KR20180130549A

KR20180130549A - 유압 액추에이터, 로봇 아암, 로봇 핸드 및 동작 방법

Info

Publication number: KR20180130549A
Application number: KR1020187031507A
Authority: KR
Inventors: 게오르그 바흐마이어; 이아손 비토리아스; 볼프강 죌스
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-12-07
Also published as: CN109312762B; KR102160674B1; WO2017167682A1; DE102016205275A1; CN109312762A; EP3417177A1; US20190145432A1; EP3417177B1

Abstract

유압 액추에이터는 유압 구동 실린더, 구동 실린더에 유압식으로 결합되는 제1 유압 출력 실린더, 및 구동 실린더 및/또는 구동 피스톤에 대한 힘의 작용 시간에 따라, 출력 실린더에 대한 압력을 제한하는 압력 제한 밸브를 포함하며, 압력 제한 밸브는, 제2 출력 실린더에 대향하여, 압력을 제한하기 위해 그리고/또는 제2 출력 실린더로의 압력을 완화하기 위해 배열되며, 그리고 제2 출력 실린더는 구동 실린더에 유압식으로 결합된다. 방법은 그러한 유압 액추에이터를 동작시키기 위한 방법이며, 구동 액추에이터는, 유압 액추에이터의 작동 또는 비-작동 단계의 지속기간 동안, 편향 주파수로, 편향 지속기간을 갖는 편향들로 편향되며, 편향 지속기간은 유압 액추에이터의 운동 강성도를 정의하고, 편향 주파수는 유압 액추에이터의 결과적 편향 속력을 정의한다.

Description

유압 액추에이터, 로봇 아암, 로봇 핸드 및 동작 방법

본 발명은 유압 액추에이터(actuator), 로봇 아암(robot arm), 로봇 핸드(hand), 및 동작 방법에 관한 것이다.

기계류에서의 종래의 자동화의 더 높은 유연성은 예컨대 "인더스트리(Industry) 4.0"의 맥락에서 목표로 정해진다. 소위 "소프트 로보팅(soft roboting)"이 최근에 중요성을 얻었다. 본원에서, 제조 시 로봇(robot)들은 인간들과 직접적으로 협력하도록 의도된다. 가변 강성률(rigidity) 및 작은 질량을 갖는 액추에이터들이 그것을 위한 요건들이다. 애플리케이션(application)에 따라 프리텐션(pretension)하고 그에 따라 강성률을 증가시킬 수 있는 인체의 근육들이 그러한 액추에이터들을 위한 역할 모델(role model)들이다. DE 102014214977로부터, 인간 근육들의 기능성들이 높은 힘 밀도를 통해 유압식으로 복제되는 것이 알려져 있다. 이를 위해, 구동 벨로스(bellows)로부터 출력 벨로스로 유체가 전달된다. 본원에서, 저장통은 유체 평형(fluid balance)을 동일하게 한다.

그럼에도 불구하고, 로봇 아암들 또는 로봇 핸드들을 능동적으로 제어하기 위한 알려진 해결책들은 큰 설비 공간을 요구하고, 비용 집약적이다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 선행 기술과 비교할 때 개선되는 액추에이터를 제공하는 것이다. 더욱이, 본 발명의 목적은, 그러한 액추에이터를 동작시키기 위한 방법을 제공하는 것이다. 더욱이, 개선된 로봇 아암 및 개선된 로봇 핸드가 특정될 것이다. 특히, 본 발명에 따른 액추에이터 및 본 발명에 따른 방법은, 로봇 아암들 및 로봇 핸드들의 능동적 활성화를 허용하도록, 그리고 동시에, 감소된 설비 공간을 통해 그리고 비용-효과적인 방식으로 구현가능하도록 의도된다.

이 목적은, 청구항 제1 항에서 진술된 특징들을 갖는 유압 액추에이터에 의해, 청구항 제8 항에서 진술된 특징들을 갖는 로봇 아암 및 로봇 핸드에 의해, 그리고 청구항 제9 항에서 진술된 특징들을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 개선들은 연관된 종속 청구항들로부터, 이하의 설명으로부터, 그리고 도면으로부터 도출된다.

