CN112118941A - 包括制动组件的机器人关节 - Google Patents

Abstract

机器人关节能够经由输出凸缘连接到至少另一个机器人关节。该机器人关节包括关节马达，该关节马达具有被构造成使输出凸缘旋转的马达轴。该机器人关节包括制动组件，该制动组件包括可旋转的环形制动构件和布置在马达轴上的弹力构件。环形制动构件和弹力构件布置在第一锁定构件和可定位锁定构件之间，其中该可定位锁定构件可固定在沿着马达轴并在马达轴处的多个位置处。接合构件能够在接合位置和非接合位置之间移动，其中在接合位置，接合构件与环形制动构件接合并且防止环形制动构件围绕马达轴线旋转。环形制动构件可包括制动突起部，该制动突起部包括形成类三角形形状的两个板条。

Description

包括制动组件的机器人关节

技术领域

本发明涉及机器人关节，该机器人关节能够经由输出凸缘连接到至少另一个机器人关节。该机器人关节包括被构造成旋转输出凸缘的关节马达和被构造作为摩擦制动器的制动组件，该摩擦制动器可以激活和停用并且提供输出凸缘的受控制动。

背景技术

协作式机器人是一种可被设置为在接近人类的环境中工作以及甚至被设置为一起工作或辅助人类工作的机器人。典型的协作式机器人被形成为机器人臂，该机器人臂包括多个互连的机器人关节，使得机器人臂能够移动。机器人关节包括可连接到另一机器人关节的输出凸缘和被构造成旋转输出凸缘的关节马达。机器人关节可以直接连接在一起，或者可以在机器人关节之间设置连接元件。

此外，机器人关节包括制动组件，该制动组件被构造成防止输出凸缘旋转并防止机器人关节相对于彼此旋转。制动组件通常被构造成在马达断电时或响应于机器人的安全功能而被激活。因此，关节马达的制动组件使得可以在机器人臂关闭时将机器人臂保持在给定位置，并且在机器人的操作期间还用作安全制动器。

图1a和图1b示出了具有现有技术中已知的制动组件的机器人臂的机器人关节，其中图1a示出了机器人关节的分解透视图，并且图1b示出了由图1a中的圆A环绕的部分的放大视图。

机器人关节101能够经由输出凸缘103连接到至少另一个机器人关节(未示出)。机器人关节101包括关节马达，该关节马达具有联接到马达轴111的马达定子和马达转子(在图1a中，马达定子和马达转子没有从关节外壳分解)。马达轴能够围绕马达轴线113旋转。马达轴111被构造成经由应变波齿轮117相对于关节外壳115旋转输出凸缘103，其中马达轴驱动布置在环形柔性键齿内部的波发生器，该环形柔性键齿具有外齿状物，该外齿状物接合连接到输出凸缘的输出轴的内齿状物的环形圈，如应变波齿轮领域中所公知的。关节马达、马达轴和应变波齿轮布置在关节外壳115内部。所示关节还包括附接凸缘127，该附接凸缘被构造成直接连接到另一个关节的输出凸缘或经由连接元件连接到另一个关节。

机器人关节包括制动组件129，该制动组件包括环形制动构件131、两个环形间隔件构件133a和133b、弹力构件135、第一锁定构件137a、第二锁定构件137b和接合构件139。

环形制动构件131可旋转地布置在马达轴上。环形制动构件被设置为环形圈，该环形圈包括相对于环形圈向外延伸的8个制动突起部132。

两个环形间隔件构件133a、133b可旋转地固定在马达轴上；其中环形制动构件131布置在两个环形间隔件构件之间。环形间隔件构件被设置为两个平金属环。

弹力构件135被设置在马达轴处，并且弹力构件135被设置为布置在马达轴处的环形片簧。

第一锁定构件137a和第二锁定构件137b布置在环形制动构件的相对两侧，使得环形制动构件、第一间隔件构件和第二间隔件构件以及弹力构件以张紧状态布置在第一锁定构件和第二锁定构件之间。因此，弹力构件被构造成将压紧力施加到环形制动构件。第一锁定构件和第二锁定构件被设置为弹力锁定环，该弹力锁定环具有比马达轴小的直径，并且可以被推压到马达轴处的对应锁定凹槽140a和140b中。

接合构件139布置在关节外壳中并且可在接合位置和非接合位置之间移动，其中在接合位置，接合构件与环形制动构件接合并且防止环形制动构件围绕马达轴线旋转，并且其中在非接合位置，接合构件允许环形制动构件围绕马达轴线旋转。接合构件被设置为制动销，该制动销可通过螺线管141在接合位置和非接合位置之间移动。

在接合位置，螺线管释放制动销，并且制动销移动到环形制动构件的两个相邻制动突起部之间的位置，并且环形制动构件将旋转，直到制动突起部中的一个制动突起部碰撞接合销。因此，环形制动构件停止旋转，并且由于环形制动构件、环形间隔件构件之间的摩擦而使马达轴停止，该摩擦由第一锁定构件和第二锁定构件之间的弹力构件135提供的压紧力引起。由于部件的制造公差，难以将制动组件组装成使得其提供马达轴的适当制动。

US8410732B2公开了一种可编程机器人系统，该可编程机器人系统包括设置有多个单独臂区段的机器人，其中相邻区段通过关节互连。该系统还包括设置在关节中的至少一些关节中的可控驱动机构和用于控制驱动装置的控制系统。机器人关节包括安全制动器，该安全制动器例如在掉电时停止机器人。安全制动器包括螺线管，该螺线管在掉电的情况下移位棘轮使其与安装在关节马达的马达轴上的环形构件接合。该环形构件(摩擦环)可以相对于马达轴旋转，但环形构件与马达轴之间存在较高摩擦。这确保关节的受控暂停，但不会突然暂停关节而导致机器人臂超载。

US9579805公开了机器人臂的制动设备，该制动设备利用直径远大于棘轮直径的制动盘来增加制动盘的接触面积，以产生更大的摩擦力。制动设备进一步利用组合销、组合板和多个引导销以用于将旋转扭矩传递到具有较大直径的制动设备，以便延伸摩擦力的力矩臂并产生更大的力矩，这减小了预压紧力并延长了制动设备的寿命。

