CN110410438A - 一种协作机器人及伺服电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种伺服电机，包括输出轴和固设于输出轴端部且外周具有若干制动卡爪的制动盘，及沿径向与制动盘错开设置并沿轴向相对于制动盘滑动直至与任一制动卡爪相抵的制动驱动部。当制动驱动部与制动卡爪相抵时，制动驱动部阻止与制动盘相连的输出轴转动；当制动驱动部与制动卡爪脱离接触时，制动盘随输出轴同步转动。制动驱动部与制动盘沿输出轴的径向错开设置，避免二者沿轴向设置，保证伺服电机的结构及相关连接部件在轴向的结构紧凑；制动驱动部与制动卡爪的抵接设置能够避免摩擦片产生的碎屑钻入核心部件。因此，本发明所提供的伺服电机能够使协作机器人的结构更紧凑、可靠性更高。本发明还公开一种包含伺服电机的协作机器人。

Description

一种协作机器人及伺服电机

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种伺服电机。本发明还涉及一种包含上述伺服电机的协作机器人。

背景技术

劳动年龄人口的负增长使工业朝着智能化和自动化的方向发展，在工业中扮演着重要角色的协作机器人越来越受到重视，从而优化用于驱动协作机器人动作的伺服电机显得尤为重要。

现有伺服电机通常有电磁制动、再生制动和动态制动三种，其中电磁制动主要是利用机械装置锁住伺服电机的输出轴。常见的电磁制动器分两类：

一是具有摩擦片的电磁制动器，此类电磁制动器主要依靠多个摩擦片的相互摩擦后产生的制动力矩来阻止伺服电机的输出轴快速转动，但是，摩擦片长期工作后产生的碎屑极易钻入伺服电机、谐波减速器及光电编码器等核心部件，严重影响协作机器人可靠安全地工作；

二是兼具电磁铁和刹车盘的电磁制动器，通常情况下，刹车盘沿轴向与伺服电机的输出轴相连，电磁铁固定于伺服电机的壳体上，当得电时，电磁铁吸合，刹车盘能够相对于伺服电机的输出轴自由旋转；当失电时，电磁铁释放，电磁铁的铁芯伸出以阻挡刹车盘旋转，从而阻挡伺服电机的输出轴旋转，然而，此类电磁制动器因通常需承受较大的制动力矩而使电磁铁的铁芯尺寸足够大，且电磁制动器通常沿伺服电机的轴向设置，导致协作机器人的整体结构不紧凑。

因此，如何使现有协作机器人的结构紧凑且工作可靠是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种协作机器人及伺服电机，结构设置合理，使得协作机器人的结构更紧凑、可靠性更高。

其具体方案如下：

本法提供一种伺服电机，包括：

用于输出转矩的输出轴；

固设于输出轴端部且外周具有若干制动卡爪的制动盘；

沿径向与制动盘错开设置并沿轴向相对于制动盘滑动直至与任一制动卡爪相抵以阻止输出轴转动的制动驱动部。

优选地，还包括外壳，制动驱动部包括：

安装于外壳端部所设的安装槽的制动销；

安装于安装槽且两端分别与安装槽和制动销相抵的复位弹性件；

设于制动销顶部、用于在得电时驱动制动销沿轴向移动以使制动销远离制动卡爪并在失电时使制动销依靠复位弹性件复位以阻挡制动卡爪的电磁驱动组件。

优选地，制动驱动部还包括：

设于制动销与安装槽之间并用于限定制动销相对于安装槽周向转动的限位凸起和限位凹槽。

优选地，制动驱动部还包括：

用于发出警报的报警器；

用于检测制动销与制动卡爪抵接状态的状态检测件；

与报警器和状态检测件相连的控制器，控制器根据输入的制动指令及状态检测件发送的信号在制动销与制动卡爪脱离接触时或根据输入转动指令及状态检测件发送的信号在制动销与制动卡爪相抵时启动报警器。

优选地，电磁驱动组件与控制器相连，控制器用于根据输入的制动指令控制电磁驱动组件失电以使制动销与制动卡爪相抵，或用于根据输入的转动指令控制电磁驱动组件得电以驱动制动销远离制动卡爪。

