液压致动器和用于操作液压致动器的方法与流程

本发明涉及一种液压致动器和一种用于操作液压致动器的方法。

背景技术：

例如在“工业4.0”的框架下期望常规机器自动化的更大灵活性。所谓的“软机器处理（Soft Roboting）”在近来变得越来越重要。在所述软机器处理期间，制造机器人意图与人直接合作。为此需要具有可变刚度和低质量的致动器。这种致动器的模型是人体的肌肉，人体的肌肉可以根据应用情况加预应力并由此增加刚度。但是，在正常状态下肌肉不加预应力，使得在与刚性物体碰撞时，作用在身体上的力以及由此造成伤害的风险被最小化。然而，迄今使用的致动器具有高刚度。为了避免碰撞的发生，附加地使用识别障碍物并在严重情况下停止致动器或使所述致动器转移离开障碍物的传感器。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种致动器，特别是具有可变刚度的致动器，该致动器与现有技术相比得到改进。本发明的另一个目的是提供一种用于操作这种致动器的方法。

该目的通过具有权利要求1详细描述的特征的液压致动器以及具有权利要求9详细描述的特征的方法来实现。本发明的优选改进方案可以在相关联的从属权利要求、以下描述和附图中找到。

根据本发明的液压致动器包括液压驱动缸，特别是具有驱动活塞的液压驱动缸、液压地联接到驱动缸的液压输出缸以及限压阀，该限压阀依赖于力作用在驱动缸和/或驱动活塞上的作用时间来限制输出缸上的压力。

限压阀可以借助于根据本发明的液压致动器基于力作用在驱动活塞上的作用时间来控制。限制输出缸上的压力的限压阀基于该压力限制操作来设定液压致动器的刚度。因此，液压致动器的刚度可以基于力作用在驱动活塞上的作用时间来设定。

根据本发明的液压致动器有利地包括驱动致动器，该驱动致动器在运动上联接到驱动缸或驱动活塞。液压致动器有利地是可电气控制的。根据本发明的液压致动器特别优选地是压电致动器、电动致动器或电磁致动器。这种致动器可以特别容易地受到电气控制。

在根据本发明的液压致动器的情况下，驱动缸优选地通过止回阀和第一节流阀液压地联接到位于预应力液压缸中的预应力体积，该预应力液压缸特别是具有预应力活塞，其中预应力液压缸或预应力活塞致动限压阀。以这种方式，预应力体积可以以简单的方式基于力作用在驱动活塞上的作用时间通过止回阀和节流阀来液压地设定，该预应力体积利用预应力活塞适当地致动限压阀。

在液压致动器中，预应力体积有利地通过第二节流阀液压地联接到储器。以这种方式，预应力体积可以在给予的作用时间内由储器来供给或者排空到储器中。

在特别优选的改进方案中，在液压致动器中，限压阀设置用于相对于储器来限制压力或用于将压力释放到储器中。以这种方式，当液压致动器的刚度较低时，输出缸可以将压力释放到储器中，或者根据限压阀的位置保持高的刚度。

理想地，在根据本发明的液压致动器中，输出活塞在输出缸中被引导。以这种方式，输出活塞用作根据本发明的液压致动器的操作元件。作为替代方案并且同样优选地，输出缸由折叠波纹管形成，使得输出缸的至少一部分形成根据本发明的液压致动器的操作元件。

在根据本发明的液压致动器的优选改进方案中，输出缸通过加预应力的止回阀联接到驱动缸。以这种方式，当在驱动缸和输出缸之间存在足够的压力差时，可以传递驱动缸的驱动或驱动活塞的驱动。然而，根据不同的压力情况，驱动器也可以复位，而不会对输出缸产生直接的影响，使得例如由于驱动缸或驱动活塞的周期性运动而利用输出缸实现了大的线性冲程。

根据本发明的用于操作液压致动器的方法，该液压致动器包括液压驱动缸，特别是具有驱动活塞的液压驱动缸，以及在运动上联接到该驱动缸或驱动活塞的驱动致动器，特别是一种用于操作如上所述的液压致动器的方法。在该方法中，驱动致动器在液压致动器的操作阶段或非操作阶段的持续时间内利用具有一定偏转周期的偏转件以一定的偏转频率被偏转，其中偏转周期限定液压致动器的运动刚度，并且偏转频率限定液压致动器的结果偏转速度。

特别地，在根据本发明的方法中，驱动致动器是可电气控制的、特别是压电致动器、电动致动器或电磁致动器。

在本发明的另一改进方案中，液压驱动缸和/或液压输出缸和/或预应力液压缸分别由折叠波纹管形成。

附图说明

下面将参考附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的液压致动器的液压回路图;

图2示意性地示出了根据图1的液压致动器的三个操作模式（a）、（b）和（c）的图解示图。

具体实施方式

图1所示的根据本发明的液压致动器5包括压电致动器10，该压电致动器在运动上联接到液压驱动缸20的驱动活塞15。

驱动缸20包括液压驱动体积25，液压驱动体积25以本身已知的方式填充有液压油。该驱动体积25通过止回阀30液压地联接到液压输出缸35，以便当存在足够高的打开压力时打开。止回阀30相应地被加预应力。输出缸35在驱动侧具有输出体积40，该输出体积使位于输出侧上的输出活塞45运动。

此外，驱动体积通过止回阀50联接到储器55，使得驱动体积可以供给该储器。

此外，驱动体积25可以通过止回阀60和沿流通方向布置在该止回阀60下游的节流阀65供给液压预应力缸90的预应力体积70，该液压预应力缸借助于预应力活塞75控制限压阀80。预应力体积70通过第二节流阀85联接到储器55。限压阀80限制输出体积上的压力或将输出体积上的压力释放到储器55中或相对于储器55释放所述压力。

