CN106099822B - 管线引导装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管线引导装置，包括盒体，盒体的一组相对壁面上分别开设有用于管线进入盒体内腔的进线口和用于管线伸出盒体的出线口，盒体内腔中设有沿管线径向布设并贴合于管线侧壁面上用于利用弹力对管线施加径向推动力以使管线沿径向弯折限制管线轴向移动的径向推动机构；盒体内腔中处于进线口的位置以及处于出线口的位置均设有用于引导管线在径向推动机构作用下沿管线径向弯折的引导滚轮组件。在盒体上形成直线形的进线口和出线口，使得管线沿直线引导，无需绕线，并且利于实现双向的伸缩扩展；通过径向推动机构对管线施加径向的推动力以使管线折弯，管线由于弯折而具有纵横向双向的扩展伸缩行程，空间利用率高。

Description

管线引导装置

技术领域

本发明涉及机器人结构技术领域，特别地，涉及一种用于工业机器人的管线引导装置。

背景技术

随着生产自动化的不断发展，各类传感、控制技术的应用越来越多，致使执行终端的管线种类及数量也不断增加。对于大多数设备而言，执行终端并不是固定不动的，因此当执行终端工作时其上的管线也将随之运动。

传统的方法是预留管线的伸缩长度，依靠工作过程中执行终端部件传递的作用力带动管线随机运动，该方法由于管线运动具有不确定性且没有附加的保护，因而仅适用于管线伸缩行程较短和难以发生干涉的机构，且普遍使用寿命短。

近年来随着工业机器人应用的不断发展，其在恶劣工况下的生存能力得到越来越多的关注，因而配套机器人应用的管线包应运而生。最有代表性的当属库卡机器人上的U型管线盒，现已基本属于各工业机器人上的标配。但是，该管线盒自身以及在其它自动化设备上的应用也有一定的缺陷，一是管线盒内的弹簧没有被束缚，导致伸缩过程中管线幅度变化较大从而带来安全隐患；二是管线的进线和出线口均在一侧，对于直线型进线、出线口设备而言需要绕线，这样不但不美观而且加大了布线空间；三是加大管线的伸缩行程只能在一个方向进行扩展，这对于空间方向受限且伸缩行程要求较大的设备而言具有局限性。后续又相继出现了一些针对这些技术缺陷研发的新管线盒。

尽管管线盒技术在机器人执行终端上的运用越来越成熟，然而其在自动化设备上的应用仍然具有一定的局限性：其一，管线盒的进线口和出线口位于一端，对于一些直进直出的设备而言会存在绕线的问题；其二，管线在容纳腔内的滑动摩擦以及运动的不确定性将加大管线的损耗；其三，管线引导装置伸缩行程与自身体积比值偏小，空间利用率偏低，且扩展行程仅具备单向性。

发明内容

本发明提供了一种管线引导装置，以解决现有用于工业机器人执行终端的管线盒，进线口和出线口位于一端，对于一些直进直出的设备而言会存在绕线的问题；管线在容纳腔内的滑动摩擦以及运动的不确定性将加大管线的损耗；管线引导装置伸缩行程与自身体积比值偏小，空间利用率偏低，且扩展行程仅具备单向性的技术问题。

本发明提供一种管线引导装置，包括盒体，盒体的一组相对壁面上分别开设有用于管线进入盒体内腔的进线口和用于管线伸出盒体的出线口，盒体内腔中设有沿管线径向布设并贴合于管线侧壁面上用于利用弹力对管线施加径向推动力以使管线沿径向弯折限制管线轴向移动的径向推动机构；盒体内腔中处于进线口的位置以及处于出线口的位置均设有用于引导管线在径向推动机构作用下沿管线径向弯折的引导滚轮组件。

进一步地，径向推动机构设置为至少两组，相邻组的径向推动机构彼此沿管线的轴向错位布置且沿管线的径向相对布置，以推动管线呈S形弯折。

进一步地，径向推动机构包括滚动顶抵于管线侧壁面上的导向滚轮组件、固接于导向滚轮组件上的推杆、套设于推杆上的套筒组以及设于套筒组内且固接于推杆杆端与盒体内壁面之间的压缩弹簧。

