CN102027234A - 将机械能转换为液压能的转换器和采用该转换器的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将机械能转换为液压能的转换器以及采用所述转换器的机器人。本发明可以特别适用于制造拟人机器人，其中自主性可被改进。转换器包括在机械能作用下绕第一轴线(13)相对于壳体(14)旋转的轴(10)，具有绕第二轴线形成的穿孔的套毂(20)，在穿孔中旋转的轴(10)，这两条轴线(13)相平行且轴线间的距离构成偏心距(E)，能够在轴(10)的径向容置部中移动的至少两个活塞，活塞被承载于穿孔。根据本发明，活塞的运动将液压流体进给到壳体(14)的两个围沿着绕第一轴线(13)的圆弧布置的环形凹槽中，液压能由这两个凹槽(40，41)之间存在的流体压力差产生，套毂(20)能够沿着垂直于前两条轴线(13)的第三轴线平移，以便在两个极限值之间改变偏心距(E)的值，这两个极限值中的一个为正、另一个为负，从而产生凹槽(40，41)中流体压力的颠倒，从而使这些凹槽的进口和排口角色互换，同时维持轴(10)的相同旋转方向。

Description

将机械能转换为液压能的转换器和采用该转换器的机器人

技术领域

本发明涉及用于将机械能转换为液压能的转换器以及采用所述转换器的机器人。本发明可以特别用于制造拟人机器人，其中自主性可被改进。

背景技术

这样的机器人配备有致动机构，其允许机器人的不同部分被移动。这些机构将提供机械能的动力源例如电、液压或气动马达等连接至载荷。换言之，致动机构在马达和载荷之间传递机械动力。

致动机构的一项重要参数是其传动比，其被选择为使得载荷的名义工作点适合于马达的名义工作点。在一种已知的致动机构中，其中传动比是恒定的，例如由一组齿轮形成，传动比的选择局限于离散的值，并且改变传动比要求采用复杂的装置例如齿轮箱，以便改动传动比。现在，在机器人应用中，载荷的工作点通常是高可变性的。如果减速比是恒定的，则意味着马达必须为载荷最常被使用的条件而设定尺寸。

现在有允许传动比连续可变的装置，但它们都是复杂的并且通常性能较差。例如，带式减速器是已知的，其传动比基于马达的速度而借助于惯性质量而发生变化。

上面描述的致动装置庞大、重且复杂，这对于机器人应用是不利的。

另外，在上面描述的马达中，电马达仅在高速和低力矩时适用良好。在机器人应用中，相反的状况是常见的：低速和高力矩。在低速下使用电马达需要有高减速比，但这实现起来较为复杂。

已知在机器人应用中，中央液压动力单元被使用，其连接着不同的关节，这些关节由传输压力流体的管线驱动。当机器人包括大量的致动器，管线网络变得复杂。另外，液压动力单元必须向所有关节提供关节在接受最高程度的指令时所需的最大压力。

发明内容

本发明旨在克服上面描述的问题中的全部或一些，即提供一种致动机构，其将由马达供应的机械能转换为被载荷例如缸形式的载荷使用的液压能，以允许机器人的可移动部分被移动。可以理解，本发明并不局限于机器人领域。本发明适用于致动机构需要被最优化的任何领域。更确切地讲，本发明提供了用于将机械能转换为液压能的转换器，其可被分散化处理，换言之，与单一载荷相关。转换器则只供应载荷所需的液压动力。

为此，本发明的对象是用于将机械能转换为液压能的转换器，其包括：在机械能作用下绕第一轴线相对于壳体旋转的轴，包括绕第二轴线形成的穿孔的套毂，在穿孔中旋转的轴，这两条轴线相平行并且轴线之间的距离构成偏心距，至少两个活塞，每个活塞能够在轴的径向容置部中运动，容置部引导活塞，活塞被承载于穿孔，其特征在于，活塞的运动将液压流体进给到壳体的两个环形凹槽中，所述凹槽沿着围绕第一轴线的圆弧布置，液压能由这两个凹槽之间存在的流体压力差产生，并且，套毂能够沿着垂直于前两条轴线的第三轴线平移，以便在两个极限值之间改变偏心距的值，这两个极限值中的一个为正的、另一个为负的，从而产生凹槽中流体压力的颠倒，同时维持轴的相同旋转方向。

所述凹槽中的一个形成转换器的进口，另一个形成转换器的排口。凹槽之间流体压力颠倒具有在进口和排口之间切换凹槽的角色的作用，同时维持轴的相同旋转方向。

本发明的对象还有机器人，其包括多个借助液压能移动的彼此独立的关节，其特征在于，机器人还包括与独立的关节数量相同的根据本发明的转换器，每个转换器与一个关节相关联。

附图说明

通过阅读仅以示例的方式给出的一些备选实施方式的详细描述，本发明可被更好地理解，并且其它优点将被清楚地展现出来，该描述是借助于附图给出的，在附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施方式的转换器的剖视图；

