KR101729785B1 - 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기 및 상기 변환기를 실행하는 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기 및 상기 변환기를 실행하는 로봇에 관한 것이다. 본 발명은 특히 자율성이 향상될 휴머노이드 로봇의 생산에서 사용될 수 있다. 변환기는, 기계적인 에너지에 의해 케이싱 (14) 에 대해 제 1 축선 (13) 을 중심으로 회전되는 축 (10), 제 2 축선을 중심으로 형성된 보어를 포함하는 허브 (20) 를 포함하고, 축 (10) 은 보어 안에서 회전하고, 두 개의 축선 (13) 은 평행하고, 축선 사이의 거리가 편심거리 (E) 를 형성하고, 적어도 두 개의 피스톤은 축 (10) 의 방사상 하우징 안에서 운동할 수 있으며, 피스톤은 보어에 지탱된다. 본 발명에 따르면, 피스톤의 운동은 제 1 축선 (13) 을 중심으로 원호로 배치된 케이싱 (14) 의 두 개의 환상 홈으로 유압 유체를 공급하고, 유압 에너지는 두 개의 홈 (40, 41) 사이에 존재하는 유체의 압력차에 의해 발생되고, 허브 (20) 는, 한 값은 정이고 다른 값은 부인 두 개의 극한값 사이에서 편심거리 (E) 의 값을 변화시키도록, 제 1 의 두 개의 축선 (13) 에 수직한 제 3 축선을 따라 병진할 수 있어, 홈 (40, 41) 의 유체 압력의 반전을 발생시키고, 따라서 축 (10) 이 동일한 회전 방향을 유지하게 하면서 이 홈의 유입 및 방출 역할을 역전시킨다.

Description

기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기 및 상기 변환기를 실행하는 로봇{CONVERTER FOR CONVERTING MECHANICAL ENERGY INTO HYDRAULIC ENERGY AND ROBOT IMPLEMENTING SAID CONVERTER}

본 발명은 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기 및 상기 변환기를 실행하는 로봇에 관한 것이다. 본 발명은 특히 자율성이 향상될 휴머노이드 로봇의 생산에 사용될 수 있다.

이러한 로봇에는 로봇의 상이한 부분이 운동될 수 있게 하는 구동 기구가 설치된다. 이 기구는, 예컨대 전기 모터, 유압 모터 또는 공압 모터와 같은 동력원을 부하에 연결한다. 즉, 구동 기구는 모터와 부하 사이에서 기계적인 동력을 전달한다.

구동 기구의 본질적인 파라미터는, 부하의 공칭 작용 지점을 모터의 공칭 작용 지점에 적용시키도록 선택되는 구동 기구의 전달비이다. 예컨대, 기어의 세트로부터 형성되는, 전달비가 일정한 알려진 구동 기구에서, 전달비의 선택은 불연속적인 값으로 제한되고, 전달비를 변화시키는 것은 전달비를 적용시키기 위해 기어박스와 같은 복잡한 장치를 필요로 한다. 지금, 로봇 적용에서, 부하의 작용 지점은 매우 가변적이다. 감속비가 일정한 경우, 이는, 부하가 사용되는 대부분의 부적합한 환경에 대해 모터가 특정의 치수로 만들어져야 함을 의미한다.

전달비가 연속적으로 변할 수 있게 하는 장치가 존재하지만, 이것은 복잡하고 성능은 대개 저조하다. 예컨대, 전달비가 관성 질량에 의해 모터의 속도의 함수로서 변하는 벨트 속도 감속기가 알려져 있다.

상기 구동 장치는 부피가 크고, 무거우며, 복잡해서, 로봇 적용에 바람직하지 않다.

또한, 상기 모터 중, 전기 모터는 단지 고속 및 저토크에 대해서만 적합하다. 로봇 적용에서는, 저속 및 고토크의 반대 상황이 일반적이다. 저속에 대한 전기 모터의 사용은 높은 감속비를 수반하고, 따라서 달성하기가 복잡하다.

알려져 있는 바와 같이, 로봇 적용에서, 가압된 유체를 운반하는 라인에 의해 구동되도록 상이한 조인트에 연결되는 중앙 유압 동력 유닛이 사용된다. 로봇이 많은 구동기를 포함할 때, 라인의 네트워크는 복잡해진다. 또한, 유압 동력 유닛은, 가장 큰 요구를 받는 조인트에 요구되는 최대 압력을 모든 조인트에 제공해야 한다.

본 발명의 목적은, 예컨대 로봇의 운동가능한 부분이 운동될 수 있게 하는 실린더의 형태로, 모터에 의해 공급되는 기계적인 에너지를 부하에 의해 사용되는 유압 에너지로 변환하는 구동 기구를 제공함으로써 상기 문제점의 모두 또는 일부를 극복하는 것이다. 본 발명은 로봇공학의 분야로 제한되지 않는다. 본 발명은 구동 기구가 최적화될 필요가 있는 어떤 분야에도 적용될 수 있다. 더 정확하게는, 본 발명은 기계적인 에너지를 분산될 수 있는, 즉 단일 부하와 연관될 수 있는 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기를 제공한다. 변환기는 부하에 의해 요구되는 유압 동력만을 공급한다.

이를 위해, 본 발명의 주제는, 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기로서, 기계적인 에너지에 의해 제 1 축선을 중심으로 케이싱에 대해 회전하는 축, 제 2 축선을 중심으로 형성된 보어를 포함하는 허브를 구비하고, 축은 보어 안에서 회전하고, 두 개의 축선은 평행하고, 이 축선 사이의 거리가 편심거리를 형성하고, 적어도 두 개의 피스톤은 각각 축의 방사상 하우징 안에서 운동할 수 있고, 하우징은 피스톤을 안내하고, 피스톤은 보어에 지탱되는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기에 있어서, 피스톤의 운동은 유압 유체를 케이싱의 두 개의 환상 홈에 공급하고, 홈은 제 1 축선을 중심으로 원호로 배치되고, 유압 에너지는 두 개의 홈 사이에 존재하는 유체의 압력차에 의해 발생되며, 허브는, 한 값은 정이고 다른 값은 부인 두 개의 극한값 사이에서 편심거리의 값을 변화시키도록, 제 1 두 개의 축선에 수직한 제 3 축선을 따라 병진할 수 있어, 축이 동일한 회전 방향을 유지하게 하면서 홈의 유체 압력의 반전을 발생시키는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기이다.

홈 중 하나는 변환기의 유입부를 형성하고 다른 홈은 방출부를 형성한다. 홈 사이에서의 유체 압력의 반전은, 축이 동일한 회전 방향을 유지하게 하면서 유입부와 방출부 사이에서 홈의 역할을 전환시키는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 주제는, 유압 에너지에 의해 운동되는 다수의 독립적인 조인트를 포함하는 로봇에 있어서, 독립적인 조인트와 동일한 수의 본 발명에 따른 변환기를 또한 포함하고, 각각의 변환기는 하나의 조인트와 연관되는 것을 특징으로 하는 로봇이다.

첨부의 도면을 참조하여 설명되는 실시예로서 주어진 다수의 대안적인 실시형태의 상세한 설명을 읽음으로써 본 발명은 더 잘 이해될 것이고 다른 이점이 명확해질 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 변환기의 실시형태의 단면도를 나타낸다.
도 2 는 도 1 의 변환기를 위해 유압 유체의 펌핑을 실행하는 요소를 나타낸다.
도 3 은 도 2 에 도시된 요소의 대안적인 실시형태를 나타낸다.
도 4 는 변환기의 유체 유입 및 방출 오리피스를 나타낸다.
도 5 는 변환기의 편심거리를 변화시키는 수단을 나타낸다.
도 6 은 변환기의 밸브의 유압 도해를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b 는 편심거리를 변화시키기 위한 수단의 두 위치를 나타낸다.
도 8 은 변환기의 제 1 대안적인 실시형태의 분배기의 유압 도해를 나타낸다.
도 9 및 도 10 은 도 8 의 분배기의 실시형태를 나타내고, 이 두 도면은 수직 평면을 따른 단면도이다.
도 11a 내지 도 11g 는 제 1 실시형태의 분배기의 운동가능한 부분의 상이한 위치를 나타낸다.
도 12a 및 도 12b 는 변환기의 제 2 대안적인 실시형태의 두 개의 분배기의 유압 도해를 나타낸다.
도 13 및 도 14 는 도 12a 및 도 12b 의 분배기의 실시형태를 나타낸다.
도 15a 내지 도 15g 는 제 2 대안적인 실시형태의 제 1 분배기의 운동가능한 부분의 상이한 위치를 나타낸다.
도 16a 및 도 16b 는 제 2 대안적인 실시형태의 제 2 분배기의 운동가능한 부분의 상이한 위치를 나타낸다.

