CN109768665A - 一种刹车结构及舵机 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于制动技术领域，提供了一种刹车结构及舵机，所述刹车结构包括：刹车盘，套设于电机输出轴外，与电机输出轴同步转动；控制电路板；直线运动发生器，与控制电路板电性连接；直线运动轴，套设于直线运动发生器内，与直线运动发生器同轴设置，直线运动轴的两端延伸至直线运动发生器外；以及复位弹簧，套设于直线运动轴远离刹车盘的一端外，用于为直线运动轴提供轴向的回复力；刹车盘沿其圆周方向开设有至少一个凹槽，直线运动发生器用于在通电时为直线运动轴提供一个沿其轴向的作用力，以使直线运动轴脱离凹槽。本发明的刹车结构体积小、结构简单，与电机速度无关，不会对电机的速度造成限制，同时，不存在磨损。

Description

一种刹车结构及舵机
技术领域
本发明涉及制动技术领域，特别涉及一种刹车结构及舵机。
背景技术
舵机是机器人动力输出的核心元器件，其通常包括壳体、电机、减速器等部件。目前，舵机内由于没有刹车结构，使得舵机的电机在掉电后不能快速停止工作，而传统的电机刹车结构虽然技术成熟，但是其结构复杂，体积大；并且，传统电机刹车机构的摩擦片结构限制了刹车对应电机的速度，一般电机的速度必须低于6000rpm；同时，电机刹车结构的寿命会随着摩擦片的磨损而减少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刹车结构，旨在解决目前电机刹车结构的结构复杂、会限制电机的速度以及存在磨损的技术问题。
本发明是这样实现的，一种刹车结构，包括：
刹车盘，套设于电机输出轴外，与所述电机输出轴同步转动；
控制电路板；
直线运动发生器，与所述控制电路板电性连接；
直线运动轴，套设于所述直线运动发生器内，与所述直线运动发生器同轴设置，所述直线运动轴的两端延伸至所述直线运动发生器外；以及
复位弹簧，套设于所述直线运动轴远离所述刹车盘的一端外，用于为所述直线运动轴提供轴向的回复力；
所述刹车盘沿其圆周方向开设有至少一个凹槽，所述直线运动发生器用于在通电时为所述直线运动轴提供一个沿其轴向的作用力，以使所述直线运动轴脱离所述凹槽。
在一个实施例中，所述刹车结构还包括设于所述直线运动轴远离所述刹车盘的一端的接近感应传感器，所述接近感应传感器用于判定所述直线运动轴是否从所述凹槽中脱出。
在一个实施例中，所述直线运动发生器内开设有沿所述电机输出轴的径向延伸的通孔，所述直线运动轴穿设所述通孔，且所述直线运动轴的两端延伸至所述通孔外。
在一个实施例中，所述直线运动轴远离所述刹车盘的一端沿其径向凸出设置有阻挡部，所述复位弹簧的一端抵接于所述阻挡部的端面上。
在一个实施例中，所述直线运动发生器靠近所述控制电路板的一侧设置有第一引脚和第二引脚，所述第一引脚和第二引脚焊接于所述控制电路板上。
在一个实施例中，所述刹车盘包括沿所述电机输出轴的轴向依次连接的第一段、第二段和第三段，所述第三段沿其圆周方向开设有至少一个弧形凹槽。
在一个实施例中，所述第三段沿其圆周方向间隔开设有四个所述弧形凹槽，四个所述弧形凹槽沿所述第三段的圆周方向均匀布置。
在一个实施例中，所述弧形凹槽沿所述第三段的厚度方向贯穿所述刹车盘。
在一个实施例中，所述第二段的外径大于所述第三段的外径，所述第三段的外径大于所述第一段的外径。
本发明的另一目的在于提供一种舵机，其包括如上述所述的刹车结构。