WO17148499公开了用于工业机器人的多盘式制动器，其中多盘式制动器包括毂部。该多盘式制动器包括至少一个摩擦盘和制动盘，该至少一个摩擦盘布置到毂部，使得其随着毂部的运动而旋转，该制动盘布置成能够相对于毂部自由旋转。该多盘式制动器包括容纳毂部和致动布置的外壳，其中外壳布置成附接到工业机器人的轴的马达。因此，不难将多盘式制动器集成在机器人关节外壳内部，从而提供紧凑的机器人关节。

需要提供用于协作式机器人的可靠、安全且高性价比的制动组件。

发明内容

本发明的目的是解决关于现有技术的上述限制或现有技术的其他问题。这通过根据独立权利要求的机器人关节和制动机器人关节的方法来实现，其中提供了一种机器人关节，该机器人关节能够经由输出凸缘连接到至少另一个机器人关节。机器人关节包括关节马达，该关节马达具有被构造成使输出凸缘旋转的马达轴。机器人关节包括制动组件，该制动组件包括可旋转的环形制动构件和布置在马达轴上的弹力构件。环形制动构件和弹力构件布置在第一锁定构件和可定位锁定构件之间，其中该可定位锁定构件可固定在沿马达轴的多个位置处，因此可非常精确地调整制动组件的制动摩擦。接合构件可在接合位置和非接合位置之间移动，其中在接合位置，接合构件与环形制动构件接合并且防止环形制动构件围绕马达轴线旋转。本发明的优点和益处将在本发明的具体实施方式中进一步详细描述。从属权利要求有利地描述了本发明的实施方案，并且这些实施方案的优点和益处也在具体实施方式中描述。

附图说明

图1a和图1b示出了包括根据现有技术的制动组件的机器人关节；

图2示出了机器人臂的横截面结构图，该机器人臂包括具有根据本发明的制动组件的机器人关节；

图3示出了包括根据本发明的制动组件的机器人关节的横截面结构图；

图4示出了包括根据本发明的制动组件的机器人关节的横截面结构图；

图5示出了包括根据本发明的制动组件的机器人关节的横截面结构图；

图6a和图6b示出了包括根据本发明的制动组件的机器人关节；

图7a和图7b示出了包括根据本发明的制动组件的机器人关节；

图8a和图8b示出了包括根据本发明的制动组件的机器人关节；

图9a和图9b示出了根据本发明的制动机器人臂的机器人关节的方法；

图10a和图10b示出了根据本发明的一个方面的环形制动构件；

图11a和图11b示出了根据本发明的一个方面的另一个环形制动构件。

具体实施方式

鉴于仅旨在说明本发明原理的示例性实施方案描述了本发明。技术人员将能够在权利要求的范围内提供若干实施方案。在整个说明书中，提供类似效果的类似元件的参考标号具有相同的后两位。此外，应当理解，在实施方案包括多个相同特征的情况下，仅一些特征可以由参考标号标记。

图2示出了机器人臂200的横截面结构图，该机器人臂包括具有根据本发明的制动组件的机器人关节201。机器人关节201能够经由输出凸缘203和/或附接凸缘227连接到至少另一个机器人关节。应当理解，机器人关节201可直接连接到另一个关节或经由连接元件204连接到另一个关节。在例示的实施方案中，机器人关节201经由输出凸缘直接连接到机器人关节202a，以及经由连接元件204连接到机器人关节202b。另外的机器人关节202b直接连接到机器人关节202c，机器人关节202c连接到机器人基座206。因此，所示的机器人臂包括四个关节，并且因此表示四轴机器人，然而应当理解，机器人臂可被构造成具有大于2个机器人关节的任何数量的机器人关节。关节202a的输出凸缘构成机器人臂的工具凸缘，各种各样的机器人工具(未示出)诸如机械夹持器、真空夹持器、焊接工具或其他类型的端部执行器可以附接到该工具凸缘。在许多实施方案中，机器人臂被设置为包括6个机器人关节的6轴机器人，因为这提供了在三维环境中移动这种机器人的工具凸缘的较大自由度。应当注意，机器人的其他机器人关节202a、202b、202c可设置有与结合机器人关节201所述类似的制动组件，然而它们也可不包括制动组件或包括其他类型的制动组件。

机器人关节包括关节马达205，该关节马达具有能够围绕马达轴线213(由虚线示出)旋转的马达轴211。马达轴被构造成相对于关节外壳215旋转输出凸缘203，在关节外壳中布置有关节马达和制动组件。

机器人关节201包括制动组件229，该制动组件包括环形制动构件231、至少一个弹力构件235、第一可定位锁定构件236a和第二可定位锁定构件236b以及接合构件239。环形制动构件231、至少一个弹力构件235以及第一锁定构件236a和第二锁定构件236b布置在马达轴211处。

环形制动构件231可旋转地布置在马达轴211上，并且至少一个弹力构件235被构造成在沿着马达轴的方向上向环形制动构件231施加压紧力。环形制动构件231可旋转地布置在马达轴上意味着环形制动构件在布置在马达轴处时可相对于马达轴旋转。第一可定位锁定构件236a和第二可定位锁定构件236b布置在环形制动构件和至少一个弹力构件的相对两侧，使得环形制动构件和至少一个弹力构件以张紧状态布置在第一可定位锁定构件和第二可定位锁定构件之间。接合构件239可在接合位置(实线)和非接合位置(虚线)之间移动(由箭头243示出)，其中在接合位置，接合构件与环形制动构件接合并且防止环形制动构件围绕马达轴线旋转，并且其中在非接合位置，接合构件允许环形制动构件围绕马达轴线旋转。当接合构件移动到接合位置时，环形制动构件停止围绕马达轴线旋转，并且由于环形制动构件、弹力构件和锁定构件之间的摩擦而使马达轴停止。弹力构件以张紧状态设置在锁定构件之间，并且向环形制动构件提供压紧力，因此与弹力构件布置在非张紧状态的情况相比，环形制动构件、弹力构件和锁定构件之间的摩擦增加。

