CN112659177B - 制动器及机器人手臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制动器及机器人手臂。其中。该制动器包括定子、第一随动刹车片、第二随动刹车片、第一固定刹车片和第二固定刹车片。其中，定子固定设置，第一随动刹车片和第二随动刹车片相对于定子可转动的设置，第一固定刹车片和第二固定刹车片分别与定子固定连接。制动器包括刹车状态和分离状态。应用本发明的技术方案，可以实现对移动运动驱动轮和转动运动驱动轮的同时制动，而且直接将制动作用于移动运动驱动轮和转动运动驱动轮，可以提高制动的可靠性。

Description

制动器及机器人手臂

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体而言，涉及一种制动器及机器人手臂。

背景技术

现在工业机器人的应用越来越广泛，工业机器人也发展出来许多系列，SCARA机器人是一种平面关节型机器人，与一般的工业机器人相比，SCARA机器人运动空间较小，具有很好的灵活性，同时具有高速度、较好的刚性和较高的精度。能够精确完成插件、分拣、组装等任务，在要求速度快、成本低的工业生产中具有较大的优势。

对于SCARA机器人来说，一般执行器放在SCARA机器人末端，当机器人急停、停电等需要末端的制动时，由于SCARA机器人都是通过皮带传动，而且制动器没有布置在机器人末端位置，容易出现皮带制动不准确、制动延迟，不能实现可靠的制动。如果SCARA机器人的三轴和四轴使用内置制动器的电机，不仅会增加电机的高度，而且增加了制造电机的难度，外置制动器的制动方式对三轴和四轴同时制动需要两个制动器，或者是对滚珠丝杆花键的竖直运动的三轴进行制动，制动不完全，因此需要良好可靠的制动方式。

具体的，如图1和图2所示，SCARA机器人通过第三电机10’和第四电机20’的运行，带动丝杆实现上下运动和旋转运动。其传动方式为：第三电机10’通过第三同步带轮11’和第三同步带12’带动丝杠母同步带轮13’旋转运动，丝杠母14’与丝杠母同步带轮13’固定在一起，跟随一起旋转运动，通过螺纹驱动丝杆15’上下运动；第四电机20’通过第四同步带21’传动带动花键母同步带轮22’旋转运行，花键母23’与花键母同步带轮22’固定在一起，跟随一起旋转运动，通过丝杆15’上的竖直沟槽驱动丝杆15’旋转运动。

如图2所示，采用内置制动器的方式，分别在第三电机10’和第四电机20’内安装制动器30’，这样会增加电机的高度，而且增加了制造电机的难度。而一般情况下，SCARA机器人要求结构比较紧凑，体积小，通常影响SCARA机器人高度的主要因素是电机的高度，因此上述的方式会增大SCARA机器人高度，不利于SCARA机器人的体积小型化。而且通过两个制动器30’分别控制第三电机10’和第四电机20’，控制流程多，容易造成制动可靠性低。

如图3所示，也可以采用外置制动器的方式，即分别在第三电机10’的输出轴上和第四电机20’的中间轴上安装制动器30’。或者，仅在第三电机10’的输出轴上安装制动器30’，而不在第四电机20’的轴上安装。然而，对于SCARA机器人来说，执行器是放在SCARA机器人末端，末端的精确控制体现了机器人的精度，当SCARA机器人急停、停电等需要末端制动时，由于SCARA机器人都是通过皮带传动，如果制动器没有布置在机器人末端位置，容易出现皮带制动不准确、制动延迟，不能实现可靠的制动的问题，进而影响机器人再次启动后的准确性精度。

