CN109624956A - 一种轮式机器人使用的节能制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于制动技术领域，尤其涉及一种轮式机器人使用的节能制动系统，它包括刹车盘、执行机构、刹车机构、节能机构，其中减速电机使得螺纹轴在与螺纹套的螺纹配合下，螺纹套经第一伸缩杆和支撑块推动摩擦轮与刹车盘进行摩擦制动；在摩擦轮与刹车盘进行摩擦制动过程中，摩擦轮的旋转经过相应的齿轮和轴的传递后使得第三齿轮带动滑动板向刹车盘的方向移动，使得滑动板经支撑板、第二伸缩杆、第二弹簧、弧形板推动弧形刹片来对刹车盘进行摩擦制动。在第一齿轮旋转的过程中，节能机构可以吸收第一齿轮的一部分旋转能量且转化为电能储存在轮式机器人中的电池中，达到节能的目的。本发明结构简单，具有较好的使用效果。

Description

一种轮式机器人使用的节能制动系统

技术领域

本发明属于制动技术领域，尤其涉及一种轮式机器人使用的节能制动系统。

背景技术

目前较大的轮式机器人一般采用液压系统或者电动系统来进行快速刹车，而对于小型轮式机器人来说，小型轮式机器人采用液压系统刹车时需要增加电机、液压泵、液压管路等，这样反而给小型轮式机器人增加了过多的负重，从而影响了小型轮式机器人的行走效率，所以一般小型轮式机器人采用的时电动系统来进行快速刹车。在相同的刹车效果情况下，电动系统的刹车动作速度要小于液压系统的刹车动作速度。但是，在电动系统的刹车动作速度等于液压系统的刹车动作速度的情况下，电机系统刹车提供给刹车盘的制动压力小于液压系统刹车提供给刹车盘的制动压力。在电动系统的刹车动作速度等于液压系统的刹车动作速度的情况下，为了能使电机系统刹车提供给刹车盘的制动压力能媲美于液压系统刹车提供给刹车盘的制动压力，所以就需要设计一种能提供更大制动压力的电动制动系统，便于轮式机器人的更好制动。本发明设计一种轮式机器人使用的节能制动系统解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种轮式机器人使用的节能制动系统，它是采用以下技术方案来实现的。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”、“上”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：它包括刹车盘、执行机构、刹车机构、节能机构、总固定板，其中总固定板的下表面上安装有执行机构、刹车机构和节能机构，执行机构和刹车机构均与所述刹车盘相配合。

上述执行机构包括第一固定板、减速电机、螺纹轴、螺纹套、键条、伸缩轴、固定环、第一弹簧、支撑块、第一转轴、第一锥齿轮、摩擦轮、第一伸缩杆、圆盘、第二锥齿轮、第一齿轮、惰轮、第二固定板、第三固定板，其中减速电机通过第一固定板安装在总固定板的下表面上；第二固定板的一端固定安装在总固定板的下表面上，另一端开有贯通的圆通槽，圆通槽的内圆面上对称地开有两个键槽；螺纹套的外圆面上对称安装有两个键条，螺纹套通过滑动配合的方式安装在第二固定板的圆通槽中，两个键条通过滑动配合的方式安装在两个键槽中；螺纹轴的一端与减速电机的电机轴相固连，另一端位于螺纹套中；螺纹轴上具有外螺纹，螺纹套的内圆面上具有内螺纹，螺纹轴上的外螺纹与螺纹套上的内螺纹相螺纹配合；第一伸缩杆的一端与螺纹套远离减速电机的一端相固连，另一端固定安装有支撑块，支撑块呈水平分布；第一伸缩杆由伸缩外套和伸缩内杆构成，伸缩外套的外圆面上固定安装有固定环；第一弹簧套在第一伸缩杆上，第一弹簧的一端安装在固定环上，另一端安装在支撑块上；第一转轴的一端固定安装有摩擦轮，另一端通过轴承安装在支撑块上表面所设的圆孔中；第一锥齿轮固定安装在第一转轴上，且第一锥齿轮位于摩擦轮之下；第三固定板固定安装在总固定板的下表面上；伸缩轴由外套轴和伸缩内轴构成，外套轴的外圆面上固定安装有第一齿轮，伸缩内轴远离外套轴的一端固定安装有圆盘，伸缩内轴的外圆面上固定安装有第二锥齿轮，外套轴远离伸缩内轴的一端通过轴承安装在第三固定板的圆孔中；支撑块中具有圆腔，支撑块连接有第一伸缩杆的侧面上开有圆槽，圆槽与圆腔相通；伸缩轴具有圆盘的一端穿过支撑块上的圆槽，且圆盘通过旋转配合的方式安装在支撑块的圆腔中；伸缩轴上的第二锥齿轮与第一转轴上的第一锥齿轮相啮合；惰轮通过轴安装在第三固定板上，惰轮与第一齿轮相啮合，且第一齿轮位于惰轮与第一伸缩杆之间。

