[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

技術領域

本發明涉及機電領域，特別是涉及一種用于多自由度機械臂制動的制動裝置及控制方法。

背景技術

隨著微電子技術、傳感器技術、控制技術和機械制造工藝水平的飛速發展，機器人的應用領域逐步從汽車拓展到其它領域。在各種類型的機械臂中，模擬人體手臂而構成的關節型機械臂，具有結構緊湊、所占空間小、運動空間大等優點，是應用最為廣泛的機械臂之一。尤其由柔性關節組成的柔性仿生機械臂在機械制造領域中的應用和需求越來越突出。

上述機械臂共同特點是具有多個運動自由度，比如機械臂關節部位采用鉸鏈的形式，則該部位就具有一個旋轉自由度；機械臂關節部位采用球鉸或者球面副的形式，則該部位就具有空間旋轉自由度。通過多個關節的組合使得機械臂擁有人手一樣的自由度，這就使得機械臂可以代替人完成一些特定的工作，比如機械制造中的裝配、焊接等工作。

在多自由度機械臂的使用過程中，經常會遇到由于更換夾具、上下料等原因使得機械臂的電機斷電，又希望機械臂保持在原先工作位置的情況。多自由度機械臂斷電或發生故障時，驅動電機可能將失去電磁力的作用，機械臂在重力作用下運動偏離停機的位置，這就要求多自由度機械臂具有制動剎車機構。多自由度機械臂的制動方式與普通電機的制動方式存在一定的區別，一方面制動裝置在多自由度機械臂運動過程中不影響多自由度機械臂的運動，另一方面制動裝置能提供多自由度機械臂動子的空間自由度制動力。該制動裝置及控制方法可以被很好地用于球面電機的制動。

發明內容

基于上述需求，本發明的目的在于提供一種結構簡單、裝配方便、制動可靠的多自由度機械臂制動裝置及控制方法。該裝置的機械結構可以在多自由度機械臂轉動的時候隨著多自由度機械臂一起旋轉，通過與動子的球面副保證多自由度機械臂擺動的自由度。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

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，其安裝于多自由度機械臂的定子上，用于與制動執行元件配合實現多自由度機械臂的制動；

球鉸制動座，用于制動執行元件的安放與固定，所述球鉸制動座的底座為球面形，其固定在多自由度機械臂左右兩部分動子之間，多自由度機械臂左半動子和多自由度機械臂右半動子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，用于提供多自由度機械臂軸向移動自由度，傳遞扭矩，所述滾珠花鍵一端通過法蘭與多自由度機械臂動左半動子相連接，另一端通過花鍵與多自由度機械臂右半動子相連接；

制動執行元件，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，用于檢測所述制動執行元件端部的壓力；

導向桿，其底部用于所述力傳感器的安裝，其頂部嵌入所述制動架的凹槽中為所述球鉸制動座提供導向。

優選的，所述制動架開有環形導向凹槽，其通過螺釘安裝在所述多自由度機械臂定子上。

優選的，所述多自由度機械臂左半動子設有環形分布的凹槽，所述多自由度機械臂右半動子也設有環形分布的凹槽。

優選的，所述力傳感器安裝在所述制動執行元件和導向桿之間。

優選的，所述制動執行元件為氣缸。

優選的，所述氣缸伸出桿端部安裝有力傳感器，用以檢測氣缸桿輸出和承受力的大小。所述力傳感器為柱式壓力傳感器，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。

優選的，所述力傳感器為柱式壓力傳感器，該元件能實時監測表面壓力的變化，輸出與壓力大小線性相關的模擬電壓。

優選的，所述球鉸制動座外圍環形分布有由圓柱桿和制動執行元件安裝底座組成的桿架用以所述制動執行元件的安裝。

優選的，所述力傳感器為六個，分別設置在六個導向桿上。

另一方面，本發明提供一種的制動系統，其特征在于，所述系統包括上述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的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。

另一方面，本發明提供一種利用所述的控制系統進行制動控制的方法，其中包括以下步驟：