CN111015739A - 刹车机构及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种刹车机构及机器人，刹车机构包括第一主动件、传动组件、第一从动件、刹车组件和编码器，第一主动件通过传动组件带动第一从动件运动，刹车组件连接于第一从动件且用于使第一从动件停止运动保持位置姿态、消除间隙，编码器连接于第一从动件且用于检测第一从动件的运动位移。本发明提供的刹车机构及机器人，刹车组件直接停止第一从动件的运动，使第一从动件停止在预定位置，不受传动组件的影响，传统刹车机构通过停止第一主动件，使第一从动件停止运动，第一主动件和第一从动件之间的传动组件的传动间隙会影响第一从动件最终的停止位置。因此，本刹车机构可以精确控制传动末端的停止位置。

Description

刹车机构及机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种刹车机构及机器人。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，机器人的功能不断完善，对于机器人的要求也越来越高。机器人关节活动的准确性，是机器人执行端运动精度的重要体现。由于机器人关节内均采用机械传动，例如齿轮传动、皮带传动等。在机器人长期使用时，传动部件必然会出现磨损、产生传动间隙。例如齿轮磨损后，齿轮之间的背隙增大，在主动齿轮停止转动后，从动齿轮会转动一定角度后(背隙带来的传动间隙)，才能停止。导致机器人的执行端在需要停止时，主动件停止，并不能使机器人执行端立即停止，因此无法精确控制机器人执行端的运动精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刹车机构，以解决现有技术中存在的无法精确控制传动末端的运动精度的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种刹车机构，包括第一主动件、传动组件、第一从动件、刹车组件和编码器，所述第一主动件通过所述传动组件带动所述第一从动件运动，所述刹车组件连接于所述第一从动件且用于使所述第一从动件停止运动，所述编码器连接于所述第一从动件且用于检测所述第一从动件的运动位移。

在一个实施例中，所述传动组件包括固定连接于所述第一主动件的第一传动件以及固定连接于所述第一从动件的第二传动件，所述第一传动件和所述第二传动件相互啮合传动。

在一个实施例中，所述第一传动件为蜗杆，所述第二传动件为蜗轮；或者，所述第一传动件和所述第二传动件均为直齿轮；或者，

所述第一传动件和所述第二传动件均为斜齿轮；或者，

所述第一传动件为带轮，所述第二传动件为皮带。

在一个实施例中，所述第二传动件、所述刹车组件、所述编码器沿所述第一从动件的轴向依次设置。

在一个实施例中，所述刹车机构还包括安装板，所述第一主动件固定于所述安装板，且所述第一主动件的输出端穿过所述安装板并连接于所述传动组件，所述第一从动件的一端穿过所述安装板并连接于所述传动组件。

在一个实施例中，所述刹车组件为电磁式刹车器、机械式刹车器、液压式刹车器或气压式刹车器。

本发明还提供一种机器人，包括上述的刹车机构。

在一个实施例中，所述机器人包括第一关节和第二关节，所述第一关节包括第一壳体以及设于所述第一壳体内的刹车机构，所述第二关节包括与所述第一从动件连接的第二主动件以及与所述第二主动件连接的第二从动件。

在一个实施例中，所述第二主动件为电机，且所述电机的输出端固定连接有第一直线传动件，所述第二从动件为配合所述第一直线传动件的第二直线传动件；或者，

所述第二主动件为电机，所述第二从动件为固定连接于所述电机输出端的第二壳体。

在一个实施例中，所述机器人还包括用于驱动所述第二关节升降的升降机构；所述第二关节和所述升降机构均连接于所述第一从动件，或者，所述第二关节连接于所述第一从动件，所述升降机构连接于所述第二关节的末端。

本发明提供的刹车机构及机器人的有益效果在于：本发明刹车机构包括第一主动件、传动组件、第一从动件、刹车组件和编码器，第一主动件通过传动组件带动第一从动件运动，编码器及刹车组件均设于第一从动件上。在第一从动件运动时，编码器可以检测第一从动件的运动位移，精确地反馈第一从动件的位置，在第一从动件到达预定位置，需要停止运动时，刹车组件停止第一从动件的运动，第一主动件也停止运动。在本刹车机构中，刹车组件直接停止第一从动件的运动，使第一从动件停止在预定位置，不受传动组件的影响，传统刹车机构通过停止第一主动件，使第一从动件停止运动，第一主动件和第一从动件之间的传动组件的传动间隙会影响第一从动件最终的停止位置。因此，本刹车机构可以精确控制传动末端的停止位置。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的第一种刹车机构的立体结构图；

