CN107850228A - 提升阀系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种提升阀系统，所述提升阀系统包含具有第一端和第二端且限定阀腔的阀体，以及从所述第一端延伸到所述第二端且通过所述阀腔的提升阀组合件。所述提升阀组合件可包含可移动提升阀头，所述可移动提升阀头设置在所述提升阀组合件的所述第一端处且配置成通过接触所述阀体的一部分而产生密封件，且配置成限定所述阀腔与压力腔之间的开口。所述提升阀组合件还可包含可移动引导元件和轴，所述可移动引导元件设置在所述阀体的所述第二端处，所述轴从所述第一端延伸到所述第二端且耦接到所述提升阀头和所述引导元件。

Description

提升阀系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请是2015年3月27日提交的美国临时申请第62/139,192号的非临时性申请且主张所述临时申请的权益，所述申请在此出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。

政府权利

本发明根据由美国特种作战司令部授予的SOCOM-H9222-15-C-0017，以及由国家航空和宇宙航行局授予的NASA-NNX14CA56P和NNX15CA22C在政府的支持下作出。政府享有本发明中的某些权利。

技术领域

背景技术

常规阀门并不能够很好地适用于尺寸和重量是因素的应用中。举例来说，在气动矫正术、机器人技术和负重机器人类型应用中，大量大型和重型阀门的重量实质上可增加整个装置的重量且可能成为此装置的最重部分之一。此外，大型和笨重的常规阀门妨碍了移动性，这对此类装置的用户而言是不合乎需要的。

此类应用中的常规气动系统通常具有远离致动腔室并由一连串管连接的阀门。此配置可能是不合乎需要的，因为除了此类管的额外块体和重量，阀门与气动致动器之间的距离可在命令改变时和压力在气动致动器中受到影响时在其间产生不合乎需要的延迟。

鉴于前述情况，为了克服包含于射流机器人技术、气动矫正术和机器人负重机器人领域中的常规阀门系统的前述障碍和不足，需要改进的提升阀系统和方法。

发明内容

一个方面包含射流机器人，其具有限定多个压力腔的多个可充气射流致动器，所述可充气射流致动器配置成与一个或多个接头相关且通过所述多个可充气射流致动器的充气而移动所述一个或多个接头；以及多个提升阀系统，其设置在可充气致动器的对应压力腔内，且配置成对所述压力腔充气。提升阀系统可包含阀体，所述阀体具有第一端和第二端且限定阀腔；以及提升阀组件，所述提升阀组件从所述第一端延伸到所述第二端并通过所述阀腔。

提升阀组合件可包含：提升阀头，其设置在所述提升阀组合件的第一端处，且配置成沿第一轴线移动以及通过接触阀体的一部分而产生密封件，且配置成限定阀腔与可充气射流致动器的压力腔之间的开口；可移动隔膜，其耦接在配置成沿第一轴线移动的阀体的第二端处；以及轴，其从第一端延伸到第二端，且耦接到提升阀头和隔膜，所述轴配置成沿第一轴线移动。

一个实施例还包含配置成驱动提升阀组合件的致动器。在另一实施例中，所述致动器设置在阀腔内。在另外实施例中，所述致动器经由一个或多个散热片与阀体的一个或多个部分耦接，所述散热片配置成将由致动器所产生的热传递到阀体以及阀体的外部部分以冷却致动器。

在一个实施例中，所述提升阀系统配置成限定流动路径，所述流动路径包含：从入口端口进入阀腔的第一流；以及经由由提升阀头和阀体限定的开口从阀腔进入压力腔的第二流，其中所述致动器设置在由提升阀系统限定的流动路径中且配置成通过流动路径中移动的流体进行冷却。

在另一实施例中，提升阀头和隔膜包括匹配的有效横截面面积，使得阀腔内部的阀腔压力在提升阀头上施加与隔膜上大体上相同的力，且由于所述阀腔压力平衡提升阀组合件上的力。在一另外实施例中，提升阀系统包括多个提升阀组合件，且其中所述多个提升阀组合件由单个致动器驱动。

在一个实施例中，由阀体与提升阀头之间的接触所产生的密封件包括至少一个共成型部分，其中所述至少一个共成型部分由阀体和提升阀头中的至少一个的一部分限定。另一实施例还包含通风口，所述通风口从第一端延伸到第二端。

在一另外实施例中，提升阀系统包括位置传感器，所述位置传感器配置成确定提升阀组合件的至少一部分的位置。在又一实施例中，提升阀组合件包括回位弹簧，所述回位弹簧配置成当致动力未施加到提升阀组合件时迫使提升阀组合件进入闭合位置。