进一步地，套筒组采用一级套筒的单筒件；或者套筒组采用一级套筒与二级套筒叠套的双筒组件；或者套筒组采用多级套筒叠套的多筒组件。

进一步地，压缩弹簧与盒体内壁面之间还设有用于调节压缩弹簧弹力的弹簧堵头以及设于弹簧堵头外的安装座。

进一步地，径向推动机构的推杆的推送方向上设有用于限制推杆推送管线的推送距离并与弯折的管线外形相匹配的护板。

进一步地，引导滚轮组件包括固接于盒体内的引导轮轴、套设于引导轮轴上的引导轴承以及套设于引导轴承外的引导滚轮；引导滚轮的外轮面采用带圆弧面的V形槽；引导滚轮的回转半径大于管线的最小弯曲半径。

进一步地，引导轴承的内环与引导轮轴之间设有轴用挡圈；引导轴承的外环与引导滚轮之间设有孔用挡圈。

进一步地，导向滚轮组件包括夹持于推杆杆端并通过销钉和螺母固接于推杆杆端的两块连接板、沿轴向嵌固于两块连接板之间的导向轮轴、套设于导向轮轴外的导向轴承以及套设于导向轴承外的导向滚轮；两块连接板的板端之间构成V字形开口，导向滚轮处于V字形开口之间。

进一步地，连接板采用扇形板，导向轮轴、导向轴承和导向滚轮组合的滚动组件沿扇形板的周向均布于V字形开口之间；V字形开口之间的导向滚轮所形成的包络线的半径大于管线的最小弯曲半径。

本发明具有以下有益效果：

本发明管线引导装置，在盒体上形成直线形的进线口和出线口，使得管线沿直线引导，无需绕线，并且利于实现双向的伸缩扩展；通过在进线口和出线口附近设置用于引导管线折弯的引导滚轮组件，通过径向推动机构对管线施加径向的推动力以使管线折弯，对管线的轴向移动进行限制，管线由于弯折而具有纵横向双向的扩展伸缩行程，可以通过增加径向推动机构的数量使得管线在盒体内腔中具有更大的伸缩行程，空间利用率高。通过引导滚轮组件消除管线工作拐角处可能产生的棱角对管线寿命的影响。通过滚轮接触管线的侧壁引导和推动管线，管线运动具有确定的运动轨迹，减少对管线的摩擦，降低管线的损耗，延长了管线的使用寿命。径向推动机构采用弹力作为推动力的动力，具有伸缩行程长、预紧力可调的特点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的管线引导装置的结构示意图；

图2是图管线拉动状态的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的导向滚轮组件的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的引导滚轮组件的结构示意图。

图例说明：

1、盒体；2、进线口；3、出线口；4、径向推动机构；401、导向滚轮组件；4011、连接板；4012、导向轮轴；4013、导向轴承；4014、导向滚轮；4015、V字形开口；402、推杆；403、套筒组；4031、一级套筒；4032、二级套筒；404、压缩弹簧；405、弹簧堵头；406、安装座；5、引导滚轮组件；501、引导轮轴；502、引导轴承；503、引导滚轮；504、轴用挡圈；505、孔用挡圈；6、管线；7、护板；8、销钉；9、螺母；10、喇叭形球节套筒；11、管夹。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的管线引导装置的结构示意图；图2是图管线拉动状态的结构示意图；图3是本发明优选实施例的导向滚轮组件的结构示意图；图4是本发明优选实施例的引导滚轮组件的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施例的管线引导装置，包括盒体1，盒体1的一组相对壁面上分别开设有用于管线6进入盒体1内腔的进线口2和用于管线6伸出盒体1的出线口3，盒体1内腔中设有沿管线6径向布设并贴合于管线6侧壁面上用于利用弹力对管线6施加径向推动力以使管线6沿径向弯折限制管线6轴向移动的径向推动机构4；盒体1内腔中处于进线口2的位置以及处于出线口3的位置均设有用于引导管线6在径向推动机构4作用下沿管线6径向弯折的引导滚轮组件5。本发明管线引导装置，在盒体1上形成直线形的进线口2和出线口3，使得管线沿直线引导，无需绕线，并且利于实现双向的伸缩扩展；通过在进线口2和出线口3附近设置用于引导管线折弯的引导滚轮组件5，通过径向推动机构4对管线施加径向的推动力以使管线折弯，对管线的轴向移动进行限制，管线由于弯折而具有纵横向双向的扩展伸缩行程，可以通过增加径向推动机构4的数量使得管线在盒体1内腔中具有更大的伸缩行程，空间利用率高。通过引导滚轮组件5消除管线工作拐角处可能产生的棱角对管线寿命的影响。通过滚轮接触管线的侧壁引导和推动管线，管线运动具有确定的运动轨迹，减少对管线的摩擦，降低管线的损耗，延长了管线的使用寿命。径向推动机构4采用弹力作为推动力的动力，具有伸缩行程长、预紧力可调的特点。可选地，进线口2和/或出线口3具有管线轴向移动调节功能。可选地，进线口2和/或出线口3通过喇叭形球节套筒10和管夹11进行对管线轴向伸缩移动的调节。