图2为本发明实施例提供的第二种刹车机构的立体结构图；

图3为本发明实施例提供的第三种刹车机构的立体结构图；

图4为本发明实施例提供的第一关节的立体结构图。

图5为本发明实施例提供的第一种机器人的部分立体结构图；

图6为本发明实施例提供的第二种机器人的部分立体结构图。

其中，图中各附图标记：

1-第一关节；11-第一主动件；12a、12b-传动组件；121a、121b-第一传动件；122a、122b-第二传动件；13-第一从动件；14-编码器；15-刹车组件；16-安装板；17-关节外壳；18-第一壳体；2a、2b-第二关节；21-第二主动件；22-第二壳体；23-第一直线传动件；24-第二直线传动件；3-升降机构；31-第三主动件；32-第三直线传动件；33-第四直线传动件；4-旋转臂。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本发明实施例提供的刹车机构进行说明。

在其中一个实施例中，请参阅图1，刹车机构包括第一主动件11、传动组件12a、第一从动件13、编码器14和刹车组件15。第一主动件11通过传动组件12a带动第一从动件13运动，使第一从动件13输出旋转运动或直线运动，第一从动件13可连接机器人的执行末端工具，机器人的末端执行工具可进行放取、加工等操作，第一从动件13的停止或运动可使机器人的执行末端工具相应停止或运动。第一主动件11可为输入轴，第一主动件11也可为电机以及与电机连接的输入轴，第一主动件11的具体形式此处不作限定。编码器14连接于第一从动件13，编码器14用于检测并反馈第一从动件13的运动位移。更具体地，编码器14是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器14把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。当第一从动件13的运动为直线运动时，编码器14为码尺；当第一从动件13的运动为旋转运动时，编码器14为码盘。更具体地，按照读出方式编码器14可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器14可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。刹车组件15连接于第一从动件13，可直接停止第一从动件13的运动。在编码器14检测到第一从动件13到达指定位置时(代表机器人的末端执行工具到达指定位置)，编码器14反馈信息至刹车组件15及第一主动件11，刹车组件15工作使第一从动件13直接停止，第一主动件11也停止，这样，即使第一主动件11和第一从动件13之间的传动组件12a具有传动间隙，第一从动件13也已经由刹车组件15直接停止，不会受到传动间隙的影响。

上述实施例中的刹车机构，包括第一主动件11、传动组件12a、第一从动件13、刹车组件15和编码器14，第一主动件11通过传动组件12a带动第一从动件13运动，编码器14及刹车组件15均设于第一从动件13上。在第一从动件13运动时，编码器14可以检测第一从动件13的运动位移，精确地反馈第一从动件13的位置，在第一从动件13到达预定位置，需要停止运动时，刹车组件15停止第一从动件13的运动，第一主动件11也停止运动。在本刹车机构中，刹车组件15直接停止第一从动件13的运动，使第一从动件13停止在预定位置，不受传动组件12a的影响，传统刹车机构通过停止第一主动件11，使第一从动件13停止运动，第一主动件11和第一从动件13之间的传动组件12a的传动间隙会影响第一从动件13最终的停止位置。因此，本刹车机构可以精确控制传动末端的停止位置。

在刹车机构其中一个实施例中，请参阅图1，传动组件12a包括第一传动件121a和第二传动件122a，第一传动件121a固定于第一主动件11，第二传动件122a固定于第一从动件13。这样，在第一主动件11工作时，第一传动件121a随第一主动件11的输出端运动，第一传动件121a使第二传动件122a运动，第二传动件122a的运动使第一从动件13运动。例如，第一主动件11为电机，第一从动件13为输出轴，第一传动件和第二传动件均为齿轮，电机旋转时，与电机固定连接的齿轮旋转，使输出轴上的齿轮啮合转动，从而使输出轴旋转。当传动组件12a的传动比大于1时，传动组件12a能够起到减速作用，能够减速第一从动件13，使第一从动件13的速度适用于机器人的末端执行的速度。传动组件12a内的传动件越多，传动间隙也越大，但是用于该刹车机构中时，传动间隙不会影响对第一从动件13的位置控制精度。

