CN116292663A - 机器人动力组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人动力组件，包括：电机、减速器和制动器，制动器包括第一结构件、第二结构件和摩擦片，所述摩擦片固定安装于电机轴以跟随旋转，所述第二结构件固定安装于减速器轴以跟随旋转，所述第一结构件与电机轴同轴设置；当所述制动器未制动时，所述第一结构件和第二结构件能够产生相对运动；当所述制动器制动时，所述第一结构件和第二结构件的相对运动被限制，根据所述摩擦片与所述第一结构件和/或第二结构件之间的摩擦力实现刹车减速。本申请具体实施例的动力组件结构紧凑、空间利用率高。

Description

机器人动力组件

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种机器人动力组件。

背景技术

制动器是用于使运动部件减速、停止或保持静止状态的装置，以关节型机器人为例，通常将制动器设置于电机轴，制动进程中通过限制电机轴的旋转进而实现刹车减速。然而，机器人的关节中通常分布多种器件，关节内空间有限，尤其是关节轴向空间较为紧凑，将制动器直接设置于电机轴时，制动器需要占据相对大的关节轴向空间，不利于关节的紧凑化和轻量化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人动力组件，以解决现有技术中的制动器安装于机器人关节时所需空间较大，不利于关节紧凑设计的技术问题，本发明所提供的机器人动力组件能够将制动器紧凑地布置，提高空间利用率。

为解决上述问题，本发明可采用如下技术方案：一种机器人动力组件，包括电机、减速器和制动器，制动器包括第一结构件、第二结构件和摩擦片，所述摩擦片固定安装于电机轴以跟随旋转，所述第二结构件固定安装于减速器轴以跟随旋转，所述第一结构件与电机轴同轴设置；当所述制动器未制动时，所述第一结构件和第二结构件能够产生相对运动；当所述制动器制动时，所述第一结构件和第二结构件的相对运动被限制，根据所述摩擦片与所述第一结构件和/或第二结构件之间的摩擦力实现刹车减速。

进一步的，根据制动器的得电状态或失电状态，第一结构件和第二结构件相分离时，能够产生相对运动；第一结构件和第二结构件相接合时，相对运动被限制。

进一步的，所述制动器包括离合圈，所述第一结构件形成为离合外圈，所述第二结构件形成为离合内圈，所述离合外圈设置于离合内圈的外周，所述离合内圈和离合外圈根据制动器的得电或失电状态而接合或分离。

进一步的，所述制动器包括压紧件以将摩擦片轴向压紧于离合外圈，当制动器未制动时，离合内圈和离合外圈分离，摩擦片带动离合外圈跟随电机轴旋转；当制动器制动时，离合内圈和离合外圈接合，离合外圈与电机轴之间产生相对运动，摩擦片和离合外圈之间形成摩擦扭矩以实现刹车减速。

进一步的，所述制动器包括插销组件，所述离合内圈和离合外圈之间包括开槽和滚体，所述滚体能够基于插销组件的作用沿开槽由第一位置运动至第二位置，以使得离合内圈和离合外圈实现接合和分离的切换。

进一步的，所述滚体通过弹性件连接于开槽，所述开槽形成为斜坡状开槽，所述弹性件用于将滚体保持于第一位置，以使得内圈和外圈接合；所述插销组件包括电磁元件和插销件，插销件周向分布有轴向延伸的拨片，根据电磁元件得电或失电使得插销件沿轴向运动，拨片对滚体施加作用力以压缩所述弹性件，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，所述离合圈包括沿周向分布的至少两组开槽，每组开槽包括对称设置的一对斜坡状开槽和一对滚体，当制动器制动时，所述滚体和开槽配合以使得所述离合圈能够双向自锁。

进一步的，所述第一结构件形成为压板，所述第二结构件形成为制动盘，所述压板和制动盘沿轴向设置于摩擦片的两侧，所述压板可轴向运动地连接于减速器轴以相对于制动盘轴向运动，当制动器制动时，所述压板和制动盘轴向夹紧摩擦片以实现刹车减速。

进一步的，所述制动盘包括沿周向分布的开孔，制动盘通过所述开孔和减速器轴固定连接。

进一步的，所述第一结构件形成为抱闸片，所述第二结构件形成为阻挡部，所述阻挡部包括电磁元件和挡销件，所述挡销件能够基于电磁元件得电或失电沿轴向运动以与抱闸片接合或分离，当挡销件与抱闸片分离时，抱闸片跟随电机轴转动；当挡销件与抱闸片接合时限制抱闸片的旋转，根据抱闸片和摩擦片之间的摩擦力实现刹车减速。