另一方面包含提升阀系统，所述提升阀系统具有第一端和第二端且限定阀腔；以及提升阀组合件，所述提升阀组合件从所述第一端延伸到所述第二端并通过所述阀腔。提升阀组合件可包含可移动提升阀头，所述可移动提升阀头设置在提升阀组合件的第一端处且配置成通过接触阀体的一部分而产生密封件，且配置成限定阀腔与压力腔之间的开口；以及可移动引导元件，所述可移动引导元件设置在阀体的第二端处。

在一个实施例中，提升阀组合件进一步包括轴，所述轴从所述第一端延伸到所述第二端且耦接到提升阀头和引导元件，且提升阀头、引导元件和轴配置成沿共同第一轴线移动。另一实施例进一步包含沿所述共同第一轴线设置的入口端口和出口端口。

一另外实施例包含致动器，所述致动器具有沿共同第一轴线设置的致动器驱动轴，所述致动器驱动轴耦接到提升阀组合件且配置成沿共同第一轴驱动提升阀组合件。在又一实施例中，压力腔至少部分地由可充气射流致动器限定；且所述可充气射流致动器是射流机器人的一部分，其中所述可充气射流致动器定位在接头周围且配置成在可充气射流致动器通过提升阀系统充气时移动接头。

在一个实施例中，提升阀组合件配置成使得作用于引导元件的内表面以及提升阀头的内表面的阀腔压力在提升阀头上施加与引导元件大体上相同的力，其在提升阀组合件上产生大体上净值零的力；且作用于提升阀头的外表面和引导元件的外表面上的外部压力在所述提升阀组合件上以相反方向施加大体上相同的力以产生大体上净值零的力。

一个实施例进一步包含通风口，所述通风口从第一端延伸到第二端且配置成可操作地连接压力腔的单独第一部分和第二部分。在另一实施例中，引导元件包括隔膜。一另外实施例包含致动器，所述致动器的至少一部分设置在所述阀腔内。

附图说明

图1是说明提升阀系统的一实施例的示范性框图。

图2a说明包含滚动隔膜的阀门组合件的一示例性实施例。

图2b说明包含波纹管的阀门组合件的另一示例性实施例。

图3a说明其中可通过提升阀通道出现通风的一个示例性实施例。

图3b说明其中可通过阀体通道出现通风的另一示例性实施例。

图3c说明其中阀门组合件设置在阀门组合件所作用于的压力腔室内部的另一示例性实施例。

图4a说明包括耦接到轴的提升阀头和隔膜的提升阀组合件。

图4b说明包括耦接转轴的第一提升阀头和第二提升阀头的提升阀组合件。

图5a说明具有由提升阀头上的刀口产生的刀口密封件的一示例性实施例。

图5b说明具有O形圈密封件的一示例性实施例。

图5c说明具有压力密封件的一示例性实施例。

图6说明其中致动器可置放在提升阀系统的流动路径中的一示例性实施例。

图7a是可通过散热片对致动器提供冷却的另一实施例的横截面俯视图。

图7b说明其中致动器设置在阀腔内和/或由阀体的部分限定的一示例性实施例。

图8是其入口端口和出口端口沿共同轴线成直线放置的提升阀系统的剖示侧视图。

应注意，在整个图式中，出于说明性目的，图式未必按比例绘制并且类似结构或功能的元件一般由相同参考标号表示。还应注意，各图仅意图便于优选实施例的描述。各图并不说明所描述的实施例的每个方面并且并不限制本公开的范围。

具体实施方式

以下公开内容教示使用平衡提升阀配置的新型高速阀门的示例性实施例。当通过使用隔膜、波纹管或消除提升阀上的压力不平衡的其它密封引导机构与常规比例的阀门进行比较时，各种实施例提供所需操作力的减少。本文中论述的一些实施例相较于常规平衡提升阀可引入改进，包含较低成本、较小尺寸、双向流、用于可比流动速率和压力变化的更快致动，和类似方面。

通过使用例如注射成型的大规模生产技术，在一些实施例中有可能在保持高性能的同时降低部件数量和成本。举例来说，通过确保阀门的流动路径通过致动器，致动器的冷却可在可允许使用较多功率驱动致动器而不过热的一些实施例中获得。通过保护阀体内的致动器，在一些实施例中，阀门可明显地更耐用，且变得适合于外部安装。

内部致动器安装还可考虑到除去滑动密封件、降低致动力。举例来说，在一些实施例中，阀门还可包含集成位置和压力感测以通过阀门将反馈提供到流上。本文中论述的一个示例性实施例可配置成调节气流，但这不应被解释为限制此类实施例的适用性。各种实施例可与任何适合的流体（例如，水、油、空气、氦，和类似物）一起使用，且可配置成使用多种平衡方法、提升阀密封件、致动器和构造架构进行操作。这些替代性实施例还可包含通过使用可变几何形状或智能材料的各种阀门属性（例如，压力平衡和类似方面）的动态可调性。

