CN209682244U - 机械臂刹车阀和机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种机械臂刹车阀和机械臂，机械臂刹车阀包括刹车阀和控制组件；刹车阀包括供电组件、线圈和电磁衔铁；供电组件与线圈连接，当供电组件向线圈供电时，线圈吸附电磁衔铁，以执行刹车；控制组件与供电组件连接，用于控制供电组件间隔地向线圈供电，且间隔时间小于线圈与电磁衔铁的吸合保持时间；其中，吸合保持时间为自停止向线圈供电起至线圈与电磁衔铁分离所经的时长。本实用新型提供的机械臂刹车阀和机械臂，在不增加机械臂重量的同时，减小机械的刹车阀的发热量。

Description

机械臂刹车阀和机械臂

技术领域

本实用新型涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种机械臂刹车阀和机械臂。

背景技术

目前，协作机械臂在各行业不断普及。随着人们对机械臂的能力要求以及工作场合的要求越来越高，协作机械臂的模块化、轻量化要求也逐步提高。现有协作机械臂往往较为笨重，难以实现人机协作，组装、操作都受到极大影响。要实现协作机械臂真正进入人们的生活，就必须将协作机械臂做到小型化和轻量化。协作机械臂通过刹车阀来控制协作机械臂在运动中的位姿，但是刹车阀的功率是持续等量的，发热量比较大，需要对其进行散热。

现有技术中，通过将刹车阀设置为机械式刹车阀，以减小刹车阀工作时产生的热量，或者使用关节较大的电磁刹车阀，通过增大接触面积对刹车阀进行散热。

但是，通过增大接触面积对刹车阀进行散热，增加了机械臂的重量，不利于机械臂小型化的发展。

实用新型内容

本实用新型提供一种机械臂刹车阀和机械臂，在不增加机械臂重量的同时，减小机械的刹车阀的发热量。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种机械臂刹车阀，包括刹车阀和控制组件；

所述刹车阀包括供电组件、线圈和电磁衔铁；

所述供电组件与所述线圈连接，当所述供电组件向所述线圈供电时，所述线圈吸附所述电磁衔铁，以执行刹车；

所述控制组件与所述供电组件连接，用于控制所述供电组件间隔地向所述线圈供电，且间隔时间小于所述线圈与所述电磁衔铁的吸合保持时间；其中，所述吸合保持时间为自停止向线圈供电起至线圈与电磁衔铁分离所经的时长。

作为一种可选的实施方式，本实用新型提供的机械臂刹车阀，所述控制组件包括第一可控元件；

所述第一可控元件的控制端与控制接口连接，所述第一可控元件的一端作为所述控制组件连接供电组件的接线端，所述第一可控元件的另一端接低电平；

所述控制接口用于接收所述线圈的控制信号；所述第一可控元件用于在所述控制信号的控制下导通或关断，使所述供电组件接收到低电平或高电平；所述供电组件用于在接收到低电平或高电平时，停止或开始向所述线圈供电。

作为一种可选的实施方式，本实用新型提供的机械臂刹车阀，所述控制组件还包括连接在所述控制接口与所述第一可控元件之间的第二可控元件和第三可控元件；

所述第二可控元件的控制端与所述控制接口连接，所述第二可控元件的一端与第一电源端口和所述第三可控元件的控制端连接，所述第二可控元件的另一端接地；

所述第三可控元件的一端与第二电源端口和所述第一可控元件的控制端连接，所述第三可控元件的另一端接地；

其中，所述第一电源端口提供控制所述第三可控元件导通的电信号；所述第二电源端口提供控制所述第一可控元件导通的电信号。

作为一种可选的实施方式，本实用新型提供的机械臂刹车阀，所述第一电源端口和所述第二可控元件之间设置有第一电阻，所述第一电阻的一端连接至所述第一电源端口，所述第一电阻的另一端连接至所述第二可控元件的一端；