与现有技术相比，本发明具体实施例的有益效果至少在于:通过制动器第一结构件、第二结构件和摩擦片的分布，有利地布置制动器结构使得动力组件结构紧凑；同时，针对性的设计了制动器的结构，使得制动器能够适配当前布置方案，制动器可靠性有保证。

附图说明

图1是本发明一个实施例的机器人动力组件的示意图；

图2是图1所示的机器人动力组件的剖面图；

图3是本发明一个实施例的制动器制动状态的示意图；

图4是本发明一个实施例的制动器制动状态的***图；

图5是本发明一个实施例的制动器未制动状态的示意图；

图6是本发明一个实施例的制动器未制动状态的***图。

具体实施方式

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机器人动力组件，参图1-2，动力组件100包括电机、减速器和制动器，更具体的，动力组件100还可以包括外壳，以至少部分的形成为机器人关节，其中，电机作为动力源，其产生旋转运动通过电机轴111传递高速运动给减速器，减速器对电机转速进行减速处理并通过减速器轴121输出低速运动，制动器用于对电机进行刹车、减速处理。具体的，制动器包括第一结构件、第二结构件和摩擦片，所述摩擦片31固定安装于电机轴111以跟随电机轴111旋转，所述第二结构件固定安装于减速器轴121以跟随减速器轴121旋转，所述第一结构件和电机轴111同轴设置；第一结构件和第二结构件和摩擦片31配合时，用于实现制动器的制动；当制动器未制动时，所述第一结构件和第二结构件能够相对运动，第一结构件和第二结构件各自能够产生运动且互不干涉；当制动器制动时，第一结构件和第二结构件的相对运动被限制，根据摩擦片31与第一结构件和/或第二结构件的摩擦力实现刹车减速。

可理解的，减速器连接于电机，电机轴111连接柔性轴承，电机包括电机定子112和电机转子113，减速器包括柔轮122和钢轮123，电机轴111的柔性轴承与减速器的柔轮122滑动连接以使得电机转子的转动带动减速器的柔轮122运动，实现运动的传递，电机和减速器之间存在安装盈余空间，上述方式，能够将第一结构件、第二结构件和摩擦片31设置于电机轴111和减速器轴121，从而能够充分利用电机和减速器之间的空间，将制动器设置于电机和减速器之间，充分利用关节已有空间，不增加关节轴向长度，使得关节结构紧凑、小巧。

进一步的，第二结构件固定安装于减速器轴121，在一些可能的实现方式中，第二构件和减速器轴121也可以一体设计、一体成型。

进一步的，制动器具有得电状态和失电状态，通过控制制动器的得电或失电状态，能够使得第一结构件和第二结构件相分离，此时，第一结构件和第二结构件能够产生相对运动；反之，使得第一结构件和第二结构件相接合，此时第一结构件和第二结构件的相对运动被限制，从而进一步实现刹车减速。

其中，通过设计不同的制动器结构，使得制动器结构在动力组件100内合理布置，可以实现动力组件的多种实现形式。

在一个具体的实施例中，参图3-6，制动器包括离合圈10，离合圈10包括离合内圈11和离合外圈12，所述第一结构件形成为离合外圈12，所述第二结构件形成为离合内圈11，所述离合外圈12设置于离合内圈11的外周，离合外圈12从周向包围离合内圈11，离合内圈11和离合外圈12之间分布有开槽13，开槽13内设置有滚体14，所述滚体14可沿所述开槽13运动，通过控制制动器的得电或失电状态，能够使得滚体14在开槽13内的位置发生变化，滚体14由第一位置运动至第二位置，进而使得离合内圈11和外圈接合或分离。

当制动器制动时，滚体14位于第一位置，参图3-4所示；当制动器未制动时，滚体14位于第二位置，参图5-6所示。

具体的，制动器包括压紧件，所述压紧件用于将摩擦片31轴向压紧于离合外圈12，此时，摩擦片31跟随电机轴111旋转，带动离合外圈12跟随电机轴111旋转，参图5-6，当制动器未制动时，离合内圈11和离合外圈12分离，离合内圈11跟随减速器轴121旋转，离合外圈12跟随电机轴111旋转，此时，电机可以正常驱动，离合内圈11和外圈的旋转速度不同，两者存在相对运动；参图3-4，当制动器制动时，离合内圈11和外圈接合，离合内圈11和离合外圈12的相对运动被限制，离合外圈12与电机轴111之间产生相对运动，摩擦片31和离合外圈12之间形成摩擦扭矩以实现刹车减速。示例性的，所述压紧件包括盖板33和压簧32，通过盖板33和压簧32对摩擦片31施加轴向作用力，以将摩擦片31轴向压紧于离合外圈12；可选的，所述离合外圈12的两侧均设置摩擦片31，以进一步增大制动时摩擦片31和离合外圈12之间的摩擦扭矩，提高制动效率。