本文所描述和示出的各种实施例可配置成对常规提升阀进行改进，包含比常规提升阀更便宜、更耐用和/或更小的阀门。此外，本文中论述的各种示例性实施例包含将阀门提升阀的两端暴露于入口压力和出口压力，如果暴露于压力的面积恰当地匹配，那么所述入口压力和出口压力可允许提升阀显示净力为零。实现这个的一种方式是将提升阀的底部（不流动）端密封到柔性隔膜，使得有效压力面积在整个提升阀的冲程过程可保持不变。将致动器放置在经密封阀体内保护致动器，且去除了对高摩擦滑动密封件的需求。

此外，在致动器放置在经密封阀体内的示例性实施例中，通过阀门的流可通过致动器导入。相较于传统的平衡提升阀，此设计可提供改进冷却。根据各种实施例，这些改进可考虑到较小致动器，且因此使用较小组合件。使用例如注射成型和超声波焊接的大规模生产技术可考虑到许多关键部件和接口的固结，产生更简单、更便宜的组合件。

转到图1，平衡提升阀系统100的一示例性实施例示出为包括设置在由压力容器115限定的第一加压腔110内的阀门组合件105。阀门组合件105包括阀体120和提升阀组合件106，所述提升阀组合件包含设置在阀体120的第一端121处的提升阀头125和设置在第二端122处的隔膜130。阀体120限定第二阀腔123，其中轴135沿轴线X从第一端121延伸到第二端122，且耦接提升阀头125和隔膜130。

通道140与阀体120耦接且可操作地与阀腔123连通，且延伸穿过由压力容器115限定的加压腔110到压力容器115的外部。在各种实施例中，通道140配置成允许流体进入和/或离开阀腔123。

如图1中所示出，轴135可配置成沿轴线X移动，所述轴使提升阀头125延伸离开阀体120以在提升阀头125与阀体120之间建立开口145，所述开口可允许流体通过或来自加压腔110和阀腔123或在其之间。隔膜130可弯曲、变形、延伸、滚动，或另外沿轴线X移动。

提升阀头125的移动和所产生的压力的改变可产生在作用于阀腔123和压力容器115内的提升阀组合件106的各种力的改变。举例来说，阀腔力F_inner,1和F_inner,2可作用于提升阀头120和隔膜130。此外，加压腔力F_outer,1和F_outer,2也可作用于提升阀头120和隔膜130。此外，如本文所论述，可通过隔膜130或通过例如与轴135相关的弹簧或类似物的其它机构偏置提升阀头120。

此类压力可为任何适合的压力，包含真空、大气压力以下的压力、大气压力处的压力或大气压力以上的压力。此外，在一些状态或配置中，阀腔123和压力容器115可具有相同压力。在一些状态或配置中，阀腔123的压力可小于压力容器115内的压力，但在一些状态或配置中，阀腔123的压力可大于压力容器115内的压力。

在一些实施例中，为达成平衡提升阀设计，隔膜130（或其它引导组合件）和提升阀头125的后部必须暴露在相同压力下。为达成这种平衡架构的实施例包含将两端暴露在大气下，将阀门放置在控制的压力腔室的内部，或放置在通过在两个区域之间产生通风口的密封主体实施例中。

可通过匹配提升阀头125和隔膜130（或其它引导元件）的有效横截面面积实现平衡阀门配置，使得阀腔123内部的压力在提升阀头上施加与隔膜130上相同的力，由于阀腔压力平衡提升阀组合件106上的力。类似地，由于加压腔123中的压力，匹配横截面面积可在提升阀组合件106上产生接近零的净力。

换句话说，作用于隔膜130的内表面和提升阀头125上的压力在提升阀头125上施加与在提升阀组合件106上产生净零力的隔膜端130上相同的力。类似地，作用于提升阀头125的外表面和隔膜130的外表面上的压力以相反方向施加大体相同的力到产生净零力的提升阀组合件106。

尽管本文中论述的各种实例包含空气作为用于提升阀系统100的流体，但在另外实施例中，任何适合的流体可与提升阀系统100一起使用，所述任何适合的流体包含水、油、空气、氦和类似物。类似地，此提升阀系统100可配置成在各种外部操作环境（水下、真空中、大气中或类似物）中操作。

提升阀头125和与阀体120的接合可配置成提供防止或阻止空气在阀腔123与压力容器115之间移动的密封件。如下文更详细论述，此密封件可以任何适合的方式产生。举例来说，图5a说明具有由在提升阀头125上的刀口510所产生的刀口密封件的一示例性实施例。图5b说明具有由O形圈520所产生的O形圈密封件的一示例性实施例，所述O形圈可耦接到阀体120或提升阀头125。图5c说明具有由刮板530所产生的压力密封件的一示例性实施例，所述刮板可耦接到阀体120或提升阀头125。

