本申請要求在2014年9月18日提交的題目為“致動器限制控制器”的美國專利申請No.14/489,778以及在2014年6月24日提交的題目為“致動器的位置-力控制”的美國臨時申請序列號62/028,546的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容在此均以援引的方式并入本發(fā)明。

政府權利

本發(fā)明根據(jù)由DARPA頒發(fā)的合同No.HR00011-10-C-0025在美國政府支持下制造。政府就本發(fā)明享有一定權利。

背景技術：

液壓系統(tǒng)可以包括致動器，所述致動器由供應自液壓流體(液壓油)源，諸如泵的液壓流體提供動力。能夠使用閥來控制液壓流體流至致動器以及從致動器流出。例如，閥能夠控制從泵流至致動器流動以及從致動器流至罐或者容器流動?？刂崎y以改變流動阻力，以便控制致動器的移動速度和方向。

技術實現(xiàn)要素：

本公開描述了關于致動器的位置-力控制的實施例。在一個方面中，本公開描述了一種方法。該方法包括在控制器處接收使得液壓致動器的活塞沿著給定方向以給定速度移動的命令。該液壓致動器包括第一室和第二室。閥組件將加壓液壓流體源聯(lián)接到第一室而將第二室連接到回流管路。該方法還包括基于所述命令由控制器提供信號，以操作閥組件向第一室提供加壓液壓流體并且允許第二室中的液壓流體從第二室流至回流管路，以便致使活塞沿著給定方向以給定速度移動。這種方法還包括接收表示活塞抵達與液壓致動器的端部止動件相距第一閾值距離的第一位置的位置信息以及作為響應修改針對閥組件的信號，以便減低活塞速度。該方法還包括接收表示活塞抵達更靠近液壓致動器的端部止動件的第二閾值距離處的第二位置的位置信息以及作為響應進一步修改針對閥組件的信號，以致使第二室中的液壓流體沿著遠離端部止動件的方向?qū)⒘ψ饔迷诨钊稀?/p>

在另一個方面中，本公開描述了一種非暫時計算機可讀介質(zhì)，所述非暫時計算機可讀介質(zhì)在其上存儲有可執(zhí)行指令，在由控制器執(zhí)行所述可執(zhí)行指令時致使控制器行使功能。該功能包括接收使得液壓致動器的活塞沿著給定方向以給定速度移動的命令。該液壓致動器包括第一室和第二室。該功能還包括基于這個命令提供信號，以操作閥組件，使得控制液壓流體流至第一室的流動并且控制液壓流體從第二室流出的流動，以便致使活塞沿著給定方向以給定速度移動。該功能還包括接收表示活塞抵達與液壓致動器的端部止動件相距第一閾值距離的第一位置的位置信息以及作為響應針對閥組件的信號進行第一修改，以便減低活塞速度。該方法還包括接收代表活塞抵達更靠近液壓致動器的端部止動件的第二閾值距離的第二位置的位置信息以及作為響應針對閥組件的信號進行第二修改，以致使第二室中的液壓流體沿著遠離端部止動件的方向?qū)⒘ψ饔迷诨钊稀?/p>

在仍另一個方面中，本公開描述了一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括加壓液壓流體源、回流管路和液壓致動器缸體。該液壓致動器缸體具有活塞，所述活塞能夠滑動地容納在液壓致動器缸體中，所述活塞包括活塞頭和桿，所述桿沿著中央軸線方向從活塞頭延伸，所述液壓致動器缸體的內(nèi)部被活塞頭分隔成第一室和第二室。該系統(tǒng)還包括閥組件，所述閥組件將加壓液壓流體源聯(lián)接到第一室而將第二室聯(lián)接到回流管路。該系統(tǒng)還包括至少一個處理器和存儲器，所述存儲器在其上存儲有可執(zhí)行指令，在由至少一個處理器執(zhí)行所述可執(zhí)行指令時致使至少一個處理器行使功能。該功能包括接收使得活塞沿著給定方向以給定速度移動的命令。該功能還包括基于命令提供信號，以操作閥組件將加壓液壓流體提供給第一室并且允許第二室中的液壓流體從第二室流至回流管路，以便致使活塞沿著給定方向以給定速度移動。該功能還包括接收表示活塞抵達與液壓致動器缸體的端部止動件相距第一閾值距離的第一位置的位置信息，以及作為響應針對閥組件的信號進行第一修改，以便沿著遠離端部止動件的方向?qū)⒌谝涣ψ饔迷诨钊?，以減低活塞速度。該功能還包括接收代表活塞抵達更靠近液壓致動器的端部止動件的第二閾值距離的第二位置處的位置信息以及作為響應針對閥組件的信號進行第二修改，以便沿著遠離端部止動件的方向?qū)⒌诙ψ饔迷诨钊希赃M一步減低活塞速度。

前述內(nèi)容僅僅為闡釋性而非旨在表示任何方式的限制。除了上文闡釋的方面、實施例和特征之外，參照附圖和下文詳細描述，其它方面、實施例和特征將變得顯而易見。

附圖說明

圖1圖解了根據(jù)示例性實施例的液壓回路，所述液壓回路包括閥，所述閥具有閥芯，所述閥芯構造成線性移動；

圖2圖解了根據(jù)示例性實施例的示例性液壓致動器控制系統(tǒng)的方塊圖；

圖3圖解了根據(jù)示例性實施例的位置-力控制系統(tǒng)；

圖4圖解了根據(jù)示例性實施例的機器人裝置400；

圖5是根據(jù)示例性實施例用于控制液壓致動器的方法的流程圖；

圖6圖解了根據(jù)示例性實施例的用于液壓致動器的致動器限制控制；

圖7圖解了根據(jù)示例性實施例的在圖3中示出的位置-力控制系統(tǒng)的修改方案；

圖8圖解了根據(jù)示例性實施例的關于分階段致動器限制控制的權重的變化；

圖9A圖解了根據(jù)示例性實施例的閥芯的機械聯(lián)接開口；

圖9B圖解了根據(jù)示例性實施例的單獨計量。

具體實施方式

以下詳細描述參照附圖描述了公開系統(tǒng)和方法的各個特征和功能。在附圖中，除非另有說明，否則相似的附圖標記表示相似的部件。在此描述的圖解的系統(tǒng)和方法實施例并不意味著限制。易于理解的是，能夠以多種多樣的不同構造布置以及組合公開的系統(tǒng)和方法的某些方面，在此構想了所述多種多樣的不同構造

