CN112008762A - 具有双通道检测功能的全密封制动器模组及检测方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有双通道检测功能的全密封制动器模组及其检测方法，该全密封制动器模组包括：集成设置的电磁制动器组件、1号编码器组件和2号编码器组件，1号编码器组件设置在电磁制动器组件和2号编码器组件之间。本发明大大提高了模块化关节的集成度，安装简单方便，有效减少了关节的轴向长度及体积。

Description

具有双通道检测功能的全密封制动器模组及检测方法
技术领域
本发明涉及协作机器人模块化关节技术领域，具体涉及一种具有双通道检测功能的全密封制动器模组及检测方法。
背景技术
协作机器人技术的快速发展及其应用领域的不断拓展，促使其核心部件——模块化关节，朝着高集成度、高精度、高安全性、轻量化、安装简单方便等方向发展，目前协作机器人的模块化关节基本都包括谐波减速机、伺服电机、制动器、编码器、驱动器等元件，但其结构相对分散，多采用串级装配，零部件多，关节空间资源利用率低，导致关节质量体积大，特别是轴向长度较长；尽管有些企业已开始将编码器读头集成在驱动器上缩短关节尺寸，但其安装复杂，难度较高。
同时，模块化关节内部的制动器现在大多开始采用电磁制动器，通常会产生粉尘，可能对编码器和驱动器造成污染和短路风险，并且由于关节大多采用串级装配，目前的做法是通常在关节内部单独设置密封结构，但是这种解决方法往往增加了关节机械结构设计的复杂程度和体积，不利于模块化关节的高集成度和轻量化。另外，伺服控制系统通常需要检测制动器旋转主轴的位置、速度等信息用来进行运动和安全控制，目前的制动器缺少这样的检测功能，大多需要单独设计安装反馈元件，很少有冗余安全设计，如果编码器意外损坏，可能整个设备就将停止工作甚至发生意外事故，其检测安全等级不高。
因此，如何提供一种集成化程度高、体积小、密封性能好，且安全级别高的制动器模具组，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述协作机器人模块化关节集成度低、安装复杂、质量体积大、制动器密封困难、制动检测难等问题，本发明提供一种具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，包括：集成设置的电磁制动器组件、1 号编码器组件和2号编码器组件，所述1号编码器组件设置在所述电磁制动器组件和所述2号编码器组件之间。
在某些实施方式中，所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中，所述电磁制动器组件、所述1号编码器组件和所述2号编码器组件集成一体后具有中空结构。
在某些实施方式中，所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中，所述电磁制动器组件还包括：固定法兰；设置在所述固定法兰腔体内的电磁制动器；轴承支承板，其设置在所述固定法兰的开口侧；所述轴承支承板上开设有内孔；制动器转子毂，其中部花键齿与所述电磁制动器的摩擦片转子花键齿槽啮合；深沟球轴承，其外圈压接在所述内孔上，内圈压接在所述制动器转子毂上；密封盖板，其压接在所述制动器转子毂上；所述密封盖板与所述固定法兰形成迷宫密封。
在某些实施方式中，所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中，所述制动器转子毂上开设有键槽，所述键槽作为第一接口与外部输入轴连接。
在某些实施方式中，所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中，所述1号编码器组件包括：磁环，其压接在所述制动器转子毂上；读头支座，其固定在所述固定法兰上；固定在所述读头支座上的第一读头。
在某些实施方式中，所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中，所述磁环随着所述制动器转子毂转动，所述第一读头读取所述磁环的旋转角度。
在某些实施方式中，所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中，所述2号编码器包括：固定在所述固定法兰上的支架；轴承座，其设置在所述支架上的；第二读头，其固定连接在所述轴承座上；轴承压盖，设置在所述轴承座上；薄壁轴承，其外圈压接在所述轴承座上；转盘，其压接在所述薄壁轴承内圈上；轴向码盘，其固定在所述转盘上。
在某些实施方式中，所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中，所述转盘作为第二接口与外部输出轴连接。
在某些实施方式中，所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中，所述轴向码盘随着所述转盘转动，所述第二读头读取所述转动的旋转角度，进而确定所述外部输出轴的位置信息。
本发明另一方面提供使用具有双通道检测功能的全密封制动器模组进行制动功能检测的方法，该方法包括：
步骤一，将全密封制动器模组与旋转主轴连接；
步骤二，上位机给定松抱闸指令，所述全密封制动器模组通电，开始运行；
步骤三，上位机给定运动指令，所述旋转主轴按照所述运动指令以一定速度和加速度运行；
步骤四，读取1号编码器数值，获取所述旋转主轴角度位置信息，并根据所述位置信息判断所述旋转主轴的移动量是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电；若不超限，计算所述旋转主轴的第一转动速度，并判断所述第一转动速度是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电；若不超限，则将所述第一转动速度与所述运动指令比较进行负反馈运算，判断是否正常，如果正常，则继续运行，如果不正常，则进行下一步；