上述刹车机构包括第二齿轮、第二转轴、第一锥齿组合、第二锥齿组合、第四转轴、第四固定板、第三转轴、第三齿轮、第五固定板、滑动板、导块、齿条、支撑板、第二伸缩杆、第二弹簧、弧形板、弧形刹片、第六固定板、第三弹簧，其中两个第四固定板固定安装在总固定板的下表面上；第二转轴通过轴承安装在两个第四固定板的圆孔中，第二转轴的一端固定安装有第二齿轮，另一端固定安装有第一锥齿组合，两个第四固定板位于第二齿轮与第一锥齿组合之间；第五固定板的一端固定安装在总固定板的下表面上，另一端通过所设的轴承安装有第四转轴；第四转轴的一端与第一锥齿组合相固连，另一端固定安装有第二锥齿组合；第三转轴的一端通过轴承安装在总固定板下表面的圆孔中，另一端与第二锥齿组合相固连；第三齿轮固定安装在第三转轴上，且第三齿轮位于第二锥齿组合之上；第六固定板固定安装在总固定板下表面上，第六固定板的侧面上开有滑动通槽，滑动通槽的上下槽面上对称开有两个导槽；滑动板的上下表面上对称安装有两个导块；滑动板通过滑动配合的方式安装在第六固定板的滑动通槽中，两个导块通过滑动配合的方式分别安装在两个导槽中；两个第三弹簧的一端分别安装在两个导块上，另一端分别安装在两个导槽的侧槽面上，两个第三弹簧分别位于两个导槽中；滑动板侧面上安装有齿条；第三齿轮与齿条相啮合；滑动板的一端固定安装有支撑板；两个第二伸缩杆的一端对称安装在支撑板远离滑动板的侧面上，另一端固定安装有弧形板；两个第二弹簧分别套在两个第二伸缩杆上，两个第二弹簧的一端安装在支撑板上，另一端安装在弧形板上；弧形刹片固定安装在弧形板远离第二伸缩杆的侧面上。

上述节能机构包括第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第五转轴、第六转轴、发电机、第一连接板、电处理器、第二连接板，其中第五转轴的一端通过轴承安装在上述第三固定板的圆孔中，另一端固定安装有第四齿轮；第五齿轮固定安装在第五转轴上，且第五齿轮位于第四齿轮与第三固定板之间；第六转轴通过轴承安装在上述第三固定板的圆孔中，且第六转轴的两端均穿出第三固定板；第六转轴的一端固定安装有第六齿轮，且第六齿轮与第五齿轮相啮合；发电机通过第一连接板安装在总固定板的下表面上；电处理器通过第二连接板安装在总固定板的下表面上；第六转轴远离第六齿轮的一端与发电机相传动连接；发电机通过导线与电处理器相电气连接。

上述刹车机构中的第二齿轮与执行机构中的惰轮相啮合；上述节能机构中的第四齿轮位于执行机构中第一齿轮的上侧，且第四齿轮与第一齿轮相啮合。

上述刹车盘位于摩擦轮与弧形刹片之间，且摩擦轮与弧形刹片分别与刹车盘相制动配合。

上述摩擦轮、弧形刹片和刹车盘均采用摩擦系数大于1的材料构成。

作为本技术的进一步改进，它还包括输出轴，其中输出轴的一端与轮式机器人的驱动模块相传动连接，另一端与上述刹车盘相固连。这样驱动模块便能经输出轴带动刹车盘旋转。

作为本技术的进一步改进，上述刹车盘远离输出轴的侧面上周向均匀开有多个车轮固定孔。这样便于轮式机器人的车轮上的螺栓插入到车轴固定孔中，那么车轮就被固定在刹车盘上。

作为本技术的进一步改进，上述圆腔的直径大于圆槽的直径，圆盘的直径大于伸缩内轴的直径。这样的设计使得圆盘不会从支撑块中脱离，且支撑块还能经圆盘带动伸缩轴沿着轴线方向进行伸缩运动。

作为本技术的进一步改进，上述第四齿轮的直径小于第一齿轮的直径，第四齿轮的直径小于第五齿轮的直径，第六齿轮的直径小于第五齿轮的直径。这样在第一齿轮旋转一圈时，第一齿轮便能经第四齿轮、第五转轴、第五齿轮带动第六齿轮旋转多圈，从而使得第六转轴的旋转圈数多于伸缩轴的旋转圈数，进而使发电机能发出更多的交流电。

作为本技术的进一步改进，上述第三弹簧为压缩弹簧；当第三弹簧未被压缩时，滑动板所在的位置使得弧形刹片与刹车盘相应的盘面之间存在间距。

作为本技术的进一步改进，上述减速电机的运转由轮式机器人中的刹车控制模块所控制。

作为本技术的进一步改进，上述电处理器通过导线与轮式机器人的电池相电气连接。

作为本技术的进一步改进，上述第一锥齿组合是由两个旋转轴线互为90度夹角的两个相啮合的锥齿轮构成。

作为本技术的进一步改进，上述第二锥齿组合是由两个旋转轴线互为90度夹角的两个相啮合的锥齿轮构成。

本发明中伸缩轴中的伸缩内轴带动外套轴旋转，且伸缩内轴还能在外套轴中伸缩运动。

本发明中电处理器的功能要求为：电处理器将发电机发出的交流电处理为适合于电池充电的直流电。对于电处理器，相关领域的技术人员采用现有技术设计实现即可，本发明在这里不做具体的限定及保护。

