CN114800612B - 一种弹性制动器、机器人关节及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种弹性制动器、机器人关节及机器人，所述弹性制动器包括：抱闸组件，所述抱闸组件包括抱闸片和沿所述抱闸片周向分布的多个撞击部，所述抱闸片设置于电机轴以跟随旋转；阻挡组件，所述阻挡组件包括可在阻挡位置和释放位置之间运动的接合部，当所述接合部位于阻挡位置时能够与所述撞击部接触以限制抱闸片的旋转，当所述接合部位于释放位置时允许所述抱闸片的旋转，其中，当所述接合部与所述撞击部接触时，所述撞击部受力产生沿抱闸片周向的位移，以使得抱闸片旋转方向上的下一个撞击部朝向接合部运动。本发明所提供的制动器的结构紧凑、安装所需空间小，且不会摩擦掉粉，制动器不易失效。
Description
技术领域
本发明涉及制动器技术领域，特别是涉及一种弹性制动器、机器人关节及机器人。
背景技术
制动器主要包括摩擦式制动器和非摩擦式制动器，其中摩擦式制动器包括盘式制动器、外抱式制动器、带式制动器和电磁制动器等类型，非摩擦式制动器包括磁粉制动器、涡流制动器和水涡流制动器等，其中，电磁制动器是机器人领域较为常用的制动器，其主要依靠摩擦力实现电机制动，但是其存在摩擦生热严重、易摩擦掉粉污染制动器周边元器件、制动易失效的问题。同时，应用于机器人场景下，尤其是应用于协作机器人时，机器人关节内空间较小，对制动器的结构紧凑、小巧提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弹性制动器、机器人关节及机器人，以解决现有技术中的制动器易摩擦产生粉尘、占用空间大的问题。
为实现上述目的，本申请可采用如下技术方案：一种弹性制动器，包括：抱闸组件，所述抱闸组件包括抱闸片和沿所述抱闸片周向分布的多个撞击部，所述抱闸片设置于电机轴以跟随旋转；阻挡组件，所述阻挡组件包括可在阻挡位置和释放位置之间运动的接合部，当所述接合部位于阻挡位置时能够与所述撞击部接触以限制抱闸片的旋转，当所述接合部位于释放位置时允许所述抱闸片的旋转；其中，当所述接合部与所述撞击部接触时，所述撞击部受力产生沿抱闸片周向的位移，以使得抱闸片运动方向上的下一个撞击部朝向接合部运动。
进一步的，所述接合部依次与至少两个撞击部接触以阻止抱闸片的旋转。
进一步的，所述撞击部至少部分由柔性材料制成，所述撞击部受接合部的接触力时可沿抱闸片周向变形，以使得抱闸片运动方向上的下一个撞击部朝向接合部运动。
进一步的，所述抱闸组件包括设置于相邻撞击部之间的弹性连接件，所述撞击部受接合部的接触力时可沿抱闸片周向移动，以使得抱闸片运动方向上的下一个撞击部朝向接合部运动。
进一步的，所述抱闸组件包括设置于相邻撞击部之间的支撑梁，所述支撑梁和相邻的撞击部之间通过弹性连接件连接。
进一步的，所述撞击部形成为沿所述抱闸片径向延伸的撞击杆，所述撞击杆一端可旋转的连接于制动片，另一端延伸超出抱闸片边缘以与接合部接触。
进一步的，所述阻挡组件包括电磁铁，所述接合部形成为弹杆，所述弹杆根据所述电磁铁的得电状态而处于释放位置，根据所述电磁铁的失电状态而处于阻挡位置。
本发明还可采用如下技术方案：一种机器人关节，包括关节外壳、驱动电机和输出法兰，所述机器人关节可通过输出法兰连接至另一个机器人关节，所述驱动电机包括沿电机轴线旋转的电机轴，所述驱动电机用于相对于所述关节外壳旋转所述输出法兰，所述机器人关节包括前文中任一项所述的弹性制动器，所述抱闸片设置于所述电机轴以限制电机轴的旋转。
