CN104470688B - 用于机器人的结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于机器人的结构。此结构包括壳体(1)与倾斜件(2)。倾斜件(2)联接到壳体(1)并且布置为围绕旋转轴(X)相对于壳体(1)可旋转，其中缆线(4)穿过倾斜件(2)。第一夹紧构件(201)布置在倾斜件(2)上用于将缆线(4)的倾斜件(2)附近的端部固定，第二夹紧构件(101)布置在壳体(1)上，其用于固定缆线(4)的另一端。第一夹紧构件(201)与第二夹紧构件(101)之间的缆线(4)的长度使得倾斜件(2)能够在其两个极限位置之间旋转。

Description

用于机器人的结构

技术领域

本发明涉及工业机器人的领域，尤其是用于关节机器人的结构。

背景技术

越来越多数量的工业机器人被用于工业，诸如点焊机器人、弧焊机器人、喷涂机器人等。需要关节机器人以便获取更好的移动灵活性。为了支持机器人的控制与应用，类似气体、总线、以太网等的多种信号或传送介质将被连接到机器人腕部从而使用者可以将其与安装在法兰上的工具连接。在应用过程中，一个问题是缆线布线可能使腕部更肥大并且围绕腕部的缆线可能与周围环境发生干扰，使得周期时间与调试时间将会增加。

中空法兰是用于解决此问题的一个解决方案。通过将缆线布线在机器人的腕部上的法兰的中空空间内部，机器人的内部空间被充分地利用。同时，缆线未绕在腕部周围从而其将不会与周围环境发生干扰或者受损。与在弧焊机器人中类似，使用中空焊接炬以增加使用寿命。但是对于尤其用于3C应用(计算机、通信、以及消费电子产品)的小的机器人来说，由于机器人腕部已经太紧凑了因此很少机器人具有中空法兰。

发明内容

因此，本发明的实施方式中的目的之一是在非中空机器人中提供用于缆线与空气通道通过的结构。

根据本发明的一个方面，提供了一种机器人结构，其包括：壳体；倾斜件，其联接到壳体并且布置为相对于壳体围绕旋转轴可旋转；缆线，其布置为沿着壳体的侧面延伸并且经过倾斜件；以及设置在倾斜件上的第一夹紧构件，其布置为保持缆线的一部分以穿过倾斜件使得缆线的一端随着倾斜件围绕旋转轴可旋转。

根据示例性实施方式，此结构还可以包括设置在壳体的侧面上并且布置为保持缆线的另一端的第二夹紧构件，其中第一夹紧构件与第二夹紧构件之间的缆线的长度使得倾斜件能够旋转到它的两个极限位置。

根据示例性实施方式，该结构还可以包括安装在壳体的侧面上的缆线盒，缆线盒在其靠近倾斜件的一侧上具有入口与出口，其中缆线在通过第二夹紧构件夹紧以后从入口进入缆线盒，然后在缆线盒中形成第一弯曲部分，然后从出口离开，并且通过第一夹紧构件夹紧。

根据示例性实施方式，缆线的第一弯曲部分在缆线盒中具有与倾斜件的一个旋转极限位置相应的向前极限位置，并在缆线盒中具有与倾斜件的另一个旋转极限相应的反向极限位置，并且至少在向前极限位置与反向极限位置之间的任意位置处，缆线在入口与第一弯曲部分之间以及在出口与第一弯曲部分之间均具有直线部分。

根据示例性实施方式，缆线盒的与第一弯曲部分的两侧相应的两个侧壁分别定位在第一弯曲部分的两个极限位置附近，并且分别具有与第一弯曲部分相应的形状。

根据示例性实施方式，此结构还可以包括在壳体的侧面上的引导构件以引导缆线以在第一夹紧构件附近形成第二弯曲部分。

根据示例性实施方式，引导构件可以是具有开口与环形凹槽的环形元件，并且围绕倾斜件的旋转轴布置，并且缆线穿过环形凹槽以形成第二弯曲部分。

根据示例性实施方式，此结构还可以包括其中具有空气通道的旋转安装构件。旋转安装构件在所述壳体的所述侧面上设置在倾斜件上并且具有紧固到倾斜件的第一部分以及围绕旋转轴相对于第一部分可旋转的第二部分。空气软管连接到第二部分，并且通过将空气软管连接到旋转安装构件中的空气通道形成延伸到倾斜件的内部的空气路径。