本发明中螺纹套和键条的长度要合适，使得螺纹套在轴线方向上往复移动时，键条始终不会从第二固定板中脱离。由于键条的存在，所以螺纹套不会存在旋转运动，只会沿着自身的轴线往复移动。螺纹轴上的外螺纹与螺纹套上的内螺纹相螺纹配合的设计在于：设定减速电机带动螺纹轴顺时针旋转时，螺纹轴上的外螺纹与螺纹套上的内螺纹在螺纹配合的作用下，使得螺纹套在轴线方向上向远离减速电机的方向移动；减速电机带动螺纹轴逆时针旋转时，螺纹轴上的外螺纹与螺纹套上的内螺纹在螺纹配合的作用下，使得螺纹套在轴线方向上向减速电机的方向移动。

固定环的作用使得第一伸缩杆在被外力压缩时，第一弹簧跟随第一伸缩杆的压缩而被压缩。

对于第二伸缩杆及第二弹簧的设计：在弧形刹片刚好与刹车盘的侧面相摩擦制动时，第二伸缩杆及第二弹簧被轻微压缩；不过，随着滑动板继续向刹车盘的方向推动，弧形刹片无法继续向刹车盘的方向移动，由于第二伸缩杆及第二弹簧的存在，使得滑动板推动支撑板继续向弧形板的方向移动，这样第二伸缩杆及第二弹簧能被继续压缩，从而弧形刹片受到的正压力会越来越大，有利于弧形刹片对刹车盘的制动。

由于伸缩轴具有圆盘的一端穿过支撑块上的圆槽，且圆盘通过旋转配合的方式安装在支撑块的圆腔中，那么在支撑块经圆盘带动伸缩内轴在外套轴中进行伸缩运动时，伸缩内轴上的第二锥齿轮与支持块之间的相对位置始终保持不变，从而保证了第二锥齿轮能始终与第一锥齿轮相啮合。

本发明中导块的设计使得滑动板能在第六固定板中平稳的滑动，还能防止滑动板从第六固定板中脱离。

附图说明

图1是制动系统整体视角（一）示意图。

图2是制动系统整体视角（二）示意图。

图3是制动系统整体正视示意图。

图4是执行机构、刹车机构和节能机构相互配合安装的示意图。

图5是总固定板下表面上所安装结构示意图。

图6是减速电机和第二固定板的透视示意图。

图7是第一伸缩杆和第一转轴的安装示意图。

图8是螺纹轴和螺纹套相螺纹配合的剖面示意图。

图9是支撑块的透视示意图。

图10是第一锥齿轮和第二锥齿轮相啮合的示意图。

图11是圆盘的安装剖面示意图。

图12是齿条和第三齿轮相啮合的示意图。

图13是第二伸缩杆的安装示意图。

图14是第三弹簧的安装剖面示意图。

图15是第六固定板的剖面示意图。

图16是惰轮的安装示意图。

图17是节能机构的安装示意图。

图中标号名称：1、刹车盘；2、车轮固定孔；3、输出轴；4、执行机构；5、刹车机构；6、节能机构；7、总固定板；9、第一固定板；10、减速电机；12、螺纹轴；13、螺纹套；14、键条；15、伸缩轴；16、外套轴；17、伸缩内轴；18、固定环；19、第一弹簧；20、支撑块；21、第一转轴；22、第一锥齿轮；23、摩擦轮；24、第一伸缩杆；25、伸缩外套；26、伸缩内杆；27、圆盘；28、圆腔；29、圆槽；30、第二锥齿轮；31、第一齿轮；32、惰轮；33、第二固定板；34、圆通槽；35、键槽；36、第三固定板；38、第二齿轮；39、第二转轴；40、第一锥齿组合；41、第二锥齿组合；42、第四转轴；43、第四固定板；44、第三转轴；45、第三齿轮；46、第五固定板；47、滑动通槽；48、导槽；49、滑动板；50、导块；51、齿条；52、支撑板；53、第二伸缩杆；54、第二弹簧；55、弧形板；56、弧形刹片；57、第六固定板；58、第三弹簧；70、第四齿轮；71、第五齿轮；72、第六齿轮；73、第五转轴；74、第六转轴；75、发电机；76、第一连接板；77、电处理器；78、第二连接板。

具体实施方式

以下将参照附图来描述本发明；但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。本发明的附图中的结构只是示意性的，不作为具体比例、形状、安装关系的限定；附图中的结构只是便于本发明的理解，不作为实际需求的限定。对于本发明的附图中结构的安装，采用现有技术处理即可，附图不作为具体的限定。

一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：如图1、2、4所示，它包括刹车盘1、执行机构4、刹车机构5、节能机构6、总固定板7，如图1、2、3所示，其中总固定板7的下表面上安装有执行机构4、刹车机构5和节能机构6，如图3所示，执行机构4和刹车机构5均与所述刹车盘1相配合。