实施本发明的一种刹车结构，具有以下有益效果：该刹车结构包括刹车盘、控制电路板、直线运动发生器、直线运动轴和复位弹簧，其中，直线运动发生器与控制电路板电性连接并通过控制电路板控制其工作状态，直线运动轴与直线运动发生器同轴设置，刹车盘沿其圆周方向开设有至少一个凹槽，直线运动发生器用于在通电时为直线运动轴提供一个沿其轴向的作用力，使得直线运动轴脱离凹槽，解除刹车效果，复位弹簧用于在直线运动发生器断电时为直线运动轴提供轴向的回复力，使得直线运动轴的一端卡入凹槽内，进而使得电机输出轴保持在某一位置，产生刹车的效果；本发明的刹车结构体积小、结构简单，在不增大舵机内部空间的情况下，充分利用舵机的内部空间，并且，本发明的刹车结构与电机速度无关，不会对电机的速度造成限制，同时，不存在磨损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的舵机的剖视结构示意图；
图2是图1中A区域的放大结构示意图；
图3是本发明实施例提供的直线运动轴的立体结构示意图；
图4是本发明实施例提供的刹车盘的立体结构示意图。
上述附图所涉及的标号明细如下：
10-刹车结构；11-刹车盘；110-凹槽；111-第一段；112-第二段；113-第三段；12-控制电路板；121-第一控制电路板；122-第二控制电路板；13-直线运动发生器；14-直线运动轴；141-阻挡部；15-复位弹簧；16-接近感应传感器；20-壳体组件；21-中壳；22-盖体；31-编码器轴；40-电机输出轴；50-电机编码器码盘。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1、图2和图4，本发明实施例提供的刹车结构10包括刹车盘11、控制电路板12、直线运动发生器13、直线运动轴14和复位弹簧15。其中，刹车盘11固定套设于电机输出轴40外，与电机输出轴40同轴设置，并与电机输出轴40同步转动。直线运动发生器13与控制电路板12电性连接，并通过控制电路板12来控制直线运动发生器13的工作状态。直线运动轴14套设于直线运动发生器13内，与直线运动发生器13同轴设置，该直线运动轴14的两端延伸至直线运动发生器13外，同时，该直线运动发生器13还沿电机输出轴40的径向方向设置，即该直线运动轴14的轴向与电机输出轴40的轴向垂直。复位弹簧15套设于直线运动轴14远离刹车盘11的一端外，该复位弹簧15用于为直线运动轴14提供轴向的回复力。刹车盘11沿其圆周方向开设有至少一个凹槽110，直线运动发生器13用于在通电时为直线运动轴14提供一个沿其轴向的作用力，使得直线运动轴14脱离凹槽110，而复位弹簧15用于在直线运动发生器13断电时为直线运动轴14提供一个沿其轴向的回复力，使得直线运动轴14的一端卡入凹槽110内，实现制动。
在本发明实施例中，直线运动轴14指能够做直线运动的棒状体，直线运动发生器13指能够促使直线运动轴14发生直线运动的部件。在具体应用中，直线运动发生器13为磁环座，其应用电磁感应原理产生电动势，进而为直线运动轴14提供一个远离刹车盘11方向的作用力，使得直线运动轴14脱离刹车盘11的凹槽110，进而解除对电机输出轴40的制动。
刹车结构10的工作原理如下：当控制电路板12上的控制电路接收使能命令后，通过预先设计的程序，启动电机，电机输出轴40开始旋转，然后控制电路板12上的控制电路控制直线运动轴14克服复位弹簧15的弹力，使直线运动轴14从刹车盘11的凹槽110中脱出，解除刹车效果；当控制电路板12上的控制电路接收关闭使能命令或者异常情况失去电能，直线运动轴14在复位弹簧15弹力的作用下，卡入刹车盘11的凹槽110中，使电机输出轴40保持在某一位置，产生刹车的效果。
为防止刹车盘11干涉直线运动轴14的正常运动，通常先使电机输出轴40转动一定角度，此时刹车盘11固定连接于电机输出轴40并与电机输出轴40一起旋转一定角度，使得直线运动轴14位于凹槽110的中间段，不会被刹车盘11干涉，该角度可通过刹车盘11上方的电机编码器码盘50确定。
