CN100493860C - 用于关节接合部的电缆引导件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于机器人等的接合部的电缆引导件，其被改进以使得电缆被进一步缩短而不会导致接合部的尺寸增加。为此，在固定到第一连接部件上的中心鼓(13)的圆形或其它形状的外周壁(16)上形成有在与第一连接部件大致对齐的第一角位置处的孔(28)，和以这种方式形成在外周壁(16)上的第二角位置处的周向长槽(17)，从而与第二连接部件相对于第一连接部件的转动运动的角度范围相对应，由此所述电缆被设置为从所述孔朝向所述中心鼓的内部引入并从所述槽朝向所述中心鼓的外部引出。由此，所述电缆可以沿最短的距离稳定地经过接合部，从而能进一步缩短电缆的长度。

Description

用于关节接合部的电缆引导件
技术领域
本发明涉及一种用于引导电缆的电缆引导件，该电缆用于在机器人等的关节接合部中传导信号和/或电力。
背景技术
在配备有多关节臂的工业机器人等中，电动机和设置在与肩部、肘部和腕部相对应的每一个关节接合部中的传感器需要供给有电力和来自结合在机器人主体中的控制电路的控制信号。用于将电力传导给电动机和将控制信号传导给传感器的电缆沿着所述臂的长度延伸，且一般在每个关节接合部处具有一定松弛度以适应所述关节接合部的柔性运动。
对于将电缆传送通过关节接合部的方法，公知的是提供绕过关节接合部的支撑部分的电缆通道(如日本专利特开昭公开No.63-288692中所公开的)和在关节接合部中使用使电缆从中穿过的中空轴(如日本专利特开昭公开No.61-168478中所公开的)。
但是，根据在日本专利特开昭公开No.63-288692中所公开的技术，因为用于保护电缆的配线引导件设置在关节接合部的外部上，并且在电缆沿关节接合部的外部延伸的方面没有差异，所以不能避免关节接合部的外部尺寸增大。
但是，根据在日本专利特开昭公开No.61-168478中所公开的技术，因为电缆经过中空轴的内孔，所以必须在关节接合部处用与该轴的长度相对应长度的电缆，从而电缆的总长相对于臂的给定长度而言变得相对较大，这妨碍了关节接合部的紧凑设计。
发明内容
鉴于现有技术的这些问题，本发明的主要目的是提供一种用于机器人等的关节接合部的改进电缆引导件，其允许关节接合部的紧凑设计，同时使电缆长度最小化。
为了实现该目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于引导电缆的电缆引导件，该电缆用于在关节接合部中传导信号和/或电力，该关节接合部使第一连接部件和第二连接部件以相对可转动的方式连接，该电缆引导件包括：中空的中心鼓，其包括大致为圆形的外周壁且固定地安装到第一连接部件上，所述外周壁设有形成在基本与第一连接部件对齐的第一角位置处的孔、和形成在第二角位置处的槽，该槽沿圆周延伸一角度，该角度基本上对应于第二连接部件相对于第一连接部件的角运动范围，并且使得电缆从所述孔进入所述中心鼓中并从所述槽离开所述中心鼓，该电缆引导件还包括一大致为环形的鼓保持件，该鼓保持件同轴地环绕所述中心鼓并一体地连接到第二连接部件上，所述鼓保持件设有一切口，用于防止与延伸到所述中心鼓的孔内的一部分电缆发生干涉；所述电缆引导件还包括一电缆支撑件，该电缆支撑件一体地连接到所述中心鼓上并在该中心鼓内部延伸到一位置处，该位置邻近第一连接部件和第二连接部件之间的转动运动的中心，从而当所述第一连接部件和第二连接部件彼此相对旋转时，所述电缆支撑件限定所述电缆的最小曲率半径。由此，所述电缆能沿最短的路径经过关节接合部的内部，从而使电缆的必需长度最小化，并且能有利地控制电缆的最小曲率半径。
如果所述电缆引导件还包括一挡板，该挡板由所述中心鼓可滑动地引导以选择性地关闭所述槽，则可以防止灰尘或其它杂质进入所述电缆支撑件，且可以使所述电缆支撑件的内部隐蔽而不被看见。
所述挡板可以在所述槽打开时由电缆的一部分致动，而在所述槽关闭时由第二连接部件的一部分致动。