I.概述

液壓閥能夠是電操作閥，所述電操作閥控制液壓流體如何遷移向液壓致動器?？梢酝ㄟ^將改變的模擬或者數(shù)字輸入信號變換成液壓致動器中的一組順暢成套動作來操作這種閥。

圖1圖解了根據(jù)示例性實施例的液壓回路，所述液壓回路包括閥100，所述閥100具有閥芯102，所述閥芯102構造成線性移動。圖1示出了閥100控制向液壓致動器(或者缸體)106以及從液壓致動器(或者缸體)106的流動，以便控制液壓致動器106的活塞108移動?；钊?08可滑動容納在液壓致動器106中，所述活塞包括活塞頭109A和桿109B，所述桿109B沿著中央軸線方向從活塞頭109A延伸。因此，活塞頭109A將液壓致動器106的內(nèi)部分隔成第一室112和第二室114。

閥芯102的軸向位置控制通過供應管路從壓力源110至液壓致動器106的兩個室112和114中的一個的流動并且控制流體被迫從另一個室流出而流至低壓容器或者罐116。例如，如圖1所示，閥芯102移動到給定線性位置，以便允許通過開口118從壓力源110至室114的流動并且允許迫使流出室112的流體通過開口120經(jīng)回流管路流至容器116。可以使用螺線管、步進式電動機、液壓致動器或者任何其它致動裝置來使得閥芯102移動。

因此，響應閥芯102移動到圖1示出的位置，活塞108可以移動(移動到左側)。開口118和120的相應尺寸取決于閥芯102的軸向位置，即，閥芯102的軸向位置確定流經(jīng)閥100的流量以及在流經(jīng)閥100的同時流動所承受的限制的程度。以這種方式，閥芯102的軸向位置影響/控制活塞108的移動速度。

在一些示例應用中，活塞108可以構造成高速移動。當活塞108高速運轉時，如果活塞108突然停止，例如抵達液壓致動器106的端部止動件122或者改變移動方向，則可以產(chǎn)生較大的力。這些力能夠很大并且能夠?qū)е略跈C械部件內(nèi)產(chǎn)生大的應力，從而導致部件損壞、出現(xiàn)故障或者加速部件磨損，或者能夠?qū)е乱簤翰考械膲毫Ψ逯?，從而導致?lián)p壞部件以及部件發(fā)生故障。

在一些示例中，在抵達液壓致動器106的端部止動件122之前使得活塞108減速可以減小作用在液壓系統(tǒng)上的應力以及負面影響。作為示例，液壓致動器106的控制器可以接收命令，以致使活塞108沿著給定方向以給定速度移動。響應該命令，控制器可以構造成將信號發(fā)送到壓力源110和閥100，以便致使活塞108以命令速度移動。該控制器可以實施閉環(huán)反饋速度控制，其中，傳感器向控制器提供了與活塞108速度有關的信息，并且控制器基于速度反饋向閥100提供了信號，以保持命令速度。

命令速度下的正常操作可以持續(xù)直到例如活塞頭109A抵達第一位置為止，所述第一位置與液壓致動器106的端部止動件122相距第一閾值距離。在抵達第一位置時，控制器可以修改、增補或者覆蓋速度命令，以阻尼活塞108的移動并且使其減速。第一位置和第一閾值距離可以取決于液壓致動器106的尺寸和沖程長度(例如，活塞108從液壓致動器106的一個端部行進至另一個端部的距離)。例如，如果沖程是80毫米(mm)，則第一閾值距離可以是6mm，使得當活塞108與端部止動件122相距6mm時，控制器可以修改針對閥100的命令，以使得活塞108減速。作為另一個示例，如果沖程為45mm，則第一閾值距離可以為6mm。

阻尼模式的操作(例如，使得活塞108以減小的速度運轉)可以繼續(xù)，直到活塞頭109A抵達第二位置為止，所述第二位置更靠近端部止動件122并且與端部止動件122相距第二閾值距離。例如，如果沖程為80mm或者45mm，則第二閾值距離可以為4mm。這些數(shù)值作為僅僅用于闡釋的示例，基于使用致動器的應用類型和沖程長度可構想到其它閾值。

在活塞頭109A抵達第二位置(例如，與端部止動件122相距4mm)時，控制器還可以修改針對閥100的信號，以便致使收縮室112中的液壓流體沿著遠離端部止動件122的方向?qū)⒘ψ饔迷诨钊?08上。施加的力可以是類彈簧力(即，如彈簧被推抵在活塞108上)并且可以取決于活塞接近端部止動件122的程度。以這種方式，活塞108可以進一步減速并且控制器可以防止在活塞108抵達端部止動件122時產(chǎn)生發(fā)生任何沖擊力。

II.示例液壓致動器控制系統(tǒng)

圖2圖解了根據(jù)實施例的示例液壓致動器控制系統(tǒng)200的方塊圖。系統(tǒng)200包括監(jiān)測控制器201。監(jiān)測控制器201包括：位置-力控制模塊202；速度前饋模塊204，所述速度前饋模塊204與位置-力控制模塊202通信；致動器限制控制模塊206，所述致動器限制控制模塊206與速度前饋模塊204通信；壓力釋放模塊208，所述壓力釋放模塊208與致動器限制控制模塊206通信。在示例中，模塊202、204、206和208皆可以相互通信。例如，速度前饋模塊204、致動器限制控制模塊206和壓力釋放模塊208可以與位置-力控制模塊202通信。

監(jiān)測控制器201可以構造成接收命令210，用于使得液壓致動器106的活塞108沿著給定方向以給定速度移動?；谠撁?，監(jiān)測控制器201提供了信號212，以操作閥100。在示例中，監(jiān)測控制器201還可以提供信號216，以操作壓力源110，以便向閥100提供加壓液壓流體(例如，提供特定壓力條件下的特定流量)?；谛盘?12，致動閥100，以向液壓致動器106提供液壓流體流動。因此，閥100控制從壓力源110至液壓致動器106(例如，通過開口118)的流動以及從液壓致動器106至罐或者容器116(例如，通過開口120)的流動。具體地，針對閥100的信號可以確定閥芯102的位置。閥芯位置確定開口118和120的相應尺寸。由以下方程確定通過開口118或者120的流量：