本发明实施例的刹车结构10体积小、结构简单，在不增大整机内部空间的情况下，充分利用整机的内部空间，并且，本发明实施例的刹车结构10与电机速度无关，不会对电机的速度造成限制，同时，不存在磨损。
在一个实施例中，刹车结构10还包括电机编码器码盘50，该电机编码器码盘50套设于刹车盘11外，电机编码器码盘50的下端面与刹车盘11的端面抵接。
在一个实施例中，刹车结构10还包括接近感应传感器16，该接近感应传感器16设于直线运动轴14远离刹车盘11的一端，与直线运动轴14同轴设置并与直线运动轴14的端面间隔设置，该接近感应传感器16用于判断直线运动轴14是否从凹槽110中脱出。在本实施例中，设置接近感应传感器16可以增加系统的可靠性。在具体应用中，接近感应传感器16与控制电路板12电性连接，接近感应传感器16将检测信息发送给控制电路板12上的控制器，控制器根据接收的检测信息对直线运动发生器13进行相应的控制，例如，当接近感应传感器16检测到直线运动轴14未完全脱离凹槽110时，可通过控制器控制直线运动发生器13产生较大的电动势，进而为直线运动轴14提供一个较大的作用力，使得直线运动轴14完全脱离凹槽110。
在一个实施例中，在直线运动发生器13内开设有通孔(未图示)，该通孔沿电机输出轴40的径向方向延伸并贯穿直线运动发生器13，直线运动轴14穿设该通孔，且直线运动轴14的两端延伸至通孔外。在本实施例中，直线运动轴14与通孔间隙配合，以便于直线运动轴14在通孔内做直线运动。在具体应用中，通孔的横截面呈圆形或多边形，其优选为与直线运动轴14的形状相同。
在一个实施例中，请结合图3，在直线运动轴14远离刹车盘11的一端沿其径向凸出设置有阻挡部141，复位弹簧15的一端抵接于该阻挡部141的端面上，复位弹簧15的另一端固定于接近感应传感器16上或者固定于设备的壳体上。在本实施例中，阻挡部141位于直线运动发生器13的通孔外，复位弹簧15的一端抵接于阻挡部141的端面上，以便于复位弹簧15推动直线运动轴14朝凹槽110的方向运动并卡入凹槽110内。可选地，该阻挡部141与直线运动轴14一体成型，以便于简化结构并节约成本。
在一个实施例中，直线运动发生器13焊接于控制电路板12上。具体地，在直线运动发生器13靠近控制电路板12的一侧设置有第一引脚(未图示)和第二引脚(未图示)，该第一引脚和第二引脚焊接于控制电路板12上，以实现直线运动发生器13与控制电路板12的电性连接。
在一个实施例中，控制电路板12包括第一控制电路板121和第二控制电路板122，第一控制电路板121和第二控制电路板122相互平行并固定连接。在本实施例中，第二控制电路板122靠近直线运动发生器13设置，直线运动发生器13焊接于第二控制电路板122上，与第二控制电路板122电性连接并通过第二控制电路板122控制其工作状态。在其它实施例中，根据实际需要还可设置第三或第四等更多层控制电路板12，当然也可以只设置一层控制电路板12。
在一个实施例中，请结合图4，刹车盘11包括沿电机输出轴40的轴向依次固定连接的第一段111、第二段112和第三段113，其中，第三段113沿其周长方向开设有至少一个凹槽110。在本实施例中，凹槽110为弧形凹槽，上述电机编码器码盘50套设于刹车盘11的第一段111外，电机编码器码盘50的下端面与刹车盘11的第二段112的端面抵接。在其它实施例中，凹槽110也可以呈圆形、椭圆形或方形等形状。
第一段111、第二段112和第三段113均呈环形，第一段111、第二段112和第三段113的内径相同。可选地，第二段112的外径大于第三段113和第一段111的外径，第三段113的外径大于第一段111的外径，以便于使整体结构更加紧凑。优选地，第一段111、第二段112和第三段113一体成型，以便于简化结构并节约成本。
