CN116006606A - 关节抱闸机构及机器人关节 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种关节抱闸机构及机器人关节，关节抱闸机构包括：离合圈、摩擦组件和插销组件，所述离合圈包括内圈和外圈，内圈和外圈之间分布有开槽和滚体，所述滚体能够基于插销组件的作用沿所述开槽由第一位置运动至第二位置，以使得内圈和外圈实现接合和分离的切换；当所述内圈和外圈分离时，内圈和外圈能够相对旋转；当所述内圈和外圈接合时，内圈和外圈的相对旋转被限制，所述摩擦组件轴向压紧离合圈以实现刹车减速。本申请具体实施例的抱闸机构仅需较小的驱动力驱动插销组件运动，抱闸机构的体积较小、结构紧凑。

Description

关节抱闸机构及机器人关节

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种关节抱闸机构及机器人关节。

背景技术

制动器是用于使运动部件减速、停止或保持停止状态的装置，现有技术中的制动器主要是插销式制动器和电磁式制动器。

其中，插销式制动器包括设置于电机轴的爪盘以及设置于关节轴向的挡销，利用挡销插入时限制爪盘的旋转进而达到制动的效果，但是爪盘周向相邻的爪之间具有间隙，使得挡销在插入后不能立即制动，关节仍然能够转动一定角度，不能将关节稳定地保持在静止位置。

电磁式制动器通过电磁力作用使得槽盘吸附衔铁，压紧设置于槽盘和衔铁之间的摩擦片实现制动，摩擦片连接于电机轴，该种方式下能够实现关节的静止位置，但制动器的分离-接合完全由电磁力提供，这将使得制动器的体积大、重量大，不利于关节的紧凑设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种关节抱闸机构及机器人关节，以解决现有技术中的制动器实现断电制动后难以保持静止位置、制动器体积大、重量的问题，本发明所提供的关节抱闸机构通过自锁摩擦力驱动摩擦片减速，离合插销需要的驱动力较小，且该制动器的设置位置灵活，有利于关节的紧凑化设计。

为解决上述问题，本发明可采用如下技术方案：一种关节抱闸机构，包括离合圈、摩擦组件和插销组件，所述离合圈包括内圈和外圈，内圈和外圈之间分布有开槽和滚体，所述滚体能够基于插销组件的作用沿所述开槽由第一位置运动至第二位置，以使得内圈和外圈实现接合和分离的切换；当所述内圈和外圈分离时，内圈和外圈能够相对旋转；当所述内圈和外圈接合时，内圈和外圈的相对旋转被限制，所述摩擦组件轴向压紧离合圈以实现刹车减速。

进一步的，所述摩擦组件安装于运动轴以跟随转动，当所述内圈和外圈接合时，所述摩擦组件相对于离合圈转动，摩擦组件和离合圈之间形成摩擦扭矩以实现刹车减速。

进一步的，所述运动轴包括高速运动轴和低速运动轴，所述内圈设置于低速运动轴，所述摩擦组件设置于高速运动轴，当所述内圈和外圈分离时，内圈跟随低速运动轴转动，摩擦组件轴向压紧外圈以带动外圈跟随高速运动轴转动。

进一步的，所述运动轴包括高速运动轴和低速运动轴，所述内圈和摩擦组件沿轴向设置于高速运动轴，所述外圈固定于关节壳体。

进一步的，所述开槽形成为斜坡状开槽，所述滚体通过弹性件连接于所述开槽，所述弹性件将所述滚体保持于第一位置；插销组件作用时压缩所述弹性件，以使得滚体沿斜坡状开槽由第一位置运动至第二位置。

进一步的，所述插销组件包括电磁元件和插销件，通过控制电磁元件通断电使得插销件沿轴向运动以作用于滚体。

进一步的，所述插销组件包括复位弹簧，所述插销件基于电磁元件和复位弹簧实现轴向靠近离合圈和/或远离离合圈。

进一步的，所述插销件的周向分布有沿轴向延伸的拨片，所述插销件沿轴向运动使得拨片作用于滚体，以使滚体由第一位置运动至第二位置。

进一步的，所述内圈和外圈之间沿周向分布至少两组开槽，每组开槽包括呈对称设置的斜坡状开槽，每组开槽内设置两个滚体以实现抱闸的双向自锁。

本申请还可采用如下技术方案：一种机器人关节，包括电机、减速器、以及前文中任一项所述的关节抱闸机构，电机输入轴形成为高速运动轴，减速器输出轴形成为低速运动轴。

与现有技术相比，本发明具体实施例的有益效果至少在于：1、采用自锁摩擦力驱动摩擦片进行抱闸减速，离合插销件仅需提供较小的力量，实现离合内圈和外圈的分离和接合；2、基于双向自锁结构，实现了制动静止位置的保持；3、抱闸的结构紧凑、体积较小，可设置的位置灵活，能够充分利用关节空间，利于关节紧凑设计。

