CN110561490A - 一种内嵌电磁制动的机器人关节模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内嵌电磁制动的机器人关节模组，电机组件；谐波减速器组件，其连接在所述电机组件的转轴一端，所述转轴中设置一中空保护管；输出法兰，其设置在所述谐波减速器组件输出端；以及制动器组件，其结合设置在所述电机组件尾部空间，所述制动器组件中的刹车片套设在所述转轴外周且与所述转轴同步转动，所述刹车片选择性制动。本发明根据中空一体机的结构特征，配套设置了一种内嵌电磁制动组件，简化制动组件结构，将整机小型化、轻量化，解决了现有电机技术领域中因采用标准电磁制动成品而造成安装体积过大且中空孔无法做大的技术问题。

Description

一种内嵌电磁制动的机器人关节模组

技术领域

本发明涉及电机减速器一体机技术领域，具体涉及一种内嵌电磁制动的机器人关节模组。

背景技术

电机和谐波减速器组合成的一体机是一种通用的旋转执行元件，能对外输出高精度高扭矩的旋转运动。目前，一体机制动功能的实现主要有两种形式，即：采用插销结构实现制动功能；采用电磁制动结构实现制动功能。

插销结构实现制动，如图10所示，即是利用安装在轴向方向，且离电机主轴线一定距离的电磁推杆，制动插销与复位弹簧组成的制动执行机构与安装在主轴上的圆形刹车爪盘配合完成制动动作，在无需制动的时候，电磁推杆上电推动插销让出爪盘运动路径，在需要制动的时候，电磁推杆断电，插销在复位弹簧的作用下回到原来的位置占据卡爪的运动路径实现制动。插销结构制动，由于其自身结构的限制，目前只能应用在断电保护和紧急制动工况下，不能应用于功能性刹车工况，且由于其刹车特征为硬限位刹车，在一次刹车之后，重新释放刹车的时候会出现卡死情况，这就对特别是多轴的服务类协作机器人的控制上制造了很大的麻烦；

电磁制动结构实现制动，如图11所示，即是在不需要制动力的情况下，给制动线圈通电产生磁力吸引制动衔铁片释放刹车片实现与刹车片配合的电机轴的自由转动，在需要制动力的情况下，制动线圈断电，制动衔铁由于复位弹簧的作用紧紧压住刹车片，实现对主轴制动的功能。电磁制动结构实现制动，虽然在使用上相对插销结构制动有控制简单，使用广泛的优势，但是目前由于市面上的电磁制动器都是标准成品，由于自身结构的特殊性，其大重量，大体积，中空孔径很难做到很大，和安装时一体机内部空间不能得到充分利用的缺点不能让其很好的适配到力求小体积，轻量化和大中空孔径的一体机领域上。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的目的是提供一种内嵌电磁制动的机器人关节模组，根据中空一体机的结构特征，配套设置了一种内嵌电磁制动组件，简化制动组件结构，将整机小型化、轻量化，解决了现有电机技术领域中因采用标准电磁制动成品而造成安装体积过大且中空孔无法做大的技术问题。

解决了现有复合关节尺寸过大、传动复杂的技术问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种内嵌电磁制动的机器人关节模组，包括：

电机组件；

谐波减速器组件，其连接在所述电机组件的转轴一端，所述转轴中设置一中空保护管；

输出法兰，其设置在所述谐波减速器组件输出端；以及

制动器组件，其结合设置在所述电机组件尾部空间，所述制动器组件中的刹车片套设在所述转轴外周且与所述转轴同步转动，所述刹车片选择性制动。

优选的，所述电机组件包括：

电机壳体，其为一圆盘式结构，包括第一圆盘环体和第一圆盘底座，所述谐波减速器组件连接在所述第一圆盘底座外侧端，且所述第一圆盘底座中心开设一第一通孔；

电机定子，其通过过盈配合压入所述第一圆盘环体腔内；

转轴，其同轴设置在所述电机壳体中心轴上，所述转轴前端贯穿所述第一通孔与所述谐波减速器组件输入端连接；以及

磁钢，其通过胶水粘接在所述转轴上，且所述磁钢同轴间隔设置在所述电机定子的内侧空间。

优选的，所述制动器组件包括：

制动器端盖，其同为一圆盘式结构，包括第二圆盘环体和第二圆盘底座，所述制动器端盖的开口端对接在所述电机壳体的开口端上，所述第二圆盘底座中心开设一第二通孔，所述第二通孔外周的所述第二圆盘底座内侧壁上开设一内环形凹槽；