发明内容

本发明实施例提供了一种制动器及机器人手臂，以解决现有技术中机器人手臂的存在的制动可靠性低的技术问题。

本发明实施方式提供了一种制动器，包括：定子，固定设置；第一随动刹车片和第二随动刹车片，相对于定子可转动的设置，第一随动刹车片用于连接第一待制动部件，第二随动刹车片用于连接第二待制动部件；第一固定刹车片和第二固定刹车片，分别与定子固定连接，第一固定刹车片与第一随动刹车片相对应，第二固定刹车片与第二随动刹车片相对应；制动器包括：刹车状态和分离状态，在刹车状态下，第一随动刹车片与第一固定刹车片相贴合，第二固定刹车片与第二随动刹车片相贴合；在分离状态下，第一固定刹车片与第一随动刹车片相分离，第二固定刹车片与第二随动刹车片相分离。

在一个实施方式中，制动器包括驱动件，驱动件用于驱动第一随动刹车片相对于第一固定刹车片运动，驱动第二随动刹车片相对于第二固定刹车片运动。

在一个实施方式中，驱动件包括线圈、第一电枢和第二电枢，线圈设置在定子上，线圈用于驱动第一电枢和第二电枢运动，第一电枢驱动第一随动刹车片运动，第二电枢驱动第二随动刹车片运动。

在一个实施方式中，第一固定刹车片和第二固定刹车片分别位于定子的两侧，第一随动刹车片位于第一固定刹车片和定子之间，第二随动刹车片位于第二固定刹车片和定子之间，第一电枢位于第一随动刹车片和定子之间，第二电枢位于第二随动刹车片和定子之间。

在一个实施方式中，驱动件还包括弹簧，弹簧安装在定子上，弹簧与第一电枢和第二电枢驱动连接，线圈驱动第一电枢和第二电枢靠近定子运动，弹簧驱动第一电枢和第二电枢远离定子运动。

在一个实施方式中，第一随动刹车片包括第一刹车片体和设置在第一刹车片体上的第一连接部，第二随动刹车片包括第二刹车片体和设置在第二刹车片体上的第二连接部，第一连接部用于连接第一待制动部件，第二连接部用于连接第二待制动部件。

在一个实施方式中，第一固定刹车片和第二固定刹车片分别与定子通过连接件固定连接。

本发明还提供了一种机器人手臂，包括丝杆，丝杆上安装有移动运动驱动轮和转动运动驱动轮，机器人手臂还包括制动器，制动器为上述的制动器，第一随动刹车片和第二随动刹车片分别与移动运动驱动轮和转动运动驱动轮相连。

在一个实施方式中，第一随动刹车片包括第一刹车片体和设置在第一刹车片体上的第一连接部，第二随动刹车片包括第二刹车片体和设置在第二刹车片体上的第二连接部，第一连接部与移动运动驱动轮相连，第二连接部与转动运动驱动轮相连。

在一个实施方式中，第一连接部与移动运动驱动轮通过第一插接结构相连，第二连接部与转动运动驱动轮通过第二插接结构相连。

在一个实施方式中，第一插接结构包括形成在移动运动驱动轮上的第一连接键结构和形成在第一连接部上的第一键槽结构；

第二插接结构包括形成在转动运动驱动轮上的第二连接键结构和形成在第二连接部上的第二键槽结构。

在一个实施方式中，机器人手臂包括转动臂本体，定子与转动臂本体固定连接。

在一个实施方式中，机器人手臂包括安装支架，安装支架固定设置在转动臂本体上，定子固定安装在安装支架上。

在上述实施例中，可以将第一随动刹车片与移动运动驱动轮连接，将第二随动刹车片与转动运动驱动轮连接。为了实现对移动运动驱动轮和转动运动驱动轮的同时制动，又保证非制动状态下移动运动驱动轮和转动运动驱动轮的自由单独运动。制动器的第一随动刹车片与移动运动驱动轮配合，实现移动运动驱动轮的制动，制动器的第二随动刹车片与转动运动驱动轮配合，实现转动运动驱动轮的制动，而第一随动刹车片和第二随动刹车片共同由定子结构控制。应用本发明的技术方案，可以实现对移动运动驱动轮和转动运动驱动轮的同时制动，而且直接将制动作用于移动运动驱动轮和转动运动驱动轮，可以提高制动的可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术中的SCARA机器人的立体结构示意图；

