CN112123337B - 锁定制动机构及包括其的机器人关节和机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种锁定制动机构以及包括其的机器人关节和机器人。该锁定制动机构包括：锁定部件，锁定部件包括锁定端，并且锁定端上设置有第一磁体；以及制动部件，制动部件包括安装部以及设置在安装部的周向上的多个制动端，多个制动端中的每个上设置有第二磁体，安装部用于与转动部件连接。锁定端能够根据接收到的制动指令锁定随转动部件转动的制动部件以阻止制动部件转动，或释放制动部件。第一磁体朝向制动部件的一侧的磁性与第二磁体朝向锁定部件的一侧的磁性相同。第一磁体距转动部件的转动轴线的距离与第二磁体距转动部件的转动轴线的距离基本相同。

Description

锁定制动机构及包括其的机器人关节和机器人

技术领域

本申请涉及制动技术领域，特别是涉及一种锁定制动机构以及包括其的机器人关节和机器人。

背景技术

近年来，机器人技术一直保持着高度的突破与发展。由于机器人能够完成一些高精度的、复杂性以及重复性的工作，大量减少了人为操作的时间和精力，因此机器人被广泛应用于工业生产中。在实际应用中，通常地，设置在机器人中的锁定制动机构会根据实际情况对机器人进行制停。锁定制动机构通常包括锁定部件和安装在电动机的转轴上的制动部件。例如，在机器人处于通电状态下，锁定部件的接合部可被束缚在锁定部件内，与制动部件分开，此时电动机正常运转。在机器人处于断电状态或需要紧急停止的情况下，接合部可被锁定部件释放，与制动部件进行接合，从而利用摩擦力使电动机停止转动，进而制停机器人。

然而，在上述制动过程中，在接合部被锁定部件释放以与制动部件接合时，接合部有时会向制动部件施加很大的冲击力。例如，由于在机器人突然断电时，机器人的制动部件仍随着电动机因惯性而高速转动，因此在接合部与制动部件接合的过程中，接合部将很有可能撞击到制动部件的表面，致使制动部件产生不期望的变形，从而加速了制动部件的磨损，缩短了制动部件的使用寿命，并且还会对机器人的其他部件会产生不期望的安全影响，增大了机器人的维修成本。

发明内容

根据本申请公开的各种实施例，提供一种锁定制动机构以及包括其的机器人关节和机器人。

根据本申请的一方面，提供一种用于转动部件的锁定制动机构。该锁定制动机构包括：锁定部件，所述锁定部件包括锁定端，并且所述锁定端上设置有第一磁体；以及制动部件，所述制动部件包括安装部以及设置在所述安装部的周向上的多个制动端，所述多个制动端中的每个上设置有第二磁体，所述安装部用于与所述转动部件连接。其中，所述锁定端能够根据接收到的制动指令锁定随所述转动部件转动的所述制动部件以阻止所述制动部件转动，或释放所述制动部件；所述第一磁体朝向所述制动部件的一侧的磁性与所述第二磁体朝向所述锁定部件的一侧的磁性相同；并且所述第一磁体距所述转动部件的转动轴线的距离与所述第二磁体距所述转动部件的转动轴线的距离基本相同。