制动线圈，其通过灌胶工艺封存在所述内环形凹槽内；

制动器衔铁，其弹性活动设置在所述制动线圈的内侧端；

制动器上板，其间隔连接在所述第二圆盘底座内侧壁上；以及

刹车片，其被夹设在所述制动器衔铁和制动器上板之间。

优选的，所述转轴为一空心式结构，所述中空保护管贯穿设置在所述转轴中，所述中空保护管的前端延伸至所述谐波减速器组件中并与所述输出法兰同轴连接；

所述转轴前侧通过一前轴承配合连接在所述第一通孔中，所述转轴后侧通过一后轴承配合连接在所述第二通孔中，所述磁钢设置在所述前轴承与后轴承之间的所述转轴上。

优选的，所述内环形凹槽与所述第二通孔同轴设置，所述内环形凹槽外周的所述第二圆盘底座内侧壁上开设有若干个安装孔和螺纹孔，所述安装孔和螺纹孔间隔分布，所述安装孔中安装有压紧弹簧，所述压紧弹簧抵触在所述制动器衔铁内侧壁上。

优选的，所述刹车片的外径小于所述制动器衔铁和制动器上板的外径，所述制动器上板外周对称开设有若干第三通孔，所述第三通孔与所述螺纹孔一一对应，且所述第三通孔与所述螺纹孔之间夹设有定高柱，所述制动器上板通过沉头螺钉依次穿过所述第三通孔、定高柱的通孔后拧紧在所述制动器端盖的螺纹孔内。

优选的，所述定高柱的长度大于所述制动器衔铁与刹车片的叠加厚度，且所述安装孔底部与所述制动器衔铁之间的最大间距小于所述压紧弹簧正常状态时的长度。

优选的，所述制动器衔铁覆盖在所述制动线圈外侧，且所述制动器衔铁外周对称开设有若干卡槽，所述定高柱贯穿卡设在所述卡槽中。

优选的，所述制动器上板、刹车片和制动器衔铁依次位于所述磁钢与制动线圈之间的所述第二圆盘环体中，所述转轴依次贯穿所述制动器组件轴中心，所述刹车片轴中心开设有四方通孔，所述刹车片中心对应的所述转轴上设置为四方轴段，所述四方通孔套设在所述四方轴段外周，且所述四方轴段的边长介于所述四方通孔边长与对角线长度之间。

优选的，所述第二圆盘底座外侧端连接一编码器外罩，所述编码器外罩中设置有编码器组件，所述编码器组件包括编码圆盘和信号收发器，所述转轴的尾端从所述第二通孔的尾端引出并伸入至所述编码器外罩中，所述编码圆盘安装在所述转轴的引出端外周，所述信号收发器固定在所述编码器外罩中，且所述信号收发器与所述编码圆盘间隔对准。

与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：

本发明的电磁制动组件结构简单紧凑，设计合理，运行稳定，在满足使用功能的情况下充分利用了一体机内部空间，使得一体机能在增加电磁制动功能的情况下，依然可以保持小体积，轻量化，大中空孔径等优点。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明整体结构的外观示意图 ；

图2是电机组件和制动器组件的剖视图；

图3是制动器组件的结构示意图；

图4是制动器端盖的结构示意图；

图5是制动器组件的剖视图；

图6是图5中局部I的结构示意图；

图7是制动器衔铁的结构示意图；

图8是刹车片与转轴的装配结构示意图；

图9是本发明机器人关节模组的爆炸图；

图10是现有技术中的插销制动结构示意图；

图11是现有技术中的电磁制动结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。

如图1-9所示，本发明提供了一种内嵌电磁制动的机器人关节模组，由输出法兰5，谐波减速器组件2，电机组件3，制动器组件4，编码器组件5和中空保护管6等部分组成。

本发明中，电机组件3采用为内转子电机，包括：电机壳体31、电机定子32、转轴35和磁钢33，电机壳体31为一圆盘式结构，包括第一圆盘环体311和第一圆盘底座312，所述谐波减速器组件2连接在所述第一圆盘底座312外侧端，且所述第一圆盘底座312中心开设一第一通孔；电机定子32通过过盈配合压入所述第一圆盘环体311腔内。