本发明还可采用如下技术方案：一种机器人，包括机器人关节、连杆和底座，所述机器人关节包括关节外壳、驱动电机和输出法兰，所述机器人关节可通过输出法兰连接至另一个机器人关节，所述驱动电机包括沿电机轴线旋转的电机轴，所述驱动电机用于相对于所述关节外壳旋转所述输出法兰，所述机器人关节包括前文中任一项所述的弹性制动器，所述抱闸片设置于所述电机轴以限制电机轴的旋转。
与现有技术相比，本发明具体实施方式的有益效果为：通过接合部与撞击部的碰撞接触限制抱闸片旋转，制动器的结构简单，轴向方向上结构较为紧凑；在制动过程中，接合部依次与至少两个撞击部接触直至电机停止转动，将电机的转动动能转化为撞击部沿抱闸片周向的位移运动，避免较大的冲击力导致制动器损坏，多次的碰撞接触也能够有效避免制动失效。
附图说明
图1是本发明一个实施例的制动器的接合部处于释放位置的示意图；
图2是图1的A部位的局部放大图；
图3是本发明一个实施例的制动器的接合部处于阻挡位置的示意图；
图4是图3的A部位的局部放大图；
图5是本发明一个实施例的制动器的撞击部产生周向位移的示意图；
图6是图5的A部位的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明了，下面将结合附图来描述本发明的实施例。应当理解的是，对实施方式的具体说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不是用于穷举本发明的所有可行方式，更不是用于限制本发明的具体实施范围。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“顶”、“底”、“竖直”、“水平”、“竖向”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，仅是为了便于描述或简化描述本发明，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、安装及操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。
本发明保护一种弹性制动器，参图1-2，制动器包括抱闸组件10和阻挡组件20，抱闸组件10包括抱闸片11和沿所述抱闸片11周向分布的多个撞击部12，阻挡组件20包括能够与撞击部12接触的接合部22，接合部22与撞击部12接触进而限制抱闸片11的旋转最终达到阻止电机3旋转的目的。撞击部12沿抱闸片11的周向分布，示例性的，撞击部12超出所述抱闸片11的边缘设置，以使得抱闸片11旋转时，撞击部12可以与所述接合部22接触，进而通过接合部22的阻挡作用限制抱闸片11的旋转，示例性的，撞击部12可以形成为多种形式，例如，撞击部12可以形成为沿抱闸片11周向分布的多个凸起结构；或者，撞击部12可以形成为设置于抱闸片11上的多个撞击杆，所述撞击杆沿抱闸片11的径向延伸超出抱闸片11的边缘。所述撞击部12可以固定或可运动地设置于所述抱闸片11，或者，所述撞击部12可以与所述抱闸片形成为整体结构，通过该整体结构能够识别抱闸片的结构特征。
所述抱闸片11形成为环形结构，抱闸片11设置于电机轴以跟随旋转，可选的，所述抱闸片11固定安装于电机轴，抱闸片11和电机3实现同步旋转，通过限制抱闸片的旋转以间接限制电机的旋转。