본 발명에 따른 유압 액추에이터는, 특히 구동 피스톤(piston)을 갖는 유압 구동 실린더(cylinder), 구동 실린더에 유압식으로 링크되는(linked) 제1 유압 출력 실린더, 뿐만 아니라 구동 실린더 및/또는 구동 피스톤에 대한 힘의 작용 시간에 따라, 압력 측면에서 이 출력 실린더를 제한하는 압력 제한 밸브(valve)를 포함하며, 압력 제한 밸브는, 제2 출력 실린더에 관련하여 압력을 제한하기 위해 그리고/또는 제2 출력 실린더으로의 압력을 완화(relieve)하기 위해 배치되며, 그리고 제2 출력 실린더는 구동 실린더에 유압식으로 링크된다.

본 발명에 따른 유압 액추에이터에 의하여, 압력 제한 밸브는 구동 피스톤에 대한 힘의 작용 시간에 의하여 제어될 수 있다. 압력 측면에서 제1 출력 실린더를 제한하는 압력 제한 밸브는, 상기 압력 제한 덕분에, 유압 액추에이터의 강성률을 세팅(set)한다. 결과적으로, 유압 액추에이터의 강성률은 구동 피스톤에 대한 힘의 작용 시간에 의하여 세팅될(set) 수 있으며, 따라서, 인간 근육이 복제될 수 있다.

제2 출력 실린더는 유리하게, 제1 출력 실린더와 상호작용하는 추가 액추에이터를 형성하며, 이 추가 액추에이터는 자유도에 대한 상호 반대 방향들을 커버(cover)할 수 있다. 이러한 방식으로, 선행 기술에서 알려져 있는 바와 같이, 2개의 상호 반대 방향들에 대해 각각의 경우 하나의 액추에이터가 제공될 필요가 없다. 결과적으로, 2개의 상호 반대 방향들을 커버하도록 의도되는 그러한 액추에이터는, 더 작은 설비 공간을 통해 그리고 더 낮은 비용들을 통해 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 유압 액추에이터의 경우의 압력 제한 밸브는, 동작 상태에 따라, 제2 출력 실린더에 관련하여 적어도 일시적으로 압력을 제한하기 위해, 또는 제2 출력 실린더로의 압력을 완화하기 위해 배치되는데, 다시 말해서, 압력 제한 밸브는, 압력을 제한하기 위해 적어도 하나의 동작 상태로 배치되고, 압력을 완화하기 위해 적어도 하나의 추가 동작 상태로 배치된다.

본 발명에 따른 유압 액추에이터의 경우, 제1 출력 실린더는 바람직하게는 제1 프리텐션 스톱 밸브(pretensioned stop valve)를 통해 구동 실린더에 링크되고, 제2 출력 실린더는 바람직하게는 제2 프리텐션 스톱 밸브를 통해 구동 실린더에 링크되며, 제1 스톱 밸브와 제2 스톱 밸브는 구동 실린더에 관련하여 반대 차단 방향들을 갖는다. 본원에서 "구동 실린더에 관련하여 상호 반대 차단 방향들"은, 제1 스톱 밸브가 구동 실린더 쪽으로 지향되는 차단 방향을 갖는 반면에, 제2 스톱 밸브는 구동 실린더로부터 떨어지게 지향되는 차단 방향을 갖거나, 또는 그 반대로도 가능하다는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 유압 액추에이터의 경우, 제1 출력 실린더와 제2 출력 실린더는 바람직하게는, 하나의 멀티-포트(multi-port) 밸브에 의하여 각각의 경우 유압 액추에이터의 나머지 부분에 공동으로 유압식으로 링크된다. 이러한 방식으로, 멀티-포트 밸브를 스위칭(switching)하는 것에 의하여, 제1 액추에이터의 역할과, 처음에 언급된 알려진 해결책의 저장통의 역할이 맞바뀔(swapped) 수 있는데; 다시 말해서, 멀티-포트 밸브의 제1 포지션(position)에서는 제2 출력 실린더가 저장통의 역할을 담당하는 반면에, 멀티-포트 밸브의 제2 포지션에서는 제1 출력 실린더가 저장통의 역할을 담당한다.