可选地，所述第一磁体可从所述锁定端突出第一距离。

可选地，所述锁定端上可设有第一开口，所述第一磁体设置在所述第一开口中。

可选地，所述锁定端可呈圆锥台形。

可选地，所述第二磁体可从所述制动端突出第二距离。

可选地，每个所述制动端上可设有第二开口，所述第二磁体设置在所述第二开口中。

可选地，所述制动端上可设置有安装座，所述第二磁体附接到所述安装座。

可选地，所述安装座可呈圆锥台形。

可选地，所述锁定端可通过位于相邻两个制动端之间的间隙锁定所述制动部件。

可选地，所述第一磁体可通过胶粘、过盈配合或螺纹联接设置在所述锁定端上，所述第二磁体可通过胶粘、过盈配合或螺纹联接设置在所述制动端上。

可选地，所述锁定部件和/或所述制动部件可由非磁性材料制成。

可选地，所述第一磁体可呈圆柱形，所述第二磁体可呈圆柱形。

可选地，所述第一磁体的尺寸和所述第二磁体的尺寸可相同。

可选地，所述第一磁体和所述第二磁体可设置为满足以下条件：Δy≤r，Δx₂>Δx₁，其中，Δy是所述第一磁体的轴线与所述第二磁体的轴线之间的相对平行偏移，r是所述第一磁体或所述第二磁体的半径，Δx₁是所述第一磁体与所述第二磁体在彼此面对时的最短距离，Δx₂是当所述第一磁体与所述第二磁体彼此面对时，所述第一磁体距所述制动部件或所述第二磁体距所述锁定部件的最短距离。

根据本申请的另一方面，提供一种机器人关节。所述机器人关节包括：外壳；电机，所述电机包括定子和转子，所述定子与所述外壳固定连接；锁定制动机构，所述锁定制动机构用于对所述转子进行制动。所述锁定制动机构包括：锁定部件，所述锁定部件包括锁定端，并且所述锁定端上设置有第一磁体；以及制动部件，所述制动部件包括安装部以及设置在所述安装部的周向上的多个制动端，所述多个制动端中的每个上设置有第二磁体，所述安装部用于与所述转子连接；其中，所述锁定端能够根据接收到的制动指令锁定随所述转子转动的所述制动部件以阻止所述制动部件转动，或释放所述制动部件。所述第一磁体朝向所述制动部件的一侧的磁性与所述第二磁体朝向所述锁定部件的一侧的磁性相同。所述第一磁体距所述转子的转动轴线的距离与所述第二磁体距所述转子的转动轴线的距离基本相同。

根据本申请的又一方面，提供一种机器人。所述机器人包括多个连接臂及多个机器人关节。所述多个连接臂通过所述多个机器人关节依次连接，所述多个机器人关节中的每个为以上所述的机器人关节。

本申请的一个或多个实施例的细节将在下面的附图和描述中进行阐述。本申请的其它特征和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得显而易见。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1是根据本申请一实施例的包括锁定制动机构的机器人关节的结构的示意图。

图2是根据本申请一实施例的锁定制动机构的示意图。

图3是图2中所示的部分A的放大图。

图4是图2中所示的锁定部件的分解图。

图5是根据本申请一实施例的设置有第一磁体的锁定轴的截面的示意图。

图6是根据本申请的另一实施例的锁定制动机构的示意图。

图7是图2中所示的制动部件的分解图。

图8是图7中所示的制动部件的一个制动端的截面的示意图。

图9是根据本申请的另一实施例的锁定制动机构的示意图。

图10示意性地示出了第一磁体与第二磁体之间可能存在的位置偏差。

图11示意性地示出了第一磁体与第二磁体之间可能存在的定向偏差。

具体实施方式

为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下文将示例而非限制地以该锁定制动机构应用在机器人上为例来对其进行阐述。图1是根据本申请的实施例的用于机器人关节100的锁定制动机构1的截面图，并且示出了处于制动状态下的锁定制动机构1。参照图1，机器人关节100可例如包括锁定制动机构1和动力机构2。动力机构2可包括电机转子21、电机定子22、编码器23、谐波减速器24、力矩传感器25和输出盘26。锁定制动机构1的一部分与电机转子21直接或间接地连接，从而在接收到制动指令时，锁定制动机构1可利用摩擦力制停动力机构2。在一些实施例中，制动指令可包括从例如控制单元(未示出)接收的指令、断电情况下生成的指令、紧急停止情况下生成的指令等。