步骤五，读取2号编码器数值，获取所述旋转主轴角度位置信息，并根据所述位置信息判断所述旋转主轴的移动量是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电，若不超限，计算所述旋转主轴的第二转动速度，并判断所述第二转动速度是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电，若不超限，则将所述第二转动速度与所述运动指令比较进行负反馈运算，判断是否正常，如果正常，则继续运行，若不正常则系统报错提示，同时停止驱动，所述全密封制动器模组断电。
有益效果：
1.本发明所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，提供的集成双编码器全密封的关节制动器模组实现了将协作机器人模块化关节内部三大核心功能部件，包括电磁制动器、1号编码器、2号编码器，进行整体性集成设计成为一个单独的组件，这大大提高了模块化关节的集成度，安装简单方便，有效减少了关节的轴向长度及体积。
2.本发明所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，具有全密封结构，可以避免电磁制动器产生的粉尘对关节内部其他的元器件造成影响，有效提高了关节内部的洁净度和可靠性。
3.本发明所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，具有中空结构，有利于模块化关节内部走线，避免绕线等问题，整体更美观。
4.本发明所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，具有双通道位置、速度检测功能，二者相互独立，具有冗余安全设计特征，有利于提高反馈系统的可靠性及安全等级。
附图说明
图1是本发明所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组的结构示意图。
图2是本发明所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中电磁制动器组件的结构示意图。
图3是本发明所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中1号编码器剖视结构示意图。
图4是本发明所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组中2号编码器剖视结构示意图。
图5是使用本发明所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组进行检测的检测方法流程图。
1代表电磁制动器组件，2代表1号编码器组件，3代表2号编码器组件， 11代表固定法兰，12代表电磁制动器，13代表轴承支承板，14代表深沟球轴承，15代表密封盖板，16代表制动器转子毂，21代表磁环，22代表第一读头，23代表读头支座，31代表第二读头，32代表轴向码盘，33代表转盘，34代表轴承座，35代表支架，36代表薄壁轴承，37代表轴承压盖。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。关于本文中所使用的“和/或”，包括所述事物的任一或全部组合。除非另有说明，否则％指质量体积百分比。
如图1至图5所示，本发明一方面提供一种具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其包括：集成设置的电磁制动器组件1、1号编码器组件2和/或2 号编码器组件3，所述1号编码器组件2设置在所述电磁制动器组件1和所述2 号编码器组件3之间。
所述电磁制动器组件1和所述1号编码器的转动部分作为接口与外部输入轴相连，用于安全制动和检测输入轴位置、速度信息，所述2号编码器的转动部分作为接口与外部输出轴相连，用于检测输出轴的位置、速度信息。
本发明将协作机器人模块化关节内部三大核心功能部件电磁制动器12、 1号编码器和2号编码器，进行整体性集成设计成为一个单独的组件，这大大提高了模块化关节的集成度，安装简单方便，有效减少了关节的轴向长度及体积。
上述方案中，所述电磁制动器组件1、所述1号编码器组件2和所述2号编码器组件3集成一体后具有中空结构。中空结构有利于模块化关节内部走线，避免绕线等问题，整体更美观。
上述方案中，所述电磁制动器组件1还包括：固定法兰11；设置在所述固定法兰11腔体内的电磁制动器12；轴承支承板13，其设置在所述固定法兰 11的开口侧；所述轴承支承板13上开设有内孔；制动器转子毂16，其中部花键齿与所述电磁制动器12的摩擦片转子花键齿槽啮合；深沟球轴承14，其外圈压接在所述内孔上，内圈压接在所述制动器转子毂16上；密封盖板15，其压接在所述制动器转子毂16上；所述密封盖板15与所述固定法兰11形成迷宫密封。
全密封设计避免制动产生的粉尘对关节内部其他元件造成影响。
上述方案中，所述制动器转子毂16上开设有键槽，所述键槽作为第一接口与外部输入轴连接。
上述方案中，所述1号编码器组件2包括：磁环21，其压接在所述制动器转子毂16上；读头支座23，其固定在所述固定法兰11上；固定在所述读头支座23上的第一读头22。
上述方案中，所述磁环21随着所述制动器转子毂16转动，所述第一读头 22读取所述磁环21的旋转角度。
上述方案中，所述2号编码器包括：固定在所述固定法兰11上的支架35；轴承座34，其设置在所述支架35上的；第二读头31，其固定连接在所述轴承座34上；轴承压盖37，设置在所述轴承座34上；薄壁轴承36，其外圈压接在所述轴承座34上；转盘33，其压接在所述薄壁轴承36内圈上；轴向码盘32，其固定在所述转盘33上。
上述方案中，所述转盘33作为第二接口与外部输出轴连接。
上述方案中，所述轴向码盘32随着所述转盘33转动，所述第二读头31读取所述转动的旋转角度，进而确定所述外部输出轴的位置信息。
本发明另一方还提供一种使用上述具有双通道检测功能的全密封制动器模组进行制动功能检测的方法，该方法包括：
步骤一，将全密封制动器模组与旋转主轴连接；
步骤二，上位机给定松抱闸指令，所述全密封制动器模组通电，开始运行；
步骤三，上位机给定运动指令，所述旋转主轴按照所述运动指令以一定速度和加速度运行；