图2示出了实现为图1中的转换器泵送液压流体所需的各个元件；

图3示出了示于图2的各个元件的一种替代性实施方式；

图4示出了转换器的流体进口和排口孔口；

图5示出了用于改变转换器的偏心距的装置；

图6示出了转换器的阀的液压图；

图7a和7b示出了用于改变偏心距的装置的两个位置；

图8示出了转换器的第一替代性实施方式的分配器的液压图；

图9和10示出了图8中的分配器的一个实施方式；这两个图是沿着彼此垂直的平面所作的剖视图；

图11a至11g示出了第一实施方式的分配器的可移动部分的不同位置；

图12a和12b示出了转换器的第二替代性实施方式的两个分配器的液压图；

图13和14示出了图12a和12b中的分配器的一个实施方式；

图15a至15g示出了第二替代性实施方式的第一分配器的可移动部分的不同位置；

图16a和16b示出了的第二替代性实施方式的第二分配器的可移动部分不同位置。

为了更清楚，在不同的图中以相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

示于图1的转换器接收机械能，该机械能是由马达11例如DC电马达驱动的轴10的旋转运动的形式。马达11以恒定的旋转速度旋转，从而使得能够最优化其操作。轴10通过联轴器12连接着马达11。还可以通过将马达11的定子绕组直接形成在轴10上而取消联轴器12。轴10绕轴线13相对于壳体14旋转，所述壳体通过两个罩盖15和16在轴10的端部进行封闭。在每个罩盖15和16中，滚动轴承17和18分别用于实现引导，限制轴10与由壳体14和罩盖15和16形成的组件之间的摩擦，和对转换器进行密封。

图2示出了转换器中的元件，它们用于实现泵送液压流体。为此，转换器包括套毂20，所述套毂包括绕第二轴线22形成的穿孔21。轴10在穿孔21中旋转。两条轴线13和22相互平行，并且轴线13和22之间的距离构成偏心距E。

转换器包括至少两个活塞，每个活塞能够在轴的径向容置部中移动。可以在其活塞是平行六面体叶片的转换器上实施本发明。在所示的实施例中，容置部由缸和三个活塞23、24和25形成，每个活塞分别在缸26、27和28中移动。每个活塞的一端支靠于穿孔21中。轴10包括平行于轴线13延伸的至少两个通道。两个通道29和30可见于图2。缸26敞开于通道29中，而缸27和28敞开于通道30中。每个通道中活塞的数量可以增加，直至它们占据轴10的位于穿孔21内的整个容积。

各活塞绕轴线13有利地以五点排列模式(quincunx pattern)分布。换言之，在两个相邻通道之间，敞开于第一通道的缸沿着轴线13的纵向位置夹在第二通道的两个相邻缸的纵向位置之间。这种配置使得能够最大化对于穿孔21的活塞数量。这种配置改进了当轴10旋转时轴10的动平衡和其活塞的动平衡。这种配置还能降低轴10上的径向力的振动，该径向力是轴10的旋转角度的函数。

活塞23、24和25的运动导致将液压流体进给到通道29和30中。更确切地讲，在示于图2的轴10和套毂20的相对位置，活塞24和25的位置称作上止点，活塞23的位置称作下止点。当轴10绕其轴线13旋转时，活塞23至25在它们的两个止点之间在它们各自的缸中移动。这种运动将存在的流体进给到缸26、27和28与通道29和30连通的部分中。每个通道29和30在其端部之一通过帽31被封闭，如可见于图1，并且在其另一端与进口和排口孔口连通，所述孔口将在后面描述。

图3示出了示于图2的各个元件的一种替代性实施方式，该实施方式中活塞23、24和25被替换为球体32至35。球体的直径与相应缸的内径相匹配。在下面的描述中，术语活塞将被用于无区别地指示于图2的圆柱形活塞或示于图3的球体。使用球体不能实现缸中同样良好的流体密封，因为球体和缸之间的接触表面减小了。转换器的性能也会因此而降低。虽然有这个缺点，但采用球体的替代性实施方式的制造成本低得多。

套毂20有利地形成滚动轴承36例如滚针轴承的内圈。套毂20可以因此而与轴10一起旋转，并且减小活塞在穿孔21上的摩擦。

图4以沿着垂直于图1至3的平面所作的剖视图示出了转换器的流体进口和排口孔口。更确切地讲，轴10包括十个纵向通道，其中包括通道29和30。壳体14包括围绕轴线13的圆弧形状的两个环形凹槽40和41，并且每个凹槽与轴10的通道交替地连通。例如，凹槽40允许流体流至与其面对的通道，类似地，凹槽41将流体排放至与其面对的通道。每个凹槽40和41分别与连接窝42和43连通，所述连接窝使得能够直接或通过将在后面描述的分配器供应与转换器相关的载荷。对于给定的偏心距E，转换器以具有恒定输出的容积泵的方式操作，假定轴10的旋转速度是恒定的。由转换器产生的液压能是由这两个凹槽40和41之间存在的流体压力差引起的。两个密封件44和45，如可见于图1并且可以是例如唇式密封件，可以沿着轴10安置在凹槽40和41的每侧，以便密封这两个凹槽40和41。