더 명확하게 하기 위해, 상이한 도면에서 동일한 요소에는 동일한 도면부호가 주어진다.

도 1 에 도시된 변환기는, 모터 (11), 예컨대 DC 전기 모터에 의해 구동되는 축 (10) 의 회전 운동의 형태로 기계적인 에너지를 받는다. 모터 (11) 는 일정한 회전 속도로 회전하고, 이는 그것의 작동을 최적화시키는 것을 가능하게 한다. 축 (10) 은 커플링 (12) 에 의해 모터 (11) 에 연결된다. 또한, 모터 (11) 의 고정자 권선을 축 (10) 에 직접 형성함으로써 커플링 (12) 을 생략하는 것이 가능하다. 축 (10) 은, 두 개의 커버 (15 및 16) 에 의해 축 (10) 의 단부에서 폐쇄되는 케이싱 (14) 에 대해 축선 (13) 을 중심으로 회전한다. 각각의 커버 (15 및 16) 에서, 구름 베어링 (17 및 18) 이, 각각, 안내를 수행하고, 케이싱 (14) 및 커버 (15 및 16) 에 의해 형성되는 조립체와 축 (10) 사이의 마찰을 제한하며, 변환기를 밀봉한다.

도 2 는 유압 유체의 펌핑을 수행하는 변환기의 요소를 나타낸다. 이를 위해, 변환기는 제 2 축선 (22) 을 중심으로 형성된 보어 (21) 를 구비하는 허브 (20) 를 포함한다. 축 (10) 은 보어 (21) 안에서 회전한다. 두 개의 축선 (13 및 22) 은 평행하고, 축선 (13 및 22) 사이의 거리는 편심거리 (E) 를 형성한다.

변환기는 축의 방사상 하우징 안에서 각각 운동을 할 수 있는 적어도 두 개의 피스톤을 포함한다. 피스톤이 평행6면체형 베인인 변환기에 대해 본 발명을 실시하는 것이 가능하다. 도시된 실시예에 있어서, 하우징은 실린더이고, 세 개의 피스톤 (23, 24 및 25) 각각이 실린더 (26, 27 및 28) 안에서 각각 운동한다. 각각의 피스톤의 일 단부는 보어 (21) 에 지탱된다. 축 (10) 은, 축선 (13) 에 대해 평행하게 연장되는 적어도 두 개의 채널을 포함한다. 두 개의 채널 (29, 30) 은 도 2 에서 볼 수 있다. 실린더 (26) 는 채널 (29) 로 개방되어 있고, 실린더 (27 및 28) 는 채널 (30) 로 개방되어 있다. 채널 한 개당 피스톤의 수는, 피스톤이 보어 (21) 내측에 놓여 있는 축 (10) 의 전체 용적을 점유할 때까지 증가될 수 있다.

피스톤은 바람직하게는 축선 (13) 을 중심으로 오점형 (quincunx) 패턴으로 배열된다. 즉, 두 개의 인접하는 채널 사이에서, 제 1 채널로 개방되는 실린더의, 축선 (13) 을 따른 종방향 위치는, 제 2 채널의 두 개의 인접하는 실린더의 종방향 위치 사이에 있다. 이 배열은 주어진 보어 (21) 에 대해 피스톤의 수를 최대화하는 것을 가능하게 한다. 이 배열은, 축 (10) 이 회전하고 있을 때, 축 (10) 및 축의 피스톤의 동적인 균형을 향상시킨다. 이 배열은 또한, 축 (10) 의 회전 각도의 함수로서의, 축 (10) 에서의 반경방향 힘의 변화를 감소시킨다.

피스톤 (23, 24 및 25) 의 운동은 유압 유체를 채널 (29) 로 공급한다. 더 정확하게는, 도 2 에 도시된 축 (2) 과 허브 (20) 의 상대적인 위치에서, 피스톤 (24 및 25) 은 상사점이라고 부르는 위치에 있고, 피스톤 (24) 은 하사점이라고 부르는 위치에 있다. 축 (10) 이 그 축선 (13) 을 중심으로 회전할 때, 피스톤 (23 내지 25) 은 그 각각의 실린더에서 그 두 개의 사점 사이에서 운동한다. 이 운동은, 존재하는 유체를 채널 (29 및 30) 과 소통하는 실린더 (26, 27 및 28) 의 그 부분으로 공급한다. 각각의 채널 (29 및 30) 은, 그 단부 중 한 단부가 도 1 에서 볼 수 있는 캡 (31) 에 의해 폐쇄되고, 다른 단부는 유입 및 방출 오리피스와 소통하고, 이 오리피스는 이하에서 설명한다.

도 3 은, 도 2 에 도시된 요소의 대안적인 실시형태를 나타내고, 이 실시형태에서 피스톤 (23, 24 및 25) 은 볼 (32 내지 35) 로 대체된다. 볼의 직경은 대응하는 실린더의 내부 직경과 대등하다. 이하의 설명에서, 용어 피스톤은 도 2 에 도시된 바와 같은 원통형 피스톤 또는 도 3 에 도시된 바와 같은 볼을 나타내기 위해 구별 없이 사용된다. 볼의 사용은, 볼과 실린더 사이의 감소된 접촉 표면적으로 인해, 실린더의 유체가 우수하게 밀봉되도록 할 수 없다. 결과적으로, 변환기의 성능은 감소된다. 그럼에도 불구하고, 볼을 사용하는 대안적인 실시형태는 생산하는데 비용이 훨씬 적게 든다.

허브 (20) 는 바람직하게는 구름 베어링, 예컨대 니들 베어링의 내측 링을 형성한다. 허브 (20) 는 따라서 축 (10) 과 함께 회전할 수 있으므로 보어 (21) 에 대한 피스톤의 마찰을 제한한다.

도 4 는, 변환기의 유입 및 방출 오리피스를 도 1 내지 도 3 의 평면에 수직한 평면을 따른 단면도로 나타낸다. 더 정확하게는, 축 (10) 은 채널 (29 및 30) 을 포함하는 열 개의 종방향 채널을 포함한다. 케이싱 (14) 은, 축선 (13) 을 중심으로 한 원호 형상이며 각각 축 (10) 의 채널과 교대로 소통하는 두 개의 환상 홈 (40 및 41) 을 포함한다. 홈 (40) 은, 예컨대 그것을 향하는 채널에 대해 유체를 유입시키며, 유사하게는 홈 (41) 은 그것을 향하는 채널에 대해 유체를 방출시킨다. 각각의 홈 (40 및 41) 은, 연결 소켓 (42 및 43) 과 각각 소통하고, 이 연결 소켓은 직접 또는 이하에서 설명되는 분배기를 통해 변환기와 연관된 부하를 작동시키는 것을 가능하게 한다. 주어진 편심거리 (E) 에 대해, 축 (10) 의 회전 속도가 일정하다고 가정하면, 변환기는 일정한 출력을 가지는 용적식 펌프 (positive displacement pump) 로서 작동한다. 변환기에 의해 발생되는 유압 에너지는, 두 개의 홈 (40 및 41) 사이에 존재하는 유체의 압력 차에 기인한다. 도 1 에서 볼 수 있으며 예컨대 립 시일인 두 개의 시일 (44 및 45) 이 두 개의 홈 (40 및 41) 을 밀봉하기 위해 축 (10) 을 따라 홈 (40 및 41) 의 어느 한쪽에 하나씩 배치될 수 있다.