转轴35同轴设置在所述电机壳体31中心轴上，所述转轴35前端贯穿所述第一通孔与所述谐波减速器组件2输入端连接；本发明电机的转轴35中设置一中空保护管6，以便于走线。也就是说，所述转轴35为一空心式结构，所述中空保护管6贯穿设置在所述转轴35中，所述中空保护管6的前端延伸至所述谐波减速器组件2中并与所述输出法兰5同轴连接。

磁钢33通过胶水粘接在所述转轴35上，且所述磁钢33同轴间隔设置在所述电机定子32的内侧空间，从而形成完整的内转子电机，谐波减速器组件2连接在所述电机组件3的转轴35一端，输出法兰5设置在所述谐波减速器组件2输出端，作为整机的输出端，从而形成中空轴减速一体机，应用于机器人等上必备的旋转执行元件。

为了实现一体的制动功能，本发明中涉及了适用于中空一体机的制动器组件4，结合电机组件3尾部空间的特征，将制动器组件4设置在所述电机组件3尾部空间，从而充分利用电机组件3尾部空间，无需新增安装空间，从而整个关节模组小型化，轻量化。

具体的，所述制动器组件4包括：制动器端盖41、制动线圈42、制动器衔铁43、制动器上板47和刹车片46等组件，制动器端盖41同为一圆盘式结构，包括第二圆盘环体413和第二圆盘底座412，所述制动器端盖41的开口端通过螺钉411对接安装在所述电机壳体31的开口端上，从而形成一连接整体结构，所述第二圆盘底座412中心开设一第二通孔415，所述转轴35前侧通过一前轴承36配合连接在所述第一通孔中，所述转轴35后侧通过一后轴承34配合连接在所述第二通孔415中，也就是将前轴承36与后轴承34与转轴35连接，其中前轴承36与电机壳体31配合，后轴承34与制动器组件4配合，共同支撑起转轴35的运转。

同时，将所述磁钢33设置在所述前轴承36与后轴承34之间的所述转轴35上，以带动整个转轴35转动，通过谐波减速器组件2减速后，由输出法兰5对外输出。

所述第二通孔415外周的所述第二圆盘底座412内侧壁上开设一内环形凹槽49，所述内环形凹槽49与所述第二通孔415同轴设置，制动线圈42通过灌胶工艺封存在所述内环形凹槽49内；制动器衔铁43弹性活动设置在所述制动线圈42的内侧端，制动线圈42用于吸附制动器衔铁43动作，当制动线圈42通电时，产生电磁力，由于电磁力的吸力作用，使制动器衔铁43向制动器端盖41一侧运动，直到制动器衔铁43抵触在第二圆盘底座412内侧壁上；当制动线圈42断电时，则制动线圈42将制动器衔铁43释放。

制动器上板47间隔连接在所述第二圆盘底座412内侧壁上；而刹车片46被夹设在所述制动器衔铁43和制动器上板47之间，且刹车片46套设在所述转轴35外周且与所述转轴35同步转动，所述刹车片46选择性制动。具体的，当制动线圈42通电将制动器衔铁43向制动器端盖41一侧运动，使得刹车片46从制动器上板47和制动器衔铁43之间松开，并与转轴35同步转动。而当制动线圈42断电时，制动器衔铁43被释放向制动器上板47一侧移动复位，重新将刹车片46夹紧，使得转轴35制动，实现刹车功能。

为了实现刹车片46的自动复位功能，本实施例中，在所述内环形凹槽49外周的所述第二圆盘底座412内侧壁上开设有若干个安装孔416和螺纹孔414，所述安装孔416和螺纹孔414间隔分布，每个所述安装孔416中安装有压紧弹簧48，所述压紧弹簧48抵触在所述制动器衔铁43内侧壁上，将制动器衔铁43向制动器上板47方向移动直至抵触在刹车片46侧壁上，将刹车片46夹紧。而制动线圈42通电将制动器衔铁43向制动器端盖41一侧运动，电磁力克服压紧弹簧48弹力将其压缩，使得刹车片46从制动器上板47和制动器衔铁43之间松开。