如图4、6、7、10所示，上述执行机构4包括第一固定板9、减速电机10、螺纹轴12、螺纹套13、键条14、伸缩轴15、固定环18、第一弹簧19、支撑块20、第一转轴21、第一锥齿轮22、摩擦轮23、第一伸缩杆24、圆盘27、第二锥齿轮30、第一齿轮31、惰轮32、第二固定板33、第三固定板36，如图1、2、6所示，其中减速电机10通过第一固定板9安装在总固定板7的下表面上；如图5、6所示，第二固定板33的一端固定安装在总固定板7的下表面上，另一端开有贯通的圆通槽34，圆通槽34的内圆面上对称地开有两个键槽35；如图7所示，螺纹套13的外圆面上对称安装有两个键条14，如图6、7、8所示，螺纹套13通过滑动配合的方式安装在第二固定板33的圆通槽34中，两个键条14通过滑动配合的方式安装在两个键槽35中；螺纹轴12的一端与减速电机10的电机轴相固连，另一端位于螺纹套13中；螺纹轴12上具有外螺纹，螺纹套13的内圆面上具有内螺纹，螺纹轴12上的外螺纹与螺纹套13上的内螺纹相螺纹配合；第一伸缩杆24的一端与螺纹套13远离减速电机10的一端相固连，另一端固定安装有支撑块20，支撑块20呈水平分布；第一伸缩杆24由伸缩外套25和伸缩内杆26构成，伸缩外套25的外圆面上固定安装有固定环18；第一弹簧19套在第一伸缩杆24上，第一弹簧19的一端安装在固定环18上，另一端安装在支撑块20上；如图7所示，第一转轴21的一端固定安装有摩擦轮23，另一端通过轴承安装在支撑块20上表面所设的圆孔中；第一锥齿轮22固定安装在第一转轴21上，且第一锥齿轮22位于摩擦轮23之下；如图5所示，第三固定板36固定安装在总固定板7的下表面上；如图10所示，伸缩轴15由外套轴16和伸缩内轴17构成，外套轴16的外圆面上固定安装有第一齿轮31，伸缩内轴17远离外套轴16的一端固定安装有圆盘27，伸缩内轴17的外圆面上固定安装有第二锥齿轮30，如图16、17所示，外套轴16远离伸缩内轴17的一端通过轴承安装在第三固定板36的圆孔中；如图7、9所示，支撑块20中具有圆腔28，支撑块20连接有第一伸缩杆24的侧面上开有圆槽29，圆槽29与圆腔28相通；如图11所示，伸缩轴15具有圆盘27的一端穿过支撑块20上的圆槽29，且圆盘27通过旋转配合的方式安装在支撑块20的圆腔28中；如图10所示，伸缩轴15上的第二锥齿轮30与第一转轴21上的第一锥齿轮22相啮合；如图16、17所示，惰轮32通过轴安装在第三固定板36上，惰轮32与第一齿轮31相啮合，且第一齿轮31位于惰轮32与第一伸缩杆24之间。

如图4、12、13、16所示，上述刹车机构5包括第二齿轮38、第二转轴39、第一锥齿组合40、第二锥齿组合41、第四转轴42、第四固定板43、第三转轴44、第三齿轮45、第五固定板46、滑动板49、导块50、齿条51、支撑板52、第二伸缩杆53、第二弹簧54、弧形板55、弧形刹片56、第六固定板57、第三弹簧58，如图5所示，其中两个第四固定板43固定安装在总固定板7的下表面上；如图4、16所示，第二转轴39通过轴承安装在两个第四固定板43的圆孔中，第二转轴39的一端固定安装有第二齿轮38，另一端固定安装有第一锥齿组合40，两个第四固定板43位于第二齿轮38与第一锥齿组合40之间；如图5所示，第五固定板46的一端固定安装在总固定板7的下表面上，如图4、12所示，另一端通过所设的轴承安装有第四转轴42；第四转轴42的一端与第一锥齿组合40相固连，另一端固定安装有第二锥齿组合41；如图5、12所示，第三转轴44的一端通过轴承安装在总固定板7下表面的圆孔中，另一端与第二锥齿组合41相固连；第三齿轮45固定安装在第三转轴44上，且第三齿轮45位于第二锥齿组合41之上；如图5所示，第六固定板57固定安装在总固定板7下表面上，如图15所示，第六固定板57的侧面上开有滑动通槽47，滑动通槽47的上下槽面上对称开有两个导槽48；如图13所示，滑动板49的上下表面上对称安装有两个导块50；如图13、14所示，滑动板49通过滑动配合的方式安装在第六固定板57的滑动通槽47中，两个导块50通过滑动配合的方式分别安装在两个导槽48中；两个第三弹簧58的一端分别安装在两个导块50上，另一端分别安装在两个导槽48的侧槽面上，两个第三弹簧58分别位于两个导槽48中；如图13所示，滑动板49侧面上安装有齿条51；如图12所示，第三齿轮45与齿条51相啮合；如图13所示，滑动板49的一端固定安装有支撑板52；两个第二伸缩杆53的一端对称安装在支撑板52远离滑动板49的侧面上，另一端固定安装有弧形板55；两个第二弹簧54分别套在两个第二伸缩杆53上，两个第二弹簧54的一端安装在支撑板52上，另一端安装在弧形板55上；弧形刹片56固定安装在弧形板55远离第二伸缩杆53的侧面上。

