專利名稱：可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型屬于機械裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件。
技術(shù)背景[0002]隨著技術(shù)的進步，越來越多的機械裝置被應用在如航空航天、醫(yī)療及核工業(yè)等領(lǐng) 域中。在這種環(huán)境空間下，如果運動關(guān)節(jié)發(fā)生故障將可能導致整個機械裝置無法完成任務， 而操作人員又難以接觸，后果非常嚴重。機械裝置的關(guān)節(jié)運動是依靠關(guān)節(jié)驅(qū)動器的工作來 實現(xiàn)的，因此提高關(guān)節(jié)驅(qū)動器的可靠性具有非常重要的意義。[0003]按照機械設(shè)計理論，機構(gòu)的自由度應該與驅(qū)動器數(shù)目相等。對于單關(guān)節(jié)機構(gòu)，例如 瑞士的RUAG公司研制的用于調(diào)整太陽翼帆板朝向陽光角度的驅(qū)動組件，具有一個驅(qū)動器， 如果該驅(qū)動器損壞，則整個關(guān)節(jié)功能失效；對于多關(guān)節(jié)機構(gòu)，例如串行的機械臂，少則三、 四個關(guān)節(jié)，多則十幾個關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)要完成產(chǎn)生與傳遞動力、位置感知和機械連接三個任 務，當某個關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置失效后，由參考文獻[1]焦建民，周軍，李歡.故障容錯串聯(lián)機械 臂設(shè)計方法研究[J].機器人，2003，25 (7) :643-647.中記載了利用串聯(lián)機械臂容錯方法， 雖然有可能完成特定任務，但沒有解決關(guān)節(jié)可靠性的根本問題。傳統(tǒng)的可靠性方法只靠采 用高質(zhì)量的元器件，然而這還不夠，系統(tǒng)冗余也是有效的可靠性技術(shù)，這起源于馮·諾依曼 的計算機可靠性技術(shù)。例如，太陽翼展開的釋放裝置就采用了冗余電起爆器的設(shè)計方式。 有些驅(qū)動組件也采用了冗余驅(qū)動器或冗余繞組的設(shè)計，如參考文獻[2]甘順水，孫漢旭， 賈慶軒等.基于雙繞組無刷電機的冗余控制系統(tǒng)設(shè)計[J].儀表技術(shù)，2009，2 :38-40.但其 只有簡單的備份作用，并不能實現(xiàn)驅(qū)動器協(xié)同工作，因此不能被稱為冗余驅(qū)動。冗余驅(qū)動方 式是指驅(qū)動器的數(shù)目大于機構(gòu)的自由度數(shù)，具有低功耗、大扭矩、精度高、力學性能好等優(yōu) 點，如參考文獻[3]白志富，梁輝，陳五一.冗余并聯(lián)機構(gòu)的內(nèi)力及應用.機械設(shè)計與研究 [J]，2006，22 (4) :13-16中就記載了這些有點.但是，至今還沒有特別提出過基于冗余驅(qū)動 的高可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動裝置。發(fā)明內(nèi)容[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提出一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，該 可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件將具有扭矩限制器的齒輪系機構(gòu)與行星減速器相融合，并通過增 加冗余驅(qū)動器的方式，設(shè)計出一種既具有備份功能，又具有低功耗、大扭矩、精度高、力學性 能好且振動小等優(yōu)點的新型關(guān)節(jié)冗余驅(qū)動組件。[0005]所述的可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件由冗余驅(qū)動裝置和控制裝置組成。所述的冗余驅(qū) 動裝置包括驅(qū)動電機A、驅(qū)動電機B、電機架、殼體和行星減速器；所述的電機架的一側(cè)具有 臺階面，從上至下地布置有上軸承位、中軸承位和下軸承位；電機架的另一側(cè)上部具有兩個 平行的凸臺，分別并行連接著驅(qū)動電機A和驅(qū)動電機B，為冗余驅(qū)動裝置提供動力輸入；下 部具有法蘭盤，行星減速器通過四個周向分布的螺釘連接固定在該法蘭盤上。驅(qū)動電機A 和驅(qū)動電機B分別或協(xié)同將力矩通過齒輪系輸入行星減速器，實現(xiàn)了冗余驅(qū)動裝置的力矩輸出。所述的殼體與電機架的臺階面一側(cè)相扣合，并用螺釘固定。所述的冗余驅(qū)動裝置還包 括有齒輪系，包容在殼體和電機架之間，為驅(qū)動電機A和驅(qū)動電機B的輸入進行齒輪傳動， 并實現(xiàn)力矩過載保護功能。[0006]所述的齒輪系包括小齒輪A、小齒輪B、齒輪軸A、軸承對A、孔用彈性卡圈A、齒輪軸 B、軸承對B、孔用彈性卡圈B、傳動軸組件、軸承C、軸承D和孔用彈性卡圈C。