附图说明

图1是本发明一个实施例的关节抱闸机构的示意图；

图2是本发明一个实施例的关节抱闸机构制动状态的剖面图；

图3是本发明一个实施例的关节抱闸机构制动状态的爆炸图；

图4是本发明一个实施例的关节抱闸机构未制动状态的示意图；

图5是本发明一个实施例的关节抱闸机构未制动状态的爆炸图。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“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、或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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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。

本发明具体实施例保护一种关节抱闸机构，参图1-3，包括离合圈10、摩擦组件和插销组件，其中，离合圈10、摩擦组件和插销组件在方向上沿轴向分布，可以呈现为同轴心或不同轴心的安装方式。离合圈10包括外圈12和内圈11，内圈11和外圈12之间分布有开槽13，所述开槽13内设置有滚体14，所述滚体14可沿所述开槽13运动，所述插销组件用于向所述滚体14施加作用力，以使得所述滚体14由第一位置运动至第二位置，参图2-3，当滚体14处于第一位置时，内圈11和外圈12接合；参图4-5，当滚体14处于第二位置时，内圈11和外圈12分离，可理解的，当插销组件向滚体14施加作用力使得滚体14由第一位置运动至第二位置时，所述内圈11和外圈12实现接合和分离的状态切换，也即，当滚体14处于第一位置时，内圈11和外圈12接合，当滚体14处于第二位置时，内圈11和外圈12分离。

其中，参图4-5，当所述内圈11和外圈12分离时，内圈11和外圈12能够产生相对运动，示例性的，内圈11和外圈12分别能够转动，且内圈11和外圈12具有不同的转速；或者，所述内圈11和外圈12其中之一能够转动，其中另一设置于固定部件，内圈11和外圈12存在相对转动。当内圈和外圈12接合时，可理解的，内圈和外圈12的相对旋转被限制，所述摩擦组件能够轴向压紧离合圈10，以实现刹车减速。

所述摩擦组件安装于运动轴以跟随转动，所述内圈11和外圈12至少其一安装于运动轴，或者内圈11和外圈12安装于具有不同转速的运动轴，当断电制动时，所述摩擦组件和圈体之间存在相对转动，形成摩擦扭矩，实现刹车减速。

上述方式中，参图2-3，当内圈11和外圈12接合时，内圈11和外圈12的相对旋转被限制，摩擦组件对离合圈10产生摩擦扭矩以实现刹车减速，当实现刹车减速时，能够稳定的保持在静止状态，避免制动后仍产生运动使得关节产生安全隐患。

具体的，参图3，所述内圈11和外圈12之间设置开槽13和滚体14，在一个具体的实施例中，所述开槽13形成为斜坡状开槽，所述滚体14设置于所述开槽13内，所述滚体14能够基于插销组件的作用沿所述开槽13运动以由第一位置运动至第二位置，以从图2所示的制动状态切换至图4所示的未制动状态。其中，所述滚体14通过弹性件连接于开槽13，所述弹性件用于将滚体14保持于第一位置，此时内圈11和外圈12接合；当插销组件作用时，所述弹性件被压缩，所述滚体14运动至第二位置，使得内圈11和外圈12分离，可理解的，当滚体14处于第一位置时，弹性件的长度大于当滚体14处于第二位置时弹性件的长度，当滚体14处于第二位置时，弹性件在挡销组件的作用下处于压缩状态。

示例性的，所述滚体14可形成为圆柱体、球体或楔形块等结构。

所述离合圈10和摩擦组件沿轴向分布，摩擦组件能够压紧离合圈10实现制动，摩擦组件安装于运动轴以跟随转动，所述运动轴包括高速运动轴和低速运动轴。可选的，所述摩擦组件包括分布于离合圈10两侧的摩擦片31，以实现轴向上对离合圈的夹紧效果。

在一个具体的实施例中，所述内圈11设置于低速运动轴以跟随转动，所述摩擦组件设置于高速运动轴以跟随转动，外圈12与高速运动轴同轴设置，所述摩擦组件压紧所述外圈12，当所述内圈11和外圈12分离时，内圈11跟随低速运动轴转动，外圈12在摩擦组件的作用力跟随高速运动轴转动，所述内圈11和外圈12能够相对转动且具有不同的转速；当内圈11和外圈12接合时，所述内圈11和外圈12的相对旋转被限制，断电制动时，如果高速运动轴仍有转速，则高速运动轴和低速运动轴之间存在相对转动，摩擦组件相对于外圈12产生相对转动，摩擦组件和外圈12之间形成摩擦扭矩，实现刹车减速。

