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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Roboterarme oder ähnliche Gelenkmechanismen und auf Bremssysteme dafür.
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Hintergrund
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Roboterarme werden wachsend in einer Anzahl unterschiedlicher Anwendungen verwendet, von Herstellung bis Dienstleistungen und Unterstützungsrobotern, als einige von vielen Möglichkeiten. Serielle Roboterarme sind dahingehend bequem, dass sie breit gefächerte Arbeits-Volumina abdecken. Um ihre präzise Steuerung sicherzustellen, werden serielle Roboterarme mit mechanischen Bremsmodulen versehen, um Robotergelenke in gewünschten Orientierungen relativ zueinander zu blockieren.
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Roboterarme, wie etwa serielle Mechanismen, können mit sekundären Bremssystemen versehen sein. Solche sekundären Bremssysteme können unter bestimmten Umständen eingesetzt werden, wie etwa bei Stromausfällen oder Steuersystemausfällen, von den Möglichkeiten. Tatsächlich sind die seriellen Mechanismen vom Design her freitragend und könnten daher durch Gravitation beeinträchtigt sein, wenn ihre primären Bremssysteme aufhören, operational zu sein. Darüber hinaus können reelle Roboterarme verwendet werden, um Nutzlasten zu tragen. Im Falle eines primären Bremssystemausfalls können die Nutzlasten weiter die Fähigkeit eines seriellen Roboterarms beeinträchtigen, seine Position zu halten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, einen Roboterarm bereitzustellen, der sich auf dem Stand der Technik beziehende Probleme adressiert.
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Daher wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine motorisierte Verbindungseinheit eines Mechanismus bereitgestellt, die umfasst: eine Rotorbaugruppe und eine Statorbaugruppe, die operativ montiert und konfiguriert sind, an entsprechenden Gelenken des Mechanismus gesichert zu sein, wobei die Rotorbaugruppe und die Statorbaugruppe einen Rotor bzw. einen Stator beinhalten, die gleichzeitig betreibbar sind, um eine Rotation eines Rotors der Rotorbaugruppe relativ zu einem Stator der Statorbaugruppe um eine Rotationsachse zu verursachen, wobei die Rotorbaugruppe eine Welle beinhaltet; und eine Bremsbaugruppe mit einer Reibungskupplungs-Baugruppe, die eine Speichenscheibe mit zumindest einem radialen Vorsprung aufweist, und einem Bremsaktuator, der einen Stößel aufweist, der in einen Bewegungspfad des Radialvorsprungs versetzbar ist, um zu veranlassen, dass eine Bremskraft durch die Reibungskupplungs-Baugruppe an die Welle angelegt wird, wenn ein Kontakt zwischen dem Radialvorsprung und dem Stößel aufgenommen wird; wobei die Bremsbaugruppe mit der motorisierten Verbindungseinheit für die Bremskraft verbunden ist, um eine Rotation zwischen der Rotorbaugruppe und der Statorbaugruppe zu bremsen.
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Weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise die Bremskupplungs-Baugruppe mit der Rotorbaugruppe verbunden.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise die Reibungskupplungs-Baugruppe ein Kopplungsbereich der Welle der Rotorbaugruppe.
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Noch weiter weist gemäß dem Aspekt beispielsweise der Kopplungsbereich eine Zylinderoberfläche auf, wobei die Reibungskupplungs-Baugruppe auf der Zylinderoberfläche ist.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise ein ringförmiger Kanal in der Zylinderoberfläche definiert, wobei die Reibungskupplungs-Baugruppe auf dem Kopplungsbereich durch einen in den ringförmigen Kanal aufgenommenen Sicherungsring gehalten wird.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise zumindest ein Axialkanal in der Zylinderoberfläche definiert, wobei Nasen von Ringen der Reibungskupplungs-Baugruppe in dem Axialkanal aufgenommen sind, um mit der Welle zu rotieren.
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Noch weiter beinhaltet gemäß dem Aspekt beispielsweise die Reibungskupplungs-Baugruppe eine Wellfeder.
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Noch weiter beinhaltet gemäß dem Aspekt beispielsweise die Reibungskupplungs-Baugruppe zumindest einen Ring von Nassreibungsmaterial.
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Noch weiter beinhaltet gemäß dem Aspekt beispielsweise die Reibungskupplungs-Baugruppe zumindest einen Ring von staubfreiem Material.
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Noch weiter beinhaltet gemäß dem Aspekt beispielsweise die Speichenscheibe eine Plastikdistanzscheibe radial einwärts derselben für eine Schnittstelle mit der Welle.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise der Bremsaktuator an der Statorbaugruppe gesichert und ist in einem ringförmigen Volumen positioniert, das radial auswärts eines Motors zwischen der Rotorbaugruppe und der Statorbaugruppe ist.
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Noch weiter weist gemäß dem Aspekt beispielsweise der Bremsaktuator ein Gehäuse auf, wobei der Stößel eine Gleitverbindung mit dem Gehäuse bildet.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise der Stößel zwischen der Blockierposition, in welcher der Stößel im Pfad der Bewegung des radialen Vorsprungs ist, und einer deaktivierten Position, in welcher der Stößel vom Bewegungspfad weg ist, verschieblich.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise eine Verschiebung des Stößels zwischen der Blockierposition und der deaktivierten Position zumindest 6 mm.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise die Verschiebung in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse der Rotorbaugruppe ist.
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Noch weiter spannt gemäß dem Aspekt beispielsweise ein Vorspannbauteil den Stößel an der Blockierposition vor und zwingt ein Aktuator den Stößel an die deaktivierte Position gegen die Aktion des Vorspannbauteils.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise das Vorspannbauteil eine Spiralfeder im Gehäuse.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise der Aktuator eine Solenoidspule, die betätigbar ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das den Stößel fortstößt.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise das Gehäuse bogenförmig.
