CN112166256A - 伺服阀单元和机器 - Google Patents

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Abstract

一种伺服阀单元(20)，其包括：单元主体(10)，其具有第1端部(61a)和第2端部(61b)；第1阀部(20R)；第2阀部(20L)；第1密封构件(22)，其使第1阀部(20R)开闭；第2密封构件(22)，其使第2阀部(20L)开闭；第1驱动机构，其通过第1电脉冲(S1)来驱动第1密封构件(22)；第2驱动机构，其通过第2电脉冲(S2)来驱动第2密封构件(22)；供给流路(12)，其在第1端部(61a)与第1阀部(20R)之间延伸；排气流路(13)，其在第2端部(61b)与第2阀部(20L)之间延伸；共用流路(11)，其经由第1阀部(20R)与供给流路(12)连接并经由第2阀部(20L)与排气流路(13)连接；以及驱动流路(14)，其与气压驱动器(40)连接。

Description

伺服阀单元和机器
技术领域
本发明涉及一种伺服阀单元，特别涉及一种使用于人型机器人等的气压缸驱动用的伺服阀单元和使用有该伺服阀单元的机器。
背景技术
很多大企业、有才能的研究者对机器人进行了至少50年以上的研究，但尚未实现能够在灾害现场、护理现场、家庭等处可实际上替代人类进行作业的实用性的人型机器人。
(实现人型机器人的条件)
为了实现人型机器人，需要以与人类相同程度的重量来设计与关节数量相应的多个驱动器和其关联部件且将它们容纳于与人类相同程度的体积中，并且，要求各个驱动器具有与作业相应的强大的功率。
(驱动器的方式)
驱动器的方式存在电动、液压、气压这三种，但出于以下叙述的理由，在任一方式中均未实现满足上述条件的驱动器。
(电动伺服马达控制技术)
电动伺服马达控制技术是最先进的控制技术，其在工业领域广泛使用。很多研究者也对使用有电动伺服马达的人型机器人进行研发，还在研发通过运用AI等技术来进行接近人类的举止的机器人。另一方面，由于马达、减速器非常重，因此驱动器每单位体积的功率较小。若欲增大功率，则驱动器会进一步变大变重，从而抵消了功率增大的效果。当为了发出功率而使大电流流过小型的驱动器时，发热量会增加而产生破损。为了防止这种情况，需要进行冷却，其结果，重量、体积增加。如此，即使仅考虑到重量和体积的问题，也不可能实现大量使用电动伺服马达的人型机器人。而且，动作控制需要伺服放大器，为了防止施加有过载、反作用力时的破损，需要检测扭矩、保护电路，从而存在构造变得复杂化而昂贵的问题。
(液压伺服控制技术)
液压伺服控制技术与电动伺服马达控制技术同样地在工业领域中广泛使用，是在机床、工业用机械中不可或缺的技术。最大优点是驱动器每单位体积的功率较大。控制设备也众多，液压的伺服技术也高度发展。另一方面，从对人型机器人的应用的观点看，必须搭载液压源是最大的缺点。由于液压源由马达、发动机来驱动，因此重量、体积变得非常大。还需要伺服放大器。因而，难以利用液压驱动方式来实现人型机器人。另外，对于液压，缺乏压缩性，存在因过载而对周围的物体、人造成损害的危险，有可能因漏油而将周围污染，难以在对人的用途中使用。
(气压伺服控制技术)
气压缸(气压式驱动器)的主要部件能够采用铝，因此气压缸能够实现轻量化，存在每单位体积的功率较大的优点，在各种领域中作为驱动源被广泛利用。但是，气压缸的伺服控制是非常难的技术。伺服的目的是活塞位置和/或速度的控制，但基本上，在气压缸的驱动中会伴随压缩性和摩擦，因此与电动方式、液压方式相比，难以进行精准的控制。
图11示出以往的气压伺服控制的框图。该框图在电动伺服、液压伺服中也基本相同。在此，位置传感器的输出信号可以是数字信号也可以是模拟信号。通常，指令信号一般为数字信号。
气压伺服放大器通常检测指令信号与位置传感器信息的差，根据作为最优控制的PID(Proportional Integral Derivative：比例积分微分)等数字运算处理来控制气压伺服阀。但是，目前通常可获得的气压伺服阀限于模拟方式。作为目前可使用的气压伺服阀，主要是滑阀式伺服阀(专利文献1)和挡板式伺服阀(专利文献2)，但它们都是模拟方式。