所述第二电源端口和所述第三可控元件之间设置有第二电阻，所述第二电阻的一端连接至所述第二电源端口，所述第二电阻的另一端连接至所述第三可控元件的一端；

所述第一可控元件的控制端通过第三电阻与所述第一可控元件的另一端连接。

作为一种可选的实施方式，本实用新型提供的机械臂刹车阀，所述供电组件包括：接口、二极管和第三电源端口；所述接口用于与所述线圈连接，所述接口的第一管脚作为所述供电组件连接所述控制组件的接线端，所述第三电源端口用于提供高电平信号；

所述接口的第一管脚与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极与所述第三电源端口和所述接口的第二管脚连接。

作为一种可选的实施方式，本实用新型提供的机械臂刹车阀，所述第一可控元件为MOS管。

作为一种可选的实施方式，本实用新型提供的机械臂刹车阀，所述第二可控元件为双极型晶体管。

作为一种可选的实施方式，本实用新型提供的机械臂刹车阀，所述第三可控元件为双极型晶体管。

本实用新型还提供了一种机械臂，包括上述的机械臂刹车阀。

作为一种可选的实施方式，本实用新型提供的机械臂，所述机械臂刹车阀位于机械臂的关节壳体内，所述线圈与所述关节壳体的内侧壁相抵接。

本实用新型提供的机械臂刹车阀和机械臂，通过设置刹车阀和控制组件；刹车阀包括供电组件、线圈和电磁衔铁；供电组件与线圈连接，当供电组件向线圈供电时，线圈吸附电磁衔铁，以执行刹车；控制组件与供电组件连接，用于控制供电组件间隔地向线圈供电，且间隔时间小于线圈与电磁衔铁的吸合保持时间；其中，吸合保持时间为自停止向线圈供电起至线圈与电磁衔铁分离所经的时长。在进行刹车时，控制组件通过供电组件控制线圈的通断电时间，并保持线圈与电磁衔铁持续吸合，减少刹车阀的功率，从而减小刹车阀的发热量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的机械臂刹车阀的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的机械臂刹车阀中线圈、供电模块组件和控制模块组件的连接图。

附图标记说明：

100-供电组件；

101-第一电源端口；

102-第二电源端口；

103-第三电源端口；

104-二极管；

200-控制组件；

201-控制接口；

2021-第二可控元件；

2022-第三可控元件；

2023-第一可控元件；

2024-第一电阻；

2025-第二电阻；

2026-第三电阻；

300-线圈；

400-电磁衔铁；

500-接口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的优选实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

在本实用新型说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

协作机械臂多轴运行时，因为机械臂中电机自身要做功，使机械臂在有限的空间里运动，刹车阀没有刹车时，由于刹车线圈是24V供电，线圈电阻在60欧姆，24/60＝0.4A＝9.6W。关节电机发热轻载在6W至24W(瞬时值)，重载6W至60W(瞬时值)，即电机的功率波浪形的，对关节的发热，影响不大。而刹车阀的功率是持续等量的，发热量非常大，在常温26度室温下，可以达到50度，因此需要尽量减少刹车阀的功率来减少刹车阀的发热量。

为了解决上述刹车阀的发热量大的问题，本实用新型提供一种机械臂刹车阀，通过设置供电模块组件和控制模块组件，供电模块组件在控制模块组件的控制下，向线圈供电或者停止向线圈供电；控制模块组件重复执行以下步骤：控制供电模块组件在第一时段向线圈供电，并控制供电模块组件在第一时段之后的第二时段停止向线圈供电，第二时段小于线圈与电磁衔铁吸合保持时间。在进行刹车时，控制线圈的通断电时间，并保持线圈与电磁衔铁持续吸合，减少刹车阀的功率，从而减小刹车阀的发热量。

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。

图1为本实用新型实施例提供的机械臂刹车阀的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的机械臂刹车阀中线圈、供电模块组件和控制模块组件的连接图。如图1和图2所示，本实施例提供一种机械臂刹车阀，包括刹车阀和控制组件200；