허브 (20) 는, 한 값은 정이고 다른 한 값은 부인 두 개의 극한값 사이에서 편심거리 (E) 의 값을 변화시키도록, 축선 (13 및 22) 에 수직한 축선 (46) 을 따라 병진운동할 수 있다. 허브 (20) 를 병진운동시키기 위해서, 구름 베어링 (36) 의 외측 링 (47) 이, 편심거리 (E) 의 값을 변화시키도록, 축선 (46) 을 따라 운동할 수 있는 캐리지 (48) 와 일체로 되어 있다. 축 (10) 의 회전 속도가 일정하다고 가정하면, 편심거리 (E) 가 0 일 때, 즉 축선 (13 및 22) 이 일치할 때, 피스톤은 그 각각의 실린더에서 정지되어 있고, 변환기는 유체 출력을 전달하지 않는다. 편심거리 (E) 의 값이 축선 (46) 을 따라 제 1 방향으로 증가될 때, 변환기의 출력은 증가한다. 한편, 편심거리 (E) 의 값이 제 1 방향과 반대의 제 2 방향으로 증가될 때, 변환기의 출력은 부 (negative) 가 된다. 즉, 홈 (40) 은 유입으로부터 방출로 전환되고, 홈 (41) 은 그 반대가 된다. 정의 값과 부의 값 사이에서 편심거리 (E) 를 변화시키는 것은, 변환기의 유입 및 방출 역할을 역전시키기 위해서 모터 (11) 의 회전 방향을 역전시킬 필요없이 이 변환기의 유입 및 방출 역할의 역전을 가능하게 한다. 편심거리 (E) 를 조정하는 것은 축 (10) 을 회전시키기 위해서 제어하기가 매우 간단한 모터를 사용하는 것을 가능하게 한다. 이 모터는 어떤 정밀한 속도 제어 없이 거의 일정한 속도에서 회전할 수 있고, 이는 상기 모터의 제어를 간단하게 한다. 이런 유형의 모터에 있어서, 변환기 출력은 단지 편심거리 (E) 를 변화시킴으로써 조정된다. 유입/방출 역전은, 종래의 모터 및 펌프 조립체의 관성에 비해 캐리지 (48) 관성이 매우 낮기 때문에 모터의 회전 방향을 역전시키는 것보다 편심거리 (E) 를 변화시킴으로써 훨씬 더 신속해진다.

물론, 필요한 경우, 모터의 작동 범위에서 모터의 속도 및 변환기의 편심거리 (E) 양자를 조정하는 것이 가능하다.

도 5 는 도 1 의 평면에 평행한 평면을 따른 변환기의 단면도이다. 캐리지 (48) 를 축선 (46) 을 따라 병진운동시키기 위해서, 변환기는 케이싱 (14) 과 일체인 두 개의 피스톤 (50 및 51) 을 포함한다. 피스톤 (50 및 51) 은 축선 (46) 을 따라 캐리지 (14) 를 안내하고 운동시킨다. 챔버 (52 및 53) 가, 피스톤 (50 및 51) 과 캐리지 (48) 사이에서 캐리지 (48) 의 양측에 각각 형성되어 있다. 두 개의 챔버 (52 및 53) 사이의 유체의 차별적인 압력은 변환기의 편심거리 (E) 를 변화시키도록 캐리지 (48) 가 운동할 수 있게 한다.

이를 위해, 변환기는 유압 유체의 압력 차에 의해 캐리지 (48) 의 운동을 제어하는 밸브 (55) 를 포함한다.

밸브 (55) 의 유압 도해가 도 6 에 도시되어 있다. 밸브 (55) 는 캐리지 (48) 를 운동시키는 유체에 의해 작동하는 유압 분배기를 형성한다. 도 6 에서, 이 유체의 높은 압력은 P 로 표시되어 있고, 낮은 압력은 T 로 표시되어 있다. 분배기는 세 개의 위치를 취할 수 있다. 중앙 위치 (55a) 에서, 두 개의 챔버 (52 및 53) 는 모두 유체가 공급되지 않는다. 도 6 에서 우측에 도시되어 있는 위치 (55c) 에서, 챔버 (53) 는 낮은 압력 (T) 을 받고, 챔버 (52) 는 높은 압력 (P) 을 받는다. 도 6 에서 좌측에 도시된 위치 (55b) 에서, 챔버 (52) 는 낮은 압력 (T) 을 받고, 챔버 (53) 는 높은 압력 (P) 을 받는다.

밸브 (55) 는 바람직하게는 캐리지 (48) 에 형성되어 있다. 밸브 (55) 로부터 챔버 (52 및 53) 를 작동시키는 모든 채널은 따라서 캐리지에 형성되고, 이는 케이싱 (14) 의 공간을 자유롭게 한다. 따라서, 변환기는 더 소형화된다.

밸브 (55) 는 슬라이드 (48) 에 형성된 보어 (56) 를 포함한다. 보어는 축선 (46) 에 평행한 축선 (57) 을 따라 형성되어 있다. 보어 (56) 의 직경은 일정하다. 밸브 (55) 는 보어 (56) 내측에서 미끄러질 수 있는 로드 (58) 를 포함한다. 로드 (58) 의 외측면은, 축선 (57) 을 따라 연장되는 작은 직경 (d) 및 큰 직경 (D) 이 교대로 있는 원통형 형상부로부터 형성된다. 연속하는 다섯 개의 원통형 형상부가 축선 (57) 을 따라 배치되어 있다. 이 형상부는 순서대로 직경 D, d, D, d 및 D 를 갖는다. 직경 D 는 보어 (56) 의 내부 직경과 대등하다. 두 개의 소통 챔버 (59 및 60) 가 보어 (56) 와 직경 d 의 형상부 사이에 형성되어 있다. 보어 (56) 에 형성된 다섯 개의 채널 (61 내지 65) 은 유체가 챔버 (59 및 60) 와 소통할 수 있게 한다. 채널 (61 및 65) 은 저압 유체 (T) 에 연결된다. 채널 (62) 은 챔버 (52) 에 연결된다. 채널 (63) 은 고압 유체 (P) 에 연결되고, 채널 (64) 은 챔버 (53) 에 연결된다.

도 7a 및 도 7b 는 보어 (56) 내측의 로드 (58) 의 두 위치를 나타낸다. 두 개의 챔버 (52 및 53) 는 소통 챔버 (59 및 60) 와 영구적으로 각각 소통하고, 로드 (58) 의 운동은 각각의 소통 챔버 (59 및 60) 를 채널 (63) 에 존재하는 고압 유체 (P) 와 또는 채널 (61 및 65) 에 존재하는 저압 유체 (T) 와 연결하는 것을 가능하게 한다.

도 7a 에 있어서, 55a 로서 도시된 위치는, 고압 유체와 저압 유체가 모두 챔버 (52 및 53) 와 소통하지 않는 평형상태의 위치를 말한다. 이 위치에서, 편심거리 (E) 는 일정하게 유지된다. 더 정확하게는, 직경 D 의 세 개의 원통형 형상부는 저압 채널 (61 및 65) 및 고압 채널 (63) 을 막는다. 챔버 (52 및 53) 는 단지 소통 챔버 (59 및 60) 하고만 각각 소통하고 고압 유체 및 저압 유체에는 연결되지 않는다.

도 7b 에 있어서, 로드 (58) 는 도면에서 좌측으로 운동한다. 이는 위치 55b 이다. 직경 D 의 중앙 원통형 형상부는 채널 (63) 로의 연결을 허용하고, 고압 유체 (P) 는 소통 챔버 (60) 와 소통한다. 유사하게는, 좌측 원통형 형상부 D 는 채널 (61) 로의 연결을 허용한다. 저압 유체 (T) 는 소통 챔버 (59) 및 챔버 (52) 와 소통한다. 캐리지 (48) 는 좌측으로 운동한다. 반대 방향으로의 캐리지 (48) 의 운동은 위치 55c 에 도달하도록 우측으로 로드 (58) 를 운동시키는 것에 의해 가능하다.

로드 (58) 의 운동은, 예컨대 제어 전류가 공급된 권선 (70) 에 의해 달성된다. 로드 (58) 와 일체인 코어 (71) 가 제어 전류의 함수로서 권선 (70) 에서 운동한다.

캐리지 (48) 에 밸브 (55) 를 형성하는 것과 관련된 다른 이점은 제어에 관하여 캐리지 (48) 가 편심거리 (E) 를 자동으로 제어하게 되는 것이다.