在一些实施例中，如图2和图3中所示，锁定制动机构1可包括锁定部件11和制动部件12。锁定部件11可包括锁定端111。锁定端111上设置有第一磁体112。制动部件12上设置有多个第二磁体122。第一磁体112朝向制动部件12的一侧的磁性设置为与第二磁体122朝向锁定部件11的一侧的磁性相同。换句话说，第一磁体112朝向制动部件12的一侧与第二磁体122朝向锁定部件11的一侧具有相同的磁极。第一磁体112和第二磁体122可设置为使得第一磁体112距电机转子21的转动轴线的距离可与第二磁体122距电机转子21的转动轴线的距离基本相同，以保证第一磁体112和第二磁体122之间在彼此相对时能够产生斥力。

在一些实施例中，第一磁体112可通过胶粘、过盈配合、或螺纹联接等设置在锁定端111上。锁定部件11的结构可与现有技术中已知的电磁开关相同或类似。例如，锁定部件11可以是螺线管。

在一些实施例中，如图4所示，锁定端111上可设有第一开口113。第一磁体112可设置在第一开口113中。例如，第一磁体112可通过胶粘、过盈配合或螺纹联接等设置在第一开口113中。

在一些实施例中，第一磁体112可呈圆柱形，相应地，第一开口113可呈圆柱形。通过这样的构造，第一磁体112可呈轴向对称的形状，因此第一磁体112可产生均匀的磁场，这可使得锁定制动机构1的锁定制动功能更加平稳有效。然而，第一磁体112和第一开口113的形状不限于此，任何能够使得磁体之间产生稳定的斥力的磁体形状和相应的开口形状均可应用于本申请。

在一些实施例中，锁定端111是锁定部件11的锁定轴114的一部分。第一磁体112的理想安装状态为：第一磁体112的轴线与锁定轴114的轴线重合，在此可将该重合的轴线称为第一理想轴线(例如，图3中的轴线O)。然而，在实际应用中，由于制造或装配误差，可能会存在产生第一位置偏差和第一定向偏差。第一位置偏差可以为例如第一磁体112被安装为其轴线平行地偏离第一理想轴线所导致的第一位置偏移，第一定向偏差可以为例如第一磁体112被安装为其轴线相对于第一理想轴线倾斜所导致的第一轴倾角和/或第一位置偏移与第一轴倾角的组合。因此，在本申请中，第一磁体112距电机转子21的转动轴线的距离与第二磁体122距电机转子21的转动轴线的距离基本相同可包括存在第一位置偏差和/或第一定向偏差的情况。为了避免这样的第一位置偏差和第二定向偏差控制不当而导致第一磁体112与制动部件12之间和/或锁定轴114与第二磁体122之间产生不期望的吸引力，第一磁体112可从锁定端111突出第一距离h₁，如图5所示。第一距离h₁的设置可降低第一磁体112与制动部件12和/或锁定轴114与第二磁体122之间的吸引力，增大第一磁体112与制动部件12和/或锁定轴114与第二磁体122之间的斥力。在其他一些实施例中，锁定部件11的锁定轴114和/或制动部件12可由诸如不锈钢、铝合金的非磁性材料制成，以避免在第一磁体112与制动部件12和/或锁定轴114与第二磁体122之间产生吸引力。在其他一些实施例中，可增大锁定端的倒角来降低在第一磁体112与制动部件12和/或锁定轴114与第二磁体122之间产生吸引力的可能性，如图6中所示，锁定端111’呈与制动部件12相对的圆锥台形。在一些示例中，呈圆锥台形的锁定端111还可进一步成形为刚好将第一磁体112稳固地设置在其中。通过这样的构造，可增大安装第一磁体112时的第一定向偏差的范围，从而减小对严格定向偏差的要求。因此，这样的构造可便于定位和安装第一磁体112，降低了第一磁体112的安装难度。

在一些实施例中，如图2和图7所示，制动部件12可包括安装部120以及设置在安装部120的周向上的多个制动端121。安装部120用于与电机转子21直接或间接地连接。例如，如图1所示，制动部件12的安装部120可安装在电机转子21的转轴上。多个制动端121可均匀地布置在制动部件12的安装部120的周向上。多个制动端121中的每个上设置有第二磁体122。