所述电缆在邻近所述孔的位置处可由所述中心鼓的一部分保持，从而所述关节接合部的挠曲不会引起电缆的任何不稳定运动。
所述第一连接部件和第二连接部件可以在所述中心鼓的任一侧以相对可转动的方式相互连接。由此，所述中心鼓整体被容纳在关节接合部中，从而可以以高度紧凑的方式设计所述关节接合部且良好地保护所述中心鼓。另外，保护所述中心鼓不受过大的力作用。
在本发明的第一方面的基础上，所述中心鼓设有一端壁，且所述电缆支撑件一体地形成在该端壁中。
在本发明的第一方面的基础上，所述中心鼓设有一对端壁，且所述电缆支撑件由一对肋形成，这对肋从所述两个端壁相向延伸。
根据本发明的第二方面，提供了一种电缆引导件，用于引导电缆，该电缆用于在关节接合部中传导信号和/或电力，该关节接合部使第一连接部件和第二连接部件以相对可转动的方式连接，该电缆引导件包括：中空的中心鼓，其包括大致为圆形的外周壁且固定地安装到第一连接部件上，所述外周壁设有形成在基本与第一连接部件对齐的第一角位置处的孔、和形成在第二角位置处的槽，该槽沿圆周延伸一角度，该角度基本上对应于第二连接部件相对于第一连接部件的角运动范围，并且使得电缆从所述孔进入所述中心鼓中并从所述槽离开所述中心鼓；以及一挡板，其由所述中心鼓可滑动地引导，以选择性地关闭所述槽，其中，所述挡板在所述槽打开时由电缆的一部分致动，而在所述槽关闭时由所述第二连接部件的一部分致动。
附图说明
下面参照附图对本发明进行描述，其中：
图1是沿图2的线I—I剖取的、实现本发明的机器人臂的局部剖侧视图；
图2是处于伸直状态的关节接合部的剖视平面图；以及
图3是处于弯曲状态的关节接合部的剖视平面图。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的用于关节接合部的电缆引导件的结构轮廓，其能应用于工业机器人臂部的肘关节或两足机器人的膝关节。为了便于描述，在假设满足下列条件的情况下对示出的实施例进行说明，即该实施例应用于旋转臂(第一连接部件)的关节接合部，该接合部与固定臂(第二连接部件)连接，从而可相对于静止的固定臂绕垂直轴线或水平轴线转动。
旋转臂1通过万向接头3以相对可转动的方式与固定臂2连接。构成关节接合部的万向接头3包括两对延伸部4a、4b、5a、5b，一对从旋转臂1以相互间隔的方式沿着转动轴线延伸，而另一对从固定臂以类似的方式延伸。从固定臂2延伸的那对延伸部5a，5b均装配有球轴承6。从旋转臂1延伸的那对延伸部4a、4b插设在从固定臂2延伸的那对延伸部5a、5b之间。轴部件7装配在每个球轴承6的内环中，该球轴承6装配在固定臂2的延伸部5a、5b上，且所述轴部件利用螺栓B固定地安装到旋转臂1的延伸部4a、4b中相应的一个上，从而旋转臂1被固定臂2可转动地支撑。
固定臂2可以由具有矩形横截面的管状部件构成，且装配有减速齿轮的电动机8靠近所述关节接合部安装在固定臂2内。电动机8的输出轴伸出固定臂2，且其伸出端固定地设有带齿的驱动带轮9。固定地安装到旋转臂1的相应延伸部4a上的轴部件7对中且固定地设有带齿的从动带轮10，且环形三角皮带11环绕经过这两个带齿带轮9和10。由此，通过使固定安装在固定臂2上的电动机8转动，使固定安装在固定臂2的延伸部5a、5b上的轴部件7旋转，且使一体地连接到延伸部4a、4b上的旋转臂1在水平面中旋转。所述减速齿轮可以根据设计需要而设置在万向接头3的一侧上。
在旋转臂1的延伸部4a、4b之间插设有电缆引导件12，该电缆引导件包括中心鼓13和鼓保持件14，所述中心鼓13和鼓保持件14设置成相对于彼此可转动。
中心鼓13由鼓状部件构成，其具有相对较小的轴向尺寸、并在两轴向端封闭且大致环绕所述周边，并设有隧道状延伸管15，该延伸管从中心鼓13的一部分圆周壁延伸并具有沿正切方向延伸的轴向线。在中心鼓13的圆周壁16的一相对侧上形成有一槽17，该槽延伸经过与在旋转臂1和固定臂2之间可移动角度相对应的一角度范围(在所示的实施例中，大约为圆周的一半)。