优选地，还包括：

与控制器相连并用于检测输出轴的当前加速度的加速度检测件；控制器用于根据加速度检测件发送的信号在当前加速度大于预设加速度时接收加速度检测件发送的制动指令。

优选地，还包括：

用于供给电源的电源线；

与控制器相连、用于检测电源线电流的电流检测件；控制器用于根据电流检测件发送的信号在电源线的电流为零时接收电流检测件发送的制动指令。

优选地，还包括：

与控制器相连、用于输入制动指令至控制器的制动启动按钮；

与控制器相连、用于输入转动指令至控制器的正常转动按钮。

优选地，还包括：

可拆卸地固定于输出轴端部且具有与制动盘可拆卸连接的支撑凸缘以实现支撑制动盘的连接盘，连接盘沿轴向的投影落于制动盘上。

本发明还提供一种协作机器人，包括执行关节和上述任一项所述的伺服电机，伺服电机与执行关节相连以驱动执行关节动作。

相对于背景技术，本发明提供一种伺服电机包括输出轴、制动盘和制动驱动部。

当制动驱动部与制动卡爪相抵时，制动驱动部通过制动卡爪阻止与制动盘相连的输出轴转动，输出轴实现制动；当制动驱动部与制动卡爪脱离接触时，制动盘随输出轴同步转动，输出轴正常转动。

制动驱动部与制动盘沿输出轴的径向错开设置，避免二者沿轴向设置，保证伺服电机在轴向的结构紧凑，同时保证伺服电机与其他部件在轴向连接更紧凑，从而使协作机器人的结构更紧凑；进一步地，制动驱动部与制动卡爪的抵接设置能够避免摩擦片产生的碎屑钻入核心部件，降低协作机器人因碎屑产生故障的概率，可靠性自然有所提升。

因此，本发明所提供的伺服电机能够使协作机器人的结构更紧凑、可靠性更高。

本发明所提供包含上述伺服电机的协作机器人，具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施例所提供伺服电机的结构图；

图2为图1的爆炸结构图；

图3为图1中电磁驱动组件的结构图。

附图标记如下：

输出轴1、外壳2、制动盘3、连接盘4和制动驱动部5；

安装槽21；

制动卡爪31；

制动销51、复位弹性件52、电磁驱动组件53和状态检测件54；

驱动杆531、线圈532和支撑座533。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明一种具体实施例所提供伺服电机的结构图；图2为图1的爆炸结构图；图3为图1中电磁驱动组件的结构图。

本发明实施例公开了一种伺服电机，关键改进在于优化制动驱动部5并调整制动驱动部5的安装方式，使协作机器人的结构更紧凑、可靠性更高。

本发明包括输出轴1，输出轴1主要用于输出转矩，以驱动末端执行部件实现相应的动作，例如驱动协作机器人的执行关节转动或移动，输出轴1的安装方式及结构可参照现有技术。

需说明的是，文中的轴向均是指平行与输出轴1中心轴线方向，径向是指平行于输出轴1半径的方向。

本发明还包括制动盘3和制动驱动部5，其中，制动盘3固设于输出轴1的端部，且制动盘3的外周具有若干制动卡爪31。

在该具体实施例中，制动盘3呈圆盘状，制动卡爪31具体为由制动盘3的外周沿制动盘3的径向向外延伸的三角状制动卡爪。

在该具体实施例中，本发明还包括可拆卸地固定于输出轴1端部的连接盘4，连接盘4具体通过若干连接螺钉固定于输出轴1的端部，连接盘4的外周面呈阶梯状，使连接盘4靠近输出轴1的一端形成支撑凸缘，制动盘3套于连接盘4且与支撑凸缘相抵，制动盘3通过若干连接螺钉可拆卸地固定于支撑凸缘上，从而使支撑凸缘实现支撑制动盘3。

进一步地，为防止支撑凸缘干扰制动驱动部5与制动盘3相抵，连接盘4沿输出轴1轴向的投影落于制动盘3上。具体地，支撑凸缘呈圆盘状，连接盘4的外径大于等于支撑凸缘的外径，保证制动驱动部5与制动盘3可靠抵接，有利于提升可靠性。当然，制动盘3的固定方式不限于此。

