[發(fā)明專利]具有斷電自鎖功能的磁控式機器臂關(guān)節(jié)制動器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010252582.4
• 申請日: 2010-08-13
• 公開（公告）號: CN102371589A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設計）人: 許良伊;王伯恭;蔡明祺;鄭銘揚;黃建欽;蔡清雄;許宏成
• 申請（專利權(quán)）人: 臺達電子工業(yè)股份有限公司;國立成功大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;張燕華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機器臂關(guān)節(jié)制動器，尤其涉及一種具有斷電自鎖功能的磁控式機器臂關(guān)節(jié)制動器。

背景技術(shù)

在1984年，ISO/TC184/SC2/WG1曾對機器人定義：“機器人是可程序的機械，在自動控制下實行包括操作或移動動作的課題”。一般工業(yè)用機器人均具有操作機(manipulator)及記憶裝置，而記憶裝置可為可變順序控制裝置或是固定順序控制裝置。如此，機器人便可通過記憶裝置送出信號，以使機器人的操作機執(zhí)行各種移動、旋轉(zhuǎn)、或是伸縮等相關(guān)的動作。此外，在1994年，ISO8373“工業(yè)用機器人操作詞匯”中則說明機器人應包括操作機(manipulator)、制動器(actuator)、以及軟、硬件控制系統(tǒng)。

機器人核心技術(shù)的研發(fā)一直是歐、美、日等先進國家的重要發(fā)展方向。過去機器人發(fā)展主要為工業(yè)用機械手臂(industrial?robot)與機器化控制系統(tǒng)，近年來已朝向智能化與多樣化發(fā)展。傳統(tǒng)人形機器人的傳動機構(gòu)大都以馬達為主，目前現(xiàn)行作法有三，分別為步進馬達、減速機與馬達結(jié)合及高轉(zhuǎn)矩無刷馬達。

步進馬達的種類依照結(jié)構(gòu)來分可以分成三種：永久磁鐵式(permanent?magnet，PM)、可變磁阻式(variable?reluctance，VR)以及復合式(hybrid)。永久磁鐵式步進馬達的轉(zhuǎn)子是以永久磁鐵制成，其特性為線圈無激磁時，由于轉(zhuǎn)子本身具有磁性，故仍能產(chǎn)生保持轉(zhuǎn)矩。可變磁阻式步進馬達的轉(zhuǎn)子是以高導磁材料加工制成，由于是利用定子線圈產(chǎn)生吸引力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，因此當線圈未激磁時無法保持轉(zhuǎn)矩。此外，由于轉(zhuǎn)子可以經(jīng)由設計提高效率，故可變磁阻式步進馬達可以提供較大的轉(zhuǎn)矩。可變磁阻式步進馬達的步進角一般均為15度，通常運用于需要較大轉(zhuǎn)矩與精確定位的工具機上。復合式步進馬達在結(jié)構(gòu)上，是在轉(zhuǎn)子外圍設置許多齒輪狀的突出電極，同時在其軸向亦裝置永久磁鐵，可視為永久磁鐵式與可變磁阻式的合體，故稱的為復合式步進馬達。復合式步進馬達同時具備了永久磁鐵式步進馬達與可變磁阻式步進馬達兩者的優(yōu)點，因此具備高精確度與高轉(zhuǎn)矩的特性。復合式步進馬達的步進角較小，一般介于1.8度～3.6度之間。雖然采用步進馬達具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)速和數(shù)字脈波頻率成正比、控制容易，無需位置反饋、價格低(因無需位置感測裝置)、易與計算機或數(shù)字機器結(jié)合以及無碳刷滑環(huán)等，可靠性高，壽命主要受到軸承限制的特點，但是也具有效率低、高速或高轉(zhuǎn)矩下容易失步、特定頻率下易產(chǎn)生共振以及高負載下，可靠性較差的缺點。

利用減速機與馬達結(jié)合是機器人應用上最普遍的架構(gòu)。一般減速機必需在很高的軸向及徑向負載下，具有極小的背隙，能將高的輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為較低的輸出轉(zhuǎn)速并傳遞大的輸出扭矩。減速機需容易安裝于馬達上，且保持精確的對位，確保產(chǎn)生的系統(tǒng)噪音及振動為最小。一般而言，此減速機與馬達結(jié)合架構(gòu)具有適用于低速高扭力場合、馬達可設計在高效率區(qū)域、控制容易，可采簡易反饋控制、易與計算機或數(shù)字機器結(jié)合以及可應用無刷馬達，具高可靠性，壽命主要受到軸承限制的特點，但采用此架構(gòu)的缺失有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不易扁薄化、定位能力受限于減速機構(gòu)，且機構(gòu)常需維護、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，減速機成本偏高以及國外大廠掌握關(guān)鍵技術(shù)。

無刷馬達采用釹鐵錋磁鐵(NdFeB)，具有體積小、高功率及高扭力密度特性，再加上無碳刷設計，可降低電磁干擾及系統(tǒng)保養(yǎng)等優(yōu)點。但在機器人應用上，特別在高轉(zhuǎn)矩設計前提下，采用此架構(gòu)的缺失有所需馬達體積過大、電流易過高衍生過熱問題以及馬達工作效率偏低等。

制動制動制動

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有斷電自鎖功能的磁控式機器臂關(guān)節(jié)制動器，利用永久磁鐵相吸的頓轉(zhuǎn)效應，提供所述制動器處于高頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，產(chǎn)生較大的閉鎖力量，而能在斷電時，自動切換所述制動器處于高頓轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，產(chǎn)生較大的閉鎖力量以鎖住該內(nèi)層動子的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種具有斷電自鎖功能的磁控式機器臂關(guān)節(jié)制動器，該制動器包含一內(nèi)層定子、一內(nèi)層動子、一外層動子、一外層定子以及一固定軸。該內(nèi)層定子包含一鐵心與繞設在該鐵心上的一繞組。該內(nèi)層動子套接于該內(nèi)層定子外徑，該內(nèi)層動子由多個N極永久磁鐵、多個S極永久磁鐵與多個鐵金屬材料交錯設置而成。該外層動子套接于該內(nèi)層動子外徑，該外層動子由多個N極永久磁鐵、多個S極永久磁鐵與多個鐵金屬材料交錯設置而成。該外層定子套接于該內(nèi)層動子外徑，并且與該外層動子疊接，該外層定子由多個N極永久磁鐵、多個S極永久磁鐵與多個鐵金屬材料交錯設置而成。該固定軸穿設于該內(nèi)層定子內(nèi)。