[0007]所述的驅(qū)動電機A的電機軸上固定著小齒輪A，驅(qū)動電機B的電機軸上固定著小 齒輪B，所述的小齒輪A與小齒輪B平行布置；所述的齒輪軸A兩端套著軸承對A，齒輪軸A 和軸承對A通過一對孔用彈性卡圈A定位在電機架的上軸承位和殼體的臺階孔A之間，并 使小齒輪A和小齒輪B同時與齒輪軸A的大齒輪A部分相嚙合；所述的齒輪軸B兩端套著 軸承對B，齒輪軸B和軸承對B通過一對孔用彈性卡圈B定位在電機架的中軸承位和殼體的 臺階孔B之間，并使齒輪軸B的大齒輪B與齒輪軸A的小齒輪C相嚙合。[0008]所述的傳動軸組件包括傳動軸、扭矩限制器、平鍵、軸用彈性卡圈和大齒輪C ；所 述的扭矩限制器包括軸套、碟簧、扭矩調(diào)節(jié)刻度盤、作用環(huán)、滾珠、小法蘭盤和緊定螺釘；通 過小法蘭盤和軸套的限位鋼珠，實現(xiàn)小法蘭盤和軸套之間的相對轉(zhuǎn)動，扭矩調(diào)節(jié)刻度盤與 軸套螺紋連接，并套在軸套的外側(cè)，擰緊扭矩調(diào)節(jié)刻度盤上的緊定螺釘，使扭矩調(diào)節(jié)刻度盤 與軸套定位，并通過碟簧將作用環(huán)和滾珠壓至小法蘭盤。[0009]所述的大齒輪C通過螺釘固定在扭矩限制器的小法蘭盤上，扭矩限制器的軸套套 在傳動軸上，通過平鍵和軸用彈性卡圈分別實現(xiàn)扭矩限制器在傳動軸上的徑向和軸向定 位；傳動軸的兩端分別安裝著軸承C與軸承D，傳動軸、軸承C和軸承D通過孔用彈性卡圈C 和臺階孔C連接定位在電機架的下軸承位和殼體之間；傳動軸靠近軸承D的一端為行星減 速器的輸入端。[0010]所述的控制裝置包括光電碼盤A、光電碼盤B、接近開關(guān)和控制柜；所述的光電碼 盤A連接在驅(qū)動電機A的后端，所述的光電碼盤B連接在驅(qū)動電機B的后端，光電碼盤A和 光電碼盤B用于向電機驅(qū)動器發(fā)送檢測驅(qū)動電機A和驅(qū)動電機B的轉(zhuǎn)速和角位移的方波信 號，且光電碼盤A和光電碼盤B分別與控制柜相連接；所述的接近開關(guān)用于檢測過載信號， 通過扁螺母固定在殼體底部的長孔上，并與扭矩限制器的作用環(huán)相對設(shè)置；所述的控制裝 置還包括有單獨設(shè)置的到位開關(guān)，僅與控制柜相連接用于檢測冗余驅(qū)動裝置所設(shè)定運動的 完成情況。[0011]所述的控制柜由外殼和內(nèi)容物組成；所述的內(nèi)容物包括中心控制單元、電源模塊、 接線端子、電機驅(qū)動器和電源適配器。所述的外殼底板與頂蓋之間安裝有隔板，通過隔板將 控制柜分隔為上下兩層，每一層都安裝有接線端子用于輔助連線，中心控制單元和電源模 塊安裝在隔板的上表面，電機驅(qū)動器和電源適配器安裝在控制柜的底板上表面。[0012]所述的外殼的前面板的外表面布置有顯示屏、急停開關(guān)、電源開關(guān)、選擇開關(guān)、速 度設(shè)定旋鈕、位置設(shè)定旋鈕、八個按鈕、到位指示燈和過載指示燈，所述的八個按鈕分別為 自動正轉(zhuǎn)按鈕、自動反轉(zhuǎn)按鈕、暫停按鈕、停止按鈕、手動正轉(zhuǎn)按鈕、手動反轉(zhuǎn)按鈕、驅(qū)動電 機A上電按鈕和驅(qū)動電機B上電按鈕。[0013]所述的外殼前面板的急停開關(guān)與電源開關(guān)均串聯(lián)接入到220V交流電源接口與電 源適配器之間，驅(qū)動電機A上電按鈕與驅(qū)動電機B上電按鈕分別與兩個電機驅(qū)動器相連接， 兩個驅(qū)動電機驅(qū)動器之間通過CAN總線相通信，用于驅(qū)動電機A和驅(qū)動電機B之間的切換和聯(lián)系。外殼前面板的顯示屏、選擇開關(guān)、速度設(shè)定旋鈕、位置設(shè)定旋鈕、自動正轉(zhuǎn)按鈕、自 動反轉(zhuǎn)按鈕、暫停按鈕、停止復位按鈕、手動正轉(zhuǎn)按鈕、手動反轉(zhuǎn)按鈕、到位指示燈與過載指 示燈均與中心控制單元的接口相連接。[0014]所述的外殼后面板上布置有驅(qū)動電機A航空插座、驅(qū)動電機B航空插座、接近開關(guān) 航空插座、到位開關(guān)航空插座、控制方式選擇開關(guān)和220V交流電源接口。[0015]所述的220V交流電源接口連接到控制柜內(nèi)部的電源適配器，并將電源適配器連 接到電源模塊和電機驅(qū)動器的電源接口上。所述的中心控制單元與電源模塊的5V輸出端 相連接獲取供電；所述的接近開關(guān)的線纜與控制柜后面板的接近開關(guān)航空插座相連接，到 位開關(guān)航空插座與到位開關(guān)相連接。所述的控制方式選擇開關(guān)串聯(lián)在電源模塊的5V輸出 端和中心控制單元之間。外殼后面板的驅(qū)動電機A航空插座和驅(qū)動電機B航空插座與電機 驅(qū)動器相連接；接近開關(guān)航空插座與到位開關(guān)航空插座均與電機驅(qū)動器和中央控制單元相 連接；光電碼盤A的尾部伸出的線纜與控制柜后面板的驅(qū)動電機A航空插座相連接，光電碼 盤B的尾部伸出的線纜與控制柜后面板的驅(qū)動電機B航空插座相連接。[0016]所述的選擇開關(guān)具有兩個模式位置。