본 발명에 따른 유압 액추에이터는 바람직하게는, 모션(motion) 측면에서 구동 실린더 또는 구동 피스톤에 링크되는 구동 액추에이터를 포함한다. 구동 액추에이터는 이상적으로는, 피에조(piezo) 액추에이터 또는 전기-역학 액추에이터 또는 전자기 액추에이터이다. 유압 액추에이터는 편의상 전기적으로 제어가능하다. 본 발명에 따른 유압 액추에이터는 특히 바람직하게는, 피에조 액추에이터 또는 전기-역학 액추에이터 또는 전자기 액추에이터이다. 그러한 액추에이터는 특히 쉬운 방식으로 전기적으로 제어될 수 있다.

유압 액추에이터의 하나의 바람직한 개선에서, 구동 실린더는 스톱 밸브 및 제1 스로틀(throttle)을 통해 프리텐션 볼륨(pretension volume)에 유압식으로 링크되며, 이 프리텐션 볼륨은, 특히 프리텐션 피스톤을 갖는 프리텐션 유압 실린더에 위치되며, 프리텐션 유압 실린더 또는 프리텐션 피스톤은 압력 제한 밸브를 나타낸다(represent). 이러한 방식으로, 스톱 밸브 및 스로틀을 통해, 프리텐션 피스톤에 의하여 압력 제한 밸브를 작동시키는 프리텐션 볼륨은, 구동 피스톤에 대한 힘의 작용 시간에 의하여 간단한 방식으로 유압식으로 세팅될 수 있다.

유압 액추에이터의 경우, 프리텐션 볼륨은 편의상, 제2 스로틀을 통해 제2 출력 실린더에 유압식으로 연결된다. 이러한 방식으로, 대응하는 작용 시간의 경우에는 프리텐션 볼륨은 제2 출력 실린더로부터 피딩되거나(fed) 또는 제2 출력 실린더로 방출될(discharged) 수 있다.

본 발명에 따라, 유압 액추에이터의 경우, 압력 제한 밸브는, 제2 출력 실린더에 관련하여 압력을 제한하기 위해, 또는 제2 출력 실린더로의 압력을 완화하기 위해 배치된다. 이러한 방식으로, 제1 출력 실린더는, 유압 액추에이터의 낮은 강성률의 경우, 제2 출력 실린더로의 압력을 완화할 수 있거나, 또는 압력 제한 밸브의 포지션에 따라, 높은 강성률을 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 유압 액추에이터의 경우, 제1 출력 피스톤은 이상적으로는, 제1 출력 실린더 내에서 유도되고, 그리고/또는 제2 출력 피스톤은 제2 출력 실린더 내에서 유도된다. 이러한 방식으로, 제1 출력 피스톤 및 제2 출력 피스톤은 본 발명에 따른 유압 액추에이터의 능동 소자들로서 기능한다. 대안적으로 그리고 마찬가지로 바람직하게는, 제1 출력 실린더 및/또는 제2 출력 실린더가 각각의 경우 벨로스로 형성되어서, 제1 출력 실린더 및/또는 제2 출력 실린더 중 적어도 일부는 본 발명에 따른 유압 액추에이터의 능동 소자들을 형성한다.

본 발명에 따른 유압 액추에이터의 하나의 바람직한 개선에서, 제1 출력 실린더는 프리텐션 스톱 밸브를 통해 구동 실린더에 링크된다. 이러한 방식으로, 구동 실린더와 제1 출력 실린더 사이의 충분한 압력 차이(pressure differential)의 경우에는, 구동 실린더 또는 구동 피스톤의 구동 작용이 전달될 수 있다. 그러나, 압력 조건들에 따라, 구동 작용이 또한, 다시 세팅되어서 ―이는, 제1 출력 실린더에 대한 어떤 직접적인 영향(direct consequence)도 갖지 않음―, 예컨대 구동 실린더 또는 구동 피스톤의 주기 운동의 결과로서 제1 출력 실린더에 의한 큰 선형 스트로크(stroke)가 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 로봇 아암 또는 로봇 핸드는 위에서 설명된, 본 발명에 따른 적어도 하나의 유압 액추에이터를 갖는다.