阻挡组件20用于限制抱闸片11的旋转，阻挡组件20包括可在阻挡位置和释放位置之间运动的接合部22，参图1-2，接合部22位于释放位置，抱闸片11可以自由旋转，参图3-4，接合部22位于阻挡位置，能够与撞击部12接触以限制抱闸片11的旋转。具体的，阻挡组件20还包括电磁铁21，当电磁铁21得电时，接合部22处于收缩状态从而处于释放位置，允许抱闸片11的旋转；当电磁铁21失电时，接合部22处于伸展状态从而处于阻挡位置，电机轴带动抱闸片11处于旋转状态，接合部22能够与撞击部12碰撞接触从而限制抱闸片11的旋转。具体的，所述接合部22形成为具有杆部和头部，所述头部相对于杆部靠近电磁铁21设置，所述头部具有更大的周向范围，当接合部22处于释放位置时，头部处于相对接近电磁铁21的第一位置，当接合部22处于阻挡位置时，所述头部处于相对远离电磁铁21的第二位置，当所述头部处于第二位置时，接合部22的头部与撞击部12接触以限制抱闸片11的旋转。
在一个具体的实施例中，所述接合部22的运动方向平行于所述电机轴，可理解的，抱闸片11设置于电机轴跟随旋转，抱闸片11的旋转方向垂直于电机轴，进而使得接合部22的运动方向与抱闸片11的旋转方向相垂直，当接合部22处于释放状态时，接合部22正好与某一个撞击部12接触或接合部22处于相邻俩撞击部12之间，伴随着抱闸片11的旋转，接合部22与撞击部12发生碰撞接触，抱闸片11的旋转被接合部22限制。通过阻挡组件20沿电机轴向运动的接合部22阻挡抱闸组件10的旋转，制动器的结构较为简单，相对于电磁式制动器，本发明所提供的制动器在电机轴向上所占空间更小，适用于如协作机器人等安装空间紧缺的场景。
当接合部22从释放位置运动至阻挡位置时，此时抱闸片11处于高速旋转状态，当接合部22移动至阻挡位置与撞击部12接触时，所述撞击部12受力产生沿抱闸片11周向的位移，撞击部12产生相对于抱闸片的周向位移，能够消耗抱闸片转动的动能，当抱闸片运动方向上的下一个撞击部跟随着抱闸片的旋转朝向接合部运动。具体的，当抱闸片的转动动能较小时，撞击部12与接合部22碰撞接触后，撞击部沿抱闸片周向发生弹性变形或位置移动，以使得撞击部实际上相对于抱闸片产生周向的位移，撞击部的弹性变形或者位置移动消耗抱闸片转动的动能，抱闸片继续旋转，旋转方向上的下一个撞击部朝向接合部运动。当抱闸片的转动动能较大时，旋转方向上的下一个撞击部朝向接合部运动，使得接合部与上述下一个撞击部发生碰撞接触，上述下一个撞击部继续相对于抱闸片产生周向的位移，若抱闸片仍未停止转动，则继续使得旋转方向上的撞击部与接合部依次碰撞接触，直至抱闸片停止转动。可理解的，当抱闸片的转动动能较大时，所述接合部22依次与至少两个撞击部12接触以阻止抱闸片11的旋转，接合部22每当与撞击部12发生一次碰撞接触时，能够减小抱闸片11旋转的动能，进而使得通过与抱闸片旋转方向上的多个撞击部12依次碰撞接触后，抱闸片11最终能够停止旋转。当接合部22与撞击部12接触时，当接合部22与撞击部12的碰撞接触力大于一阈值时，撞击部12基于弹性变形或者基于位置移动产生沿抱闸片11周向的位移，使得接合部22与撞击部12发生“跳齿”，接合部22可以与下一个撞击部12接触，当接合部22与下一个撞击部12接触时，当前撞击部12不再受接合部22的碰撞作用力，则当前撞击部12可恢复原来的位置，如果接合部22依次与所有撞击部12进行一次碰撞接触后仍无法实现抱闸片11的制动，则接合部22继续重复与撞击部12的碰撞接触，即同一个撞击部12可以接受来自接合部22的两次以上的碰撞接触力才能实现抱闸片11的制动。同时，抱闸片11与接合部22碰撞接触时，两者之间存在较大的转动动能，通过接合部22与撞击部12接触使得撞击部12“跳齿”，能够消耗转动动能，避免两者之间能量较大引起制动器失效，也避免撞击力度较大使得制动器损坏。具体，抱闸片11固定于电机轴时，当接合部22与撞击部12发生碰撞接触时，抱闸片11容易过载，通过撞击部12沿抱闸片11周向的运动，通过抱闸片11的弯曲变形或弹性移动，减小了抱闸片11的转动动能，同时能够保护制动器。