图12是专利文献1的滑阀式伺服阀，该滑阀式伺服阀包括具有供给流路40、排气口42和负荷流路44这三者的套筒16和具有3个台肩部20、22、24的滑阀14，通过螺线管式的直线马达50，从而滑阀14被沿X方向驱动。当在使台肩部22与负荷流路44对齐的状态起使台肩部22向+X方向移动时，从气压源Ps向气压缸(未图示)供给空气Pa，当使台肩部22向－X方向移动时，从气压缸排出空气，当使台肩部22与负荷流路44对齐时，供排气停止。气压缸的位置或速度通过基于台肩部22的移动的负荷流路44的开度来调整。
图13是专利文献2的挡板式伺服阀，通过利用螺线管式的直线马达14使挡板22沿X方向移动，从而排气口32进行开闭，向气压缸2供给根据排气口32的开度而相应地减压了的背压Pa，由此对可动体6进行位置控制。
以上任一伺服阀都是通过利用螺线管来控制滑阀14或挡板22而调整阀开度的模拟方式，伺服放大器是必须的。另外，由于必须精密地控制阀开度，因此要求非常高度的加工技术和控制技术。并且，对于任一伺服阀而言，为了减轻摩擦等，都需要一边放出空气一边进行动作，因此，当伺服阀的数量增加时，压缩空气的使用量变得巨大。能够认为，由于上述原因，在人型机器人等要求以一定精度以上的精度进行位置控制的领域中至今几乎没有研究过气压缸。
上述电动伺服和液压伺服的缺点是根源性的，是无论怎样努力都无法避免的原理性的缺点。本发明人认为，从易于精密控制等观点考虑，今后恐怕仍会继续研究使用有电动伺服控制的人型机器人，但即使投入庞大的预算和众多的人材，也不可能实现使用有电动伺服控制的人型机器人。在电动伺服的情况下，首先在线圈的作用下转换为磁力，之后，通过磁力与磁力的排斥来使马达旋转。此时，流动的电流值本身是输出功率的源泉。电流流动时发热而一部分成为热能，进而使以高速进行旋转的旋转能量再次减速，因此，越是欲发出力而减速，能量效率越是加速地降低。因发热而使功率降低，进而，越是减速，所能够利用的能量越减少。
本发明人认为，若研发出可被称作人工肌肉的大功率的驱动器，则会有新的发展。但由于人类的肌肉现实存在，因此应该最终能够以人工方式造出同等的人工肌肉。但是，本发明人认为，在不存在那样的驱动器的目前情况下，气压伺服控制方式是为了实现人型机器人的唯一选项。
通过利用电动马达使压缩机旋转一定时间，从而制造压缩空气。此时，电动马达和压缩机这两者的大小和功率没有上限限制。也就是说，压缩空气本身就是高密度的能量，其直接作用于工作缸的驱动。故此，能够在不增加体积、重量的情况下产生人型机器人所需的功率。气压方式的缺点如上所述，但均不是根本性的缺点。在气压伺服的情况下，无法回避压缩性，但工作缸的摩擦能够根据设计而降低至极限。另外，在人型机器人的情况下，不需要如机床、工业用机械那样的精准控制。这是因为人类完全不做那样精准的动作。在以往的气压伺服阀的情况下，需要伺服放大器、极其高度的加工技术的原因是，该气压伺服阀是利用模拟方式来控制气压的方式的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007－187296号公报
专利文献2：日本特开2006－057719号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明人基于上述研究，为了实现解决了上述气压伺服控制技术的全部缺点或者至少解决了重大缺点的伺服阀单元而进行了潜心研发，并完成了本发明。
本发明的目的在于，提供一种能够在不使用伺服放大器的情况下进行气压缸的位置控制和/或放宽对加工精度的要求和/或不需要空气的放出的伺服阀单元和/或一种能够以较大的功率来驱动气压缸的小型、轻量的伺服阀单元。通过实现这些目的，能够实现在上述“实现人型机器人的条件”中叙述的条件。
用于解决问题的方案
在本发明中，公开了一种伺服阀单元，其用于驱动气压驱动器，包括：单元主体，其具有第1端部和第2端部；第1阀部；第2阀部；第1密封构件，其使所述第1阀部开闭；第2密封构件，其使所述第2阀部开闭；第1驱动机构，其通过第1电脉冲来驱动所述第1密封构件；第2驱动机构，其通过第2电脉冲来驱动所述第2密封构件；供给流路，其在所述第1端部与所述第1阀部之间延伸；排气流路，其在所述第2端部与所述第2阀部之间延伸；共用流路，其经由所述第1阀部与所述供给流路连接并经由所述第2阀部与所述排气流路连接；以及驱动流路，其与所述气压驱动器连接，所述第1驱动机构和第2驱动机构配置于位于所述第1端部与所述第2端部之间的驱动机构配置部，所述驱动流路在位于所述驱动机构配置部与所述第1端部之间的分支部处从所述共用流路分支出来并延伸至所述第1端部，或者在位于所述驱动机构配置部与所述第2端部之间的分支部处从所述共用流路分支出来并延伸至所述第2端部。
