[發明專利]一種用于多自由度機械臂的制動裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201310641597.3
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103692452A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 陳建魁;尹周平;史明輝;李宏舉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J18/00
• 分類號: B25J18/00;B25J19/02;B25J13/08;F16D51/00;F16D65/14;F16D65/02;F16D66/00;F16D121/04;F16D125/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

1.一種用于多自由度機械臂的制動裝置，其特征在于，所述裝置包括：

制動架(20)，其安裝于多自由度機械臂的定子(10)上，用于與制動執行元件(70)配合實現多自由度機械臂的制動；

球鉸制動座(50)，用于制動執行元件的安放與固定，所述球鉸制動座(50)的底座為球面形，其固定在多自由度機械臂左右兩部分動子(40、60)之間，多自由度機械臂左半動子(40)和多自由度機械臂右半動子(60)端部分別開有半球形凹槽與所述球鉸制動座的球形底座形成球面配合；

滾珠花鍵(30)，用于提供多自由度機械臂軸向移動自由度，傳遞扭矩，所述滾珠花鍵(30)一端通過法蘭與多自由度機械臂動左半動子(40)相連接，另一端通過花鍵與多自由度機械臂右半動子(60)相連接；

制動執行元件(70)，用于在多自由度機械臂斷電時立刻動作，與制動架配合提供多自由度機械臂的制動力；

力傳感器(80)，直接與制動執行元件(70)表面相接觸，用于檢測所述制動執行元件(70)端部的壓力；

導向桿(90)，其底部用于所述力傳感器(80)的安裝，其頂部嵌入所述制動架(20)的凹槽中為所述球鉸制動座(50)提供導向。

2.根據權利要求1所述的制動裝置，其特征在于，所述制動架(20)開有環形導向凹槽，其通過螺釘安裝在所述多自由度機械臂定子(10)上。

3.根據權利要求1或2所述的制動裝置，其特征在于，所述多自由度機械臂左半動子(40)設有環形分布的凹槽(42)，所述多自由度機械臂右半動子(60)也設有環形分布的凹槽(62)。

4.根據權利要求1或2所述的制動裝置，其特征在于，所述力傳感器(80)安裝在所述制動執行元件(70)和導向桿(90)之間。

5.根據權利要求3所述的制動裝置，其特征在于，所述制動執行元件為氣缸。

6.根據權利要求5所述的制動裝置，其特征在于，所述氣缸的伸出桿端部安裝有力傳感器(80)，用以檢測氣缸桿輸出和承受力的大小。

7.根據權利要求4-5任一所述的制動裝置，其特征在于，所述力傳感器為六個，分別設置在六個所述導向桿上；所述力傳感器(80)為柱式壓力傳感器，用于實時檢測表面的壓力，輸出與所測力線性相關的模擬電壓。

8.根據權利要求3所述的制動裝置，其特征在于，所述球鉸制動座(50)外圍環形分布有由圓柱桿和制動執行元件(70)安裝底座組成的桿架用以所述制動執行元件的安裝。

9.一種制動系統，其特征在于，所述系統包括根據權利要求1-9所述的制動裝置以及用于檢測多自由度機械臂的通、斷電狀態的狀態監測裝置，用于制動執行元件的壓力精確控制的壓力控制閥以及用于所述壓力控制閥壓力控制的制動控制器；所述制動控制器接收狀態監測裝置和力傳感器的信號，并且通過控制壓力控制閥來調節制動執行元件工作氣壓大小，使得力傳感器的輸出保持在設定值或設定值附近小范圍波動，以實現制動控制功能。

10.根據權利要求9所述的控制系統進行制動控制的方法，其中包括以下步驟：

首先由狀態監測裝置檢測多自由度機械臂的工作狀態，如果狀態檢測裝置檢測到多自由度機械臂處于非工作狀態，則輸出高電平給制動控制器，制動控制器接收到該信號后，制動控制器工作，接收力傳感器的輸出電壓根據該輸入處理計算輸出控制信號，控制壓力控制閥使氣路系統為制動執行元件提供合適的壓力，制動執行元件與制動架產生相互作用力，使力傳感器均處于設定值或在設定值附近小范圍浮動，實現多自由度機械臂的制動；

如果是處于通電工作狀態，則狀態監測裝置輸出低電平，制動控制器也接收輸入信號但不輸出，此時制動執行元件處于自由伸縮狀態，制動裝置隨著多自由度機械臂運動而運動不限制多自由度機械臂的自由度。