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Noch weiter ist gemäß dem Aspekt beispielsweise ein Bremsfreigabedurchlass extern für den Aktuator verfügbar.
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Figurenliste
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- Fig. list eine Perspektivansicht eines Gelenkroboterarms mit einem Bremssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine partiell geschnittene Ansicht einer motorisierten Verbindungseinheit, die das Bremssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Reibungskupplungs-Baugruppe des Bremssystems von 2 relativ zu einer Welle einer Rotorbaugruppe der motorisierten Verbindungseinheit;
- 4 ist eine Perspektivansicht einer Reibungskupplungs-Baugruppe des Bremssystems von 2;
- 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Reibungskupplungs-Baugruppe des Bremssystems von 2;
- 6 ist eine Perspektivansicht eines Bremsaktuators des Bremssystems von 2;
- 7 ist eine Explosionsansicht eines Bremsaktuators des Bremssystems von 2; und
- 8 ist eine andere Perspektivansicht des Bremsaktuators des Bremssystems von 2.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen und genauer auf 1, ist allgemein ein Mechanismus, wie etwa ein Roboterarm gemäß der vorliegenden Offenbarung mit 10 gezeigt. Obwohl die hierin beschriebene interne Bremsbaugruppe auf dem Roboterarm 10 gezeigt ist, kann sie mit anderen Mechanismen, wie etwa Gelenkmechanismen oder gleichen Mechanismen verwendet werden. Jedoch wird durchgehend, aber in nicht beschränkender Weise, aus Gründen der Einfachheit der Ausdruck „Roboter“ verwendet. Der Roboterarm 10 ist ein serieller Gelenkroboterarm mit einem Endeffektor 11 und einem Basisende 12. Der Endeffektor 11 ist konfiguriert, jegliches geeignete Werkzeug aufzunehmen, wie etwa einen Greifmechanismus oder Greifer, eine anamorphe Hand und Werkzeugköpfe wie etwa Bohrer, Sägen etc.. Der an dem Endeffektor 11 angebrachte Endeffektor ist wie eine Funktion der erwogenen Verwendung. Jedoch wird der Roboterarm 10 ohne jegliches solches Werkzeug in 1 gezeigt, wobei stattdessen eine motorisierte Verbindungseinheit gezeigt wird, die bereit ist zum Halten eines Werkzeugs. Das Basisende 12 ist konfiguriert, mit jeglicher geeigneter Struktur oder Mechanismus verbunden zu sein. Das Basisende 12 kann rotierbar oder nicht an der Struktur oder dem Mechanismus montiert sein. Mittels eines nicht erschöpfenden Beispiels kann das Basisende 12 an einem Rollstuhl, einem Fahrzeug, einem Rahmen, einer Karre, an einer Roboter-Andockstation montiert werden. Obwohl ein serieller Roboterarm gezeigt ist, kann die Verbindungsanordnung des Roboterarms 10 in anderen Typen von Robotern einschließlich Parallel-Manipulatoren gefunden werden.
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Der Roboterarm 10 weist eine Reihe von Verbindungen 20 (auch als Außenhaut bekannt) auf, die durch motorisierte Verbindungseinheiten 30 (in 1 gezeigt) miteinander verbunden sind. In der illustrierten Ausführungsform gibt es sechs motorisierte Verbindungseinheiten 30, auch als Treibermodule bekannt, so dass der Endeffektor 11 in sechs Freiheitsgraden (DOF, degrees of freedom) versetzt werden kann. Es kann weniger oder mehr DOFs geben, wobei 1 lediglich ein Beispiel bereitstellt. Die Verbindungen 20 definieren den Hauptteil der äußeren Oberfläche des Roboterarms 10. Die Verbindungen 20 weisen auch eine strukturelle Funktion dahingehend auf, dass sie das Skelett des Roboterarms 10 (das heißt ein äußeres Hüllenskelett) bilden, durch Unterstützen der motorisierten Verbindungseinheiten 30 und Werkzeuge am Endeffektor 11, wobei Lasten durch die Werkzeuge gehalten werden, zusätzlich zum Halten des Gewichts des Roboterarms 10 selbst. Drähte und elektronische Komponenten können in die Verbindungen 20 versteckt werden, durch internes Verlegen. Kappen 21 können in den Verbindungen 20 vorgesehen sein, um einen Zugriff auf die motorisierten Verbindungseinheiten 30 bereitzustellen, zum Montieren und Demontieren des Roboterarms 10 etc..
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Die Verbindungen 20 können durch einen röhrenförmigen Körper und/oder durch andere strukturelle Komponenten definiert sein. Eine äußere Peripherie-Oberfläche der röhrenförmigen Körper bildet die Mehrheit der exponierten Oberfläche des Roboterarms 10. Die röhrenförmigen Körper können sich in der Länge, in diametraler Abmessung und in der Form unterscheiden. Beispielsweise, wie in 1 gezeigt, können einige der Verbindungen 20 allgemein gerade oder gewinkelt sein, das heißt so angeordnet, dass die Rotationswinkel der motorisierten Verbindungseinheiten 30 an ihren entgegengesetzten Enden parallel, rechtwinklig oder in jedem anderen Winkel sind. Einige Verbindungen 20 können länger etc. sein. Auch, obwohl die offenen Enden der röhrenförmigen Körper der Verbindungen 20 dieselben Durchmesser für alle motorisierten Verbindungseinheiten 30 aufweisen können, um von derselben Größe zu sein, wird es erwogen, die motorisierten Verbindungseinheiten 30 von dem proximalen Basisende 12 zum distalen Endeffektor 11 herunter zu skalieren, um das Gesamtgewicht des Roboterarms 10 zu reduzieren. In einem solchen Fall kann der Durchmesser der offenen Enden der Verbindungen 20 sich zum Distalende hin inkrementell vermindern. Die röhrenförmigen Körper der Verbindungen 20 können aus jeglichem geeigneten Material bestehen, einschließlich Kompositen, Plastik, Metallen oder jeglicher Kombination derselben. Die röhrenförmigen Körper können monolithische Teile sein oder eine Baugruppe von Komponenten und können geformt, extrudiert, bearbeitet etc. sein.