根据示例性实施方式，旋转安装构件的第二部分定位在引导构件的开口中。

根据示例性实施方式，第一夹紧构件的夹紧表面为弧形，其中心与倾斜件的旋转轴共轴。

根据示例性实施方式，引导构件的环形凹槽的中心与倾斜件的旋转轴共轴。

根据示例性实施方式，此结构还可以包括用于覆盖缆线沿着其延伸的壳体的侧面的覆盖件，并且在覆盖件的内侧上设有夹子以固定旋转安装构件的第二部分。

根据示例性实施方式，缆线是柔性印刷电路(FPC)或者柔性扁平缆线(FFC)。

根据示例性实施方式，此结构还可以包括设置在倾斜件中的空气模块。空气模块具有进气口并且旋转安装构件的第一部分流体联通到进气口。

在本发明的另一个方面中，还提供了包括如上所述的结构的机器人。

附图说明

当参照附图阅读下面关于示例性实施方式的详细描述时，本发明的目的、特征和优点将会变得显而易见，在附图中：

图1以本发明的示例性实施方式示出了机器人结构。

图2示出了没有引导构件以及缆线盒的侧壁的图1的机器人结构。

图3示出了本发明的实施方式的引导构件。

图4示出了本发明的实施方式的壳体的覆盖件。

图5示出了本发明的实施方式的具有空气模块的倾斜件。

图6示出了本发明的实施方式中的机器人结构中的缆线布线与空气布线。

具体实施方式

在下文中，在描述本发明的机制与精神中将会涉及示例性实施方式。应该理解的是这些实施方式仅提供以方便本领域中的技术人员理解并且继而实施本发明，而不是用于以任何方式限定本发明的范围。

这里通过参照附图以示例性方式详细地描述了本发明的多种实施方式。

图1示出了用于本发明的示例性实施方式中的机器人的结构。优选地，此结构在机器人的腕部上使用。本领域中的技术人员应该理解的是此结构还可以应用到需要布线的机器人的其它部分，诸如基部部分等。

如图1中所示，此结构可以包括壳体1与倾斜件2(也称作为旋转臂)。壳体1可以以多种方式固定到机器人的基部部分以形成机械臂，或者以旋转方式连接到上级机械臂的前部以提供更多柔性。倾斜件2联接到壳体1的一端并且布置为相对于壳体1在一定角度内在平面中围绕旋转轴X可旋转。

优选地，如图1中所示，法兰3设置在倾斜件2的前端上，那里可以安装诸如焊接枪与喷射枪等的多种工作工具。法兰3可以固定到倾斜件2或布置在倾斜件2上以可绕旋转轴Y旋转。

具体地说，如图1和图2所示，在壳体1的前端的两个侧面上设有圆形孔100。孔100的中心与倾斜件2的旋转轴X共轴，并且倾斜件通过轴承以旋转的方式支撑在孔100内。缆线4可以从在壳体的一个侧壁上的孔100进入倾斜件2中，并且从法兰3下的倾斜件的前面上的缆线出口222离开，并且然后连接到安装在法兰3上的工作工具，由此提供用于工作工具的电连接。电连接提供工作工具以诸如功率和/或控制信号的信号传送。外部缆线还可以从缆线出口222进入到倾斜件2中，并且与倾斜件2内的缆线4连接。

如图2中所示，此结构还包括第一夹紧构件201，其固定在倾斜件2的缆线在那里进入到倾斜件2中的一侧上。第一夹紧构件201从孔100延伸并且距离倾斜件2的旋转轴X具有一段距离。优选地，第一夹紧构件201定位在孔100的圆周附近。第一夹紧构件201可以在不干涉孔100的圆周的情况下随着倾斜件2旋转。此外，第一夹紧构件201将缆线4的靠近倾斜件2的部分夹紧。因此，当倾斜件2旋转时，第一夹紧构件201可以驱动缆线4的一个端部以旋转超过一定圆周距离。