刹车阀包括供电组件100、线圈300和电磁衔铁400；

供电组件100与线圈300连接，当供电组件100向线圈300供电时，线圈300吸附电磁衔铁400，以执行刹车；

控制组件200与供电组件100连接，用于控制供电组件100间隔地向线圈300供电，且间隔时间小于线圈300与电磁衔铁400的吸合保持时间；其中，吸合保持时间为自停止向线圈300供电起至线圈300与电磁衔铁400分离所经的时长。

具体的，刹车阀还包括刹车片、制动盘、法兰盘和电机，当供电组件100在控制组件200的控制下间隔地向线圈300供电时，线圈300通电导通，有电流通过线圈300，线圈300与电磁衔铁400吸合并产生电磁力，电磁力吸合刹车片，使用刹车片释放制动盘，这时电机的传动轴带着制动盘正常运转或者启动，线圈300做功，产生热量。在供电组件100在控制组件200的控制下，停止向线圈300供电时，线圈300不通电导通，无电流通过线圈300，线圈300不做功，线圈300与电磁衔铁400断开吸合，刹车片脱离制动盘，制动盘与刹车片及法兰盘之间生产摩擦力矩，使用电机的传动轴快速停止，线圈300不做功，不产生热量。

但是，在线圈300与电磁衔铁400吸合时，线圈300给电磁衔铁400充磁使电磁衔铁400内具有剩磁，这样，即使在线圈300断电时，通过电磁衔铁400内的剩磁，可以使线圈300与电磁衔铁400在一段时间内保持吸合，该段时间也称为线圈300与电磁衔铁400的吸合保持时间。也就是说，可以在一段时间内线圈300断电，使线圈300不做功，不产生热量，也能使电机的传动轴带着制动盘正常运转或者启动，以保持刹车的状态，减少刹车阀的功率，从而减小刹车阀的发热量。

本实施例提供的机械臂刹车阀，通过设置刹车阀和控制组件200；刹车阀包括供电组件100、线圈300和电磁衔铁400；供电组件100与线圈300连接，当供电组件100向线圈300供电时，线圈300吸附电磁衔铁400，以执行刹车；控制组件200与供电组件100连接，用于控制供电组件100间隔地向线圈300供电，且间隔时间小于线圈300与电磁衔铁400的吸合保持时间；其中，吸合保持时间为自停止向线圈300供电起至线圈300与电磁衔铁400分离所经的时长。在进行刹车时，控制组件200通过供电组件10控制线圈300的通断电时间，并保持线圈300与电磁衔铁400持续吸合，减少刹车阀的功率，从而减小刹车阀的发热量。

进一步的，本实施例提供的机械臂刹车阀，控制组件200包括第一可控元件2023；

第一可控元件2023的控制端与控制接口201连接，第一可控元件2023的输出端作为控制组件200连接供电组件100的接线端，第一可控元件2023的输入端接低电平；

控制接口201用于接收线圈300的控制信号；第一可控元件2023用于在控制信号的控制下导通或关断，使供电组件100接收到低电平或高电平；供电组件100用于在接收到低电平或高电平时，停止或开始向线圈300供电。

在一种可能的实现方式中，本实施例提供的机械臂刹车阀，控制组件200还包括连接在控制接口201与第一可控元件2023之间的第二可控元件2021和第三可控元件2022；

第二可控元件2021的控制端与控制接口201连接，第二可控元件2021的输入端与第一电源端口101和第三可控元件2022的控制端连接，第二可控元件2021的输出端接地；

第三可控元件2022的输入端与第二电源端口102和第一可控元件2023的控制端连接，第三可控元件2022的输出端接地；

其中，第一电源端口101提供控制第三可控元件2022导通的电信号；第二电源端口102提供控制第一可控元件2023导通的电信号。

第一电源端口101和第二可控元件2021之间设置有第一电阻2024，第一电阻2024的一端连接至第一电源端口101，第一电阻2024的另一端连接至第二可控元件2021的输入端；