其中，Q是流經(jīng)給定開口(即，開口118或者開口120)的流量，K是取決于給定開口的尺寸的變量，而ΔP是給定開口兩側的壓差(即，從液壓流體流經(jīng)給定開口之前的液壓流體壓力中減去在液壓流體流經(jīng)給定開口之后的液壓流體壓力)。提供給閥100的信號限定了閥芯102的位置，并且因此限定了開口118和120的尺寸和針對每個開口的變量K，即，提供給閥100的信號和變量K之間存在直接關系。因此，針對閥100的信號確定了開口118和120上的流量。在示例中，在壓力補償閥中，給定開口上的ΔP能夠保持恒定并且以這種方式提供給閥100(即，變量K)的信號和給定開口上的流量之間存在線性或者比例關系。因此，監(jiān)測控制器201接收命令，以使得活塞108沿著給定方向以給定速度移動并且確定信號，以提供給閥100，以便因此限定開口118和120的尺寸。

位置-力控制模塊202可以構造成實施閉環(huán)反饋控制，以便控制活塞108的位置和速度。位置-力控制模塊202還可以構造成實施閉環(huán)反饋控制，以便控制由活塞108作用在外部環(huán)境上的力。在圖3中在下文描述了位置-力控制模塊的細節(jié)。

速度前饋模塊204可以構造成向閥100提供輸出，所述輸出基于速度前饋控制結構。例如，如果致動器以力控制模式操作，則速度前饋模塊204可以提供這樣的輸出信號，使得打開閥100，以允許基于速度估計以及所需力或有阻力(在需要制動的情況下)或者有輔助(在需要正功的情況下)地流動。在另一個示例中，如果致動器以位置控制模式操作，則速度前饋模塊204可以構造成基于所需速度和力以及液壓致動器106的模式設定針對閥100的前饋命令。

致動器限制控制模塊206可以構造成修改或者覆蓋來自其它模塊的命令，以當活塞108靠近物理限制時，即，活塞108靠近端部止動件122時減小撞擊或者防止撞擊。

壓力釋放模塊208可以構造成經(jīng)由例如壓力傳感器檢測液壓致動器106的一個或者兩個室112和114中的危險高壓水平。作為響應，壓力釋放模塊208可以修改或覆蓋針對閥100的命令，以釋放壓力并且防止損壞。

因此，位置-力控制模塊202可以構造成確定信號，以基于命令210控制閥100，并且可以由速度前饋模塊204、致動器限制控制模塊206和壓力釋放模塊208中的一個或者多個修改信號，以產(chǎn)生針對閥100的信號212。監(jiān)測控制器201可以構造成確定液壓致動器控制系統(tǒng)200的優(yōu)先權并且向模塊204、206和208中的每一個分配權重。在示例中，優(yōu)先權可以取決于針對特定液壓系統(tǒng)的安全或者性能要求。例如，如果防止液壓致動器106的活塞108高速撞擊端部止動件122的優(yōu)先權高于響應室112和114的一個中的壓力增大超過閾值持續(xù)給定時間量，則在修改由位置-力控制模塊202產(chǎn)生的信號的過程中賦予由致動器限制控制模塊206實施修改的權重可以大于賦予壓力釋放模塊208的權重。

以這種方式，基于優(yōu)先權，在考慮諸如液壓致動器106的操作模式、壓力水平突增、端部止動件122的接近程度等的因素的同時，監(jiān)測控制器201可以將信號212提供給閥100(并且有可能將信號216提供給壓力源110)，以致動活塞108。

系統(tǒng)200的部件可以構造成以彼此互連的方式操作和/或與聯(lián)接到相應系統(tǒng)的其它部件互連的方式操作。監(jiān)測控制器201的所述功能或者部件中的一個或者多個可以分成其它功能或者物理部件或者組合成更少的功能或者物理部件。在一些其它示例中，其它功能和/或物理部件可以添加到圖2示出的示例中。而且，位置-力控制模塊202、速度前饋模塊204、致動器限制控制模塊206和壓力釋放模塊208中的任意一個均可以包括處理器或者設置成處理器的形式(例如，微型處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)等)，所述處理器構造成執(zhí)行程序代碼，所述程序代碼包括一個或者多個指令，以為了實施在此描述的邏輯功能。監(jiān)測控制器201還可以包括任何類型的計算機可讀介質(zhì)(非暫時性介質(zhì))或者存儲器，例如，諸如這樣的存儲裝置，所述存儲裝置包括盤或者硬盤驅(qū)動器，以存儲程序代碼。在示例中，系統(tǒng)200可以包含在其它系統(tǒng)中。

III.示例位置-力控制系統(tǒng)

圖3圖解了根據(jù)示例性實施例的位置-力控制系統(tǒng)300。位置-力控制系統(tǒng)300可以例如由圖2中示出的位置-力控制模塊202實施。如圖3所示，位置-力控制系統(tǒng)300可以包括三個控制環(huán)路：位置控制環(huán)路302、速度控制環(huán)路304和力控制環(huán)路306。

位置控制環(huán)路302構造成基于液壓致動器106的活塞108的所需位置和活塞108的測量位置之間的差產(chǎn)生命令。例如，位置傳感器可以聯(lián)接到活塞108(例如，聯(lián)接到活塞頭109A或者桿109B)并且可以構造成向監(jiān)測控制器201提供代表活塞108的位置的信息。該差在結合部308處被確定并且所述差代表位置誤差309。位置誤差309被比例增益310增益調(diào)節(jié)，以形成調(diào)節(jié)信號311。而且，位置誤差309在方塊312處積分，以形成積分誤差信號313，所述積分誤差信號313被比例增益314增益調(diào)節(jié)，以形成調(diào)節(jié)信號315。信號311和信號314在求和結合部316處相加形成信號317。

速度控制環(huán)路304構造成基于活塞108的所需速度和活塞108的測量或者估計速度之間的差產(chǎn)生命令。在示例中，速度傳感器可以聯(lián)接到活塞108(例如，聯(lián)接到活塞頭109A或者桿109B)并且可以構造成向監(jiān)測控制器201提供代表活塞108速度的信息。在另一個示例中，監(jiān)測控制器201可以構造成通過求得聯(lián)結到活塞108的位置傳感器獲得的活塞108的測量位置的微分來評估活塞108的速度。在結合部318處確定速度差并且所述速度差代表速度誤差319。速度誤差319被比例增益320增益調(diào)節(jié)，以形成調(diào)節(jié)信號321。而且，所需速度被前饋增益322增益調(diào)節(jié)，以形成信號323。估計速度被比例增益324增益調(diào)節(jié)以形成調(diào)節(jié)信號325。信號321、信號323以及信號325在求和結合部326處相加形成信號327。