为使得接合部22与撞击部12接触时，撞击部12能够产生沿抱闸片11周向的位移，在本发明的一个实施例中，所述撞击部12至少部分由柔性材料制成。示例性的，所述柔性材料包括刚度较小的塑料、橡胶件等。当所述接合部22与所述撞击部12碰撞接触时，所述撞击部12根据接合部22施加的撞击作用力发生变形，即撞击部12相对于抱闸片11产生了周向上的位移，当接合部22与撞击部12碰撞接触时，由于撞击部12的弯曲变形，抱闸片旋转方向上的下一个撞击部朝向接合部运动，当抱闸片转动动能较大时，接合部22可以与抱闸片11旋转方向上的下一个撞击部12碰撞接触，在撞击部12弯曲变形的过程中，接合部22与撞击部12的转动动能被部分的转化为撞击部12的弹性势能予以消耗，当接合部22依次与多个撞击部12接触后，最终达到阻止抱闸片11旋转的效果。当接合部22与下一个撞击部12接触时，当前撞击部12不再受接合部22的碰撞接触力，基于其柔性材料，当前撞击部12可恢复碰撞接触前的初始位置。
在本发明的另一个实施例中，参图5-6，所述抱闸组件10包括设置于相邻撞击部12之间的弹性连接件14，当接合部22与撞击部12碰撞接触时，撞击部12受碰撞接触力时，基于弹性连接件14的弹力作用能够产生相对于抱闸片11周向的位移，撞击部12发生周向位移后，抱闸片旋转方向上的下一个撞击部朝向接合部运动，当抱闸片转动动量较大时，接合部22可以与下一个撞击部12发生碰撞接触，进而将撞击部12的转动动能转化为弹性势能予以消耗。优选的，所述抱闸组件10包括设置于相邻的撞击部12之间的支撑梁13，所述支撑梁13固定于所述抱闸片11，支撑梁13与两侧的撞击部12通过弹性连接件14连接，示例性的，所述弹性连接件14可包括弹簧、扭簧、弹性橡胶等形式，支撑梁13的位置固定不变，当撞击部12受力时，撞击部12基于弹性连接件14作用发生周向位移。参图5-图6，图5是抱闸组件10的撞击部12发生周向位移的示意图，当接合部22处于释放位置时，接合部22与撞击部12接触，接合部22与撞击部12之间存在撞击接触力，撞击部12和支撑梁13之间设置有弹簧，撞击部12受力时弹簧被压缩使得撞击部12产生沿抱闸片11周向的变形，接合部22因而可以与抱闸片11旋转方向上的一个撞击部12接触，而当前撞击部12由于不再受接合部22的碰撞接触力，基于弹簧的弹性作用可恢复碰撞接触前的初始位置。
优选的，所述撞击部12形成为沿所述抱闸片11径向分布的撞击杆，撞击杆一端连接于抱闸片11，另一端超出抱闸片11边缘，从而使得接合部22能够与撞击部12接触。可理解的，支撑梁13的长度小于撞击杆，以使得接合部22能够与撞击杆碰撞接触而不会与支撑梁13发生碰撞。具体的，所述撞击杆与抱闸片11之间通过可旋转结构连接，当撞击杆受接合部22的碰撞接触力时，撞击杆能够相对于抱闸片11旋转，从而使得接合部22能够与下一个撞击杆接触，通过接合部22的与撞击杆的多次跳齿，消耗抱闸片的转动动能，最终实现抱闸片的制动。
以上优选实施例的有益效果在于：基于阻挡组件与抱闸片的撞击部碰撞接触的方式限制抱闸片的旋转，制动器体积较小，占用径向安装空间小；接合部与撞击部可产生多次碰撞接触，避免制动器的制动失效；同时，不易产生粉尘而污染其他元器件。
本发明还保护一种机器人关节，包括关节外壳、驱动电机3、输出法兰和前文中所述的弹性制动器，机器人关节通过输出法兰可连接至下一个机器人关节，驱动电机用于相对于所述关节外壳旋转所述输出法兰，驱动电机包括沿电机轴线旋转的电机轴，所述抱闸片11设置于所述电机轴以跟随旋转，在一个具体的实施例中，所述抱闸片固定于所述电机轴。