套毂20可以沿着垂直于轴线13和22的轴线46平移移动，以便在两个极限值之间改变偏心距E的值，这两个极限值中的一个为正的、另一个为负的。为了平移移动套毂20，滚动轴承36的外圈47与托架48形成一体，所述托架能够沿着轴线46移动以便改变偏心距E的值。假定轴10的旋转速度是恒定的，则当偏心距E为零时，换言之当轴线13和22重合时，活塞在它们各自的缸中静止，并且转换器不传输任何流体输出。当偏心距E的值在第一方向上沿着轴线46增大时，转换器的输出增大。另一方面，当偏心距E的值沿着与第一方向相反的第二方向增大时，转换器的输出变为负值。换言之，凹槽40从进口切换成排口，对于凹槽41也是这样切换。在正值和负值之间改变偏心距E使得能够颠倒转换器的进口和排口角色，而不必为此颠倒马达11的旋转方向。调节偏心距E使得能够使用其控制非常简单的马达，以便旋转轴10。该马达可以以几乎恒定的速度旋转，而不需任何精确速度控制，这简化了所述马达的控制。利用这种类型的马达，仅仅通过改变偏心距E来调节转换器输出。通过改变偏心距E实现的进口/排口的颠倒比通过颠倒马达旋转方向要快得多，这是因为托架48同传统马达和泵组件相比惯性质量低得多。

当然，如有必要，也可以调节转换器的偏心距E并且还在其操作范围内调节马达的速度。

图5是转换器的沿着平行于图1所在平面的平面所作的剖视图。为了沿着轴线46平移移动托架48，转换器包括与壳体14形成一体的两个活塞50和51。活塞50和51沿着轴线46引导和移动托架14。在活塞50和51与托架48之间，室52和53各自形成在托架48的每侧。这两个室52和53之间的流体压力差值允许托架48被移动，以便改变转换器的偏心距E。

为此，转换器包括阀55，用于利用液压流体的压力差控制托架48的运动。

阀55的一种液压图示于图6。阀55形成液压分配器，其被供应用于移动托架48的流体。在图6中，该流体的高压力标记为P，低压力标记为T。分配器可占据三个位置。在中心位置55a，这两个室52和53均不被供应流体。在位置55c，示于图6的右侧，室53接收低压力T，室52接收高压力P。在位置55b，示于图6的左侧，室52接收低压力T，室53接收高压力P。

阀55被有利地形成在托架48中。从阀55向室52和53进行供应的所有通道因此而形成在托架48中，这就不会占用壳体14中的空间。转换器因此而更紧凑。

阀55包括形成在滑动件48中的穿孔56。穿孔沿着平行于轴线46的轴线57制成。穿孔56的直径是恒定的。阀55包括杆58，其可以在穿孔56内滑动。杆58的外表面是由沿着轴线57延伸的分别具有小直径d和大直径D的交错圆柱形形状形成的。一系列五个圆柱形形状沿着轴线57分布。这些形状依次具有直径D、d、D、d和D。直径D与穿孔56的内径相匹配。两个连通室59和60形成在穿孔56之间并且具有直径d的形状。五个通道61至65形成在穿孔56中，以使得流体与室59和60相通。通道61和65连接着低压流体T。通道62连接着室52。通道63连接着高压流体P，通道64连接着室53。

图7a和7b示出了杆58在穿孔56内的两个位置。两个室52和53分别总是与连通室59和60相通，并且杆58的运动使得能够将每个连通室59和60要么与存在于通道63中的高压流体P连接、要么与存在于通道61和65中的低压流体T连接。

在图7a中，显示在55a的位置称作平衡位置，因为高压流体和低压流体都不与室52和53连通。在这个位置，偏心距E保持恒定。更确切地讲，三个具有直径D的圆柱形形状的堵塞了低压通道61和65和高压通道63。室52和53分别只与连通室59和60相通，而既不通向高压流体也不通向低压流体。

在图7b中，杆58被移动至图中的左侧。这是位置55b。具有直径D的中央圆柱形形状打开了通向通道63的入口，并且高压流体P与连通室60连通。类似地，具有直径D的左侧圆柱形形状打开了通向通道61的入口。低压流体T与连通室59和室52连通。托架48移至左侧。通过杆58向右侧移动以便到达位置55c，可实现托架48沿相反方向的运动。

