本發(fā)明涉及一種液壓致動(dòng)器和一種用于操作液壓致動(dòng)器的方法。

背景技術(shù)：

例如在“工業(yè)4.0”的框架下期望常規(guī)機(jī)器自動(dòng)化的更大靈活性。所謂的“軟機(jī)器處理（Soft Roboting）”在近來(lái)變得越來(lái)越重要。在所述軟機(jī)器處理期間，制造機(jī)器人意圖與人直接合作。為此需要具有可變剛度和低質(zhì)量的致動(dòng)器。這種致動(dòng)器的模型是人體的肌肉，人體的肌肉可以根據(jù)應(yīng)用情況加預(yù)應(yīng)力并由此增加剛度。但是，在正常狀態(tài)下肌肉不加預(yù)應(yīng)力，使得在與剛性物體碰撞時(shí)，作用在身體上的力以及由此造成傷害的風(fēng)險(xiǎn)被最小化。然而，迄今使用的致動(dòng)器具有高剛度。為了避免碰撞的發(fā)生，附加地使用識(shí)別障礙物并在嚴(yán)重情況下停止致動(dòng)器或使所述致動(dòng)器轉(zhuǎn)移離開障礙物的傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種致動(dòng)器，特別是具有可變剛度的致動(dòng)器，該致動(dòng)器與現(xiàn)有技術(shù)相比得到改進(jìn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于操作這種致動(dòng)器的方法。

該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1詳細(xì)描述的特征的液壓致動(dòng)器以及具有權(quán)利要求9詳細(xì)描述的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)方案可以在相關(guān)聯(lián)的從屬權(quán)利要求、以下描述和附圖中找到。

根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器包括液壓驅(qū)動(dòng)缸，特別是具有驅(qū)動(dòng)活塞的液壓驅(qū)動(dòng)缸、液壓地聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)缸的液壓輸出缸以及限壓閥，該限壓閥依賴于力作用在驅(qū)動(dòng)缸和/或驅(qū)動(dòng)活塞上的作用時(shí)間來(lái)限制輸出缸上的壓力。

限壓閥可以借助于根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器基于力作用在驅(qū)動(dòng)活塞上的作用時(shí)間來(lái)控制。限制輸出缸上的壓力的限壓閥基于該壓力限制操作來(lái)設(shè)定液壓致動(dòng)器的剛度。因此，液壓致動(dòng)器的剛度可以基于力作用在驅(qū)動(dòng)活塞上的作用時(shí)間來(lái)設(shè)定。

根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器有利地包括驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器在運(yùn)動(dòng)上聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)缸或驅(qū)動(dòng)活塞。液壓致動(dòng)器有利地是可電氣控制的。根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器特別優(yōu)選地是壓電致動(dòng)器、電動(dòng)致動(dòng)器或電磁致動(dòng)器。這種致動(dòng)器可以特別容易地受到電氣控制。

在根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器的情況下，驅(qū)動(dòng)缸優(yōu)選地通過(guò)止回閥和第一節(jié)流閥液壓地聯(lián)接到位于預(yù)應(yīng)力液壓缸中的預(yù)應(yīng)力體積，該預(yù)應(yīng)力液壓缸特別是具有預(yù)應(yīng)力活塞，其中預(yù)應(yīng)力液壓缸或預(yù)應(yīng)力活塞致動(dòng)限壓閥。以這種方式，預(yù)應(yīng)力體積可以以簡(jiǎn)單的方式基于力作用在驅(qū)動(dòng)活塞上的作用時(shí)間通過(guò)止回閥和節(jié)流閥來(lái)液壓地設(shè)定，該預(yù)應(yīng)力體積利用預(yù)應(yīng)力活塞適當(dāng)?shù)刂聞?dòng)限壓閥。

在液壓致動(dòng)器中，預(yù)應(yīng)力體積有利地通過(guò)第二節(jié)流閥液壓地聯(lián)接到儲(chǔ)器。以這種方式，預(yù)應(yīng)力體積可以在給予的作用時(shí)間內(nèi)由儲(chǔ)器來(lái)供給或者排空到儲(chǔ)器中。

在特別優(yōu)選的改進(jìn)方案中，在液壓致動(dòng)器中，限壓閥設(shè)置用于相對(duì)于儲(chǔ)器來(lái)限制壓力或用于將壓力釋放到儲(chǔ)器中。以這種方式，當(dāng)液壓致動(dòng)器的剛度較低時(shí)，輸出缸可以將壓力釋放到儲(chǔ)器中，或者根據(jù)限壓閥的位置保持高的剛度。

