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原文传递形状可变构件的致动方法、形状可变构件和致动系统

专利名称：	形状可变构件的致动方法、形状可变构件和致动系统
摘要：	本发明涉及一种可致动材料的形状可变构件的致动方法。本发明还涉及一种形状可变构件和包括这样的形状可变构件和磁场装置的系统。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	德国;DE
申请人：	马克思-普朗克科学促进协会
发明人：	胡文琪;林国展;马西莫·马斯特兰杰利;梅廷·西蒂
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201780088083.6
公开号：	CN110382338A
代理机构：	广州华进联合专利商标代理有限公司
代理人：	易皎鹤
分类号：	B62D57/00(2006.01);B;B62;B62D;B62D57
申请人地址：	德国慕尼黑
主权项：	1.一种形状可变构件(10)的致动方法，所述形状可变构件(10)具有高度(h)、宽度(w)以及长度(l)，所述形状可变构件(10)还是未系带的；该方法包括以下步骤： -通过至少一个刺激来致动所述形状可变构件(10)，以使构件的形状在至少一个空间方向上至少改变形状可变构件(10)的长度(1)，从而感应扭矩到所述形状可变构件(10)中； -通过所述构件(10)的形状在至少一个空间方向上所感应的变化，影响构件(10)的运动；和 -在所述至少一个空间方向上移动所述形状可变构件(10)。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感应的扭矩用于在所述至少一个空间方向上引导所述形状可变构件(10)。 3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述形状可变构件(10)的一种运动选自包括游泳、行走、翻转、爬行、滚动、潜水、浸入、浮现、跳跃、登陆、表面爬升、液弯月爬升、蹦、在限定空间内爬行，旋转，飞行，滑翔的运动的组。 4.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述形状变化包括所述形状可变构件(10)的所述可致动材料的变形、收缩、弯曲、旋转、波动和伸展中的至少一种。 5.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述刺激是外部刺激。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述外部刺激以至少一个维度中施加的时变磁场的形式存在，优选为两个维度中施加的时变磁场，最优选为三个维度中施加的时变磁场。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，施加的时变磁场的大小选择在0-1000mT范围内，特别是0-500mT，优选在0-50mT范围内，特别是在0-20mT范围内。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，施加的时变磁场的大小随频率变化，所述频率选择在0至1000kHz的范围内，特别是0至1kHz的范围内，优选0至200Hz的范围内，尤其是0至50Hz的范围内。 9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，施加的时变磁场的方向随频率变化，所述频率选择在0至1000kHz的范围内，特别是0至1kHz的范围内，优选0至200Hz的范围内，尤其是0至50Hz的范围内。 10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括致动所述形状可变构件(10)以额外地执行至少一个功能的步骤。 11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一个功能包括抓取功能、吸附功能、解吸功能、释放功能、抓持功能、丢弃功能、箝位功能和拾取功能中的至少一个。 12.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当权利要求4从属于权利要求3时，所述形状可变构件(10)的变形为采用正弦或余弦形状以实现爬行或行走类型的运动，特别地，在所述形状可变构件(10)上施加小量值的旋转磁场B序列，以使所述形状可变构件(10)能够进行进波动的运动，施加的磁场优选具有小量值\|B\|，所述量值选择在0.1-200mT，优选0.2-5mT的范围内，尤其是3mT。 13.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当权利要求4从属于权利要求3时，所述形状可变构件(10)变形成采用部分圆形，尤其是半圆形，以实现滚动或弯月爬升式的运动，特别是其中在所述形状可变构件(10)上施加大量值的旋转磁场B序列，以使所述形状可变构件(10)能够滚动运动，施加的磁场优选产生顺时针方向上的滚动式的运动，而施加的磁场优选具有大量值\|B\|，所述量值选择在0.1至1000mT，特别是12至20mT范围内，尤其是15mT，特别是其中为了影响弯月爬升式的运动，施加大的恒定磁场B，然后施加大量值的旋转磁场B序列，施加的磁场优选具有大量值\|B\|，所述量值选择0.1至1000mT，优选为10至20mT的范围内，特别是约12mT，并且尤其是11.7mT的部分。 14.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当权利要求4从属于权利要求3时，其中所述形状可变构件(10)变形以在所述构件上波动并产生行进波，以影响游泳型的运动或在受限空间内的爬行型的运动。 15.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当权利要求4从属于权利要求3时，其中所述形状可变构件(10)的形状从第一形状翻转成第二形状并返回到所述第一形状以影响水母游泳式运动，其中所述第一形状和所述第二形状优选类似于部分圆的形状，尤其是半圆的形状。 