可选地，第一传动件为蜗杆，第二传动件为蜗轮，蜗轮和蜗杆的配合实现第一主动件11和第一从动件13的传动，而且蜗轮和蜗杆的传动比较大，无需设置过多的齿轮。

可选地，请参阅图1，第一传动件121a为直齿轮，第二传动件122a为齿圈，直齿轮啮合于齿圈的内圈处，也能够实现第一主动件11和第一从动件13的传动。

可选地，请参阅图2，第一传动件121b为直齿轮，第二传动件122b与为直齿轮，第一传动件121b和第二传动件122b组合形成传动组件12b；或者第一传动件为斜齿轮，第二传动件也为斜齿轮。

可选地，第一传动件为带轮，第二传动件为皮带，通过带轮和皮带的配合也可以实现第一主动件对第一从动件驱动。

在刹车机构的其中一个实施例中，请参阅图2，第二传动件122、刹车组件15和编码器14沿第一从动件13的轴向依次设置，第一从动件13可为输出轴，使第二传动件122b和编码器14分别设于第一从动件13的两端，刹车组件15设于第一从动件13的中部。第二传动件122b设于第一从动件13的端部，更便于利用第一从动件13的空间，刹车组件15设于第一从动件13的中部，使得刹车组件15在工作时，能够作用于第一从动件13的中部，防止第一从动件13两端的受力不均，而在刹车时产生歪斜的现象。

可选地，刹车组件15为电磁式刹车器、机械式刹车器、液压式刹车器或气压式刹车器中的一种，刹车组件15可为现有技术中的任意一种刹车组件，刹车组件15的种类此处不作限定。其中，电磁式刹车器可电控，而且反应迅速，更适用于该刹车机构中。

在刹车机构的其中一个实施例中，请参阅图1及图2，刹车机构还包括安装板16。第一主动件11固定于安装板16，且第一主动件11的输出端穿过安装板16设置，第一主动件11的输出端能够自由转动。例如，第一主动件11为电机，电机的主体部分固定于安装板16，电机的输出轴穿过安装板16设置，并连接于传动组件。第一从动件13的一端也穿过安装板16与传动组件连接。这样，第一主动件11、第一从动件13、刹车组件15和编码器14设于安装板16的同一侧，传动组件设于安装板16的另一侧。传动组件设于安装板16的同侧，一是方便第一传动件121和第二传动件122的配合，二是可以将传动组件封装于一个箱体内，使传动组件能够防灰、防尘、防水，而且可以在箱体内采用油润滑，延长传动组件的使用寿命。刹车组件15也可固定于安装板16上。

在刹车机构的其中一个实施例中，请参阅图3，第一从动件13固定连接有关节外壳17，第一从动件13转动时会带动关节外壳17转动，以实现对机器人关节的控制。

本发明实施例还提供一种机器人，机器人包括上述任一实施例中的刹车机构。机器人采用了上述的刹车机构，刹车组件15直接停止第一从动件13的运动，使第一从动件13停止在预定位置，不受传动组件的影响，传统刹车机构通过停止第一主动件11，使第一从动件13停止运动，第一主动件11和第一从动件13之间的传动组件的传动间隙会影响第一从动件13最终的停止位置。因此，本刹车机构可以精确控制传动末端的停止位置。

在机器人的一个实施例中，请参阅图5，机器人包括第一关节1和第二关节2a，第一关节1包括刹车机构，第一关节1也可以包括刹车机构和第一壳体18，刹车机构的第一从动件13穿过第一壳体18设置。第二关节2a包括第二主动件21和第二从动件，第二主动件21与第一从动件13连接，第一从动件12的运动会带动第二主动件21的运动，第二从动件由第二主动件21带动。

更具体地，当第一关节1包括刹车机构和第一壳体18时，请参阅图4至图6，第一主动件11、传动组件、第一从动件13、刹车组件15和编码器14均设于第一壳体18内，且第一从动件13伸出第一壳体18设置，将第一从动件13的运动输出至第二关节。第一壳体18对传动组件、第一主动件11、第一从动件13、刹车组件15和编码器14等具有保护作用。

在机器人的一个实施例中，请参阅图5，第二主动件21为电机，第二从动件为第二壳体22，第二壳体22直接连接于电机的输出端，电机的旋转带动第二壳体22旋转，第二壳体22远离电机一端可连接执行工具，使第二关节2a输出旋转运动。在该实施例中，刹车机构可为上述任一实施例中的刹车机构。在该实施例中，机器人还包括升降机构3，升降机构3用于驱动第二关节2a的升降，且升降机构3和第二关节2a均连接于第一从动件13，由第一从动件13带动第二关节2a及升降机构3运动；或者第二关节2a连接于第一从动件13，升降机构3连接于第二关节2a的末端。升降机构3包括第三主动件31、由第三主动件31驱动的第三直线传动件32以及与第三直线传动件32配合的第四直线传动件33。第三主动件31可为电机，第三直线传动件32可为丝杆、螺杆，第四直线传动件33相应为与丝杠或螺杆配合的滑块；第三直线传动件32和第四直线传动件33可为带轮和皮带，或者带轮和同步带的组合；第三直线传动件32可为齿轮，第四直线传动件33可为齿条。第三直线传动件32和第四直线传动件33的类型此处不作限定，能够配合输出直线运动即可。