在机器人关节100运行的过程中，锁定端111能够根据制动指令锁定随电机转子21转动的制动部件12以阻止制动部件12转动，或释放制动部件12，即，不阻止制动部件12转动。当锁定部件11锁定制动部件12的制动端121时，制动部件12可利用摩擦力来制停电机转子21，进而制动动力机构2。例如，当锁定端111根据所接收的制动指令锁定制动部件12时，锁定端111可通过位于相邻两个制动端121之间的间隙123锁定制动部件12。例如，锁定端111可插入至位于相邻两个制动端121之间的间隙123中而与制动端121进行接合，来完成对制动部件12的锁定。

对于常规的锁定制动机构来说，在锁定制动过程中，由于制动部件仍随着电机转子的转轴因惯性而高速转动，因此锁定部件非常有可能撞击到制动部件的制动端。与之相比，在这样的制动过程中，根据本申请的锁定制动机构1可利用第一磁体112和第二磁体122的同性磁极的斥力来避免锁定部件11的锁定端111撞击到制动部件12的制动端121，从而可保证锁定端111在锁定过程中落入相邻两个制动端121之间的间隙123中，以通过锁定端111与制动端121在制动部件12的周向方向上的接合来阻止制动部件12的转动。因此，本申请有助于锁定部件11与制动部件12平稳地接合，即，有助于锁定制动机构1进行平稳的制动。

在一些实施例中，第二磁体122可通过胶粘、过盈配合或螺纹联接等设置在多个制动端121上。制动部件12可例如是辐轮、链齿轮等，但本申请不限于此。

在一些实施例中，每个制动端121上可设有第二开口124。第二磁体122可设置在第二开口124中。第二磁体122可通过胶粘、过盈配合或螺纹联接等设置在第二开口124中。

在一些实施例中，第二磁体122可呈圆柱形，相应地，第二开口124可呈圆柱形。通过这样的构造，由于第二磁体122可呈轴向对称的形状，因此第二磁体122可产生均匀的磁场，这可使得锁定制动机构1的锁定制动功能更加平稳有效。然而，第二磁体122和第二开口124的形状不限于此，任何能够使得磁体之间产生稳定的斥力的磁体形状和相应的开口形状均可应用于本申请。

在一些实施例中，第二磁体122的理想安装状态为：在制动部件12转动过程中的某些时刻，第二磁体122的轴线与锁定轴114的轴线重合，在此可将重合的轴线称为第二理想轴线。然而，在实际应用中，由于制造或装配误差，可能会存在第二位置偏差和第二定向偏差。第二位置偏差可以为例如第二磁体122被安装为其轴线平行地偏离第二理想轴线所导致的第二位置偏移，第二定向偏差可以为例如第二磁体122被安装为其轴线相对于第二理想轴线倾斜所导致的第二轴倾角和/或第二位置偏移与第二轴倾角的组合。因此，在本申请中，第一磁体112距电机转子21的转动轴线的距离与第二磁体122距电机转子21的转动轴线的距离基本相同还可包括存在第二位置偏差和/或第二定向偏差的情况。

为了避免这样的第二位置偏差和第二定向偏差控制不当而导致第二磁体122与锁定轴114之间和/或制动部件12与第一磁体112之间产生不期望的吸引力，第二磁体122可从制动端121突出第二距离h₂，如图8所示。第二距离h₂的设置可降低第二磁体122与锁定轴114之间和/或制动部件12与第一磁体112之间的吸引力，增大第二磁体122与锁定轴114之间和/或制动部件12与第一磁体112之间的斥力。在其他一些实施例中，制动部件12和/或锁定部件11的锁定轴114可由诸如不锈钢、铝合金的非磁性材料制成。在其他一些实施例中，制动端121上可设置有安装座125，如图9中所示。第二磁体122可附接到安装座125。安装座125可在确保能够将第二磁体122稳固地附接到该安装座125的情况下成形为朝向锁定部件11所在的一侧逐渐变细，即，呈圆锥台形。通过这样的构造，安装座125可容纳由于制造和/装配误差而具有较大的第二定向偏差范围的第二磁体122。因此，这样的构造可便于定位和安装第二磁体122，降低了第二磁体122的安装难度。