优选地，第一夹紧构件201包括两个弧形夹紧件，并且夹紧件的与缆线4接触的夹紧表面全都是弧形表面。选择性地，弧形表面的中心与倾斜件的旋转轴X共轴。因此，缆线4被夹紧为弧形形状以确保当缆线随着倾斜件旋转时相对大的旋转半径，由此提高了缆线的使用寿命。此外，第一夹紧构件201的外部弧形表面具有与孔100相同的中心，并且由此在旋转中其将不会与孔100干涉。应该指出的是，夹紧件的夹紧表面的弧形形状不是必需的。只要其尺寸不导致与周围干涉，就可以使用诸如最简单的小平板的任何其它形状。

如图2中所示，优选地，此结构还包括固定到壳体1并且用于夹紧缆线4的另一端(距离倾斜件2的远端)的第二夹紧构件101。第二夹紧构件101可以是现有技术中用于固定缆线的任何结构。

如图1和图2中所示，选择性地，此结构选择性地包括固定到壳体1的缆线盒5。在靠近倾斜件2的缆线盒5的一侧上具有入口501和出口502。在被第二夹紧构件101夹紧以后缆线4从入口501进入缆线盒5，并且然后在缆线盒5中形成第一弯曲部分401(参见图2)。接着，缆线4从出口502离开并且然后通过第一夹紧构件201夹紧。

进一步参照图2,缆线4的第一弯曲部分401具有在缆线盒5中的与倾斜件2的旋转极限位置相应的向前极限位置401-1，以及与倾斜件2的另一个旋转极限位置相应的反向极限位置401-2。此外，至少在向前极限位置401-1与反向极限位置401-2之间的任意位置上，缆线4在入口501与第一弯曲部分401之间以及出口502与第一弯曲部分401之间具有直线部分，使得缆线4具有带积蓄的长度并且在第一夹紧构件201与第二夹紧构件101之间的此长度允许通过旋转倾斜件2达到两个极限位置。

当倾斜件2旋转到一个限定位置时,缆线4通过第一夹紧构件201延伸到最远端程度。出口502与第一弯曲部分401之间的直线部分被向前拖拽。第一弯曲部分401由此移动到第二夹紧构件101附近的缆线4的端部，而入口501与第一弯曲部分401之间的直线部分被缩短，由此第一弯曲部分向前移动到向前极限位置401-1。

当倾斜件2反向地旋转到其它极限位置时，缆线4通过第一夹紧构件201被向后推动。在缆线盒5的引导下，第一弯曲部分401移动到远离第二夹紧构件101的缆线4的端部，而入口501与第一弯曲部分401之间的直线部分被延伸，由此第一弯曲部分向后移动到反向极限位置401-2。

当然，当倾斜件2刚好在倾斜件2与壳体1共线的中间位置时，缆线的第一弯曲部分401也定位在缆线盒5的中间位置401-3处。

与第一弯曲部分401的两个侧面相应的缆线盒5的两个侧壁分别定位在第一弯曲部分401的两个极限位置附近，优选地具有与所述第一弯曲部分相应的形状，即弧形形状。因此，缆线4在缆线盒5中被提供以足够空间以移动到两个极限位置并且在极限位置处更好地保持第一弯曲部分401的弧形形状以便保护缆线。

选择性地，靠近倾斜件2的缆线盒5的侧壁定位在入口501与出口502之间。入口501与出口502的尺寸设计为使得缆线4可以在没有摩擦的情况下穿过，并且在缆线4与入口501和出口502之间仅存在微小空间。因此，当在入口501与出口502中延伸与收回时，缆线将不会摇摆，而是将严格地沿着具有由缆线盒5限定的曲率半径的移动路径移动，由此避免了缆线4的过度弯曲。

缆线4的第一弯曲部分401的弯曲角度优选地是180度，以使缆线的两个直线部分彼此平行，由此节约空间并且方便缆线盒的制造。当然，根据壳体的侧面空间的特定情形弯曲角度可以是180度以上或以下。