본 발명에 따른 방법은, 위에서 설명된 유압 액추에이터 또는 로봇 아암 또는 로봇 핸드를 동작시키기 위한 방법이다. 방법의 경우, 구동 액추에이터는, 편향들을 갖는 유압 액추에이터의 동작 또는 비-동작 단계(phase)의 지속기간 동안, 편향 주파수로, 편향 지속기간 동안 편향되며, 편향 지속기간은 유압 액추에이터의 모션 강성률(motional rigidity)을 설정하고, 편향 주파수는 유압 액추에이터의 결과적 편향 속도를 설정한다.

특히, 본 발명에 따른 방법의 경우, 구동 액추에이터는 전기적으로 제어가능한데, 특히, 피에조 액추에이터 또는 전기-역학 액추에이터 또는 전자기 액추에이터이다.

본 발명의 하나의 추가 개선에서, 유압 구동 실린더 및/또는 제1 유압 출력 실린더 및/또는 제2 유압 출력 실린더 및/또는 프리텐션 유압 실린더는 각각의 경우 하나의 벨로스로 형성된다.

본 발명은 도면에서 예시된 예시적인 실시예에 의하여 이하에 더욱 상세히 설명될 것이며, 도면에서:
도 1은 알려진 유압 액추에이터를 유압 블록 다이어그램(block diagram)으로 개략적으로 도시하고;
도 2는 도 1에 따른 유압 액추에이터의 3개의 동작 모드(mode)들 (a), (b), 및 (c)를 도식적인 예시에서 개략적으로 도시하며; 그리고
도 3은 제1 출력 실린더 및 제2 출력 실린더를 갖는, 본 발명에 따른 유압 액추에이터를 도식적인 예시에서 개략적으로 도시한다.

도 1에서 도시되는 알려진 유압 액추에이터(5)는 피에조 액추에이터(10)를 포함하며, 이 피에조 액추에이터(10)는, 모션 측면에서 유압 구동 실린더(20)의 구동 피스톤(15)에 링크된다.

구동 실린더(20)는 유압 구동 볼륨(25)을 포함하며, 이 유압 구동 볼륨(25)은, 그 자체로 알려진 방식으로 유압유(hydraulic oil)로 충전된다. 상기 구동 볼륨(25)은, 충분히 높은 개방 압력에서 개방되는 스톱 밸브(30)를 통해, 유압 출력 실린더(35)에 유압식으로 링크된다. 스톱 밸브(30)는 대응하게 프리텐션된다(pretensioned). 구동 측의 출력 실린더(35)는, 출력 측에 위치되는 출력 피스톤(45)을 이동시키는 출력 볼륨(40)을 갖는다.

게다가, 구동 볼륨은 스톱 밸브(50)를 통해 피딩(feeding)-가능한 방식으로 저장통(55)에 링크된다.

게다가, 구동 볼륨(25)은 스톱 밸브(60) 및 흐름 방향으로 이 스톱 밸브(60) 뒤에 배치되는 스로틀(65)을 통해 유압 프리텐션 실린더(90)의 프리텐션 볼륨(70)에 피딩할(feed) 수 있으며, 상기 스로틀(65)은 프리텐션 피스톤(75)에 의하여 압력 제한 밸브(80)를 제어한다. 프리텐션 볼륨(70)은 제2 스로틀(85)을 통해 저장통(55)에 링크된다. 압력 제한 밸브(80)는 저장통(55)으로 구동 볼륨의 압력을 제한하거나, 또는 저장통(55)에 관련하여 구동 볼륨의 압력을 완화한다.

도 1에서 예시된 유압 액추에이터(5)는 이하에 설명된 바와 같이 동작된다: 개별 동작 모드들은 도 2에 따른 작동 이동/시간 다이어그램들 (a), (b), 및 (c)로부터 도출될 수 있는 바와 같이 피에조 액추에이터(10)의 작동에 의해 특성화되며, 상기 다이어그램들은 이하에 더욱 상세히 설명된다.