더 정확하게는, 케이싱 (14) 에 대한 원하는 편심거리 (E) 의 값에 의한 로드 (58) 의 운동이 어떤 채널 (61, 63 또는 65) 을 대응하는 소통 챔버 (59 및 60) 와 소통하게 한다. 캐리지 (48) 가 원하는 편심거리 (E) 에 도달할 때, 캐리지 (48) 에 대한 로드 (58) 의 상대적인 위치는 로드 (58) 가 도 7a 에 도시된 위치 (55a) 를 취할 수 있게 하고, 권선 (70) 에 적용될 새로운 제어에 대한 필요성이 없다.

변환기는 그 편심거리 (E) 를 결정할 수 있게 하는 센서 (72) 를 포함한다. 이를 위해, 센서 (72) 는 케이싱 (14) 에 대한 로드 (58) 의 위치를 측정한다. 로드 (58) 가 도 7a 에 도시된 평형상태의 위치에 있을 때, 센서 (72) 에 의해 이루어진 측정은 캐리지 (48) 의 위치이다. 로드 (58) 가 도 7b 에 도시된 바와 같이 그 극한 위치 중 한 위치에 있을 때, 센서 (72) 에 의해 이루어진 측정은 캐리지 (48) 의 위치와 캐리지 (48) 에 대한 로드 (58) 의 운동을 더한 것이다. 캐리지 (48) 에 대한 로드 (58) 의 운동은 비교적 빨리 지나간다. 실제로, 제어가 권선 (70) 에 적용된 후, 밸브 (55) 는 그 중앙 위치 (55a) 로 신속하게 되돌아온다. 그러므로, 제 1 근사로서, 센서 (72) 는 변환기의 편심거리 (E) 를 측정하는 것으로 고려할 수 있다. 이 편심거리 (E) 는 변환기의 출력 및 그에 따라 변환기에 의해 전달된 유체의 의해 운동되는 부하의 운동의 속도에 비례한다.

또한, 신체의 작용을 모방하기 위해 변환기가 휴머노이드 로봇의 생산에 사용될 때, "저크 (jerk)" 로 불리는 부하의 가속의 변화를 아는 것이 중요하다. 실제로, 인간은 그들의 운동에서 어떤 저킹 (jerking) 을 최소화시키려는 경향이 있는 것으로 관찰되었다. 부하의 가속의 변화를 아는 것은, 변환기의 제어 전략에서, 저크를 제어하고 따라서 인간 거동을 모방하는 것을 가능하게 한다.

변환기는 바람직하게는 밸브 (55) 의 제어로부터 변환기의 출력의 가속을 결정하기 위한 수단을 포함한다. 더 정확하게는, 로드 (58) 의 위치의 변화는 권선 (70) 에 적용된 제어 신호에 비례한다. 따라서, 제어 신호는 부하의 가속에 비례한다. 따라서, 시간에 걸쳐 제어 신호를 변화시킴으로써, 변환기의 출력의 가속 또는 저크가 얻어진다.

예컨대, LVDT (Linear Variable Differential Transformer) 센서가 사용된다.

캐리지 (48) 를 운동시키기 위해 사용된 유체는 변환기 외부의 공급원으로부터 공급될 수 있다. 이 해결책은, 고압 및 저압 (P 및 T) 이 일정한 압력을 가지는 외부 공급원을 사용함으로써 밸브 (55) 로의 공급을 간략화하는 것을 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 이 해결책은 밸브 (55) 에 유체를 공급하기 위해 추가적인 라인을 요구하는 단점을 갖는다. 이 문제점을 극복하기 위해서, 홈 (40 및 41) 에 보급되는 압력이 캐리지 (48) 를 운동시키기 위해 사용된다. 이는 변환기의 주변에 대한 변환기의 독립성을 향상시킨다.

이를 위해, 변환기는, 유체의 압력이 최대인 홈 (40 또는 41) 과 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 를 소통시키고 유체의 압력이 최소인 홈 (40 또는 41) 과 밸브 (55) 의 저압 유입구 (T) 를 소통시키기 위해 분배기 (75) 를 포함한다.

분배기 (75) 의 작동의 이해를 돕기 위해, 분배기 (75) 의 유압 작용과의 전기적인 유사 (analogy) 가 이루어질 수 있다. 이 유사에서, 편심거리 (E) 는 정 또는 부일 수 있기 때문에, 홈 (40 및 41) 에 의해 전달된 압력은 교류 전압에 비교된다. 분배기 (75) 는 그 후 정류기의 정의 전극과 부의 전극 사이에서 밸브 (55) 가 작동될 수 있게 하는 전압 정류기처럼 거동한다.

도 8 은, 홈 (40) 에 존재하는 유체 및 홈 (41) 에 존재하는 유체에 의해 작동되는 분배기 (75) 의 유압 도해를 나타낸다. 분배기 (75) 는 세 개의 위치를 취할 수 있다. 중앙 위치 (75a) 에서, 편심거리 (E) 는 0 이고, 홈 (40) 의 유체의 압력은 홈 (41) 의 유체의 압력과 같다. 이 위치에서, 분배기 (75) 는 홈 (40) 을 밸브 (55) 의 유입구 (P) 에 연결하고 홈 (41) 을 밸브 (55) 의 유입구 (T) 에 연결한다. 변환기에 의해 작동되는 부하 (76) 가 두 개의 챔버 (77 및 78) 를 포함하는 이중-작용 실린더 (dual-action cylinder) 의 형태로 도시되어 있다. 중앙 위치 (75a) 에서, 부하 (76) 의 챔버 양쪽 모두는 작동되지 않는다. 홈 (41) 의 압력이 홈 (40) 의 압력보다 더 크도록 편심거리 (E) 가 변할 때, 분배기 (75) 는, 홈 (40) 이 밸브 (55) 의 저압 유입구 (T) 에 연결되고 홈 (41) 이 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 에 연결되는 75b 로 표시된 제 2 위치로 운동한다. 두 개의 홈 (40 및 41) 사이의 압력 차는, 특히 상기 피스톤 (23 내지 25) 을 포함하는 변환기의 펌핑 수단 (79) 에 의해 형성된다. 또한, 제 2 위치 (75b) 에서, 부하 (76) 의 챔버 (77) 는 홈 (41) 에 연결되고, 챔버 (78) 는 R 로 표시된 유체의 저장소 (80) 에 연결된다. 한편, 홈 (40) 의 압력이 홈 (41) 의 압력보다 더 크도록 편심거리 (E) 가 변할 때, 분배기 (75) 는, 홈 (41) 이 밸브 (55) 의 저압 유입구 (T) 에 연결되고 홈 (40) 이 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 에 연결되는 75c 로 표시된 제 3 위치로 운동된다. 또한, 위치 (75c) 에서, 부하 (76) 의 챔버 (78) 는 홈 (40) 에 연결되고, 챔버 (77) 는 도 8 에서 R 로 표시된 유체의 저장소 (80) 에 연결된다. 분배기 (75) 는 그것의 운동을 위해 외부 에너지 공급원을 사용하지 않는다. 실제로, 에너지 공급원은 분배기가 일 위치로부터 다른 위치로 운동할 수 있게 하는 홈 (40 및 41) 에 존재하는 유체의 압력이다.

변환기는, 바람직하게는 챔버 (52 및 53) 사이의 유체 압력이 같을 때, 변환기의 편심거리 (E) 를 0 이 아닌 값으로 하기 위한 수단을 포함한다. 이 수단은, 예컨대, 챔버 (52 또는 53) 의 하나에 위치하고, 캐리지 (48) 와 관련 피스톤 (50 또는 51) 사이에서 힘을 가하는 경향이 있는 스프링을 포함한다. 이 스프링은, 변환기가 시동될 때 유용하다. 실제로, 중앙 위치 (75a) 는 0 편심거리 (E) 를 위해 획득되는 평형상태의 위치이다. 이 위치를 지나서, 상기 수단이 없는 상태에서, 로드 (58) 의 운동은 캐리지 (48) 의 운동을 일으킬 수 없다. 캐리지 (48) 의 평형상태의 위치를 변경시킴으로써, 시동시에 이 위험은 회피된다.