在优选方式中，所述分支部位于所述驱动机构配置部与所述第1端部之间，所述供给流路和所述驱动流路在所述第1端部沿所述单元主体的轴线方向延伸。
在本发明中还公开一种伺服阀单元，其用于驱动气压驱动器，具有单元主体和紧固件，所述单元主体由沿轴线方向排列的多个主体部分构成并具有：第1阀部；第2阀部；第1密封构件，其使所述第1阀部开闭；第2密封构件，其使所述第2阀部开闭；第1驱动机构，其通过第1电脉冲来沿所述轴线方向驱动所述第1密封构件；第2驱动机构，其通过第2电脉冲来沿所述轴线方向驱动所述第2密封构件；供给流路，其在所述单元主体的一端与所述第1阀部之间沿所述轴线方向延伸；排气流路，其在所述单元主体的另一端与所述第2阀部之间沿所述轴线方向延伸；共用流路，其经由所述第1阀部与所述供给流路连接并经由所述第2阀部与所述排气流路连接；以及驱动流路，其与所述气压驱动器连接，所述紧固件在所述轴线方向上将所述多个主体部分紧固起来。
在优选方式中，在上述各技术方案中，两个所述单元主体相对配置，所述两个单元主体的所述供给流路相互连接，所述供给流路和所述两个单元主体的两个所述驱动流路从所述单元主体的侧面引出。
在优选方式中，在上述各技术方案中，所述第1电脉冲的频率和所述第2电脉冲的频率为100Hz以上。
在优选方式中，在上述各技术方案中，所述第1驱动机构和第2驱动机构具有螺线管，所述第1驱动机构和第2驱动机构这两者的所述螺线管隔着单个磁性板相邻配置。
在本发明中还公开一种机器，其具有：上述任一项所述的伺服阀单元；所述气压驱动器；以及可动构件，其通过所述气压驱动器进行动作。
在上述发明中，能够实现一种能够在不使用伺服放大器的情况下进行气压缸的位置控制和/或放宽对加工精度的要求和/或不需要空气的放出和/或能够以较大的功率来驱动气压缸的伺服阀单元，并且能够实现伺服阀单元的显著的小型化和/或耐久性能的提高。
附图说明
图1表示本发明的一实施方式的伺服阀单元2和使用有该伺服阀单元2的气压控制装置1。
图2表示其他实施方式的伺服阀单元2A。
图3表示其他实施方式的伺服阀单元2B。
图4表示其他实施方式的伺服阀单元2C和使用有该伺服阀单元2C的气压控制装置1C。
图5表示其他实施方式的伺服阀单元2D。
图6表示其他实施方式的伺服阀单元2E。
图7表示其他实施方式的伺服阀单元2F。
图8表示其他实施方式的伺服阀单元2G。
图9表示其他实施方式的伺服阀单元2H。
图10表示示例性的主体部分72～主体部分74。
图11表示以往的气压伺服控制的框图。
图12表示以往技术的滑阀式伺服阀。
图13表示以往技术的挡板式伺服阀。
具体实施方式
图1表示本发明的一实施方式的伺服阀单元2和使用有该伺服阀单元2的气压控制装置1。气压控制装置1具有伺服阀单元2、气压缸40和控制器50。伺服阀单元2具有形成有共用流路11、供给流路12、排气流路13、驱动流路14等中空空间的阀体10。单元主体10可以是由金属、塑料构成的多个配件的组装体。
供给流路12的一端经由能够进行基于第1电脉冲S1的脉冲式的开闭动作的第1阀部20R与共用流路11连接。供给流路12的另一端可具有连接部(接头等)12a，该连接部(接头等)12a用于与用于供给高压空气S的压缩机、储气罐等高压空气源连接。连接部12a可形成于单元主体10的第1端部10a。排气流路13的一端经由能够进行基于第2电脉冲S2的脉冲式的开闭动作的第2阀部20L与共用流路11连接。排气流路13的另一端经由单元主体10的外壁10b的开口13a与外部(例如大气压)连接。驱动流路14的一端在后述的分支点64处与共用流路11连接。驱动流路14的另一端可具有用于与气压缸40的一个工作缸室41连接的连接部(接头等)14a。连接部14a可形成于单元主体10的第1端部10a。在图中，共用流路11、供给流路12和排气流路13沿单元主体10的轴线方向X延伸，驱动流路14从共用流路11的适当部位沿径向引出。
本实施方式的第1阀部20R和第2阀部20L具有左右对称(线对称)的相同构造。在附图中，为了简化，省略了第2阀部20L的一部分构件的附图标记。以下，在不需要区分第1阀部20R和第2阀部20L的情况下，简称为阀部20。本实施方式的阀部20具有在供给流路12的顶端和排气流路13的顶端形成的喷嘴(阀座)21、通过相对于喷嘴21的顶端(阀座)抵接/分离来使阀部20开闭的密封构件(阀体)22、能够与密封构件22一体地沿轴线方向X移动的磁性体23、沿轴线方向对密封构件22和磁性体23施力的弹簧等施力构件24、在轴线方向X上与喷嘴21分离地配置的固定磁芯25和对固定磁芯25进行励磁的螺线管26。为了引导磁性体23的轴线方向移动，磁性体23具有与喷嘴21的外形互补的侧壁23a为宜。