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Die motorisierten Verbindungseinheiten 30 verbinden angrenzende Verbindungen 20 auf solche Weise, dass ein Rotationsgrad der Betätigung zwischen angrenzenden Verbindungen 20 bereitgestellt wird. Gemäß einer Ausführungsform können die motorisierten Verbindungseinheiten 30 auch mit einer Verbindung wie etwa einem Werkzeug am Endeffektor 11 verbunden sein, oder mit einer Basis am Basisende 12, obwohl andere Mechanismen am Endeffektor 11 und dem Basisende 12 verwendet werden können. Die motorisierten Verbindungseinheiten 30 können auch Teil der Struktur des Roboterarms 10 bilden, da sie angrenzende Verbindungen 20 miteinander verbinden.
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Bezug nehmend auf 2 ist eine der motorisierten Verbindungseinheiten 30 illustriert. Die motorisierte Verbindungseinheit 30 ist in einem vereinfachten Format gezeigt, da sich die vorliegende Offenbarung auf ein Bremssystem bei der motorisierten Verbindungseinheit 30 konzentriert. Die motorisierte Verbindungseinheit 30 ist von dem Typ, der eine Statorbaugruppe 40, eine Rotorbaugruppe 50, die relativ zur Statorbaugruppe 40 längs der Rotationsachse X rotierbar ist, als eine Reaktion auf die Betätigung aus den Motorisierungskomponenten innerhalb der motorisierten Verbindungseinheit 30, aufweisen. Umgekehrte Anordnungen der Statorbaugruppe 40 und der Rotorbaugruppe 50 sind möglich.
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Ein Bremssystem 60 ist innerhalb der motorisierten Verbindungseinheit 30 wie im Detail unten beschrieben lokalisiert. Das Bremssystem 60 wird gesteuert, eine Rotation der Rotorbaugruppe 50 relativ zur Statorbaugruppe 40 zu blockieren, als ein sekundäres Bremssystem, wobei die motorisierte Verbindungseinheit 30 ein Primärbremssystem inkorporiert, das während des Normalbetriebs des Roboterarms 10 verwendet wird. Das Primärbremssystem kann beispielsweise wie in dem US-Patent Nr.
US 10 576 644 B, inkorporiert hierin unter Bezugnahme, beschrieben sein. Das Primärbremssystem kann während einer gesteuerten Operation des Roboterarms 10 betätigt werden, durch welche die Orientierung zwischen Verbindungen 20 justiert wird, auf Basis von Befehlen aus einer Steuerung etc.. Das Primärbremssystem kann beispielsweise die Rotation blocken, wenn gegebene Orientierungen zwischen Verbindungen 20 erzielt werden.
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Im Gegensatz dazu kann das Bremssystem 60 als eine Sekundärbremse, eine Reservebremse, eine Hilfsbremse, eine Notfallbremse bezeichnet werden, und wird beauftragt mit dem allgemeinen Konservieren der Konfiguration des Roboterarms 10, das heißt Immobilisieren des Roboterarms 10, falls das Primärbremssystem nicht arbeitet. Das Primärbremssystem kann aus verschiedenen Gründen nicht arbeiten, von denen Stromausfälle, Steuersystemausfälle, Notfallsituationen, mechanischer Ausfall, als Beispiel von anderen, sind. In einer Ausführungsform kann das Bremssystem 60 als ein Primärbremssystem verwendet werden.
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Andere Komponenten der motorisierten Verbindungseinheit 30 können ein Getriebemodul zum Reduzieren der Geschwindigkeit der Rotorbaugruppe und elektronische Komponenten (Sensoren, elektronische Karte, Prozessor) zum Steuern des Betriebs der motorisierten Verbindungseinheit beinhalten. Die vorliegende Offenbarung fokussiert auf die physikalische Anordnung des Schiebers 60, wodurch andere Teile der motorisierten Verbindungseinheit 30, die durch den Betrieb des Bremssystems 60 nicht beeinträchtigt sind, nicht detailliert ausgeführt werden.
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Bezug nehmend auf 2, weist die Statorbaugruppe 40 eine Gehäusehülle 41 auf. Die Gehäusehülle 41 bildet einen Teil der Struktur der Statorbaugruppe 40, wie sie über die Gehäusehülle 41 ist, dass die Statorbaugruppe 40 mit einer der Verbindungen 20 verbunden ist. Die Gehäusehülle 41 kann in angemessener Weise an dem röhrenförmigen Körper der Verbindung 20 gesichert sein. Andere Anordnungen sind möglich, wobei die Hülle 41 die Verbindung 20 integriert oder ist. Die Gehäusehülle 41 weist eine Außenwand 41A auf, die röhrenförmig sein kann, so dass Komponenten der Statorbaugruppe 40 innerhalb der Hülle 41 lokalisiert sein können.