第一可定位锁定构件236a和/或第二可定位锁定构件236b被提供并且可被固定在沿马达轴的多个位置处，由此可调整第一可定位锁定构件236a和第二可定位锁定构件236b之间的距离。结果是，可通过改变第一可定位锁定构件236a和第二可定位锁定构件236b之间的距离来调整弹力构件的张力。因此，由弹力构件施加到环形制动构件的压紧力也可被调整，并且导致环形制动构件、弹力构件和锁定构件之间的摩擦可被调整的事实。将可定位锁定构件布置成更靠近彼此导致以下事实：弹力构件更张紧，并且环形制动构件、弹力构件和锁定构件之间的摩擦增加。因此，制动组件使得可以调整制动器的摩擦，并且使得在机器人关节的制造期间更容易为机器人关节提供准确的制动摩擦和属性。例如，制动组件可被调整成使得制动组件的摩擦位于一定范围内，从而允许马达轴在特定时间、旋转距离内停止，而不损坏齿轮系统或机器人关节的马达。此外，还可以调整制动器的摩擦，使得即使当制动器接合时，人员也可以旋转机器人关节，因为这确保了被机器人臂约束的人员可以移动机器人臂并从约束位置释放。制动器的所需摩擦取决于机器人的尺寸，诸如机器人关节的大小和重量、关节之间的机器人联接件的大小和重量、最终齿轮传动系统的属性、马达的属性等。

在例示的实施方案中，第一可定位锁定构件236a和第二可定位锁定构件236b两者可布置在沿马达轴的多个位置处，然而，应当理解，这些锁定构件中仅一个锁定构件需要被设置为可定位锁定构件，该可定位锁定构件可布置在马达轴的多个位置处，以便调整第一锁定构件和第二锁定构件之间的距离。例如，第二锁定构件可被设置为不能沿着马达轴移动的固定锁定构件，而第一可定位锁定构件可布置在沿着马达轴的多个位置处。

环形制动构件可被设置为任何环形制动构件，该环形制动构件可旋转地附接到马达轴并且可以防止环形制动构件围绕马达轴线旋转的方式与接合构件接合。环形制动构件和接合构件可以如现有技术中已知的那样设置，例如如图1a至图1c所示的环形制动构件131和对应的接合构件139。环形制动构件和接合构件的其他实施方案可见于下图中。

关节外壳和关节马达可如本领域已知的那样设置，例如作为三相马达、步进马达等。在例示的实施方案中，输出凸缘203直接连接到马达轴211，然而，应当理解，可设置一个或多个齿轮系统以在马达轴和输出凸缘之间提供齿轮传动。此类齿轮系统可被设置为任何类型的齿轮系统，例如包括齿形轮、皮带、链条、滑轮、行星齿轮、应变波齿轮等。

可布置在马达轴的多个位置处的锁定构件236a、236b可被设置为任何机械部件，该机械部件可通过此类力被固定在沿马达轴的多个位置处，即当弹力构件被设置成张紧状态时，锁定构件被保持在期望位置处。

可定位锁定构件可以例如被设置为包括夹紧装置的夹紧环，该夹紧装置被构造成当弹力构件被设置成张紧状态时将夹紧环夹紧在沿着马达轴的期望位置处，并且通过该力使得夹紧环被保持在期望位置处。例如，夹紧环可被设置为开口金属环，其中金属环的开口端可以通过螺纹机构压在一起。

另外，可定位锁定构件可被设置为十字螺栓锁定环，该十字螺栓锁定环可螺纹连接在设置在马达轴处的螺纹上，然后将螺栓锁定环夹紧在期望位置处。此类系统使得可以通过旋转十字螺栓锁定环来调整可定位锁定构件沿马达轴的位置，然后通过将夹具锁定在期望位置来夹紧可定位锁定构件。

另外，可定位锁定构件可被设置为环，环通过一个或多个固定螺钉锁定到马达轴，该一个或多个固定螺钉螺旋穿过锁定环中的螺纹孔直到螺钉将锁定环锁定到马达轴。

另外，可定位锁定构件可被设置为压力配合环，通过按压该可定位锁定构件直到其处于期望位置，将直径略小于马达轴的环压到马达轴上，可将该压力配合环固定在马达轴上。

弹力构件可被设置为任何弹力部件，该弹力部件可布置在马达轴上并且可通过将其挤压在锁定构件之间而进入张紧状态，使得弹力构件向环形制动构件提供压紧力。弹力构件可例如被设置为螺旋形弹簧、弹簧锁紧垫圈、弯曲弹簧锁紧垫圈、弯曲环形弹簧、波形弹簧等。

图3至图5示出了具有根据本发明的制动组件的机器人关节301、401和501的不同实施方案的横截面结构图。机器人关节301、401和501类似于结合图2所述的机器人关节201，并且类似的元件已被赋予与图2中相同的附图标记，并且将不进一步详细描述。应当理解，图2至图6所示的机器人关节用于示出本发明的其他实施方案的原理，并且图2至图6所示实施方案的特征可组合成其他实施方案。

图3示出了机器人关节301的实施方案，其中制动组件包括至少一个环形摩擦构件。环形摩擦构件和环形制动构件布置成物理接触。环形摩擦构件用于增加环形制动构件与马达轴之间的摩擦，由此可更有效地停止马达轴。此外，环形摩擦构件使得可以提供具有减小的张紧力的弹力构件和/或将锁定构件布置在弹力构件被构造成处于较小张力状态的位置中。还可提供环形摩擦构件以减少环形制动构件、马达轴和/或锁定构件之间的磨损。

在例示的实施方案中，机器人关节包括布置在马达轴处、与环形制动构件231物理接触并且在环形制动构件的相对两侧的第一环形摩擦构件345a和第二环形摩擦构件345b。环形制动构件因此布置在第一环形摩擦构件和第二环形摩擦构件之间。在马达轴制动期间，接合构件防止环形制动构件围绕马达轴线旋转。第一环形摩擦构件和第二环形摩擦构件分别在环形制动构件与第一锁定构件和第二锁定构件之间提供摩擦力。