在不对螺线管26通电的状态下，在施力构件24的力的作用下使密封构件22抵接于喷嘴21，因此，阀部20为OFF(关闭的状态)，当对螺线管26通电时，在固定磁芯25的磁力的作用下，密封构件22离开喷嘴21而阀部20为ON(打开的状态)。
第1阀部20R的密封构件22周围的喷嘴空间11a与第2阀部20L的密封构件22周围的喷嘴空间11a之间的空间通过共用流路11始终连接。即，喷嘴空间11a和固定磁芯25周围的外周空间11b经由形成于喷嘴21侧面的轴线方向X的通槽11c而连接起来，外周空间11b和容纳施力构件24的弹簧空间11d通过径向的通孔11e连络起来。通槽11c和通孔11e能够在喷嘴21的周向上隔开间隔地形成多个。左右的阀部20R、20L的弹簧空间11d彼此通过连络通路11f连接。
如图1所示，单元主体10具有：第1端部61a和第2端部61b，它们位于X方向的两端；第1驱动机构配置部62a和第2驱动机构配置部62b，它们位于第1端部61a与第2端部61b之间；以及中间部63，其位于第1驱动机构配置部62a与第2驱动机构配置部62b之间。
在本发明中，将用于驱动密封构件22的构造、要素、构件(例如本实施方式的施力构件24、固定磁芯25和螺线管26)称作“驱动机构”，将第1阀部20R的驱动机构称作“第1驱动机构”，将第2阀部20L的驱动机构称作“第2驱动机构”。将单元主体10中的从第1驱动机构配置部62a起到第2驱动机构配置部62b为止的部分(即，第1驱动机构配置部62a、中间部63和第2驱动机构配置部62b这几部分)称作“驱动机构配置部”。在本实施方式中，第1驱动机构配置于第1驱动机构配置部62a，第2驱动机构配置于第2驱动机构配置部62b。优选的是，在第1驱动机构配置部62a和第2驱动机构配置部62b形成的空间中容纳驱动机构。
如图1所示，伺服阀单元2的驱动流路14在共用流路11上的分支点64处从共用流路11分支出来。分支点64位于第1驱动机构容纳部62a与第1端部61a之间(或者第1驱动机构容纳部62a的顶端与喷嘴21的顶端之间)。本实施方式的驱动流路14从分支点64延伸至第1端面10a(或第1端部61a)。
在本实施方式中，共用流路11沿X方向贯通驱动机构容纳部地延伸，供给流路12和驱动流路14以与X方向平行地贯通第1端部61a的方式平行地延伸，排气流路13沿X方向贯通第2端部61b地延伸。驱动流路14在共用流路11的路径上的规定位置(分支点64)处从共用流路11分支出来，并从该分支点64延伸至第1端部61a(或第1端面10a)地延伸。分支点64优选位于第1端部61a(或第1端面10a)与第1驱动机构容纳部62a之间。作为追加或替代，分支点64优选位于共用流路11的路径上的第1阀部20R的喷嘴21的顶端与第1驱动机构容纳部62a之间。
在其他方式中，能够将分支点64配置于第2端部61b(或第2端面10b)与第2驱动机构容纳部62b之间或者共用流路11的路径上的第2阀部20L的喷嘴21的顶端与第2驱动机构容纳部62b之间。在该情况下，驱动流路14优选从该分支点64延伸至第2端部61b(或第2端面10b)，且优选的是，排气流路13和驱动流路14在第2端部61b内沿X方向平行地贯通并延伸。
对于上述分支点64的位置、驱动流路14的配置、第1端部61a中的供给流路12和驱动流路14的延伸方向，在后述的伺服阀单元2A～伺服阀单元2H中，也能够设为相同。
以下，有时将伺服阀单元2的左半部分和右半部分称作伺服阀元件3A、3B。
气压缸40具有工作缸室41、42、活塞43和对活塞43施力的弹簧等施力部件44，活塞43的轴线方向位置能够通过位置传感器45检测出来。工作缸室41、42的形状是任意的，可以为圆筒形以外的形状。控制器50产生第1电脉冲(DC脉冲)S1和第2电脉冲(DC脉冲)S2。第1电脉冲S1和第2电脉冲S2可以是与活塞43的位置、期望的速度等相应的信号。第1电脉冲S1和第2电脉冲S2可具有与活塞43的位置或速度相应的占空比。控制器50例如能够由计算机构成。