鉴于制动驱动部5能够沿轴向相对于制动盘3滑动，当制动驱动部5滑动至与任一与制动卡爪31相抵时，制动驱动部5通过制动卡爪31阻止制动盘3转动，从而阻止与制动盘3相固连的输出轴1转动，使输出轴1实现制动；当制动驱动部5滑动至与制动卡爪31脱离接触时，制动盘3随输出轴1同步转动，使输出轴1正常转动。

制动驱动部5与制动盘3沿输出轴1的径向错开设置，也即制动驱动部5的中心轴线与输出轴1的中心轴线相平行且二者沿输出轴1的半径方向错开分布，避免二者沿轴向设置，保证伺服电机在轴向的结构紧凑，同时保证伺服电机与其他部件在轴向连接更紧凑，从而使协作机器人的结构更紧凑；进一步地，制动驱动部5与制动卡爪31的抵接设置，能够避免摩擦片产生的碎屑钻入核心部件，降低协作机器人因碎屑产生故障的概率，可靠性自然有所提升。

综上所述，本发明所提供的伺服电机能够使协作机器人的结构更紧凑、可靠性更高。

在该具体实施例中，本发明还包括安装于输出轴1外周的外壳2，输出轴1穿过外壳2的一端并从外壳2的端部伸出以方便安装制动盘3、减速器等部件。

可选地，制动驱动部5包括制动销51、复位弹性件52和电磁驱动组件53。外壳2靠近制动盘3的一端设于用于供制动销51插入的安装槽21，安装槽21优选为圆柱状盲孔，相应地，制动销51为圆柱销。为防止制动销51完全坠入安装槽21，制动销51远离安装槽21的一端止挡块，止挡块优选呈圆柱状，且止挡块的外径大于制动销51的外径。

复位弹性件52安装于安装槽21内，且复位弹性件52的两端分别与安装槽21和制动销51相抵。具体地，复位弹性件52与安装槽21之间为间隙配合，且复位弹性件52优选为普通圆柱弹簧。

电磁驱动件设于制动销51顶部，用于推动制动销51压向或远离制动卡爪31。在该具体实施例中，电磁驱动件包括驱动杆531、线圈532和支撑座533。其中，驱动杆531具体为圆柱衔铁，当复位弹性件52处于自然状态时，驱动杆531与止挡块的相抵，且驱动杆531与制动销51同轴设置。

线圈532设于驱动杆531，用于带动驱动杆531沿轴向滑动。当线圈532得电时，线圈532的产生的磁场吸合驱动杆531下压，驱动杆531推动制动销51克服复位弹性件52的弹性力沿轴向下移，使制动销51远离制动卡爪31，从而使制动盘3随输出轴1同步转动；当线圈532失电时，复位弹性件52依靠弹性力恢复弹性变形，从而使复位弹性件52推动制动销51上移，制动销51带动驱动杆531上移直至复位，使制动销51与制动卡爪31相抵，制动销51制动制动盘3转动，进而阻止输出轴1转动。

支撑座533具体为两根沿输出轴1的轴向延伸且设于壳体靠近制动盘3的一端的支撑立柱，支撑立柱穿过线圈532外周所设的支撑孔。当然，支撑座533的结构不限于此。

进一步地，在该具体实施例中，为确保制动销51与制动卡爪31可靠相抵，制动卡爪31设有与制动销51相抵的抵接凹槽。具体地，制动销51呈圆柱状，抵接凹槽便为圆弧状凹槽，抵接凹槽的结构在此不做具体限定，具体可依据制动销51的结构设定。

更进一步地，在该具体实施例中，制动驱动部5还包括设于制动销51与所述安装槽21之间的限位凸起和限位凹槽，从而限定制动销51在制动卡爪31作用下相对于安装槽21周向转动，从而保证制动销51可靠地阻止制动卡爪31转动，有利于进一步提升可靠性。