图2是根据现有技术中的SCARA机器人的一种制动方式示意图；

图3是根据现有技术中的SCARA机器人的另一种制动方式示意图；

图4是根据本发明的制动器的实施例的立体结构示意图；

图5是图4的制动器的分解结构示意图；

图6是图4的制动器的刹车状态的局部剖视结构示意图；

图7是图4的制动器的分离状态的局部剖视结构示意图；

图8是根据本发明的机器人手臂的实施例的立体结构示意图；

图9是图8的机器人手臂的局部结构示意图；

图10是图9的机器人手臂的分解结构示意图；

图11是图10的机器人手臂的移动运动驱动轮和转动运动驱动轮的立体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图4和图5所示，本发明提供了一种制动器的实施方式，该制动器包括定子10、第一随动刹车片21、第二随动刹车片22、第一固定刹车片31和第二固定刹车片32。其中，定子10固定设置，第一随动刹车片21和第二随动刹车片22相对于定子10可转动的设置，第一固定刹车片31和第二固定刹车片32分别与定子10固定连接。第一随动刹车片21用于连接第一待制动部件，第二随动刹车片22用于连接第二待制动部件，第一固定刹车片31与第一随动刹车片21相对应，第二固定刹车片32与第二随动刹车片22相对应。制动器包括刹车状态和分离状态，在刹车状态下，第一随动刹车片21与第一固定刹车片31相贴合，第二固定刹车片32与第二随动刹车片22相贴合；在分离状态下，第一固定刹车片31与第一随动刹车片21相分离，第二固定刹车片32与第二随动刹车片22相分离。

在使用时，可以将第一随动刹车片21与移动运动驱动轮52连接，将第二随动刹车片22与转动运动驱动轮53连接。为了实现对移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53的同时制动，又保证非制动状态下移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53的自由单独运动。制动器的第一随动刹车片21与移动运动驱动轮52配合，实现移动运动驱动轮52的制动，制动器的第二随动刹车片22与转动运动驱动轮53配合，实现转动运动驱动轮53的制动，而第一随动刹车片21和第二随动刹车片22共同由定子10结构控制。应用本发明的技术方案，可以实现对移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53的同时制动，而且直接将制动作用于移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53，可以提高制动的可靠性。

如图5所示，在本实施例的技术方案中，制动器包括驱动件40，驱动件40用于驱动第一随动刹车片21相对于第一固定刹车片31运动，驱动第二随动刹车片22相对于第二固定刹车片32运动。

如图6和图7所示，作为一种可选的实施方式，在本实施例的技术方案中，驱动件40包括线圈、第一电枢41和第二电枢42，线圈设置在定子10上。线圈通电后，线圈用于驱动第一电枢41和第二电枢42运动，第一电枢41驱动第一随动刹车片21运动，第二电枢42驱动第二随动刹车片22运动。可选的，第一固定刹车片31和第二固定刹车片32分别位于定子10的两侧，第一随动刹车片21位于第一固定刹车片31和定子10之间，第二随动刹车片22位于第二固定刹车片32和定子10之间，第一电枢41位于第一随动刹车片21和定子10之间，第二电枢42位于第二随动刹车片22和定子10之间。优选的，在本实施例的技术方案中，驱动件40还包括弹簧43，弹簧43安装在定子10上，弹簧43与第一电枢41和第二电枢42驱动连接。

在本实施例的技术方案，如图6所示，线圈断电后，弹簧43驱动第一电枢41和第二电枢42远离定子10运动，使得第一随动刹车片21与第一固定刹车片31相贴合，使得第二固定刹车片32与第二随动刹车片22相贴合，制动器进入刹车状态。如图7所示，线圈通电后，线圈驱动第一电枢41和第二电枢42靠近定子10运动，第一电枢41和第二电枢42压缩弹簧43，使得第一固定刹车片31与第一随动刹车片21相分离，并且使得第二固定刹车片32与第二随动刹车片22相分离，制动器进入分离状态。