在另一个具体的实施例中，所述内圈11和摩擦组件沿轴向设置于高速运动轴，所述内圈11和高速运动轴之间能够相对转动，所述摩擦组件压紧内圈11，所述外圈12固定于关节壳体。当所述内圈11和外圈12分离时，内圈11在摩擦组件作用下跟随高速运动轴转动，外圈12相对于关节壳体静止，内圈11和外圈12之间存在相对旋转；当所述内圈11和外圈12接合时，内圈11和外圈12的相对旋转被限制，断电制动时，如果高速运动轴仍有转速，摩擦组件和内圈11之间存在相对转动，摩擦组件和内圈11之间形成摩擦扭矩，实现刹车减速。

需要说明的是，所述高速运动轴和低速运动轴是相对而言的，并非以速度的快慢作为限制因素，高速运动轴的转动速度大于低速运动轴的转动速度。示例性的，机器人关节通常包括电机输入轴和减速器输出轴，所述高速运动轴为电机输入轴，所述低速运动轴为减速器输出轴。

需要说明的是，通过设置合理的摩擦扭矩，能够实现电机轴的刹车减速，所述摩擦扭矩和摩擦片的材质、摩擦片的半径大小等相关，对摩擦扭矩的计算属于本领域常规技术，此处不再赘述。

上述方式，能够使得抱闸机构1设置的位置较为灵活，例如，离合圈10能够连接至电机轴和减速器轴，或者也可以连接于电机轴，抱闸机构1的位置分布较为自由，有利于关节紧凑设计。

具体的，参图3，所述摩擦组件示例性的包括摩擦片31、压簧32和压簧盖板33，所述压簧盖板33用于压紧压簧32以将摩擦片31压紧于离合圈10，摩擦片31和离合圈10之间存在摩擦力，摩擦片31向离合圈10施加轴向压力。可理解的，摩擦片31可以选择干式摩擦片、湿式摩擦片等，通过选择不同类型的摩擦片，需要适应性的配置不同的密封设计。

具体的，参图3，所述插销组件包括电磁元件21和插销件23，示例性的，所述插销件23为带磁元件，通过控制电磁元件21带电或不带电的状态，使得插销件23沿轴向运动以靠近离合圈10运动或远离离合圈10运动。具体的，当电磁元件21带电时，所述电磁元件21和插销件23之间产生斥力，插销件23向靠近离合圈10方向运动，插入离合圈10对滚体14产生作用，进而使得滚体14由第一位置运动至第二位置，内圈11和外圈12分离；反之，当电磁元件21不带电时，电磁元件21和插销件23之间产生吸力，插销件23向远离离合圈10方向运动，不再对滚体14施加作用力，滚体14在弹性件的作用下由第二位置恢复至第一位置。

优选的，所述插销组件包括复位弹簧22，插销件23在电磁元件21和复位弹簧22的双重作用下沿轴向运动以靠近离合圈10或远离离合圈10，设置复位弹簧22，能够提高插销件23的保持能力，也可以增大插销件23向滚体14作用时的驱动力。

在另一个具体的实施例中，所述插销件23也可以为不带磁元件，通过电磁元件21和复位弹簧22的作用使得插销件23沿轴向运动，此时，电磁元件21带电时吸附插销件23，使得插销件23远离离合圈10；电磁元件21不带电时，通过复位弹簧22使得插销件23靠近离合圈10。

可理解的，上述方案插销件23用于对滚体14作用以改变滚体14位置进而改变离合圈10的内圈和外圈的接合、分离状态，该种方式下，插销件23所需的驱动力较小，因而能够有利的将电磁元件21、复位弹簧22等部件的体积和重量缩小，使得抱闸机构1的体积小、结构紧凑。

具体的，所述插销件23包括插销盘体和拨片231，所述拨片231沿所述插销盘体的轴向延伸，当插销件23沿轴向运动靠近离合圈10时，所述拨片231插入内圈11和外圈12之间，对滚体14施加作用力以使得滚体14运动至第二位置；当插销件23沿轴向运动远离离合圈10时，所述拨片231离开内圈11和外圈12之间，滚体14运动至第一位置。