16.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当依赖于权利要求3时，所述形状可变构件(10)被所述至少一个刺激脉冲以影响所述跳跃式运动。 17.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当权利要求4从属于权利要求3所述的方法时，其中为了影响浸入式运动，施加具有旋转B序列的磁场，所述磁场以逆时针方式实现所述形状可变构件的旋转，以减少与液面的接触，所述施加的磁场的量值优选在1-200mT，特别是15至30mT的范围内，尤其是20mT。 18.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当权利要求4从属于权利要求3时，其中为了影响登陆式运动，施加具有可变量值的旋转B序列的磁场，初始B序列具有高量值，所述初始B序列随后减至较低的量值，其中较高的磁场优选选择在1至1000mT，特别是10至15mT的范围内，而较低的量值选择在0.1至100mT，特别是3至8mT的范围内。 19.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当权利要求4从属于权利要求3所述的方法时，其中所述磁场的摇摆序列被应用于执行所述行走式运动，尤其是所述行走式运动通过四个相来影响，其中应用四种不同类型的磁场。 20.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当权利要求4从属于权利要求3所述的方法时，其中为了影响所述形状可变构件的水母状游泳模式运动，所述施加的磁场从正磁场顺序地翻转至负磁场，从而导至所述形状可变构件的形状反转。 21.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述刺激是内部刺激。 22.一种可致动材料的形状可变构件，所述形状可变构件(10)是未系带的且具有宽度(w)、高度(h)和长度(l)，其中所述形状可变构件(10)配置成通过至少一个刺激来致动，以便使所述构件的形状至少在所述形状可变构件的长度(l)上发生变化；其中，所述形状可变构件(10)配置成按照根据前述权利要求中的至少一项所述的致动方法致动，以产生至少一种类型的运动。 23.根据权利要求22所述的可变形构件，其特征在于，所述形状变化包括所述可变形构件(10)的所述可致动材料的变形、收缩、旋转、弯曲和伸展中的至少一种。 24.根据权利要求22或23所述的可变形构件，其特征在于，所述运动类型为跳跃。 25.根据权利要求22至24中任一项所述的可变形构件，其特征在于，所述可变形构件(10)配置成进行至少两种类型的运动，并且所述至少两种类型的运动选自包括游泳、行走、翻转、爬行、滚动、潜水、浸入、浮现、跳跃、登陆、表面爬升、液弯月爬升、蹦、在限定空间内爬行，旋转，飞行，滑翔的运动的组。 26.根据权利要求22至25中任一项所述的形状可变构件，其特征在于，所述刺激是以至少一个维度施加的磁场形式的外部刺激，优选为二个维度且最优选为三个维度，所述磁场与所述形状可变构件(10)的预计划磁化情况的相互作用，所述构件优选具有疏水表面。 27.一种致动系统，包括如权利要求22至26中任一项所述的形状可变构件及磁场装置，其中所述磁场装置(M)是所述至少一个刺激的源。 28.根据权利要求27所述的致动系统，其特征在于，所述磁场装置(M)配置成在所述系统的中心产生均匀的3D磁场。 29.根据权利要求27或权利要求28所述的致动系统，其特征在于，所述磁场装置(M)包括至少两对，优选三对，特别优选四对磁线圈(C)，其中每对所述磁线圈(C)布置在公共轴线上，所述各公共轴线在所述系统的中心处至少彼此近似垂直布置。 30.根据权利要求29所述的致动系统，其特征在于，所述形状可变构件(10)配置成通过所述一对磁线圈(C)致动，使得所述形状可变构件(10)在所施加的磁场内执行至少一种类型的运动。 31.根据权利要求29或权利要求30所述的致动系统，其特征在于，每对磁线圈(C)中的每个线圈布置成至少基本上与中心等距。 32.根据权利要求29至31中任一项所述的致动系统，其特征在于，所述对磁线圈(C)配置成在所述中心产生时变磁场。 33.根据权利要求29至32中任一项所述的致动系统，其特征在于，所述每对线圈(C)可致动以在所述中心产生磁场，所述磁场强度可在0至1000mT范围内，特别是0至500mT，优选地在0至100mT范围内，尤其是在0至50mT范围内变化。 34.根据权利要求29至33中任一项所述的致动系统，其特征在于，所述每对线圈(C)可致动以在所述中心产生磁场，所述磁场的强度可随频率而变化，所述频率范围至少为0至100kHz，特别是0至1kHz。 35.根据权利要求29至34中任一项所述的致动系统，其特征在于，所述电磁线圈系统可致动以在以下平面X-Y、X-Z、Y-Z中的一个空间平面中产生具有变化方向的磁场。 36.根据权利要求35所述的致动系统，其特征在于，所述方向可随频率变化，所述频率选择在至少0至100kHz的范围内，尤其是0至1kHz的范围内。 37.根据权利要求29至36中任一项所述的致动系统，其特征在于，如果使用三对磁线圈(C)，则两对磁线圈具有至少基本相等的尺寸，并且第三对磁线圈中的每一个线圈具有比另两对磁线圈中的相应线圈更大的尺寸。 38.根据权利要求29至37中任一项所述的致动系统，其特征在于，所述形状可变构件(10)被配置为被施加在所述Y方向和所述Z方向中的至少一个方向上的磁场引导，并且还被配置为被施加在所述X方向和所述Y方向上的磁场改变形状，并且被配置为被所施加的磁场移动。 39.根据权利要求29至38中任一项所述的致动系统，其特征在于，所述磁场相对于所述形状可变构件(10)的局部X-Y框架施加并且通过所述磁场的存在所述X-Y框架中变形所述形状可变构件的形状，其中所述形状可变构件(10)由施加在所述Y方向和所述Z方向中的至少一个上的磁场控制。
所属类别：	发明专利