杆58的运动是例如利用绕组70实现的，该绕组被供应控制电流。基于控制电流，与杆58形成一体的芯71在绕组70中移动。

与在托架48中形成阀55相关的另一优点是在控制方面，即产生托架48的偏心距E的自动控制。

更确切地讲，使得杆58相对于壳体14移动经过期望的偏心距E的值可将特定的通道61、63或65与相应连通室59和60连通。当托架48到达期望的偏心距E时，杆58相对于托架48的相对位置引起杆58占据示于图7a的位置55a，而不需要任何新的控制作用于绕组70。

转换器包括允许其偏心距E被确定出来的传感器72。为此，传感器72测量杆58相对于壳体14的位置。当杆58处在示于图7a的其平衡位置时，由传感器72获得的测量结果是托架48的位置。当杆58处在其一个极限位置时，如示于图7b，由传感器72获得的测量结果是托架48的位置加上杆58相对于托架48的运动。杆58相对于托架48的运动是相对迅速的。事实上，在控制作用于绕组70后，阀55快速占据其中心位置55a。作为一级近似，可以因此认为传感器72测量出的是转换器的偏心距E。该偏心距E与转换器的输出成正比，并且因此而与由转换器传输的流体所移动的载荷的运动速度成正比。

另外，得知载荷的加速度变化，这被称作“急动”，在转换器被应用于制造拟人机器人以便模拟人体作业时非常重要。事实上，已观测到人类趋向于在他们的运动中最小化任何急动。得知载荷加速度，就能在转换器的控制策略中控制急动并因此而模仿人类行为。

转换器有利地包括从阀55的控制来确定转换器的输出加速度的装置。更确切地讲，杆58的位置的变化与施加于绕组70的控制信号成正比。控制信号因此而与载荷的加速度成正比。通过随时间改变控制信号，转换器的输出加速度或急动因此而被获得。

例如，LVDT(线性可变差动变压器)型传感器可被使用。

用于移动托架48的流体可以来自转换器之外的源。通过利用外部源，其中高压力P和低压力T具有恒定的压力，这一方案使得能够简化向阀55的供应。尽管如此，这一方案的缺点是要求额外的管线来向阀55供应流体。为了解决这一问题，凹槽40和41中的常态压力被用于移动托架48。这改进了转换器相对于其周围环境的独立性。

为此，转换器包括分配器75，用于将阀55的高压进口P与流体压力最大的那个凹槽40或41连通，以及将阀55的低压进口T与流体压力最小的那个凹槽40或41连通。

为了有助于理解分配器75的操作，可以利用分配器75的液压功能元件实现电模拟。在这种模拟中，由凹槽40和41传输的压力被比作交流电压，因为偏心距E既可以是正的，也可以是负的。分配器75则类似于整压器(voltage rectifier)起作用，以允许阀55在整压器的正和负电终端之间被供应。

图8示出了由存在于凹槽40的流体和由存在于凹槽41的流体供应的分配器75的液压图。分配器75可占据三个位置。在中心位置75a，偏心距E为零，并且凹槽40中的流体压力等于凹槽41中的流体压力。在这个位置，分配器75将凹槽40连接至阀55的进口P，和将凹槽41连接着至阀55的进口T。由转换器供应的载荷76被显示为双作用缸的形式，其包括两个室77和78。在中心位置75a，载荷76的室都不被供应。当偏心距E被改变以使得凹槽41中的压力大于凹槽40中的压力时，分配器75移动到标记在75b的第二位置，其中凹槽40连接着阀55的低压进口T，而凹槽41连接着其高压进口P。这两个凹槽40和41之间的压力差是通过转换器的泵送装置79产生的，该泵送装置通常包括前面所述的活塞23至25。此外，在位置75b，载荷76的室77连接着凹槽41，而室78连接着标记为R的流体的贮存器80。另一方面，当偏心距E被改变以使得凹槽40中的压力大于凹槽41中的压力时，分配器75移动到标记在75c的第三位置，其中凹槽41连接着阀55的低压进口T，而凹槽40连接着其高压进口P。此外，在位置75c，载荷76的室78连接着凹槽40，而室77连接着在图8中标记为R的流体的贮存器80。分配器75不使用任何外部能量源来实现其运动。事实上，是利用存在于凹槽40和41中的流体压力来允许分配器从一个位置移动至另一位置。

转换器有利地包括在室52和53之间的流体压力被平衡时使得转换器的偏心距E非零的装置。这些装置包括，例如，弹簧，其安置在一个室52或53中，并且趋向于在托架48和相关活塞50或51之间施加力。当转换器被启动时，该弹簧起作用。事实上，中心位置75a是获得零偏心距E时的平衡位置。超过这个位置后，在没有上面描述的装置时，杆58的运动不会引起托架48的运动。通过使得托架48的平衡位置偏移，可以在启动阶段避免这一危险。