环形摩擦构件可以不可旋转地布置在马达轴上，并且与马达轴一起旋转，并且环形制动构件在制动期间相对于环形摩擦构件旋转移位，由此产生摩擦力。

另外，环形摩擦构件可旋转地附接到马达轴，并且在环形制动构件的制动期间，环形摩擦构件和马达轴将相对于彼此移位，由此产生摩擦力。

另选地，环形摩擦构件可相对于环形制动构件旋转固定，并且当接合构件防止环形制动构件围绕马达轴线旋转时与环形制动构件一起停止。在此类实施方案中，摩擦力由于环形摩擦构件与马达轴和/或锁定构件之间的位移而产生。

环形摩擦构件可例如被设置为布置在马达轴上的环形制动构件旁边的环。环形摩擦构件可由能够增加环形制动构件与马达轴和/或锁定构件之间的摩擦的任何材料形成，诸如金属、橡胶、聚合物。

图4示出了机器人关节401的实施方案，其中第一锁定构件437a被设置为在沿马达轴的固定位置处的固定锁定构件，并且第二锁定构件436b被设置为可定位锁定构件，该可定位锁定构件可被定位在沿马达轴的多个位置处。环形制动构件231和弹力构件235以张紧状态布置在第一锁定构件437a和第二可定位锁定构件436b之间，其中可通过将第二可定位锁定构件布置在沿马达轴的期望位置来调整张力。在例示的实施方案中，第一锁定构件437a具体体现为马达轴411的环形突起部，并且第二可定位锁定构件436b被设置为夹紧环，该夹紧环通过夹紧螺钉447在期望位置处夹紧到马达轴。沿马达轴设置在固定位置处的第一锁定构件437a也可以设置为布置在马达轴的凹槽中的锁定环，在图1a至1c中示出为锁定环137a。

图5示出了机器人关节501的实施方案，其中第二可定位锁定构件536b被设置为十字螺栓锁定环，该十字螺栓锁定环螺纹连接在设置在马达轴511处的螺纹549上，其中十字螺栓锁定环使用夹紧螺钉547夹紧在期望位置处。

图6a至图6b示出了具有根据本发明的制动组件的机器人臂的机器人关节601；其中图6a示出了机器人关节的分解透视图，并且图6b示出了由图6a中的圆B环绕的部分的放大视图。

机器人关节601能够经由输出凸缘(未示出)连接到至少另一个机器人关节(未示出)。机器人关节601包括关节马达，该关节马达具有联接到马达轴611的马达定子和马达转子(在图6a中，马达定子没有从关节外壳分解)。马达轴能够围绕马达轴线613旋转。马达轴611被构造成经由应变波齿轮617相对于关节外壳615旋转输出凸缘(未示出)，其中马达轴驱动布置在环形柔性键齿内部的波发生器，该环形柔性键齿具有外齿状物，该外齿状物接合连接到输出凸缘的输出轴625的内齿状物的环形圈。关节马达、马达轴、应变波齿轮布置在关节外壳615内部。所示关节还包括附接凸缘627，该附接凸缘被构造成直接连接到另一个机器人关节的输出凸缘或经由连接元件连接到另一个机器人关节。

机器人关节包括制动组件629，该制动组件包括环形制动构件631、两个环形间隔件构件633a和633b、两个环形摩擦构件645a、645b、弹力构件635、第一锁定构件636a、第二可定位锁定构件636b和接合构件639。

环形制动构件631可旋转地布置在马达轴611上。环形制动构件被设置为环形圈，该环形圈包括相对于环形圈向外延伸的六个制动突起部632a。接合构件639布置在关节外壳中并且可在接合位置和非接合位置之间移动，其中在接合位置，接合构件与环形制动构件接合并且防止环形制动构件围绕马达轴线旋转，并且其中在非接合位置，接合构件允许环形制动构件围绕马达轴线旋转。接合构件被设置为制动销639，该制动销可通过由机器人和/或机器人关节的控制机构控制的螺线管641在接合位置和非接合位置之间移动。制动销处于接合位置，该接合位置移动到环形制动构件的两个相邻制动突起部之间的位置中，并且环形制动构件将旋转，直到制动突起部中的一个制动突起部碰撞接合销。因此，防止环形制动构件围绕马达轴线旋转。

在该实施方案中，六个制动突起部具体体现为互连板条的框架结构，其中每个制动突起部包括形成类三角形形状的两个板条，其中该两个板条形成类三角形形状的边，并且其中环形制动构件的中心部分形成类三角形形状的底边。将制动构件设置为形成类三角形形状的两个板条使得可以提供具有低惯性的轻便和稳固的环形制动构件，因为由两个板条支撑件形成的类三角形形状减少了制动构件的变形。碰撞接合构件的板条将在与环形制动构件的旋转方向相反的方向上弯曲，然而在该实施方案中，另一个板条减小/防止此类变形，因为其在碰撞期间吸收施加到制动构件的力中的一些。将制动构件设置为板条的框架结构使得可以减小制动构件的质量，并且因此减小环形制动构件的旋转惯性，从而导致环形制动构件更容易停止。

弹力构件635被设置在马达轴处，并且具体体现为波形弹簧，该波形弹簧在被第一锁定构件和第二锁定构件挤压成张紧状态时向环形制动构件635提供压紧力。

在该实施方案中，第一锁定构件636a被设置为压力配合环，该压力配合环具有比马达轴小的直径并且可被推压到马达轴上并锁定在马达轴处的对应锁定凹槽640a中。因此，第一锁定构件636a沿着马达轴固定在相同的位置。

第二可定位锁定构件被设置为压力配合环636b，通过将压力配合环636b推压到马达轴上而将其固定在马达轴上。压力配合环具有比马达轴的外部略小的直径，并且可通过沿马达轴压紧可定位锁定构件而被压紧到马达轴上。从而可以将压力配合环布置在沿着马达轴的多个位置处，由此能够调整锁定环636a和压力配合环636b之间的距离。结果是，可通过改变锁定环636a和压力配合环636b之间的距离来调整弹力构件的张力。因此，由弹力构件施加到环形制动构件的压紧力可被调整，并且导致环形制动构件、弹力构件、摩擦构件、锁定构件和马达轴之间的摩擦可被调整的事实。