作为另一种可选的实施方式，也可以利用弹簧43产生的拉伸力，利用线圈的产生的排斥力。在该实施方式中，线圈断电后，弹簧43驱动第一电枢41和第二电枢42靠近定子10运动；线圈通电后，线圈驱动第一电枢41和第二电枢42远离定子10运动。

作为另一种图中未示出的实施方式，也可以取消弹簧43，而单纯利用线圈产生的吸引力和排斥力控制第一电枢41和第二电枢42的运动，从而达到仅采用线圈就实现制动器的刹车状态控制和分离状态控制。

还作为另一种图中未示出的实施方式，驱动件40也可以不依赖于线圈，而采用电动推杆式的驱动件。

如图5、图10和图11所示，在本实施例的技术方案中，第一随动刹车片21包括第一刹车片体211和设置在第一刹车片体211上的第一连接部212，第二随动刹车片22包括第二刹车片体221和设置在第二刹车片体221上的第二连接部222，第一连接部212用于连接第一待制动部件，第二连接部222用于连接第二待制动部件。应用于机器人手臂中，可以在移动运动驱动轮52上的第一连接键结构521，在第一连接部212上的第一键槽结构；在转动运动驱动轮53上的第二连接键结构531，在第二连接部222上的第二键槽结构。

可选的，如图5和图6所示，在本实施例的技术方案中，第一固定刹车片31和第二固定刹车片32分别与定子10通过连接件固定连接。具体的，可以通过螺栓连接第一固定刹车片31和第二固定刹车片32，并使得螺栓穿过第一固定刹车片31、定子10和第二固定刹车片32，即在第一固定刹车片31、定子10和第二固定刹车片32上都开设有螺栓安装孔。

如图8和图9所示，本发明还提供了一种机器人手臂，该机器人手臂包括丝杆51，丝杆51上安装有移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53。机器人手臂还包括制动器，制动器为上述的制动器，第一随动刹车片21和第二随动刹车片22分别与移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53相连。在使用时，为了实现对移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53的同时制动，又保证非制动状态下移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53的自由单独运动，制动器的第一随动刹车片21与移动运动驱动轮52配合，实现移动运动驱动轮52的制动，制动器的第二随动刹车片22与转动运动驱动轮53配合，实现转动运动驱动轮53的制动，而第一随动刹车片21和第二随动刹车片22共同由定子10结构控制。应用本发明的技术方案，可以实现对移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53的同时制动，而且直接将制动作用于移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53，可以提高制动的可靠性。

如图8所示，该机器人手臂还包括机座91和可转动地安装在机座91上的大臂92，转动臂本体61相当于是小臂，转动臂本体61也是可转动地安装在大臂92上。

为了实现对移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53的同时制动，又保证非制动状态下移动运动驱动轮52和转动运动驱动轮53的自由单独运动。制动器的上部分结构与移动运动驱动轮52配合，实现移动运动驱动轮52的制动，制动器的下部分结构与转动运动驱动轮53配合，实现转动运动驱动轮53的制动，而制动器的上下部分共同由一个定子10结构控制。如图5和图10所示，第一随动刹车片21包括第一刹车片体211和设置在第一刹车片体211上的第一连接部212，第二随动刹车片22包括第二刹车片体221和设置在第二刹车片体221上的第二连接部222，第一连接部212与移动运动驱动轮52相连，第二连接部222与转动运动驱动轮53相连。

如图5、图10和图11所示，在本实施例的技术方案中，第一连接部212与移动运动驱动轮52通过第一插接结构相连，第二连接部222与转动运动驱动轮53通过第二插接结构相连。作为一种可选的实施方式，第一插接结构包括形成在移动运动驱动轮52上的第一连接键结构521和形成在第一连接部212上的第一键槽结构；第二插接结构包括形成在转动运动驱动轮53上的第二连接键结构531和形成在第二连接部222上的第二键槽结构。作为其他的图中未试出的实施方式，键槽结构与连接键结构也可以倒置。此外，插接结构也可以是其他的形式，例如星形槽和星形凸轮。