为了实现制动器上板47的定位安装，在上述技术方案中，所述刹车片46的外径小于所述制动器衔铁43和制动器上板47的外径，所述制动器上板47外周对称开设有若干第三通孔，所述第三通孔与所述螺纹孔414一一对应，且所述第三通孔与所述螺纹孔414之间夹设有定高柱44，所述制动器上板47通过沉头螺钉45依次穿过所述第三通孔、定高柱44的通孔后拧紧在所述制动器端盖41的螺纹孔414内，从而将制动器上板47间隔安装在所述第二圆盘底座412内侧壁上。

定高柱44被夹设在制动器上板47与第二圆盘底座412内侧壁之间，保证了其两者的绝对间距，同时，所述定高柱44的长度大于所述制动器衔铁43与刹车片46的叠加厚度，使得在制动器衔铁43与第二圆盘底座412内侧壁之间形成一小间隙，为制动器衔铁43的轴向移动预留空间。且所述安装孔416底部与所述制动器衔铁43之间的最大间距小于所述压紧弹簧48正常状态时的长度，使得当制动线圈42断电时，制动器衔铁43被释放，在压紧弹簧48的作用下向制动器上板47一侧推动复位，将刹车片46夹紧，使得转轴35制动，实现刹车功能。

为了保证制动线圈42有足够的电磁力克服压紧弹簧48的弹力将制动器衔铁43吸附，本实施例中，将所述制动器衔铁43正对覆盖在所述制动线圈42外侧，且所述制动器衔铁43外周对称开设有若干卡槽431，所述定高柱44贯穿卡设在所述卡槽431中，即实现了对制动器上板47的安装固定，又不影响制动器衔铁43的轴向移动，同时，卡槽431和定高柱44为制动器衔铁43的轴向移动提供了导向作用。

所述制动器上板47、刹车片46和制动器衔铁43依次位于所述磁钢33与制动线圈42之间的所述第二圆盘环体413中，以充分利用电机尾部空间，所述转轴35依次贯穿所述制动器组件4轴中心，所述刹车片46轴中心开设有四方通孔，所述刹车片46中心对应的所述转轴35上设置为四方轴段，所述四方通孔套设在所述四方轴段外周，且所述四方轴段的边长介于所述四方通孔边长与对角线长度之间，从而将刹车片46限制在四方轴段上，实现刹车片46与转轴35的同步转动，当刹车片46被刹车制动时，同步将转轴35刹车制动。

上述技术方案中，所述第二圆盘底座412外侧端连接一编码器外罩，所述编码器外罩中设置有编码器组件5，所述编码器组件5包括编码圆盘和信号收发器，所述转轴35的尾端从所述第二通孔415的尾端引出并伸入至所述编码器外罩中，所述编码圆盘安装在所述转轴35的引出端外周，所述信号收发器固定在所述编码器外罩中，且所述信号收发器与所述编码圆盘间隔对准，编码圆盘与转轴35同步转动，信号收发器用于接收编码圆盘的转动信号，实现对转速的监测。

由上所述，制动器上板47通过沉头螺钉45将拧紧在制动器端盖41的螺纹孔414内，由于压紧弹簧48的回弹力作用，在沉头螺钉45拧紧的过程中，刹车片46会被制动器上板47与制动器衔铁43紧紧夹在中间，同时制动器衔铁43会与制动器端盖41的内平面间有一个实现刹车片脱离的小间隙。同时电机转轴35上的四方轴段与刹车片45的四方通孔配合，本内嵌电磁制动的机器人关节模组在正常运行过程中，制动线圈通电产生电磁力，由于电磁力的吸力作用，使制动器衔铁向制动器端盖一侧运动，行程为制动器衔铁与制动器端盖中预留的小间隙，当制动器衔铁与制动器端盖吸合牢固后，此时压紧弹簧压缩量为最大，由于刹车片与转轴之间是间隙配合，刹车片被释放开的同时，刹车片便可以与转轴一起正常的转动，实现整个一体机的对外输出；当一体机需要进行制动时，制动线圈断开电源失去电磁力，制动器衔铁在压紧弹簧的回弹力作用下，向远离制动器端盖的一侧运动，最后与制动器上板一起将刹车片压紧，同时转轴由于与刹车片的四方孔的配合也不能转动，达到制动的目的。

本发明的电磁制动组件结构简单紧凑，设计合理，运行稳定，在满足使用功能的情况下充分利用了一体机内部空间，使得一体机能在增加电磁制动功能的情况下，依然可以保持小体积，轻量化，大中空孔径等优点。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，包括：