유압 유체를 이용하는 기구에서, 유체가 기구로부터 새는 것을 방지하고 기구의 성능을 향상시키도록 누출을 가능한 최소화시키기 위한 시도가 일반적으로 이루어진다. 본 발명에 있어서, 예컨대 펌핑 수단 (79), 밸브 (55) 및 분배기 (75) 와 같은 변환기의 상이한 유압 작용부에서 누출물이 발생한다. 누출물이 변환기의 내측에서 발생할 것이라는 것을 인정함으로써, 부하 (76) 에 발생할 수도 있는 어떤 충격 또는 더 일반적으로는 예상치못한 힘이 완화될 수 있다. 이런 완화는, 휴머노이드 로봇에서 실행되는 변환기의 경우에 있어서 인간 거동을 모방하는 것을 가능하게 한다. 이를 위해, 변환기 내부 누출물이 적합하게 조정되도록 준비가 이루어질 수도 있다.

변환기는 바람직하게는 특히 펌핑 동안 발생하는 어떤 내부 유체 누출물을 재활용하기 위한 수단을 포함한다. 이 누출물은 도 8 에서 PE 로 표시된 내부 유압 공간 (82) 에 수집된다. 내부 유압 공간 (82) 은 특히 캐리지 (48) 의 어느 한쪽에서 케이싱 (14) 내측에 위치된다.

이를 위해, 분배기 (75) 는, 분배기가 그 중앙 위치 (75a) 를 떠날 때, 부하 (76) 를 작동시키는 채널이 분배기 (75) 에 의해 폐쇄된 상태에서 유지되는 한, 압력이 가장 낮은 홈, 여기서는 홈 (41) 이 변환기의 내부 누출물을 모으는 내부 유압 공간 (82) 에 연결되도록 하기 위한 수단을 포함한다.

상기 전기적인 유사에 대해 계속하면, 분배기를 나타내는 정류기는 이하의 임계 전압이 상이한 다이오드 브리지로서 설명될 수 있다: 감소된 압력을 나타내는 부의 전압을 향하는 증가된 임계 전압 및 초과 압력을 나타내는 정의 전압을 향하는 감소된 임계 전압. 교류 전압이 임계 전압보다 더 작은 한, 누출물은 재활용된다. 도 8 의 유압 도해에 있어서, 내부 유압 공간 (82) 은 중앙 위치 (75a) 에서만 홈의 하나에 연결되기 때문에, 누출물을 재활용하기 위한 수단은 볼 수 없다.

도 9 및 도 10 은 밸브 (55) 를 작동시킬 수 있게 하며 또한 누출물을 재활용할 수 있게 하는 분배기의 실시형태를 나타낸다. 분배기 (75) 는, 케이싱 (14) 내측에서 축선 (13) 을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있는 스로틀 밸브 (85) 를 말하는 운동가능한 부분을 포함한다. 스로틀 밸브 (85) 는 평평한 디스크의 형상을 가진다. 스로틀 밸브 (85) 는 케이싱 (14) 의 환상 캐비티 (86) 와 스로틀 밸브 (85) 의 상보적인 환상 형상 사이에서 회전에 있어서 안내된다. 환상 캐비티 (86) 는 축선 (13) 에 수직한 케이싱 (14) 의 두 개의 면 (87 및 88) 에 의해 한정된다. 면 (88) 은 커버 (16) 에 속한다. 홈 (40) 은 면 (87) 의 오리피스 (90a, 90b, 90c 및 90d) 와 소통하고, 홈 (41) 은 면 (87) 의 오리피스 (91a, 91b, 91c 및 91d) 와 소통한다. 밸브 (55) 의 저압 유입구 (T) 를 형성하는 채널 (61 및 65) 은 면 (88) 의 오리피스 (92) 와 소통하고, 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 를 형성하는 채널 (63) 은 면 (88) 의 오리피스 (93) 와 소통한다. 유체 저장소 (80) 는 면 (88) 의 오리피스 (94) 와 소통한다. 면 (88) 에 위치된 두 개의 오리피스 (95 및 96) 는 부하 (76) 가 작동될 수 있게 하는 변환기의 유출구를 형성한다. 또한, 누출물을 재활용하기 위해서, 면 (87) 은 내부 유압 공간 (82) 과 소통하는 도 11a 내지 도 11g 에서 볼 수 있는 오리피스 (97) 를 포함한다.

케이싱 (14) 은 스로틀 밸브 (85) 의 회전을 제한하는 맞닿음부 (100) 를 포함한다. 스로틀 밸브 (85) 는 환상 홈 (101) 을 포함하고, 이 환상 홈 (101) 의 단부 (102 및 103) 는 맞닿음부 (100) 에 의해 지탱될 수 있다. 단부 (102 또는 103) 의 하나가 맞닿음부 (100) 에 지탱되는 것은 홈 (40 및 41) 에 존재하는 유체의 압력 차에 의존한다. 예컨대, 중앙 위치 (75a) 주위에서, 스로틀 밸브 (85) 는 축선 (13) 을 중심으로 ± 22.5°의 각도 구간을 커버할 수 있다.

스로틀 밸브 (85) 는 홈 (40 및 41) 으로부터 나오는 유체와 소통하는 복수의 환상 카운터보어를 포함한다. 스로틀 밸브 (85) 의 큰 직경부에서, 카운터보어 (105) 가 오리피스 (90d) 반대편에 영구적으로 위치된다. 스로틀 밸브 (85) 의 큰 직경부에서, 카운터보어 (106) 가 오리피스 (91d) 의 반대편에 영구적으로 위치된다. 스로틀 밸브 (85) 의 작은 직경부에서, 두 개의 카운터보어 (107 및 108) 가 오리피스 (90b 및 90c) 의 반대편에 영구적으로 위치된다. 스로틀 밸브 (85) 의 작은 직경부에서, 두 개의 카운터보어 (109 및 110) 가 오리피스 (91b 및 91c) 의 반대편에 영구적으로 위치된다. "영구적으로 위치된다" 라는 말은, 해당 카운터보어 및 오리피스가 축선 (13) 을 중심으로 한 스로틀 밸브 (85) 의 회전 운동에서 스로틀 밸브 (85) 의 모든 위치에서 서로를 향한다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 즉, 카운터보어 (105, 107 및 108) 는 홈 (40) 의 압력에 있는 유체를 포함하고, 카운터보어 (106, 109 및 110) 는 홈 (41) 의 압력에 있는 유체를 포함한다.

도 9 에서, 스로틀 밸브 (85) 는 중앙 위치 (75a) 에서 도시되어 있다. 축선 (13) 을 중심으로 한 스로틀 밸브의 회전에 있어서, 스로틀 밸브 (85) 는 면 (87) 의 오리피스와 면 (88) 의 오리피스 사이에서의 유체의 통과를 허용하거나 차단한다. 스로틀 밸브 (85) 가 취할 수 있는 상이한 위치와 오리피스 사이의 소통이 도 11a 내지 도 11g 에 도시되어 있다.

도 11a 는 중앙 위치 (75a) 에 있는 스로틀 밸브 (85) 를 나타낸다. 이 위치에서, 부하 (76) 가 작동될 수 있게 하는 오리피스 (95 및 96) 는, 한편에서는 카운터보어 (107 및 108) 사이에 그리고 다른 한편에서는 카운터보어 (109 및 110) 사이에 각각 위치된 스로틀 밸브 (85) 의 중실부 (113 및 114) 에 의해 차단된다. 오리피스 (92 및 93) 는 각각 카운터보어 (108 및 109) 와 부분적으로 소통하고, 따라서 밸브 (55) 는 작동된다. 저장소 (80) 에 연결된 오리피스 (94) 는 카운터보어 (106) 와 소통하고, 누출물이 재활용될 수 있게 하는 오리피스 (97) 는 완전히 차단된다. 단부 (102) 는 맞닿음부 (100) 에 대해 22.5 °의 각 위치에 있다.