在各种实施例中，阀体120、提升阀头125和类似物的各种部分可共成型。举例来说，例如塑料、弹性体或类似物的材料可覆盖阀体120、提升阀头125或类似物，从阀体、提升阀头或类似物延伸，限定阀体、提升阀头或类似物的一部分，或整体地与阀体、提升阀头或类似物相关。在此类实施例中，阀体120和/或提升阀头125的共成型部分可限定密封件的一部分或耦接于阀体120与提升阀头125之间。举例来说，在一些实施例中，例如刀口510、O形圈520、刮板530的结构和/或耦接阀体120的表面的提升阀可包括共成型部分。

尽管图1说明隔膜130经由提升阀轴135与提升阀头125连通，但在另外实施例中，任何适合的替代性引导机构可用于代替或除了隔膜130。举例来说，此机制可包含弹性隔膜、滚动隔膜、波纹管或允许阀门打开和关闭同时在轴135上保持密封的另一引导机构，或类似物。图2a说明包含耦接到轴135且与提升阀头125相对的滚动隔膜230的阀门组合件105的一个示例性实施例。图2b说明包含耦接到轴135且与提升阀头125相对的波纹管235的阀门组合件105的另一示例性实施例。

此外，在一些实施例中，提升阀头125和例如隔膜130的引导机构可以任何适合的方式连接。举例来说，尽管将转轴135说明为耦接或连接提升阀头125和隔膜130的方法的一个实例，但在另外实施例中，可使用其它适合的耦接或连接机构。举例来说，在一个实施例中，旋转致动器可连接提升阀头125和隔膜130。在另外实施例中，包含提升阀头125和隔膜130的提升阀组合件106不必成直线地设置，且代替地可以任何适合的关系（包含垂直地或以另一适合的角度）进行设置。换句话说，在一些实施例中，阀体120的第一端121和第二端122不必平行和/或相对。

排放或另外平衡压力腔室110内的顶端121与底端122之间的压力可以任何适合的方式完成，所述任何适合的方式包含通过如图1中所示出的腔室110内的开放连通、通过提升阀头125、经由阀体120或类似物。举例来说，图3a说明其中可通过提升阀通道310出现通风的一个示例性实施例，所述提升阀通道在顶端121与底端122之间从提升阀头125延伸到隔膜130，且可由提升阀头125、轴135和/或隔膜130限定。图3b说明其中可通过阀体通道320出现通风的另一示例性实施例，所述阀体通道在顶端121与底端122之间延伸且由阀体120的部分限定。图3c说明其中阀门组合件105设置在阀门组合件105所作用于的压力腔室110内的另一示例性实施例。

在各种实施例中，提升阀头125和/或轴135可设计成尽量轻，且可经成型以帮助控制离开阀门组合件105的流。举例来说，在一些实施例中，提升阀头125下方的形状可用于帮助控制通过阀门组合件105的流动路径中的节流点。在一些实施例中，提升阀组合件106可在提升阀头125上方具有额外的空气动力成型以减少流损失并改进平衡。

在一些实施例中，可通过将提升阀头125与阀体120之间的开口145设计成具有较大横截面积促进阀门组合件105的高速操作。此类实施例可使短冲程操作能够具有高流动速率。提升阀头125的小线性运动可在开口145处产生较大流动路径面积。对于给定致动器，减少阀门组合件105的冲程可通过减少行进距离来提升致动速度。相应地，平衡提升阀系统100的各种配置可使能够使用较大横截面的开口145，因为致动力与横截面积无关。

隔膜130的一个优选实施例包括如图2a中所示出的滚动保护套230，其可包括在阀体120与提升阀轴135之间具有耦接到阀体120和提升阀转轴135的底部的滚动保护套230形成凸出部分231或卷积的额外材料。此实施例可防止在此凸出部分231或卷积上的峰值点在提升阀125的整个冲程移位，使得隔膜130的有效压力半径（且因此平衡压力面积）随着提升阀125向上移动和向下移动而保持不变。然而，如果需要，可配置隔膜130的形状，使得当阀门组合件105移动通过其冲程时隔膜130产生靶向不平衡或平衡力的非线性移位。在一些实施例中，可合乎需要的是，作为达成平衡提升阀系统100的开放回路控制的手段。

在各种实施例中，有利的是，设计具有柔性或滚动隔膜130的不变地平衡提升阀系统100，由于平衡提升阀系统100中承压流体的机械负载，所述不变地平衡提升阀系统提供此类不变的平衡而不发生故障。为实现这个目的，在一些实施例中，隔膜130可包括气密弹性体且可当暴露在最大操作压力下时加厚到应力不超出材料的拉伸强度的点。

另外实施例包括增强具有将施加阻止提升阀125的运动的可忽略的轴向力的高强度聚合物、纤维或金属的隔膜130，但将防止隔膜130在可将较大拉伸负载施加到隔膜130上的较高压力下径向地发生故障。在一个实施例中，此隔膜130可成型为阀体120，所述阀体可简化平衡提升阀系统100的组合件并改进尺寸控制。用于密封阀门组合件105的第二端122的另外实施例可包含波纹管235而非如图2b中所示出的隔膜130。