제1 동작 모드에서, 유압 액추에이터는 낮은 시스템(system) 강성률로 동작되며, 그리고 0과 동일하지 않은 작동 속도(v1)에 의해 작동된다.

이를 위해, 피에조 액추에이터(10)는 도 2의 (a)에 따른 곡선(C1)에 의하여 도식적으로 도시된 바와 같이 작동된다: 피에조 액추에이터(10)는 급속히 편향된다(다시 말해서, 작동 경로(s_an)는 시간(t)에 따라 급격한 기울기(hS)로 올라간다). 따라서, 구동 실린더(20)의 구동 볼륨(25) 내의 압력이 증가하여서, 구동 볼륨(25)을 출력 볼륨(40)에 링크하는(link) 스톱 밸브(30), 및 구동 볼륨(25)을 프리텐션 볼륨(70)에 링크하는 스톱 밸브(60)는 개방된다. 이러한 제1 동작 모드에서 피에조 액추에이터(10)의 편향 및 그에 따른 구동 볼륨(25) 내의 압력 증가가 단지 매우 짧으므로, 구동 볼륨(25)을 프리텐션 볼륨(70)에 링크하는 스톱 밸브(60) 때문에, 직렬로 설치되는 스로틀(65) 덕분에 프리텐션 볼륨(70)의 방향으로 유압유가 거의 흐를 수 없으며, 유압유의 이러한 최소 흐름은, 프리텐션 볼륨(70)을 저장통에 링크하는 스로틀(85)을 통해 저장통(55)으로 다시 흘러 들어간다. 따라서, 프리텐션 볼륨(70) 내에서 압력은 거의 축적(built up)되지 않는다. 결과적으로, 유압유가 거의 독점적으로 출력 볼륨(40)으로 흘러서, 출력 피스톤(45)은 유압 액추에이터(5)의 결과적 작동 경로(s_ab)를 통해 배치된다.

후속하여, 피에조 액추에이터(10)의 편향은 다시 갑자기 감소되고(도 2의 (a)의 곡선(C1)의 급격한 음의 기울기(hA)), 그것 때문에, 구동 볼륨(25)을 출력 볼륨(40)에 링크하는 스톱 밸브(30), 및 구동 볼륨(25)을 프리텐션 볼륨(70)에 링크하는 스톱 밸브(60)는 폐쇄된다. 구동 볼륨(25) 내의 감소된 유압유 덕분에 음의 압력이 생성되며, 그것 때문에, 구동 볼륨(25)을 저장통(55)에 링크하는 스톱 밸브(50)가 개방되고, 손실된 유압유가 저장통(55)으로부터 구동 볼륨(25)으로 흐를 수 있다.

제1 동작 모드에서, 이 사이클(cycle), 다시 말해서, 피에조 액추에이터(10)의 급속한 편향 및 리세팅(resetting)이 반복되면, 출력 피스톤(45)의 연속적 편향이 수행된다. 출력 피스톤(45)에 대항력(counter force)이 작용하면, 상기 대항력 및 출력 실린더(35)의 유압 단면적에 따라, 출력 볼륨(40) 내의 압력은 증가된다. 프리텐션 볼륨(25) 내의 손실된 압력 덕분에 압력 제한 밸브(80)에서의 임계치가 매우 낮으므로, 출력 피스톤(45)에 대한 최소의 대항력의 경우에는 이미 출력 볼륨(40)으로부터 압력 제한 밸브(80)를 통해 저장통(55)으로 유압유가 다시 흐른다.

제2 동작 모드에서, 유압 액추에이터(5)는 높은 시스템 강성률로 동작되며, 그리고 0과 동일하지 않은 작동 속도(V1)로 작동된다.

이를 위해, 피에조 액추에이터(10)는 도 2의 (b)에 따른 곡선(C2)에 의하여 도식적으로 도시된 바와 같이 작동된다. 피에조 액추에이터(10)는 위에서 설명된 바와 같이 급속히 편향된다(다시 말해서, 작동 경로(s_an)는 다시, 시간(t)에 따라 급격한 기울기(hS)로 올라간다).