力控制環(huán)路306構造成基于要由活塞108施加到外部環(huán)境的所需力和活塞108的測量力之間的差產(chǎn)生命令。在示例中，力傳感器(例如，測力計)可以聯(lián)接到桿109B的端部并且可以構造成向監(jiān)測控制器201提供代表由活塞108經(jīng)歷的力的信息。由活塞108經(jīng)歷的力代表由活塞108作用于外部環(huán)境的力(即，反作用力)。在另一個示例中，壓力傳感器可以聯(lián)接到液壓致動器106的室112和114。監(jiān)測控制器201或者位置-力控制模塊202可以構造成基于從壓力傳感器接收到的信息確定由活塞108施加的力。例如，假設室112中的壓力為P_C，室114中的壓力為P_R，活塞頭109A的面積為A_C，并且桿109B的截面面積為A_rod，則能夠由以下方程估計假定活塞108回退(即，室112收縮并且室114膨脹)由活塞108施加的力：

力＝P_R(A_C－A_rod)－P_CA_C (2)

其中，A_C－A_rod代表室114中的活塞108的環(huán)形區(qū)域面積。如果活塞108延伸(即，室112收縮而室114膨脹)，則能夠由以下方程評估由活塞施加于外部環(huán)境的力：

力＝P_CA_C－P_R(A_C－A_rod) (3)

在結合部328處確定力差并且所述力差代表力誤差329。力誤差329被比例增益330增益調(diào)節(jié)，以形成調(diào)節(jié)信號331。

由力控制環(huán)路306產(chǎn)生的信號331、由速度控制環(huán)路304產(chǎn)生的信號327以及由位置控制環(huán)路302產(chǎn)生的信號317在求和結合部332處相加形成信號333。信號333被轉換速率限制器塊體334限制，所述轉換速率限制器塊體334限定了針對信號333的最大變化率。轉換速率限制器塊體334因此可以防止發(fā)送到閥100的信號發(fā)生突然變化。以這種方式，活塞108的移動可以是順暢的并且不會呈現(xiàn)不平穩(wěn)行為。如果信號333的變化率沒有超過由轉換速率限制器塊體334限定的最大變化率，則信號333不被轉換速率限制器塊體334修改。因此命令335可以與信號333相同或者可以代表由轉換速率限制器塊體334對信號333實施的修改。

控制環(huán)路302、304和306是僅僅為了闡釋的示例并且可以實施其它控制策略，以向閥100提供信號并且控制液壓致動器106。此外，在一些示例中，圖3中示出的控制結構的并非所有部件在給定的時間點激活?；谝簤褐聞悠?06的條件和由液壓致動器106控制的物體的條件，一些部件可以被激活而另一些部件可以不被激活。

圖4示出了根據(jù)示例性實施例的機器人裝置400。機器人裝置400模擬四腿動物的運動。機器人裝置400包括皆連接到機器人裝置400的身體404的腿部402A、腿部402B、腿部402C和腿部402D而且還可以包括傳感器，所述傳感器構造成向機器人裝置400的計算系統(tǒng)(例如，監(jiān)測控制器201)提供傳感器數(shù)據(jù)。在其它示例實施方案中，機器人裝置400可以包括更多或者更少的部件并且可以包括圖4中未示出的部件。

機器人裝置400示出具有四條可延伸的腿部402A-402D。機器人裝置400可以在其它示例內(nèi)包括更多或者更少的腿部。此外，在示例性實施方案中，腿部402A至402D的構造、位置和/或結構可以變化。腿部402A至402D使得機器人裝置400能夠移動并且可以構造成以多個自由度操作，以使得能夠?qū)嵤┎煌男羞M技術。

機器人裝置400可以經(jīng)由各種類型接口與一個或者多個用戶和/或其它機器人裝置通信。在一個示例性實施方案中，機器人裝置400可以經(jīng)由控制桿或者相似類型接口的接收來自用戶的輸入。計算系統(tǒng)可以構造成經(jīng)由接收自控制桿接口的輸入接收針對控制腿部402A至402D的致動器的力、位置和速度命令。類似地，機器人裝置400可以接收輸入并且經(jīng)由其它類型接口(諸如，移動設備)與用戶通信。在其它示例中，機器人裝置400可以為自主型并且可以構造成控制腿部402A至402D以特定方式移動并且實施特定任務。

在示例中，可以由相應的液壓致動器，諸如液壓致動器106控制機器人裝置400的四條腿部402A至402D中的每條腿部。例如，給定液壓致動器可以控制關節(jié)，所述關節(jié)將對應腿部連接到身體404。隨著給定液壓致動器的活塞延伸以及回退，關節(jié)旋轉并且對應腿部移動。

腿部402A至402D可以通過根據(jù)不同步法的力學機械控制腿部402A至402D使得機器人裝置400能夠以多種速度行進。步法是動物、機器人裝置或者其它機械機構的肢體的移動的模式。機器人裝置400可以通過操作腿部402A至402D實施各種步法來導航。示例性步法包括行走、慢跑、極速前進、跳躍、跑等。機器人裝置400可以使用各種步法在環(huán)境內(nèi)行進，這可以涉及基于速度、地勢、操縱需要和/或能量效率選擇步法。機器人裝置400可以構造成在步法之間切換。

在示例中，基于腿部402A至402D中的腿部的狀態(tài)，圖3中示出的控制系統(tǒng)的一些部件可以被激活而另一些部件可以不被激活。例如，在針對機器人裝置400在圖4中示出的位置中，腿部402D可以碰觸地面并且可以稱作“站姿”模式。腿部402A沒有碰觸地面而是在空氣中擺動。腿部402A可以稱作處于“擺動”模式中。作為闡釋示例，在腿部402D處于“站姿”模式中時，控制致動器的控制系統(tǒng)的積分塊體312、增益塊體314、前饋增益塊體322和增益塊體320可以未被激活，而部件中的其余部件可以被激活，所述致動器控制腿部402A。在腿部402A處于“擺動”模式中時，積分塊體312、增益塊體314和增益塊體324可以未被激活，而部件中的其余部件可以被激活。這些示例僅僅為了闡釋，并且在此可以設想其它構造。基于機器人裝置400是行走、慢跑、極速前進、跳躍、跑動等，腿部402A至402D的若干其它操作模式也是有可能的。在這些模式中的每一個中，腿部402A至402D可以行進通過不同操作模式?；谠诮o定時間點時給定腿部經(jīng)受的特定模式，圖3中示出的控制系統(tǒng)的部件可以被激活或者不被激活。

