[发明专利]一种基于弹性闩锁模块的一体化关节失电制动器

说明书

本发明属于机器人制动器技术领域，公开了一种基于弹性闩锁模块的一体化关节失电制动器：包括下壳体、上壳体、闩锁环、波形垫圈、螺旋弹簧、螺线管、螺线管支座、止动件、衬套、固定座。制动器利用弹性闩锁模块和电磁阀单元配合制动，其中弹性闩锁模块通过过盈配合固定在电机轴上，电磁阀单元固定在关节外壳上；通电时弹性闩锁模块和电磁阀单元相互独立，当机器人失电时，电磁阀单元限制弹性闩锁模块的运动从而实现制动效果。本发明的基于弹性闩锁模块的一体化关节失电制动器利用两部分的碰撞制动，碰撞过程中压缩弹簧利用弹簧力实现电机轴的制动，制动效果好，稳定性高，生产成本低，因此适用于集成到一体化关节内部。

技术领域

本发明属于机器人制动器技术领域，尤其涉及一种基于弹性闩锁模块的一体化关节失电制动器。

背景技术

目前，最接近的现有技术：与人共用工作空间的协作机器人应配备关节制动器，以便在紧急情况下安全地停止运动，如何保证机器人在突发情况失电时能够紧急制动并且能够保证机器人在上电之前能够保持制动效果变得至关重要。失电制动器要能够做到在不受控制的停止，即当断电后，制动器能够立即切断动力装置的输出，上电后能够做到制动分离。目前一体化关节中多用的是电磁制动器，根据制动方法的不同主要分为摩擦制动和碰撞制动。

摩擦制动应用案例，如CN109058331A公布的一款制动器，哈工大—德宇航(HIT-DLR)机器人技术联合实验室研制的一款制动器以及日本三木公司生产的无励磁型制动器，这类制动器的工作原理是利用通电线圈产生的电磁力和弹簧产生的弹簧力来控制摩擦盘的运动，从而实现制动效果，具体工作过程是：当线圈通电时，电磁线圈产生吸引力将摩擦盘吸回，并压缩弹簧使得弹簧产生恢复原状态的弹性力，当线圈断电时，电磁线圈产生的电磁力消失，此时摩擦盘在弹簧的弹性力作用下与固定的摩擦面发生接触，产生摩擦阻力矩，从而实现电机的制动。这种电磁离合制动器主要由高弹性弹簧和高容量电磁离合器构成，生产成本高、质量大，通过摩擦的方式制动，制动距离长。

碰撞制动应用案例，如Universal Robot使用由闩锁环和螺线管组成的抱闸，其主要问题是在高速运转过程中制动时闩锁环与止动件间的碰撞是刚性的，这会引起止动件和螺线管的严重损坏；韩国高丽大学基于Universal Robot的抱闸发表了一款基于弹性闩锁模块的安全关节制动器，在其制动过程中引入柔性。它们的原理是利用螺线管带动止动件运动，止动件与弹性闩锁模块发生碰撞从而实现制动。这两种制动器的闩锁环上制动齿间距较大，制动齿过长而且在力较大时容易引起弯曲变形，碰撞的部分容易发生严重的磨损。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现在的一体化关节中多用的是高弹性弹簧和高容量电磁离合器构成的电磁离合制动器，使得制动器相对较重且昂贵，另外通过摩擦的方式制动，制动距离长。

(2)现在的基于弹性闩锁模块的安全机器人关节制动器，该制动器的制动距离大，导致制动时间长，另外在多次工作后其闩锁环磨损严重。

解决上述技术问题的难度：

如何保证制动器在断电时能够快速制动，并且保证制动效果的稳定。

如何设计其结构使其能够集成到一体化关节中。

如何减小制动器在工作过程中由于碰撞导致的破坏。

如何降低其生产成本。

解决上述技术问题的意义：

能够保证机器人在突然失电的情况下对自身以及外部环境不会造成伤害。

能够广泛应用于需要低制造成本和低重量的协作机器人。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于弹性闩锁模块的一体化关节失电制动器。