本发明还保护一种机器人，包括机器人关节、底座和连杆，所述机器人关节包括关节外壳、驱动电机、输出法兰和前文中所述的弹性制动器，机器人关节通过输出法兰可连接至下一个机器人关节，驱动电机用于相对于所述关节外壳旋转所述输出法兰，驱动电机包括沿电机轴线旋转的电机轴，所述抱闸片设置于所述电机轴以跟随旋转。所述机器人示例性的可以是协作机器人，协作机器人的关节空间较小，本方案所提供的弹性制动器适合于协作机器人解决安装空间狭小的问题。
最后还需要指出，由于文字表达的有限性，上述说明仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明并不限于所披露的各实施方式，在不偏离上述示例的范围和精神的情况下，对于本领域的技术人员来说还可以作若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。因此本发明的保护范围应以权利要求为准。
Claims (7)
1.一种弹性制动器，其特征在于，包括：
抱闸组件，所述抱闸组件包括抱闸片和沿所述抱闸片周向分布的多个撞击部，所述抱闸片设置于电机轴以跟随旋转；
阻挡组件，所述阻挡组件包括可在阻挡位置和释放位置之间运动的接合部，当所述接合部位于阻挡位置时能够与所述撞击部接触以限制抱闸片的旋转，当所述接合部位于释放位置时允许所述抱闸片的旋转；
其中，当所述接合部与所述撞击部接触时，所述撞击部受力产生沿抱闸片周向的位移，以使得抱闸片运动方向上的下一个撞击部朝向接合部运动；
所述抱闸组件包括设置于相邻撞击部之间的弹性连接件，所述撞击部受接合部的接触力时可沿抱闸片周向移动，以使得抱闸片运动方向上的下一个撞击部朝向接合部运动；
所述抱闸组件包括设置于相邻撞击部之间的支撑梁，所述支撑梁和相邻的撞击部之间通过弹性连接件连接；
所述撞击部形成为沿所述抱闸片径向延伸的撞击杆，所述撞击杆一端可旋转的连接于制动片，另一端延伸超出抱闸片边缘以与接合部接触。
2.根据权利要求1所述的弹性制动器，其特征在于，所述接合部依次与至少两个撞击部接触以阻止抱闸片的旋转。
3.根据权利要求1所述的弹性制动器，其特征在于，所述抱闸片固定安装于电机轴。
4.根据权利要求1所述的弹性制动器，其特征在于，所述撞击部至少部分由柔性材料制成，所述撞击部受接合部的接触力时可沿抱闸片周向变形，以使得抱闸片运动方向上的下一个撞击部朝向接合部运动。
5.根据权利要求1所述的弹性制动器，其特征在于，所述阻挡组件包括电磁铁，所述接合部形成为弹杆，所述弹杆根据所述电磁铁的得电状态而处于释放位置，根据所述电磁铁的失电状态而处于阻挡位置。
6.一种机器人关节，包括关节外壳、驱动电机和输出法兰，所述机器人关节可通过输出法兰连接至另一个机器人关节，所述驱动电机包括沿电机轴线旋转的电机轴，所述驱动电机用于相对于所述关节外壳旋转所述输出法兰，其特征在于，所述机器人关节包括权利要求1-5中任一项所述的弹性制动器，所述抱闸片设置于所述电机轴以限制电机轴的旋转。
7.一种机器人，包括机器人关节、连杆和底座，所述机器人关节包括关节外壳、驱动电机和输出法兰，所述机器人关节可通过输出法兰连接至另一个机器人关节，所述驱动电机包括沿电机轴线旋转的电机轴，所述驱动电机用于相对于所述关节外壳旋转所述输出法兰，其特征在于，所述机器人关节包括权利要求1-5中任一项所述的弹性制动器，所述抱闸片设置于所述电机轴以限制电机轴的旋转。
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