在一些实施例中，第一磁体112的尺寸可与第二磁体122的尺寸相同。此外，第一磁体112的尺寸与第二磁体122的尺寸可设置为尽可能地大，以保证第一磁体112与第二磁体122之间可具有足够的斥力。在这种情况下，以第一磁体112和第二磁体122均呈圆柱形为例，锁定制动机构1的理想安装状态为：第一磁体112和第二磁体122的尺寸相同，第一磁体112中心线(例如，轴线)与锁定轴114的轴线重合，并且在制动部件12转动的过程中，第二磁体122的轴线可在不同的时刻分别与锁定轴114的轴线重合，使得第一磁体112和第二磁体122可在所述不同的时刻彼此面对。然而，在实际装配锁定制动机构1的过程中，由于制造或装配误差，对于整个锁定制动机构1而言，还可能存在第三位置偏差和第三定向偏差。第三位置偏差可以为例如第一磁体112的轴线与第二磁体122的轴线之间的相对平行偏移Δy，如图10所示。第三定向偏差可以为例如第一磁体112的轴线与第二磁体122的轴线之间产生的相对倾斜角和/或相对平行偏移与相对倾斜角的组合，如图11所示。因此，在本申请中，第一磁体112距电机转子21的转动轴线的距离与第二磁体122距电机转子21的转动轴线的距离基本相同还可包括存在第三位置偏差和第三定向偏差的情况。在这种情况下，在一些实施例中，为了保证第一磁体112与第二磁体122之间产生足够的斥力，第一磁体112与第二磁体122可设置为满足以下条件：Δy≤r，Δx₂>Δx₁，Δx₁是第一磁体112与第二磁体122在彼此面对时的最短距离，Δx₂是当第一磁体112与第二磁体122在彼此面对时，第一磁体112距制动部件12或第二磁体122距锁定部件11(例如，锁定端111)的最短距离。

下面以锁定部件11的锁定端111插入至制动部件12的相邻制动端121之间的间隙123而锁定制动部件12并且制动部件12安装在电机转子21上为例，来描述根据本申请的锁定制动机构1的工作过程。

当锁定端111接收到用以释放制动部件12的制动指令时，锁定端111释放制动部件12，制动部件12随着电机转子21高速转动。当锁定端111接收到用以锁定制动部件12的制动指令时，锁定端111可根据制动指令朝向制动端121移动，以锁定制动部件12。在申请人已知的技术中，在锁定端根据制动指令朝向制动端移动，以锁定制动部件时，锁定端很可能会向高速转动的制动部件的在某一时刻面对锁定端的当前制动端施加很大的冲击力，即，很有可能撞击制动部件的所述当前制动端，从而使制动部件的当前制动端产生变形，缩短制动部件的使用寿命，并且还可对机器人关节中的其他部件产生不期望的安全影响。而在本申请的实施例中，通过使锁定制动机构1具有能够产生斥力的第一磁体112和第二磁体122，可降低锁定端111对制动部件12的所述当前制动端121的冲击力，从而使得锁定端111不再撞击制动部件12的所述当前制动端121，而是平稳地插入至位于当前制动端121与相邻的下一制动端之间的间隙123中以与例如相邻的下一制动端接合，从而锁定制动部件12，进而制停动力机构2。因此，根据本申请的锁定制动机构可实现平稳、安全的制动功能。

然而，本申请不限于此，根据本申请的实施例的锁定制动机构1还可应用于具有其他类型的抱闸制动机构的机械设备中。

本申请还可提供一种机器人关节。该机器人关节可包括：外壳；电机，其包括转子和与外壳固定连接的定子；如以上任意实施例中所述的锁定制动机构1。其中，锁定制动机构1的制动部件可与转子连接，以用于制停转子。