此外，如參照圖2在上文所述，可以由速度前饋模塊204、致動器限制控制模塊206和壓力釋放模塊208中的一個或者多個修改命令335，并且將修改信號提供給閥100。在示例中，由速度前饋模塊204、致動器限制控制模塊206和壓力釋放模塊208中的一個或者多個修改命令335可以包括將更多的部件添加到圖3示出的控制系統(tǒng)、激活圖3示出的控制系統(tǒng)的部件和/或未被激活圖3示出的控制系統(tǒng)的部件。例如，致動器限制控制模塊206可以構造成將部件添加到圖3中示出的控制系統(tǒng)，以當活塞108靠近如接下來在圖5-8中描述的物理限制時減小撞擊或者防止撞擊。

IV.示例方法

圖5是根據(jù)示例性實施例的用于控制液壓致動器的方法500的流程圖。該方法500可以包括由塊體502至512中的一個或者多個所示的一個或者多個操作、功能或者行為。盡管以相繼順序示出了塊體，但是這些塊體可以在一些情況中并行實施和/或以不同于在此描述順序的順序加以實施。而且，各個塊體均可以基于所需實施方案組合成更少的塊體、分成其它塊體和/或移除。

另外，對于在此公開的方法500和其它處理以及方法，流程圖示出了本實施例的一個可行實施方案的功能性和操作。就這一點而言，每個塊體均可以代表程序代碼的模塊、分段或者部分，所述程序代碼包括可以由處理器執(zhí)行的一個或者多個指令，以為了實施處理中的具體邏輯功能或者步驟。程序代碼可以存儲在任何類型的計算機可讀介質(zhì)或者存儲器上，所述計算機可讀介質(zhì)或者存儲器例如，如包括盤或者硬盤驅(qū)動器的存儲裝置。計算機可讀介質(zhì)可以包括非暫時性計算機可讀介質(zhì)，例如，諸如計算機可讀介質(zhì)，所述計算機可讀介質(zhì)存儲短期數(shù)據(jù)，如寄存器式存儲器、處理器高速緩存、隨機存取存儲器(RAM)。計算機可讀介質(zhì)還可以包括非暫時介質(zhì)或者存儲器，諸如二次或者持續(xù)長期存儲裝置，如只讀存儲器(ROM)、光盤或者磁盤、光盤只讀存儲器(CD-ROM)。計算機可讀介質(zhì)還可以是任何其它易失性存儲器系統(tǒng)或者非易失性存儲器系統(tǒng)。計算機可讀介質(zhì)可以認為例如是計算機可讀存儲介質(zhì)、有形存儲裝置或者其它制品。計算機可讀介質(zhì)、處理器、程序代碼可以皆包含在液壓系統(tǒng)或者閥的控制器內(nèi)。另外，對于在此描述的方法500和其它處理以及方法而言，圖5中的每個塊體均可以代表電路，所述電路用電線連接，以在處理中實施具體邏輯功能。

在塊體502處，方法500包括在控制器處接收使得液壓致動器的活塞沿著給定方向以給定速度移動的命令，其中，液壓致動器包括第一室和第二室，并且其中，閥組件將加壓液壓流體源聯(lián)接到第一室而將第二室聯(lián)接到回流管路。

控制器可以是計算裝置，所述計算裝置包括一個或者多個處理器，所述處理器構造成執(zhí)行存儲在計算裝置(例如，計算裝置內(nèi)的存儲器)中的程序指令?？刂破骺梢耘c輸入裝置，諸如控制桿或者其它類型輸入裝置通信。

在示例中，液壓機的用戶可以通過輸入裝置向控制器提供命令?？刂破骰诿钕蛞簤合到y(tǒng)(例如，泵、閥、致動器、罐等)提供了控制信號，以使得液壓致動器，諸如具有室112和114的液壓致動器106移動。例如，命令可以涉及這樣指令，以使得液壓致動器106的活塞108以給定速度沿著給定方向運動。在示例中，命令還可以規(guī)定用于活塞108的所需速度以及要由活塞108施加的所需力。

在另一個示例中，可以通過自主型機器人裝置，諸如，機器人裝置400產(chǎn)生命令，所述機器人裝置400包括液壓系統(tǒng)，所述液壓系統(tǒng)構造成控制機器人裝置400的運動。機器人裝置400可以構造成自主產(chǎn)生移動命令，以執(zhí)行特定任務。移動命令可以提供給液壓系統(tǒng)的控制器?？刂破骺梢岳绨▍⒄請D2描述的監(jiān)測控制器201。

閥組件可以包括例如閥，諸如閥100，但是還可以包括任何其它閥構造(例如，滑閥、提升閥、旋轉閥等)。例如，閥組件可以包括至少四個閥：第一閥，所述第一閥將泵連接到室112；第二閥，所述第二閥將泵連接到室114；第三閥，所述第三閥將室112連接到罐或者容器；和第四閥，所述第四閥將室114連接到罐。因此，閥組件可以包括一個或者多個閥，所述一個或者多個閥控制流體從壓力源向液壓致動器流動并且控制被迫從液壓致動器中流出的流體向回流管路的流動。

在示例中，壓力源可以是泵并且回流管路可以連接到容器或者罐。然而，在液壓致動器106的室112和114可以通過供應管路或者回流管路連接在一起的再生模式中，壓力源可以是室112或者114中的一個并且回流管路可以是將室112和114連接在一起的管路。例如，在高側再生模式中，室112和114可以通過高壓供應管路(即，連接到泵的管路)連接在一起。在這種情況中，流動從供應管路供應到室112和114的第一室，并且從第二室中被迫流出的流動可以反饋回或者再生到第一室而非回流到罐或者容器。在這種情況中，與將第二室連接到罐的管路相反，回流管路是將兩個室連接在一起的管路。類似地，在另一個示例中，液壓致動器106可以以低側再生模式操作，并且在重力輔助的同時活塞108可以回退(隨著室114膨脹而室112收縮在圖1中向左側移動)。在這種情況中，來自泵的高壓流體不需要使得活塞108移動。從室112中被迫流出的流體以再生方式被引導返回到室114。在這個情況中，從室114的觀點來看壓力源是室112。源自室112的回流管路可以是將室112連接到室114的液壓管路。