如图1和图2所示，本实施例中，径向推动机构4设置为至少两组。相邻组的径向推动机构4彼此沿管线6的轴向错位布置且沿管线6的径向相对布置，以推动管线6呈S形弯折。多组径向推动机构4使得管线6呈S形绕行，具有纵横向双向的可扩展伸缩行程，以使管线在盒体1空间内具有更大的伸缩行程。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，径向推动机构4包括滚动顶抵于管线6侧壁面上的导向滚轮组件401、固接于导向滚轮组件401上的推杆402、套设于推杆402上的套筒组403以及设于套筒组403内且固接于推杆402杆端与盒体1内壁面之间的压缩弹簧404。径向推动机构4采用滚轮顶抵于管线并实现推动，以减小对管线6的作用力，减少对管线6的损害，延长管线6寿命。通过套筒组403与推杆402行程伸缩机构，并利用压缩弹簧404行程伸缩机构的伸缩驱动力，以自适应管线6的伸缩调节需要。

如图1和图2所示，本实施例中，可选地，套筒组403采用一级套筒4031的单筒件。可选地，套筒组403采用一级套筒4031与二级套筒4032叠套的双筒组件。可选地，套筒组403采用多级套筒叠套的多筒组件。可以根据需要采用不同的套筒组403，以增减径向推动机构4直线运动行程，使得适应范围更广。可选地，各级套筒之间以及套筒与推杆之间通过止口定位。

如图1和图2所示，本实施例中，压缩弹簧404与盒体1内壁面之间还设有用于调节压缩弹簧404弹力的弹簧堵头405以及设于弹簧堵头405外的安装座406。

如图1和图2所示，本实施例中，径向推动机构4的推杆402的推送方向上设有用于限制推杆402推送管线6的推送距离并与弯折的管线6外形相匹配的护板7。

如图1、图2和图4所示，本实施例中，引导滚轮组件5包括固接于盒体1内的引导轮轴501、套设于引导轮轴501上的引导轴承502以及套设于引导轴承502外的引导滚轮503。形成适应于管线伸缩的自适应滚动机构，减少与管线间的相互作用力和摩擦，延长管线寿命。引导滚轮503的外轮面采用带圆弧面的V形槽。通过带圆弧面的V形槽以保证管线伸缩运动的位置，防止管线脱离而造成调节伸缩调节失效。引导滚轮503的回转半径大于管线6的最小弯曲半径。防止管线棱角的出现。

如图1、图2和图4所示，本实施例中，引导轴承502的内环与引导轮轴501之间设有轴用挡圈504。引导轴承502的外环与引导滚轮503之间设有孔用挡圈505。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，导向滚轮组件401包括夹持于推杆402杆端并通过销钉8和螺母9固接于推杆402杆端的两块连接板4011、沿轴向嵌固于两块连接板4011之间的导向轮轴4012、套设于导向轮轴4012外的导向轴承4013以及套设于导向轴承4013外的导向滚轮4014。两块连接板4011的板端之间构成V字形开口4015。导向滚轮4014处于V字形开口4015之间。通过V字形开口4015以保证管线伸缩运动的位置，防止管线脱离而造成调节伸缩调节失效。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，连接板4011采用扇形板。导向轮轴4012、导向轴承4013和导向滚轮4014组合的滚动组件沿扇形板的周向均布于V字形开口4015之间。V字形开口4015之间的导向滚轮4014所形成的包络线的半径大于管线6的最小弯曲半径。若干个导向滚轮4014所形成的包络线即为管线6的绕行半径。如此即可保证管线6伸缩时在导向滚轮4014上以滚动摩擦的运动方式进行。而为了防止管线6棱角的出现，这里要求若干个导向滚轮4014所形成的包络线的半径应大于管线6的最小弯曲半径。