具体的，所述内圈11和外圈12沿周向分布有至少两组开槽13，每组开槽13包括呈对称设置的斜坡状开槽，每组开槽13内设置两个滚体14，也即每个开槽13内设置一个滚体14。所述拨片231形成为具有弹性的弧形结构，当拨片231插入内圈11和外圈12之间时，压缩连接滚体14的弹性件，使得滚体14运动至第二位置，拨片231的位置、数量与滚体的位置和数量相对应。可理解的，每组开槽13设置两个滚体14，插销件23的对应位置设置两个拨片231，以分别对两个滚体施加作用力，示例性的，两个拨片231可形成为相向的弧形结构。通过每组开槽13具有对称斜坡状开槽，且每组开槽对应设置2个滚体，通过对滚体施加作用力，该抱闸机构能够实现双向自锁，能够使得关节静止时的位置保持不变。

以上优选实施例的有益效果在于：提供一种基于双向自锁的关节抱闸机构，采用自锁摩擦力驱动摩擦片的减速方式，该种方式下插销组件仅需较小的驱动力控制离合内圈和外圈的分离-接合，降低了操作力量，因而能够将抱闸机构的重量和体积减小；抱闸机构在制动过程中能够自锁，避免关节制动后向任何一个方向旋转，能够将关节保持在静止位置。

本申请还用于提供一种机器人关节，机器人关节包括电机、减速器、以及前文中任一项所述的关节抱闸机构，所述电机输入轴形成为高速运动轴，减速器输出轴形成为低速运动轴，关节抱闸机构的离合圈可设置于电机输入轴和减速器输出轴的至少其一。

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 (10)

1.一种关节抱闸机构，其特征在于，包括离合圈（10）、摩擦组件和插销组件，所述离合圈（10）包括内圈（11）和外圈（12），内圈（11）和外圈（12）之间分布有开槽（13）和滚体（14），所述滚体（14）能够基于插销组件的作用沿所述开槽（13）由第一位置运动至第二位置，以使得内圈（11）和外圈（12）实现接合和分离的切换；当所述内圈（11）和外圈（12）分离时，内圈（11）和外圈（12）能够相对旋转；当所述内圈（11）和外圈（12）接合时，内圈（11）和外圈（12）的相对旋转被限制，所述摩擦组件轴向压紧离合圈（10）以实现刹车减速。

2.根据权利要求1所述的关节抱闸机构，其特征在于，所述摩擦组件安装于运动轴以跟随转动，当所述内圈（11）和外圈（12）接合时，所述摩擦组件相对于离合圈（10）转动，摩擦组件和离合圈（10）之间形成摩擦扭矩以实现刹车减速。

3.根据权利要求2所述的关节抱闸机构，其特征在于，所述运动轴包括高速运动轴和低速运动轴，所述内圈（11）设置于低速运动轴，所述摩擦组件设置于高速运动轴，当所述内圈（11）和外圈（12）分离时，内圈（11）跟随低速运动轴转动，摩擦组件轴向压紧外圈（12）以带动外圈（12）跟随高速运动轴转动。

4.根据权利要求2所述的关节抱闸机构，其特征在于，所述运动轴包括高速运动轴和低速运动轴，所述内圈（11）和摩擦组件沿轴向设置于高速运动轴，所述外圈（12）固定于关节壳体。

5.根据权利要求1所述的关节抱闸机构，其特征在于，所述开槽（13）形成为斜坡状开槽，所述滚体（14）通过弹性件连接于所述开槽（13），所述弹性件将所述滚体（14）保持于第一位置；插销组件作用时压缩所述弹性件，以使得滚体（14）沿斜坡状开槽由第一位置运动至第二位置。

6.根据权利要求1所述的关节抱闸机构，其特征在于，所述插销组件包括电磁元件（21）和插销件（23），通过控制电磁元件（21）通断电使得插销件（23）沿轴向运动以作用于滚体（14）。

7.根据权利要求6所述的关节抱闸机构，其特征在于，所述插销组件包括复位弹簧（22），所述插销件（23）基于电磁元件（21）和复位弹簧（22）实现轴向靠近离合圈（10）和/或远离离合圈（10）。

8.根据权利要求6所述的关节抱闸机构，其特征在于，所述插销件（23）的周向分布有沿轴向延伸的拨片（231），所述插销件（23）沿轴向运动使得拨片作用于滚体（14），以使滚体（14）由第一位置运动至第二位置。

9.根据权利要求1所述的关节抱闸机构，其特征在于，所述内圈（11）和外圈（12）之间沿周向分布至少两组开槽（13），每组开槽（13）包括呈对称设置的斜坡状开槽，每组开槽内设置两个滚体（14）以实现抱闸机构的双向自锁。

10.一种机器人关节，其特征在于，所述机器人关节包括电机、减速器、以及权利要求1-9中任一项所述的关节抱闸机构，电机输入轴形成为高速运动轴，减速器输出轴形成为低速运动轴。

Images