图1中所示的根据本发明的液压致动器5根据本发明以下面描述的方式操作：各个操作模式的特征在于压电致动器10的驱动，如根据图2的致动路径/时间图（a）、（b）和（c）所示，下面将更详细地描述。

在第一种操作模式中，液压致动器以较低的系统刚度操作并且以不同于零的致动速度v1致动：

为此，压电致动器10以根据图2（a）的曲线C1所图示的方式被致动：压电致动器10快速偏转（也就是说，致动路径S_an以高斜度hS随时间t上升）。由此，驱动缸20的驱动体积25中的压力增大，使得将驱动体积25联接到输出体积40的止回阀30和将驱动体积25联接到预应力体积70的止回阀60打开。因为在该第一操作模式中，压电致动器10的偏转以及由此驱动体积25中的压力增加仅仅是非常短暂的，由于串联阻塞（verbauten）的节流阀65，几乎没有液压油能够通过将驱动体积25联接到预应力体积70的止回阀60朝预应力体积70的方向流动，其中，该较小流量的液压油再次通过将预应力体积70联接到储器的节流阀85流出到储器55中。由此，在预应力体积70中几乎没有增加压力。因此，液压油几乎仅流入到输出体积40中，使得输出活塞45以液压致动器5的结果致动路径S_ab被驱动出去。

然后,压电致动器10的偏转再次突然减小（如图2（a）中的曲线C1负的高斜度hA），由此将驱动体积25联接到输出体积40的止回阀30和将驱动体积25联接到预应力体积70的止回阀60关闭。由于驱动体积25中的液压油减少而产生真空，因此将驱动体积25联接到储器55的止回阀50打开，并且缺少的液压油可以从储器55流入到驱动体积25中。

如果在第一操作模式中重复该循环，即重复压电致动器10的快速偏转和复位，则输出活塞45连续地偏转。如果反作用力作用在输出活塞45上，则输出体积40中的压力根据该反作用力和输出缸35的液压截面而增大。由于在预应力体积25中缺少压力，限压阀80中的阈值非常低，当输出活塞45上存在较低的反作用力时，液压油就已通过限压阀80从输出体积40回流到储器55中。

在第二种操作模式中，液压致动器5以较高的系统刚度操作并且以不同于零的致动速度v1致动：

为此，压电致动器10以根据图2（b）的曲线C2所图示的方式被致动：如前面所描述地，压电致动器10快速偏转（也就是说，致动路径S_an再次以高斜度hS随时间t上升）。

因此，驱动体积25中的压力增大，并且将驱动体积25联接到输出体积40的止回阀30和将驱动体积40联接到预应力体积70的止回阀60打开。由于液压油流出到输出体积40中，驱动体积25中的压力如在前述的操作模式中一样下降。

与前述的操作模式相反，在此，压电致动器10的偏转在一段特定时间内保持恒定（参见根据图2（b）的曲线C2的部分p）。由于将驱动体积25联接到输出体积40的止回阀30具有限定的打开压力，所以当驱动体积25和输出体积40之间的压力差小于止回阀30的打开压力时，该止回阀30关闭。由于压电致动器10仍然被偏转，所以剩余压力施加到将驱动体积25联接到预应力体积的止回阀60。因为将驱动体积25联接到预应力体积70的止回阀60没有加预应力，所以液压油可以流动通过该止回阀60和布置在该止回阀60下游的节流阀65，直到预应力体积70和驱动体积25之间的压力差更大。虽然一小部分液压油通过将预应力体积70联接到储器55的节流阀85再次回流到储器55中，但是预应力体积70中的压力增大。结果是，限压阀80中的打开阈值增大。

一段特定时间之后，压电致动器10再次突然复位到压电致动器的初始致动路径S_an（如图2（b）中的曲线C2的负的高斜度hA）。结果是，与前述第一操作模式中一样，液压油从储器55吸入到驱动体积25中。如果没有安装将预应力体积60联接到储器55的节流阀85，则液压油不仅从储器55吸出，而且从预应力体积70吸出。

然后，重复所述循环，即压电致动器10的偏转和复位。如果在这种情况下反作用力作用在输出活塞45上，则输出体积40中的压力再次增大。然而，由于预应力体积70中的压力增大了，因此限压阀80中的阈值大于前述操作模式中的阈值，由此可以在驱动活塞15上形成更大的力，并且从输出体积40中流出的液压油被减少。以这种方式增加了根据本发明的液压致动器5的系统刚度。由此，该刚度的水平通过压电致动器10的驱动曲线来设定。

在第三操作模式中，液压致动器5以高的系统刚度操作并且不致动（即以v0=0的致动速度致动）：

为此，压电致动器10以根据图2（c）的曲线C3所图示的方式被致动：

由于压电致动器10偏转缓慢（相对较小的斜度nS），驱动体积25中的压力几乎不增加，因此仅将驱动体积25联接到预应力体积70的止回阀60打开，但是将驱动体积25联接到输出体积的止回阀30不打开。结果是，没有液压油泵送到输出体积40中，而是仅泵送到预应力体积70中，因此限压阀80的阈值以及由此液压致动器5的系统刚度增大，而没有输出活塞45的偏转。

一段特定时间之后，压电致动器10再次突然复位到其初始致动路径S_an（如图2（c）中的曲线C3的负的高斜度hA）。

在未具体示出并且大部分对应于图1和图2所示的示例性实施例的另外的示例性实施例中，提供电动致动器或电磁致动器来代替压电致动器10。

不言而喻，在未具体示出的另外的示例性实施例中，所设置的驱动缸和/或输出缸和/或预应力缸可以为不具有在液压缸中引导的活塞的、折叠波纹管形式的液压缸，来代替具有在液压缸中引导的活塞的液压缸。