尽管各种示例性实施例说明具有单个提升阀头125、提升阀轴135、隔膜130和类似物的平衡提升阀系统100，但另外实施例可包含多个任何公开的元件或可缺乏此类元件。举例来说，一些实施例可包含具有对应提升阀头125、提升阀轴135和隔膜130的两个或多于两个提升阀组合件106。

另外实施例可包含阀门组合件105，所述阀门组合件具有连接到相同轴135的两个或多于两个密封表面和阀体120的相对端上的密封件。此类实施例可不需要隔膜130或引导元件。举例来说，图4a说明包括提升阀头125和耦接到轴135的隔膜130的提升阀组合件106。相比之下，图4b说明包括耦接到轴135的第一提升阀头125A和第二提升阀125B的提升阀组合件106。如此示例性实施例中所示出，在阀腔123内，第一提升阀头125A与阀体120的外部部分接合，且第二提升阀头125B与阀体120的内部部分接合。

在各种实施例中，有利的是，设计提升阀头125和/或阀体120的对应密封表面，使得需要极少的力来产生充足的压力来进行密封。举例来说，为最小化密封力，在一些实施例中有利的是密封件具有与提升阀头125接触的最小表面积。在另外实施例中，有利的是，阀腔123和压力容器腔123的压力使得提升阀头125和/或阀体120之间的密封件以使得在此压力下接口自动密封或另外密封的方式发生变形。

在一些实施例中，此可通过使用O形圈520或刮板样式密封件530与分别如图5b和5c中所示出提升阀头125和/或阀体120相配合实现。根据另外实施例，机械特征也可用于帮助约束密封件。在各种实施例中，密封机构的一部分可成型为阀体120或成型到接着可夹持到阀体120上的位置的单独部分上。在一些实施例中，可选择提升阀头125的几何形状，使得其以受控和可预测的方式与密封机构介接。在一些实施例中，此可为合乎需要的，因为提升阀头125的暴露面积的较小改变引起相对于隔膜130的压力平衡产生较大改变。

如图5a中所示出，另一密封实施例包括提升阀头125或阀体120上的刀口510，所述刀口可经配置使得提升阀组合件106在可能的最小可能区域上方进行密封。此可有利于减少所需要的密封力且控制提升阀暴露面积和流节流的点。用于刀口密封件的材料可包括金属对金属、金属对弹性体、塑料对弹性体或其它适合的组合。在各种实施例中，材料可经选择以确保刀口不会太坚硬以至于其损害相对表面且反之亦然。举例来说，在各种实施例中，用于制作刀口的材料越硬，密封件将损害自身和开始泄漏得越快。

此外，表面光洁度和平整度可以是重要的因素，其在处理包括硬性材料的实施例时具有重大意义。在一些实施例中，精密地表面可比铸件提供更有效的密封件，这是由于考虑到泄漏路径的较少表面缺陷。整体平整度也可确定两种几何形状可对准得多好以防止气流。在一些实施例中，相对于密封件的提升阀头对准可以是最小化泄漏的组件。可使用多种机械元件来帮助约束提升阀头125（例如，衬套、挠曲轴承、隔膜130和驱动其的致动器）的运动。

为了考虑到快速响应次数，在一些实施中，可合乎需要的是最小化不平衡和密封力，且还最小化阀门组合件105中的移动质量。为最小化移动质量，一些实施例可使用内置有轻量材料的较小移动部件。在一些实施例中，通过选择具有较小动态质量的致动器，可进一步减小系统上的惯性力。

在各种实施例中，可通过多种适合的致动器驱动阀门组合件105，其可归因于一些实施方案中存在的较低的力和冲程要求。对于阀门组合件105的一些高压实施例，考虑到将使用的许多潜在的致动器，行程可为约一毫米。螺线管、线性音圈、电动机、压电体和类似物可用于阀门驱动器。在一些实施例中，确定哪些致动器优选的因素可包含成本、控制潜能、移动质量、力和类似方面。

致动器的移动质量和峰值力在各种实施例中可能至关重要，这是因为当与提升阀组合件106的质量组合时，此能够确定响应时间。响应时间可限定全气流可经命令得有多快且在需要快速和精确压力控制的应用中较高速度可能更合乎需要。

在各种实施例中，对于一些电动机械致动器热堆积可能是主要限制，且因此在各种实施例中高效的冷却解决方案可有利于从此类致动器获取最大性能。举例来说，在一些实施例中，将产热组合件放置在流动路径中可在致动器通电的任何时候出现强制对流冷却。使用相较于可比较大阀门设计的较小致动器使其成为可能。

