CN110815288A - 机器手臂的刹车装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器手臂的刹车装置，刹车时释放结合板，使结合板抵抗复位弹簧的弹力，顺着导引销滑动，结合板承载结合块接近棘轮，结合块先行接触下层齿系，降低棘轮的转动速度，使结合块钳入大间隔的双层齿系，持续降至低速，再让棘轮的密集间隔的外周齿系啮合结合板的档齿系，以停止机器手臂。

Description

机器手臂的刹车装置

技术领域

本发明涉及一种机器手臂，尤其是涉及机器手臂在马达停止转动时，用以阻止机器手臂移动的刹车装置。

背景技术

工厂自动化利用机器手臂自动抓取工件，不断来回移动进行组装制造，以提高生产的效率。而来回移动的机器手臂，除了需要驱动模块提供动力外，尚需依赖稳定有效的刹车装置，才能将机器手臂停止在预定位置进行作业。

现有技术的美国公告专利US8410732，利用马达转动机器手臂的转轴，并设置刹车装置，将摩擦环固定在转轴上，摩擦环外覆棘轮。另设置电磁阀离合棘轮，阻挡棘轮转动，以刹车马达转动，进而停止机器手臂移动。但该现有技术刹车装置的棘轮直接固定在转轴上，过于接近转轴，电磁阀接合棘轮产生的刹车力矩较小，且棘轮的凸齿间隔大，机器手臂刹车后自由移动角度大，无法稳定有效将机器手臂停止在预定位置。

如图6所示，现有技术的中国公告专利CN105626722，驱动模块1将刹车装置2的中心孔，套设在马达3的转轴4，且固定棘轮5在转轴4，随转轴4转动。当机器手臂的驱动模块1启动刹车时，控制电磁阀6内缩作动杆7释放控制板8，复位弹簧9顶压结合板10顺着导引销11移向棘轮5，使结合板10承载的结合销12侵入棘轮5的转动路径，让结合销12结合棘轮5，转轴4的转动动力同时由棘轮5传给结合销12，结合销12再经由导引销11传至直径较大的刹车盘13，延长刹车力臂，产生较大的刹车力矩，以有效停止转轴4的转动。因此现有技术的刹车装置2，可通过的直径远大于棘轮5的刹车盘13，产生较大的摩擦力，加上结合销12延长刹车力臂，产生较大的刹车力矩，达到有效停止机器手臂的目的。

然而，现有技术的棘轮5的凸齿间隔过大，机器手臂刹车后，结合销12可在两凸齿间相对自由移动，将造成转轴4可自由转动两凸齿间的角度。此自由转动的角度，经由机器手臂的放大，机器手臂的末端就可在外力或移动的情况下，产生可观角度的晃动，无法稳定将机器手臂停止在预定位置，因而造成机器手臂与外物间碰撞受损或人员安全问题。因此，机器手臂在刹车装置上，仍有问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器手臂的刹车装置，通过棘轮的双层齿系结构，由下层齿系先接触结合块，降低高速转动的棘轮，在中速时，利用上下层齿系的大间隔钳入结合块，以利棘轮减速结合。

本发明另一目的在于提供一种机器手臂的刹车装置，利用棘轮的外周齿系，在结合块钳入上下层齿系的间隔后，棘轮降低至低速时，由密集间隔的外周齿系，啮合结合板的档齿系，以减少机器手臂的自由晃动角度。

为了达到前述发明的目的，本发明机器手臂的刹车装置，包含棘轮、结合板及刹车盘，其中棘轮具有同心的内齿环及外齿环，内齿环及外齿环间设有双层齿系，双层齿系由上层齿系及下层齿系的棘齿交互大间隔构成，上层齿系的棘齿与内齿环及外齿环同一平面，下层齿系的棘齿，由内齿环的外周缘延伸，弯折至外齿环内周缘的下方，外齿环的外周缘凸设小间隔的外周齿系，棘轮的内齿环的内周缘上下利用簧片固定在转轴上。