在使用液压流体的机构中，一般的尝试是使得泄露尽可能最小化，从而防止流体从机构逃逸，并且改进其性能。在本发明中，转换器的不同液压功能元件例如泵送装置79、阀55和分配器75等出现的泄露是可被接收的。通过接收转换器内出现的泄漏，载荷76上可能出现的任何冲击，或更一般地讲，不可预见的力，可被缓冲。这种缓冲使得能够在转换器被采用在拟人机器人中的情况下模仿人类行为。为此，可以提供某种措施来使得转换器内部的泄露被调节到令人满意。

转换器有利地包括用于回收任何可能发生的内部流体泄露的装置，泄露通常是在泵送过程中。这些泄露被收集在内部液压空间82内，在图8中标记为PE。内部液压空间82位于壳体14内，通常在托架48的每侧。

为此，分配器75包括下述装置：当分配器离开其中心位置75a时，只要为载荷76进行供应的通道保持被分配器75封闭，该装置就会将压力最小的凹槽，这里为凹槽41，连接到收集转换器的内部泄露的内部液压空间82。

继续进行前面介绍的电模拟，代表分配器的整压器可被表示为二极管电桥，其中各阈值电压是不同的：朝向负电压增大的阈值电压代表降低的压力，朝向正电压减小的阈值电压代表过度压力。只要交变的电压小于阈值电压，泄露就被回收。在图8中的液压图中，用于回收泄露的装置不能被看到，因为内部液压空间82仅在中心位置75a连接着所述凹槽中的一个。

图9和10示出了分配器的一个实施方式，其既能够对阀55进行供应，又能够回收泄露。分配器75包括可移动部分，称作节流阀85，其可以在壳体14内绕轴线13自由旋转。节流阀85具有平坦盘的形状。节流阀85被引导着在壳体14的环形空腔86和节流阀85的互补环形形状之间旋转。环形空腔86由壳体14的两个垂直于轴线13的表面87和88限定。表面88属于罩盖16。凹槽40与表面87上的孔口90a、90b、90c和90d连通，凹槽41与表面87的孔口91a、91b、91c和91d连通。形成阀55的低压进口T的通道61和65与表面88的孔口92连通，而形成阀55的高压进口P的通道63与表面88的孔口93连通。流体贮存器80与表面88的孔口94连通。设置在表面88上的两个孔口95和96构成转换器的出口，其允许载荷76被供应。此外，为了回收泄露，表面87包括孔口97，其可见于图11a至11g，与内部液压空间82连通。

壳体14包括抵接部100，其限制节流阀85的旋转。节流阀85包括环形凹槽101，其端部102和103可抵靠于抵接部100。哪一个端部102或103抵靠于抵接部100取决于流存在于凹槽40和41之间的体压力差。举例而言，围绕中心位置75a，节流阀85可以覆盖绕轴线13+或-22.5°的角度区域。

节流阀85包括与从凹槽40和41排出的流体连通的多个环形沉孔。在节流阀85的大直径上，沉孔105总是面对着孔口90d布置。在节流阀85的大直径上，沉孔106总是面对着孔口91d布置。在节流阀85的小直径上，两个沉孔107和108总是面对着孔口90b和90c布置。在节流阀85的小直径上，两个沉孔109和110总是面对着孔口91b和91c布置。“总是...布置”被理解为是指在节流阀85绕轴线13的旋转运动的所有位置上相关的沉孔和孔口彼此面对。换言之，沉孔105、107和108包含处在凹槽40中的压力的流体，沉孔106、109和110包含处在凹槽41中的压力的流体。

在图9中，节流阀85被显示于中心位置75a。在其绕轴线13的旋转中，节流阀85允许或截断流体在表面87中的孔口和表面88中的孔口之间的通过。节流阀85可占据的不同位置，以及孔口之间的连通，被显示于图11a至11g。

图11a示出了节流阀85处在中心位置75a。在这个位置，允许载荷76被供应的孔口95和96分别被节流阀85的一方面安置在沉孔107和108之间、另一方面安置在沉孔109和110之间的实心部113和114关闭。孔口92和93分别部分地与沉孔108和109连通，以使得阀55被供应。连接着贮存器80的孔口94与沉孔106连通，而允许泄露被回收的孔口97被完全关闭。端部102相对于抵接部100处在22.5°的角位置。

图11b示出了节流阀85处在这样的位置，其中，凹槽41中的流体压力略高于存在于凹槽40中的流体压力。与图11a一样，允许载荷76被供应的孔口95和96被节流阀85的实心部113和114关闭。孔口92分别和93部分地与沉孔108和109连通，以使得阀55被供应。连接着贮存器80的孔口94与沉孔106连通。允许泄露被回收的孔口97通过横穿沉孔105底部的孔口120部分地与沉孔105连通。结果，包含在液压空间82内部的流体与处在降低了的压力下的凹槽40连通。内部液压空间82的容纳物通过转换器泵送而被抽入贮存器80。节流阀85示于图11b的位置为位置75a和75c-b之间的中间位置。端部102处在相对于抵接部100的26.32°角位置。