举例来说，图6说明包括致动器650的平衡提升阀系统100的示例性实施例，所述平衡提升阀系统通过耦接到提升阀头125的致动器轴655驱动提升阀组合件106。在此实例中，致动器轴655由弹簧660包围且使用弹簧660偏置。提升阀组合件106包括经由提升阀轴135与隔膜130连通的提升阀头125。通过阀体通道320（例如，如图3b中所示出）对阀门组合件105通风，但另外实施例可以如本文所论述的其它适合的方式（例如，通过如图3a中所示出的提升阀通道310或类似物）通风。

图6说明其中致动器650可置放在提升阀系统100的流动路径（通过单侧箭头示出）中的一示例性实施例，所述流动路径能够为致动器650提供冷却。具体地说，流体可通过通道140进入提升阀系统100并进入阀腔123，其中其可进一步通过提升阀头125与阀体120之间的开口145。流体可进入加压腔110并四处流动且通过致动器650。

如图7a的横截面附图中所示出，可提供致动器650的冷却的另一实施例可包含致动器650与阀体750外部之间的导电路径。举例来说，此可通过在致动器650和阀体120和/或压力容器115之间延伸的散热片760完成。散热片760可延伸到压力腔110中而不妨碍流体在致动器650周围流动。举例来说，如图7a中所示出，散热片760可限定压力腔110中的四个通道。

在一些实例中，散热片760可由阀体120和/或压力容器115限定。在其它实例中，散热片760可由致动器650的一部分限定。在另外实例中，散热片750可为来自致动器650、阀体120或压力容器115的单独结构。

在一些实施例中，可通过使用例如铝和/或导热热塑物的高热导率材料改进热传导。此外，在其中提升阀系统100是完全密封系统的实施例中，提升阀系统100可放置在多种操作环境下，而不考虑环境压力（例如，控制的腔室的内部或外部）。此类密封实施例可配置成允许阀门流回流。

提升阀系统100的一些实施例可包括电流传感器，所述电流传感器用来监控到致动器650的电流。包含电阻的致动器650的电流、施加的电压和属性接着可用于估计致动器650的温度。温度估计可用于触发包含断电的冷却程序以防止致动器650过热。也可直接通过使用热电偶、热敏电阻或类似物来测量致动器650或提升阀系统100的其它适合的部分的温度完成温度测量。

一个实施例可包括阀门组合件105，其中致动器650的组件中的一些或全部由阀体120和/或压力容器115包围或整合到阀体120和/或压力容器115。在致动器650周围建立阀门组合件105可考虑到具有较小质量和/或容量的提升阀系统100，其在一些实施例中可以是有利的。此外，具有限定或是阀体120、压力容器115和/或提升阀组合件106的一部分的组件的致动器650可考虑到进一步的尺寸和重量的减少。

举例来说，图7b说明其中致动器设置在阀腔123内和/或由阀体120的部分所限定的一示例性实施例。在此实例中，阀体120包括多个磁体770和包围提升阀轴135的音圈780。磁体770和音圈780可限定配置成驱动包含隔膜130、轴135和提升阀头125的提升阀组合件106的致动器650的至少一部分。

在一些实施例中，平衡阀门组合件105上的力可提供提升阀系统100，其中致动器650只需克服惯性力以及当处于闭合状态时最小化泄漏所需的密封力。然而，在另外实施例中，可合乎需要的是，安装当无致动力供应时迫使提升阀组合件106进入闭合位置的回位弹簧或挠曲件。此可防止阀门组合件105在其断电状态下漏泄且可确保电力突然损失的情况下阀门组合件105将故障关闭。另一方面，在一些实施例中，此配置可能不合乎需要，因为此配置可能要求电力保持阀门组合件105打开。如果使用回位弹簧，在一些实施中可合乎需要的是，选择具有较低弹簧刚度的回位弹簧使得当阀门组合件105移动到完全打开的位置时回程力不会显著增加。图8中说明具有回位弹簧的实施例的实例且在下文更详细地论述。

如果弹簧不合乎需要，则替代的选项可用于保持阀门组合件105关闭，例如磁性闩锁（使用永久磁体或电磁体），或偏心，或通过偏置阀门的内部平衡力，或在电力损失的情况下将防止阀门组合件105突然打开的其它机械锁定机构。此外，具有可调节/可控制属性的材料（例如镍钛诺）可用于主动地调节回位速率、锁定或类似方面。一个或多个致动器650也可用于驱动阀门组合件105关闭以辅助密封。此可使用打开阀门组合件105的同一致动器650或通过使用额外致动器650完成。