步骤四，读取1号编码器数值，获取所述旋转主轴角度位置信息，并根据所述位置信息判断所述旋转主轴的移动量是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电；若不超限，计算所述旋转主轴的第一转动速度，并判断所述第一转动速度是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电；若不超限，则将所述第一转动速度与所述运动指令比较进行负反馈运算，判断是否正常，如果正常，则继续运行，如果不正常，则进行下一步；
步骤五，读取2号编码器数值，获取所述旋转主轴角度位置信息，并根据所述位置信息判断所述旋转主轴的移动量是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电，若不超限，计算所述旋转主轴的第二转动速度，并判断所述第二转动速度是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电，若不超限，则将所述第二转动速度与所述运动指令比较进行负反馈运算，判断是否正常，如果正常，则继续运行，若不正常则系统报错提示，同时停止驱动，所述全密封制动器模组断电。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

Claims (10)

1.一种具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，包括：集成设置的电磁制动器组件(1)、1号编码器组件(2)和2号编码器组件(3)，所述1号编码器组件(2)设置在所述电磁制动器组件(1)和所述2号编码器组件(3)之间。
2.根据权利要求1所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，所述电磁制动器组件(1)、所述1号编码器组件(2)和所述2号编码器组件(3)集成一体后具有中空结构。
3.根据权利要求1所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，所述电磁制动器组件(1)还包括：
固定法兰(11)；
设置在所述固定法兰(11)腔体内的电磁制动器(12)；
轴承支承板(13)，其设置在所述固定法兰(11)的开口侧；所述轴承支承板(13)上开设有内孔；
制动器转子毂(16)，其中部花键齿与所述电磁制动器(12)的摩擦片转子花键齿槽啮合；
深沟球轴承(14)，其外圈压接在所述内孔上，内圈压接在所述制动器转子毂(16)上；
密封盖板(15)，其压接在所述制动器转子毂(16)上；所述密封盖板(15)与所述固定法兰(11)形成迷宫密封。
4.根据权利要求3所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，所述制动器转子毂(16)上开设有键槽，所述键槽作为第一接口与外部输入轴连接。
5.根据权利要求3所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，所述1号编码器组件(2)包括：
磁环(21)，其压接在所述制动器转子毂(16)上；
读头支座(23)，其固定在所述固定法兰(11)上；
固定在所述读头支座(23)上的第一读头(22)。
6.根据权利要求5所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，所述磁环(21)随着所述制动器转子毂(16)转动，所述第一读头(22)读取所述磁环(21)的旋转角度。
7.根据权利要求5所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，所述2号编码器包括：
固定在所述固定法兰(11)上的支架(35)；
轴承座(34)，其设置在所述支架(35)上的；
第二读头(31)，其固定连接在所述轴承座(34)上；
轴承压盖(37)，设置在所述轴承座(34)上；
薄壁轴承(36)，其外圈压接在所述轴承座(34)上；
转盘(33)，其压接在所述薄壁轴承(36)内圈上；
轴向码盘(32)，其固定在所述转盘(33)上。
8.根据权利要求7所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，所述转盘(33)作为第二接口与外部输出轴连接。
9.根据权利要求8所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组，其特征在于，所述轴向码盘(32)随着所述转盘(33)转动，所述第二读头(31)读取所述转盘(33)的旋转角度，进而确定所述外部输出轴的位置信息。
10.一种使用根据权利要求1至9任一项所述的具有双通道检测功能的全密封制动器模组进行制动功能检测的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤一，将全密封制动器模组与旋转主轴连接；
步骤二，上位机给定松抱闸指令，所述全密封制动器模组通电，开始运行；
步骤三，上位机给定运动指令，所述旋转主轴按照所述运动指令以一定速度和加速度运行；
步骤四，读取1号编码器数值，获取所述旋转主轴角度位置信息，并根据所述位置信息判断所述旋转主轴的移动量是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电；若不超限，计算所述旋转主轴的第一转动速度，并判断所述第一转动速度是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电；若不超限，则将所述第一转动速度与所述运动指令比较进行负反馈运算，判断是否正常，如果正常，则继续运行，如果不正常，则进行下一步；
步骤五，读取2号编码器数值，获取所述旋转主轴角度位置信息，并根据所述位置信息判断所述旋转主轴的移动量是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电；若不超限，计算所述旋转主轴的第二转动速度，并判断所述第二转动速度是否超限，若超限，系统报错、停止驱动同时所述全密封制动器模组断电；若不超限，则将所述第二转动速度与所述运动指令比较进行负反馈运算，判断是否正常，如果正常，则继续运行；若不正常则系统报错提示，同时停止驱动，所述全密封制动器模组断电。
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