当使电脉冲S1为ON且使电脉冲S2为OFF时，第1阀部20R为ON，且第2阀部20L为OFF，高压空气S从供给流路12经由共用流路11和驱动流路14向工作缸室41供给，能够使活塞43向左方移动。当使电脉冲S1为OFF且使电脉冲S2为ON时，第1阀部20R为OFF，且第2阀部20L为ON，工作缸室41的空气经由驱动流路14、共用流路11和排气流路13从开口13a向外部排出，在施力部件44的力的作用下，活塞43向右方移动。当使两个电脉冲S1、S2为OFF时，相对于工作缸室41的供排气成为停止状态。
如此，通过电脉冲S1、S2的控制来使阀部20R、20L脉冲式地进行开闭，能够以数字信号来供给气压和/或脉冲式地进行工作缸室41的供排气。通过使供排气的切换(供气/停止的切换、排气/停止的切换)高速化，能够实现活塞43的精密、顺畅的位置控制。基本上，当增大电脉冲S1或电脉冲S2的占空比时，活塞43的驱动速度(或驱动力)变大，当减小占空比时，活塞43的驱动速度变小。因此，在活塞43的当前位置与目标位置的差Δd较大时，增大占空比而使活塞43高速移动，在差Δd变小时，减小占空比而使活塞43减速，通过使占空比为零(信号停止)，能够使活塞43停止。但是，为了进行迅速的定位、追随控制，需要在开始移动时使速度较慢，然后逐渐加速，之后进行减速并停止等控制。另外，需要根据机器人的作业内容等而相应地进行使速度自如变化的控制。在这些控制中，供排气切换的高速化是必须的，供排气切换的最大频率为100Hz以上，优选为300Hz以上，进一步优选为500Hz以上，特别优选为1000Hz以上。在本实施方式的伺服阀单元2的情况下，在试制阶段实现了300Hz～500Hz的高速切换，并确认了，在内置有由伺服阀单元2驱动的气压缸的人型机器人的臂单元的试制机的情况下能够实现接近人类的动作。本发明人认为通过今后的改良还能够达到1000Hz。
在上述伺服阀单元2中，不必在驱动机构配置部设置分支点64或驱动流路14。驱动机构配置部(特别是中间部63)因驱动机构的形状、布线引绕等而构造复杂，因此，通过不在这样的构造复杂的部分设置分支点64、驱动流路14，从而驱动机构配置部的加工、组装变得容易，另外，能够减小中间部63的尺寸(特别是X方向上的尺寸)。由此，能够使伺服阀单元2的整体小型化。另外，通过使供给流路12与驱动流路14(或者排气流路13与驱动流路14)平行，从而容易形成第1端部61a(或第2端部61b)。在后述的伺服阀单元2A～伺服阀单元2H中将分支点64的位置、驱动流路14的配置、第1端部61a中的供给流路12和驱动流路14的延伸方向等设为与伺服阀单元2相同的情况下，也能够实现与伺服阀单元2的情况相同的效果。
伺服阀单元2还可具有用于减轻排气声的消声板16。消声板16在与开口13a重叠的位置(堵塞开口13a的位置)处与第1端部10b的外壁隔开间隙G地安装于阀体10。期望的是，消声板16相较开口13a具有足够大的面积，消声板16与第1端部10b平行。排气流路13在开口13a侧可具有截面积较大的空洞部13b。随着从喷嘴21经由空洞部13b向间隙G的外周去而排出的空气逐渐膨胀，因此能够有效地缓和向大气释放时的***声。在将空洞部13b的圆周长设为L、将间隙设为G、将喷嘴21的开口面积设为SA1时，期望L×G与SA1大致相等。也可以使排气流路13的截面积从喷嘴21朝向开口13a去多级或连续地增加。若通过利用具有弹性的弹性体16a来固定消声板16等方式而使间隙G根据排气压力相应地增减，则能够进一步使排气压力均衡化而提高消声效果。上述结构虽然不是100％的消声，但能够在实现作为本发明的较大目的的省空间的同时实现相当大的消声效果。
图2表示其他实施方式的伺服阀单元2A，对与伺服阀单元2共同的构件标注相同的附图标记，或者为了简略而省略了一部分附图标记。除了左右的阀部20A之外，伺服阀单元2A可具有与伺服阀单元2相同的构造。各阀部20A可具有左右对称的相同构造。
在阀部20A，替代阀部20的密封构件22和磁性体23而使用了圆盘状弹性体22A和磁性体23A。圆盘状弹性体22A的外周部分22A1固定于单元主体10，圆盘状弹性体22A的中央部分构成能够使喷嘴21闭塞的密封构件22A2，在外周部分22A1与密封构件22A2这两者的中间形成有多个开口22A3。开口22A3用于将喷嘴空间11a和外周空间11b连络起来。圆盘状弹性体22A能够由与隔膜相同的材料形成。磁性体23A与圆盘状弹性体22A形成为一体。
