[发明专利]一种失电抱闸机构及其控制方法

说明书

本发明公开了一种失电抱闸机构及其控制方法，属于机械结构与电气控制领域，主要作用为机器人系统失电后辅助电机转子迅速停转并锁止。失电抱闸机构主要包含四个组件：永磁体、电磁线圈、绕线槽、衔铁。其工作逻辑与控制方法为：当机器人系统失电时，衔铁在永磁体的磁力吸引下紧紧贴合在电机转子侧摩擦面上使电机转子固定住；当机器人系统得电时，抱闸驱动电路为电磁线圈提供一个瞬时的大电流脉冲，使衔铁在电磁力的作用下远离电机转子侧摩擦面，从而使电机转子可以自由转动。当衔铁移动的距离进一步增大时，由于永磁体产生的吸引力随之快速减小，因此在衔铁远离电机转子侧而达到电机定子侧后，可将电磁线圈的电流降至一定范围也可以保证衔铁不会被永磁体吸引到电机转子侧。

技术领域

本发明涉及机械结构与电气控制技术领域，更具体地说，涉及一种失电抱闸机构及其控制方法。

背景技术

工业机器人在供电系统断电时各个关节会在重力的作用下跌落，从而导致机械臂受到碰撞而损坏。为使机械臂在断电时不发生跌落，通常在关节内部增加失电抱闸机构以使电机转子在断电时被机械锁止。另外在电机的某些应用场景中，有时也需要实现电机转子突然停转。

工业应用领域中已经实现比较成熟的电机抱闸机构，但几乎所有的抱闸机构都用弹簧的弹力作为抱闸力使电机定子侧摩擦片和转子侧摩擦片压紧。但在长时间的使用后，弹簧不可避免的就会出现疲劳的现象，有可能使弹簧产生的抱闸力达不到电机转子停转所需的力。另外，弹簧弹力跟形变量为近似的线性关系，在电机运行时，需要电磁线圈一直产生较大的电磁力以使弹簧始终处于压缩的状态，这样就增加了电磁线圈的功耗。与此同时，电磁线圈消耗的能量多以热量的形式释放出来，会是整个机器人关节温度上升，同时增加了关节散热设计的难度和机器人的体积。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中不足，提供一种失电抱闸机构及其控制方法，本发明在实现工业机器人电机转子抱闸的同时有效降低了整机运行功耗并延长了使用寿命。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种失电抱闸机构及其控制方法。失电抱闸机构主要包含四个组件：永磁体、电磁线圈、绕线槽、衔铁。永磁体为圆环形结构，用来在整个系统断电时对衔铁产生吸引力，使衔铁的摩擦面与电机转子侧摩擦面紧密贴合。电磁线圈由绝缘漆包线绕成，用来在系统得电时对衔铁产生电磁力以使衔铁的摩擦面与电机转子侧摩擦面分离。绕线槽为电磁线圈的固定装置，由高磁导率金属材料加工而成。衔铁为高磁导率金属材料，其靠近永磁体的一面为摩擦面，当该摩擦面与电机转子侧摩擦面紧密贴合时可产生反向扭矩，使电机转子迅速停转。

失电抱闸机构四个零件的安装关系为：永磁体安装在电机转子侧，电磁线圈绕在绕线槽内并统一安装在电机定子侧，衔铁安装在电机定子侧并可以轴向滑动。

失电抱闸机构的工作逻辑是：电磁线圈失电时，衔铁在永磁体的吸力下与电机转子侧摩擦面紧密贴合，从而使转子快速的停转，但此时因为独特的结构设计，永磁体并未与衔铁接触从而可以有效保护永磁体因撞击而破碎；电磁线圈得电且其对衔铁产生的吸力大于永磁体对衔铁的吸力时，衔铁会在电磁线圈的吸力下远离电机转子侧摩擦面，从而使电机转子可以自由转动。