在塊體504處，方法500包括基于命令，控制器提供信號，以操作閥組件，從而向第一室提供加壓液壓流體并且允許第二室中的液壓流體從第二室流至回流管路，以便致使活塞沿著給定方向以給定速度移動。如圖1和圖2所示，基于使得致動器106的活塞108以給定速度沿著給定方向移動的命令，控制器，例如，位置-力控制模塊202可以產(chǎn)生針對閥100的信號。信號可以提供給電致動器(例如，馬達、螺線管、旋轉致動器等)，所述電致動器致動閥100(例如，使得閥芯102移動)，以允許流動從壓力源110到液壓致動器106，并且允許從液壓致動器106被迫流出的流動到容器116。具體地，參照作為示例的圖1，流動被允許通過閥100的開口118至室114，從而將活塞108推至左側。而且，流動被迫使離開室112通過閥100的開口120流至容器116。然而，如在圖2上文所述，可以由其它模塊修改由位置-力控制模塊202產(chǎn)生的信號。例如，可以由致動器限制控制模塊206修改位置-力控制模塊202的信號或者控制結構，以當活塞108接近液壓致動器106的端部止動件122時減小撞擊或者防止撞擊。

在塊體506處，方法500包括接收代表活塞抵達第一位置的位置信息，所述第一位置與液壓止動器的端部止動件相距第一閾值距離。

圖6圖解了根據(jù)示例性實施例的用于液壓致動器106的致動器限制控制。如圖6所示，活塞108可以移動到左側。因此，室114膨脹，而室112收縮。位置傳感器可以聯(lián)接到活塞108或者嵌入在活塞108內(nèi)(例如，嵌入在活塞頭109A或者活塞桿109B內(nèi))。位置傳感器可以構造成向控制器提供代表活塞108位置的信息。在示例中，位置傳感器可以向控制器表明活塞頭109A的表面602在室112內(nèi)的位置。

在示例中，在表面602處于區(qū)域604內(nèi)的同時，即，在表面602抵達第一位置606之前，由位置-力控制模塊202產(chǎn)生的信號可以用于控制閥而不需要由致動器限制控制模塊206修改，所述第一位置606與液壓致動器106的端部止動件122相距第一閾值距離608。在示例中，第一位置606和第一閾值距離608可以取決于液壓致動器106的尺寸和沖程長度(例如，活塞108從液壓致動器106的一個端部行進至另一個端部的距離)。例如，如果沖程為80mm，則第一閾值距離可以為大約6mm。

返回參照圖5，在方塊508處，方法500包括作為響應控制器修改針對閥組件的信號，以便減低活塞的速度。在活塞108(具體地，表面602)抵達第一位置606時，致動器限制控制模塊206可以修改由位置-力控制模塊202產(chǎn)生的信號，以便減小活塞108的速度。例如，致動器限制控制模塊206可以修改、增補或者覆蓋由位置-力控制模塊202產(chǎn)生的信號，以“阻尼”活塞108的運動并且使其減速。

圖7示出了根據(jù)示例性實施例的圖3中示出的位置-力控制系統(tǒng)的修改方案。為了阻尼活塞108的移動，比例增益702被添加或者比例增益702被激活，以調(diào)節(jié)誤差信號319。作為用于闡釋的示例，比例增益702可以具有(1－w_d)的值。w_d可以稱作阻尼權重。塊體702因此修改誤差信號319的調(diào)節(jié)，使得誤差信號319乘以比例增益702以形成信號703，該信號由比例增益320調(diào)節(jié)。如果阻尼權重w_d具有介于0和1之間的值，則誤差信號319的調(diào)節(jié)程度減小，并且因此降低了速度反饋的效果。減小速度反饋減小了閥命令中將推動活塞108更接近端部止動件122的部分，并且因此減小了閥100的開口118并且減低了活塞108的速度。速度反饋中的這種減小由此阻尼活塞108的移動。以這種方式，活塞108仍然可以移動向端部止動件122，以抵達靠近端部止動件122的特定命令位置，而且以減低的速度靠近端部止動件。

在示例中，活塞108越快速移動向端部止動件122，由致動器限制控制模塊206針對信號實施的修改越大，以便使得活塞108更加快速地減速。這種修改有效模擬沿著遠離端部止動件的方向施加到活塞108的力，其中，所述力基于活塞108的速度。在表面602處于圖6示出的室112的區(qū)域610內(nèi)的同時，這種修改或者針對活塞108的移動的阻尼持續(xù)。

返回參照圖5，在塊體510處，方法500包括接收代表活塞抵達第二位置的位置信息，所述第二位置與液壓致動器的端部止動件更加接近并且與其相距第二閾值距離。聯(lián)接到活塞108的位置傳感器可以向控制器表明活塞頭109A的表面602抵達第二位置612(圖6所示)，所述第二位置612與液壓致動器106的端部止動件122相距第二閾值距離614。例如，如果沖程長度為80mm并且第一閾值距離可以為大約6mm，則第二閾值距離可以為大約4mm。這些數(shù)值僅僅為闡釋示例，并且這些距離可以基于液壓致動器106的特征(尺寸、沖程長度等)而改變。

在塊體512處，方法500包括作為響應控制器進一步修改針對閥組件的信號，以致使第二室中的液壓流體沿著遠離端部止動件的方向?qū)⒘ψ饔迷诨钊?。在塊體508處描述的修改可以認為是第一修改。致動器限制控制模塊206可以構造成在活塞108(具體地，表面602)抵達第二位置612時針對提供給閥100的信號實施第二修改，以便進一步減低活塞108的速度。在表面602處于圖6示出的室112的區(qū)域616內(nèi)的同時，這種修改或者針對活塞108移動的阻尼持續(xù)。作為示例，修改的信號可以改變閥芯102的位置，以設定室112中的特定壓力水平，室112中的特定壓力水平將力作用在活塞108上(具體地，將力作用在表面602上)，以便阻止活塞108移動。在示例中，施加的力可以是類彈簧力(即，如將彈簧推抵在活塞108的表面602上)，使得隨著表面602越接近端部止動件122，推抵活塞108的施加的力越大。以這種方式，施加的力可以與表面602和端部止動件122之間的距離成反比?；钊?08因此可以進一步減速并且控制器可以防止在活塞108抵達端部止動件122的情況下產(chǎn)生任何沖擊力。