在不对螺线管26通电的状态下，在施力构件24的力的作用下使密封构件22A2抵接于喷嘴21而阀部20A为OFF，当对螺线管26通电时，在固定磁芯25的磁力的作用下，密封构件22A2离开喷嘴21而阀部20A为ON。阀部20A能够与阀部20同样地可靠且高速地使喷嘴21开闭。由于外周部分22A1固定于单元主体10，因此能够将密封构件22A2的移动限定于轴线方向。
在伺服阀单元2A中，能够进行与伺服阀单元2相同的高速开闭动作，并且能够通过使用圆盘状弹性体22A来期待阀部20A的耐久性提升。
图3表示其他实施方式的伺服阀单元2B。伺服阀单元2B具有共用流路11B、供给流路12B、排气流路13B、驱动流路14B、左右对称的两个阀部20B。各阀部20B具有在共用流路11B的顶端和排气流路13B的顶端形成的喷嘴21B、密封构件22B、伸缩构件23B。
伸缩构件23B是通过施加电压等而伸缩的原材料。伸缩构件23B能够由压电元件、导电性树脂构成。伸缩构件23B也可以使用在轴线方向上具有一定尺寸的单个片的伸缩原材料，但通过层叠多个伸缩原材料，能够增大伸缩量。
当伸缩构件23B伸长时，密封构件22B抵接于喷嘴21B而阀部20B为OFF，当伸缩构件23B收缩时，密封构件22B离开喷嘴21B而阀部20B为ON。在伺服阀单元2B中，也能够实现与伺服阀单元2相同的高速开闭动作。
图4表示其他实施方式的伺服阀单元2C和使用有该伺服阀单元2C的气压控制装置1C。伺服阀单元2C是以供给流路12彼此相对的方式配置两个伺服阀单元2R、2L并容纳于单个单元主体10的构造，其由4个伺服阀元件3AL、3AR、3BL、3BR构成。伺服阀单元2R、2L具有与伺服阀单元2相同的结构，但两个供给流路12在中央连结并从单元主体10的侧面引出。驱动流路14分别从阀体10的侧面引出，并与气压缸40的各工作缸室连接。优选的是，将供给流路12的连接部12a和驱动流路14的连接部14a设置在阀体10的同一侧面和/或相邻的位置。
控制器50向左右的伺服阀单元2R、2L施加与气压缸40的活塞位置、期望的活塞速度等相应的电脉冲S1、S2。在本例子中，电脉冲S1施加于伺服阀元件3AL和伺服阀元件3BR，电脉冲S2施加于伺服阀元件3BL和伺服阀元件3AR。由此，伺服阀单元2R、2L与伺服阀单元2同样地动作而左右驱动活塞43。此外，在附图的布线中，伺服阀元件3AL和伺服阀元件3BR被同时励磁，伺服阀元件3BL和伺服阀元件3AR被同时励磁，但它们也可以分别独立地励磁，可以改变对于各伺服阀元件3AL、3AR、3BL、3BR的各电脉冲的脉冲数。
图4的伺服阀单元2C具有与伺服阀单元2相同的阀部20，但还存在将该阀部20变更为阀部20A的伺服阀单元2D(图5)或将该阀部20变更为阀部20B的伺服阀单元2E(图6)。也可以是，对伺服阀单元2R、2L中的一者使用阀部20A～阀部20C中的任一个阀部，对伺服阀单元2R、2L中的另一者使用阀部20A～阀部20C中的与此不同的阀部。若能够高速开闭，则也可以使用其他方式的阀部。
图7表示其他实施方式的伺服阀单元2F。在伺服阀单元2F中，在板状的单元主体10F的一个面配置有两个伺服阀单元2F1、2F2。伺服阀元件3AL、3AR、3BL、3BR的配置是一个例子，也能够进行其他配置。可以在一个面配置伺服阀单元2F1且在另一个面配置伺服阀单元2F2，也可以在一个面配置伺服阀元件3AL、3AR且在另一个面配置伺服阀元件3BL、3BR。各流路的连络能够基于所述各实施方式来进行。
在伺服阀单元2、伺服阀单元2A～伺服阀单元2F中，共用流路11、供给流路12、排气流路13、驱动流路14的延伸方向全部为X方向，因此，在伺服阀单元2、伺服阀单元2A～伺服阀单元2F内部产生的负荷的作用方向主要是X方向。因此，仅靠提高X方向的强度(耐载荷性、耐冲击性)，就能够提高伺服阀单元2、伺服阀单元2A～伺服阀单元2F的耐久性、耐故障性能。在利用多个主体部分来构成单元主体10的情况下，上述效果显著，例如，
1.在共用流路11、供给流路12、排气流路13和/或驱动流路14跨多个主体部分地延伸的情况下，
2.在共用流路11、供给流路12、排气流路13和/或驱动流路14的端部位于相邻的主体部分的交界处的情况下，
3.在由于施力构件24、密封构件26等在相邻的主体部分间作用有力的情况下，上述效果特别显著。
