专利名称：可靠性关节控制驱动组件的制作方法
技术领域：
可靠性关节控制驱动组件技术领域[0001]本实用新型属于机械装置技术领域，具体涉及一种可靠性关节控制驱动组件。
技术背景[0002]随着技术的进步，越来越多的机械装置被应用在如航空航天、医疗及核工业等领 域中。在这种环境空间下，如果运动关节发生故障将可能导致整个机械装置无法完成任务， 而操作人员又难以接触，后果非常严重。机械装置的关节运动是依靠关节驱动器的工作来 实现的，因此提高关节驱动器的可靠性具有非常重要的意义。[0003]按照机械设计理论，机构的自由度应该与驱动器数目相等。对于单关节机构，例如 瑞士的RUAG公司研制的用于调整太阳翼帆板朝向阳光角度的驱动组件，具有一个驱动器， 如果该驱动器损坏，则整个关节功能失效；对于多关节机构，例如串行的机械臂，少则三、 四个关节，多则十几个关节，每个关节要完成产生与传递动力、位置感知和机械连接三个任 务，当某个关节驱动装置失效后，由参考文献[1]焦建民，周军，李欢.故障容错串联机械 臂设计方法研究[J].机器人，2003，25 (7) :643-647.中记载了利用串联机械臂容错方法， 虽然有可能完成特定任务，但没有解决关节可靠性的根本问题。传统的可靠性方法只靠采 用高质量的元器件，然而这还不够，系统冗余也是有效的可靠性技术，这起源于冯·诺依曼 的计算机可靠性技术。例如，太阳翼展开的释放装置就采用了冗余电起爆器的设计方式。 有些驱动组件也采用了冗余驱动器或冗余绕组的设计，如参考文献[2]甘顺水，孙汉旭， 贾庆轩等.基于双绕组无刷电机的冗余控制系统设计[J].仪表技术，2009，2 :38-40.但其 只有简单的备份作用，并不能实现驱动器协同工作，因此不能被称为冗余驱动。冗余驱动方 式是指驱动器的数目大于机构的自由度数，具有低功耗、大扭矩、精度高、力学性能好等优 点，如参考文献[3]白志富，梁辉，陈五一.冗余并联机构的内力及应用.机械设计与研究 [J]，2006，22 (4) :13-16中就记载了这些有点.但是，至今还没有特别提出过基于冗余驱动 的高可靠性关节控制驱动装置。发明内容[0004]针对现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种可靠性关节控制驱动组件，该 可靠性关节控制驱动组件将具有扭矩限制器的齿轮系机构与行星减速器相融合，并通过增 加冗余驱动器的方式，设计出一种既具有备份功能，又具有低功耗、大扭矩、精度高、力学性 能好且振动小等优点的新型关节冗余驱动组件。[0005]所述的可靠性关节控制驱动组件由冗余驱动装置和控制装置组成。所述的冗余驱 动装置包括驱动电机A、驱动电机B、电机架、壳体和行星减速器；所述的电机架的一侧具有 台阶面，从上至下地布置有上轴承位、中轴承位和下轴承位；电机架的另一侧上部具有两个 平行的凸台，分别并行连接着驱动电机A和驱动电机B，为冗余驱动装置提供动力输入；下 部具有法兰盘，行星减速器通过四个周向分布的螺钉连接固定在该法兰盘上。驱动电机A 和驱动电机B分别或协同将力矩通过齿轮系输入行星减速器，实现了冗余驱动装置的力矩输出。所述的壳体与电机架的台阶面一侧相扣合，并用螺钉固定。所述的冗余驱动装置还包 括有齿轮系，包容在壳体和电机架之间，为驱动电机A和驱动电机B的输入进行齿轮传动， 并实现力矩过载保护功能。[0006]所述的齿轮系包括小齿轮A、小齿轮B、齿轮轴A、轴承对A、孔用弹性卡圈A、齿轮轴 B、轴承对B、孔用弹性卡圈B、传动轴组件、轴承C、轴承D和孔用弹性卡圈C。[0007]所述的驱动电机A的电机轴上固定着小齿轮A，驱动电机B的电机轴上固定着小 齿轮B，所述的小齿轮A与小齿轮B平行布置；所述的齿轮轴A两端套着轴承对A，齿轮轴A 和轴承对A通过一对孔用弹性卡圈A定位在电机架的上轴承位和壳体的台阶孔A之间，并 使小齿轮A和小齿轮B同时与齿轮轴A的大齿轮A部分相啮合；所述的齿轮轴B两端套着 轴承对B，齿轮轴B和轴承对B通过一对孔用弹性卡圈B定位在电机架的中轴承位和壳体的 台阶孔B之间，并使齿轮轴B的大齿轮B与齿轮轴A的小齿轮C相啮合。