如图4、16、17所示，上述节能机构6包括第四齿轮70、第五齿轮71、第六齿轮72、第五转轴73、第六转轴74、发电机75、第一连接板76、电处理器77、第二连接板78，如图16、17所示，其中第五转轴73的一端通过轴承安装在上述第三固定板36的圆孔中，另一端固定安装有第四齿轮70；第五齿轮71固定安装在第五转轴73上，且第五齿轮71位于第四齿轮70与第三固定板36之间；第六转轴74通过轴承安装在上述第三固定板36的圆孔中，且第六转轴74的两端均穿出第三固定板36；第六转轴74的一端固定安装有第六齿轮72，且第六齿轮72与第五齿轮71相啮合；如图5所示，发电机75通过第一连接板76安装在总固定板7的下表面上；电处理器77通过第二连接板78安装在总固定板7的下表面上；如图17所示，第六转轴74远离第六齿轮72的一端与发电机75相传动连接；发电机75通过导线与电处理器77相电气连接。

如图16、17所示，上述刹车机构5中的第二齿轮38与执行机构4中的惰轮32相啮合；上述节能机构6中的第四齿轮70位于执行机构4中第一齿轮31的上侧，且第四齿轮70与第一齿轮31相啮合。

如图3所示，上述刹车盘1位于摩擦轮23与弧形刹片56之间，且摩擦轮23与弧形刹片56分别与刹车盘1相制动配合。

上述摩擦轮23、弧形刹片56和刹车盘1均采用摩擦系数大于1的材料构成。

如图1、2所示，它还包括输出轴3，其中输出轴3的一端与轮式机器人的驱动模块相传动连接，另一端与上述刹车盘1相固连。这样驱动模块便能经输出轴3带动刹车盘1旋转。

如图1所示，上述刹车盘1远离输出轴3的侧面上周向均匀开有多个车轮固定孔2。这样便于轮式机器人的车轮上的螺栓插入到车轴固定孔中，那么车轮就被固定在刹车盘1上。

如图9所示，上述圆腔28的直径大于圆槽29的直径，如图10所示，圆盘27的直径大于伸缩内轴17的直径。这样的设计使得圆盘27不会从支撑块20中脱离，且支撑块20还能经圆盘27带动伸缩轴15沿着轴线方向进行伸缩运动。

如图16、17所示，上述第四齿轮70的直径小于第一齿轮31的直径，第四齿轮70的直径小于第五齿轮71的直径，第六齿轮72的直径小于第五齿轮71的直径。这样在第一齿轮31旋转一圈时，第一齿轮31便能经第四齿轮70、第五转轴73、第五齿轮71带动第六齿轮72旋转多圈，从而使得第六转轴74的旋转圈数多于伸缩轴15的旋转圈数，进而使发电机75能发出更多的交流电。

上述第三弹簧58为压缩弹簧；当第三弹簧58未被压缩时，滑动板49所在的位置使得弧形刹片56与刹车盘1相应的盘面之间存在间距。

上述减速电机10的运转由轮式机器人中的刹车控制模块所控制。

上述电处理器77通过导线与轮式机器人的电池相电气连接。

上述第一锥齿组合40是由两个旋转轴线互为90度夹角的两个相啮合的锥齿轮构成。

上述第二锥齿组合41是由两个旋转轴线互为90度夹角的两个相啮合的锥齿轮构成。

设定减速电机10带动螺纹轴12顺时针旋转时，螺纹轴12上的外螺纹与螺纹套13上的内螺纹在螺纹配合的作用下，使得螺纹套13在轴线方向上向远离减速电机10的方向移动；减速电机10带动螺纹轴12逆时针旋转时，螺纹轴12上的外螺纹与螺纹套13上的内螺纹在螺纹配合的作用下，使得螺纹套13在轴线方向上向减速电机10的方向移动。

本发明的工作流程如下:

本发明中轮式机器人的驱动模块经输出轴3带动刹车盘1旋转。

当本发明的制动系统未进行制动动作时，制动系统所处的初始状态为：第一伸缩杆24和第一弹簧19均处于自然状态，此时摩擦轮23与刹车盘1相应的盘面存在间距；第三弹簧58未被压缩时，第二伸缩杆53和第二弹簧54均处于自然状态，此时滑动板49所在的位置使得弧形刹片56与刹车盘1相应的盘面之间存在间距。