具体地，限位凸起为两条相对地设于制动销51外周的长方体状凸起，相应地，限位凹槽为两条相对于设有安装槽21两相对侧的长方体状凹槽，从而使限位凸起与限位凹槽相配合，当然，限位凸起和限位凹槽的结构及数量均不限于此。

在该具体实施例中，制动驱动部5包括报警器、状态检测件54和控制器。其中，报警器用于发出报警信号，提醒操作人员及时观察制动驱动部5是否正常工作。报警器优选声光报警器。

状态检测件54用于检测制动销51与制动卡爪31抵接状态。在该具体实施例中，状态检测件54可以是摄像头、工业相机等图像识别设备，还可以是行程开关或接触测量传感器等检测元件，在此不做具体限定。具体地，状态检测件54优选为安装于外壳2端部的接触测量传感器，当制动销51的止挡块与接触测量传感器相抵或在接触测量传感器检测范围内时，意味着制动销51下移至极限位置，此时制动销51与制动卡爪31脱离接触。当制动销51的止挡块与接触测量传感器不接触或位于接触测量传感器的检测范围外时，意味着制动销51处于初始位置，此时制动销51能够与制动卡爪31相抵。

控制器与报警器、状态检测件54和电磁驱动件电连接。当输入制动指令至控制器且制动销51与制动卡爪31脱离接触时，意味着理论上需制动销51需与制动卡爪31相抵而制动销51与制动卡爪31实际上并未相抵，也即制动驱动部5出现制动失误现象，此时状态检测件54发送触发信号至控制器，控制器启动报警发出警报，提醒操作人员及时进行手动制动；进一步地，当输入转动指令至控制器且制动销51与制动卡爪31相抵时，意味着理论上需制动销51需与制动卡爪31脱离接触而制动销51与制动卡爪31实际上却相互抵接，也即制动驱动部5出现制动失误现象，此时状态检测件54发送触发信号至控制器，控制器启动报警发出警报，提醒操作人员及时进行手动制动。

控制器、报警器和状态检测件54相互配合能够实现自动检测故障，并在故障时自动发出警报，自动程度高，安全性高，能够有效避免制动驱动部5出现制动失效现象，使伺服电机能够及时且可靠地制动，从而更进一步提升伺服电机的可靠性。

为进一步提升自动化程度，在该具体实施例中，电磁驱动组件53与控制器相连，当控制器接收到制动指令时，控制器控制电磁驱动组件53失电，制动销51在复位弹性件52的作用下上移，使制动销51与制动卡爪31相抵，从而实现自动制动输出转转动；当控制器接收到转动指令时，控制器控制电磁驱动组件53得电，驱动杆531推动制动销51下移以远离制动卡爪31，从而实现自动解除制动，自动化程度高，可靠性更高。

在该具体实施例中，为进一步提升可靠性，上述制动指令的获取方式可通过检测元件自动获取，本发明还包括与控制器相连的加速度检测件，以便检测输出轴1的当前加速度。此处的加速度检测件可以是加速度传感器。当输出轴1的当前加速度大于预设加速度时，加速度检测件发送信号至控制器，控制器接收加速度检测件发送的触发信号，该触发信号便为制动指令，从而在伺服电机急停时实现自动获取制动指令，进而在伺服电机急停时实现自动制动，可靠性较高。

可选地，还可以利用电流检测件实现自动获取制动指令，在该具体实施例中，本发明还包括用于为伺服电机供应电源的电源线，电流检测件设于电源线上，用于检测电源线电流。电流检测件可以使电流检测传感器。电流检测件与控制器相连，当电流检测件检测到电源线的电流为零时，电流检测件发送信号至控制器，控制器接收电流检测件发送的触发信号，该触发信号便为制动指令，从而在伺服电机断电时实现自动获取制动指令，进而在伺服电机断电时实现自动制动，可靠性较高。

可选地，还可以通过制动启动按钮获取制动指令或通过正常转动按钮获取转动指令。在该具体实施例中，本发明包括分别与控制器相连的制动启动按钮和正常转动按钮。当按压制动启动按钮，制动启动按钮发送触发信号至控制器，该触发信号便为制动指令，使伺服电机实现制动。当按压正常转动按钮，正常转动按钮发送触发信号至控制器，该触发信号便为转动指令，使伺服电机正常转动，输出转矩。