图11c示出了节流阀85处在这样的位置，其中，其被从图11a中的位置朝向位置75b移动，以使得孔口97和120完全彼此面对，并且对泄露的回收处在其最大能力。节流阀85示于图11c的位置为图11b中的位置和位置75b之间的中间位置。端部102处在相对于抵接部100的29.32°角位置。

图11d示出了节流阀85处在这样的位置，其中，其在图11b中的位置和位置75b之间被移动，以使得孔口97和120不再彼此面对。泄露不再被吸取。在这个位置，允许载荷76被供应的孔口95和96仍被节流阀85的实心部113和114关闭。只要转换器不向载荷76进行供应，就试图吸取泄露。端部102处在相对于抵接部100的33.32°角位置。

图11e示出了节流阀85大致位于位置75b。在这个位置，允许载荷76被供应的孔口95和96分别进入到与沉孔107和110连通，而且孔口94进入到与沉孔105连通，从而在由转换器传输的最高压力和贮存器80之间向载荷进行供应。端部102处在相对于抵接部100的37.32°角位置。

在位置75b，未示出，端部103进入到与抵接部100接触，并且允许载荷76被供应的孔口95和96分别完全与沉孔107和110连通。孔口94也完全与沉孔105连通。

图11f示出了节流阀85处在示于图11a的中心位置75a和位置75c之间的中间位置。在这个位置，允许载荷76被供应的孔口95和96分别进入到与沉孔108和109连通，并且孔口94保持与沉孔106连通，从而由转换器传输的高压力和贮存器80之间向载荷76进行供应。端部102处在相对于抵接部100的20.5°角位置。在这个位置，孔口92和93没有被完全关闭，从而允许阀55被供应。

在示于图11g的位置75c，端部102进入到与抵接部100接触，并且允许载荷76被供应的孔口95和96分别完全与沉孔108和109连通。孔口94也完全与沉孔106连通。对阀55进行供应的孔口92和93分别与沉孔110和107连通。

转换器有利地包括用于在压力贮存器119中存储液压能的装置。存储可以发生在载荷76必须保持静止时。在作为拟人机器人的应用中，利用载荷例如缸来移动例如踝，要随从于这样的操作周期，其中停顿时段与工作时段交替进行。可以模拟机器人的行走，并因此而预先限定踝的工作时段和停顿时段之间的周期比。液压能的存储在停顿时段发生，并且可以基于缸的工作时段和停顿时段之间的周期比来设置加压贮存器119的尺寸。

加压贮存器119有利地由机器人的多个转换器共享。工作时段不相重合的转换器可被选择，例如，彼此周期相反的转换器。例如，可以是这样的情况，即机器人的两个踝。因此，当一个转换器在贮存器119中储存能量时，与同一贮存器119相关联的另一转换器使用该能量。共用的贮存器119的尺寸可以因此而可以减小。

一种可实现用于存储液压能的装置的例子的替代性实施方式借助于图12a和12b中的液压图示出，图13和14示出了具体实施方式，图15a至15g示出了第一分配器120的节流阀的不同位置，图16a和16b示出了第二分配器121的节流阀的不同位置。

分配器120，类似于分配器75，是由凹槽40和41供应的，并且向载荷76的室77和78进行供应，以及通过其高压进口P和低压进口T向阀55进行供应。分配器120可占据三个位置120a、120b和120c。位置120a与位置75a相同。

在位置120b，凹槽41中的压力大于凹槽40中的压力。与位置75b一样，阀55的高压进口P和低压进口T分别由凹槽41和40供应。类似地，与位置75b一样，室77由凹槽41供应。然而，不同于分配器75，在位置120b，室78连接着贮存器80，而不需要与泵送装置79之间有任何联系，并且凹槽40将流体抽入加压贮存器119。单向阀122确保加压贮存器119的压力永不低于贮存器80的压力，贮存器的压力例如维持在大气压力。

在位置120c，凹槽40的压力大于凹槽41的压力。与位置75c一样，阀55的高压进口P和低压进口T分别由凹槽40和41供应。另一方面，载荷76和贮存器80和119不直接连接至分配器120，而是通过分配器121连接至分配器，其液压图示于图12b。

分配器121可占据两个位置，即121a，称作停止位置，和121b，称作启用位置。分配器121由外部致动器122例如电致动器控制。在在致动器122没有任何控制的情况下，分配器121利用弹簧123返回其停止位置。