[0008]所述的传动轴组件包括传动轴、扭矩限制器、平键、轴用弹性卡圈和大齿轮C ；所 述的扭矩限制器包括轴套、碟簧、扭矩调节刻度盘、作用环、滚珠、小法兰盘和紧定螺钉；通 过小法兰盘和轴套的限位钢珠，实现小法兰盘和轴套之间的相对转动，扭矩调节刻度盘与 轴套螺纹连接，并套在轴套的外侧，拧紧扭矩调节刻度盘上的紧定螺钉，使扭矩调节刻度盘 与轴套定位，并通过碟簧将作用环和滚珠压至小法兰盘。[0009]所述的大齿轮C通过螺钉固定在扭矩限制器的小法兰盘上，扭矩限制器的轴套套 在传动轴上，通过平键和轴用弹性卡圈分别实现扭矩限制器在传动轴上的径向和轴向定 位；传动轴的两端分别安装着轴承C与轴承D，传动轴、轴承C和轴承D通过孔用弹性卡圈C 和台阶孔C连接定位在电机架的下轴承位和壳体之间；传动轴靠近轴承D的一端为行星减 速器的输入端。[0010]所述的控制装置包括光电码盘A、光电码盘B、接近开关和控制柜；所述的光电码 盘A连接在驱动电机A的后端，所述的光电码盘B连接在驱动电机B的后端，光电码盘A和 光电码盘B用于向电机驱动器发送检测驱动电机A和驱动电机B的转速和角位移的方波信 号，且光电码盘A和光电码盘B分别与控制柜相连接；所述的接近开关用于检测过载信号， 通过扁螺母固定在壳体底部的长孔上，并与扭矩限制器的作用环相对设置；所述的控制装 置还包括有单独设置的到位开关，仅与控制柜相连接用于检测冗余驱动装置所设定运动的 完成情况。[0011]所述的控制柜由外壳和内容物组成；所述的内容物包括中心控制单元、电源模块、 接线端子、电机驱动器和电源适配器。所述的外壳底板与顶盖之间安装有隔板，通过隔板将 控制柜分隔为上下两层，每一层都安装有接线端子用于辅助连线，中心控制单元和电源模 块安装在隔板的上表面，电机驱动器和电源适配器安装在控制柜的底板上表面。[0012]所述的外壳的前面板的外表面布置有显示屏、急停开关、电源开关、选择开关、速 度设定旋钮、位置设定旋钮、八个按钮、到位指示灯和过载指示灯，所述的八个按钮分别为 自动正转按钮、自动反转按钮、暂停按钮、停止按钮、手动正转按钮、手动反转按钮、驱动电 机A上电按钮和驱动电机B上电按钮。[0013]所述的外壳前面板的急停开关与电源开关均串联接入到220V交流电源接口与电 源适配器之间，驱动电机A上电按钮与驱动电机B上电按钮分别与两个电机驱动器相连接， 两个驱动电机驱动器之间通过CAN总线相通信，用于驱动电机A和驱动电机B之间的切换和联系。外壳前面板的显示屏、选择开关、速度设定旋钮、位置设定旋钮、自动正转按钮、自 动反转按钮、暂停按钮、停止复位按钮、手动正转按钮、手动反转按钮、到位指示灯与过载指 示灯均与中心控制单元的接口相连接。[0014]所述的外壳后面板上布置有驱动电机A航空插座、驱动电机B航空插座、接近开关 航空插座、到位开关航空插座、控制方式选择开关和220V交流电源接口。[0015]所述的220V交流电源接口连接到控制柜内部的电源适配器，并将电源适配器连 接到电源模块和电机驱动器的电源接口上。所述的中心控制单元与电源模块的5V输出端 相连接获取供电；所述的接近开关的线缆与控制柜后面板的接近开关航空插座相连接，到 位开关航空插座与到位开关相连接。所述的控制方式选择开关串联在电源模块的5V输出 端和中心控制单元之间。外壳后面板的驱动电机A航空插座和驱动电机B航空插座与电机 驱动器相连接；接近开关航空插座与到位开关航空插座均与电机驱动器和中央控制单元相 连接；光电码盘A的尾部伸出的线缆与控制柜后面板的驱动电机A航空插座相连接，光电码 盘B的尾部伸出的线缆与控制柜后面板的驱动电机B航空插座相连接。[0016]所述的选择开关具有两个模式位置。