在各种实施例中，提升阀系统100可提供对气流的比例控制，其可通过将提升阀头125移动到可改变阀门组合件105的孔145的不同位移而实现。对于一些实施例，可能要求控制阀门组合件105的位置的能力，其可通过前馈模型和传感器反馈实现。回位弹簧可提供线性力到位置关系，因此如果致动器650可供应足够精确的力区间，则接着前馈控制可足够用于到达所要位置。如果要求较高程度的精确性，则一些实施例可包括可并入到阀门中的位置传感器。此位置传感器可配置成确定包含提升阀头125、轴135和/或隔膜130的提升阀组合件106的位置。此可使用多种传感器实现，所述多种传感器包含霍耳效应（Hall Effect）传感器、光学编码器、涡流传感器、移位传感器或类似物。一个或多个传感器可直接建立在包含阀腔123和/或阀体120的提升阀系统100的各个部分中。

在各种实施例中，此提升阀系统100可适用于需要控制流动速率或压力的多种射流（例如，气动、液压）应用中。举例来说，一些气动和液压致动装置通过控制确定其负载的位置的各种腔室的压力进行操作。对于这些装置，有利的是控制气流进入气动致动器尽可能接近腔，因此当命令改变时和当压力受到影响时其间存在较少延迟。本文所描述的各种实施例的平衡提升阀系统100的较小尺寸和重量可适用于这个目的，因为将阀门定位在致动器的各个腔处不再成为负担。

此可在机器人技术、气动矫正术和负重机器人类型应用中有利，在这些应用中大量阀门的重量实质上可增加整个装置的重量，且较大阀门尺寸可妨碍移动性。提升阀系统100或阀门组合件105也可放置在根据一些实施例其是控制的压力腔室内部，所述压力腔可包含负重机器人、机器人或类似物的可充气致动器的一个或多个腔。

举例来说，负重机器人系统（或机器人系统）可包括包含控制系统和射流致动系统的致动系统，所述射流致动系统可驱动设置在负重机器人的对应可充气致动器内的多个提升阀系统100。当由用户穿戴时通过选择性地充气和/或放气此类可充气致动器，例如行走、提举、奔跑或类似方面的动作可由负重机器人产生。

更具体地说，通过一个或多个提升阀系统100对一个或多个可充气致动器充气和/或放气可移动例如踝、膝、肘、肩膀、腕和类似物的关节。举例来说，可充气致动器和相关联的提升阀系统100可在各种关节周围或上方穿戴且可配置成移动用户的此类关节。另一实例系统可为机器人臂，其中阀门用于控制机械手的关节中的压力。此外，通过经涂布或成型的电子装置的使用，此阀门的实施例可用于导电流体（例如水下使用）中。

在各种应用中，可合乎需要的是能够增加和降低腔室的压力。相应地，在一些实施例中，可合乎需要的是一对阀门组合件105，一个用于供应高压且另一个用于释放压力。因此，在一些实施例中，可合乎需要的是将两个阀门组合件105组合成单个提升阀系统100。举例来说，此提升阀系统100可包括三个端口140和可驱动两个阀门组合件105的单个致动器650。在一些实施例中，可能需要两个提升阀组合件106与致动器/发动机的驱动效应器之间的连接，所述连接允许致动器/发动机的驱动效应器独立地驱动两个阀门组合件105。另外实施例可利用操纵杆、挠曲机构或共享单个钢主体和磁体的多个线圈来独立地驱动提升阀组合件106。可扩展实例三端口、双向阀门实施例以建立利用一个或多个致动器来控制、引导或调节流的多端口阀门。在各种实施例中，考虑到用于入口和排气阀的不变的安装方案，此阀门可在任一方向上运行（例如，可切换高压线和低压线而不改变功能性）。

举例来说，在此实施例中，单个致动器650可致动多个提升阀组合件106。提升阀组合件106的此致动可一致地、可交错地、可相对地或类似方式出现。换句话说，作用于多个提升阀组合件106的单个致动器650可使得提升阀组合件106同时打开和闭合；交替和/或相对连续地打开和闭合，或类似方式。

如图8中所示出，一另外实施例包括提升阀系统100，其入口140和出口端口810沿轴线Y成直线放置。此配置可包括可实现平衡架构的提升阀系统100内的密封内腔室。

所描述的实施例易有各种修改以及替代形式，并且其具体实例已在附图中借助于实例示出并且在本文中详细地进行了描述。然而，应理解，所描述的实施例并非限制于所公开的特定形式或方法，相反，本公开涵盖所有修改、等效物和替代方案。

Claims (20)

1. 一种射流机器人，其包括：

多个可充气射流致动器，其限定多个压力腔，所述可充气射流致动器配置成与一个或多个接头相关且通过所述多个可充气射流致动器的充气而移动所述一个或多个接头；和

多个提升阀系统，其设置在所述可充气致动器的对应压力腔内且配置成对所述压力腔充气，所述提升阀系统包括：

阀体，其具有第一端和第二端且限定阀腔；和

提升阀组合件，其从所述第一端延伸到所述第二端且通过所述阀腔，所述提升阀组合件包括：

提升阀头，其设置在所述提升阀组合件的所述第一端处，且配置成沿第一轴线移动且通过接触所述阀体的一部分而产生密封件，且配置成限定所述阀腔与可充气射流致动器的压力腔之间的开口；