图8和图9分别表示利用多个主体部分来构成了单元主体10的伺服阀单元2G、2H。图8的(a)和图9的(a)是主视图，图8的(b)和图9的(b)是侧剖视图。伺服阀单元2G、2H的阀体由多个(在附图中为9个)主体部分71、72L、72R、73L、73R、74L、74R、75L、75R构成，伺服阀单元2G、2H除了各主体部分通过螺栓等紧固件76而被在X方向上紧固之外，具有与伺服阀单元2C、2D相同的结构。由于伺服阀单元2G、2H是左右对称的，因此，在图8的(a)、图9的(a)中，仅示出伺服阀单元2G、2H的左半部分，省略主体部分71的右侧的一部分和右侧的主体部分72R、73R、74R、75R的图示。以下，在不必区分左右的情况下，记为主体部分71、72、73、74、75等。
在伺服阀单元2G、2H中，通过将单元主体10分割成多个主体部分，从而各主体部分的形状变得简单，因此制造变得容易。并且，通过X方向的紧固件76的紧固，能够防止动作中的单元部分间的振动，能够提高耐久性、耐故障性能。
如图10所示，主体部分72、74能够是对卷绕于线轴26a的螺线管26进行容纳的筒状的线轴壳。主体部分72、74可在主体部分73侧具有开口72a、74a。主体部分73可具有堵塞开口72a、74a的磁性壁部73a和形成有弹簧空间11d和通孔11e的杆部73b。主体部分72～主体部分74可由磁性体形成。通过利用磁性体(主体部分72(74)、磁性壁部73a、杆部73b和磁性体23)来包围螺线管26，能够提高磁性体23的驱动力。在伺服阀单元2G、2H中，由于将两个螺线管26隔着单个磁性壁部73a相邻配置，因此能够实现进一步的小型化、少部件个数化、组装容易化等。
在图8～图10中，示出了由多个主体部分构成单元主体10的例子，但在其他实施方式的伺服阀单元2、2A、2B、2E、2F中，也能够以与伺服阀单元2C、2D实质上相同的方式由多个主体部分构成单元主体10，并能够通过利用紧固件在X方向上进行紧固来实现与伺服阀单元2G、2H相同的效果。
在上述实施方式的伺服阀单元中，能够在不使用伺服放大器的情况下高精度地控制气压缸，另外，不需要以往的气压伺服阀那样的加工精度，也不需要空气的放出。特别是，通过使阀部的ON/OFF的切换速度或者相对于气压缸的供排气的切换速度为100Hz以上，能够进行活塞43的顺畅的移动速度和停止位置控制。通过使切换速度为300Hz以上，更优选为500Hz以上，进一步优选为1000Hz以上，能够进一步提高活塞移动速度和停止位置的控制性。此外，由于各工作缸室、流路具有一定的体积，惯性扭矩、一些摩擦会作用于活塞，因此，即使脉冲状地切换供排气，活塞也会以不受影响的顺畅性做动作。
以20×25×70mm的小型尺寸实际制作了上述实施方式中的伺服阀单元2D和伺服阀单元2E的试制品，确认了能够实现最大300Hz～500Hz的切换速度下的稳定动作和直径φ30mm～80mm(冲程长度50mm)的气压缸的顺畅的高精度控制。并且，实际制作了通过所试制的8个伺服阀单元和8个气压缸进行多关节驱动的人类大小的人型机器人的臂单元，使臂单元的顶端(手掌部)握持最大12.5kg的重物，确认了能够自如地进行举放动作。视频拍摄了实际的动作的样子，并上传到了youtube(URL：https：//youtu.be/mAEVIudfmno，https：//youtu.be/7cVjNuoC_w8，https：//youtu.be/FxbWDoIcv_k，https：//youtu.be/5XO8cX9oREA，https：//youtu.be/0qnxH6PFCwo)上。在该臂单元中，上述8个伺服阀单元全部容纳于上臂部分。
位置传感器的信号既可以是数字信号也可以是模拟信号，但为了使其为超小型且在某种程度上提高分辨能力，在使用超小型的模拟传感器并在控制器内进行AD转换的情况下，空间较小即可，另外也能够减少布线，因此，在设计复杂的多关节机器人的方面是有效的。
由于本发明的研发的动机是人型机器人(人型救灾机器人)，因此，主要说明了对人型机器人的应用，但本发明也能够应用于人型机器人以外的各种机器人(例如蜥蜴型、蜈蚣型或多腿机器人、四腿动物机器人等)。还能够应用于护理辅助机器人、作业辅助机器人等除救灾机器人以外的机器人。由于气压具有压缩性，因此存在在受到反作用力时能够灵活地应对这样的特征，因此能够与人温和地接触。并且，本发明也能够应用于机器人以外的领域。能够广泛应用于工业用机器、家庭用机器中的可动构件的驱动。