当本发明的制动系统进行制动动作时，轮式机器人中的刹车控制模块控制减速电机10带动螺纹轴12顺时针旋转，螺纹轴12上的外螺纹与螺纹套13上的内螺纹在螺纹配合的作用下，使得螺纹套13在轴线方向上向远离减速电机10的方向移动；螺纹套13经第一伸缩杆24带动支撑块20向刹车盘1的方向移动，支撑块20上的第一转轴21、第一锥齿轮22、摩擦轮23和圆盘27跟随支撑块20向刹车盘1的方向移动，支撑块20经圆盘27带动伸缩内轴17在外套轴16中伸出，伸缩内轴17上的第二锥齿轮30与支持块之间的相对位置始终保持不变，从而保证了第二锥齿轮30能始终与第一锥齿轮22相啮合。当支撑块20向刹车盘1方向移动的过程中，摩擦轮23会与刹车盘1相摩擦接触。如图10所示，仰视看摩擦轮23，此时刹车盘1带动摩擦轮23顺时针旋转；从圆盘27向第一齿轮31的方向看，摩擦轮23经第一转轴21、第一锥齿轮22、第二锥齿轮30、伸缩轴15带动第一齿轮31逆时针旋转；第一齿轮31经惰轮32、第二齿轮38、第二转轴39、第一锥齿组合40、第四转轴42、第二锥齿组合41和第三转轴44带动第三齿轮45逆时针旋转；如图4、12所示，俯视看第三齿轮45，第三齿轮45的逆时针旋转使得齿条51带动滑动板49向刹车盘1的方向移动，导块50跟随滑动板49运动，第三弹簧58被压缩；滑动板49经支撑板52、第二伸缩杆53、弧形板55推动弧形刹片56向刹车盘1的方向移动；当弧形刹片56刚好与刹车盘1的侧面刚好相摩擦制动时，第二伸缩杆53及第二弹簧54被轻微压缩；不过，随着滑动板49继续向刹车盘1的方向推动，导块50继续跟随滑动板49运动，第三弹簧58继续被压缩，弧形刹片56无法继续向刹车盘1的方向移动，由于第二伸缩杆53及第二弹簧54的存在，使得滑动板49推动支撑板52继续向弧形板55的方向移动，这样第二伸缩杆53及第二弹簧54能被继续压缩，从而弧形刹片56受到的正压力会越来越大，有利于弧形刹片56对刹车盘1的制动。

当摩擦轮23与刹车盘1相摩擦接触后，支撑块20所在的位置相对于刹车盘1将不再变化；随着螺纹套13在轴线方向上继续向远离减速电机10的方向移动，第一伸缩杆24和第一弹簧19被压缩，这样支撑块20受到的正压力将增大，从而摩擦轮23给刹车盘1的正压力也就增大。

当摩擦轮23给刹车盘1的正压力达到一定值而不再增大后，摩擦轮23的旋转经过相应的齿轮和轴的传递后使得第三齿轮45带动滑动板49向刹车盘1的方向移动量不再增大，此时滑动板49经支撑板52、第二伸缩杆53、第二弹簧54和弧形板55对弧形刹片56产生的正压力也不再增大；最终，第三齿轮45带动滑动板49向刹车盘1的方向移动量不再增大后，第三齿轮45不再旋转，从而导致摩擦轮23也不再旋转，此时的状态下，摩擦轮23和弧形刹片56均对刹车盘1进行制动。

对于弧形刹片56与刹车盘1的制动能力而言，弧形刹片56的正压力间接由摩擦轮23与刹车盘1的摩擦力决定。由于摩擦轮23、弧形刹片56和刹车盘1均采用摩擦系数大于1的材料构成，那么在第一伸缩杆24和第一弹簧19被压缩，摩擦轮23与刹车盘1相挤压摩擦时，摩擦轮23与刹车盘1产生的摩擦力大于减速电机10经螺纹轴12、螺纹套13、第一伸缩杆24、第一弹簧19、支撑块20对摩擦轮23产生的正压力；同样的，弧形刹片56与刹车盘1产生的摩擦力大于滑动板49经支撑板52、第二伸缩杆53、第二弹簧54和弧形板55对弧形刹片56产生的正压力。相比较于传统轮式机器人中利用电机所提供的正压力通过刹车片直接作用刹车盘1的制动效果来说，本发明的制动系统利用电机驱动所产生的制动效果明显要好。在电动系统的刹车动作速度等于液压系统的刹车动作速度的情况下，本发明的电动制动系统刹车动作时提供给刹车盘1的制动压力大于传统电动制动系统刹车动作时提供给刹车盘1的制动压力，使得本发明电动制动系统的制动效果能媲美于同等情况下液压制动系统的制动效果，从而让小型轮式机器人在不增加过多负重的情况下，利用电动制动系统获得更好的制动效果，有利于小型轮式机器人快速刹车。

对于节能机构6动作流程：当第一齿轮31旋转时，第一齿轮31经第四齿轮70、第五转轴73、第五齿轮71、第六齿轮72和第六转轴74带动发电机75旋转发出交流电；发电机75将发出的交流电经导线传输给电处理器77后，电处理器77将交流电处理为适合于电池充电的直流电，然后电处理器77将直流电经导线传输给轮式机器人中的电池，电池将直流电储存起来，以便轮式机器人中的电池减小来自外界的充电量，达到节能的目的。