如图1和图3中所示，在本发明的选择性实施方式中，此结构可以进一步包括围绕倾斜件的旋转轴X布置在倾斜件2上的引导构件6。具体地说，如图3中所示，引导构件6是具有开口603的环形元件并且在引导构件6中具有环形凹槽601。缆线4通过引导构件6的圆形侧壁上的窗602进入环形凹槽601。窗602定位在引导构件的开口的一侧附近。缆线4从引导构件6的开口603的其它侧上的端面离开，并且通过孔100进入倾斜件2。选择性地，环形引导构件6的中心具有与倾斜件2的旋转轴X相同的轴，并且继而具有与第一夹紧构件201上的弧形表面的中心相同的轴。引导构件6的环形凹槽601适于第一夹紧构件201经过。

因此，在引导构件6的环形凹槽601与第一夹紧构件201的引导下，缆线4在第一夹紧构件201附近形成第二弯曲部分402。当缆线4随着倾斜件2的旋转延伸与收回时，缆线4在第一夹紧构件201附近沿着具有与倾斜件2的旋转轴X相同轴的弯曲轨道移动。因此，缆线4可以在不过度弯曲的情况下随着倾斜件2的旋转平滑地延伸，这对于延长缆线的使用寿命并且防止倾斜件的旋转被缆线卡住是重要的。

引导构件6可以通过多种已知方式固定到壳体，诸如通过连接器将引导构件固定到壳体以防止引导构件随着倾斜件2与缆线4旋转。在下面描述的实施方式中引导构件6的定位是尤其有利的。

在图1中，优选地，用于机器人的结构具有用于将空气供给到倾斜件2的端部上的工作工具的结构。特别地，空气模块(未指示)设置在倾斜件2中，并且连接到空气模块的至少一个通气口212设置在倾斜件2上。通气口212连接到固定在倾斜件的前侧上的需要空气的工具的进气口。从壳体1延伸的空气软管7通过固定件固定到壳体。空气软管7通过旋转安装构件8流体连接到倾斜件2中的空气模块。

如图2中所示，旋转安装件8具有紧固到倾斜件2的第一部分801以及相对于第一部分801围绕倾斜件的旋转轴X可旋转的第二部分802。第一部分801在旋转轴的位置处安装在倾斜件上并且可随着倾斜件2旋转。第二部分802连接到空气软管7。因此，当倾斜件2旋转时，固定到壳体的空气软管将不会抑制倾斜件的旋转。旋转安装构件8的第一部分801与第二部分802具有空气通道。通过将空气软管7连接到旋转安装构件8的空气通道形成延伸到倾斜件内部的空气模块的空气路径。通过这种方式，在倾斜件的旋转期间保持了从空气软管到倾斜件的流体连接。

在此情形中，如上所述引导构件6优选地以浮动方式布置在轴X周围，即引导构件未通过任何固定件固定。旋转安装构件8的第二部分802定位在引导构件6的开口603中。当倾斜件2旋转并且缆线4随其延伸与收回时，第一夹紧构件201穿过引导构件6中的环形凹槽601，并且可以在缆线4与引导构件6之间产生摩擦，这可能致使引导构件6随其旋转。当引导构件6旋转越过微小角度时，引导构件6的开口603的两个端面中的一个将被旋转安装构件8的第二部分802阻挡。由于旋转安装构件8的第二部分802相对于壳体固定(至少不能大范围地移动)，由此抑制了引导构件6沿着圆形方向的旋转，并且使引导构件6沿着圆周方向定位。当倾斜件2反向地旋转时，引导构件6的开口601的另一个端面将被旋转安装构件8的第二部分802阻挡。引导构件6也沿着圆周方向定位。

如图4中所示，此结构优选地包括设置为覆盖布置有缆线4的壳体1的侧面的覆盖件9。选择性地，在覆盖件的内侧上具有与旋转安装构件8的第二部分802的位置相应的夹子901。当覆盖件固定到壳体时夹子901被用于固定旋转安装构件的第二部分802，以便防止旋转安装构件8的第二部分802随着倾斜件2的旋转的不期望的移动。旋转安装构件的第二部分802的进一步定位还防止了引导构件6的旋转。此外，覆盖件9还防止了引导构件6沿着轴向方向的过度移动，从而防止引导构件6从缆线与第一夹紧构件脱离。