当选择开关处于手动模式位置时，冗余驱动 装置处于手动模式，通过速度设定旋钮以及显示屏的显示信息调整设定运行速度，保持按 压手动正转按钮或手动反转按钮，冗余驱动装置进行正转或反转运动，松开后运动即停止。 当选择开关处于自动模式位置时，通过速度设定旋钮、位置设定旋钮以及显示屏的显示信 息调整设定冗余驱动装置的运行位置和速度，点击自动正转按钮，冗余驱动装置将会按照 设定的速度进行自动正转；点击自动反转按钮，冗余驱动装置将会按照设定的速度进行自 动反转；在转动过程中，点击暂停按钮，冗余驱动装置暂停运动，但本次运动状态并不取消， 再次点击暂停按钮，冗余驱动装置继续运动，在暂停状态下点击停止按钮则终止本次操作。[0017]本实用新型具有以下优点[0018]1、本实用新型公开的一种可靠性关节控制驱动组件，将具有扭矩限制器的齿轮系 机构与行星减速器相融合，并通过增加冗余驱动器的方式，设计出一种既具有备份功能，又 具有低功耗、大扭矩、精度高、力学性能好且振动小等优点的新型关节冗余驱动组件。[0019]2、本实用新型公开的一种可靠性关节控制驱动组件，驱动装置的两个电机可以一 个主动工作，另一个从动，当主动电机出现掉电故障时，从动电机可以自动启动，从而提高 了驱动组件的可靠性。[0020]3、本实用新型公开的一种可靠性关节控制驱动组件的两个驱动电机可以协同工 作，从而提高了驱动装置的负载能力和力学性能。[0021]4、本实用新型公开的一种可靠性关节控制驱动组件，具有驱动装置和控制装置， 不仅能直观方便的控制驱动组件的工作，还能实时监控驱动装置的工作状态以及读取工作 电压、电流、速度和位置等参数。[0022]5、本实用新型公开的一种可靠性关节控制驱动组件，采用了扭矩限制器，可有效 避免外载荷过大或误操作时对驱动器造成的损害，接近开关安装在外壳上，与扭矩限制器 的作用环相对设置，可将过载信息传送给控制柜。[0023]6、本实用新型公开的一种可靠性关节控制驱动组件，采用模块化设计，而且控制 柜的顶盖打开就可以看见电路板，方便拆装与维修。[0024]7、本实用新型公开的一种可靠性关节控制驱动组件，驱动装置与控制柜之间设置有航空插座连接，方便可靠。
[0025] 图l本实用新型提出的可靠性关节驱动组件的驱动装置的整体结构示意图；[0026] 图2本实用新型提出的可靠性关节驱动组件的驱动装置的剖面图；[0027] 图3本实用新型提出的可靠性关节驱动组件的驱动装置的传动轴组件结构示意图；[0028] 图4本实用新型提出的可靠性关节驱动组件的控制柜的内部结构示意图；[0029] 图5本实用新型提出的可靠性关节驱动组件的控制柜的外观示意图；[0030] 图6；本实用新型提出的可靠性关节驱动组件的控制柜前面板的配置示意图；[0031] 图7本实用新型提出的可靠性关节驱动组件的控制柜后面板的配置示意图；[0032] 图8本实用新型提出的可靠性关节驱动组件的控制柜整体电路系统示意图。[0033] 图中[0034] 卜电机架；2一驱动电机A；3一光电码盘A；4一孔用弹性卡圈B；[0035] 5一轴承D；6一孔用弹性卡圈C；7一大齿轮；8一千键；[0036] 9一扭矩限制器； lo一扁螺母；11一接近开关；12一轴用弹性卡圈；[0037] 13一轴承C；14一传动轴；15一壳体；16一轴承对B；[0038] 17一齿轮轴B；18一轴承对A； 19一孔用弹性卡圈A； 20一齿轮轴A；[0039] 2卜小齿轮A；22一行星减速器；23一驱动电机B；24一光电码盘B；[0040] 25一小法兰盘；26一轴套；27一滚珠；28一作用环；[0041] 29一碟簧；30一扭矩调节刻度盘；3卜紧定螺钉；32一中心控制单元；[0042] 33一电源模块；34一接线端子；35一电机驱动器；36一电源适配器；[0043] 37一前面板；38一顶盖；39一后面板；40一显示屏；[0044] 4卜选择开关；42一速度设定旋钮； 