그에 따라서, 구동 볼륨(25) 내의 압력이 증가되고, 구동 볼륨(25)을 출력 볼륨(40)에 링크하는 스톱 밸브(30), 및 구동 볼륨(25)을 프리텐션 볼륨(70)에 링크하는 스톱 밸브(60)가 개방된다. 이전에 설명된 동작 모드에서와 같이, 유압유가 출력 볼륨(40)으로 흘러가기 때문에, 구동 볼륨(25) 내의 압력은 떨어진다.

이전 동작 모드와 반대로, 여기서, 피에조 액추에이터(10)의 편향은 특정 시간 동안 일정하게 유지된다(도 2의 (b)에 따른 곡선(C2)의 부분(p) 참조). 구동 볼륨(25)을 출력 볼륨(40)에 링크하는 스톱 밸브(30)가 정의된 개방 압력을 가지므로, 구동 볼륨(25)과 출력 볼륨(40) 사이의 압력 차이가 스톱 밸브(30)의 개방 압력보다 더 작을 때, 상기 스톱 밸브(30)는 폐쇄된다. 피에조 액추에이터(10)가 여전히 편향되므로, 나머지 압력은, 구동 볼륨(25)을 프리텐션 볼륨에 링크하는 스톱 밸브(60)를 압박한다(bear on). 구동 볼륨(25)을 프리텐션 볼륨(70)에 링크하는 스톱 밸브(60)가 프리텐션되지 않으므로, 프리텐션 볼륨(70)과 구동 볼륨(25) 사이의 압력 차이가 더 클 때까지, 유압유는 상기 스톱 밸브(60) 및 상기 스톱 밸브(60)의 하류에 배치되는 스로틀(65)을 통해 흐를 수 있다. 프리텐션 볼륨(70)을 저장통(55)에 링크하는 스로틀(85)을 통해 다시, 유압유의 작은 부분이 저장통(55)으로 실제로 다시 흐르는 동안, 프리텐션 볼륨(70) 내의 압력은 증가한다. 그것 때문에, 압력 제한 밸브(80)에서의 개방 임계치는 증가된다.

특정 시간 후에, 피에조 액추에이터(10)는 다시, 이 피에조 액추에이터(10)의 본래 작동 경로(s_an)(도 2의 (b)의 곡선(C2)의 급격한 음의 기울기(hA))로 갑자기 리세팅된다(reset). 그것 때문에, 이전에 설명된 제1 동작 모드의 경우에서와 같이, 저장통(55)으로부터 구동 볼륨(25)으로 유압유가 흡인된다. 프리텐션 볼륨(70)을 저장통(55)에 링크하는 스로틀(85)이 설치되지 않은 경우, 유압유는 저장통(55)으로부터 흡인될 뿐만 아니라, 프리텐션 볼륨(70)으로부터도 흡인될 것이다.

후속하여, 피에조 액추에이터(10)의 편향 및 리세팅(resetting)인 설명된 사이클은 반복된다. 따라서, 이 경우, 출력 피스톤(45)에 대항력이 작용하면, 출력 볼륨(40) 내의 압력은 다시 증가된다. 그러나, 프리텐션 볼륨(70) 내에서 증가된 압력 덕분에 압력 제한 밸브(80)에서의 임계치는 이전에 설명된 동작 모드에서보다 더 높으며, 그것 때문에, 출력 피스톤(45) 상에 더 큰 힘이 축적될 수 있고, 출력 볼륨(40)으로부터의 유압유의 유출이 감소된다. 그것 때문에, 본 발명에 따른 유압 액추에이터(5)의 시스템 강성률은 향상된다. 따라서, 상기 강성률의 수준은 피에조 액추에이터(10)의 작동 프로파일(profile)을 통해 세팅된다(set).

제3 동작 모드에서, 유압 액추에이터(5)는 높은 시스템 강성률로 동작되며, 그리고 작동되지 않는다(다시 말해서, 작동 속도(v0)=0으로 작동된다).

이를 위해, 피에조 액추에이터(10)는 도 2의 (c)에 따른 곡선(C3)에 의하여 도식적으로 도시된 바와 같이 작동된다.