电机组件；

谐波减速器组件，其连接在所述电机组件的转轴一端，所述转轴中设置一中空保护管；

输出法兰，其设置在所述谐波减速器组件输出端；以及

制动器组件，其结合设置在所述电机组件尾部空间，所述制动器组件中的刹车片套设在所述转轴外周且与所述转轴同步转动，所述刹车片选择性制动。

2.如权利要求1所述的内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，所述电机组件包括：

电机壳体，其为一圆盘式结构，包括第一圆盘环体和第一圆盘底座，所述谐波减速器组件连接在所述第一圆盘底座外侧端，且所述第一圆盘底座中心开设一第一通孔；

电机定子，其通过过盈配合压入所述第一圆盘环体腔内；

转轴，其同轴设置在所述电机壳体中心轴上，所述转轴前端贯穿所述第一通孔与所述谐波减速器组件输入端连接；以及

磁钢，其通过胶水粘接在所述转轴上，且所述磁钢同轴间隔设置在所述电机定子的内侧空间。

3.如权利要求2所述的内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，所述制动器组件包括：

制动器端盖，其同为一圆盘式结构，包括第二圆盘环体和第二圆盘底座，所述制动器端盖的开口端对接在所述电机壳体的开口端上，所述第二圆盘底座中心开设一第二通孔，所述第二通孔外周的所述第二圆盘底座内侧壁上开设一内环形凹槽；

制动线圈，其通过灌胶工艺封存在所述内环形凹槽内；

制动器衔铁，其弹性活动设置在所述制动线圈的内侧端；

制动器上板，其间隔连接在所述第二圆盘底座内侧壁上；以及

刹车片，其被夹设在所述制动器衔铁和制动器上板之间。

4.如权利要求3所述的内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，所述转轴为一空心式结构，所述中空保护管贯穿设置在所述转轴中，所述中空保护管的前端延伸至所述谐波减速器组件中并与所述输出法兰同轴连接；

所述转轴前侧通过一前轴承配合连接在所述第一通孔中，所述转轴后侧通过一后轴承配合连接在所述第二通孔中，所述磁钢设置在所述前轴承与后轴承之间的所述转轴上。

5.如权利要求4所述的内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，所述内环形凹槽与所述第二通孔同轴设置，所述内环形凹槽外周的所述第二圆盘底座内侧壁上开设有若干个安装孔和螺纹孔，所述安装孔和螺纹孔间隔分布，所述安装孔中安装有压紧弹簧，所述压紧弹簧抵触在所述制动器衔铁内侧壁上。

6.如权利要求5所述的内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，所述刹车片的外径小于所述制动器衔铁和制动器上板的外径，所述制动器上板外周对称开设有若干第三通孔，所述第三通孔与所述螺纹孔一一对应，且所述第三通孔与所述螺纹孔之间夹设有定高柱，所述制动器上板通过沉头螺钉依次穿过所述第三通孔、定高柱的通孔后拧紧在所述制动器端盖的螺纹孔内。

7.如权利要求6所述的内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，所述定高柱的长度大于所述制动器衔铁与刹车片的叠加厚度，且所述安装孔底部与所述制动器衔铁之间的最大间距小于所述压紧弹簧正常状态时的长度。

8.如权利要求7所述的内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，所述制动器衔铁覆盖在所述制动线圈外侧，且所述制动器衔铁外周对称开设有若干卡槽，所述定高柱贯穿卡设在所述卡槽中。

9.如权利要求7所述的内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，所述制动器上板、刹车片和制动器衔铁依次位于所述磁钢与制动线圈之间的所述第二圆盘环体中，所述转轴依次贯穿所述制动器组件轴中心，所述刹车片轴中心开设有四方通孔，所述刹车片中心对应的所述转轴上设置为四方轴段，所述四方通孔套设在所述四方轴段外周，且所述四方轴段的边长介于所述四方通孔边长与对角线长度之间。

10.如权利要求3所述的内嵌电磁制动的机器人关节模组，其特征在于，所述第二圆盘底座外侧端连接一编码器外罩，所述编码器外罩中设置有编码器组件，所述编码器组件包括编码圆盘和信号收发器，所述转轴的尾端从所述第二通孔的尾端引出并伸入至所述编码器外罩中，所述编码圆盘安装在所述转轴的引出端外周，所述信号收发器固定在所述编码器外罩中，且所述信号收发器与所述编码圆盘间隔对准。