中心鼓13的轴向端壁18中每一个的内表面都设有肋20，该肋与外周壁16相配合而限定了圆周槽19。该圆周槽19和肋20大致延伸经过整个圆周，除了邻近延伸管15的根部的部分之外。肋20的一端连接到形成为从外周壁16的内表面朝向中心延伸的旋脊的蜗牛状部分21，且圆周槽19的相应端连接到形成为在蜗牛状部分21中的凹槽的导向槽22。
圆周槽19可滑动地容纳从槽17的中部沿两个相反方向延伸的长挡板23L和短挡板23S。挡板23L、23S沿圆周槽19弯曲。具体地，长挡板23L由薄塑料板制成，该塑料板具有足够的挠性以自由滑入曲率半径小于圆周槽19的导向槽22中。
中心鼓13的每个轴向端壁18的外周部分都设有直径从外周壁16减小的环形肩部24。该环形肩部24在大于整个圆周的一半的角度范围上与鼓保持件14的中心部分接合，从而该中心鼓13通过由鼓保持件14保持而能够绕一中心点旋转。
鼓保持件14被形成在邻近所述万向接头的旋转臂1的一端处的接合件25a、25b接合，并由此一体地连接到所述旋转臂1上。鼓保持件14在其轴向中部设有一间隙槽26，该间隙槽经过整个圆周的大约一半的角度范围，从而与中心鼓13的延伸管15隔开一间隙。
电缆27从固定臂2被引入中心鼓13中。电缆27进入面对固定臂2的延伸管15的圆形开口28，并沿着蜗牛状部分21的外周表面在中心鼓13中延伸。电缆27还延伸通过限定在两个挡板23L、23S的端部30、31之间的间隙，且然后进入旋转臂1，所述两个挡板23L、23S在槽17的中部相互对置，旋转臂1由具有类似于固定臂2的矩形横截面的管状部件构成。
当万向接头3通过致动电动机8而沿图2中箭头A所示的方向弯曲时，电缆27通过被蜗牛状部分21的外周表面引导而可以弯曲。因为电缆27的已经被引入到延伸管15的圆形开口28中的部分以与固定臂2相同的方式大致是固定的，所以通过延伸管15的圆形开口28与在固定臂2中延伸的电缆27的部分接合的中心鼓13与固定臂2成一体且一直保持不动。另一方面，与旋转臂1接合的鼓保持件14与旋转臂1成一体地转动。
电缆27在旋转臂1中延伸的部分例如通过利用鞍形部件而固定到旋转臂1的适当部分上，从而保持与旋转臂1的固定关系。因此，当旋转臂1旋转时，其中的电缆27沿图2中的箭头A所示的方向运动，且同时推动长挡板23L的端部31。结果，长挡板23L运动进入到形成在与圆周槽19连续的蜗牛状部分21中的导向槽22中，且逐渐使与旋转臂1的端部相对的槽17的表面打开。此时，位于相对侧上的短挡板23S保持与圆周槽19的固定关系，直到所述弯曲角达到某一值为止。
这样，电缆27能在由形成于中心鼓13的外周壁16中的槽17限定的角度范围上自由地弯曲。由于形成在鼓保持件14的轴向中部中的间隙槽26，延伸管15不会与鼓保持件14的转动运动发生干涉。
当旋转臂1已经转动约90度时，鼓保持件14的大部分间隙槽26被容纳在固定臂2的两个延伸部5a、5b之间限定的空间中，从而从万向接头3的外部(沿图3中箭头C所示的方向)只能看见中心鼓13的外周壁16。电缆27在中心鼓13内部延伸的部分沿蜗牛状部分21的外周表面弯曲，且最小的曲率半径由蜗牛状部分21的曲率半径决定，从而防止电缆27以不希望的锐角弯曲。此外，因为长挡板23L位于蜗牛状部分21的导向槽22内，因此长挡板23L不会与引入中心鼓13中的电缆27干涉。
当旋转臂1从图3所示的状态进一步挠曲时，间隙槽26的其中一个圆周壁29与短挡板23S的相对应的端部30接合并封闭槽17，以使从图3中箭头C所示的方向在间隙槽26之间不能看见中心鼓13的内部。
当旋转臂1伸直时，与鼓保持件14接合的旋转臂1的其中一个接合件25a推动长挡板23L的端部31并关闭槽17。当万向接头3伸直时，槽17完全被长挡板23L关闭。由此，防止了灰尘和其它杂质进入中心鼓13，并防止从图2中箭头B所示的方向在间隙槽26之间能看见中心鼓13的内部。