도 11b 는, 홈 (41) 의 유체의 압력이 홈 (40) 에 존재하는 유체의 압력보다 약간 더 큰 위치에 있는 스로틀 밸브 (85) 를 나타낸다. 도 11a 에서와 같이, 부하 (76) 가 작동될 수 있게 하는 오리피스 (95 및 96) 는 스로틀 밸브 (85) 의 중실부 (113 및 114) 에 의해 차단된다. 오리피스 (92 및 93) 는 각각 카운터보어 (108 및 109) 와 부분적으로 소통하고, 따라서 밸브 (55) 는 작동된다. 저장소 (80) 에 연결된 오리피스 (94) 는 카운터보어 (106) 와 소통한다. 누출물이 재활용될 수 있게 하는 오리피스 (97) 는 카운터보어 (105) 의 바닥을 횡단하는 오리피스 (120) 를 통해 카운터보어 (105) 와 부분적으로 소통한다. 결과적으로, 내부 유압 공간 (82) 에 포함된 유체는 감소된 압력에 있는 홈 (40) 과 소통한다. 내부 유압 공간 (82) 의 내용물은 변환기의 펌핑에 의해 저장소 (80) 로 당겨진다. 도 11b 에 도시된 스로틀 밸브 (85) 의 위치는 위치 (75a 및 75c b) 사이의 중간 위치이다. 단부 (102) 는 맞닿음부 (100) 에 대해 26.32°의 각 위치에 있다.

도 11c 는, 오리피스 (97 및 120) 가 완전히 서로를 향하고 누출물의 재활용이 최대가 되도록 스로틀 밸브 (85) 가 도 11a 에 도시된 위치로부터 위치 (75b) 를 향해 운동되고 있는 위치에서의 그 스로틀 밸브 (85) 를 나타낸다. 도 11c 에 도시된 스로틀 밸브 (85) 의 위치는 도 11b 의 위치와 위치 (75b) 사이의 중간 위치이다. 단부 (102) 는 맞닿음부 (100) 에 대해 29.32°의 각 위치에 있다.

도 11d 는, 오리피스 (97 및 120) 가 더 이상 서로를 향하지 않도록 스로틀 밸브 (85) 가 도 11b 의 위치와 위치 (75b) 사이에서 운동하고 있는 위치에서의 그 스로틀 밸브 (85) 를 나타낸다. 누출물은 더 이상 흡입되지 않는다. 이 위치에서, 부하 (76) 가 작동될 수 있게 하는 오리피스 (95 및 96) 는 스로틀 밸브 (85) 의 중실부 (113 및 114) 에 의해 계속 차단된다. 변환기가 부하 (76) 를 작동시키고 있지 않은 한, 누출물을 흡입하기 위한 시도가 이루어진다. 단부 (102) 는 맞닿음부 (100) 에 대해 33.32 °의 각 위치에 있다.

도 11e 는 거의 위치 (75b) 에 있는 스로틀 밸브 (85) 를 나타낸다. 이 위치에서, 부하 (76) 가 작동될 수 있게 하는 오리피스 (95 및 96) 는 각각 카운터보어 (107 및 110) 와 소통하게 되고, 오리피스 (94) 는 변환기에 의해 전달되는 최고 압력과 저장소 (80) 사이에서 부하를 작동시키기 위해 카운터보어 (105) 와 소통하게 된다. 단부 (102) 는 맞닿음부 (100) 에 대해 37.32°의 각 위치에 있다.

도시되지 않은 위치 (75b) 에서, 단부 (103) 는 맞닿음부 (100) 와 접촉하고, 부하 (76) 가 작동될 수 있게 하는 오리피스 (95 및 96) 는 각각 카운터보어 (107 및 110) 와 완전히 소통한다. 오리피스 (94) 는 또한 카운터보어 (105) 와 완전히 소통한다.

도 11f 는 도 11a 에 도시된 중앙 위치 (75a) 와 위치 (75c) 사이의 중간 위치에 있는 스로틀 밸브 (85) 를 나타낸다. 이 위치에서, 부하 (76) 가 작동될 수 있게 하는 오리피스 (95 및 96) 는 각각 카운터보어 (108 및 109) 와 소통하고, 오리피스 (94) 는 변환기에 의해 전달되는 고압과 저장소 (80) 사이에서 부하 (76) 를 작동시키기 위해 카운터보어 (106) 와 소통되는 상태로 유지된다. 단부 (102) 는 맞닿음부 (100) 에 대해 20.5°의 각 위치에 있다. 이 위치에서, 오리피스 (92 및 93) 는 밸브 (55) 가 작동될 수 있도록 완전히 차단되지 않는다.

도 11g 에 도시된 위치 (75c) 에서, 단부 (102) 는 맞닿음부 (100) 와 접촉하고, 부하 (76) 가 작동될 수 있게 하는 오리피스 (95 및 96) 는 각각 카운터보어 (108 및 109) 와 완전히 소통한다. 오리피스 (94) 는 또한 카운터보어 (106) 와 완전히 소통한다. 밸브 (55) 를 작동시키는 오리피스 (92 및 93) 는 각각 카운터보어 (110 및 107) 와 소통한다.

변환기는 바람직하게는 유압 에너지를 가압된 저장소 (119) 에 저장하기 위한 수단을 포함한다. 부하 (76) 가 정지된 상태로 유지되어야 할 때, 저장이 일어난다. 휴머노이드 로봇으로서의 적용에서, 예컨대 관절을 운동시키기 위한 실린더와 같은 부하의 사용은 휴지 시간이 작용 기간과 교대로 있는 작동 사이클을 따른다. 로봇의 보행을 모의실험하여 관절의 작용 기간과 휴지 기간 사이의 사이클비를 규정하는 것이 가능하다. 유압 에너지의 저장은 휴지 기간 동안 일어나고, 실린더의 작용 기간과 휴지 기간 사이의 사이클비의 함수로의 가압된 저장소 (119) 의 치수를 정하는 것이 가능하다.

가압된 저장소 (119) 는 바람직하게는 로봇의 수개의 변환기에 의해 공유된다. 작용 기간이 시간적으로 겹치지 않는 변환기, 예컨대 사이클이 반대인 변환기가 선택될 수 있다. 이는, 예컨대 로봇의 관절이 두 개인 경우이다. 따라서, 변환기 중 하나가 저장소 (119) 에 에너지를 저장할 때, 동일한 저장소 (119) 에 관련된 다른 변환기는 이 에너지를 사용한다. 공유된 저장소 (119) 의 치수는 따라서 감소될 수 있다.

유압 에너지를 저장하기 위한 수단의 실시예를 설명하는 대안적인 실시형태가, 유압 도해를 위한 도 12a 및 도 12b, 실시형태를 위한 도 13 및 도 14, 제 1 분배기 (120) 의 스로틀 밸브의 상이한 위치를 위한 도 15a 내지 도 15g, 및 제 2 분배기 (121) 의 스로틀 밸브의 상이한 위치를 위한 도 16a 및 도 16b 의 도움으로 도시되어 있다.

분배기 (120) 는, 분배기 (75) 처럼, 홈 (40 및 41) 에 의해 작동되고, 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 및 저압 유입구 (T) 를 통해 밸브 (55), 부하 (76) 의 챔버 (77 및 78) 를 작동시킨다. 분배기 (120) 는 세 개의 위치 (120a, 120b 및 120c) 를 취할 수 있다. 위치 (120a) 는 위치 (75a) 와 동일하다.

위치 (120b) 에서, 홈 (41) 의 압력은 홈 (40) 의 압력보다 더 크다. 위치 (75b) 에 대해서, 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 및 저압 유입구 (T) 는 각각 홈 (41 및 40) 에 의해 작동된다. 유사하게는, 위치 (75b) 에 대해서, 챔버 (77) 는 홈 (41) 에 의해 작동된다. 그러나, 분배기 (75) 와 달리, 위치 (120b) 에서, 챔버 (78) 는 펌핑 수단 (79) 에의 연결 없이 저장소 (80) 에 연결되고, 홈 (40) 은 유체를 가압된 저장소 (119) 로 빠지게 한다. 체크 밸브 (122) 가, 가압된 저장소 (119) 의 압력이 예컨대 대기압에서 유지되는 저장소 (80) 의 압력보다 결코 낮지 않도록 보장한다.

위치 (120c) 에서, 홈 (40) 의 압력은 홈 (41) 의 압력보다 더 크다. 위치 (75c) 에 대해서, 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 및 저압 유입구 (T) 는 각각 홈 (40 및 41) 에 의해 작동된다. 한편, 부하 (76) 및 저장소 (80 및 119) 는 분배기 (120) 에 직접 연결되지 않고 분배기 (121) 를 통해 연결되며, 이 분배기 (121) 의 유압 도해가 도 12b 에 도시되어 있다.