上述实施方式中记载的伺服阀单元或气压控制装置或它们的构成要素的尺寸、形状、配置、个数、材料、特性等都是例示，这些能够在权利要求书所记载的发明的范围和不改变其本质的范围内进行适当变更。
附图标记说明
1、1C、气压控制装置；2(2R、2L)，2A～2F、伺服阀单元；3A、3B、3AL、3AR、3BL、3BR、伺服阀元件；10、10F、单元主体(壳体)；10a、第1端部；10b、第2端部；11、11B、共用流路；11a、喷嘴空间；11b、外周空间；11c、通槽；11d、弹簧空间；11e、通孔；11f、连络通路；12、12B、供给流路；12a、连接部；13、13B、排气流路；13a、开口；13b、空洞部；14、14B、驱动流路；14a、连接部；16、消声板；16a、弹性体；20、20A、20B、阀部；20R、第1阀部；20L、第2阀部；21、21B、喷嘴；22、22B、22A2、密封构件；22A、圆盘状弹性体；23、23A、磁性体；23a、侧壁；23B、伸缩构件；24、施力构件；25、固定磁芯；26、螺线管；40、气压缸；41、42、工作缸室；43、活塞；44、施力部件；45、位置传感器；50、控制器；S1、S2、电脉冲。

Claims (7)

1.一种伺服阀单元，其中，
该伺服阀单元用于驱动气压驱动器，包括：
单元主体，其具有第1端部和第2端部；
第1阀部；
第2阀部；
第1密封构件，其使所述第1阀部开闭；
第2密封构件，其使所述第2阀部开闭；
第1驱动机构，其通过第1电脉冲来驱动所述第1密封构件；
第2驱动机构，其通过第2电脉冲来驱动所述第2密封构件；
供给流路，其在所述第1端部与所述第1阀部之间延伸；
排气流路，其在所述第2端部与所述第2阀部之间延伸；
共用流路，其经由所述第1阀部与所述供给流路连接并经由所述第2阀部与所述排气流路连接；以及
驱动流路，其与所述气压驱动器连接，
所述第1驱动机构和第2驱动机构配置于位于所述第1端部与所述第2端部之间的驱动机构配置部，
所述驱动流路在位于所述驱动机构配置部与所述第1端部之间的分支部处从所述共用流路分支出来并延伸至所述第1端部，或者在位于所述驱动机构配置部与所述第2端部之间的分支部处从所述共用流路分支出来并延伸至所述第2端部。
2.根据权利要求1的伺服阀单元，其中，
所述分支部位于所述驱动机构配置部与所述第1端部之间，
所述供给流路和所述驱动流路在所述第1端部沿所述单元主体的轴线方向延伸。
3.一种伺服阀单元，其中，
该伺服阀单元用于驱动气压驱动器，具有单元主体和紧固件，
所述单元主体由沿轴线方向排列的多个主体部分构成并具有：
第1阀部；
第2阀部；
第1密封构件，其使所述第1阀部开闭；
第2密封构件，其使所述第2阀部开闭；
第1驱动机构，其通过第1电脉冲来沿所述轴线方向驱动所述第1密封构件；
第2驱动机构，其通过第2电脉冲来沿所述轴线方向驱动所述第2密封构件；
供给流路，其在所述单元主体的一端与所述第1阀部之间沿所述轴线方向延伸；
排气流路，其在所述单元主体的另一端与所述第2阀部之间沿所述轴线方向延伸；
共用流路，其经由所述第1阀部与所述供给流路连接并经由所述第2阀部与所述排气流路连接；以及
驱动流路，其与所述气压驱动器连接，
所述紧固件在所述轴线方向上将所述多个主体部分紧固起来。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的伺服阀单元，其中，
两个所述单元主体相对配置，
所述两个单元主体的所述供给流路相互连接，
所述供给流路和所述两个单元主体的两个所述驱动流路从所述单元主体的侧面引出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的伺服阀单元，其中，
所述第1电脉冲的频率和所述第2电脉冲的频率为100Hz以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的伺服阀单元，其中，
所述第1驱动机构和第2驱动机构具有螺线管，
所述第1驱动机构和第2驱动机构这两者的所述螺线管隔着单个磁性板相邻配置。
7.一种机器，其中，
该机器具有：
权利要求1至6中任一项所述的伺服阀单元；
所述气压驱动器；以及
可动构件，其通过所述气压驱动器进行动作。
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