當選擇開關(guān)處于手動模式位置時，冗余驅(qū)動 裝置處于手動模式，通過速度設(shè)定旋鈕以及顯示屏的顯示信息調(diào)整設(shè)定運行速度，保持按 壓手動正轉(zhuǎn)按鈕或手動反轉(zhuǎn)按鈕，冗余驅(qū)動裝置進行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運動，松開后運動即停止。 當選擇開關(guān)處于自動模式位置時，通過速度設(shè)定旋鈕、位置設(shè)定旋鈕以及顯示屏的顯示信 息調(diào)整設(shè)定冗余驅(qū)動裝置的運行位置和速度，點擊自動正轉(zhuǎn)按鈕，冗余驅(qū)動裝置將會按照 設(shè)定的速度進行自動正轉(zhuǎn)；點擊自動反轉(zhuǎn)按鈕，冗余驅(qū)動裝置將會按照設(shè)定的速度進行自 動反轉(zhuǎn)；在轉(zhuǎn)動過程中，點擊暫停按鈕，冗余驅(qū)動裝置暫停運動，但本次運動狀態(tài)并不取消， 再次點擊暫停按鈕，冗余驅(qū)動裝置繼續(xù)運動，在暫停狀態(tài)下點擊停止按鈕則終止本次操作。[0017]本實用新型具有以下優(yōu)點[0018]1、本實用新型公開的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，將具有扭矩限制器的齒輪系 機構(gòu)與行星減速器相融合，并通過增加冗余驅(qū)動器的方式，設(shè)計出一種既具有備份功能，又 具有低功耗、大扭矩、精度高、力學性能好且振動小等優(yōu)點的新型關(guān)節(jié)冗余驅(qū)動組件。[0019]2、本實用新型公開的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，驅(qū)動裝置的兩個電機可以一 個主動工作，另一個從動，當主動電機出現(xiàn)掉電故障時，從動電機可以自動啟動，從而提高 了驅(qū)動組件的可靠性。[0020]3、本實用新型公開的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件的兩個驅(qū)動電機可以協(xié)同工 作，從而提高了驅(qū)動裝置的負載能力和力學性能。[0021]4、本實用新型公開的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，具有驅(qū)動裝置和控制裝置， 不僅能直觀方便的控制驅(qū)動組件的工作，還能實時監(jiān)控驅(qū)動裝置的工作狀態(tài)以及讀取工作 電壓、電流、速度和位置等參數(shù)。[0022]5、本實用新型公開的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，采用了扭矩限制器，可有效 避免外載荷過大或誤操作時對驅(qū)動器造成的損害，接近開關(guān)安裝在外殼上，與扭矩限制器 的作用環(huán)相對設(shè)置，可將過載信息傳送給控制柜。[0023]6、本實用新型公開的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，采用模塊化設(shè)計，而且控制 柜的頂蓋打開就可以看見電路板，方便拆裝與維修。[0024]7、本實用新型公開的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，驅(qū)動裝置與控制柜之間設(shè)置有航空插座連接，方便可靠。


[0025] 圖l本實用新型提出的可靠性關(guān)節(jié)驅(qū)動組件的驅(qū)動裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；[0026] 圖2本實用新型提出的可靠性關(guān)節(jié)驅(qū)動組件的驅(qū)動裝置的剖面圖；[0027] 圖3本實用新型提出的可靠性關(guān)節(jié)驅(qū)動組件的驅(qū)動裝置的傳動軸組件結(jié)構(gòu)示意圖；[0028] 圖4本實用新型提出的可靠性關(guān)節(jié)驅(qū)動組件的控制柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；[0029] 圖5本實用新型提出的可靠性關(guān)節(jié)驅(qū)動組件的控制柜的外觀示意圖；[0030] 圖6；本實用新型提出的可靠性關(guān)節(jié)驅(qū)動組件的控制柜前面板的配置示意圖；[0031] 圖7本實用新型提出的可靠性關(guān)節(jié)驅(qū)動組件的控制柜后面板的配置示意圖；[0032] 圖8本實用新型提出的可靠性關(guān)節(jié)驅(qū)動組件的控制柜整體電路系統(tǒng)示意圖。