其中结合板位于棘轮的下方，在相对内齿环及外齿环间的位置，向棘轮方向凸设多个结合块，结合板的外周并在相对棘轮的外周齿系的位置，向棘轮方向凸设档齿系，档齿系可啮合外周齿系，结合板在档齿系的外周边则形成作动凸缘，结合板的内周边另设置多个导引孔。

其中刹车盘固定不动位于该结合板的下方，其上表面在相对该导引孔的位置，向结合板凸设多个导引销，导引销套设复位弹簧，再穿过导引孔，支撑结合板，并使复位弹簧位于结合板与刹车盘间，用以引导结合板顺着导引销滑动。

本发明机器手臂的刹车装置在刹车时，控制电磁阀内缩作动杆，释放结合板的作动凸缘，使结合板抵抗复位弹簧的弹力，顺着导引销滑动，结合板承载结合块接近棘轮，结合块先行接触下层齿系。结合块传递刹车盘的不动阻力，与下层齿系产生接触摩擦，降低棘轮的转动速度，结合块先行钳入下层齿系的空隙。再降低棘轮的转动速度，使结合块钳入大间隔的双层齿系，持续快速降低棘轮至低速，结合块低速游动，复位弹簧顶压结合板顺着导引销移动，将档齿系推入密集间隔的外周齿系，让棘轮的外周齿系，啮合结合板的档齿系，以停止机器手臂。

本发明机器手臂的刹车装置的上层齿系的棘齿，一端由内齿环的外周缘径向辐射突出，另一端连接至外齿环的内周缘。下层齿系的棘齿，一端由内齿环的外周缘同一平面径向辐射突出，在中间形成低下的弯折阶梯，延伸至外齿环内周缘的下方。外齿环的外周缘凸设小间隔密集的凸齿构成外周齿系，结合板则凸设小间隔密集的档齿系，档齿系的档齿间隔，配合啮合外周齿系。而结合块为两个位在同一直径的相对两端位置上。

附图说明

图1为本发明机器手臂的刹车装置的立体图；

图2为本发明刹车装置在刹车减速状态的侧视图；

图3为本发明刹车装置在未刹车状态的侧视图；

图4为本发明刹车装置在结合销钳入状态的侧视图；

图5为本发明刹车装置在刹车状态的侧视图；

图6为现有技术机器手臂的驱动模块的侧剖视图。

符号说明

20 刹车装置

21 棘轮

22 结合板

23 刹车盘

24 中心孔

25 转轴

26 内齿环

27 外齿环

28 上层齿系

29 下层齿系

32 弯折阶梯

33 外周齿系

35 结合块

36 档齿系

37 作动凸缘

38 导引孔

39 导引销

40 复位弹簧

41 簧片

42 电磁阀

43 作动杆

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举优选实施例，并配合附图加以说明如下。

请同时参阅图1及图2，图1为本发明机器手臂的刹车装置20的立体图，图2为本发明刹车装置20在未刹车状态的侧视图。本发明机器手臂的刹车装置20，包含棘轮21、结合板22、及刹车盘23等。刹车装置20具有中心孔24，套设在机器手臂的马达的转轴25。

刹车装置20的棘轮21具有同心的内齿环26及外齿环27，内齿环26及外齿环27间设有双层齿系，双层齿系由上层齿系28及下层齿系29的棘齿交互大间隔设置构成，上层齿系28每一棘齿，一端由内齿环26的外周缘径向辐射突出，另一端连接至外齿环27的内周缘，且上层齿系28的棘齿与内齿环26及外齿环27同一平面。下层齿系29每一棘齿，一端由内齿环26的外周缘同一平面径向辐射突出，下层齿系29的棘齿在中间形成低下的弯折阶梯32，弯折端延伸至外齿环27内周缘的下方。棘轮21的外齿环27的外周缘则凸设外周齿系33，外周齿系33的凸齿以小间隔密集设置。