43一位置设定旋钮； 44一自动正转按钮；[0045] 45一自动反转按钮； 46一暂停按钮；47一停止复位按钮； 48一手动正转按钮；[0046] 4L手动反转按钮；50一到位指示灯；5卜过载指示灯；[0047] 52一驱动电机A上电按钮；53一驱动电机B上电按钮；54一急停开关；[0051] 55一电源开关；56一驱动电机A航空插座； 57一驱动电机B航空插座；[0048] 58一接近开关航空插座；59一到位开关航空插座；60一控制方式选择开关；[0049] 6卜220V交流电源接口； 62一底板。
具体实施方式
[0050]
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。[0051] 本发明提出一种可靠性关节控制驱动组件及其控制方法，所述的可靠性关节控制驱动组件包括冗余驱动装置和控制装置；所述的冗余驱动装置包括驱动电机A21驱动电机B231电机架l1壳体15和行星减速器22，如图l所示。所述的电机架l的一侧为台阶面，从上至下地布置有上轴承位1中轴承位和下轴承位；电机架l的另一侧上部具有两个平行的凸台，分别并行连接着驱动电机A2和驱动电机B23，为冗余驱动装置提供动力输入；电机架l的凸台一侧下部为法兰盘，行星减速器22通过四个周向分布的螺钉连接固定在该法兰盘上。所述的壳体15与电机架1的台阶面一侧相扣合，并用螺钉固定，壳体15上具有与上轴 承位、中轴承位和下轴承位相对应的台阶孔A、台阶孔B和台阶孔C，所述的冗余驱动装置还 包括有齿轮系，位于壳体15和电机架1的台阶面之间，为驱动电机A2和驱动电机B23的输 出进行齿轮传动，并实现力矩过载保护功能。[0052]如图2所示，所述的齿轮系包括小齿轮A21、小齿轮B、齿轮轴A17、轴承对A18、孔 用弹性卡圈A19、齿轮轴B20、轴承对B16、孔用弹性卡圈B4、传动轴组件、轴承C13、轴承D5 和孔用弹性卡圈C6。所述的驱动电机A2的电机轴上用螺纹胶固定着小齿轮A21，同理，驱 动电机B23的电机轴上用螺纹胶固定着小齿轮B，所述的小齿轮B与小齿轮A21平行布置， 在图2中，驱动电机B23与小齿轮B随电机架1的剖切而不在图中显示；所述的齿轮轴A17 两端套着轴承对A18，齿轮轴A20和轴承对A18通过一对孔用弹性卡圈A19定位在电机架 1的上轴承位和壳体15的台阶孔A之间，并保证小齿轮A21和小齿轮B同时与齿轮轴A17 的大齿轮A1701部分相啮合；所述的齿轮轴B20两端套着轴承对B16，齿轮轴B20和轴承对 B16通过一对孔用弹性卡圈B4定位在电机架1的中轴承位和壳体15的台阶孔B之间，并保 证齿轮轴B20的大齿轮B2001与齿轮轴A17的小齿轮C1702相啮合。[0053]所述的传动轴组件包括传动轴14、扭矩限制器9、平键8、轴用弹性卡圈12和大齿 轮C7 ；所述的扭矩限制器9能在传递扭矩过大时保护电机和齿轮，如图3所示，扭矩限制器 9包括轴套沈、碟簧四、扭矩调节刻度盘30、作用环观、滚珠27、小法兰盘25和紧定螺钉31。 通过由小法兰盘25和轴套沈的限位钢珠，小法兰盘25和轴套沈之间可以相对转动，扭矩 调节刻度盘30与轴套沈螺纹连接，并套在轴套沈的外侧，拧紧扭矩调节刻度盘30上的紧 定螺钉31，使扭矩调节刻度盘30与轴套沈定位，通过碟簧四和作用环观使滚珠27压紧 至小法兰盘25的凹槽中。所述的大齿轮C7通过四个周向均勻分布的螺钉连接固定在扭矩 限制器9的小法兰盘25上，并保证大齿轮C7与齿轮轴B20的小齿轮D2002相啮合。扭矩 限制器9的轴套沈套在传动轴14上，通过平键8和轴用弹性卡圈12分别实现扭矩限制器 9在传动轴14上的径向和轴向定位；传动轴14的两端分别安装着轴承C13与轴承D5，如图 2，传动轴14、轴承C13和轴承D5通过孔用弹性卡圈C6连接定位在电机架1的下轴承位和 壳体15的台阶孔C之间；传动轴14靠近轴承D5的一端为行星减速器22的输入端，传动轴 14与行星减速器22的一级太阳齿轮过盈配合安装。