피에조 액추에이터(10)의 느린 편향(상대적으로 작은 기울기(nS)) 때문에, 구동 볼륨(25) 내의 압력은 거의 증가하지 않으며, 그것 때문에, 구동 볼륨(25)을 프리텐션 볼륨(70)에 링크하는 스톱 밸브(60)만이 개방되고, 구동 볼륨(25)을 출력 볼륨에 링크하는 스톱 밸브(30)는 개방되지 않는다. 그것 때문에, 유압유가 출력 볼륨(40)으로 펌핑되는(pumped) 것이 아니라, 단지 프리텐션 볼륨(70)으로만 펌핑되며, 그것 때문에, 출력 피스톤(45)이 편향되지 않으면서, 압력 제한 밸브(80)의 임계치 및 그에 따른 유압 액추에이터(5)의 시스템 강성률은 증가한다.

특정 시간 후에, 피에조 액추에이터(10)는 다시, 이 피에조 액추에이터(10)의 본래 작동 경로(s_an)(도 2의 (c)의 곡선(C3)의 급격한 음의 기울기(hA))로 갑자기 리세팅된다.

도 1 및 도 2에서 예시된 예시적인 실시예에 다른 방식으로 대응하는 추가 예시적인 실시예들(전용 방식으로 예시되지 않음)에서, 피에조 액추에이터(10) 대신에, 전기-역학 액추에이터 또는 전자기 액추에이터가 존재한다.

추가 예시적인 실시예들(전용 방식으로 예시되지 않음)에서, 자신의 내부에서 유도되는 피스톤들을 갖는 유압 실린더들 대신에, 자신의 내부에서 유도되는 피스톤들을 갖지 않는 벨로스 방식의 유압 실린더들이 또한, 구동 실린더들 및/또는 출력 실린더들 및/또는 프리텐션 실린더들을 위해 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

그에 반해서, 도 3에서 예시된 본 발명에 따른 액추에이터는 저장통(55) 대신에 제2 출력 실린더(200)를 갖는다. 위에서 설명된 제1 출력 실린더(35)와 유사한 방식으로, 제2 출력 피스톤(210)을 구동하는 제2 출력 볼륨(205)이 제2 출력 실린더(200)에 존재한다.

결과적으로, 제2 출력 실린더(200)는 한편으로, 위에서 설명된 알려진 해결책의 저장통의 기능을 담당한다. 그러나, 제2 출력 실린더(200) 내의 제2 출력 피스톤(210)은 부가적으로, 추가 액추에이터 구성요소의 기능을 담당하며, 도 3에서 도시된 예시적인 실시예에서, 이 추가 액추에이터 구성요소는, 위에서 설명된 제1 출력 실린더(35)의 제1 출력 피스톤(45)의 출력 방향과 반대인 출력 방향으로 액추에이터 경로(s_ab2)를 통한 출력을 가능하게 한다. 결과적으로, 도 3에서 예시된 유압 액추에이터는 상호 반대 방향들로 작동하도록 구성된다.

본 발명에 따라, 도 3에 따른 유압 액추에이터의 경우, 제1 출력 실린더(35)와 제2 출력 실린더(200)는 멀티-포트 밸브(100)에 의하여 유압 액추에이터의 나머지 부분에 공동으로 유압식으로 링크된다. 이러한 방식으로, 멀티-포트 밸브(100)를 스위칭하는 것에 의하여, 제1 출력 실린더(35)의 역할과, 처음에 언급된 알려진 해결책의 저장통(55)의 기능을 제1 포지션에서 담당하는 제2 출력 실린더(200)의 역할은 맞바뀔 수 있는데; 다시 말해서, 멀티-포트 밸브의 제1 포지션에서는 제2 출력 실린더(200)가 저장통(55)의 역할을 담당하는 반면에, 멀티-포트 밸브의 제2 포지션에서는 그러나, 제1 출력 실린더(35)가 저장통(55)의 역할을 담당한다.

도 3에서 예시된 본 발명에 따른 유압 액추에이터는 도 1에서 예시된 알려진 유압 액추에이터에 다른 방식으로 대응한다.

