材料呈現尺寸的小的變化。它們的響應與所施加的場的強度成比例，并且非常快地能夠容易地達到千赫茲范圍。因為它們的尺寸變化較小(〈O.1%)，為了顯著地増加尺寸變化的大小，它們通常以壓電單晶和雙晶平致動器的形式使用，這些致動器被構造成當被施加相對較小的電壓時彎曲為凹的或凸的形狀。壓電致動器的尺寸變化可能仍然小于SMA致動器所能夠獲得的尺寸變化，但這種致動器的快速變形/彎曲可以提供比當前的SMA能夠獲得的快得多的響應時間(通常是毫秒級)。此外，一旦電場被移除，壓電元件自動返回到其原始幾何形狀，與保持在其彎曲的記憶形狀或短的記憶長度直到其受カ而變直的SMA相比，這可以減小手動移動可變形板的阻力。適合的壓電材料包括但不限于，無機化合物、有機化合物和金屬。對于有機材料來說，所有具有非中心對稱結構和在分子主鏈上、或側鏈上或同時在主側鏈上具有大偶極矩基團的聚合材料，都可以作為壓電膜的合適候選。示例性聚合物包括，例如但不限于，聚(4-苯こ烯磺酸鈉)、聚(聚(こ烯胺)骨架-偶氮發色團)和它們的衍生物；包括聚偏ニ氟こ烯、其共聚物偏ニ氟こ烯(〃VDF〃)、共三氟こ烯和它們的衍生物在內的多氟烴；包括聚(氯こ烯)、聚偏ニ氯こ烯和它們的衍生物在內的多氯烴；聚丙烯腈和它們的衍生物；包括聚(甲基丙烯酸)和它們的衍生物在內的多聚羧酸；聚脲和它們的衍生物；聚氨基甲酸酯和它們的衍生物；諸如聚L-乳酸和它們的衍生物以及細胞膜蛋白質之類的生物分子以及諸如磷酸雙脂之類的磷酸鹽生物分子；聚苯胺和它們的衍生物以及四肢的所有衍生物；包括芳族聚酰胺在內的聚酰胺，包括Kapton和聚醚酰亞胺在內的聚酰亞胺，以及它們的衍生物；所有膜聚合物！(N-こ烯吡咯烷酮)(PVP)同聚物及它們的衍生物，和任意的PVP共醋酸こ烯酯共聚物；以及所有在主鏈或支鏈或主鏈和支鏈中具有偶極矩基團的芳族聚合物以及它們的混合物。壓電材料還可以包括金屬，這些金屬從由鉛、銻、錳、鉭、鋯、鈮、鑭、鉬、鈀、鎳、鎢、鋁、鍶、鈦、鋇、鈣、鉻、銀、鐵、硅、銅、包含至少ー個前述金屬的合金以及包含至少ー個前述金屬的氧化物組成的組中選擇。適合的金屬氧化物包括Si02、A1203、ZrO2>Ti02、SrTiO3>PbTi03、BaTi03、Fe03、Fe304、Zn0及它們的混合物，以及VIA族和IIB族的化合物，例如CdSe、CdS、GaAs、AgCaSe2、ZnSe、GaP、InP、ZnS、及它們的混合物。優選的是，壓電材料選自包括以下的組聚偏ニ氟こ烯、鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇及它們的混合物。已參照示例性實施例對本發明進行了描述，本領域技術人員將理解的是，在不脫離本發明范圍的情況下，可以做出各種改變和對其元件用等同物進行替換。另外，根據本發明的教導，可做許多變形以適應特定情況或材料，這些都不會脫離本發明的實質范圍。因此，應該理解的是，本發明并不局限于所公開的具體實施例，而是，本發明將包括落入本申請保護范圍內的所有實施例。術語“前”、“后”、“底”、“頂”、“第一”、“第二”、“第三”在本文中僅為了描述的方便，不限于任何ー個位置或空間定向或次序或發生的順序，除非另外指出。權利要求1.一種可重構的雙穩態裝置，包括側向地設置在一個或多個安裝部件之間并且連接到所述一個或多個安裝部件的彈性可變形的板，所述一個或多個安裝部件直接或間接地連接到所述板的相對端，所述板保持在沿著所述相對端之間延伸的至少一個向量的壓縮力之下，所述壓縮力使所述板變形到兩個穩定的變形位置中的一個；所述裝置被設置成使得，通過在所述板的兩個相對的面中的一個上施加手動力而將所述板在所述兩個穩定的變形位置的每一個之間移動；以及連接到所述板的面上的第一形狀記憶合金致動器部件或壓電致動器部件，所述致動器部件能夠使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個。2.如權利要求1所述的裝置，其中，還包括連接到所述板的面上的第二形狀記憶合金致動器部件或壓電致動器部件，所述第二致動器部件能夠使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個。3.如權利要求1所述的裝置，其中，還包括連接到所述板的面上的多個形狀記憶合金致動器部件或壓電致動器部件，所述多個致動器部件能夠使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個。