需要说明的是，通过设置合理的摩擦扭矩，能够实现电机轴111的刹车减速，所述摩擦扭矩和摩擦片31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。

具体的，滚体14通过弹性件(图未示)连接于开槽13，所述开槽13形成为斜坡状开槽，所述弹性件用于将滚体14保持于第一位置，此时离合外圈12和离合内圈11接合；制动器包括插销组件，所述滚体14基于插销组件的作用由第一位置运动至第二位置，进而实现离合外圈12和离合内圈11由接合到分离的切换。具体的，插销组件包括电磁元件21和插销件23，插销件23周向分布有轴向延伸的拨片231，根据电磁元件21得电或失电状态，插销件23沿轴向运动，使得拨片231***离合外圈12和离合内圈11之间，对滚体14施加作用力，进而使得滚体14沿所述斜坡状开槽13由第一位置运动至第二位置，其中，当滚体14运动至第二位置时，弹性件被拨片231压缩；当插销件23沿轴向离开离合圈10时，滚体14根据弹性件的作用恢复至第一位置，离合外圈12和离合内圈11再次接合。

可理解的，所述滚体14可以形成为圆柱体、球体或楔形块等结构。

具体的，所述插销件23形成为带磁元件，示例性的，当电磁元件21得电时，电磁元件21和插销件23之间产生斥力，使得插销件23沿轴向运动以远离电磁元件21，所述插销组件设置于离合圈10的轴向方向，插销件23远离电磁元件21时向靠近离合圈10的方向运动，进而***离合圈10使得离合内圈11和外圈分离；反之，电磁元件21失电时，电磁元件21和插销件23之间产生吸力，使得插销件23远离离合圈10运动，离合内圈11和离合外圈12接合。上述方式中，通过插销件23沿轴向的运动，对滚体14施加作用力实现离合器内圈和外圈的分离，插销件23仅需要较小的驱动力即可实现沿轴向的运动，因此，可以将制动器的体积减小、重量减小。

在其他的实施例中，插销件23也可以形成为不带磁的金属元件，通过控制电磁元件21和插销件23之间的吸附力，实现插销件23沿轴向的运动，可理解的，相对于带磁的插销件23，不带磁的插销件23产生相反的运动效果。优选的，所述插销组件包括复位弹簧22，以辅助插销件23沿轴向的运动。

具体的，所述离合内圈11和离合外圈12之间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***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14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13对应设置2个滚体14，通过对滚体14施加作用力，制动器能够实现双向自锁，当制动器制动时，能够保持静止位，避免制动后仍产生运动使得关节产生安全隐患。

具体的，实现离合圈10的双向自锁后，当需要解除制动时，控制电机向正向旋转预设角度，再向反向旋转预设角度，进而实现制动器的双向解锁。

在本发明的另一个实施例中，所述第一结构件形成为压板，所述第二结构件形成为制动盘，所述压板和制动盘轴向连接，压板和制动盘沿轴向设置于摩擦片31的两侧，所述压板可轴向运动地连接于减速器轴121以相对于制动盘轴向运动，当制动器制动时，所述压板和制动盘轴向压紧摩擦片31以刹车减速。

具体的，所述制动盘包括沿周向分布的开孔，通过所述开孔和减速器轴121固定连接，摩擦片31固定于电机轴111跟随转动，所述制动盘包括电磁线圈，根据制动器得电或失电使得压板靠近制动盘，进而轴向夹紧摩擦片实现制动；或者，根据制动器得电或失电使得压板向远离制动盘方向轴向运动，进而释放摩擦片实现解除制动。示例性的，当制动器得电时，电磁线圈产生磁场吸附所述压板，进而使得压板和制动盘轴向压紧摩擦片实现制动。

在本发明的另一个实施例中，所述第一结构件形成为抱闸片，抱闸片设置于电机轴111且能够和电机轴111发生相对转动，所述第二结构件形成为阻挡部，所述阻挡部包括电磁元件和挡销件，阻挡部固定安装于电机轴111，当制动器未制动时，固定于电机轴111的摩擦片跟随电机轴111旋转，抱闸片设置于摩擦片的轴向跟随电机轴111旋转，阻挡部跟随减速器轴121低速旋转，阻挡部和抱闸片处于分离状态，两者之间能够产生相对运动，电机能够正常驱动；当制动器制动时，阻挡部的电磁元件根据得电或失电使得挡销件沿轴向运动，挡销件与抱闸片接合阻挡抱闸片跟随电机轴111的旋转，抱闸片和摩擦片之间产生摩擦力，根据抱闸片和摩擦片之间的摩擦力实现刹车减速。具体的，所述抱闸片包括沿周向分布的径向延伸的卡合部，所述卡合部示例性的包括凹槽，所述挡销件与抱闸片的凹槽接合，以阻挡抱闸片跟随电机轴111的旋转