[0033] 圖中[0034] 卜電機架；2一驅(qū)動電機A；3一光電碼盤A；4一孔用彈性卡圈B；[0035] 5一軸承D；6一孔用彈性卡圈C；7一大齒輪；8一千鍵；[0036] 9一扭矩限制器； lo一扁螺母；11一接近開關(guān)；12一軸用彈性卡圈；[0037] 13一軸承C；14一傳動軸；15一殼體；16一軸承對B；[0038] 17一齒輪軸B；18一軸承對A； 19一孔用彈性卡圈A； 20一齒輪軸A；[0039] 2卜小齒輪A；22一行星減速器；23一驅(qū)動電機B；24一光電碼盤B；[0040] 25一小法蘭盤；26一軸套；27一滾珠；28一作用環(huán)；[0041] 29一碟簧；30一扭矩調(diào)節(jié)刻度盤；3卜緊定螺釘；32一中心控制單元；[0042] 33一電源模塊；34一接線端子；35一電機驅(qū)動器；36一電源適配器；[0043] 37一前面板；38一頂蓋；39一后面板；40一顯示屏；[0044] 4卜選擇開關(guān)；42一速度設(shè)定旋鈕； 43一位置設(shè)定旋鈕； 44一自動正轉(zhuǎn)按鈕；[0045] 45一自動反轉(zhuǎn)按鈕； 46一暫停按鈕；47一停止復位按鈕； 48一手動正轉(zhuǎn)按鈕；[0046] 4L手動反轉(zhuǎn)按鈕；50一到位指示燈；5卜過載指示燈；[0047] 52一驅(qū)動電機A上電按鈕；53一驅(qū)動電機B上電按鈕；54一急停開關(guān)；[0051] 55一電源開關(guān)；56一驅(qū)動電機A航空插座； 57一驅(qū)動電機B航空插座；[0048] 58一接近開關(guān)航空插座；59一到位開關(guān)航空插座；60一控制方式選擇開關(guān)；[0049] 6卜220V交流電源接口； 62一底板。
具體實施方式
[0050]
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。[0051] 本發(fā)明提出一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件及其控制方法，所述的可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件包括冗余驅(qū)動裝置和控制裝置；所述的冗余驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機A21驅(qū)動電機B231電機架l1殼體15和行星減速器22，如圖l所示。所述的電機架l的一側(cè)為臺階面，從上至下地布置有上軸承位1中軸承位和下軸承位；電機架l的另一側(cè)上部具有兩個平行的凸臺，分別并行連接著驅(qū)動電機A2和驅(qū)動電機B23，為冗余驅(qū)動裝置提供動力輸入；電機架l的凸臺一側(cè)下部為法蘭盤，行星減速器22通過四個周向分布的螺釘連接固定在該法蘭盤上。所述的殼體15與電機架1的臺階面一側(cè)相扣合，并用螺釘固定，殼體15上具有與上軸 承位、中軸承位和下軸承位相對應的臺階孔A、臺階孔B和臺階孔C，所述的冗余驅(qū)動裝置還 包括有齒輪系，位于殼體15和電機架1的臺階面之間，為驅(qū)動電機A2和驅(qū)動電機B23的輸 出進行齒輪傳動，并實現(xiàn)力矩過載保護功能。[0052]如圖2所示，所述的齒輪系包括小齒輪A21、小齒輪B、齒輪軸A17、軸承對A18、孔 用彈性卡圈A19、齒輪軸B20、軸承對B16、孔用彈性卡圈B4、傳動軸組件、軸承C13、軸承D5 和孔用彈性卡圈C6。所述的驅(qū)動電機A2的電機軸上用螺紋膠固定著小齒輪A21，同理，驅(qū) 動電機B23的電機軸上用螺紋膠固定著小齒輪B，所述的小齒輪B與小齒輪A21平行布置， 在圖2中，驅(qū)動電機B23與小齒輪B隨電機架1的剖切而不在圖中顯示；所述的齒輪軸A17 兩端套著軸承對A18，齒輪軸A20和軸承對A18通過一對孔用彈性卡圈A19定位在電機架 1的上軸承位和殼體15的臺階孔A之間，并保證小齒輪A21和小齒輪B同時與齒輪軸A17 的大齒輪A1701部分相嚙合；所述的齒輪軸B20兩端套著軸承對B16，齒輪軸B20和軸承對 B16通過一對孔用彈性卡圈B4定位在電機架1的中軸承位和殼體15的臺階孔B之間，并保 證齒輪軸B20的大齒輪B2001與齒輪軸A17的小齒輪C1702相嚙合。[0053]所述的傳動軸組件包括傳動軸14、扭矩限制器9、平鍵8、軸用彈性卡圈12和大齒 輪C7 ；所述的扭矩限制器9能在傳遞扭矩過大時保護電機和齒輪，如圖3所示，扭矩限制器 9包括軸套沈、碟簧四、扭矩調(diào)節(jié)刻度盤30、作用環(huán)觀、滾珠27、小法蘭盤25和緊定螺釘31。 通過由小法蘭盤25和軸套沈的限位鋼珠，小法蘭盤25和軸套沈之間可以相對轉(zhuǎn)動，扭矩 調(diào)節(jié)刻度盤30與軸套沈螺紋連接，并套在軸套沈的外側(cè)，擰緊扭矩調(diào)節(jié)刻度盤30上的緊 定螺釘31，使扭矩調(diào)節(jié)刻度盤30與軸套沈定位，通過碟簧四和作用環(huán)觀使?jié)L珠27壓緊 至小法蘭盤25的凹槽中。所述的大齒輪C7通過四個周向均勻分布的螺釘連接固定在扭矩 限制器9的小法蘭盤25上，并保證大齒輪C7與齒輪軸B20的小齒輪D2002相嚙合。扭矩 限制器9的軸套沈套在傳動軸14上，通過平鍵8和軸用彈性卡圈12分別實現(xiàn)扭矩限制器 9在傳動軸14上的徑向和軸向定位；傳動軸14的兩端分別安裝著軸承C13與軸承D5，如圖 2，傳動軸14、軸承C13和軸承D5通過孔用彈性卡圈C6連接定位在電機架1的下軸承位和 殼體15的臺階孔C之間；傳動軸14靠近軸承D5的一端為行星減速器22的輸入端，傳動軸 14與行星減速器22的一級太陽齒輪過盈配合安裝。