[0054]经过上述连接的冗余驱动装置，驱动电机A2和驱动电机B23通过小齿轮A21和小 齿轮B可以分别或协同将力矩传递给齿轮轴A17的大齿轮A1701，使齿轮轴A17转动，齿轮 轴A17的转动带动小齿轮C1702转动，再经齿轮轴B20的大齿轮B2001的转动传递，使齿轮 轴B20转动，即使其小齿轮D2002转动，再经齿轮轴B20的小齿轮D2002将力矩传递到大齿 轮C7，再经大齿轮C7传递到扭矩限制器9的小法兰盘25，小法兰盘25具有凹槽，滚珠27 被碟簧四压紧在凹槽内，通过凹槽壁与滚珠27的挤压，力矩传递给滚珠27，滚珠27与具有 滚珠位的作用环洲径向定位，从而带动作用环观，通过与作用环观相联接的轴套沈之后 通过平键8将力矩传递给传动轴14。由传动轴14将力矩输入至行星减速器22，经行星减 速器22将力矩传递给与行星减速器输出轴相联接的转动关节，完成冗余驱动装置的输出， 这样实现了冗余驱动装置的力矩输出。[0055]如图1、图2和图4，所述的控制装置包括光电码盘A3、光电码盘B24、接近开关11 和控制柜。如图1，所述的光电码盘A3连接在驱动电机A2的后端，所述的光电码盘BM连接在驱动电机B23的后端，光电码盘A3和光电码盘BM用于向电机驱动器35发送检测驱 动电机A2和驱动电机B23的转速和角位移的方波信号。所述的接近开关11用于检测过载 信号，如图2，通过扁螺母10固定在壳体15底部的长孔上，并与扭矩限制器9的作用环观 相对设置，接近开关11与作用环观的初始相对位置可以调整，通过松开扁螺母10，使接近 开关11在长孔中移动，再重新拧紧扁螺母10。所述的到位开关用于检测冗余驱动装置所设 定运动的完成情况，完成运动的方式可通过触碰到位开关来判断，到位开关为单独设置的 装置，仅与到位开关航空插座相连接。[0056]所述的控制柜由外壳和内容物组成，如图4所示，所述的内容物包括中心控制单 元32、电源模块33、接线端子34、电机驱动器35和电源适配器36。[0057]所述的控制柜外壳，如图5所示，所述的控制柜外壳的底板62与顶盖38之间安装 有隔板63，如图4，通过隔板63将控制柜内部分隔为两层，每一层的边缘都安装有接线端 子34用于辅助连线，中心控制单元32和电源模块33安装在隔板63的上表面，电机驱动器 35和电源适配器36安装在控制柜的底板62内表面，所述的中心控制单元32内部包括A/ D转换单元、存储计算芯片、电压转换模块、用于消除信号干扰的光电隔离模块、用于辅助电 路控制模式切换的继电器模块和滤波模块，如图8所示。[0058]如图6所示，所述的外壳的前面板37的外表面布置有显示屏40、急停开关54、电 源开关阳、选择开关41、速度设定旋钮42、位置设定旋钮43、自动正转按钮44、自动反转按 钮45、暂停按钮46、停止复位按钮47、手动正转按钮48、手动反转按钮49、驱动电机A2上电 按钮52和驱动电机B23上电按钮53、到位指示灯50和过载指示灯51。[0059]所述的驱动电机A上电按钮52与驱动电机B上电按钮53分别与控制柜内部的两 个电机驱动器35相连接，两个电机驱动器35之间通过CAN总线相通信，用于驱动电机A2和 驱动电机B23之间的切换和联系。前面板37的显示屏40、选择开关41、速度设定旋钮42、 位置设定旋钮43、自动正转按钮44、自动反转按钮45、暂停按钮46、停止复位按钮47、手动 正转按钮48、手动反转按钮49、到位指示灯50与过载指示灯51均与中心控制单元32的接 口相连接，如图8所示。[0060]所述的外壳的后面板39上布置有驱动电机A航空插座56、驱动电机B航空插座 57、接近开关航空插座58、到位开关航空插座59、控制方式选择开关60和220V交流电源接 口 61，如图7所示。