[发明专利]一种用于多自由度机械臂的制动装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机电领域，特别是涉及一种用于多自由度机械臂制动的制动装置及控制方法。

背景技术

随着微电子技术、传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的飞速发展，机器人的应用领域逐步从汽车拓展到其它领域。在各种类型的机械臂中，模拟人体手臂而构成的关节型机械臂，具有结构紧凑、所占空间小、运动空间大等优点，是应用最为广泛的机械臂之一。尤其由柔性关节组成的柔性仿生机械臂在机械制造领域中的应用和需求越来越突出。

上述机械臂共同特点是具有多个运动自由度，比如机械臂关节部位采用铰链的形式，则该部位就具有一个旋转自由度；机械臂关节部位采用球铰或者球面副的形式，则该部位就具有空间旋转自由度。通过多个关节的组合使得机械臂拥有人手一样的自由度，这就使得机械臂可以代替人完成一些特定的工作，比如机械制造中的装配、焊接等工作。

在多自由度机械臂的使用过程中，经常会遇到由于更换夹具、上下料等原因使得机械臂的电机断电，又希望机械臂保持在原先工作位置的情况。多自由度机械臂断电或发生故障时，驱动电机可能将失去电磁力的作用，机械臂在重力作用下运动偏离停机的位置，这就要求多自由度机械臂具有制动刹车机构。多自由度机械臂的制动方式与普通电机的制动方式存在一定的区别，一方面制动装置在多自由度机械臂运动过程中不影响多自由度机械臂的运动，另一方面制动装置能提供多自由度机械臂动子的空间自由度制动力。该制动装置及控制方法可以被很好地用于球面电机的制动。

发明内容

基于上述需求，本发明的目的在于提供一种结构简单、装配方便、制动可靠的多自由度机械臂制动装置及控制方法。该装置的机械结构可以在多自由度机械臂转动的时候随着多自由度机械臂一起旋转，通过与动子的球面副保证多自由度机械臂摆动的自由度。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于多自由度机械臂的制动装置，其特征在于，所述装置包括：

制动架，其安装于多自由度机械臂的定子上，用于与制动执行元件配合实现多自由度机械臂的制动；

球铰制动座，用于制动执行元件的安放与固定，所述球铰制动座的底座为球面形，其固定在多自由度机械臂左右两部分动子之间，多自由度机械臂左半动子和多自由度机械臂右半动子端部分别开有半球形凹槽与所述球铰制动座的球形底座形成球面配合；

滚珠花键，用于提供多自由度机械臂轴向移动自由度，传递扭矩，所述滚珠花键一端通过法兰与多自由度机械臂动左半动子相连接，另一端通过花键与多自由度机械臂右半动子相连接；

制动执行元件，用于在多自由度机械臂断电时立刻动作，与制动架配合提供多自由度机械臂的制动力；

力传感器，用于检测所述制动执行元件端部的压力；

导向杆，其底部用于所述力传感器的安装，其顶部嵌入所述制动架的凹槽中为所述球铰制动座提供导向。

优选的，所述制动架开有环形导向凹槽，其通过螺钉安装在所述多自由度机械臂定子上。

优选的，所述多自由度机械臂左半动子设有环形分布的凹槽，所述多自由度机械臂右半动子也设有环形分布的凹槽。

优选的，所述力传感器安装在所述制动执行元件和导向杆之间。

优选的，所述制动执行元件为气缸。

优选的，所述气缸伸出杆端部安装有力传感器，用以检测气缸杆输出和承受力的大小。所述力传感器为柱式压力传感器，用于实时检测表面的压力，输出与所测力线性相关的模拟电压。

优选的，所述力传感器为柱式压力传感器，该元件能实时监测表面压力的变化，输出与压力大小线性相关的模拟电压。

优选的，所述球铰制动座外围环形分布有由圆柱杆和制动执行元件安装底座组成的杆架用以所述制动执行元件的安装。

优选的，所述力传感器为六个，分别设置在六个导向杆上。

另一方面，本发明提供一种的制动系统，其特征在于，所述系统包括上述制动装置以及用于检测多自由度机械臂的通、断电状态的状态监测装置，用于制动执行元件的压力精确控制的压力控制阀以及用于所述压力控制阀的压力控制的制动控制器；所述制动控制器接收状态监测装置和力传感器的信号，并且通过控制压力控制阀来调节制动执行元件工作气压大小，使得力传感器的输出保持在设定值或设定值附近小范围波动，以实现制动控制功能。

另一方面，本发明提供一种利用所述的控制系统进行制动控制的方法，其中包括以下步骤：