4.如權利要求1所述的裝置，其中，所述板的所述相對端位于固定的位置。5.如權利要求1所述的裝置，其中，還包括彈性部件，所述彈性部件設置在所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件之間并且連接所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件，或者所述彈性部件設置在能夠彼此相對移動的兩個安裝部件之間并且連接該兩個安裝部件，所述彈性部件施加壓縮力，使所述板變形到所述兩個穩定的變形位置中的一個。6.如權利要求5所述的裝置，其中，所述彈性部件包括形狀記憶合金。7.如權利要求1所述的裝置，其中，還包括彈性部件，所述彈性部件設置在所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件之間并且連接所述板的兩個相對端中的一個和安裝部件，或者所述彈性部件設置在能夠彼此相對移動的兩個安裝部件之間并且連接該兩個安裝部件，所述彈性部件施加壓縮力，使所述板變形到所述兩個穩定的變形位置中的一個。8.如權利要求7所述的裝置，其中，所述彈性部件包括形狀記憶合金。9.一種操作雙穩態裝置的方法，所述雙穩態裝置包括側向地設置在一個或多個安裝部件之間并且連接到所述一個或多個安裝部件的彈性可變形的板，所述一個或多個安裝部件直接或間接地連接到所述板的相對端，所述板保持在沿著所述相對端之間延伸的至少一個向量的壓縮力之下，所述壓縮力使所述板變形到兩個穩定的變形位置中的一個，還包括連接到所述板的第一形狀記憶合金或壓電致動器部件，所述方法包括將熱量或電流施加到所述第一形狀記憶合金，或者將電場施加到所述壓電致動器部件，使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個。10.一種操作雙穩態裝置的方法，所述雙穩態裝置包括側向地設置在一個或多個安裝部件之間并且連接到所述一個或多個安裝部件的彈性可變形的板，所述一個或多個安裝部件直接或間接地連接到所述板的相對端，所述板保持在沿著所述相對端之間延伸的至少一個向量的壓縮力之下，所述壓縮力使所述板變形到兩個穩定的變形位置中的一個，還包括連接到所述板的第一形狀記憶合金或壓電致動器部件以及連接到所述板的第二形狀記憶合金或壓電致動器部件，所述方法包括以下步驟，這些步驟的順序是任意的將熱量或電流施加到所述第一形狀記憶合金，或者將電場施加到所述壓電致動器部件，使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個；可選地對所述板施加手動力，將所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個；以及如果所述板還沒有被手動地從所述兩個穩定的變形位置中的第二個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第一個，則當預先確定的情況或一組情況發生時，將熱量或電流施加到所述第二形狀記憶合金或將電場施加到所述壓電致動器部件，將所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個。全文摘要本發明涉及一種可重構的雙穩態裝置，其包括側向地設置在一個或多個安裝部件之間并且連接到一個或多個安裝部件的彈性可變形的板，所述一個或多個安裝部件直接或間接地連接到所述板的相對端，所述板保持在沿著所述相對端之間延伸的至少一個向量的壓縮力之下。該壓縮力使板變形為兩個穩定的變形位置中的一個，該裝置被設置為使得，通過對板的兩個相對面中的一個施加手動力而可以使板在兩個穩定的變形位置的每一個之間移動。第一形狀記憶合金(SMA)或壓電致動器部件連接到板上，所述致動器部件能夠使所述板從所述兩個穩定的變形位置中的第一個移動到所述兩個穩定的變形位置中的第二個。文檔編號H01H5/04GK103035427SQ20121036648公開日2013年4月10日申請日期2012年9月28日優先權日2011年9月30日發明者A.L.布勞恩,N.L.約翰遜,G.P.麥克奈特,A.C.基弗,G.A.埃雷拉申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司