一种机械臂关节抱闸系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机械臂关节抱闸系统及其控制方法，属于机械臂制动技术领域，解决了的问题。一种机械臂关节抱闸系统，包括关节端盖、连接螺钉、铁心、刹车环、永磁铁、电磁线圈以及若干压缩弹簧；所述关节端盖通过连接螺钉与电机定子同轴安装，所述铁心与关节端盖通过止口同轴度固定连接；所述铁心远离关节端盖的一端缠绕有电磁线圈，所述永磁铁为圆筒形结构，与所述铁心同轴，所述永磁铁与刹车环固定连接；所述若干压缩弹簧一端呈环形、均匀设置于关节端盖上，另一端与电机动子接触；所述电机动子内表面和刹车环外表面均为环形锥面；实现了制动到自由状态之间的及时转换，避免制动延迟的同时减小了机械臂关节的长度。

A mechanical arm joint brake system and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂关节抱闸系统及其控制方法
本专利技术涉及机械臂制动
，尤其是涉及一种机械臂关节抱闸系统及其控制方法。
技术介绍
工业机械臂在因故障或停机失电时，各关节会在重力作用下坠落，导致机械臂发生碰撞而损坏，因此需要一种刹车技术，使得机械臂各关节在失电时能够及时制动，并且在上电时能够快速解除制动力矩，从而关节能够自由旋转。关节抱闸在工业领域目前已得到成熟应用，主要形式为两种，一是摩檫力制动式，在失电状态下，金属材质的摩擦片在弹簧力的作用下与电机动子轴向端面压紧，此时作用于电机动子的摩擦力矩与重力矩平衡，机械臂达到制动效果；在上电状态下，电磁线圈产生的电磁力作用于摩擦片，摩擦片克服弹簧弹力与电机动子分离，电机动子得以自由转动，另一种是卡槽制动式，电机动子连接圆形制动盘，制动盘沿圆周均布若干卡槽，在失电状态下，电磁铁推出，卡在卡槽中使关节制动，在上电状态下，电磁铁回收，电机动子自由转动。但对于形式一，机械臂在运行过程中电磁线圈长时间处于通电状态，会使关节温度上升，增加关节扇热设计的难度，同时电磁线圈产生的磁场会对电机磁场产生干扰，降低结构的精度和稳定性，对于形式二，由于卡槽的分布间距，电机从失电到制动存在延迟，会增大机械臂的制动误差，并且由于结构问题，制动力全部由电磁铁承受，受力不合理，长时间使用后易导致电磁铁的损坏；以上两种方式，均需要在电机后方添加占较大体积的装置，增加了机械臂的长度，严重影响了机械臂关节的灵活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种机械臂关节抱闸系统及其控制方法。一方面，本专利技术提供一种机械臂关节抱闸系统，包括关节端盖、连接螺钉、铁心、刹车环、永磁铁、电磁线圈以及若干压缩弹簧；所述关节端盖通过连接螺钉与电机定子同轴安装，所述铁心与关节端盖通过止口同轴度固定连接；所述铁心远离关节端盖的一端缠绕有电磁线圈，所述永磁铁为圆筒形结构，与所述铁心同轴，所述永磁铁与刹车环固定连接；所述若干压缩弹簧一端呈环形、均匀设置于关节端盖上，另一端与电机动子接触；所述电机动子内表面和刹车环外表面均为环形锥面；当电磁线圈无电流时，所述刹车环在压缩弹簧的作用力下压紧电机动子，此时关节电机制动；当电磁线圈通电时，所述电磁线圈与永磁铁产生斥力，所述斥力推动刹车环克服压缩弹簧的弹力朝关节端盖移动，所述刹车环与电机动子脱离接触，此时关节进入自由状态；当关节失电时，电机动子在惯性的作用下继续做旋转运动，并切割磁力线产生反电动势，将反电动势电流导入电磁线圈，所述刹车环向电机动子端移动，所述刹车环与电机动子压紧，此时关节电机制动。进一步地，所述机械臂关节抱闸系统还包括若干锁止弹簧以及与锁止弹簧数量相同的锁止钢珠；所述锁止弹簧一端与所述关节端盖连接、另一端与锁止钢珠焊接；所述锁止弹簧沿周向均布在所述关节端盖的安装孔中，所述锁止钢珠一半的球面位于关节端盖内表面之上；所述刹车环沿圆周有均布锁止孔，所述锁止孔的数量与锁止弹簧数量相同；当电磁线圈通电时，所述电磁线圈与永磁铁产生斥力，所述斥力推动刹车环克服压缩弹簧的弹力朝关节端盖移动，当所述刹车环的锁止槽与锁止钢珠对齐时，锁止钢珠在锁止弹簧的作用下弹出，卡入锁止槽，刹车环与电机动子脱离接触，之后切断电磁线圈电流，此时刹车环保持位置不变，关节进入自由状态；当关节失电时，电机动子在惯性的作用下继续做旋转运动，并切割磁力线产生反电动势，将反电动势电流导入电磁线圈，刹车环向电机动子端移动，并将锁止钢珠顶出锁止槽，刹车环与电机动子压紧，此时关节电机制动。