第二电源端口102和第三可控元件2022之间设置有第二电阻2025，第二电阻2025的一端连接至第二电源端口102，第二电阻2025的另一端连接至第三可控元件2022的输入端；

第一可控元件2023的控制端通过第三电阻2026与第一可控元件2023的输出端连接。

其中第二电阻2025和第三电阻2026用于分压，当控制接口201没有控制信号时，使第一可控元件2023快速饱和导通。

供电组件100包括：接口500、二极管104和第三电源端口103；接口500用于与线圈300连接，接口500的第一管脚作为供电组件100连接控制组件200的接线端，第三电源端口103用于提供高电平信号；

接口500的第一管脚与二极管104的正极连接，二极管104的负极与第三电源端口103和接口500的第二管脚连接。

其中，第一电阻2024用于分压，第二电阻2025用于限流，以保护第一可控元件2023、第二可控元件2021和第三可控元件2022，防止第一可控元件2023、第二可控元件2021和第三可控元件2022被烧坏，第三电阻2026用于分压。

二极管104用于续流，第三可控元件2022不导通时，储蓄在线圈300上面的电压高于24V，通过第一可控元件2023泄放后与线圈300的工作电压保持一致，保护第三可控元件2022不被损坏。

可选的，第一可控元件2023为MOS管。

可选的，第二可控元件2021为双极型晶体管。

可选的，第三可控元件2022为双极型晶体管。

在具体实现时，第一电源端口101接3.3V电压，第二电源端口102接24V的电压，第三电源端口103接24V的电压。具体的第三电源端口103接的电压根据线圈300的工作电压确定，本实施例在此不作限定。

在具体实现时，控制接口201与第二可控元件2021的基极连接，第二可控元件的发射极接地，第二可控元件的集电极连接在第一电阻2024和第三可控元件2022的基极之间，第一电阻2024连接在第一电源端口101和第二可控元件2021的集电极之间，第三可控元件2022的发射极接地(信号地)，第三可控元件2022的集电极与第一可控元件2023的栅极连接(信号地)，第二电阻2025的一端与第二电源端口102连接，第二电阻2025的另一端连接在第三可控元件2022的集电极与第一可控元件2023的栅极之间，第三电阻2026的两端分别与第一可控元件2023的栅极和第三可控元件2022的源极连接，第一可控元件2023的源极接地(电源地)，第一可控元件2023的漏极与二极管104的正极连接，二极管104的负极与第三电源端口103连接，线圈300的正负极接线分别接在二极管104的正负极，线圈300接地(信号地)。

控制接口201高电平时，第二可控元件2021导通，第三可控元件2022关断，第一可控元件2023的栅极为高电平，第一可控元件2023导通，线圈300通电导通，衔铁即刹车阀吸合，有电流通过线圈300，线圈300与电磁衔铁400吸合并产生电磁力，电磁力吸合刹车片，使用刹车片释放制动盘，这时电机的传动轴带着制动盘正常运转或者启动，线圈300做功，产生热量。

控制接口201低电平时，第二可控元件2021不导通，第三可控元件2022导通，第一可控元件2023的栅极为低电平，第一可控元件2023不导通，线圈300不通电导通，通过电磁衔铁400内的剩磁，可以使线圈300与电磁衔铁400保持一段吸合时间(即吸合保持时间)。也就是说，可以在保持一段时间的线圈300断电，使线圈300不做功，不产生热量，也能使电机的传动轴带着制动盘正常运转或者启动，以保持刹车的状态，减少刹车阀的功率，从而减小刹车阀的发热量。

上述实施例提供的机械臂刹车阀，控制接口控制线圈间隔地通断电，由于电磁衔铁的剩磁作用，保持线圈与电磁衔铁吸合，则线圈没有通电，没有做功，也能保持线圈与电磁衔铁持续吸合，减少刹车阀的功率，从而减小刹车阀的发热量。