분배기 (121) 는 휴지 위치라고 하는 위치 (121a) 와 활동 위치라고 하는 위치 (121b) 의 두 위치를 취할 수 있다. 분배기 (121) 는 외부 구동기 (122), 예컨대 전기 구동기에 의해 제어된다. 구동기 (122) 의 제어가 없는 상태에서, 분배기 (121) 는 스프링 (123) 에 의해 그 휴지 위치로 복귀된다.

위치 (121a) 에서, 부하 (76) 의 두 개의 챔버 (77 및 78) 는 고립되고, 펌핑 수단 (79) 은 가압된 저장소 (119) 의 압력을 증가시키기 위해 유체를 저장소 (80) 로 빠지게 한다.

구동기 (122) 는, 부하를 화살표 (124) 로 나타낸 방향으로 운동시키는 것이 요망될 때 활성화된다. 구동기 (122) 가 활성화될 때, 챔버 (78) 를 작동시키기 위해 펌핑 수단 (79) 은 가압된 저장소 (119) 로부터 유체를 빠지게 하고, 구동기 (121) 는 위치 (121b) 를 취하고, 챔버 (77) 는 저장소 (80) 에 연결된다. 따라서, 두 개의 챔버 (77 및 78) 사이의 압력 차는 두 개의 저장소 (80 및 119) 사이의 압력 차와 펌핑 수단 (79) 에 의해 획득되는 압력 차의 합과 같다. 따라서, 부하 (76) 가 휴지 상태에 있을 때, 가압된 저장소 (119) 의 압력을 증가시킴으로써 에너지가 저장될 수 있다. 이 저장된 에너지는, 부하 (76) 가 위치 (120b) 또는 위치 (120c) 에서 운동될 때 회수되고, 이 두 위치는 위치 (121b) 와 연관된다. 저장된 에너지가 모두 소비될 때, 저장소 (119) 의 압력은 저장소 (80) 의 압력과 같아지고, 변환기의 작동은 분배기 (75) 를 실행하는 대안적인 실시형태의 작동으로 복귀한다.

저장 수단을 형성하기 위해서, 분배기 (120) 는 케이싱 (14) 내측에서 축선 (13) 을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있는 스로틀 밸브 (130) 를 포함한다. 스로틀 밸브 (130) 는, 스로틀 밸브 (85) 와 같이, 케이싱 (14) 의 환상 캐비티 (131) 에서 회전에 있어서 안내된다. 환상 캐비티 (131) 는 축선 (13) 에 수직한 케이싱 (14) 의 두 면 (132 및 133) 에 의해 한정된다. 스로틀 밸브 (130) 는 도 15a 내지 도 15g 에서 상이한 위치에 도시되어 있다.

분배기 (75) 와 같이, 분배기 (120) 는, 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 가 유체의 압력이 최대인 홈 (40 또는 41) 과 소통될 수 있게 하고, 밸브 (55) 의 저압 유입구 (T) 가 유체의 압력이 최저인 홈 (40 또는 41) 과 소통될 수 있게 한다. 이를 위해, 분배기는, 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 를 형성하는 채널 (63) 에 연결된 오리피스 (135) 및 밸브 (55) 의 저압 유입구 (T) 를 형성하는 채널 (61 및 65) 에 연결된 오리피스 (136) 를 포함한다. 스로틀 밸브 (130) 의 회전의 작용으로서, 오리피스 (135 및 136) 는 오리피스 (90a) 를 통해 홈 (40) 에 연결된 카운터보어 (137 및 138) 또는 오리피스 (91a) 를 통해 홈 (41) 에 연결된 카운터보어 (139 및 140) 와 소통한다.

분배기 (120) 는 또한, 분배기 (121) 가 그 위치 (121b) 에 있을 때, 부하 (76) 의 챔버 (77 및 78) 를 분배기 (121) 를 통해 홈 (40 및 41) 과 소통시키는 것을 가능하게 한다. 분배기 (120) 의 설명을 간략화하기 위해서, 이하에서 분배기 (121) 는 그 위치 (121b) 에 있는 것으로, 즉 에너지의 저장이 없는 것으로 가정한다.

분배기 (120) 는 오리피스 (141) 를 포함하는데, 이 오리피스 (141) 는 홈 (40) 과 소통하도록 카운터보어 (138) 와 소통하거나 (도 15g 참조) 또는 케이싱 (14) 의 오리피스 (146) 를 통해 저장소 (80) 와 소통하도록 카운터보어 (145) 와 소통한다 (도 15e 참조). 분배기 (120) 는 또한 오리피스 (142) 를 포함하는데, 이 오리피스 (142) 는 홈 (41) 과 소통하도록 카운터보어 (140) 와 소통하거나 (도 15e 참조) 또는 케이싱 (14) 의 오리피스 (144) 를 통해 저장소 (80) 와 소통하도록 카운터보어 (143) 와 소통한다 (도 15g 참조).

가압된 저장소 (119) 로부터의 유체의 펌핑은, 케이싱 (14) 의 오리피스 (150) 를 홈 (40) 에 연결된 스로틀 밸브 (130) 의 카운터보어 (151) (도 15e 참조) 또는 홈 (41) 에 연결된 스로틀 밸브 (130) 의 카운터보어 (152) (도 15g 참조) 와 연결시킴으로써 일어난다.

분배기 (75) 와 같이, 분배기 (120) 는 내부 유압 공간 (82) 에 포함된 누출물을 저장소 (80) 로 빠지게 함으로써 재활용될 수 있게 한다. 재활용은 도 15a 의 중앙 위치와 도 15e 의 극한 위치 사이에서 달성된다. 재활용은 도 15b, 도 15c 및 도 15d 에 도시되어 있는 스로틀 밸브 (130) 의 위치에서 나타낸다. 이 위치에서, 부하 (76) 는 고립되고, 오리피스 (141 및 142) 는 카운터보어 (138 및 140) 를 통해 홈 (40 및 41) 과 소통하지 않고 또한 카운터보어 (143 또는 145) 를 통해 저장소 (80) 와도 소통하지 않는다.

도 15b, 도 15c 및 도 15d 에 도시되어 있는 스로틀 밸브 (130) 의 위치는 도 12a 의 중앙 위치 (120a) 에 대응한다. 펌핑 수단 (79) 은 내부 유압 공간 (82) 에 포함된 유체를 저장소 (80) 로 전달하기 위해 이 유체를 뽑아낸다. 내부 유압 공간 (82) 은 홈 (41) 의 압력보다 더 낮은 압력에 있는 홈 (40) 에 연결된다. 이 연결은, 내부 유압 공간 (82) 에 연결된 케이싱 (14) 의 면 중 한 면의 오리피스 (157) 를 홈 (40) 에 연결된 스로틀 밸브 (130) 의 카운터보어 (158) 와 소통시킴으로써 이루어진다. 또한, 저장소 (80) 는 홈 (41) 에 연결된다. 이 연결은, 홈 (41) 에 연결된 케이싱 (14) 의 면 중 한 면의 오리피스 (159) 를 스로틀 밸브 (130) 의 카운터보어 (160) 와 소통시킴으로써 이루어진다. 도 15b 는, 중앙 위치 (120a) 로부터 멀어지는 운동을 하는 스로틀 밸브 (130) 의 회전에 있어서의 누출물의 재활용의 시작을 나타낸다. 도 15c 는 누출물의 최대 흡입을 나타낸다. 도 15c 에 있어서, 오리피스 (157) 는 완전히 카운터보어 (158) 의 반대쪽에 있고, 오리피스 (159) 는 완전히 카운터보어 (160) 의 반대쪽에 있다. 도 15d 는 부하 (76) 가 작동되기 전 누출물의 흡입의 종료를 나타낸다.

분배기 (121) 는 케이싱 (14) 의 환상 캐비티 (171) 내측에서 축선 (13) 을 중심으로 회전하는 스로틀 밸브 (170) 에 의해 형성될 수 있다. 도 16a 및 도 16b 는, 도 12b 의 유압 도해에 규정된 위치 (121a 및 121b) 에 각각 대응하는 스로틀 밸브 (170) 의 두 위치를 나타낸다. 스로틀 밸브 (170) 는 축선 (13) 에 수직하게 환상 캐비티 (171) 를 폐쇄하는 마주보고 있는 면에 위치한 오리피스가 소통할 수 있게 하는 수개의 긴 슬롯을 포함한다. 케이싱 (14) 과 스로틀 밸브 (170) 사이에 배치된 스프링 (123) 은 스로틀 밸브 (170) 를 도 16a 의 그 위치로 복귀시키는 경향이 있다.