当本发明的制动系统不再需要对刹车盘1进行摩擦制动，且本发明的制动系统需要复位时，轮式机器人中的刹车控制模块控制减速电机10带动螺纹轴12逆时针旋转，螺纹轴12上的外螺纹与螺纹套13上的内螺纹在螺纹配合的作用下，使得螺纹套13在轴线方向上向减速电机10的方向移动复位；螺纹套13带动第一伸缩杆24移动复位，且在第一伸缩杆24移动复位的过程中，第一伸缩杆24和第一弹簧19恢复到原始状态后，第一伸缩杆24便能带动支撑块20移动复位，从而摩擦轮23脱离与刹车盘1的摩擦接触，伸缩轴15也恢复到原始状态。由于摩擦轮23脱离与刹车盘1的摩擦接触，第三齿轮45将不能继续维持住弧形刹片56对刹车盘1制动时滑动板49所在的位置，那么在第三弹簧58和第二弹簧54的复位作用下，滑动板49移动复位；在滑动板49移动复位的过程中，第二伸缩杆53和第二弹簧54恢复到原始状态后，第二伸缩杆53便能带动弧形板55及弧形刹片56移动复位。在滑动板49移动复位过程中，第三齿轮45会顺时针旋转，第三齿轮45的顺时针旋转经过相应齿轮和轴的传递后会使得第一齿轮31顺时针旋转，摩擦轮23逆时针旋转；不过第一齿轮31顺时针旋转和摩擦轮23逆时针旋转不会对本发明的制动系统造成影响。第一齿轮31顺时针旋转还能使得节能机构6重复发电储能动作。

相对于传统的电动制动系统，本发明的电动制动系统的主要有益效果是：减速电机使得螺纹轴在与螺纹套的螺纹配合下，螺纹套经第一伸缩杆和支撑块推动摩擦轮与刹车盘进行摩擦制动；在摩擦轮与刹车盘进行摩擦制动过程中，摩擦轮的旋转经过相应的齿轮和轴的传递后使得第三齿轮带动滑动板向刹车盘的方向移动，使得滑动板经支撑板、第二伸缩杆、第二弹簧、弧形板推动弧形刹片来对刹车盘进行摩擦制动。由于摩擦轮、弧形刹片和刹车盘均采用摩擦系数大于1的材料构成，摩擦轮与刹车盘产生的摩擦力大于减速电机经螺纹轴、螺纹套、第一伸缩杆、第一弹簧、支撑块对摩擦轮产生的正压力，弧形刹片与刹车盘产生的摩擦力大于滑动板经支撑板、第二伸缩杆、第二弹簧和弧形板对弧形刹片产生的正压力；这样本发明的制动系统利用电机驱动所产生的制动效果明显要好于传统轮式机器人中利用电机所提供的正压力通过刹车片直接作用刹车盘的制动效果，从而让小型轮式机器人在不增加过多负重的情况下，利用电动制动系统获得更好的制动效果，有利于小型轮式机器人快速刹车。另外，在第一齿轮旋转的过程中，节能机构可以吸收第一齿轮的一部分旋转能量，且将该部分旋转能量转化为电能储存在轮式机器人中的电池中，以便轮式机器人中的电池减小来自外界的充电量，达到节能的目的。本发明结构简单，具有较好的使用效果。

Claims (10)

1.一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：它包括刹车盘、执行机构、刹车机构、节能机构、总固定板，其中总固定板的下表面上安装有执行机构、刹车机构和节能机构，执行机构和刹车机构均与所述刹车盘相配合；

上述执行机构包括第一固定板、减速电机、螺纹轴、螺纹套、键条、伸缩轴、固定环、第一弹簧、支撑块、第一转轴、第一锥齿轮、摩擦轮、第一伸缩杆、圆盘、第二锥齿轮、第一齿轮、惰轮、第二固定板、第三固定板，其中减速电机通过第一固定板安装在总固定板的下表面上；第二固定板的一端固定安装在总固定板的下表面上，另一端开有贯通的圆通槽，圆通槽的内圆面上对称地开有两个键槽；螺纹套的外圆面上对称安装有两个键条，螺纹套通过滑动配合的方式安装在第二固定板的圆通槽中，两个键条通过滑动配合的方式安装在两个键槽中；螺纹轴的一端与减速电机的电机轴相固连，另一端位于螺纹套中；螺纹轴上具有外螺纹，螺纹套的内圆面上具有内螺纹，螺纹轴上的外螺纹与螺纹套上的内螺纹相螺纹配合；第一伸缩杆的一端与螺纹套远离减速电机的一端相固连，另一端固定安装有支撑块，支撑块呈水平分布；第一伸缩杆由伸缩外套和伸缩内杆构成，伸缩外套的外圆面上固定安装有固定环；第一弹簧套在第一伸缩杆上，第一弹簧的一端安装在固定环上，另一端安装在支撑块上；第一转轴的一端固定安装有摩擦轮，另一端通过轴承安装在支撑块上表面所设的圆孔中；第一锥齿轮固定安装在第一转轴上，且第一锥齿轮位于摩擦轮之下；第三固定板固定安装在总固定板的下表面上；伸缩轴由外套轴和伸缩内轴构成，外套轴的外圆面上固定安装有第一齿轮，伸缩内轴远离外套轴的一端固定安装有圆盘，伸缩内轴的外圆面上固定安装有第二锥齿轮，外套轴远离伸缩内轴的一端通过轴承安装在第三固定板的圆孔中；支撑块中具有圆腔，支撑块连接有第一伸缩杆的侧面上开有圆槽，圆槽与圆腔相通；伸缩轴具有圆盘的一端穿过支撑块上的圆槽，且圆盘通过旋转配合的方式安装在支撑块的圆腔中；伸缩轴上的第二锥齿轮与第一转轴上的第一锥齿轮相啮合；惰轮通过轴安装在第三固定板上，惰轮与第一齿轮相啮合，且第一齿轮位于惰轮与第一伸缩杆之间；