引导构件6的浮动定位方式提供其沿着轴向与圆周方向的小的移动间隙，这方便了在很大程度上引导缆线。旋转安装构件8与覆盖件9还确保引导构件6一直在工作位置中，而不偏离或脱离。

图5示出了倾斜件2中的空气模块210的实施方式。在倾斜件2的中心中具有驱动部件220。空气模块210定位在驱动部件的一侧上。空气模块在面向与壳体1旋转联接的倾斜件2的侧壁的表面上具有进气口211。旋转安装构件8的第一部分801固定到进气口211并且流体地连接到那里。空气模块210可以朝上延伸到倾斜件2的顶部，并且向前到倾斜件2的前侧上的法兰的顶部。多个通气口212布置在倾斜件2的顶部上和/或在面向前面的法兰的上部上的端面上。在空气模块210的内部具有从进气口211延伸到至少一个通气口212的空气通道。优选地，进气口211流体地连接到全部通气口212。未使用的通气口可以根据实际需要被塞子堵住。当然，通气口可以根据实际需要设置在倾斜件的其它位置处，以方便与工作工具的进气口的连接。

图6示出了本发明的选择性实施方式中的机器人结构中的缆线布线与空气布线。缆线4从第二夹紧构件101进入缆线盒，并且在经过缆线盒内部的第一弯曲部分以后离开缆线盒。然后，缆线4进入引导构件6的环形凹槽，并且从引导构件的开口的下端面离开并且穿过孔100进入倾斜件2中。缆线4从倾斜件的前侧上的缆线出口出来以便连接到工作工具，由此形成缆线布线C。

空气从空气软管7进入到旋转安装构件8，并且进入倾斜件2中的空气模块，并且从连接到工具的倾斜件上的通气口离开，由此形成空气布线A。

通过此种方式，缆线布线与空气布线从倾斜件的旋转轴的位置进入倾斜件，由此避免围绕倾斜件的布线，这节省空间并且防止了在旋转过程中倾斜件与周围干涉。与此同时，缆线从倾斜件的旋转轴的位置进入倾斜件并且缆线延伸与退缩机构设置为防止缆线对倾斜件旋转的限制。

缆线优选的是柔性印刷电路(FPC)或者柔性平面缆线(FFC)。这些类型的缆线厚度很薄并且具有适当的韧性，由此容易弯曲并且具有弹性以恢复初始形状。这对于缆线的延伸与退缩来说是有利的。当然，诸如普通缆线的其它类型缆线也是可适用的。

通过研究附图、本文档的公开、以及所附权利要求，在本发明的实施过程中本领域中的技术人员可以理解并且实施公开实施方式的其它变型。在此权利要求中，“包括”不排除其它元件或步骤，并且一或一个不排除复数概念。在从属权利要求中示出彼此相互不同的特定措施的简单事实，并不表示这些措施的结合不能被有利地使用。权利要求中的附图标记不应解释为限定其范围。

Claims (16)

1.一种用于机器人的结构，其包括：

壳体(1)；

倾斜件(2)，其联接到所述壳体并且布置为相对于所述壳体围绕旋转轴(X)可旋转；

缆线(4)，其布置为沿着所述壳体的侧面延伸并且穿过所述倾斜件(2)；

设置在所述倾斜件(2)上的第一夹紧构件(201)，其布置为保持所述缆线(4)的一部分以穿过所述倾斜件(2)使得所述缆线的一端随着所述倾斜件围绕所述旋转轴可旋转；

设置在所述壳体(1)的所述侧面上并且布置为保持所述缆线(4)的另一端的第二夹紧构件(101)，其中所述第一夹紧构件(201)与所述第二夹紧构件(101)之间的所述缆线(4)的长度使得所述倾斜件(2)能够旋转到其两个极限位置处。