以上本发明的优选实施例，其有益效果在于：将制动器的摩擦片固定设置于电机轴，第二结构件固定设置于减速器轴，第一结构件与输入轴同轴设置，因而能够有利地将制动器设置于电机和减速器之间，使得动力组件结构紧凑、空间利用率高；此外，提供了多种制动器的结构设计方案，以使得制动器能够有利地进行布置、可靠地实现。

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)

1.一种机器人动力组件，其特征在于，包括电机、减速器和制动器，制动器包括第一结构件、第二结构件和摩擦片，所述摩擦片固定安装于电机轴以跟随旋转，所述第二结构件固定安装于减速器轴以跟随旋转，所述第一结构件与电机轴同轴设置；当所述制动器未制动时，所述第一结构件和第二结构件能够产生相对运动；当所述制动器制动时，所述第一结构件和第二结构件的相对运动被限制，根据所述摩擦片与所述第一结构件和/或第二结构件之间的摩擦力实现刹车减速。

2.根据权利要求1所述的机器人动力组件，其特征在于，根据制动器的得电状态或失电状态，第一结构件和第二结构件相分离时，能够产生相对运动；第一结构件和第二结构件相接合时，相对运动被限制。

3.根据权利要求2所述的机器人动力组件，其特征在于，所述制动器包括离合圈，所述第一结构件形成为离合外圈，所述第二结构件形成为离合内圈，所述离合外圈设置于离合内圈的外周，所述离合内圈和离合外圈根据制动器的得电或失电状态而接合或分离。

4.根据权利要求3所述的机器人动力组件，其特征在于，所述制动器包括压紧件以将摩擦片轴向压紧于离合外圈，当制动器未制动时，离合内圈和离合外圈分离，摩擦片带动离合外圈跟随电机轴旋转；当制动器制动时，离合内圈和离合外圈接合，离合外圈与电机轴之间产生相对运动，摩擦片和离合外圈之间形成摩擦扭矩以实现刹车减速。

5.根据权利要求4所述的机器人动力组件，其特征在于，所述制动器包括插销组件，所述离合内圈和离合外圈之间包括开槽和滚体，所述滚体能够基于插销组件的作用沿开槽由第一位置运动至第二位置，以使得离合内圈和离合外圈实现接合和分离的切换。

6.根据权利要求5所述的机器人动力组件，其特征在于，所述滚体通过弹性件连接于开槽，所述开槽形成为斜坡状开槽，所述弹性件用于将滚体保持于第一位置，以使得内圈和外圈接合；所述插销组件包括电磁元件和插销件，插销件周向分布有轴向延伸的拨片，根据电磁元件得电或失电使得插销件沿轴向运动，拨片对滚体施加作用力以压缩所述弹性件，以使得滚体沿斜坡状开槽由第一位置运动至第二位置。

7.根据权利要求6所述的机器人动力组件，其特征在于，所述离合圈包括沿周向分布的至少两组开槽，每组开槽包括对称设置的一对斜坡状开槽和一对滚体，当制动器制动时，所述滚体和开槽配合以使得所述离合圈能够双向自锁。

8.根据权利要求2所述的机器人动力组件，其特征在于，所述第一结构件形成为压板，所述第二结构件形成为制动盘，所述压板和制动盘沿轴向设置于摩擦片的两侧，所述压板可轴向运动地连接于减速器轴以相对于制动盘轴向运动，当制动器制动时，所述压板和制动盘轴向夹紧摩擦片以实现刹车减速。

9.根据权利要求8所述的机器人动力组件，其特征在于，所述制动盘包括沿周向分布的开孔，制动盘通过所述开孔和减速器轴固定连接。

10.根据权利要求2所述的机器人动力组件，其特征在于，所述第一结构件形成为抱闸片，所述第二结构件形成为阻挡部，所述阻挡部包括电磁元件和挡销件，所述挡销件能够基于电磁元件得电或失电沿轴向运动以与抱闸片接合或分离，当挡销件与抱闸片分离时，抱闸片跟随电机轴转动；当挡销件与抱闸片接合时限制抱闸片的旋转，根据抱闸片和摩擦片之间的摩擦力实现刹车减速。

Images