进一步地，所述机械臂关节抱闸系统还包括电磁控制电路，所述电磁控制电路与电机控制电路互相通信，所述电磁控制电路用于控制所述电磁线圈的电流流向和大小。进一步地，所述刹车环和电机动子的接触外边面，均由摩擦系数大的金属材料形成，所述锁止槽与锁止钢珠的接触面为弧面。另一方面，本专利技术还提供了一种如上述任一技术方案所述的机械臂关节抱闸系统的控制方法，包括机械臂关节抱闸制动状态控制方法和机械臂关节抱闸自由状态控制方法；所述机械臂关节抱闸制动状态控制方法，包括以下步骤，电磁线圈不通电流时，所述刹车环在压缩弹簧的作用力下压紧电机动子，此时关节电机制动；或者，关节失电时，电机动子在惯性的作用下继续做旋转运动，并切割磁力线产生反电动势，将反电动势电流导入电磁线圈，所述刹车环向电机动子端移动，所述刹车环与电机动子压紧，此时关节电机制动；所述机械臂关节抱闸自由状态控制方法，包括以下步骤，将电磁线圈通电，所述电磁线圈与永磁铁产生斥力，所述斥力推动刹车环克服压缩弹簧的弹力朝关节端盖移动，刹车环与电机动子脱离接触，此时关节进入自由状态。进一步地，关节失电时，电机动子在惯性的作用下继续做旋转运动，并切割磁力线产生反电动势，将反电动势电流导入电磁线圈，所述刹车环向电机动子端移动，所述刹车环与电机动子压紧，此时关节电机制动，具体包括，当关节失电时，电机动子在惯性的作用下继续做旋转运动，并切割磁力线产生反电动势，将反电动势电流导入电磁线圈，刹车环向电机动子端移动，并将锁止钢珠顶出锁止槽，刹车环与电机动子压紧，此时关节电机制动；将电磁线圈通电，所述电磁线圈与永磁铁产生斥力，所述斥力推动刹车环克服压缩弹簧的弹力朝关节端盖移动，刹车环与电机动子脱离接触，此时关节进入自由状态，具体包括，将电磁线圈通电，所述电磁线圈与永磁铁产生斥力，所述斥力推动刹车环克服压缩弹簧的弹力朝关节端盖移动，当所述刹车环的锁止槽与锁止钢珠对齐时，锁止钢珠在锁止弹簧的作用下弹出，卡入锁止槽，刹车环与电机动子脱离接触，之后切断电磁线圈电流，此时刹车环保持位置不变，关节进入自由状态。进一步地，所述机械臂关节抱闸系统的控制方法还包括，通过电磁控制电路控制电磁线圈的电流流向和大小，以使电磁线圈通电，并使电磁线圈与永磁铁产生斥力。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：通过所述关节端盖通过连接螺钉与电机定子同轴安装，所述铁心与关节端盖通过止口同轴度固定连接；所述铁心远离关节端盖的一端缠绕有电磁线圈，所述永磁铁为圆筒形结构，与所述铁心同轴，所述永磁铁与刹车环固定连接；所述若干压缩弹簧一端呈环形、均匀设置于关节端盖上，另一端与电机动子接触；使得，当电磁线圈无电流时，所述刹车环在压缩弹簧的作用力下压紧电机动子，此时关节电机制动；当电磁线圈通电时，所述电磁线圈与永磁铁产生斥力，所述斥力推动刹车环克服压缩弹簧的弹力超关节端盖移动，所述刹车环与电机动子脱离接触，此时关节进入自由状态；当关节失电时，电机动子在惯性的作用下继续做旋转运动，并切割磁力线产生反电动势，将反电动势电流导入电磁线圈，所述刹车环向电机动子端移动，所述刹车环与电机动子压紧，此时关节电机制动；实现了制动到自由状态之间的及时转换，避免制动延迟的同时减小了机械臂关节的长度。附图说明图1是本专利技术实施例所述的关节抱闸制动状态轴向剖面图；图2是本专利技术实施例所述的关节抱闸制动状态轴向剖面图；图3是本专利技术实施例所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械臂关节抱闸系统，其特征在于，包括关节端盖、连接螺钉、铁心、刹车环、永磁铁、电磁线圈以及若干压缩弹簧；/n所述关节端盖通过连接螺钉与电机定子同轴安装，所述铁心与关节端盖通过止口同轴度固定连接；所述铁心远离关节端盖的一端缠绕有电磁线圈，所述永磁铁为圆筒形结构，与所述铁心同轴，所述永磁铁与刹车环固定连接；所述若干压缩弹簧一端呈环形、均匀设置于关节端盖上，另一端与电机动子接触；所述电机动子内表面和刹车环外表面均为环形锥面；/n当电磁线圈无电流时，所述刹车环在压缩弹簧的作用力下压紧电机动子，此时关节电机制动；当电磁线圈通电时，所述电磁线圈与永磁铁产生斥力，所述斥力推动刹车环克服压缩弹簧的弹力朝关节端盖移动，所述刹车环与电机动子脱离接触，此时关节进入自由状态；当关节失电时，电机动子在惯性的作用下继续做旋转运动，并切割磁力线产生反电动势，将反电动势电流导入电磁线圈，所述刹车环向电机动子端移动，所述刹车环与电机动子压紧，此时关节电机制动。/n