[0054]經(jīng)過上述連接的冗余驅(qū)動裝置，驅(qū)動電機A2和驅(qū)動電機B23通過小齒輪A21和小 齒輪B可以分別或協(xié)同將力矩傳遞給齒輪軸A17的大齒輪A1701，使齒輪軸A17轉(zhuǎn)動，齒輪 軸A17的轉(zhuǎn)動帶動小齒輪C1702轉(zhuǎn)動，再經(jīng)齒輪軸B20的大齒輪B2001的轉(zhuǎn)動傳遞，使齒輪 軸B20轉(zhuǎn)動，即使其小齒輪D2002轉(zhuǎn)動，再經(jīng)齒輪軸B20的小齒輪D2002將力矩傳遞到大齒 輪C7，再經(jīng)大齒輪C7傳遞到扭矩限制器9的小法蘭盤25，小法蘭盤25具有凹槽，滾珠27 被碟簧四壓緊在凹槽內(nèi)，通過凹槽壁與滾珠27的擠壓，力矩傳遞給滾珠27，滾珠27與具有 滾珠位的作用環(huán)洲徑向定位，從而帶動作用環(huán)觀，通過與作用環(huán)觀相聯(lián)接的軸套沈之后 通過平鍵8將力矩傳遞給傳動軸14。由傳動軸14將力矩輸入至行星減速器22，經(jīng)行星減 速器22將力矩傳遞給與行星減速器輸出軸相聯(lián)接的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，完成冗余驅(qū)動裝置的輸出， 這樣實現(xiàn)了冗余驅(qū)動裝置的力矩輸出。[0055]如圖1、圖2和圖4，所述的控制裝置包括光電碼盤A3、光電碼盤B24、接近開關(guān)11 和控制柜。如圖1，所述的光電碼盤A3連接在驅(qū)動電機A2的后端，所述的光電碼盤BM連接在驅(qū)動電機B23的后端，光電碼盤A3和光電碼盤BM用于向電機驅(qū)動器35發(fā)送檢測驅(qū) 動電機A2和驅(qū)動電機B23的轉(zhuǎn)速和角位移的方波信號。所述的接近開關(guān)11用于檢測過載 信號，如圖2，通過扁螺母10固定在殼體15底部的長孔上，并與扭矩限制器9的作用環(huán)觀 相對設(shè)置，接近開關(guān)11與作用環(huán)觀的初始相對位置可以調(diào)整，通過松開扁螺母10，使接近 開關(guān)11在長孔中移動，再重新擰緊扁螺母10。所述的到位開關(guān)用于檢測冗余驅(qū)動裝置所設(shè) 定運動的完成情況，完成運動的方式可通過觸碰到位開關(guān)來判斷，到位開關(guān)為單獨設(shè)置的 裝置，僅與到位開關(guān)航空插座相連接。[0056]所述的控制柜由外殼和內(nèi)容物組成，如圖4所示，所述的內(nèi)容物包括中心控制單 元32、電源模塊33、接線端子34、電機驅(qū)動器35和電源適配器36。[0057]所述的控制柜外殼，如圖5所示，所述的控制柜外殼的底板62與頂蓋38之間安裝 有隔板63，如圖4，通過隔板63將控制柜內(nèi)部分隔為兩層，每一層的邊緣都安裝有接線端 子34用于輔助連線，中心控制單元32和電源模塊33安裝在隔板63的上表面，電機驅(qū)動器 35和電源適配器36安裝在控制柜的底板62內(nèi)表面，所述的中心控制單元32內(nèi)部包括A/ D轉(zhuǎn)換單元、存儲計算芯片、電壓轉(zhuǎn)換模塊、用于消除信號干擾的光電隔離模塊、用于輔助電 路控制模式切換的繼電器模塊和濾波模塊，如圖8所示。[0058]如圖6所示，所述的外殼的前面板37的外表面布置有顯示屏40、急停開關(guān)54、電 源開關(guān)陽、選擇開關(guān)41、速度設(shè)定旋鈕42、位置設(shè)定旋鈕43、自動正轉(zhuǎn)按鈕44、自動反轉(zhuǎn)按 鈕45、暫停按鈕46、停止復位按鈕47、手動正轉(zhuǎn)按鈕48、手動反轉(zhuǎn)按鈕49、驅(qū)動電機A2上電 按鈕52和驅(qū)動電機B23上電按鈕53、到位指示燈50和過載指示燈51。[0059]所述的驅(qū)動電機A上電按鈕52與驅(qū)動電機B上電按鈕53分別與控制柜內(nèi)部的兩 個電機驅(qū)動器35相連接，兩個電機驅(qū)動器35之間通過CAN總線相通信，用于驅(qū)動電機A2和 驅(qū)動電機B23之間的切換和聯(lián)系。前面板37的顯示屏40、選擇開關(guān)41、速度設(shè)定旋鈕42、 位置設(shè)定旋鈕43、自動正轉(zhuǎn)按鈕44、自動反轉(zhuǎn)按鈕45、暫停按鈕46、停止復位按鈕47、手動 正轉(zhuǎn)按鈕48、手動反轉(zhuǎn)按鈕49、到位指示燈50與過載指示燈51均與中心控制單元32的接 口相連接，如圖8所示。[0060]所述的外殼的后面板39上布置有驅(qū)動電機A航空插座56、驅(qū)動電機B航空插座 57、接近開關(guān)航空插座58、到位開關(guān)航空插座59、控制方式選擇開關(guān)60和220V交流電源接 口 61，如圖7所示。[0061]所述的220V交流電源接口 61連接到控制柜內(nèi)部的電源適配器36，電源適配器36 輸出28V直流電壓，并將電源適配器36連接到電源模塊33和電機驅(qū)動器35的電源接口上， 電源模塊33可以輸出5V與24V直流電壓，中心控制單元32與電源模塊33的5V輸出端相 連接獲取供電。