[0061]所述的220V交流电源接口 61连接到控制柜内部的电源适配器36，电源适配器36 输出28V直流电压，并将电源适配器36连接到电源模块33和电机驱动器35的电源接口上， 电源模块33可以输出5V与24V直流电压，中心控制单元32与电源模块33的5V输出端相 连接获取供电。所述的前面板37上的急停开关M与电源开关55均串联接入到后面板的 220V交流电源接口 61与电源适配器36之间。接近开关11的线缆与控制柜后面板39的接 近开关航空插座58相连接，到位开关航空插座59与到位开关相连接，控制方式选择开关60 串联在电源模块33的5V电压输出和中心控制单元32之间，控制方式选择开关60具有两 个选择接合位置，分别为备份位置和协同位置，当处于备份位置时，可控制驱动装置的驱动 电机A2和驱动电机B23 —个主动工作，另一个从动；当处于协同位置时，驱动电机A2和驱 动电机B23协同工作。后面板39的驱动电机A航空插座56和驱动电机B航空插座57与 电机驱动器35相连接；接近开关航空插座58与到位开关航空插座59均与电机驱动器35和中央控制单元32相连接；光电码盘A3的尾部伸出的线缆与控制柜后面板39的驱动电机 A航空插座相连接，光电码盘B24的尾部伸出的线缆与控制柜的外壳的后面板39的驱动电 机B航空插座相连接。[0062]控制柜通过外壳的前面板37对冗余驱动装置进行操作，所述的选择开关41处于 两个选择位置，分别为自动模式位置和手动模式位置，当选择开关41指向自动模式位置 时，冗余驱动装置处于自动模式，通过速度设定旋钮42、位置设定旋钮43以及显示屏40的 显示信息可以调整设定冗余驱动装置的运行位置和速度，点击自动正转按钮44，冗余驱动 装置将会按照设定的速度进行自动正转；点击自动反转按钮45，冗余驱动装置将会按照设 定的速度进行自动反转；在转动过程中，点击暂停按钮46，冗余驱动装置暂停运动，但本次 运动状态并不取消，再次点击暂停按钮46，冗余驱动装置继续运动，在暂停状态下点击停止 复位按钮47则终止本次操作，冗余驱动组件有两种完成运动的方式，分别为达到冗余驱动 装置前面板37的位置设定旋钮43设定的运行位置和触碰到位开关。[0063]当选择开关41指向手动模式位置时，冗余驱动装置处于手动模式，通过速度设定 旋钮42以及显示屏40的显示信息可以调整设定运行速度，保持按压手动正转按钮48或手 动反转按钮49，冗余驱动装置会按照设定的速度进行正转或反转运动，松开后运动即停止。[0064]在冗余驱动装置运转过程中，如果冗余驱动装置超载，可能会导致齿轮系、驱动电 机A2或驱动电机B23的损坏。针对这种情况，冗余驱动装置采用了扭矩限制器9，超载会 使扭矩限制器9传递的力矩过大，当该力矩超过扭矩限制器9设定的传递力矩的最大值时， 扭矩限制器9的滚珠27将会从小法兰盘25的凹槽中脱出，从而使作用环观向远离小法兰 盘25的一侧移动，主被动传动完全打滑脱开；由于接近开关11与作用环观相对设置，作用 环观移动后就进入到接近开关11的检测范围，于是接近开关11产生电信号并传送至控制 柜，控制系统可以根据过载信息进行处理；过载消失后，在碟簧四的作用下滚珠27自动复 位，作用环观回归。扭矩限制器9的最大传递扭矩在一定范围内是可以调整的，松开紧定 螺钉31并旋转扭矩调节刻度盘30，从而改变碟簧四的预紧力，也就改变了脱开扭矩大小， 之后拧紧紧定螺钉31 ；通过调整，可以使行星减速器22输出的负载最大值在50Nm到IOONm 之间设定。[0065]通过外壳前面板37的显示屏40对驱动组件进行实时监测，在显示屏40上可以显 示设置的运行速度和自动模式下运行位置、实际的运行速度和实际运行的位置、系统电压、 驱动电机A2和驱动电机B23的电流、冗余驱动装置的运行模式、到位开关的状态和接近开 关11的状态信息；按下急停开关M后，整个可靠性关节驱动组件将断电。