본 발명에 따른 로봇 아암 및 로봇 핸드(전용 방식으로 예시되지 않음)는 각각의 경우, 위에서 설명된 바와 같은, 하나의 또는 복수의 유압 액추에이터들을 가지며, 그리고 각각의 경우, 요구되는 편향 속도 및 원하는 시스템 강성률에 따라, 각각의 액추에이터의 피에조 액추에이터(10)를 작동시키는 하나의 제어 디바이스(device)를 포함한다.

Claims

유압 액추에이터(actuator)로서,
유압 구동 실린더(cylinder)(20) ― 상기 유압 구동 실린더(20)는 특히, 상기 구동 실린더(20) 내에서 유도(guide)되는 구동 피스톤(piston)(15)을 가짐 ―,
상기 구동 실린더(20)에 유압식으로 링크되는 제1 유압 출력 실린더(35), 및
상기 구동 실린더(20) 및/또는 상기 구동 피스톤(15)에 대한 힘의 작용 시간에 따라, 압력 측면에서 상기 출력 실린더(35)를 제한하는 압력 제한 밸브(valve)(80)
를 포함하며,
상기 압력 제한 밸브(80)는, 제2 출력 실린더에 관련하여 압력을 제한하기 위해 그리고/또는 제2 출력 실린더로의 압력을 완화(relieve)하기 위해 배치되며, 그리고 상기 제2 출력 실린더(200)는 상기 구동 실린더에 유압식으로 링크되는,
유압 액추에이터.
제1항에 있어서,
제1 출력 실린더는 제1 프리텐션 스톱 밸브(pretensioned stop valve)(30)를 통해 상기 구동 실린더에 링크되고, 상기 제2 출력 실린더는 제2 프리텐션 스톱 밸브(50)를 통해 상기 구동 실린더에 링크되며, 제1 스톱 밸브(30)와 제2 스톱 밸브(50)는 상기 구동 실린더에 관련하여 반대의 차단 방향들을 갖는,
유압 액추에이터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
제1 출력 실린더와 상기 제2 출력 실린더는 멀티-포트(multi-port) 밸브에 의하여 공동으로 유압식으로 링크되는,
유압 액추에이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유압 액추에이터는, 모션(motion) 측면에서 상기 구동 실린더 또는 상기 구동 피스톤(15)에 링크되는 구동 액추에이터(10)를 포함하는,
유압 액추에이터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
구동 액추에이터(10)는 피에조(piezo) 액추에이터 또는 전기-역학 액추에이터 또는 전자기 액추에이터인,
유압 액추에이터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 실린더(20)는 스톱 밸브(60) 및 제1 스로틀(throttle)(65)을 통해 프리텐션 볼륨(pretension volume)(70)에 유압식으로 링크되며, 상기 프리텐션 볼륨(70)은, 특히 프리텐션 피스톤(75)을 갖는 프리텐션 유압 실린더(90)에 위치되며, 상기 프리텐션 유압 실린더 또는 상기 프리텐션 피스톤은 상기 압력 제한 밸브(80)를 나타내는(represent),
유압 액추에이터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리텐션 볼륨(70)은 제2 스로틀(85)을 통해 상기 제2 출력 실린더에 유압식으로 연결되는,
유압 액추에이터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 유압 액추에이터를 갖는 로봇 아암(robot arm) 또는 로봇 핸드(hand).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 유압 액추에이터(5) 또는 제8항에 따른 로봇 아암 또는 로봇 핸드를 동작시키기 위한 방법으로서,
적어도 하나의 액추에이터의 구동 액추에이터(10)는, 편향을 갖는 유압 액추에이터(5)의 동작 또는 비-동작 단계(phase)의 지속기간 동안, 편향 주파수로, 편향 지속기간(p) 동안 편향되며, 상기 편향 지속기간(p)은 상기 유압 액추에이터(5)의 모션 강성률(motional rigidity)을 설정하고, 상기 편향 주파수는 상기 유압 액추에이터의 결과적 편향 속도(v1)를 설정하는,
방법.
제9항에 있어서,
상기 유압 액추에이터는 적어도 제3항에 따른 유압 액추에이터이고, 상기 멀티-포트 밸브는 바람직하게는, 상호 반대 방향들로 상기 유압 액추에이터를 동작시키기 위해 작동되는,
방법.