所述的前面板37上的急停開關(guān)M與電源開關(guān)55均串聯(lián)接入到后面板的 220V交流電源接口 61與電源適配器36之間。接近開關(guān)11的線纜與控制柜后面板39的接 近開關(guān)航空插座58相連接，到位開關(guān)航空插座59與到位開關(guān)相連接，控制方式選擇開關(guān)60 串聯(lián)在電源模塊33的5V電壓輸出和中心控制單元32之間，控制方式選擇開關(guān)60具有兩 個選擇接合位置，分別為備份位置和協(xié)同位置，當處于備份位置時，可控制驅(qū)動裝置的驅(qū)動 電機A2和驅(qū)動電機B23 —個主動工作，另一個從動；當處于協(xié)同位置時，驅(qū)動電機A2和驅(qū) 動電機B23協(xié)同工作。后面板39的驅(qū)動電機A航空插座56和驅(qū)動電機B航空插座57與 電機驅(qū)動器35相連接；接近開關(guān)航空插座58與到位開關(guān)航空插座59均與電機驅(qū)動器35和中央控制單元32相連接；光電碼盤A3的尾部伸出的線纜與控制柜后面板39的驅(qū)動電機 A航空插座相連接，光電碼盤B24的尾部伸出的線纜與控制柜的外殼的后面板39的驅(qū)動電 機B航空插座相連接。[0062]控制柜通過外殼的前面板37對冗余驅(qū)動裝置進行操作，所述的選擇開關(guān)41處于 兩個選擇位置，分別為自動模式位置和手動模式位置，當選擇開關(guān)41指向自動模式位置 時，冗余驅(qū)動裝置處于自動模式，通過速度設(shè)定旋鈕42、位置設(shè)定旋鈕43以及顯示屏40的 顯示信息可以調(diào)整設(shè)定冗余驅(qū)動裝置的運行位置和速度，點擊自動正轉(zhuǎn)按鈕44，冗余驅(qū)動 裝置將會按照設(shè)定的速度進行自動正轉(zhuǎn)；點擊自動反轉(zhuǎn)按鈕45，冗余驅(qū)動裝置將會按照設(shè) 定的速度進行自動反轉(zhuǎn)；在轉(zhuǎn)動過程中，點擊暫停按鈕46，冗余驅(qū)動裝置暫停運動，但本次 運動狀態(tài)并不取消，再次點擊暫停按鈕46，冗余驅(qū)動裝置繼續(xù)運動，在暫停狀態(tài)下點擊停止 復位按鈕47則終止本次操作，冗余驅(qū)動組件有兩種完成運動的方式，分別為達到冗余驅(qū)動 裝置前面板37的位置設(shè)定旋鈕43設(shè)定的運行位置和觸碰到位開關(guān)。[0063]當選擇開關(guān)41指向手動模式位置時，冗余驅(qū)動裝置處于手動模式，通過速度設(shè)定 旋鈕42以及顯示屏40的顯示信息可以調(diào)整設(shè)定運行速度，保持按壓手動正轉(zhuǎn)按鈕48或手 動反轉(zhuǎn)按鈕49，冗余驅(qū)動裝置會按照設(shè)定的速度進行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運動，松開后運動即停止。[0064]在冗余驅(qū)動裝置運轉(zhuǎn)過程中，如果冗余驅(qū)動裝置超載，可能會導致齒輪系、驅(qū)動電 機A2或驅(qū)動電機B23的損壞。針對這種情況，冗余驅(qū)動裝置采用了扭矩限制器9，超載會 使扭矩限制器9傳遞的力矩過大，當該力矩超過扭矩限制器9設(shè)定的傳遞力矩的最大值時， 扭矩限制器9的滾珠27將會從小法蘭盤25的凹槽中脫出，從而使作用環(huán)觀向遠離小法蘭 盤25的一側(cè)移動，主被動傳動完全打滑脫開；由于接近開關(guān)11與作用環(huán)觀相對設(shè)置，作用 環(huán)觀移動后就進入到接近開關(guān)11的檢測范圍，于是接近開關(guān)11產(chǎn)生電信號并傳送至控制 柜，控制系統(tǒng)可以根據(jù)過載信息進行處理；過載消失后，在碟簧四的作用下滾珠27自動復 位，作用環(huán)觀回歸。扭矩限制器9的最大傳遞扭矩在一定范圍內(nèi)是可以調(diào)整的，松開緊定 螺釘31并旋轉(zhuǎn)扭矩調(diào)節(jié)刻度盤30，從而改變碟簧四的預緊力，也就改變了脫開扭矩大小， 之后擰緊緊定螺釘31 ；通過調(diào)整，可以使行星減速器22輸出的負載最大值在50Nm到IOONm 之間設(shè)定。[0065]通過外殼前面板37的顯示屏40對驅(qū)動組件進行實時監(jiān)測，在顯示屏40上可以顯 示設(shè)置的運行速度和自動模式下運行位置、實際的運行速度和實際運行的位置、系統(tǒng)電壓、 驅(qū)動電機A2和驅(qū)動電機B23的電流、冗余驅(qū)動裝置的運行模式、到位開關(guān)的狀態(tài)和接近開 關(guān)11的狀態(tài)信息；按下急停開關(guān)M后，整個可靠性關(guān)節(jié)驅(qū)動組件將斷電。[0066]所述的電機驅(qū)動器35優(yōu)選為瑞士 Maxon公司生產(chǎn)型號為EP0S70/10 ；所述的扭矩 限制器9優(yōu)選為德國R+W公司生產(chǎn)，其型號為SKP-1. 