理想地，在根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器中，輸出活塞在輸出缸中被引導(dǎo)。以這種方式，輸出活塞用作根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器的操作元件。作為替代方案并且同樣優(yōu)選地，輸出缸由折疊波紋管形成，使得輸出缸的至少一部分形成根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器的操作元件。

在根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器的優(yōu)選改進(jìn)方案中，輸出缸通過(guò)加預(yù)應(yīng)力的止回閥聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)缸。以這種方式，當(dāng)在驅(qū)動(dòng)缸和輸出缸之間存在足夠的壓力差時(shí)，可以傳遞驅(qū)動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)或驅(qū)動(dòng)活塞的驅(qū)動(dòng)。然而，根據(jù)不同的壓力情況，驅(qū)動(dòng)器也可以復(fù)位，而不會(huì)對(duì)輸出缸產(chǎn)生直接的影響，使得例如由于驅(qū)動(dòng)缸或驅(qū)動(dòng)活塞的周期性運(yùn)動(dòng)而利用輸出缸實(shí)現(xiàn)了大的線性沖程。

根據(jù)本發(fā)明的用于操作液壓致動(dòng)器的方法，該液壓致動(dòng)器包括液壓驅(qū)動(dòng)缸，特別是具有驅(qū)動(dòng)活塞的液壓驅(qū)動(dòng)缸，以及在運(yùn)動(dòng)上聯(lián)接到該驅(qū)動(dòng)缸或驅(qū)動(dòng)活塞的驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，特別是一種用于操作如上所述的液壓致動(dòng)器的方法。在該方法中，驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器在液壓致動(dòng)器的操作階段或非操作階段的持續(xù)時(shí)間內(nèi)利用具有一定偏轉(zhuǎn)周期的偏轉(zhuǎn)件以一定的偏轉(zhuǎn)頻率被偏轉(zhuǎn)，其中偏轉(zhuǎn)周期限定液壓致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)剛度，并且偏轉(zhuǎn)頻率限定液壓致動(dòng)器的結(jié)果偏轉(zhuǎn)速度。

特別地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器是可電氣控制的、特別是壓電致動(dòng)器、電動(dòng)致動(dòng)器或電磁致動(dòng)器。

在本發(fā)明的另一改進(jìn)方案中，液壓驅(qū)動(dòng)缸和/或液壓輸出缸和/或預(yù)應(yīng)力液壓缸分別由折疊波紋管形成。

附圖說(shuō)明

下面將參考附圖中示出的示例性實(shí)施例更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，在附圖中：

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器的液壓回路圖;

圖2示意性地示出了根據(jù)圖1的液壓致動(dòng)器的三個(gè)操作模式（a）、（b）和（c）的圖解示圖。

具體實(shí)施方式

圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器5包括壓電致動(dòng)器10，該壓電致動(dòng)器在運(yùn)動(dòng)上聯(lián)接到液壓驅(qū)動(dòng)缸20的驅(qū)動(dòng)活塞15。

驅(qū)動(dòng)缸20包括液壓驅(qū)動(dòng)體積25，液壓驅(qū)動(dòng)體積25以本身已知的方式填充有液壓油。該驅(qū)動(dòng)體積25通過(guò)止回閥30液壓地聯(lián)接到液壓輸出缸35，以便當(dāng)存在足夠高的打開壓力時(shí)打開。止回閥30相應(yīng)地被加預(yù)應(yīng)力。輸出缸35在驅(qū)動(dòng)側(cè)具有輸出體積40，該輸出體積使位于輸出側(cè)上的輸出活塞45運(yùn)動(dòng)。

此外，驅(qū)動(dòng)體積通過(guò)止回閥50聯(lián)接到儲(chǔ)器55，使得驅(qū)動(dòng)體積可以供給該儲(chǔ)器。

此外，驅(qū)動(dòng)體積25可以通過(guò)止回閥60和沿流通方向布置在該止回閥60下游的節(jié)流閥65供給液壓預(yù)應(yīng)力缸90的預(yù)應(yīng)力體積70，該液壓預(yù)應(yīng)力缸借助于預(yù)應(yīng)力活塞75控制限壓閥80。預(yù)應(yīng)力體積70通過(guò)第二節(jié)流閥85聯(lián)接到儲(chǔ)器55。限壓閥80限制輸出體積上的壓力或?qū)⑤敵鲶w積上的壓力釋放到儲(chǔ)器55中或相對(duì)于儲(chǔ)器55釋放所述壓力。