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Eine Unterstützung 42 ist innerhalb der Gehäusehülle 41 lokalisiert. Die Unterstützung 42 kann einen Teil der Struktur der Statorbaugruppe 40 bilden, da Komponenten innerhalb der motorisierten Verbindungseinheit 30 durch die Unterstützung 42 gestützt werden, wie nachfolgend beschrieben. Die Unterstützung 42 kann ein trommelartiges Merkmal sein, das eine Radialwand 42A einwärts lokalisiert in der Gehäusehülle 41 beinhalten kann. Der Radialwand 42A kann im Wesentlichen radial sein, das heißt die Achse X kann zu ihrer Ebene normal sein, aber auch andere Anordnungen sind möglich. Ein röhrenförmiges Bauteil 42B kann mit einem inneren Ende der Radialwand 42A verbunden sein. Das röhrenförmige Bauteil 42B kann zylindrisch, kegelstumpfförmig, etc. sein. In einer Ausführungsform ist das röhrenförmige Bauteil 42B mit der Außenwand 41A der Gehäusehülle 41 konzentrisch, relativ zur Achse X, wobei dies eine Option ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Gehäusehülle 41 monolithisch mit der Unterstützung 42, aber andere Anbringanordnungen sind möglich.
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Eine ringförmige Aufnahme kann folglich durch eine innere Oberfläche der Außenwand 41A, die Radialwand 42A und das röhrenförmige Bauteil 42B definiert sein. Die ringförmige Aufnahme nimmt darin den Motor 43 auf, der der Rotorbaugruppe 50 Rotation vermittelt, und einen Teil des Bremssystems 60. Der Motor 43 ist schematisch gezeigt, da er jeglicher angemessene Typ von Aktuator sein kann, einschließlich einem Elektromotor, einem pneumatischen oder hydraulischen Aktuator etc., und möglicherweise das in dem US-Patent Nr.
US 10 576 644 B beschriebene Primärbremssystem. Der Motor 43 kann beispielsweise einen Statorkern mit Wicklungen darauf gemäß einer Ausführungsform beinhalten. Jedoch sind aus Gründen der Vereinfachung die Wicklungen und der Statorkern in den Figuren nicht gezeigt. Der Statorkern kann am röhrenförmigen Bauteil 42B gesichert sein. Der Motor 43 kann weiter einen externen Rotor beinhalten, der beispielsweise durch eine Vielzahl von Permamentmagneten, die durch einen Ring gehaltert werden, aufgebaut ist. Aus Gründen der Einfachheit sind die Permamentmagnet und der Ring in den Figuren nicht gezeigt. Der Elektromotor 43 oder ein gleichartiger Aktuator wird betrieben, um die gewünschte Rotation zwischen den angrenzenden Verbindungen 20 bereitzustellen, beispielsweise im Hinblick auf Geschwindigkeit und Drehmoment, relativ zur Achse X. Der Motor 43 oder ein gleicher Aktuator ist für eine hin- und hergehende Bewegung (das heißt Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn) konfiguriert, und Niederfrequenz-Bewegungen, für einige Implementierungen des Roboterarms 10. Nicht erschöpfend oder beschränkend beinhalten Rotor/Statorkits, die verwendet werden können, einen externen Rotormotor (zum Beispiel bürstenlos), Axialfluss- oder Pfannkuchentyp-Motor (mit Bürsten, bürstenlos oder Schritt), interne Rotationsmotoren mit Hohlrotor. Die ringförmige Aufnahme ist eine erwogene Lösung zum Sichern des Stators des Motors 43 an den strukturellen Komponenten der Statorbaugruppe 40. Beispielsweise kann der Stator des Motors 43 direkt an der Radialwand 42A fixiert sein.
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In einer Ausführungsform ist ein Lager oder eine Lagerbaugruppe allgemein als 44 gezeigt. Die Lagerbaugruppe 44 ist Teil der Statorbaugruppe 40, die rotierend die Rotorbaugruppe 50 hält, so dass die Rotorbaugruppe 50 um die Statorbaugruppe 40 als Ergebnis einer aus dem Motor 43 eingegebenen Aktuierung rotieren kann. Aus Gründen der Einfachheit ist die Lagerbaugruppe 44 als eine Box gezeigt, kann aber ein oder mehrere Lager jeglichen geeigneten Typs, Getriebe oder einen Getriebekasten (der auch Teil der Rotorbaugruppe 50 sein kann), Dichtungen etc. enthalten.
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Die Rotorbaugruppe 50 wird in einer vereinfachten Konfiguration gezeigt, mit einer Welle 51. Die Welle 51 ist rotierbar mit der Statorbaugruppe 40 verbunden, beispielsweise durch die Lagerbaugruppe 44, welche die Welle 51 so umgibt, dass die Welle 51 um Achse X rotieren kann. Jedoch kann die Rotorbaugruppe 50 andere Komponenten beinhalten, die mit der Welle 51 verbunden sind und rotieren, wie etwa eine andere Gehäusehülle mit einer Außenform ähnlich zu derjenigen der Gehäusehülle 41 der Statorbaugruppe 40. Daher wird die Verbindung der Rotorbaugruppe 50 mit dem röhrenförmigen Körper der Verbindung 20 nicht beschrieben, da die Verbindung der Gehäusehülle 41 mit einer Verbindung 20 als eine Referenz verwendet werden kann. Die zwei Gehäusehüllen, einschließlich Gehäusehülle 41, werden durch eine Rotationsebene getrennt, zu welcher ein Vektor V der Rotationsachse X normal ist.