在位置121a，载荷76的两个室77和78被隔离，而泵送装置79将流体抽入贮存器80，以便增加加压贮存器119的压力。

当希望沿着由箭头124表示的方向移动载荷时，致动器122被启动。当致动器122被启动后，分配器121占据位置121b，室77连接到贮存器80，而泵送装置79从加压贮存器119抽吸流体以便对室78进行供应。这两个室77和78之间的压力差因此而等于这两个贮存器80和119之间的压力差和通过泵送装置79获得的压力差之和。因此，当载荷76处在停止状态时，通过增加加压贮存器119的压力，能量可以被储存。当载荷76在位置120b或在位置120c被移动时所储存的能量被回收利用，这两个位置都与位置121b相关。当所有储存的能量已被耗用后，贮存器119的压力变得等于贮存器80的压力，并且转换器的操作回复到采用分配器75的替代性实施方式的操作。

为了形成存储装置，分配器120包括节流阀130，其可在壳体14内绕轴线13自由旋转。节流阀130，类似于节流阀85，被引导着在壳体14的环形空腔131中旋转。环形空腔131由壳体14的垂直于轴线13的两个表面132和133限定。节流阀130被以不同位置示于图15a至15g中。

类似于分配器75，分配器120允许阀55的高压进口P被带到与流体压力最大的那个凹槽40或41连通，而阀55的低压进口T被带到与流体压力最小的那个凹槽40或41连通。为此，分配器包括孔口135和136，对于孔口135，其连接着通道63，以形成阀55的高压进口P，而对于孔口136，其连接着通道61和65，以形成阀55的低压进口T。作为节流阀130旋转的结果，孔口135和136要么与通过孔口90a连接着凹槽40的沉孔137和138连通，要么与通过孔口91a连接着凹槽41的沉孔139和140连通。

分配器120还使得能够在分配器121处在其位置121b时将载荷76的室77和78带到通过分配器121与凹槽40和41连通。为了简化分配器120的描述，下面假定分配器121位于其位置121b，换言之，没有存储任何能量。

分配器120包括孔口141，其要么与沉孔138连通以使得孔口141与凹槽40连通(参看图15g)，要么与沉孔145连通以使得孔口141通过壳体14的孔口146与贮存器80连通(参看图15e)。分配器120还包括孔口142，其要么与沉孔140连通以使得孔口142与凹槽41连通(参看图15e)，要么与沉孔143连通以使得孔口142通过壳体14的孔口144与贮存器80连通(参看图15g)。

通过使得壳体14的孔口150达到要么与节流阀130的连接着凹槽40的沉孔151连通(参看图15e)，要么与节流阀130的连接着凹槽41的沉孔152连通(参看图15g)，可实现从加压贮存器119泵送流体。

类似于分配器75，分配器120允许内部液压空间82包含的泄露通过抽吸到贮存器80中而被回收。回收是在图15a中所示的中心位置和图15e中所示的极限位置之间进行的。在示于图15b、15c和15d的节流阀130的各个位置上揭示了回收。在这些位置，载荷76被隔离，并且孔口141和142既没有通过沉孔138和140与凹槽40和41连通，也没有通过沉孔143或145与贮存器80连通。

示于图15b、15c和15d的节流阀130的位置对应于图12a中的中心位置120a。泵送装置79抽出包含在内部液压空间82中的流体以将其传输到贮存器80中。内部液压空间82连接着凹槽40，凹槽40中的压力低于凹槽41中的压力。通过使壳体14的一个表面上的连接着内部液压空间82的孔口157与节流阀130的连接着凹槽40的沉孔158连通，这一关系被实现。此外，贮存器80连接着凹槽41。通过使壳体14的一个表面上的连接着凹槽41的孔口159与节流阀130的沉孔160连通，这一关系被实现。图15b表示在节流阀130旋转移动离开中心位置120a时开始回收泄露。图15c表示最大泄露抽吸能力。在图15c中，孔口157完全与沉孔158相对，孔口159完全与沉孔160相对。图15d示出了在载荷76被供应之前泄露抽吸的结束。

分配器121可以利用在壳体14的环形空腔171内绕轴线13旋转的节流阀170形成。图16a和16b示出了节流阀170的两个位置，分别对应于图12b中的液压图中限定的位置121a和121b。节流阀170包括多个细长槽，其允许设置在封闭环形空腔171的垂直于轴线13的相对表面上的孔口被带到彼此连通。安置在壳体14和节流阀170之间的弹簧123趋向于将节流阀170返回其在图16a中的位置。

在位置121a(图16a)。细长槽175将贮存器80与分配器120的出口S1连通。在位置121b(图16b)，节流阀170的实心部176阻止这种连通。

在位置121a，细长槽177将载荷76的室77与分配器120的出口S2连通。在位置121b，节流阀170的实心部178阻止这种连通。

在位置121a，细长槽179将载荷76的室78与分配器120的出口S3连通。在位置121b，节流阀170的实心部180阻止这种连通。

在位置121a，细长槽181将加压贮存器119与分配器120的出口S4连通。在位置121b，节流阀170的实心部182阻止这种连通。

在位置121b，细长槽183将加压贮存器119与分配器120的出S3连通。在位置121a，节流阀170的实心部184阻止这种连通。

在位置121b，细长槽185将贮存器80与分配器120的出S4连通。在位置121a，节流阀170的实心部186阻止这种连通。

只在分配器120的位置120c，分配器121被致动器122控制。可以利用压力P和T使得节流阀170绕轴线13转动并且克服弹簧123的力。为此，分配器121包括形成在壳体14中的室190，以允许流体进入该室以推动节流阀170的指杆191。分配器121还包括阀，其可以布置在壳体14的空间192内。该阀允许流体进入室190。