可移动隔膜，其耦接在配置成沿所述第一轴线移动的所述阀体的所述第二端处；和

轴，其从所述第一端延伸到所述第二端，且耦接到所述提升阀头和隔膜，所述轴配置成沿所述第一轴线移动。

2.根据权利要求1所述的射流机器人，其进一步包括配置成驱动所述提升阀组合件的致动器。

3.根据权利要求2所述的射流机器人，其中所述致动器设置在所述阀腔内。

4.根据权利要求2所述的射流机器人，其中所述致动器经由一个或多个散热片与所述阀体的一个或多个部分耦接，所述散热片配置成将由所述致动器产生的热传递到所述阀体以及传递到所述阀体的外部部分以冷却所述致动器。

5. 根据权利要求1所述的射流机器人，其中所述提升阀系统配置成限定流动路径，所述流动路径包括：

第一流，其从入口端口进入到所述阀腔中；和

第二流，其经由由所述提升阀头和所述阀体限定的所述开口从所述阀腔进入到所述压力腔中，

其中致动器设置在由所述提升阀系统限定的所述流动路径中且配置成由所述流动路径中移动的流体冷却。

6.根据权利要求1所述的射流机器人，其中所述提升阀头和所述隔膜包括匹配的有效横截面面积，使得所述阀腔内部的阀腔压力在所述提升阀头上施加与所述隔板上大体上相同的力，且由于所述阀腔压力平衡所述提升阀组合件上的力。

7.根据权利要求1所述的射流机器人，其中提升阀系统包括多个提升阀组合件，且其中所述多个提升阀组合件由单个致动器驱动。

8.根据权利要求1所述的射流机器人，其中由所述阀体与所述提升阀头之间的接触产生的所述密封件包括至少一个共成型部分，其中所述至少一个共成型部分由所述阀体和所述提升阀头中的至少一个的一部分限定。

9.根据权利要求1所述的射流机器人，其进一步包括从所述第一端延伸到所述第二端的通风口。

10.根据权利要求1所述的射流机器人，其中所述提升阀系统包括位置传感器，所述位置传感器配置成确定所述提升阀组合件的至少一部分的位置。

11.根据权利要求1所述的射流机器人，其中所述提升阀组合件包括回位弹簧，所述回位弹簧配置成当致动力未施加到所述提升阀组合件时迫使所述提升阀组合件进入闭合位置。

12. 一种提升阀系统，其包括：

阀体，其具有第一端和第二端且限定阀腔；和

提升阀组合件，其从所述第一端延伸到所述第二端且通过所述阀腔，所述提升阀组合件包括：

可移动提升阀头，其设置在所述提升阀组合件的所述第一端处且配置成通过接触所述阀体的一部分而产生密封件，且配置成限定所述阀腔与压力腔之间的开口；和

可移动引导元件，其设置在所述阀体的所述第二端处。

13.根据权利要求12所述的提升阀系统，其中所述提升阀组合件进一步包括轴，所述轴从所述第一端延伸到所述第二端且耦接到所述提升阀头和引导元件，且

其中所述提升阀头、引导元件和轴配置成沿共同第一轴线移动。

14.根据权利要求12所述的提升阀系统，其进一步包括沿所述共同第一轴线设置的入口端口和出口端口。

15. 根据权利要求12所述的提升阀系统，其进一步包括致动器，所述致动器包含沿所述共同第一轴线设置的致动器驱动轴，所述致动器驱动轴耦接到所述提升阀组合件且配置成沿所述共同第一轴线驱动所述提升阀组合件。

16.根据权利要求12所述的提升阀系统，其中所述压力腔至少部分地由可充气射流致动器限定；且

其中所述可充气射流致动器是射流机器人的一部分，其中所述可充气射流致动器定位在接头周围且配置成在所述可充气射流致动器由所述提升阀系统充气时移动所述接头。

17.根据权利要求12所述的提升阀系统，其中所述提升阀组合件配置成使得作用于所述引导元件的内表面和所述提升阀头的内表面的阀腔压力在所述提升阀头上施加与所述引导元件大体上相同的力，在所述提升阀组合件上产生大体上净值零的力；且

其中作用于所述提升阀头的外表面和所述引导元件的外表面上的外部压力在所述提升阀组合件上以相反方向施加大体上相同的力以产生大体上净值零的力。

18.根据权利要求12所述的提升阀系统，其进一步包括通风口，所述通风口从所述第一端延伸到所述第二端且配置成可操作地连接所述压力腔的单独第一部分和第二部分。

19.根据权利要求12所述的提升阀系统，其中所述引导元件包括隔膜。

20.根据权利要求12所述的提升阀系统，其进一步包括致动器，所述致动器的至少一部分设置在所述阀腔内。