5。[0067]所述的控制方式選擇開關(guān)具有備份位置和協(xié)同位置，當處于備份位置時，驅(qū)動電 機A2和驅(qū)動電機B23處于備份工作狀態(tài)，驅(qū)動電機A2和驅(qū)動電機B23中一個主動工作，另 一個從動，當電機驅(qū)動器35檢測到主動電機出現(xiàn)掉電故障時，從動電機可以自動啟動；或 者，由于驅(qū)動電機A2和驅(qū)動電機B23之間傳動效率非常高，可以協(xié)同工作，從而提高了冗余 驅(qū)動裝置的負載能力和其它力學性能，當控制方式選擇開關(guān)在協(xié)同位置時，驅(qū)動電機A2和 驅(qū)動電機B23協(xié)同工作，這兩種工作方法可以跟據(jù)實際的工作條件來人為進行設(shè)定；打開 控制柜的頂蓋38，就可以直接看到中心控制單元32，方便修改、拆裝與維修?！?br> 權(quán)利要求1.一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，其特征在于包括冗余驅(qū)動裝置和控制裝置；所述的冗余驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機A、驅(qū)動電機B、電機架、殼體和行星減速器；所述的 電機架的一側(cè)具有臺階面，另一側(cè)上部具有兩個平行的凸臺，分別并行連接著驅(qū)動電機A 和驅(qū)動電機B，為冗余驅(qū)動裝置提供動力輸入；電機架具有凸臺的一側(cè)的下部具有法蘭盤， 行星減速器固定在該法蘭盤上；所述的殼體與電機架的臺階面一側(cè)相扣合，并用螺釘固定； 驅(qū)動電機A和驅(qū)動電機B將力矩通過齒輪系輸入行星減速器；所述的控制裝置包括光電碼盤A、光電碼盤B、接近開關(guān)和控制柜；所述的光電碼盤A連 接在驅(qū)動電機A的后端，所述的光電碼盤B連接在驅(qū)動電機B的后端，且光電碼盤A和光電 碼盤B分別與控制柜相連接；所述的接近開關(guān)固定在殼體底部的長孔上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，其特征在于所述的電機架的臺 階面一側(cè)從上至下地具有上軸承位、中軸承位和下軸承位，所述的殼體內(nèi)表面具有臺階孔A、臺階孔B和臺階孔C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，其特征在于所述的冗余驅(qū) 動裝置還包括齒輪系，所述的齒輪系包容在殼體和電機架之間；該齒輪系包括小齒輪A、小 齒輪B、齒輪軸A、軸承對A、孔用彈性卡圈A、齒輪軸B、軸承對B、孔用彈性卡圈B、傳動軸組 件、軸承C、軸承D和孔用彈性卡圈C ；所述的驅(qū)動電機A的電機軸上固定著小齒輪A，驅(qū)動電機B的電機軸上固定著小齒輪B,所述的小齒輪A與小齒輪B平行布置；所述的齒輪軸A兩端套著軸承對A，齒輪軸A和軸 承對A通過一對孔用彈性卡圈A定位在電機架的上軸承位和殼體的臺階孔A之間，并使小 齒輪A和小齒輪B同時與齒輪軸A的大齒輪A部分相嚙合；所述的齒輪軸B兩端套著軸承 對B，齒輪軸B和軸承對B通過一對孔用彈性卡圈B定位在電機架的中軸承位和殼體的臺階 孔B之間，并使齒輪軸B的大齒輪B與齒輪軸A的小齒輪C相嚙合；所述的傳動軸組件包括傳動軸、扭矩限制器、平鍵、軸用彈性卡圈和大齒輪C ；所述的 扭矩限制器包括軸套、碟簧、扭矩調(diào)節(jié)刻度盤、作用環(huán)、滾珠、小法蘭盤和緊定螺釘；小法蘭 盤和軸套之間通過限位鋼珠實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，扭矩調(diào)節(jié)刻度盤與軸套螺紋連接，并套在軸套 的外側(cè)，擰緊扭矩調(diào)節(jié)刻度盤上的緊定螺釘，使扭矩調(diào)節(jié)刻度盤與軸套定位，并通過碟簧將 作用環(huán)和滾珠壓至小法蘭盤；所述的大齒輪C通過螺釘固定在扭矩限制器的小法蘭盤上，扭矩限制器的軸套套在傳 動軸上，通過平鍵和軸用彈性卡圈分別實現(xiàn)扭矩限制器在傳動軸上的徑向和軸向定位；傳 動軸的兩端分別安裝著軸承C與軸承D，傳動軸、軸承C和軸承D通過孔用彈性卡圈C和臺 階孔C連接定位在電機架的下軸承位和殼體之間；傳動軸靠近軸承D的一端為行星減速器 的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，其特征在于所述的可靠性 關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件還包括單獨設(shè)置的到位開關(guān)，僅與控制柜相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，其特征在于所述的控制柜 由外殼和內(nèi)容物組成；所述的內(nèi)容物包括中心控制單元、電源模塊、接線端子、電機驅(qū)動器 和電源適配器；所述的控制柜的底板與頂蓋之間安裝有隔板，通過隔板將控制柜分隔為兩 層，每一層安裝有接線端子，中心控制單元和電源模塊安裝在隔板的上表面，電機驅(qū)動器和 