2.根据权利要求1所述的结构，还包括：

安装在所述壳体(1)的所述侧面上的缆线盒(5)，所述缆线盒在其靠近所述倾斜件的一侧上具有入口(501)与出口(502)，

其中所述缆线(4)在通过所述第二夹紧构件(101)夹紧以后从所述入口(501)进入所述缆线盒(5)，然后在所述缆线盒(5)中形成第一弯曲部分(401)，然后从所述出口(502)离开，并且通过所述第一夹紧构件(201)夹紧。

3.根据权利要求2所述的结构，其中所述缆线的所述第一弯曲部分(401)在所述缆线盒(5)中具有与所述倾斜件的一个旋转极限位置相应的向前极限位置(401-1)，并在所述缆线盒(5)中具有与所述倾斜件的另一个旋转极限位置相应的反向极限位置(401-2)，并且至少在所述向前极限位置(401-1)与所述反向极限位置(401-2)之间的任意位置上，所述缆线(4)在所述入口(501)与所述第一弯曲部分(401)之间以及所述出口(502)与所述第一弯曲部分(401)之间具有直线部分。

4.根据权利要求2所述的结构，其中，

所述缆线盒(5)的与所述第一弯曲部分(401)的两侧相应的两个侧壁分别定位在所述第一弯曲部分(401)的所述两个极限位置附近，并且分别具有与所述第一弯曲部分相应的形状。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的结构，还包括：

引导构件(6)，其布置在所述壳体的所述侧面上以引导所述缆线(4)在所述第一夹紧构件(201)附近形成第二弯曲部分(402)。

6.根据权利要求5所述的结构，其中所述引导构件(6)是具有开口(603)与环形凹槽(601)的环形元件，并且围绕所述倾斜件的所述旋转轴(X)布置，并且所述缆线(4)穿过所述环形凹槽(601)以形成所述第二弯曲部分(402)。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的结构，还包括：

其中具有空气通道的旋转安装构件(8)，其中所述旋转安装构件(8)在所述壳体的所述侧面上设置在所述倾斜件(2)上并且具有紧固到所述倾斜件(2)的第一部分(801)与围绕所述旋转轴(X)相对于所述第一部分(801)可旋转的第二部分(802)，

其中空气软管(7)连接到所述第二部分(802)，并且通过将所述空气软管(7)连接到所述旋转安装构件(8)中的所述空气通道形成延伸到所述倾斜件(2)的内部的空气路径。

8.根据权利要求7所述的结构，还包括：

引导构件(6)，其布置在所述壳体的所述侧面上以引导所述缆线(4)在所述第一夹紧构件(201)附近形成第二弯曲部分(402)。

9.根据权利要求8所述的结构，其中所述引导构件(6)是具有开口(603)与环形凹槽(601)的环形元件并且围绕所述倾斜件的所述旋转轴(X)布置，并且

所述缆线(4)穿过所述环形凹槽(601)以形成所述第二弯曲部分(402)，并且所述旋转安装构件(8)的所述第二部分(802)定位在所述引导构件(6)的所述开口(603)中。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的结构，其中所述第一夹紧构件(201)的夹紧表面为弧形，所述弧形的中心与所述倾斜件的所述旋转轴(X)共轴。

11.根据权利要求6或9所述的结构，其中所述引导构件(6)的所述环形凹槽(601)的中心与所述倾斜件的所述旋转轴(X)共轴。

12.根据权利要求7所述的结构，还包括：

用于覆盖所述壳体的所述缆线(4)沿着其延伸的侧面的覆盖件(9)，其中夹子(901)设置在所述覆盖件(9)的内侧上以固定所述旋转安装构件(8)的所述第二部分(802)。

13.根据权利要求1-4中任一项所述的结构，其中所述缆线(4)是柔性印刷电路(FPC)或者柔性扁平缆线(FFC)。

14.根据权利要求7所述的结构，其中所述缆线(4)是柔性印刷电路(FPC)或者柔性扁平缆线(FFC)。

15.根据权利要求7所述的结构，还包括设置在所述倾斜件(2)中的空气模块(210)，其中所述空气模块具有进气口(211)并且所述旋转安装构件的所述第一部分(801)流体联通到所述进气口(211)。

16.一种机器人，其包括根据权利要求1-15中任一项所述的结构。