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Immer noch Bezug nehmend auf 2, kann die Welle 51 einen Kopplungsbereich 52 an einem Ende derselben aufweisen. Der Kopplungsbereich 52 ist ein Teil der Welle 51, durch welche die Welle 51 mit dem Motor 43 gekoppelt ist, so dass sie einen Antrieb vom Motor 43 aufnehmen kann. Wie in 3 gezeigt, kann der Kopplungsbereich 52 eine ringförmige Oberfläche 52A und einen Kanal 52B (auch als Rille bezeichnet) aufweisen. Die ringförmige Oberfläche 52A kann als eine Möglichkeit eine zylindrische Geometrie aufweisen (gestufte Geometrie, Kegelstumpf sind andere Möglichkeiten von verschiedenen) und kann durch den Kanal 52B und durch eine Schulter 52C gebunden sein, obwohl andere Anordnungen möglich sind. Wie in 3 gezeigt, können ein oder mehrere Nuten 52D oder gleichartiger Schlitz oder Kanal in der ringförmigen Oberfläche 52A definiert sein. Die Nut 52D kann sich axial erstrecken, wie gezeigt, aber andere Orientierungen sind möglich. Ein Paar von diametral entgegengesetzten Nuten 52D können vorhanden sein, wie in 3 gezeigt. Der Kopplungsbereich 52 kann durch das Bremssystem 60 verwendet werden, um ein Bremsdrehmoment an die Welle 51 anzulegen, wie unten beschrieben. In einer Ausführungsform bildet der Kopplungsbereich 52 eine trommelartige Komponente mit röhrenförmigem Bauteil 53, wobei das röhrenförmige Bauteil 53 konzentrisch zum Hauptwellenbereich der Welle 51 ist. Gleichermaßen kann die ringförmige Oberfläche 52A auch konzentrisch zum Hauptwellenbereich der Welle 51 sein. Das röhrenförmige Bauteil 53 kann daher um die Achse X rotieren.
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Wie beobachtet, sind das röhrenförmige Bauteil 42A der Statorbaugruppe 40 und das röhrenförmige Bauteil 53 der Rotorbaugruppe 50 axial ausgerichtet, dahingehend, dass das röhrenförmige Bauteil 53 radial auswärts des röhrenförmigen Bauteils 42A in einem axialen Segment der Welle 51 ist. Als Ergebnis ist ein ringförmiger Raum zwischen den ringförmigen Bauteilen 42A und 53 definiert, in welchen der Motor 43 oder gleichartiger Aktuator aufgenommen ist. Der Rotorring mit Permamentmagneten des Motors 53 kann an dem röhrenförmigen Bauteil 53 festgemacht sein, so dass eine Betätigung des Motors 43 eine Rotation des ringförmigen Bauteils 53 und damit der Welle 51 verursacht.
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Die obige Anordnung ist nur als ein Beispiel vorgesehen, da eine reverse Anordnung ebenfalls erwogen wird, beispielsweise mit einem Rotor, der eine innere Rotor/äußere Stator-Konfiguration aufweist. In einer solchen Anordnung können das röhrenförmige Bauteil 53 oder gleichartige Außenwand oder radial einwärtige ringförmige Oberfläche Teil von oder integral mit der inneren Hülle 41 sein. Die verschiedenen Oberflächenmerkmale 52A, 52B, 52C und 52D könnten direkt auf dem Hauptwellenbereich sein.
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Bezug nehmend auf 3 und 4 ist das Bremssystem 60 detaillierter gezeigt. Das Bremssystem 60 weist eine Reibungskupplungs-Baugruppe 61, die an der Welle 51 montiert ist und damit rotiert, und einen Bremsaktuator 70, der an der Statorbaugruppe 40 gesichert ist, auf. In einer Ausführungsform ist die Reibungskupplungs-Baugruppe 61 auf dem Kopplungsbereich 52 lokalisiert, kann aber an anderen Positionen auf der Welle 51 lokalisiert sein, einschließlich des Hauptwellenbereichs. Eine umgekehrte Anordnung ist möglich, in welcher der Bremsaktuator 70 an der Verbindungseinheit 30 montiert ist und die Reibungskupplungs-Baugruppe 61 an der Statorbaugruppe 40 montiert ist.
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Die Reibungskupplungs-Baugruppe 61 des Bremssystems 60 kann einen Spannring 62, einen Ring 63, Feder 64, Ring 65, Speichenscheibe 66 und Ring 67 sequentiell beinhalten. Weniger oder mehrer dieser Komponenten können in der Reibungskupplungs-Baugruppe 61 vorhanden sein oder äquivalente Komponenten. Die Reibungskupplungs-Baugruppe 61 ist auf dem Kopplungsbereich 52 montiert und kann zwischen der Rille 52b und der Schulter 52c gesandwiched sein, während sie die ringförmige Oberfläche 52A umgibt.
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Der Spannring 62 kann aus einem halb flexiblem Metallring mit offenen Enden bestehen. Der Spannring 62 kann am Ort eingeschnappt werden, beispielsweise in die Rille 52B. Der Spannring 62 kann intern oder extern sein. Der Spannring 62, wenn in der Rille 52B, bindet den ringförmigen Raum mit der Schulter 52C, zwischen welchem die anderen Komponenten der Reibungskupplungs-Baugruppe 61 aufgenommen werden. Als Alternative zum Spannring 62 könnte ein Gewindering, ein Verriegelungsring etc. an der Welle 51 fixiert sein.
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Ringe 63, 65 und 67 können ähnlich oder gleich sein. Die Ringe 63, 65 und 67 können als Unterlegscheiben, von mehreren möglichen Namen, bekannt sein. Die Ringe 63, 65 und 67 können alle eine einwärts gerichtete Nase (zum Beispiel 3), auch als Schlüssel bekannt, oder mehr aufweisen, die jeweils als 63A, 65A und 67A gezeigt sind, wobei die Nasen in der Nut 52D aufgenommen sind. Daher rotieren die Ringe 63, 65 und 67 mit der Welle 51, wie durch die Kollaboration zwischen den Nasen 63A, 65A und 67A und der Nut 52D mitgenommen. Die Ringe 63, 65 und 67 können sich axial entlang des Kopplungsbereichs 52 bewegen, sind aber gegenüber Rotation blockiert, aufgrund der Zusammenarbeit zwischen den Nasen 63A, 65A und 67A und der Nut 52D. Ein einzelner der Ringe 63, 65 und 67 könnte ausreichen. Die Ringe 63, 65 und 67 können aus Materialien hergestellt sein, die als staubfrei bezeichnet werden können. Solche Materialien können einen langsameren Rückgang bei der Bremsleistung im Gegensatz zu anderen Materialien aufweisen, was die Notwendigkeit einer Wartung verschiebt. Beispielsweise können ein oder mehrerer der Ringe 63, 65, 67 aus Bronze, Kohlefaser, Graphit, Aramidfasern hergestellt sein. Eine Oberflächenbehandlung kann bereitgestellt sein, um Reibungskoeffizienten zu vergrößern.