本申请还可提供一种机器人。该机器人可包括多个连接臂及多个如上所述的机器人关节。多个连接臂可通过多个机器人关节依次连接。

本领域技术人员可以理解，图1至图11中示出的结构仅为示例，并不构成对本申请的方案应用于其他设备上的限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种用于转动部件的锁定制动机构，包括：

锁定部件，所述锁定部件包括锁定端，并且所述锁定端上设置有第一磁体；以及

制动部件，所述制动部件包括安装部以及设置在所述安装部的周向上的多个制动端，所述多个制动端中的每个上设置有第二磁体，所述安装部用于与所述转动部件连接，

其中，所述锁定端能够根据接收到的制动指令锁定随所述转动部件转动的所述制动部件以阻止所述制动部件转动，或释放所述制动部件，其中，所述锁定端通过位于相邻两个制动端之间的间隙锁定所述制动部件；

所述第一磁体朝向所述制动部件的一侧的磁性与所述第二磁体朝向所述锁定部件的一侧的磁性相同；并且

所述第一磁体距所述转动部件的转动轴线的距离与所述第二磁体距所述转动部件的转动轴线的距离基本相同。

2.根据权利要求1所述的锁定制动机构，其特征在于，所述第一磁体从所述锁定端突出第一距离。

3.根据权利要求1所述的锁定制动机构，其特征在于，所述锁定端上设有第一开口，所述第一磁体设置在所述第一开口中。

4.根据权利要求1所述的锁定制动机构，其特征在于，所述锁定端呈圆锥台形。

5.根据权利要求1所述的锁定制动机构，其特征在于，所述第二磁体从所述制动端突出第二距离。

6.根据权利要求1所述的锁定制动机构，其特征在于，每个所述制动端上设有第二开口，所述第二磁体设置在所述第二开口中。

7.根据权利要求1所述的锁定制动机构，其特征在于，所述制动端上设置有安装座，所述第二磁体附接到所述安装座。

8.根据权利要求7所述的锁定制动机构，其特征在于，所述安装座呈圆锥台形。

9.根据权利要求1所述的锁定制动机构，其特征在于，所述第一磁体通过胶粘、过盈配合或螺纹联接设置在所述锁定端上，所述第二磁体通过胶粘、过盈配合或螺纹联接设置在所述制动端上。

10.根据权利要求1所述的锁定制动机构，其特征在于，所述锁定部件和/或所述制动部件由非磁性材料制成。

11.根据权利要求1所述的锁定制动机构，其特征在于，所述第一磁体呈圆柱形，所述第二磁体呈圆柱形。

12.根据权利要求11所述的锁定制动机构，其特征在于，所述第一磁体的尺寸和所述第二磁体的尺寸相同。

13.根据权利要求12所述的锁定制动机构，其特征在于，所述第一磁体和所述第二磁体设置为满足以下条件：

Δy≤r，

Δx₂>Δx₁，

其中，Δy是所述第一磁体的轴线与所述第二磁体的轴线之间的相对平行偏移，r是所述第一磁体或所述第二磁体的半径，Δx₁是所述第一磁体与所述第二磁体在彼此面对时的最短距离，Δx₂是当所述第一磁体与所述第二磁体彼此面对时，所述第一磁体距所述制动部件或所述第二磁体距所述锁定部件的最短距离。

14.一种机器人关节，包括：

外壳；

电机，所述电机包括定子和转子，所述定子与所述外壳固定连接；

根据权利要求1-13中任一项所述的锁定制动机构，所述锁定制动机构用于对所述转子进行制动，其中，所述转动部件为所述转子。

15.一种机器人，包括多个连接臂及多个根据权利要求14所述的机器人关节，所述多个连接臂通过所述多个机器人关节依次连接。

Images