如图11所示，在本实施例的技术方案中，转动运动驱动轮53其内圈内孔与丝杆51间隙配合，内圈外部设有第二连接键结构531，与制动器的第二连接部222上的第二键槽结构实现配合。移动运动驱动轮52其内圈内孔与丝杆51间隙配合，内圈外部设有第一连接键结构521，与制动器的第一连接部212上的第一键槽结构实现配合。

如图9和图10所示，机器人手臂包括转动臂本体61，定子10与转动臂本体61固定连接。更为优选的，在本实施例的技术方案中，机器人手臂包括安装支架62，安装支架62固定设置在转动臂本体61上，定子10固定安装在安装支架62上，通过安装支架62可以实现对定子10更为牢固的固定安装。

如图9和图10所示，通过第三电机71和第四电机81的相关组件实现丝杆51上下运动和旋转运动，进而带动末端执行器上下运动和旋转运动。丝杆组件由丝杆51、丝杠母73、丝杆安装板74、移动运动驱动轮52、制动器、安装支架62、转动运动驱动轮53、花键母84等组成。制动器放置在转动运动驱动轮53上方、移动运动驱动轮52下方，与安装支架62的三个支柱通过螺钉固定在一起。安装支架62与丝杆安装板74通过螺钉固定，制动器内部第一连接部212和第二连接部222分别与移动运动驱动轮52、转动运动驱动轮53配合实现制动。第三电机71通过第三皮带72带动移动运动驱动轮52转动，第四电机81通过中间轴82以及第四皮带83带动转动运动驱动轮53转动。移动运动驱动轮52通过丝杠母73上的螺纹孔固定在丝杠母73上，转动运动驱动轮53同样通过花键母84的螺纹孔固定在花键母84上。丝杠母73转动，与丝杆51上的螺纹配合，驱动丝杆51上下运动；花键母84转动，则与丝杆51上的键槽配合，驱动丝杆51转动。

当需要制动器工作时，制动器可以同时对丝杠母73和花键母84上的同步带轮进行同步制动。这样可以通过一个制动器来实现对于两个轴的同时制动，而且制动直接针对丝杆51的驱动部件，制动可靠且不会损伤丝杆51。因为影响机器人手臂整体的高度主要取决于电机的高度，这样布置制动器同时也可以降低电机的高度，制动器通过螺钉安装于丝杆51母安装板上，安装方便，成本低。

当出现需要紧急制动和断电等需要制动的情况，可以瞬间进行末端制动，响应速度快，无制动延迟，制动可靠。同时该布置方案具有安装方便、一个制动器实现两个制动器的功能、减少了机器人小臂质量、同时降低了成本等优点。

从上述内容可知，本发明的技术方案实现了如下技术效果：用一个制动器同时实现对机器人手臂转动运动和移动运动功能的同时制动，安装方便，成本低。当机器人需要末端制动时，制动可靠，且不会损伤丝杆51，而且在丝杆51布置制动器无制动延时，无传动误差。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种制动器，其特征在于，包括：

定子(10)，固定设置；

第一随动刹车片(21)和第二随动刹车片(22)，相对于所述定子(10)可转动的设置，所述第一随动刹车片(21)用于连接第一待制动部件，所述第二随动刹车片(22)用于连接第二待制动部件；

第一固定刹车片(31)和第二固定刹车片(32)，分别与所述定子(10)固定连接，所述第一固定刹车片(31)与所述第一随动刹车片(21)相对应，所述第二固定刹车片(32)与所述第二随动刹车片(22)相对应；

所述制动器包括：刹车状态和分离状态，在所述刹车状态下，所述第一随动刹车片(21)与所述第一固定刹车片(31)相贴合，所述第二固定刹车片(32)与所述第二随动刹车片(22)相贴合；在所述分离状态下，所述第一固定刹车片(31)与所述第一随动刹车片(21)相分离，所述第二固定刹车片(32)与所述第二随动刹车片(22)相分离。