更进一步地，在上述机器人的实施例中，请参阅图5，机器人还包括旋转臂4，旋转臂4的一端连接于第一从动件13，第一从动件13穿设于旋转臂4，旋转臂4的另一端固定于第二主动件21。当第三直线传动件32为丝杠或螺杆时，可穿设于旋转臂4且与旋转臂4螺纹连接，使得旋转臂4及第二关节2a能够相对第一从动件13上下移动。

在机器人的另一个实施例中，刹车机构可为上述任一实施例中的刹车机构。请参阅图6，第二关节2b的第二主动件21为电机，电机的输出端固定连接有第一直线传动件23，第二从动件为配合第一直线传动件23的第二直线传动件24，使第二关节2输出直线运动。第一直线传动件23可为丝杆、螺杆，第二直线传动件24相应为与丝杠或螺杆配合的滑块；第一直线传动件23和第二直线传动件24可为带轮和皮带，或者带轮和同步带的组合；第一直线传动件23可为齿轮，第二直线传动件24可为齿条。第一直线传动件23和第二直线传动件24的类型此处不作限定，能够配合输出直线运动即可。

更进一步地，在该实施例中，请参阅图6，机器人还包括升降机构3，升降机构3包括第三主动件31、由第三主动件31驱动的第三直线传动件32以及与第三直线传动件32配合的第四直线传动件33。升降机构3的具体结构参照上文，此处不作赘述。

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.刹车机构，其特征在于：包括第一主动件、传动组件、第一从动件、刹车组件和编码器，所述第一主动件通过所述传动组件带动所述第一从动件运动，所述刹车组件连接于所述第一从动件且用于使所述第一从动件停止运动，所述编码器连接于所述第一从动件且用于检测所述第一从动件的运动位移。

2.如权利要求1所述的刹车机构，其特征在于：所述传动组件包括固定连接于所述第一主动件的第一传动件以及固定连接于所述第一从动件的第二传动件，所述第一传动件和所述第二传动件相互啮合传动。

3.如权利要求2所述的刹车机构，其特征在于：所述第一传动件为蜗杆，所述第二传动件为蜗轮；或者，

所述第一传动件和所述第二传动件均为直齿轮；或者，

所述第一传动件和所述第二传动件均为斜齿轮；或者，。

所述第一传动件为带轮，所述第二传动件为皮带。

4.如权利要求2所述的刹车机构，其特征在于：所述第二传动件、所述刹车组件、所述编码器沿所述第一从动件的轴向依次设置。

5.如权利要求1所述的刹车机构，其特征在于：所述刹车机构还包括安装板，所述第一主动件固定于所述安装板，且所述第一主动件的输出端穿过所述安装板并连接于所述传动组件，所述第一从动件的一端穿过所述安装板并连接于所述传动组件。

6.如权利要求1所述的刹车机构，其特征在于：所述刹车组件为电磁式刹车器、机械式刹车器、液压式刹车器或气压式刹车器。

7.机器人，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的刹车机构。

8.如权利要求7所述的机器人，其特征在于：所述机器人包括第一关节和第二关节，所述第一关节包括第一壳体以及设于所述第一壳体内的刹车机构，所述第二关节包括与所述第一从动件连接的第二主动件以及与所述第二主动件连接的第二从动件。

9.如权利要求8所述的机器人，其特征在于：所述第二主动件为电机，且所述电机的输出端固定连接有第一直线传动件，所述第二从动件为配合所述第一直线传动件的第二直线传动件；或者，

所述第二主动件为电机，所述第二从动件为固定连接于所述电机输出端的第二壳体。

10.如权利要求8所述的机器人，其特征在于：所述机器人还包括用于驱动所述第二关节升降的升降机构；所述第二关节和所述升降机构均连接于所述第一从动件，或者，所述第二关节连接于所述第一从动件，所述升降机构连接于所述第二关节的末端。

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