【技术特征摘要】
1.一种机械臂关节抱闸系统，其特征在于，包括关节端盖、连接螺钉、铁心、刹车环、永磁铁、电磁线圈以及若干压缩弹簧；
所述关节端盖通过连接螺钉与电机定子同轴安装，所述铁心与关节端盖通过止口同轴度固定连接；所述铁心远离关节端盖的一端缠绕有电磁线圈，所述永磁铁为圆筒形结构，与所述铁心同轴，所述永磁铁与刹车环固定连接；所述若干压缩弹簧一端呈环形、均匀设置于关节端盖上，另一端与电机动子接触；所述电机动子内表面和刹车环外表面均为环形锥面；
当电磁线圈无电流时，所述刹车环在压缩弹簧的作用力下压紧电机动子，此时关节电机制动；当电磁线圈通电时，所述电磁线圈与永磁铁产生斥力，所述斥力推动刹车环克服压缩弹簧的弹力朝关节端盖移动，所述刹车环与电机动子脱离接触，此时关节进入自由状态；当关节失电时，电机动子在惯性的作用下继续做旋转运动，并切割磁力线产生反电动势，将反电动势电流导入电磁线圈，所述刹车环向电机动子端移动，所述刹车环与电机动子压紧，此时关节电机制动。


2.根据权利要求1所述的机械臂关节抱闸系统，其特征在于，还包括若干锁止弹簧以及与锁止弹簧数量相同的锁止钢珠；所述锁止弹簧一端与所述关节端盖连接、另一端与锁止钢珠焊接；所述锁止弹簧沿周向均布在所述关节端盖的安装孔中，所述锁止钢珠一半的球面位于关节端盖内表面之上；所述刹车环沿圆周有均布锁止孔，所述锁止孔的数量与锁止弹簧数量相同；
当电磁线圈通电时，所述电磁线圈与永磁铁产生斥力，所述斥力推动刹车环克服压缩弹簧的弹力朝关节端盖移动，当所述刹车环的锁止槽与锁止钢珠对齐时，锁止钢珠在锁止弹簧的作用下弹出，卡入锁止槽，刹车环与电机动子脱离接触，之后切断电磁线圈电流，此时刹车环保持位置不变，关节进入自由状态；
当关节失电时，电机动子在惯性的作用下继续做旋转运动，并切割磁力线产生反电动势，将反电动势电流导入电磁线圈，刹车环向电机动子端移动，并将锁止钢珠顶出锁止槽，刹车环与电机动子压紧，此时关节电机制动。


3.根据权利要求2所述的机械臂关节抱闸系统，其特征在于，还包括电磁控制电路，所述电磁控制电路与电机控制电路互相通信，所述电磁控制电路用于控制所述电磁线圈的电流流向和大小。


4.根据权利要求3所述的机...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭文佳，张弢，
申请(专利权)人：武汉弗雷德斯科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42