本实施例还提供了一种机械臂，包括上述实施例提供的机械臂刹车阀。

其中，机械臂刹车阀的结构和工作原理在上述实施例中进行了详细说明，本实施例中不在一一赘述。

进一步的，本实施例提供的机械臂，机械臂刹车阀位于机械臂的关节壳体内，线圈300与关节壳体的内侧壁相抵接。

本实施例提供的机械臂，通过将线圈300与关节壳体的内侧壁相抵接，这样线圈300产生的热量通过关节壳体进行散热，进一步减小机械的刹车阀的发热量。

在本实用新型说明书的描述中，需要理解的是，术语“一些实施例”、“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

此外，在本实用新型的一个附图或一种实施例中描述的元素、结构或特征可以与一个或多个其它附图或实施例中示出的元素、结构或特征以任意适合的方式相结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种机械臂刹车阀，其特征在于，包括刹车阀和控制组件；

所述刹车阀包括供电组件、线圈和电磁衔铁；

所述供电组件与所述线圈连接，当所述供电组件向所述线圈供电时，所述线圈吸附所述电磁衔铁，以执行刹车；

所述控制组件与所述供电组件连接，用于控制所述供电组件间隔地向所述线圈供电，且间隔时间小于所述线圈与所述电磁衔铁的吸合保持时间；其中，所述吸合保持时间为自停止向线圈供电起至线圈与电磁衔铁分离所经的时长。

2.根据权利要求1所述的机械臂刹车阀，其特征在于，所述控制组件包括第一可控元件；

所述第一可控元件的控制端与控制接口连接，所述第一可控元件的一端作为所述控制组件连接供电组件的接线端，所述第一可控元件的另一端接低电平；

所述控制接口用于接收所述线圈的控制信号；所述第一可控元件用于在所述控制信号的控制下导通或关断，使所述供电组件接收到低电平或高电平；所述供电组件用于在接收到低电平或高电平时，停止或开始向所述线圈供电。

3.根据权利要求2所述的机械臂刹车阀，其特征在于，所述控制组件还包括连接在所述控制接口与所述第一可控元件之间的第二可控元件和第三可控元件；

所述第二可控元件的控制端与所述控制接口连接，所述第二可控元件的一端与第一电源端口和所述第三可控元件的控制端连接，所述第二可控元件的另一端接地；

所述第三可控元件的一端与第二电源端口和所述第一可控元件的控制端连接，所述第三可控元件的另一端接地；

其中，所述第一电源端口提供控制所述第三可控元件导通的电信号；所述第二电源端口提供控制所述第一可控元件导通的电信号。

4.根据权利要求3所述的机械臂刹车阀，其特征在于，所述第一电源端口和所述第二可控元件之间设置有第一电阻，所述第一电阻的一端连接至所述第一电源端口，所述第一电阻的另一端连接至所述第二可控元件的一端；

所述第二电源端口和所述第三可控元件之间设置有第二电阻，所述第二电阻的一端连接至所述第二电源端口，所述第二电阻的另一端连接至所述第三可控元件的一端；

所述第一可控元件的控制端通过第三电阻与所述第一可控元件的另一端连接。

5.根据权利要求1所述的机械臂刹车阀，其特征在于，所述供电组件包括：接口、二极管和第三电源端口；所述接口用于与所述线圈连接，所述接口的第一管脚作为所述供电组件连接所述控制组件的接线端，所述第三电源端口用于提供高电平信号；

所述接口的第一管脚与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极与所述第三电源端口和所述接口的第二管脚连接。

6.根据权利要求2所述的机械臂刹车阀，其特征在于，所述第一可控元件为MOS管。

7.根据权利要求3所述的机械臂刹车阀，其特征在于，所述第二可控元件为双极型晶体管。

8.根据权利要求3所述的机械臂刹车阀，其特征在于，所述第三可控元件为双极型晶体管。

9.一种机械臂，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的机械臂刹车阀。

10.根据权利要求9所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂刹车阀位于机械臂的关节壳体内，所述线圈与所述关节壳体的内侧壁相抵接。