第一间隔件构件633a被设置为平金属环，该平金属环经由马达轴的形状编码部分651和第一间隔件构件633a的内圆周编码形状不可旋转地布置在马达轴处。马达轴的形状编码部分651具有大致圆形横截面653，其中在该圆形横截面中形成圆655的四个直线弦。类似地，第一间隔件构件的内圆周编码形状已形成为具有大致圆形横截面，其中在该圆形横截面中形成圆的四个直线弦。第一间隔件构件装配在马达轴的编码部分上，并且由于在形状编码部分的圆形部分与直线弦部分之间形成的边缘而被防止相对于马达轴旋转。第一间隔件构件还用于将锁定环636a和第一环形摩擦构件645a之间的压紧力分布在较大区域上。应当注意，马达轴的编码形状部分和第一间隔件构件的对应内圆周编码形状可以防止第一间隔件构件围绕马达轴旋转的许多不同形状和形式提供。

第二间隔件构件633b被设置为平金属环并且可旋转地固定到马达轴，因为其具有大致圆形的内圆周形状，该内圆周形状具有配合在马达轴的编码部分651的圆形横截面上的直径，并且因此可相对于马达轴旋转。第二间隔件构件具有覆盖环形制动组件的横截面直径，并且因此充当环形制动构件的保护盖，例如覆盖环形制动构件的互连板条的框架结构的开口。第二间隔件构件还用于将弹力构件635和第二环形摩擦构件645b之间的压紧力分布在较大区域上。

在例示的实施方案中，机器人关节包括布置在马达轴处、与环形制动构件631物理接触并且在环形制动构件的相对两侧的第一环形摩擦构件645a和第二环形摩擦构件645b。第一摩擦构件和第二摩擦构件的内圆周形状已形成为与马达轴的形状编码部分651匹配的内圆周编码形状。环形摩擦构件的内周编码形状因此形成为大致圆形横截面，其中在该圆形横截面中形成圆的四个直线弦。因此，第一环形摩擦构件和第二环形摩擦构件非旋转地布置在马达轴处。在马达轴制动期间，通过接合构件防止环形制动构件围绕马达轴线旋转，并且第一环形摩擦构件和第二环形摩擦构件在环形制动构件与马达轴之间提供摩擦力。环形摩擦构件可以由能够增加环形制动构件和锁定构件之间的摩擦的任何材料形成，诸如金属、橡胶、聚合物、碳、陶瓷和/或它们的组合。

图7a至图7b示出了具有根据本发明的制动组件的机器人臂的机器人关节701；其中图7a示出了机器人关节的分解透视图，并且图7b示出了由图7a中的圆C环绕的部分的放大视图。机器人关节701类似于结合图6a和图6b描述的机器人关节601，并且类似的元件已被赋予与图6a和图6b中相同的附图标记，并且将不进一步详细描述。在该图示中，马达定子707在机器人外壳715内部可见。

在该实施方案中，制动组件729的第一锁定构件737a被设置为马达轴711的环形突起部，并且第一间隔件构件633a搁置在马达轴的环形突起部处。该环形突起部延伸到马达轴711的端部并进入应变波齿轮中。马达定子607因此附接到环形突起部。第二间隔件733b与第一间隔件相同，并且用于在第二摩擦构件645b和弹力构件635之间分配力。

图8a至图8b示出了具有根据本发明的制动组件的机器人臂的机器人关节801；其中图8a示出了机器人关节的分解透视图，并且图8b示出了由图7b中的圆D环绕的部分的放大视图。机器人关节801类似于结合图6a、图6b、图7a和图7b描述的机器人关节601和701，并且类似的元件已被赋予与图6a、图6b、图7a和图7b中相同的附图标记，并且将不进一步详细描述。在该图示中，马达定子807在机器人外壳815内部可见。

在该实施方案中，制动组件829的第一锁定构件837a被设置为马达轴811的环形突起部，并且环形摩擦构件645a搁置在马达轴的环形突起部处。该环形突起部延伸到马达轴811的端部并进入应变波齿轮中。马达定子607因此附接到环形突起部。在该实施方案中，环形突起部的横截面积至少与环形摩擦构件的横截面积一样大，并且第一环形摩擦构件和环形突起部之间的良好接触表面因此较大，并且其间的力因此分布在较大接触表面上。

此外，环形制动构件131被设置为从现有技术已知的并且在图1a中示出的环形制动构件。

图9a和图9b示出了根据本发明的制动机器人臂的机器人关节的方法，并且用于示出该方法的原理，其中图9a示出了该方法的流程图，并且图9b示出了该方法期间机器人关节的结构图。该方法是针对与图3中所示的机器人关节相似的机器人关节来示出的，并且类似的元件已经被赋予与图3中相同的参考标号，并且将不再赘述。

步骤961是提供机器人关节外壳215的步骤，并且步骤962是将具有可围绕马达轴线旋转的马达轴511的关节马达205至少部分地布置在关节外壳内部的步骤。在例示的实施方案中，作为第一步骤中的一个步骤，关节马达和马达轴布置在关节外壳内部，然而，应当注意，通过在将关节马达和马达轴布置在关节外壳内部之前执行其他步骤中的至少一些步骤，可将制动组件设置到马达轴。

步骤963是在马达轴处提供第一锁定构件的步骤。在例示的实施方案中，这通过如973所示将第一锁定构件236a布置到马达轴上，然后将锁定构件固定到马达轴上来执行。另选地，第一锁定构件可被设置为马达轴的环形突起部，例如分别在图4、图7和图8中示出的环形突起部437a、737a、837a。