[0066]所述的电机驱动器35优选为瑞士 Maxon公司生产型号为EP0S70/10 ；所述的扭矩 限制器9优选为德国R+W公司生产，其型号为SKP-1. 5。[0067]所述的控制方式选择开关具有备份位置和协同位置，当处于备份位置时，驱动电 机A2和驱动电机B23处于备份工作状态，驱动电机A2和驱动电机B23中一个主动工作，另 一个从动，当电机驱动器35检测到主动电机出现掉电故障时，从动电机可以自动启动；或 者，由于驱动电机A2和驱动电机B23之间传动效率非常高，可以协同工作，从而提高了冗余 驱动装置的负载能力和其它力学性能，当控制方式选择开关在协同位置时，驱动电机A2和 驱动电机B23协同工作，这两种工作方法可以跟据实际的工作条件来人为进行设定；打开 控制柜的顶盖38，就可以直接看到中心控制单元32，方便修改、拆装与维修。·
权利要求1.一种可靠性关节控制驱动组件，其特征在于包括冗余驱动装置和控制装置；所述的冗余驱动装置包括驱动电机A、驱动电机B、电机架、壳体和行星减速器；所述的 电机架的一侧具有台阶面，另一侧上部具有两个平行的凸台，分别并行连接着驱动电机A 和驱动电机B，为冗余驱动装置提供动力输入；电机架具有凸台的一侧的下部具有法兰盘， 行星减速器固定在该法兰盘上；所述的壳体与电机架的台阶面一侧相扣合，并用螺钉固定； 驱动电机A和驱动电机B将力矩通过齿轮系输入行星减速器；所述的控制装置包括光电码盘A、光电码盘B、接近开关和控制柜；所述的光电码盘A连 接在驱动电机A的后端，所述的光电码盘B连接在驱动电机B的后端，且光电码盘A和光电 码盘B分别与控制柜相连接；所述的接近开关固定在壳体底部的长孔上。
2.根据权利要求1所述的可靠性关节控制驱动组件，其特征在于所述的电机架的台 阶面一侧从上至下地具有上轴承位、中轴承位和下轴承位，所述的壳体内表面具有台阶孔A、台阶孔B和台阶孔C。
3.根据权利要求1所述的一种可靠性关节控制驱动组件，其特征在于所述的冗余驱 动装置还包括齿轮系，所述的齿轮系包容在壳体和电机架之间；该齿轮系包括小齿轮A、小 齿轮B、齿轮轴A、轴承对A、孔用弹性卡圈A、齿轮轴B、轴承对B、孔用弹性卡圈B、传动轴组 件、轴承C、轴承D和孔用弹性卡圈C ；所述的驱动电机A的电机轴上固定着小齿轮A，驱动电机B的电机轴上固定着小齿轮B,所述的小齿轮A与小齿轮B平行布置；所述的齿轮轴A两端套着轴承对A，齿轮轴A和轴 承对A通过一对孔用弹性卡圈A定位在电机架的上轴承位和壳体的台阶孔A之间，并使小 齿轮A和小齿轮B同时与齿轮轴A的大齿轮A部分相啮合；所述的齿轮轴B两端套着轴承 对B，齿轮轴B和轴承对B通过一对孔用弹性卡圈B定位在电机架的中轴承位和壳体的台阶 孔B之间，并使齿轮轴B的大齿轮B与齿轮轴A的小齿轮C相啮合；所述的传动轴组件包括传动轴、扭矩限制器、平键、轴用弹性卡圈和大齿轮C ；所述的 扭矩限制器包括轴套、碟簧、扭矩调节刻度盘、作用环、滚珠、小法兰盘和紧定螺钉；小法兰 盘和轴套之间通过限位钢珠实现相对转动，扭矩调节刻度盘与轴套螺纹连接，并套在轴套 的外侧，拧紧扭矩调节刻度盘上的紧定螺钉，使扭矩调节刻度盘与轴套定位，并通过碟簧将 作用环和滚珠压至小法兰盘；所述的大齿轮C通过螺钉固定在扭矩限制器的小法兰盘上，扭矩限制器的轴套套在传 动轴上，通过平键和轴用弹性卡圈分别实现扭矩限制器在传动轴上的径向和轴向定位；传 动轴的两端分别安装着轴承C与轴承D，传动轴、轴承C和轴承D通过孔用弹性卡圈C和台 阶孔C连接定位在电机架的下轴承位和壳体之间；传动轴靠近轴承D的一端为行星减速器 的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种可靠性关节控制驱动组件，其特征在于所述的可靠性 关节控制驱动组件还包括单独设置的到位开关，仅与控制柜相连接。