參照圖7，為了實施第二修改，致動器限制控制模塊206還可以向圖3中示出的控制系統(tǒng)添加或者激活比例增益704。作為闡釋示例，比例增益704可以具有(1－w_s)的值。w_s可以稱作彈簧權重。比例增益704修改信號333，以形成信號705。如果w_s具有介于0和1之間的值，則信號333的值被減小，并且因此可以降低三個控制環(huán)路302、304和306的效果。

致動器限制控制模塊206還可以向圖3中示出的控制系統(tǒng)添加比例增益706或者激活比例增益706。估計(或者測量)速度被比例增益706調(diào)節(jié)以形成調(diào)節(jié)信號707。

致動器限制控制模塊206還可以向圖3示出的控制系統(tǒng)添加比例增益708或者激活比例增益708。在示例中，比例增益708可以具有值w_s。比例增益708乘以活塞108能夠作用的最大的力以形成信號709。例如能夠通過使得供應壓力P_S(源自壓力源110的最大壓力)乘以壓力作用的面積來確定最大力。例如，在圖1和圖6示出的構造中，供應壓力能夠作用在室114中的活塞108的環(huán)形區(qū)域面積上。因此，可以由以下方程確定最大力：

最大力＝P_S(A_c－A_rod) (4)

如參照方程(2)和(3)在上文指出的那樣，A_c是室112中的活塞頭109A的面積，而A_rod是桿109B的截面面積。

在另一個示例中，如果活塞108的運動方向顛倒，使得室112膨脹而室114收縮，則能夠由以下方程確定最大力：

最大力＝P_sA_c (5)

在結合部710處從信號709中減去測量力，以形成信號711，所述信號711被比例增益712進一步調(diào)節(jié)，以形成信號713。在結合部714處從信號713中減去信號707，以形成信號715，所述信號715被比例增益716調(diào)節(jié)，以形成信號717。例如，比例增益716具有值w_s。信號717和信號705在求和結合部718處相加，以形成信號719。信號719可以由轉換速率限制器塊體334修改或可以不由轉換速率限制器塊體334修改，以產(chǎn)生針對閥的命令720，所述命令720與命令335不同。

在實施例中，權重w_d和w_s可以具有恒定值。然而，在另一個示例中，權重w_d和w_s可以改變。例如，增益w_d和w_s可以隨著活塞108接近端部止動件122而變化。

圖8圖解了根據(jù)示例性實施例的分階段致動器限制控制的權重w_d和w_s的變化。如圖8所示，兩個增益在活塞頭109A的表面602抵達第一位置606(即，在表面602處于區(qū)域604中的同時)之前具有零的值。隨著表面602抵達第一位置606并且向遠處移動直到位置612(即，在表面602處于區(qū)域610內(nèi)的同時)，阻尼權重w_d沿著線802從值0至值1傾斜，而彈簧權重w_s保持為值0。以這種方式，隨著阻尼權重w_d從0至1傾斜，具有(1－w_d)的值的比例增益702減小并且誤差信號319的值逐漸減小，因此，速度反饋的效果也逐漸減小。這種減小可以導致阻尼或者減低活塞108的移動速度。隨著權重w_d達到值1，比例增益702(具有1－w_d的值)達到值0，并且因此速度反饋對提供給閥100的信號不產(chǎn)生作用。

在區(qū)域610中，因為比例增益716具有w_s的值，所以在w_d從0至1傾斜的同時，權重w_s具有0的值并且信號717的值為0。因此，比例增益706、708和712將無效(即，將不會導致針對閥100的命令發(fā)生變化)。類似地，比例增益704(1－w_s的值，當w_s＝0時，所述值1－w_s等于1)將不會影響信號333。

隨著表面602抵達第二位置612并且繼續(xù)朝向端部止動件122移動時(即，在表面602處于區(qū)域616內(nèi)時)，阻尼權重w_d保持為值1，而彈簧權重w_s沿著線804從值0至值1傾斜。以這種方式，比例增益702的值保持為0(速度反饋保持無效或者移除)并且源自添加比例增益704、706、708、712和716獲得的類彈簧力開始越來越有效并且向后推動活塞108，以使其進一步減速。

具體地，隨著彈簧權重w_s從0增加到1，比例增益704從值1減小到值0，并且因此控制環(huán)路302、304和306的效果減弱。同時，比例增益716從0增加到1，并且因此在控制環(huán)路302、304和306的效果減弱的同時，比例增益706、708、712以及716接管(或者在其中占主要地位)確定針對閥100的命令720。結果，在區(qū)域616中，針對閥100的命令基于估計的(或者測量的)速度、測量的力以及最大致動器力。

此外，在確定針對閥100的命令720的過程中最大力和信號715的貢獻隨著活塞108朝向端部止動件122前進而增大，原因在于比例增益708和比例增益716的相應值(皆具有值w_s)從0增加到1。因此，作用在活塞108上的反方向力隨著活塞108越來越靠近端部止動件122而增大。例如，隨著活塞108靠近端部止動件122，針對閥100的命令720可以致使開口120更小(限制從室112至容器的路徑)，以增大室112中的壓力并且使得活塞108減速。這個控制結構的結果是產(chǎn)生了這樣的力，其阻止活塞108朝向端部止動件122移動，并且由于比例增益708和716增大，因此隨著活塞108靠近端部止動件122力增大。力是有效的非線性類彈簧力，其阻止活塞108移動向端部止動件122。在示例中，針對源自該控制結構的閥命令的修改可以導致閥芯102沿著另一個方向移動，使得壓力源110連接到室112而室114連接到回流管路。以這種方式，源自壓力源110的流體沿著遠離端部止動件122的方向?qū)毫ψ饔迷诨钊?08上，以使得活塞108減速。

在示例中，如果控制器接收輸入命令，以改變活塞108的移動方向，則即使表面602處于區(qū)域610或者616內(nèi)，控制器也可以停止針對提供給閥100的信號所進行的任何修改。在這個示例中，比例增益702、704、706、708、712和716可以不被激活并且位置-力控制系統(tǒng)恢復成圖3示出的結構。