步骤964a是在靠近第一锁定构件的位置处如箭头774a所示将环形摩擦构件345a布置到马达轴上的步骤。应当注意，步骤964a是任选的步骤并且可被省略。

步骤965是将环形制动构件231布置到马达轴上的步骤，如箭头975所示，使得环形制动构件能够相对于马达轴旋转。在例示的实施方案中，环形制动构件布置在环形摩擦构件旁边，但在步骤964a已被省略的实施方案中，环形制动构件可布置在第一锁定构件旁边。

步骤964b是在靠近环形制动构件的位置处如箭头774b所示将环形摩擦构件布置到马达轴上的步骤。应当注意，步骤964b是任选的步骤并且可省略。

步骤966是如箭头976所示将弹力构件235布置到马达轴上的步骤。在例示的实施方案中，弹力构件布置在环形摩擦构件旁边的位置处。在省略步骤964b的实施方案中，环形制动构件将布置在第一环形制动构件旁边。

步骤967是将可定位锁定构件236b布置到马达轴上的步骤，使得环形制动构件和至少一个弹力构件布置在锁定构件236a和可定位锁定构件263b之间，并且使得该至少一个弹力构件处于张紧状态。这是通过沿马达轴如箭头977所示移动可定位锁定元件并确保可定位锁定元件在期望的位置处固定到马达轴上来实现的。因此，步骤967可包括将可定位锁定构件固定在沿马达轴的位置处的步骤。在例示的实施方案中，将可定位锁定构件布置到马达轴上的步骤包括将压力配合环推压在马达轴上的步骤，这可通过压紧压力配合环直到其布置在期望位置来实现。在另一个实施方案中，将可定位锁定构件布置到马达轴上的步骤可包括将夹紧环夹紧到马达轴上的步骤。在另一个实施方案中，将锁定构件布置到马达轴上的步骤包括螺纹连接十字螺栓锁定环的步骤，该十字螺栓锁定环被螺纹连接到设置在马达轴处的螺纹上。

步骤968是提供连接到马达轴并可由马达轴旋转的输出凸缘的步骤，如箭头978所示。输出凸缘可连接到至少另一个机器人关节。在例示的实施方案中，输出凸缘直接连接到马达轴，然而，也可以经由齿轮传动系统将输出凸缘连接到马达轴。因此，提供输出凸缘的步骤可包括在马达轴和输出凸缘之间提供齿轮传动装置的步骤。

步骤969是提供接合构件239的步骤。接合构件239可在接合位置(实线)和非接合位置(虚线)之间移动(由箭头243示出)，其中在接合位置，接合构件与环形制动构件接合并且防止环形制动构件围绕马达轴线旋转，并且其中在非接合位置，接合构件允许环形制动构件围绕所述马达轴线旋转。

步骤970为将接合构件移动到接合位置中的步骤。因此，当接合构件移动到接合位置时，环形制动构件停止围绕马达轴线旋转，并且由于环形制动构件、弹力构件和锁定构件之间的摩擦而使马达轴停止。弹力构件以张紧状态设置在锁定构件之间，并且向环形制动构件提供压紧力，因此与弹力构件布置在非张紧状态的情况相比，环形制动构件、弹力构件和锁定构件之间的摩擦增加。

步骤961至969可例如在机器人关节和机器人臂的制造期间进行，并且步骤970可在机器人臂的使用期间进行。另外，应当理解，可改变步骤的顺序。

图9a和图9b中所示的方法用于说明根据本发明的方法的原理，并且针对图3中所示的机器人关节进行了说明，然而，应当注意，该方法也可以结合其他类型的机器人关节来执行，例如图4至图8中所示的机器人关节。

图10a至图10b示出了用于机器人关节的制动组件的环形制动构件631；其中图10a示出透视图，并且图10b示出顶视图。环形制动构件被构造成可旋转地布置在机器人关节的关节马达的马达轴上。环形制动构件631类似于图6a至图6b和图7a至图7b所示的制动组件的环形制动构件631。

环形制动构件631被设置为环形圈，该环形圈包括相对于环形圈向外延伸的六个制动突起部632a-f。接合构件(例如，为制动销的形式)处于接合位置，该接合位置移动到环形制动构件的两个相邻制动突起部之间的位置中，并且环形制动构件将旋转，直到制动突起部中的一个制动突起部碰撞接合构件。在该实施方案中，六个制动突起部具体体现为互连板条1021的框架结构。每个制动突起部包括形成类三角形形状的两个板条，其中该两个板条形成类三角形形状的边，并且其中环形制动构件的中心部分1023形成类三角形形状的底边。将制动构件设置为形成类三角形形状的两个板条使得可以提供具有低惯性的轻便和稳固的环形制动构件，因为由两个板条支撑件形成的类三角形形状减少了制动构件的变形。碰撞接合构件的板条将在与环形制动构件的旋转方向相反的方向上弯曲，然而在该实施方案中，另一个板条减小/防止此类变形，因为其在碰撞期间吸收施加到制动构件的力中的一些。将制动构件设置为板条的框架结构使得可以减小环形制动构件的质量，并且因此减小环形制动构件的旋转惯性，从而导致环形制动构件更容易停止。

在例示的实施方案中，形成类三角形形状的边的两个板条围绕穿过环形构件的中心和三角形形状的尖端1025的径向线1024(仅针对制动突起部632c示出)对称。提供形成围绕径向线对称的类三角形形状的边的两个板条使得可以提供稳固的制动突起部，该制动突起部与环形制动构件的旋转方向无关，因为此类制动突起部可以承受与环形制动构件的旋转方向无关的类似制动力。这可结合其中关节马达可沿两个方向旋转的机器人关节的制动组件使用。

在例示的实施方案中，形成类三角形形状的边的两个板条之间的角度Φ为大约70度，从而提供稳固的制动突起部，因为在两个板条之间成大约70度的角度使得该两个板条可以在与接合构件接合时可以从彼此吸收力。同时，大约70度的角度使得能够提供相对于环形制动构件的中心部分显著向外延伸的制动突起部，其中在机器人臂制动时产生更大的制动扭矩。形成类三角形形状的边的两个板条之间的角度可因此小于120度，例如介于50度至90度之间。