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Die Feder 64 übt eine axiale Vorspannkraft in der Reibungskupplungs-Baugruppe 61 aus. Die axiale Vorspannkraft wird zur Kupplungsaktion, wie unten beschrieben, beitragen. In einer Ausführungsform kann die Feder 64 eine Wellenfeder sein, die so bemessen ist, dass sie die axiale Vorspannkraft ausübt, wenn die Reibungskupplungs-Baugruppe 61 zwischen der Rille 52B und der Schulter 52C eingelegt ist. Als Alternativen zu einer Wellenfeder könnte eine Spiralfeder, ein Elastomer-Ring etc. verwendet werden, um die Vorspannkraft zu erzeugen. In einer Ausführungsform ist die Feder 64 zwischen den Ringen 63 und 65 lokalisiert.
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Die Speichenscheibe 66 ist zwischen den Ringen 65 und 67 lokalisiert. Die Speichenscheibe 66 ist der Teil der Reibungskupplungs-Baugruppe 61, welche mit dem Bremsaktuator 70 interagiert. Die Speichenscheibe 66 kann auch als Speichenring, Blockierring etc. bekannt sein. Die Speichenscheibe 66 weist einen ringförmigen Körper auf, mit ein oder mehreren auswärts weisenden radialen Vorsprüngen 66A, die auch als Speichen bekannt sind. Die Vorsprünge 66A ragen auswärts von einem ringförmigen Perimeter der Reibungskupplungs-Baugruppe 61 vor, um so den Bremsaktuator 70 zu fangen, wie unten beschrieben wird. Die Vorsprünge 66A können pyramidenförmig oder dreieckig sein, wie gezeigt, aber andere Formen werden erwogen. In einer Ausführungsform wird die, die Vorsprünge 66A enthaltende Speichenscheibe 66 aus einem metallischen Material hergestellt. Beispielsweise kann ein Material hoher Härte, wie etwa Stahl, verwendet werden und/oder ein Material mit Staubfrei-Eigenschaften. Eine Abstandsscheibe 66B oder ähnlicher innerer Ring kann einwärts eines Rests der Speichenscheibe 66 lokalisiert sein. Die Abstandsscheibe 66B kann aus einem Abnutzungsmaterial, wie etwa einem Plastik etc. hergestellt sein. Die Abstandsscheibe 66B kann in Kontakt mit der ringförmigen Oberfläche 52A stehen oder kann über die Zeit verschleißen oder sich abschleifen. Das Material für die Abstandsscheibe 66B wird so ausgewählt, dass ihre Abnutzungsauswirkung auf die Welle 51 beschränkt ist. Materialien für die Komponenten können ausgewählt werden, um einen Debris von den Stößelshift-Einschlägen und Kupplungsreibung und Abnutzung zu minimieren, für den Roboter-Lebenszyklus, um das Beeinträchtigen der Funktionalität der Sensoren oder des Motors selbst zu vermeiden. Die Reibungskupplungs-Baugruppe 61 kann bei Kompression (beispielsweise Beabstandung, Feder 64) justierbar sein, um zu Aktuatorabmessung, Drehmoment und Trägheit zu passen.
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Während der Verwendung kann einer der Vorsprünge 66A der Speichenscheibe 66 in Kontakt mit dem Bremsaktuator 70 gelangen, wie unten erläutert. Aufgrund des Vorsprungs 66A wird die Speichenscheibe 66 gehindert, zu rotieren und wird relativ zur Statorbaugruppe 40 fixiert, wenn der Bremsaktuator 70 an der Statorbaugruppe 40 gesichert ist. Die Speichenscheibe 66 muss keine direkte mechanische Interferenz mit der Welle 51 haben, das heißt kann relativ zur Welle 51 rotieren. Jedoch, weil Reibungskräfte zwischen der Speichenscheibe 66 und den Ringen 65 und 67 (oder mit der Schulter 52C, falls es keinen Ring 67 gibt), wird eine Rotation der Welle 51 (und von Ringen 64, 67) gegen diese Reibungskräfte sein. Mit der, eine geeignete Vorspannkraft bereitstellenden Feder 64 werden die Reibungskräfte proportional zur Vorspannkraft eine Verlangsamung der Rotation zwischen der Welle 51 und der Statorbaugruppe 40 verursachen. Die Reibungskräfte können selbst ein Vollbremsen der Rotation der Welle 51 -und der Rotorbaugruppe 50- relativ zur Statorbaugruppe 40 verursachen. Dadurch, dass mehrere Vorsprünge 56A vorgesehen sind, wie etwa drei um 120 Grad getrennte, vier um 90 Grad getrennte, fünf etc., wird die Rotation der Rotorbaugruppe 50, die bis zum Kontakt mit der Statorbaugruppe 40 möglich ist, beschränkt. In einigen Fällen kann die Reibungskupplungs-Baugruppe 61 irrtümlich Öl oder Schmiere exponiert sein, da Öl oder Schmiere als ein Schmiermittel für die Lager verwendet werden kann, für eine Reduktionsgetriebe-Box. Der Roboterarm 10 kann auch in Prozessen oder Anwendungen verwendet werden, in welchen er Öl exponiert ist, das die motorisierte Verbindungseinheit 30 penetrieren könnte. Entsprechend können einige oder alle der Komponenten der Reibungskupplungs-Baugruppe 61 und Insbesondere jene, die bei Reibungsbremsen involviert sind, aus einem Nassreibungsmaterial, das heißt WFM (wet friction material) gemacht sein, wie etwa gewebte Kohlefaser, die in ein Synthetikpolymer eingebettet ist. Beispielsweise kann die Speichenscheibe 66 und die Ringe 63, 65 und/oder 67 aus einem solchen WFM hergestellt sein, als eine Möglichkeit.