電源適配器安裝在控制柜的底板的內(nèi)表面；所述的外殼的前面板的外表面布置有顯示屏、急停開關(guān)、電源開關(guān)、選擇開關(guān)、速度設(shè) 定旋鈕、位置設(shè)定旋鈕、到位指示燈、過載指示燈、自動正轉(zhuǎn)按鈕、自動反轉(zhuǎn)按鈕、暫停按鈕、 停止按鈕、手動正轉(zhuǎn)按鈕、手動反轉(zhuǎn)按鈕、驅(qū)動電機A上電按鈕和驅(qū)動電機B上電按鈕；所述的外殼的前面板的急停開關(guān)與電源開關(guān)均串聯(lián)接入到220V交流電源接口與電源 適配器之間，驅(qū)動電機A上電按鈕與驅(qū)動電機B上電按鈕分別與兩個電機驅(qū)動器相連接，兩 個電機驅(qū)動器之間通過CAN總線相通信；前面板的顯示屏、選擇開關(guān)、速度設(shè)定旋鈕、位置 設(shè)定旋鈕、自動正轉(zhuǎn)按鈕、自動反轉(zhuǎn)按鈕、暫停按鈕、停止復位按鈕、手動正轉(zhuǎn)按鈕、手動反 轉(zhuǎn)按鈕、到位指示燈以及過載指示燈均與中心控制單元的接口相連接；所述的外殼的后面板上布置有驅(qū)動電機A航空插座、驅(qū)動電機B航空插座、接近開關(guān)航 空插座、到位開關(guān)航空插座、控制方式選擇開關(guān)和220V交流電源接口 ；所述的220V交流電源接口連接到電源適配器，并且電源適配器連接到電源模塊和電 機驅(qū)動器的電源接口上；所述的中心控制單元與電源模塊輸出端相連接獲取供電；所述的 接近開關(guān)航空插座上連接接近開關(guān)的線纜，到位開關(guān)航空插座上連接到位開關(guān)；所述的控 制方式選擇開關(guān)串聯(lián)在電源模塊的輸出端和中心控制單元之間；外殼后面板的驅(qū)動電機A 航空插座和驅(qū)動電機B航空插座與電機驅(qū)動器相連接；接近開關(guān)航空插座與到位開關(guān)航空 插座均與電機驅(qū)動器和中央控制單元相連接；光電碼盤A的尾部伸出的線纜與外殼后面板 的驅(qū)動電機A航空插座相連接，光電碼盤B的尾部伸出的線纜與外殼后面板的驅(qū)動電機B 航空插座相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，其特征在于所述的選擇開 關(guān)具有兩個模式位置，當選擇開關(guān)處于手動模式位置時，冗余驅(qū)動裝置處于手動模式，通過 速度設(shè)定旋鈕以及顯示屏的顯示信息調(diào)整設(shè)定運行速度，保持按壓手動正轉(zhuǎn)按鈕或手動反 轉(zhuǎn)按鈕，冗余驅(qū)動裝置進行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運動，松開后運動即停止；當選擇開關(guān)處于自動模式 位置時，通過速度設(shè)定旋鈕、位置設(shè)定旋鈕以及顯示屏的顯示信息調(diào)整設(shè)定冗余驅(qū)動裝置 的運行位置和速度，點擊自動正轉(zhuǎn)按鈕，冗余驅(qū)動裝置將會按照設(shè)定的速度進行自動正轉(zhuǎn)； 點擊自動反轉(zhuǎn)按鈕，冗余驅(qū)動裝置將會按照設(shè)定的速度進行自動反轉(zhuǎn)；在轉(zhuǎn)動過程中，點擊 暫停按鈕，冗余驅(qū)動裝置暫停運動，但本次運動狀態(tài)并不取消，再次點擊暫停按鈕，冗余驅(qū) 動裝置繼續(xù)運動，在暫停狀態(tài)下點擊停止按鈕則終止本次操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，其特征在于所述的控制方 式選擇開關(guān)具有備份模式位置和協(xié)同模式位置，當處于備份模式位置時，驅(qū)動電機A和驅(qū) 動電機B中一個主動工作，另一個從動工作；當控制方式選擇開關(guān)在協(xié)同模式位置時，驅(qū)動 電機A和驅(qū)動電機B處于協(xié)同工作狀態(tài)。
專利摘要本實用新型提出一種可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件，所述的可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件由冗余驅(qū)動裝置和控制裝置組成；所述的冗余驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機A、驅(qū)動電機B、齒輪系、電機架、殼體和行星減速器。所述的控制柜由外殼、中心控制單元、電源模塊、接線端子、電機驅(qū)動器和電源適配器組成。該可靠性關(guān)節(jié)控制驅(qū)動組件將具有扭矩限制器的齒輪系機構(gòu)與行星減速器相融合，并采取了增加冗余驅(qū)動器的方式，設(shè)計出一種既具有備份功能，又具有低功耗、大扭矩、精度高、力學性能好且振動小等優(yōu)點的新型關(guān)節(jié)冗余驅(qū)動組件。
文檔編號B25J17/00GK201816062SQ20102057088
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者丁希侖, 孫鵬飛, 徐坤, 李欣 申請人:北京航空航天大學