5.根据权利要求1所述的一种可靠性关节控制驱动组件，其特征在于所述的控制柜 由外壳和内容物组成；所述的内容物包括中心控制单元、电源模块、接线端子、电机驱动器 和电源适配器；所述的控制柜的底板与顶盖之间安装有隔板，通过隔板将控制柜分隔为两 层，每一层安装有接线端子，中心控制单元和电源模块安装在隔板的上表面，电机驱动器和 电源适配器安装在控制柜的底板的内表面；所述的外壳的前面板的外表面布置有显示屏、急停开关、电源开关、选择开关、速度设 定旋钮、位置设定旋钮、到位指示灯、过载指示灯、自动正转按钮、自动反转按钮、暂停按钮、 停止按钮、手动正转按钮、手动反转按钮、驱动电机A上电按钮和驱动电机B上电按钮；所述的外壳的前面板的急停开关与电源开关均串联接入到220V交流电源接口与电源 适配器之间，驱动电机A上电按钮与驱动电机B上电按钮分别与两个电机驱动器相连接，两 个电机驱动器之间通过CAN总线相通信；前面板的显示屏、选择开关、速度设定旋钮、位置 设定旋钮、自动正转按钮、自动反转按钮、暂停按钮、停止复位按钮、手动正转按钮、手动反 转按钮、到位指示灯以及过载指示灯均与中心控制单元的接口相连接；所述的外壳的后面板上布置有驱动电机A航空插座、驱动电机B航空插座、接近开关航 空插座、到位开关航空插座、控制方式选择开关和220V交流电源接口 ；所述的220V交流电源接口连接到电源适配器，并且电源适配器连接到电源模块和电 机驱动器的电源接口上；所述的中心控制单元与电源模块输出端相连接获取供电；所述的 接近开关航空插座上连接接近开关的线缆，到位开关航空插座上连接到位开关；所述的控 制方式选择开关串联在电源模块的输出端和中心控制单元之间；外壳后面板的驱动电机A 航空插座和驱动电机B航空插座与电机驱动器相连接；接近开关航空插座与到位开关航空 插座均与电机驱动器和中央控制单元相连接；光电码盘A的尾部伸出的线缆与外壳后面板 的驱动电机A航空插座相连接，光电码盘B的尾部伸出的线缆与外壳后面板的驱动电机B 航空插座相连接。
6.根据权利要求5所述的一种可靠性关节控制驱动组件，其特征在于所述的选择开 关具有两个模式位置，当选择开关处于手动模式位置时，冗余驱动装置处于手动模式，通过 速度设定旋钮以及显示屏的显示信息调整设定运行速度，保持按压手动正转按钮或手动反 转按钮，冗余驱动装置进行正转或反转运动，松开后运动即停止；当选择开关处于自动模式 位置时，通过速度设定旋钮、位置设定旋钮以及显示屏的显示信息调整设定冗余驱动装置 的运行位置和速度，点击自动正转按钮，冗余驱动装置将会按照设定的速度进行自动正转； 点击自动反转按钮，冗余驱动装置将会按照设定的速度进行自动反转；在转动过程中，点击 暂停按钮，冗余驱动装置暂停运动，但本次运动状态并不取消，再次点击暂停按钮，冗余驱 动装置继续运动，在暂停状态下点击停止按钮则终止本次操作。
7.根据权利要求5所述的一种可靠性关节控制驱动组件，其特征在于所述的控制方 式选择开关具有备份模式位置和协同模式位置，当处于备份模式位置时，驱动电机A和驱 动电机B中一个主动工作，另一个从动工作；当控制方式选择开关在协同模式位置时，驱动 电机A和驱动电机B处于协同工作状态。
专利摘要本实用新型提出一种可靠性关节控制驱动组件，所述的可靠性关节控制驱动组件由冗余驱动装置和控制装置组成；所述的冗余驱动装置包括驱动电机A、驱动电机B、齿轮系、电机架、壳体和行星减速器。所述的控制柜由外壳、中心控制单元、电源模块、接线端子、电机驱动器和电源适配器组成。该可靠性关节控制驱动组件将具有扭矩限制器的齿轮系机构与行星减速器相融合，并采取了增加冗余驱动器的方式，设计出一种既具有备份功能，又具有低功耗、大扭矩、精度高、力学性能好且振动小等优点的新型关节冗余驱动组件。
文档编号B25J17/00GK201816062SQ20102057088
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者丁希仑, 孙鹏飞, 徐坤, 李欣 申请人:北京航空航天大学