刹车装置20的结合板22大致为圆环状，同心位于棘轮21的下方，直径略大于棘轮21，结合板22在相对内齿环26及外齿环27间的位置，向棘轮21方向凸设多个结合块35，本实施例以凸设两个结合块35位在同一直径的相对两端位置上举例。结合板22的外周并在相对棘轮21的外周齿系33的位置，向棘轮方向凸设档齿系36，档齿系36可啮合外周齿系33。本实施例以整圆周凸设档齿系36，档齿系36的档齿密集小间隔配合啮合外周齿系33。结合板22在档齿系36的外周边则形成作动凸缘37。结合板22的内周边另设置多个导引孔38。

刹车装置20的刹车盘23大致为圆环状，同心位于结合板22的下方，其上表面在相对导引孔38的位置，向结合板22凸设多个导引销39，导引销39套设复位弹簧40，再穿过导引孔38，使复位弹簧40位于结合板22与刹车盘23间，用以引导结合板22顺着导引销39滑动。

本发明机器手臂的刹车装置20，将中心孔24套设在马达的转轴25后，利用簧片41由棘轮21的内齿环26的内周缘上下，将棘轮21固定在转轴25上，随转轴25转动，而刹车盘23固定在机器手臂不动(图未示)，并利用导引销39穿过导引孔38，支撑结合板22设在棘轮21的下方。并由机器手臂设置的电磁阀42伸缩作动杆43，顶压或释放结合板22的作动凸缘37，使结合板22抵抗复位弹簧40的弹力，顺着导引销39滑动接近或远离棘轮21。

如图3所示，为本发明刹车装置在未刹车状态的侧视图。当机器手臂需要正常转动时，机器手臂控制电磁阀42外伸作动杆43推压结合板22，结合板22顺着导引销39下滑，压缩复位弹簧，使结合板22顺着导引销39移向刹车盘23，让承载的结合块35远离棘轮21的转动路径，棘轮21不受到阻挡时，转轴25就可自由转动，以移动机器手臂。

请再参阅图2及图4，图4为本发明刹车装置在结合销钳入状态的侧视图。图2中，当机器手臂启动刹车时，机器手臂控制电磁阀42内缩作动杆43释放结合板22，复位弹簧40顶压结合板22顺着导引销39移向高速转动的棘轮21，承载的结合块35随着靠近棘轮21的转动路径，结合块35首先碰触到双层齿系中较低位置的下层齿系29，因棘轮21高速转动无法立即钳入双层齿系。但承载结合块35的结合板22，由固定不动的刹车盘23的导引销39支撑，结合块35将传递刹车盘23不动的阻力，会与下层齿系29的接触产生摩擦，降低棘轮21的转动速度，结合块35就可钳入最大间隔的下层齿系29的空隙，再进一步降低棘轮21的转动速度。图4中，当棘轮21持续减速至中等转动速度时，结合块35就可再进一步钳入上层齿系28与下层齿系29交互形成大间隔的双层齿系的空隙，完整地传递刹车盘23不动的阻力，持续快速降低棘轮21的转动速度。

如图5所示，为本发明刹车装置在刹车状态的侧视图。由于棘轮21的外周齿系33小间隔密集，即使棘轮21减速，具有转动速度的外周齿系33，也难以啮合结合板22的档齿系36。棘轮21必须持续减速至低转动速度时，让结合块35在钳入大间隔的双层齿系的空隙低速游动，复位弹簧40才可顶压结合板22顺着导引销39移动，将档齿系36推入小间隔的外周齿系33，让外周齿系33啮合结合板22的档齿系36。一旦外周齿系33啮合档齿系36，棘轮21就与结合板22结合在一起，仅剩外周齿系33与档齿系36间的极小的齿隙可游动，机器手臂的末端的自由移动的幅度相对极小，就可稳定将机器手臂停止，达到避免机器手臂的晃动的目的。