위치 121a (도 16a) 에서, 긴 슬롯 (175) 은 저장소 (80) 를 분배기 (120) 의 유출구 (S1) 와 소통시킨다. 위치 121b (도 16b) 에서는, 스로틀 밸브 (170) 의 중실부 (176) 가 이 소통을 방지한다.

위치 (121a) 에서, 긴 슬롯 (177) 은 부하 (76) 의 챔버 (77) 를 분배기 (120) 의 유출구 (S2) 와 소통시킨다. 위치 (121b) 에서는, 스로틀 밸브 (170) 의 중실부 (178) 가 이 소통을 방지한다.

위치 (121a) 에서, 긴 슬롯 (179) 이 부하 (76) 의 챔버 (78) 를 분배기 (120) 의 유출구 (S3) 와 소통시킨다. 위치 (121b) 에서는, 스로틀 밸브 (170) 의 중실부 (180) 가 이 소통을 방지한다.

위치 (121a) 에서, 긴 슬롯 (181) 이 가압된 저장소 (119) 를 분배기 (120) 의 유출구 (S4) 와 소통시킨다. 위치 (121b) 에서는, 스로틀 밸브 (170) 의 중실부 (182) 가 이 소통을 방지한다.

위치 (121b) 에서, 긴 슬롯 (183) 이 가압된 저장소 (119) 를 분배기 (120) 의 유출구 (S3) 와 소통시킨다. 위치 (121a) 에서는, 스로틀 밸브 (170) 의 중실부 (184) 가 이 소통을 방지한다.

위치 (121b) 에서, 긴 슬롯 (185) 이 저장소 (80) 를 분배기 (120) 의 유출구 (S4) 와 소통시킨다. 위치 (121a) 에서는, 스로틀 밸브 (170) 의 중실부 (186) 가 이 소통을 방지한다.

분배기 (121) 는 분배기 (120) 의 위치 (120c) 에서만 구동기 (122) 에 의해 제어된다. 축선 (13) 을 중심으로 스로틀 밸브 (170) 를 회전시키고 스프링 (123) 의 힘을 극복하기 위해 압력 (P 및 T) 을 사용하는 것이 가능하다. 이를 위해, 분배기 (121) 는 케이싱 (14) 에 형성된 챔버 (190) 를 포함하고, 이 챔버 (190) 는 이 챔버로 들어오는 유체가 스로틀 밸브 (170) 의 핑거 (191) 를 밀게 할 수 있다. 분배기 (121) 는 또한 케이싱 (14) 의 공간 (192) 에 배치될 수 있는 밸브를 포함한다. 밸브는 챔버 (190) 로의 유체의 유입을 허용한다.

Claims (15)

1. 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기로서, 기계적인 에너지에 의해 케이싱 (14) 에 대해 제 1 축선 (13) 을 중심으로 회전하는 축 (10), 제 2 축선 (22) 을 중심으로 형성된 보어 (21) 를 포함하는 허브 (20) 를 구비하고, 축 (10) 은 보어 (21) 안에서 회전하고, 두 개의 축선 (13, 22) 은 평행하고, 이 축선 사이의 거리가 편심거리 (E) 를 형성하고, 적어도 두 개의 피스톤 (23, 24, 25) 은 각각 축 (10) 의 방사상 하우징 (26, 27, 28) 안에서 운동할 수 있고, 하우징은 피스톤 (23, 24, 25) 을 안내하고, 피스톤 (26, 27, 28) 은 보어 (21) 에 지탱되는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기에 있어서,
   피스톤 (26, 27, 28, 32, 33, 34, 35) 의 운동은 유압 유체를 케이싱 (14) 의 두 개의 환상 홈 (40, 41) 에 공급하고, 홈 (40, 41) 은 제 1 축선 (13) 을 중심으로 원호로 배치되고, 유압 에너지는 두 개의 홈 (40, 41) 사이에 존재하는 유체의 압력차에 의해 발생되며, 허브 (20) 는, 한 값은 정이고 다른 값은 부인 두 개의 극한값 사이에서 편심거리 (E) 의 값을 변화시키도록, 제 1 의 두 개의 축선 (13, 22) 에 수직한 제 3 축선 (46) 을 따라 병진할 수 있어, 축 (10) 이 동일한 회전 방향을 유지하게 하면서 홈 (40, 41) 의 유체 압력의 반전을 발생시키고,
   상기 편심거리 (E) 가 정일때 홈 (40) 은 유체를 유입시키고 홈 (41) 은 유체를 방출시키고, 상기 편심거리 (E) 가 부일때 홈 (40) 은 유체를 방출시키고 홈 (41) 은 유체를 유입시키는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤은 볼 (32 내지 35) 의 형태를 가지며, 이 볼의 직경은 대응하는 실린더의 내부 직경과 대등한 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 축선 (13) 을 중심으로 오점형 패턴으로 배치된 수개의 피스톤 (26, 27, 28, 32, 33, 34, 45) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 허브 (20) 는 구름 베어링 (36) 의 내측 링을 형성하고, 구름 베어링 (36) 의 외측 링 (47) 은 편심거리 (E) 의 값을 변화시키기 위해 제 3 축선 (46) 을 따라 운동할 수 있는 캐리지 (48) 와 일체인 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 두 개의 홈 (40, 41) 사이에 존재하는 유체의 압력차에 의해 캐리지 (48) 의 운동을 제어하는 밸브 (55) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 캐리지 (48) 의 양측에 각각 위치되는 두 개의 챔버 (52, 53) 를 포함하고, 챔버 (52, 53) 각각은 유체를 포함하고, 두 개의 챔버 (52, 53) 사이의 유체의 차별적인 압력은 변환기의 편심거리 (E) 를 변화시키도록 캐리지 (48) 를 운동시킬 수 있으며, 상기 변환기는, 챔버 (52, 53) 사이의 유체 압력이 균등해질 때, 변환기의 편심거리 (E) 를 0 이 아닌 값으로 하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 밸브 (55) 는 캐리지 (48) 에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 변환기는 밸브 (55) 의 제어로부터 변환기의 출력의 가속을 결정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 변환기는, 밸브 (55) 의 고압 유입구 (P) 를 유체의 압력이 최대인 홈 (40, 41) 과 소통시키고, 밸브 (55) 의 저압 유입구 (T) 를 유체의 압력이 최저인 홈 (40, 41) 과 소통시키기 위해 분배기 (75, 120) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 분배기 (75, 120) 는, 이 분배기 (75, 120) 가 중앙 위치 (75a, 120a) 를 떠날 때, 부하 (76) 를 작동시키는 채널이 분배기 (75) 에 의해 차단된 상태로 유지되는 한, 압력이 최저인 홈 (40, 41) 을 변환기의 내부 누출물을 수집하는 내부 유압 공간 (82) 에 연결시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
11. 제 1 항에 있어서, 가압된 저장소 (119) 에 유압 에너지를 저장하기 위한 수단 (121) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤 (26, 27, 28, 32, 33, 34, 35) 의 운동은 유압 유체를 축 (10) 에 형성된 채널 (29, 30) 로 공급하고, 상기 채널 (29, 30) 은 케이싱 (14) 의 홈 (40, 41) 의 각각과 교대로 소통하는 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 실린더 (26, 27, 28) 인 것을 특징으로 하는 기계적인 에너지를 유압 에너지로 변환하기 위한 변환기.
14. 유압 에너지에 의해 운동되는 다수의 독립적인 조인트를 포함하는 로봇에 있어서, 독립적인 조인트와 동일한 수의 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 변환기를 또한 포함하고, 각각의 변환기는 하나의 조인트와 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 에너지에 의해 운동되는 다수의 독립적인 조인트를 포함하는 로봇.
15. 제 11 항에 따른 수개의 변환기들을 포함하는 로봇에 있어서, 상기 가압된 저장소 (119) 는 수개의 변환기들에 의해 공유되는 것을 특징으로 하는 유압 에너지에 의해 운동되는 다수의 독립적인 조인트를 포함하는 로봇.

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