当然，制动指令及转动指令的获取方式不限于此，采用其他类型的检测元件或结构并不影响实现本发明的目的。

本发明还提供一种协作机器人，包括执行关节和上述伺服电机，伺服电机与执行关节相连，以便伺服电机驱动执行关节执行相应的动作，协作机器人具有相同的有益效果。

以上对本发明所提供的协作机器人及伺服电机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种伺服电机，其特征在于，包括：

用于输出转矩的输出轴(1)；

固设于所述输出轴(1)端部且外周具有若干制动卡爪(31)的制动盘(3)；

沿径向与所述制动盘(3)错开设置并沿轴向相对于所述制动盘(3)滑动直至与任一所述制动卡爪(31)相抵以阻止所述输出轴(1)转动的制动驱动部(5)。

2.根据权利要求1所述的伺服电机，其特征在于，还包括外壳(2)，所述制动驱动部(5)包括：

安装于所述外壳(2)端部所设的安装槽(21)的制动销(51)；

安装于所述安装槽(21)且两端分别与所述安装槽(21)和所述制动销(51)相抵的复位弹性件(52)；

设于所述制动销(51)顶部、用于在得电时驱动所述制动销(51)沿轴向移动以使所述制动销(51)远离所述制动卡爪(31)并在失电时使所述制动销(51)依靠所述复位弹性件(52)复位以阻挡所述制动卡爪(31)的电磁驱动组件(53)。

3.根据权利要求2所述的伺服电机，其特征在于，所述制动驱动部(5)还包括：

设于所述制动销(51)与所述安装槽(21)之间并用于限定所述制动销(51)相对于所述安装槽(21)周向转动的限位凸起和限位凹槽。

4.根据权利要求2所述的伺服电机，其特征在于，所述制动驱动部(5)还包括：

用于发出警报的报警器；

用于检测所述制动销(51)与所述制动卡爪(31)抵接状态的状态检测件(54)；

与所述报警器和所述状态检测件(54)相连的控制器，所述控制器根据输入的制动指令及所述状态检测件(54)发送的信号在所述制动销(51)与所述制动卡爪(31)脱离接触时或根据输入所述转动指令及所述状态检测件(54)发送的信号在所述制动销(51)与所述制动卡爪(31)相抵时启动所述报警器。

5.根据权利要求4所述的伺服电机，其特征在于，所述电磁驱动组件(53)与所述控制器相连，所述控制器用于根据输入的所述制动指令控制所述电磁驱动组件(53)失电以使所述制动销(51)与所述制动卡爪(31)相抵，或用于根据输入的所述转动指令控制所述电磁驱动组件(53)得电以驱动所述制动销(51)远离所述制动卡爪(31)。

6.根据权利要求4所述的伺服电机，其特征在于，还包括：

与所述控制器相连并用于检测所述输出轴(1)的当前加速度的加速度检测件；所述控制器用于根据所述加速度检测件发送的信号在所述当前加速度大于预设加速度时接收所述加速度检测件发送的所述制动指令。

7.根据权利要求4所述的伺服电机，其特征在于，还包括：

用于供给电源的电源线；

与所述控制器相连、用于检测所述电源线电流的电流检测件；所述控制器用于根据所述电流检测件发送的信号在所述电源线的电流为零时接收所述电流检测件发送的所述制动指令。

8.根据权利要求4所述的伺服电机，其特征在于，还包括：

与所述控制器相连、用于输入所述制动指令至所述控制器的制动启动按钮；

与所述控制器相连、用于输入所述转动指令至所述控制器的正常转动按钮。

9.根据权利要求1至7任一项所述的伺服电机，其特征在于，还包括：

可拆卸地固定于所述输出轴(1)端部且具有与所述制动盘(3)可拆卸连接的支撑凸缘以实现支撑所述制动盘(3)的连接盘(4)，所述连接盘(4)沿轴向的投影落于所述制动盘(3)上。

10.一种协作机器人，包括执行关节和权利要求1至9任一项所述的伺服电机，所述伺服电机与所述执行关节相连以驱动所述执行关节动作。