上述刹车机构包括第二齿轮、第二转轴、第一锥齿组合、第二锥齿组合、第四转轴、第四固定板、第三转轴、第三齿轮、第五固定板、滑动板、导块、齿条、支撑板、第二伸缩杆、第二弹簧、弧形板、弧形刹片、第六固定板、第三弹簧，其中两个第四固定板固定安装在总固定板的下表面上；第二转轴通过轴承安装在两个第四固定板的圆孔中，第二转轴的一端固定安装有第二齿轮，另一端固定安装有第一锥齿组合，两个第四固定板位于第二齿轮与第一锥齿组合之间；第五固定板的一端固定安装在总固定板的下表面上，另一端通过所设的轴承安装有第四转轴；第四转轴的一端与第一锥齿组合相固连，另一端固定安装有第二锥齿组合；第三转轴的一端通过轴承安装在总固定板下表面的圆孔中，另一端与第二锥齿组合相固连；第三齿轮固定安装在第三转轴上，且第三齿轮位于第二锥齿组合之上；第六固定板固定安装在总固定板下表面上，第六固定板的侧面上开有滑动通槽，滑动通槽的上下槽面上对称开有两个导槽；滑动板的上下表面上对称安装有两个导块；滑动板通过滑动配合的方式安装在第六固定板的滑动通槽中，两个导块通过滑动配合的方式分别安装在两个导槽中；两个第三弹簧的一端分别安装在两个导块上，另一端分别安装在两个导槽的侧槽面上，两个第三弹簧分别位于两个导槽中；滑动板侧面上安装有齿条；第三齿轮与齿条相啮合；滑动板的一端固定安装有支撑板；两个第二伸缩杆的一端对称安装在支撑板远离滑动板的侧面上，另一端固定安装有弧形板；两个第二弹簧分别套在两个第二伸缩杆上，两个第二弹簧的一端安装在支撑板上，另一端安装在弧形板上；弧形刹片固定安装在弧形板远离第二伸缩杆的侧面上；

上述节能机构包括第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第五转轴、第六转轴、发电机、第一连接板、电处理器、第二连接板，其中第五转轴的一端通过轴承安装在上述第三固定板的圆孔中，另一端固定安装有第四齿轮；第五齿轮固定安装在第五转轴上，且第五齿轮位于第四齿轮与第三固定板之间；第六转轴通过轴承安装在上述第三固定板的圆孔中，且第六转轴的两端均穿出第三固定板；第六转轴的一端固定安装有第六齿轮，且第六齿轮与第五齿轮相啮合；发电机通过第一连接板安装在总固定板的下表面上；电处理器通过第二连接板安装在总固定板的下表面上；第六转轴远离第六齿轮的一端与发电机相传动连接；发电机通过导线与电处理器相电气连接；

上述刹车机构中的第二齿轮与执行机构中的惰轮相啮合；上述节能机构中的第四齿轮位于执行机构中第一齿轮的上侧，且第四齿轮与第一齿轮相啮合；

上述刹车盘位于摩擦轮与弧形刹片之间，且摩擦轮与弧形刹片分别与刹车盘相制动配合；

上述摩擦轮、弧形刹片和刹车盘均采用摩擦系数大于1的材料构成。

2.根据权利要求1所述的一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：它还包括输出轴，其中输出轴的一端与轮式机器人的驱动模块相传动连接，另一端与上述刹车盘相固连。

3.根据权利要求2所述的一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：上述刹车盘远离输出轴的侧面上周向均匀开有多个车轮固定孔。

4.根据权利要求1所述的一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：上述圆腔的直径大于圆槽的直径，圆盘的直径大于伸缩内轴的直径。

5.根据权利要求1所述的一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：上述第四齿轮的直径小于第一齿轮的直径，第四齿轮的直径小于第五齿轮的直径，第六齿轮的直径小于第五齿轮的直径。

6.根据权利要求1所述的一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：上述第三弹簧为压缩弹簧；当第三弹簧未被压缩时，滑动板所在的位置使得弧形刹片与刹车盘相应的盘面之间存在间距。

7.根据权利要求1所述的一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：上述减速电机的运转由轮式机器人中的刹车控制模块所控制。

8.根据权利要求1所述的一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：上述电处理器通过导线与轮式机器人的电池相电气连接。

9.根据权利要求1所述的一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：上述第一锥齿组合是由两个旋转轴线互为90度夹角的两个相啮合的锥齿轮构成。

10.根据权利要求1所述的一种轮式机器人使用的节能制动系统，其特征在于：上述第二锥齿组合是由两个旋转轴线互为90度夹角的两个相啮合的锥齿轮构成。