圖1中所示的根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器5根據(jù)本發(fā)明以下面描述的方式操作：各個(gè)操作模式的特征在于壓電致動(dòng)器10的驅(qū)動(dòng)，如根據(jù)圖2的致動(dòng)路徑/時(shí)間圖（a）、（b）和（c）所示，下面將更詳細(xì)地描述。

在第一種操作模式中，液壓致動(dòng)器以較低的系統(tǒng)剛度操作并且以不同于零的致動(dòng)速度v1致動(dòng)：

為此，壓電致動(dòng)器10以根據(jù)圖2（a）的曲線C1所圖示的方式被致動(dòng)：壓電致動(dòng)器10快速偏轉(zhuǎn)（也就是說(shuō)，致動(dòng)路徑S_an以高斜度hS隨時(shí)間t上升）。由此，驅(qū)動(dòng)缸20的驅(qū)動(dòng)體積25中的壓力增大，使得將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到輸出體積40的止回閥30和將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到預(yù)應(yīng)力體積70的止回閥60打開。因?yàn)樵谠摰谝徊僮髂Ｊ街?，壓電致?dòng)器10的偏轉(zhuǎn)以及由此驅(qū)動(dòng)體積25中的壓力增加僅僅是非常短暫的，由于串聯(lián)阻塞（verbauten）的節(jié)流閥65，幾乎沒有液壓油能夠通過(guò)將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到預(yù)應(yīng)力體積70的止回閥60朝預(yù)應(yīng)力體積70的方向流動(dòng)，其中，該較小流量的液壓油再次通過(guò)將預(yù)應(yīng)力體積70聯(lián)接到儲(chǔ)器的節(jié)流閥85流出到儲(chǔ)器55中。由此，在預(yù)應(yīng)力體積70中幾乎沒有增加壓力。因此，液壓油幾乎僅流入到輸出體積40中，使得輸出活塞45以液壓致動(dòng)器5的結(jié)果致動(dòng)路徑S_ab被驅(qū)動(dòng)出去。

然后,壓電致動(dòng)器10的偏轉(zhuǎn)再次突然減?。ㄈ鐖D2（a）中的曲線C1負(fù)的高斜度hA），由此將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到輸出體積40的止回閥30和將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到預(yù)應(yīng)力體積70的止回閥60關(guān)閉。由于驅(qū)動(dòng)體積25中的液壓油減少而產(chǎn)生真空，因此將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到儲(chǔ)器55的止回閥50打開，并且缺少的液壓油可以從儲(chǔ)器55流入到驅(qū)動(dòng)體積25中。

如果在第一操作模式中重復(fù)該循環(huán)，即重復(fù)壓電致動(dòng)器10的快速偏轉(zhuǎn)和復(fù)位，則輸出活塞45連續(xù)地偏轉(zhuǎn)。如果反作用力作用在輸出活塞45上，則輸出體積40中的壓力根據(jù)該反作用力和輸出缸35的液壓截面而增大。由于在預(yù)應(yīng)力體積25中缺少壓力，限壓閥80中的閾值非常低，當(dāng)輸出活塞45上存在較低的反作用力時(shí)，液壓油就已通過(guò)限壓閥80從輸出體積40回流到儲(chǔ)器55中。

在第二種操作模式中，液壓致動(dòng)器5以較高的系統(tǒng)剛度操作并且以不同于零的致動(dòng)速度v1致動(dòng)：

為此，壓電致動(dòng)器10以根據(jù)圖2（b）的曲線C2所圖示的方式被致動(dòng)：如前面所描述地，壓電致動(dòng)器10快速偏轉(zhuǎn)（也就是說(shuō)，致動(dòng)路徑S_an再次以高斜度hS隨時(shí)間t上升）。

因此，驅(qū)動(dòng)體積25中的壓力增大，并且將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到輸出體積40的止回閥30和將驅(qū)動(dòng)體積40聯(lián)接到預(yù)應(yīng)力體積70的止回閥60打開。由于液壓油流出到輸出體積40中，驅(qū)動(dòng)體積25中的壓力如在前述的操作模式中一樣下降。