此外，类三角形形状的尖端形成制动突起部的接合部分，并且该接合部分被构造成接合接合件。

图11a至图11b示出了用于机器人关节的制动组件的环形制动构件1131；其中图11a示出透视图，并且图11b示出顶视图。环形制动构件被构造成可旋转地布置在机器人关节的关节马达的马达轴上，其中马达轴可围绕马达轴线旋转。环形制动构件包括被构造成与接合构件接合的多个制动突起部1132a-j，由此制动突起部中的至少一个制动突起部与接合构件之间的接合防止环形制动构件围绕马达轴线旋转。多个制动突起部1132a-j由互连板条1121的框架结构形成，并且制动突起部中的至少一个制动突起部包括形成类三角形形状的两个板条，其中该两个板条形成类三角形形状的边，并且其中环形制动构件的中心部分形成类三角形形状的底边1123。如结合图10所述，这使得可以减小环形制动构件的质量，并且因此减小环形制动构件的旋转惯性，从而导致环形制动构件更容易停止。

在该实施方案中，形成类三角形形状的边的两个板条围绕穿过环形构件的中心和三角形形状的尖端1125的径向线1124(仅针对制动突起部1132i示出)对称。如结合图10所述，这使得可以提供稳固的制动突起部，该制动突起部与环形制动构件的旋转方向无关，因为此类制动突起部可以承受与环形制动构件的旋转方向无关的类似制动力。这可结合其中关节马达可沿两个方向旋转的机器人关节的制动组件使用。

在例示的实施方案中，形成类三角形形状的边的两个板条之间的角度Θ为大约40度。这使得可以增加环形制动构件的中心周围的制动突起部的数量，并且同时保持两个互连的板条从彼此吸收力的优点。在制动组件中，增加数量的制动突起部减小了环形制动构件在接合接合件之前需要旋转的最大角距离。因此，形成类三角形形状的边的两个板条之间的角度(Φ,Θ)可为至少30度，例如介于35度至45度之间。

此外，类三角形形状的尖端形成制动突起部的接合部分，并且该接合部分被构造成接合接合件。制动突起部的尖端1125因此被构造成与接合构件接合，并且该尖端包括被构造成接合接合构件的径向接合边(1126)。该径向接合边形成为径向线段，该径向线段形成径向线(1122)的穿过环形制动构件的中心的部分。将环形制动突起部的接合部分形成为径向线段，该径向线段形成径向线(1122)的穿过环形制动构件的中心的部分，这导致接合构件和制动突起部之间的制动力在接合时基本上与旋转方向相切的事实。因此，大多数制动力用于停止环形制动构件的旋转。另外，最终被引导离开或朝向马达轴线的最终制动力被减小，这减小了马达轴与环形制动构件之间的磨损以及制动力可能导致马达轴不对准的风险。在例示的实施方案中，环形制动器的尖端包括布置在环形制动突起部的相对两侧的两个径向接合边。这确保了在两个旋转方向上的最佳断裂。

附图参考的简要说明

Claims (22)

1.一种机器人臂(201)的机器人关节(201)，其中所述机器人关节能够经由输出凸缘(203)连接到至少另一个机器人关节(202a,202b)，所述机器人关节包括关节马达(205)，所述关节马达具有可围绕马达轴线(213)旋转的马达轴(211)，所述马达轴被构造成相对于关节外壳(215)旋转所述输出凸缘，并且所述关节马达布置在所述关节外壳中；所述机器人关节包括制动组件(229)，所述制动组件包括：

·环形制动构件(231)，所述环形制动构件可旋转地布置在所述马达轴上；

·至少一个弹力构件(235)，所述至少一个弹力构件被构造成将压紧力施加到所述环形制动构件；

·第一锁定构件(236a)和第二锁定构件(236b)，所述第一锁定构件和所述第二锁定构件布置在所述马达轴上、位于所述环形制动构件和所述至少一个弹力构件的相对两侧，使得所述环形制动构件和所述至少一个弹力构件以张紧状态布置在所述第一锁定构件和所述第二锁定构件之间；

·接合构件(239)，所述接合构件可在接合位置与非接合位置之间移动，其中在所述接合位置，所述接合构件与所述环形制动构件接合并且防止所述环形制动构件围绕所述马达轴线旋转，并且其中在所述非接合位置，所述接合构件允许所述环形制动构件围绕所述马达轴线旋转；

其特征在于所述第一锁定构件和所述第二锁定构件中的至少一个锁定构件是可定位锁定构件，其可以固定在所述马达轴上和沿着所述马达轴的多个位置处，由此能够调整所述第一锁定构件和所述第二锁定构件之间的距离，从而能够调整所述环形制动构件和所述至少一个弹力构件之间的张力。

2.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于所述制动组件包括布置在所述马达轴上的至少一个环形摩擦构件(345a,345b)；其中所述环形制动构件和所述环形摩擦构件布置成沿着所述马达轴彼此物理接触，并且所述环形摩擦构件在所述环形制动构件和所述马达轴之间提供摩擦。

3.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于所述环形制动构件布置在所述马达轴上布置的第一环形摩擦构件(345a)和第二环形摩擦构件(345b)之间，其中所述环形制动构件在第一侧与所述第一环形摩擦构件物理接触，并且在第二侧处与所述第二环形制动构件物理接触。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的机器人关节，其特征在于所述环形摩擦构件中的至少一个环形摩擦构件不可旋转地布置在所述马达轴上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人关节，其特征在于所述环形制动构件包括由互连板条的框架结构形成的多个突起部(632a-e)。

6.根据权利要求5所述的机器人关节，其特征在于所述制动突起部中的至少一个制动突起部包括形成类三角形形状的两个板条，其中所述两个板条形成所述类三角形形状的边，并且其中所述环形制动构件的中心部分形成所述类三角形形状的底边。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人关节，其特征在于所述可定位锁定构件是压力配合环(236b,636b)，所述压力配合环具有比所述马达轴略小的直径，并且通过将所述压力配合环推压到所述马达轴上来将所述压力配合环固定在所述马达轴上。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人关节，其特征在于所述至少一个可定位锁定构件是夹紧环(436b)，所述夹紧环包括夹紧装置，所述夹紧装置被构造成在所述弹力构件处于张紧状态时将所述夹紧环夹紧在沿所述马达轴的位置处，并且通过所述力使得所述夹紧环保持在所述位置处。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的机器人关节，其特征在于所述至少一个可定位锁定构件是被螺纹连接到设置在所述马达轴处的螺纹(549)上的十字螺栓锁定环(536b)。