Claims (15)

1.一种用于将机械能转换为液压能的转换器，包括：轴(10)，其在机械能作用下绕第一轴线(13)相对于壳体(14)旋转；套毂(20)，其包括绕第二轴线(22)形成的穿孔(21)，所述轴(10)在所述穿孔(21)中旋转，这两条轴线(13，22)相互平行，并且轴线之间的距离构成偏心距(E)；至少两个活塞(23，24，25)，每个活塞能够在轴(10)的径向容置部(26，27，28)中移动，所述容置部引导活塞(23，24，25)，所述活塞(26，27，28)被承载于所述穿孔(21)中，其特征在于，活塞(26，27，28，32，33，34，35)的运动将液压流体进给到壳体(14)的两个环形凹槽(40，41)中，这两个凹槽(40，41)沿着围绕第一轴线(13)的圆弧布置，液压能由这两个凹槽(40，41)之间存在的流体压力差产生，并且，套毂(20)能够沿着垂直于前两条轴线(13，22)的第三轴线(46)平移，以便在两个极限值之间改变偏心距(E)的值，这两个极限值中的一个为正的、另一个为负的，从而实现凹槽(40，41)中流体压力的颠倒，同时维持轴(10)的相同旋转方向。

2.如权利要求1所述的能量转换器，其特征在于，所述活塞采用球体(32至35)的形式，球体的直径与相应缸的内径相匹配。

3.如前面权利要求之一所述的能量转换器，其特征在于，包括绕第一轴线(13)以五点排列模式分布的多个活塞(26，27，28，32，33，34，35)。

4.如前面权利要求之一所述的能量转换器，其特征在于，套毂(20)形成滚动轴承(36)的内圈，该滚动轴承(36)的外圈(47)与托架(48)形成一体，所述托架能够沿着第三轴线(46)移动以便改变偏心距(E)的值。

5.如前面权利要求之一所述的能量转换器，其特征在于，包括阀(55)，其利用存在于所述两个凹槽(40，41)之间的流体压力差控制托架(48)的运动。

6.如权利要求5所述的能量转换器，其特征在于，包括两个室(52，53)，每个室各自位于托架(48)的相应一侧，每个所述室(52，53)包含流体，两个室(52，53)之间的流体压力差值允许托架(48)被移动以便改变转换器的偏心距(E)，并且，转换器包括在所述室(52，53)之间的流体压力平衡时使得转换器的偏心距(E)非零的装置。

7.如权利要求5或6所述的能量转换器，其特征在于，所述阀(55)形成在所述托架(48)中。

8.如权利要求5至7中任一项所述的能量转换器，其特征在于，转换器包括用于从对阀(55)的控制来确定转换器的输出的加速度的装置。

9.如权利要求5至8中任一项所述的能量转换器，其特征在于，转换器包括分配器(75，120)，用以将阀(55)的高压进口(P)与流体压力最大的那个凹槽(40，41)连通，和将阀(55)的低压进口(T)与流体压力最小的那个凹槽(40，41)连通。

10.如权利要求5至9中任一项所述的能量转换器，其特征在于，所述分配器(75，120)包括下述装置：当分配器离开中心位置(75a，120a)时，只要对载荷(76)进行供应的通道保持被分配器(75)关闭，该装置就使得压力最小的那个凹槽(40，41)连接到用于收集转换器的内部泄露的内部液压空间(82)。

11.如前面权利要求之一所述的能量转换器，其特征在于，包括在压力贮存器(119)中储存液压能的装置(121)。

12.如前面权利要求之一所述的能量转换器，其特征在于，通过活塞(26，27，28，32，33，34，35)的运动将液压流体进给到形成在轴(10)中的通道(29，30)中，并且，所述通道(29，30)交替地与壳体(14)的每个凹槽(40，41)连通。

13.如前面权利要求之一所述的能量转换器，其特征在于，所述容置部是缸(26，27，28)。

14.一种机器人，包括借助液压能移动的多个彼此独立的关节，其特征在于，还包括与独立的关节数量相同的如前面权利要求之一所述的转换器，每个转换器与其中一个关节相关联。

15.如权利要求12所述的机器人，采用如权利要求11所述的转换器，其特征在于，所述加压贮存器(119)被多个转换器共享。

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