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Bezug nehmend auf 6 und 7 ist der Bremsaktuator 70 detaillierter gezeigt. Der Bremsaktuator 70 kann in einem ringförmigen Raum lokalisiert sein, der auswärts des Motors 43 liegt. Anders gesagt, ist der Bremsaktuator 70 zumindest teilweise in einem axialen Segment der motorisierten Verbindungseinheit 30 lokalisiert, in welcher der Motor 43 ist, wobei das axiale Segment durch axiale Ebenen begrenzt ist (zu welchen ein Vektor der Achse X normal ist) auf entgegengesetzten Seiten des Motors 43. Der Bremsaktuator 70 weist ein Gehäuse 71 auf, durch welches er mit der Hülle 41 der Statorbaugruppe 40 verbunden sein kann. Das Gehäuse 71 kann aus einem starren Material hergestellt sein, um die strukturelle Integrität des Bremsaktuators 70 während Bremsaktionen bereitzustellen. Das Gehäuse 71 kann einen länglichen Schlitz 71A, der an einem Ende offen ist, definieren. Verbindungsoberflächen 71B können auf Seitenoberflächen des Schlitzes 71A vorgesehen sein. Die Verbindungsoberflächen 71B können zylinderförmig sein, das heißt zylindrische Oberflächensegmente bilden. Passage(n) 71C kann/können in den Wänden des länglichen Schlitzes 71A vorgesehen sein, zur Penetration des Vorsprungs 66A der Speichenscheibe 66 darin. Verbindungsplatten 71D können von den Wänden der länglichen Schlitze 71A vorragen, für das Verankern des Bremsaktuators 70 an der Hülle 41 der Statorbaugruppe 40 über beispielsweise Befestiger 72 (zum Beispiel Bolzen, Schrauben, etc.). Die Verbindungsplatten 71D sind eine mögliche Lösung zum Sichern des Gehäuses 71 an der Statorbaugruppe 40. Das Gehäuse 71 kann weiter eine Aufnahme 71E beinhalten, obwohl optional, solange wie Gleitverbindungs-Merkmale vorhanden sein. Wie in 8 gezeigt, damit das Gehäuse 71 an der Statorbaugruppe 40 verankert werden kann, kann ein Vorsprung 71G vorhanden sein, als eine Lösung unter anderen, aufgenommen in einer entsprechenden Bohrung in der Statorbaugruppe 40. Darüber hinaus kann es mehr als einen einzelnen des Vorsprungs 71G geben. Der Vorsprung 71G kann eine zylindrische Extrusion am Ende des Gehäuses 71 sein, die verwendet wird, um einige der Last während des Bremsens aufzunehmen, oder die Deformation des Gehäuses 71 zu verhindern oder zu begrenzen. Sollte sich das Gehäuse 71 deformieren, wird der Kontakt zwischen dem Vorsprung 71G und der Unterstützung 72 die Deformation des Gehäuses 71 begrenzen und ein Ausfallrisiko dieses Teils reduzieren. Die reverse Anordnung von Männlich-Weiblich-Verbinder kann verwendet werden mit einer Bohrung im Gehäuse 71 oder einem Flansch mit Befestiger etc.. Ein Lüftungsloch 71H kann optional vorhanden sein, um so eine Bewegung des Stößels 73 ohne Druckaufbau frei zu gestatten.
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Eine Vorspannvorrichtung 74, wie etwa eine Spiralfeder, kann vorgesehen sein, den Stößel 73 auswärts vorzuspannen, das heißt zur linkshändigen Seite in 6 und 7. Der Stößel 73 kann mit den Passagen 71C ausgerichtet sein, oder dem Pfad P des Vorsprungs 66A in einer anderen Weise in einer Blockierposition blockieren. Falls jedoch eine Gegenkraft an den Stößel 73 angelegt wird, kann er sich weiter in die Aufnahme 71E hinein bewegen, zur rechtshändigen Seite in 6 und 7, und blockiert den Pfad P in einer deaktivierten Position nicht mehr länger. Der Stößel 73 kann daher die Bremsaktion durch die Reibungskupplungs-Baugruppe 61 verursachen, wie oben beschrieben. Die Vorspannvorrichtung 74 ist in einer Aufnahme 71E. In einer Ausführungsform beträgt eine Distanz der Bewegung zwischen der Blockierposition und der entschärften Position zumindest 6 mm. Der Versatz des Stößels 73 kann in einer Richtung sein, die im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse der Statorbaugruppe 40 ist, obwohl dies optional ist.
