[发明专利]一种永磁失电保护制动器、制动控制方法及机械关节

说明书

本发明公开了一种永磁失电保护制动器、制动控制方法及机械关节，其中制动器包括摩擦盘模块、制动模块和控制模块，所述摩擦盘模块与电机的转子联动且可沿转子轴向方向移动，所述制动模块包括制动永磁环和线圈单元，所述制动永磁环与线圈单元位于所述摩擦盘模块的一侧；所述控制模块与所述线圈单元相连，用于控制所述线圈单元的通断电，当所述线圈单元断电时，所述摩擦盘模块在制动永磁环的磁力作用下与所述线圈单元相吸合；当所述线圈单元通电时，所述线圈单元产生的磁力与所述制动永磁环的磁力相抵消，所述摩擦盘模块与所述线圈单元分离。本发明具有结构简单紧凑、体积轻薄、自锁力矩较大等优点。

技术领域

本发明主要涉及机械关节技术领域，具体涉及一种永磁失电保护制动器、制动控制方法及机械关节。

背景技术

在机械关节中，保证安全的设备主要是制动器，其功能是在机械关节失电或者失去控制时，保证机械关节自身与末端负载不出现不可预知的碰撞，且在机械关节不工作时，制动器还能够保持机械关节的位置与姿态。无论是应用于国际空间站上的大型机械臂(美国国家宇航局的Canadarm2、日本的实验舱机器人系统JEMRMS和欧洲ERA)，还是应用于空间试验及维护的小型机械臂(意大利的SPIDER和EUROPA、欧洲的DEXARM)以及国内设计的空间机械臂(北京邮电大学的机械手系统和哈尔滨工业大学的空间机器人系统)，其关节中均设有保证关节及设备安全的制动器。

常规应用在机械关节中的制动器有齿销式制动器和摩擦片式制动器两种。其中齿销式制动器由电磁铁推动柱销，与卡齿盘接触制动，结构简单成本较低，但在机械臂应用中会有抱闸间隙问题，存在一定残余扭矩，且在制动器释放过程中，需有特殊控制逻辑保证制动器带载情况下的释放。其中摩擦片式制动器为传统方案，通常依靠电磁力驱动。但是摩擦片式制动器中，常规的电磁-弹簧式摩擦制动装置体积要求较大。另然机器人一体化关节在装配时，在关节内部，其有各种传感器线与控制线；而在一体化关节与一体化关节之间，其又有关节之间的通讯线，电源线以及各种传感器线。为了维护的方便，以及快速维修，应采用模块化设计，单关节中空，避免走线的扭折，以便于走线。虽然市面上有中空环式设计的结构，但由于有弹簧组占据空间，使得中空走线空间很小，没有较多空间通过线缆。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单紧凑、体积轻薄、自锁力矩较大的永磁失电保护制动器、制动控制方法及机械关节。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种永磁失电保护制动器，应用于机器人关节内部，包括摩擦盘模块、制动模块和控制模块，所述摩擦盘模块与电机的转子联动且可沿转子轴向方向移动，所述制动模块包括制动永磁环和线圈单元，所述制动永磁环与线圈单元位于所述摩擦盘模块的一侧；所述控制模块与所述线圈单元相连，用于控制所述线圈单元的通断电，当所述线圈单元断电时，所述摩擦盘模块在制动永磁环的磁力作用下与所述线圈单元相吸合；当所述线圈单元通电时，所述线圈单元产生的磁力与所述制动永磁环的磁力相抵消，所述摩擦盘模块与所述线圈单元分离。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述线圈单元包括内定子、线圈和基座，所述基座安装于机器人关节上，所述线圈绕制于所述内定子上，所述线圈和内定子安装于所述基座上，所述制动永磁环位于所述基座与内定子之间。

所述内定子、基座和永磁环的中部均设置有与转子轴孔相连通的线孔。

所述摩擦盘模块包括摩擦衔铁和柔性环片，所述摩擦衔铁通过柔性环片安装于所述转子上。

所述摩擦衔铁和柔性环片的中部均设置有与转子轴孔相连通的线孔。

所述控制模块包括电源转换电路和输出切换电路，所述电源转换电路的输入端接主控制器的释放电压，所述电源转换电路的输入和输出端均与所述输出切换电路的输入端相连，所述输出切换电路的输出端与所述线圈单元相连。