因此，本发明机器手臂的刹车装置，就可通过棘轮的双层齿系结构，由低下的下层齿系先行接触结合块，产生摩擦降低高速转动的棘轮的速度，在中速时，利用上下层齿系的大间隔钳入结合块，让棘轮持续快速降低至低速，然后利用棘轮的密集间隔的外周齿系，啮合结合板的档齿系，稳定将机器手臂停止，达到减少机器手臂的自由晃动角度的发明目的。

综上所述者，仅为用以方便说明本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该等优选实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下都属本发明申请专利的范围。

Claims (9)

1.一种机器手臂的刹车装置，具有中心孔，套设在机器手臂的马达的转轴，机器手臂设电磁阀控制伸缩作动杆，其特征在于，该刹车装置包含：

棘轮，固定在该转轴，具有同心的内齿环及外齿环，内齿环及外齿环间设有双层齿系，双层齿系由上层齿系及下层齿系的棘齿交互大间隔构成，上层齿系的棘齿与内齿环及外齿环同一平面，下层齿系的棘齿，由内齿环的外周缘延伸，弯折至外齿环内周缘的下方，外齿环的外周缘凸设小间隔的外周齿系；

结合板，位于该棘轮的下方，在相对该内齿环及该外齿环间的位置，向棘轮方向凸设多个结合块，该结合板的外周并在相对棘轮的外周齿系的位置，向棘轮方向凸设档齿系，档齿系可啮合该外周齿系，该结合板在档齿系的外周边则形成作动凸缘，结合板的内周边另设置多个导引孔；

刹车车盘，固定不动位于该结合板的下方，其上表面在相对该导引孔的位置，向结合板凸设多个导引销，导引销套设复位弹簧，再穿过导引孔，支撑结合板，并使复位弹簧位于结合板与刹车盘间，用以引导结合板顺着导引销滑动；

其中，刹车时，控制电磁阀内缩作动杆，释放结合板的作动凸缘，使结合板抵抗复位弹簧的弹力，顺着导引销滑动，结合板承载结合块接近棘轮，结合块先行接触下层齿系，降低棘轮的转动速度，使结合块钳入大间隔的双层齿系，持续快速降低棘轮至低速，然后让棘轮的密集间隔的外周齿系，啮合结合板的档齿系，以停止机器手臂。

2.如权利要求1所述的机器手臂的刹车装置，其中该上层齿系的棘齿，一端由内齿环的外周缘径向辐射突出，另一端连接至外齿环的内周缘。

3.如权利要求1所述的机器手臂的刹车装置，其中该下层齿系的棘齿，一端由内齿环的外周缘同一平面径向辐射突出，在中间形成低下的弯折阶梯，延伸至外齿环内周缘的下方。

4.如权利要求1所述的机器手臂的刹车装置，其中该外齿环的外周缘凸设小间隔密集的凸齿构成外周齿系。

5.如权利要求1所述的机器手臂的刹车装置，其中该结合板凸设小间隔密集的档齿系，档齿系的档齿间隔，配合啮合外周齿系。

6.如权利要求1所述的机器手臂的刹车装置，其中该结合块为两个位在同一直径的相对两端位置上。

7.如权利要求1所述的机器手臂的刹车装置，其中该结合块先行接触下层齿系时，结合块传递刹车盘的不动阻力，与下层齿系产生接触摩擦，降低棘轮的转动速度，结合块先行钳入下层齿系的空隙。

8.如权利要求1所述的机器手臂的刹车装置，其中该棘轮的内齿环的内周缘上下利用簧片固定在转轴上。

9.如权利要求1所述的机器手臂的刹车装置，其中该结合块钳入双层齿系的空隙时，低速游动，复位弹簧顶压结合板顺着导引销移动，将档齿系推入外周齿系，让外周齿系啮合档齿系。

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