上述本发明的电缆引导件同样可应用于其它关节接合部，例如肩部和腕部。旋转臂1与固定臂2之间的关系只是相对的，且本发明还能以相反的关系实现。至于每个臂1、2和电缆27之间的关系，只要其中一个臂和电缆以基本上成一体的方式运动，就可以允许中心鼓13与鼓保持件14之间的相对转动，而不会有任何问题。本发明不仅可以如上所述用于引导电缆，而且还可以引导用于供应液压和气压介质的柔性管。
工业应用性
如从上面的描述可知，根据本发明，可以使用于经过电缆的关节接合部部分的尺寸最小化，且可以降低机器人的重量且同时减少电力传送的损失。此外，因为电缆被有利地隐蔽，所以不仅能改善了外观，而且还能保护电缆不受损坏。具体地，因为在关节接合部弯曲时电缆的曲率是受控制的，所以由于反复弯曲对电缆造成的损坏可以被最小化，且提高了机器人的可靠性。此外，因为中心鼓与鼓保持件之间可以进行相对转动而不会引起电缆的任何过分弯曲，所以不需要动力致动器，且同时简化了结构。
虽然就本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但是对本领域技术人员而言在不脱离由所附权利要求列出的本发明范围的情况下，显然可以进行各种变换和修改。

Claims (8)

1、一种电缆引导件，用于引导电缆，该电缆用于在关节接合部中传导信号和/或电力，该关节接合部使第一连接部件和第二连接部件以相对可转动的方式连接，该电缆引导件包括：
中空的中心鼓，所述中心鼓包括圆形的外周壁且固定地安装到第一连接部件上，所述外周壁设有形成在与第一连接部件对齐的第一角位置处的孔、和形成在第二角位置处的槽，该槽沿圆周延伸一角度，该角度对应于第二连接部件相对于第一连接部件的角运动范围，并且使得电缆从所述孔进入所述中心鼓中并从所述槽离开所述中心鼓，
该电缆引导件的特征在于，该电缆引导件还包括一环形的鼓保持件，该鼓保持件同轴地环绕所述中心鼓并一体地连接到第二连接部件上，所述鼓保持件设有一切口，用于防止与延伸到所述中心鼓的孔内的一部分电缆发生干涉，并且
所述电缆引导件还包括一电缆支撑件，该电缆支撑件一体地连接到所述中心鼓上并在该中心鼓内部延伸到一位置处，该位置邻近第一连接部件和第二连接部件之间的转动运动的中心，从而当所述第一连接部件和第二连接部件彼此相对旋转时，所述电缆支撑件限定所述电缆的最小曲率半径。
2、如权利要求1所述的电缆引导件，其特征在于，还包括一挡板，所述挡板由所述中心鼓可滑动地引导，以选择性地关闭所述槽。
3、如权利要求2所述的电缆引导件，其特征在于，所述挡板在所述槽打开时由电缆的一部分致动，而在所述槽关闭时由所述第二连接部件的一部分致动。
4、如权利要求1所述的电缆引导件，其特征在于，所述电缆在邻近所述孔的位置处由所述中心鼓的一部分保持。
5、如权利要求1所述的电缆引导件，其特征在于，所述第一连接部件和第二连接部件在所述中心鼓的任一侧以相对可转动的方式相互连接。
6、如权利要求1所述的电缆引导件，其特征在于，所述中心鼓设有一端壁，且所述电缆支撑件一体地形成在该端壁中。
7、如权利要求1所述的电缆引导件，其特征在于，所述中心鼓设有一对端壁，且所述电缆支撑件由一对肋形成，这对肋从所述两个端壁相向延伸。
8、一种电缆引导件，用于引导电缆，该电缆用于在关节接合部中传导信号和/或电力，该关节接合部使第一连接部件和第二连接部件以相对可转动的方式连接，该电缆引导件包括：
中空的中心鼓，该中心鼓包括圆形的外周壁且固定地安装到第一连接部件上，所述外周壁设有形成在与第一连接部件对齐的第一角位置处的孔、和形成在第二角位置处的槽，该槽沿圆周延伸一角度，该角度对应于第二连接部件相对于第一连接部件的角运动范围，并且使得电缆从所述孔进入所述中心鼓中并从所述槽离开所述中心鼓；以及
一挡板，该挡板由所述中心鼓可滑动地引导，以选择性地关闭所述槽，
其中，所述挡板在所述槽打开时由电缆的一部分致动，而在所述槽关闭时由所述第二连接部件的一部分致动。
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