在示例中，除了區(qū)域610和616之外的第三區(qū)域(圖6和圖8中未示出)可以限定在區(qū)域616的端部和端部止動件122之間。這個第三區(qū)域可以稱作“安全”區(qū)域，在所述“安全”區(qū)域中，w_d和w_s皆等于1。這個第三區(qū)域可以例如由第三位置(例如，區(qū)域616的端部)限定，所述第三位置與端部止動件122相距第三閾值距離。例如，如果液壓致動器106的沖程為80mm，則第三閾值距離可以為1mm。在另一個示例中，如果液壓致動器106的沖程為45mm，則第三閾值距離可以為2mm。

V.單獨計量

在圖1示出的示例中，閥100代表滑閥，其中，閥芯102的線性位置確定開口118和開口120，流體通過所述開口118從壓力源110流至室114，流體通過所述開口120從室112流至容器116。

圖9A示出了根據(jù)示例性實施例的閥芯102的機械聯(lián)接的開口118和120。隨著閥芯102(圖1所示)移動，開口118和120的尺寸變化并且能夠由如圖9A所示的可變流動限制來表示。因為閥芯102的給定位置限定了開口118和開口120，所以圖9A示出了開口118和120由虛擬連桿900機械聯(lián)接。這種連桿表示開口118和120不是彼此獨立，即，通過限定了一個開口的尺寸還限定了另一個開口的尺寸。在這個情況中，因為針對閥100的命令確定閥芯102的位置，所以閥100是單自由度(DOF)系統(tǒng)，閥芯的位置限定了開口118和120?？刂破髂軌蚩刂崎y芯102的位置，以限定開口118的具體尺寸、計量進入到室114中的流動并且控制活塞108的速度?？刂破鬟€能夠限定開口118的尺寸，以控制室114中的壓力水平。例如，控制器可以具有代表來自壓力源110的流體的供應壓力P_S的信息?？刂破鬟€可以具有代表通過開口118的流量的信息。例如，如果活塞的速度為V，則通過開口118的流量Q能夠被估計為：

Q＝V(A_C-A_rod) (6)

返回到方程(1)，假設室114的所需壓力水平為P_R，則開口118的變量K能夠確定為：

一旦針對開口118確定K，則控制器可以向閥100提供信號，以致動閥芯102抵達對應于針對開口118的值K的位置。

然而，由于開口118和開口120機械聯(lián)接，因此控制器不能獨立限定開口120的尺寸，并且因此控制器例如不能在控制活塞108的速度或者室114中的壓力水平的同時控制室112中的壓力水平。

替代地，控制器能夠控制閥芯102的位置，以限定開口120的具體尺寸，以便控制室112中的壓力水平。例如，控制器可以具有代表通往罐或者容器116的回流管路中的壓力P_T的信息?？刂破鬟€可以具有代表通過開口120的流量的信息。例如，如果活塞的速度為V，則通過開口120的流量Q能夠估計為：

Q＝VA_C (8)

返回到方程(1)，假設針對室112的所需壓力水平為P_C，則針對開口120的變量K能夠確定為：

一旦針對開口120確定K，則控制器可以向閥100提供信號，以致動閥芯102抵達對應于針對開口120的值K的位置。

然而，在這種情況中，控制器不會獨立限定開口118并且不能控制抵達室114的流量(或者室114中的壓力水平)。以這種方式，控制器能夠控制：(i)活塞108的速度、(ii)室114中的壓力或者(iii)室112中的壓力中的一個。為了斷開虛擬連桿900，能夠使用兩個獨立閥替代一個滑閥。

圖9B圖解了根據(jù)示例性實施例的單獨計量。圖9B示出了兩個沒有機械聯(lián)接的分離或者獨立限制件902和904。兩個分離閥能夠用于形成獨立限制件902和904。一個閥形成限制件902，以控制從壓力源110至室114的流動，而第二閥形成限制件904，以控制從室112至容器116的流動。如果活塞108沿著其他方向移動，則第三和第四閥可以用于控制從壓力源110至室112的流動以及從室114至容器116的流動。在示例中，所有四個閥均能夠組合或者集成在閥組件中。

控制器可以構造成獨立于開口904控制開口902。假設第一閥控制開口902而第二閥控制開口904，則第一閥和第二閥中的每一個均可以由來自控制器的相應信號控制。相應信號可以由相應控制系統(tǒng)產(chǎn)生。例如，諸如圖7中示出的控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可以產(chǎn)生針對第一閥的信號，而另一個控制系統(tǒng)可以產(chǎn)生針對第二閥的信號。以這種方式，圖9B中的構造是雙DOF系統(tǒng)。控制器可以向限定了開口902的第一閥提供信號，以計量進入到室114中的流體并且控制活塞108的速度或者確定室114中的壓力水平。類似地，控制器可以獨立地向限定了開口904的第二閥提供信號，以確定室112中的壓力水平。這種布置方案可以用于增強致動器移動控制，以防止壓力或者力在端部止動件處沖擊。例如，控制器能夠控制活塞108的速度(通過控制開口902，以計量流體的特定流量)和收縮室112中的壓力水平。通過控制室112中的壓力，控制器可以通過施加反方向力而有效減低活塞108的速度，所述反向力或基于活塞108的速度(如在方法500的塊體508中所述)和/或與表面602和端部止動件122之間的距離成反比(如方法500的塊體512所述)。

VI.結論

應當理解的是，在此描述的布置方案僅僅為示例。像這樣，本領域中的技術人員將理解的是根據(jù)所需結果可以替代使用其它布置方案和其它元件(例如，機器、接口、功能、順序和功能分組等)并且某些元件可以一起省略。此外，描述的元件中的多個元件為這樣的功能實體，所述功能實體可以實施為分立或者分散式部件或者以任何適當組合以及位置結合其它部件加以實施。

盡管已經(jīng)在此公開了各個方面和實施例，但是其它方面和實施例對于本領域中的技術人員而言顯而易見。在此公開的各個方法和實施例為闡釋目的而并非旨在限制，由以下權利要求連同這種權利要求所賦予的等效物的全范圍限定真實范圍和精神。還應當理解的是在此使用的術語是為了僅僅描述特定實施例而并非旨在限制。