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In einer Ausführungsform wird die Bewegung des Stößels 73 zur rechtshändigen Seite in 6 und 7 durch eine SolenoidSpule 75 verursacht, als ein möglicher Aktuator, der verwendet werden kann. Andere Verfahren der Betätigung können Linearmotoren oder Linear-Aktuatoren beinhalten. In einer Ausführungsform, wenn die Solenoidspule 75 aktiviert wird, erzeugt sie eine Magnetkraft, die den Stößel 73 in der Aufnahme 71E gegen die Wirkung der Feder 74 hält. In einer Ausführungsform, wenn die Solenoidspule 75 aktiviert wird, reagieren die Magnetkräfte mit einem Schubstift (beim Solenoid enthalten und in 2 zu sehen), der gegen den Stößel 73 schiebt. Ferromagnetische Eigenschaften des Stößels 73 finden keine Verwendung bei dieser Funktion. Die Solenoidspule 75 wird deaktiviert, wenn der Strom abgeschaltet wird, was dazu führt, dass der Stößel 73 sich zur linkshändigen Seite in 6 und 7 durch die Wirkung der Feder 74 zur Blockierposition bewegt. Die Solenoidspule 75 kann eine Vertiefung 75A oder äquivalenten Freigabeknopf aufweisen, durch welchen sie manipuliert werden kann, den Schubstift (2) zu verschieben und den Stößel 73 weg von der Blockierposition und zur entschärften Position zu bewegen. Daher könnte die Vertiefung 75A verwendet werden, um den Stößel 73 zu seiner entschärften Position zu bewegen und den Pfad P zu befreien, wenn der Roboterarm 10 nicht angetrieben ist.
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Eine Abdeckung 76 kann vorgesehen sein, auf das Gehäuse 71 geclippt zu sein und die Solenoidspule 75 dazwischen zu fangen. Die Abdeckung 76 kann ein Paar von U-förmigen Ausbildungen 76A haben, die auf Enden der Wände aufclippen können, welche den länglichen Schlitz 71A definieren. Die U-förmigen Ausbildungen 76A sind eine Option von mehreren. In einer Ausführungsform schnappt die Abdeckung 76 fest am Gehäuse 71 ein. Zungen und Rillen, Nägel und Schlitze etc. können für die Verbindung zwischen der Abdeckung 76 und dem Gehäuse 71 vorgesehen sein. Höhlungen, die in den Wänden der Abdeckungen 76 illustriert sind, können die Köpfe der Befestiger aufnehmen, und dies kann weiter zum Sichern der Abdeckung 76 am Gehäuse 71 und an der Statorbaugruppe 40 beitragen. Ein Steg 76B kann zwischen den U-förmigen Ausbildungen 76A vorgesehen sein. Der Steg 76B kann ein Loch 76C aufweisen, um einen Zugang zur Vertiefung 75A zu definieren. Ein Draht und Verbinder 77 können aus der Abdeckung 76 vorragen, für die Verbindung des Bremsaktuators 70 mit einer Steuerung des Roboterarms 10.
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Der Bremsaktuator 70 ist in der Statorbaugruppe 40 auf solche Weise positioniert, dass der Stößel 73 den Pfad P der Bewegung der Vorsprünge 66A blockieren kann, wenn der Bremsaktuator 70 das Bremsen betätigt. Unter solchen Umständen blockiert der Stößel 73 die Rotation der Speichenscheibe 66 und bringt daher die Reibungskupplungs-Baugruppe 61 dazu, eine Reibungskraft gegen die Rotation anzulegen, darüber hinaus wird in 6 beobachtet, dass die radial auswärtige Oberfläche des Bremsaktuators 70 gebogen, von konvexer Form (zum Beispiel Trapezoid, Dreieckig, etc. im Querschnitt) sein kann, um dem Bremsaktuator 70 zu gestatten, den verfügbaren Raum zu verwenden und in der Nähe zur inneren Oberfläche der Hülle 41 zu sein.
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In einer Ausführungsform wird das Bremssystem 60 als eine Notbremse für den Roboterarm 10 verwendet, um die Rotation seiner Verbindungen 20 unter gegebenen Umständen zu beschränken. Beispielsweise wird das Bremssystem 60 aktiviert, wenn es einen Stromausfall gibt oder wenn der Roboterarm 10 ausgeschaltet wird, wobei die Solenoidspule 75 oder Äquivalent nicht mit Strom versorgt wird. Es wird auch erwogen, die Bremssystem 60 als eine Primärbremse zu verwenden, wenn die Vorsprünge 66A in Kontakt mit dem Stößel 73 sinkt. Bei einer solchen Verwendung sollte der Motor 43 gegen die Reibungskräfte zu arbeiten haben, um eine Relativrotation zwischen der Statorbaugruppe 40 und der Rotorbaugruppe 50 zu verursachen. Bei Notfallverwendung wird der Motor 43 deaktiviert (kein Strom), wenn die Bremse aktiviert wird, das heißt der Motor 43 wird nicht gegen die Reibungskräfte des Bremssystems 60 während eines Nothalt-Ereignisses arbeiten.
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Bezug nehmend auf 2, ist in einer Ausführungsform das Bremssystem 60 in einem ringförmigen Raum zwischen der Hülle 41 und dem Kopplungsbereich 52 lokalisiert. Zugang zum Bremssystem 60 kann möglich sein über Richtung A, um die Bremse manuell zu lösen. Der Zugang über das Loch 76C ist vorgesehen, dem Anwender zu gestatten, die Bremse außer Eingriff zu geben (das heißt auf den Stößel 73 zu schieben), beispielsweise während Wartung. Um Zugang zu diesem Loch 76C zu erlangen, kann es sein, dass die Kappe 21 entfernt werden muss.
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Das Bremssystem 60 kann für „Speichenscheiben“-Typ-Solenoidbremsen verwendbar sein, wie oben gezeigt, kann aber auch für reine Reibungsbremsen verwendet werden. In dieser Funktion kann das Bremssystem 60 als ein Kategorie-1-Halt (wobei der Servo den Arm stationär bekommt, bevor die Bremse betätigt wird) eingestuft werden. Der Kategorie-1-Halt in ISO 10218-Standard und/oder IEC60204-01-Standard, in einer Ausführungsform, wobei das Bremssystem 60 die Konformität zum Standard/den Standards ermöglicht. Indem man eine einzige Bremse hat, die in der Lage ist, zu diesen beiden Bremsmethoden, werden die Kosten reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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