10.一种制动机器人臂的机器人关节的方法，所述方法包括以下步骤：

·提供机器人关节外壳(961)；

·将具有能够围绕马达轴线旋转的马达轴的关节马达至少部分地布置在所述关节外壳内部(962)；

·在所述马达轴上提供第一锁定构件(963)；

·将环形制动构件布置到所述马达轴上，使得所述环形制动构件能够相对于所述马达轴旋转(965)；

·将至少一个弹力构件布置到所述马达轴上(966)；

·提供连接到所述马达轴并能够由所述马达轴旋转的输出凸缘，所述输出凸缘可连接到至少另一个机器人关节(968)；

·提供能够在所述关节外壳内部移动的接合构件(969)，其中所述接合构件可在接合位置与非接合位置之间移动，其中在所述接合位置，所述接合构件与所述环形制动构件接合并且防止所述环形制动构件围绕所述马达轴线旋转，并且其中在所述非接合位置，所述接合构件允许所述环形制动构件围绕所述马达轴线旋转；

·将所述接合构件移动到所述接合位置中(970)；

其特征在于所述方法包括将可定位锁定构件布置到所述马达轴上的步骤(967)，使得所述环形制动构件和所述至少一个弹力构件布置在所述第一锁定构件和所述可定位锁定构件之间，并且使得所述至少一个弹力构件处于张紧状态。

11.根据权利要求11所述的方法，其特征在于将所述可定位锁定构件布置到所述马达轴上的所述步骤包括将所述可定位锁定构件固定在沿着所述马达轴的位置的步骤。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述方法包括将至少一个环形摩擦构件布置在所述马达轴上所述环形制动构件和所述环形摩擦构件沿所述马达轴彼此物理接触的位置处的步骤(964b,964b)。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于将所述可定位锁定构件布置到所述马达轴上的所述步骤包括将压力配合环推压到所述马达轴上的步骤。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于将所述可定位锁定构件布置到所述马达轴上的所述步骤包括将夹紧环夹紧到所述马达轴上的步骤。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于将所述可定位锁定构件布置到所述马达轴上的所述步骤包括螺纹连接十字螺栓锁定环的步骤，所述十字螺栓锁定环被螺纹连接到设置在所述马达轴处的螺纹上。

16.一种用于机器人关节的制动组件的环形制动构件(631,1131)，其中所述环形制动构件被构造成可旋转地布置在机器人关节的关节马达的马达轴上，其中所述马达轴能够围绕马达轴线旋转，所述环形制动构件包括多个制动突起部，所述多个制动突起部被构造成与接合构件接合，由此所述制动突起部中的至少一个制动突起部和所述接合构件之间的接合防止所述环形制动构件围绕所述马达轴线旋转，其特征在于所述多个制动突起部(632a-3,1132a-j)由互连板条(1021,1121)的框架结构形成，并且所述制动突起部中的至少一个制动突起部包括形成类三角形形状的两个板条，其中所述两个板条形成所述类三角形形状的边，并且其中所述环形制动构件的中心部分形成所述类三角形形状的底边(1023,1123)。

17.根据权利要求16所述的环形制动构件，其中形成类三角形形状的所述边的所述两个板条围绕穿过所述环形构件的中心和三角形形状的尖端(1025,1125)的径向线(1024,1124)对称。

18.根据权利要求16至17中任一项所述的环形制动构件，其中形成所述类三角形形状的所述边的所述两个板条之间的角度(Φ,Θ)为至少30度。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的环形制动构件，其中形成所述类三角形形状的所述边的所述两个板条之间的角度(Φ,Θ)小于120度。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的环形制动构件，其中所述制动突起部的所述尖端(1125)被构造成与所述接合构件接合，并且其中所述制动突起部的所述尖端包括径向接合边(1126)，其中所述径向接合边形成为径向线段，所述径向线段形成径向线(1124)的穿过所述环形制动构件的所述中心的部分。

21.一种机器人臂(200)的机器人关节(201)，其中所述机器人关节能够经由输出凸缘(203)连接到至少另一个机器人关节(202a,202b)，所述机器人关节包括关节马达(205)，所述关节马达具有能够围绕马达轴线(213)旋转的马达轴(211)，所述马达轴被构造成相对于关节外壳(215)旋转所述输出凸缘，并且所述关节马达布置在所述关节外壳中；所述机器人关节包括制动组件(229)，所述制动组件包括：

·环形制动构件，所述环形制动构件可旋转地布置在所述马达轴上；

·至少一个弹力构件(235)，所述至少一个弹力构件被构造成将压紧力施加到所述环形制动构件；

·第一锁定构件(236a)和第二锁定构件(236b)，所述第一锁定构件和所述第二锁定构件布置在所述环形制动构件和所述至少一个弹力构件的相对两侧，使得所述环形制动构件和所述至少一个弹力构件以张紧状态布置在所述第一锁定构件和所述第二锁定构件之间；

·接合构件(239)，所述接合构件可在接合位置与非接合位置之间移动，其中在所述接合位置，所述接合构件与所述环形制动构件接合并且防止所述环形制动构件围绕所述马达轴线旋转，并且其中在所述非接合位置，所述接合构件允许所述环形制动构件围绕所述马达轴线旋转；

其特征在于所述环形制动构件是根据权利要求16至20中任一项所述的环形制动构件。

22.根据权利要求21所述的机器人关节，其中所述环形制动构件是根据权利要求20所述的制动构件，并且其中处于所述接合位置的所述接合构件接合所述环形制动构件的所述制动突起部中的至少一个制动突起部的所述径向接合边。

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