2.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述制动器包括驱动件(40)，所述驱动件(40)用于驱动所述第一随动刹车片(21)相对于所述第一固定刹车片(31)运动，驱动所述第二随动刹车片(22)相对于所述第二固定刹车片(32)运动。

3.根据权利要求2所述的制动器，其特征在于，所述驱动件(40)包括线圈、第一电枢(41)和第二电枢(42)，所述线圈设置在所述定子(10)上，所述线圈用于驱动所述第一电枢(41)和所述第二电枢(42)运动，所述第一电枢(41)驱动所述第一随动刹车片(21)运动，所述第二电枢(42)驱动所述第二随动刹车片(22)运动。

4.根据权利要求3所述的制动器，其特征在于，所述第一固定刹车片(31)和所述第二固定刹车片(32)分别位于所述定子(10)的两侧，所述第一随动刹车片(21)位于所述第一固定刹车片(31)和所述定子(10)之间，所述第二随动刹车片(22)位于所述第二固定刹车片(32)和所述定子(10)之间，所述第一电枢(41)位于所述第一随动刹车片(21)和所述定子(10)之间，所述第二电枢(42)位于所述第二随动刹车片(22)和所述定子(10)之间。

5.根据权利要求3所述的制动器，其特征在于，所述驱动件(40)还包括弹簧(43)，所述弹簧(43)安装在所述定子(10)上，所述弹簧(43)与所述第一电枢(41)和所述第二电枢(42)驱动连接，所述线圈驱动所述第一电枢(41)和所述第二电枢(42)靠近所述定子(10)运动，所述弹簧(43)驱动所述第一电枢(41)和所述第二电枢(42)远离所述定子(10)运动。

6.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述第一随动刹车片(21)包括第一刹车片体(211)和设置在所述第一刹车片体(211)上的第一连接部(212)，所述第二随动刹车片(22)包括第二刹车片体(221)和设置在所述第二刹车片体(221)上的第二连接部(222)，所述第一连接部(212)用于连接第一待制动部件，所述第二连接部(222)用于连接第二待制动部件。

7.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，所述第一固定刹车片(31)和所述第二固定刹车片(32)分别与所述定子(10)通过连接件固定连接。

8.一种机器人手臂，包括丝杆(51)，所述丝杆(51)上安装有移动运动驱动轮(52)和转动运动驱动轮(53)，其特征在于，所述机器人手臂还包括制动器，所述制动器为权利要求1至7中任一项所述的制动器，所述第一随动刹车片(21)和第二随动刹车片(22)分别与所述移动运动驱动轮(52)和所述转动运动驱动轮(53)相连。

9.根据权利要求8所述的机器人手臂，其特征在于，所述第一随动刹车片(21)包括第一刹车片体(211)和设置在所述第一刹车片体(211)上的第一连接部(212)，所述第二随动刹车片(22)包括第二刹车片体(221)和设置在所述第二刹车片体(221)上的第二连接部(222)，所述第一连接部(212)与所述移动运动驱动轮(52)相连，所述第二连接部(222)与所述转动运动驱动轮(53)相连。

10.根据权利要求9所述的机器人手臂，其特征在于，所述第一连接部(212)与所述移动运动驱动轮(52)通过第一插接结构相连，所述第二连接部(222)与所述转动运动驱动轮(53)通过第二插接结构相连。

11.根据权利要求10所述的机器人手臂，其特征在于，所述第一插接结构包括形成在所述移动运动驱动轮(52)上的第一连接键结构(521)和形成在所述第一连接部(212)上的第一键槽结构；

所述第二插接结构包括形成在所述转动运动驱动轮(53)上的第二连接键结构(531)和形成在所述第二连接部(222)上的第二键槽结构。

12.根据权利要求8所述的机器人手臂，其特征在于，所述机器人手臂包括转动臂本体(61)，所述定子(10)与所述转动臂本体(61)固定连接。

13.根据权利要求12所述的机器人手臂，其特征在于，所述机器人手臂包括安装支架(62)，所述安装支架(62)固定设置在所述转动臂本体(61)上，所述定子(10)固定安装在所述安装支架(62)上。

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