與前述的操作模式相反，在此，壓電致動(dòng)器10的偏轉(zhuǎn)在一段特定時(shí)間內(nèi)保持恒定（參見根據(jù)圖2（b）的曲線C2的部分p）。由于將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到輸出體積40的止回閥30具有限定的打開壓力，所以當(dāng)驅(qū)動(dòng)體積25和輸出體積40之間的壓力差小于止回閥30的打開壓力時(shí)，該止回閥30關(guān)閉。由于壓電致動(dòng)器10仍然被偏轉(zhuǎn)，所以剩余壓力施加到將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到預(yù)應(yīng)力體積的止回閥60。因?yàn)閷Ⅱ?qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到預(yù)應(yīng)力體積70的止回閥60沒有加預(yù)應(yīng)力，所以液壓油可以流動(dòng)通過(guò)該止回閥60和布置在該止回閥60下游的節(jié)流閥65，直到預(yù)應(yīng)力體積70和驅(qū)動(dòng)體積25之間的壓力差更大。雖然一小部分液壓油通過(guò)將預(yù)應(yīng)力體積70聯(lián)接到儲(chǔ)器55的節(jié)流閥85再次回流到儲(chǔ)器55中，但是預(yù)應(yīng)力體積70中的壓力增大。結(jié)果是，限壓閥80中的打開閾值增大。

一段特定時(shí)間之后，壓電致動(dòng)器10再次突然復(fù)位到壓電致動(dòng)器的初始致動(dòng)路徑S_an（如圖2（b）中的曲線C2的負(fù)的高斜度hA）。結(jié)果是，與前述第一操作模式中一樣，液壓油從儲(chǔ)器55吸入到驅(qū)動(dòng)體積25中。如果沒有安裝將預(yù)應(yīng)力體積60聯(lián)接到儲(chǔ)器55的節(jié)流閥85，則液壓油不僅從儲(chǔ)器55吸出，而且從預(yù)應(yīng)力體積70吸出。

然后，重復(fù)所述循環(huán)，即壓電致動(dòng)器10的偏轉(zhuǎn)和復(fù)位。如果在這種情況下反作用力作用在輸出活塞45上，則輸出體積40中的壓力再次增大。然而，由于預(yù)應(yīng)力體積70中的壓力增大了，因此限壓閥80中的閾值大于前述操作模式中的閾值，由此可以在驅(qū)動(dòng)活塞15上形成更大的力，并且從輸出體積40中流出的液壓油被減少。以這種方式增加了根據(jù)本發(fā)明的液壓致動(dòng)器5的系統(tǒng)剛度。由此，該剛度的水平通過(guò)壓電致動(dòng)器10的驅(qū)動(dòng)曲線來(lái)設(shè)定。

在第三操作模式中，液壓致動(dòng)器5以高的系統(tǒng)剛度操作并且不致動(dòng)（即以v0=0的致動(dòng)速度致動(dòng)）：

為此，壓電致動(dòng)器10以根據(jù)圖2（c）的曲線C3所圖示的方式被致動(dòng)：

由于壓電致動(dòng)器10偏轉(zhuǎn)緩慢（相對(duì)較小的斜度nS），驅(qū)動(dòng)體積25中的壓力幾乎不增加，因此僅將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到預(yù)應(yīng)力體積70的止回閥60打開，但是將驅(qū)動(dòng)體積25聯(lián)接到輸出體積的止回閥30不打開。結(jié)果是，沒有液壓油泵送到輸出體積40中，而是僅泵送到預(yù)應(yīng)力體積70中，因此限壓閥80的閾值以及由此液壓致動(dòng)器5的系統(tǒng)剛度增大，而沒有輸出活塞45的偏轉(zhuǎn)。

一段特定時(shí)間之后，壓電致動(dòng)器10再次突然復(fù)位到其初始致動(dòng)路徑S_an（如圖2（c）中的曲線C3的負(fù)的高斜度hA）。

在未具體示出并且大部分對(duì)應(yīng)于圖1和圖2所示的示例性實(shí)施例的另外的示例性實(shí)施例中，提供電動(dòng)致動(dòng)器或電磁致動(dòng)器來(lái)代替壓電致動(dòng)器10。

不言而喻，在未具體示出的另外的示例性實(shí)施例中，所設(shè)置的驅(qū)動(dòng)缸和/或輸出缸和/或預(yù)應(yīng)力缸可以為不具有在液壓缸中引導(dǎo)的活塞的、折疊波紋管形式的液壓缸，來(lái)代替具有在液壓缸中引導(dǎo)的活塞的液壓缸。