在一个实施例中，在刹车盘11的第三段113上沿其圆周方向间隔开设有四个凹槽110，四个凹槽110沿第三段113的圆周方向均匀布置，且四个凹槽110对应的圆心角相同，以便于机加工。在其它实施例中，凹槽110的个数也可以是除四个外的其它个数，多个凹槽110对应的圆心角也可不同，且凹槽110对应的圆心角的度数可根据实际情况进行选择。
在一个实施例中，凹槽110沿第三段113的厚度方向贯穿刹车盘11，以便于直线运动轴14卡入凹槽110并实现刹车效果。在其它实施例中，凹槽110也可以是未贯穿刹车盘11，此时凹槽110的深度应以能卡住直线运动轴14为准。
请一并参阅图1至图4，本发明实施例还提供了一种舵机，其包括如上述任意一个实施例所述的刹车结构10。具体地，舵机还包括壳体组件20、电机组件、减速器(未图示)等，其中，电机组件安装于壳体组件20内，电机组件包括穿设于壳体组件20的电机输出轴40，减速器固定于电机输出轴40远离刹车结构10的一端。壳体组件20包括中壳21以及连接于中壳21远离减速器的一端的盖体22。在具体应用中，在盖体22的内侧面上开设有凹槽，该凹槽用于收容接近感应传感器16，并且，直线运动轴14的一端可延伸至该凹槽内。
舵机还包括编码器轴31，该编码器轴31套设于电机输出轴40内，电机编码器盘50套接于电机输出轴40的端部。
需要指出的是，电机组件还包括定子结构和转子结构，舵机还包括除上述结构外的其它常用结构，在此不做详细说明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种刹车结构，其特征在于，包括：
刹车盘，套设于电机输出轴外，与所述电机输出轴同步转动；
控制电路板；
直线运动发生器，与所述控制电路板电性连接；
直线运动轴，套设于所述直线运动发生器内，与所述直线运动发生器同轴设置，所述直线运动轴的两端延伸至所述直线运动发生器外；以及
复位弹簧，套设于所述直线运动轴远离所述刹车盘的一端外，用于为所述直线运动轴提供轴向的回复力；
所述刹车盘沿其圆周方向开设有至少一个凹槽，所述直线运动发生器用于在通电时为所述直线运动轴提供一个沿其轴向的作用力，以使所述直线运动轴脱离所述凹槽。
2.如权利要求1所述的刹车结构，其特征在于，所述刹车结构还包括设于所述直线运动轴远离所述刹车盘的一端的接近感应传感器，所述接近感应传感器用于判定所述直线运动轴是否从所述凹槽中脱出。
3.如权利要求1所述的刹车结构，其特征在于，所述直线运动发生器内开设有沿所述电机输出轴的径向延伸的通孔，所述直线运动轴穿设所述通孔，且所述直线运动轴的两端延伸至所述通孔外。
4.如权利要求1所述的刹车结构，其特征在于，所述直线运动轴远离所述刹车盘的一端沿其径向凸出设置有阻挡部，所述复位弹簧的一端抵接于所述阻挡部的端面上。
5.如权利要求1所述的刹车结构，其特征在于，所述直线运动发生器靠近所述控制电路板的一侧设置有第一引脚和第二引脚，所述第一引脚和第二引脚焊接于所述控制电路板上。
6.如权利要求1至5任一项所述的刹车结构，其特征在于，所述刹车盘包括沿所述电机输出轴的轴向依次连接的第一段、第二段和第三段，所述第三段沿其圆周方向开设有至少一个弧形凹槽。
7.如权利要求6所述的刹车结构，其特征在于，所述第三段沿其圆周方向间隔开设有四个所述弧形凹槽，四个所述弧形凹槽沿所述第三段的圆周方向均匀布置。
8.如权利要求6所述的刹车结构，其特征在于，所述弧形凹槽沿所述第三段的厚度方向贯穿所述刹车盘。
9.如权利要求6所述的刹车结构，其特征在于，所述第二段的外径大于所述第三段的外径，所述第三段的外径大于所述第一段的外径。
10.一种舵机，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的刹车结构。
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