实施时，提出一种S型管线引导装置，该装置能适应管线6的进线口2与出线口3不在同侧无需绕线的应用要求，且具有伸缩行程与自身体积比值较大、空间利用率高、磨损小、寿命长等优点，并能根据实际应用情况在纵、横两个方向对伸缩行程进行扩展，通用性强。管线引导装置如图1所示，包括盒体1、引导滚轮组件5、导向滚轮组件401、套筒组403、推杆402、压缩弹簧404、弹簧堵头405、喇叭形球节套筒10以及管夹11。其中盒体1作为整套装置安装的基础，包括下底板、盒盖、连接螺钉等。下底板根据管线6特点装有引导滚轮组件5、导向滚轮组件401、护板7等零部件确保管线6在缩回状态下呈S型布置。盒盖主要对管线6伸缩过程中的运动空间进行防护。

引导滚轮组件5主要为了消除管线6工作拐角处可能产生的棱角对管线6寿命的影响。如图4所示，主要包括引导滚轮503、引导轮轴501、引导轴承502以及轴用挡圈504和孔用挡圈505等。其中，引导滚轮503的滚轮工作面为圆形V槽结构，为消除拐角，要求其自身的回转半径应大于管线6的最小弯曲半径。引导滚轮503通过引导轴承502及轴用挡圈504和孔用挡圈505安装在引导轮轴501上。当管线6绕引导滚轮503外表面工作时，以保证管线6与滚轮间的作用为滚动摩擦从而延长管线6的寿命。

导向滚轮组件401如图3所示，在两个连接板4011构成的V型槽间布置有若干个导向轮轴4012。每个导向轮轴4012上通过导向轴承4013、隔套、挡圈等定位方式设有一导向滚轮4014。若干个导向滚轮4014所形成的包络线即为管线6的绕行半径。如此即可保证管线6伸缩时在导向滚轮4014上以滚动摩擦的运动方式进行。而为了防止管线6棱角的出现，这里要求若干个导向滚轮4014所形成的包络线的半径应大于管线6的最小弯曲半径。

导向滚轮组件401连接端设有销钉8及与销钉8配套的螺母9，主要用于与推杆402相连并紧固。而推杆402与二级套筒4032、二级套筒4032与一级套筒4031通过圆柱面配合及止口定位组成二级伸缩机构。二级伸缩机构固连在盒体1的安装座406上，内置一压缩弹簧404在管线6处于缩回状态时提供一个使管线6呈S型布置的预紧力；而为了消除制造误差及满足不同管线6的预紧特性，在安装座406上设有一弹簧堵头405即能实现这一功能。

当管线6受外力作用需要伸长时，二级伸缩机构通过不断压缩内部压缩弹簧404而缩回，内部管线6从压缩状态下的S型逐渐向伸长状态下的纵向直线型变化，管线6上所受的弹簧回复力也越来越大，在工作过程的任一时间点只要外力消失，则管线6在弹簧回复力的作用下将再次缩回盒体1内呈S型布置。图2所示即为管线6被拉伸至最大长度时盒体1内部机构的工作状态，盒体1的最大伸缩行程即为压缩状态下S型长度与最大伸长状态下纵向直线型长度之差。

本发明管线引导装置具有进线口2、出线口3异侧共线的外形接口，空间利用率大、管线6磨损小、使用寿命长等优点；还具备以下两点扩展功能：

其一、为了扩展伸缩行程，既可以在横向方向上加大二级伸缩机构的伸缩长度实现，也可以在纵向方向上增加一组或多组二级伸缩机构实现；

其二，为了满足自动化设备执行终端不同的安装接口，进线口2和出线口3亦可以根据具体位置进行改动，不过为了消除管线6绕行可能产生的棱角，进线口2与出线口3处的引导滚轮组件5也需随之移动。

本发明管线引导装置，有效解决一些管线6包应用中进线口2与出线口3共线无需绕线的问题；具有伸缩行程与自身体积比值较大、空间利用率高等优点；管线6运动具有确定的运动轨迹，并以滚动摩擦的形式降低了管线6的磨损，延长了管线6的使用寿命；伸缩行程具有纵、横两个方向的扩展方式，能够适应不同工况的空间布置要求；管线引导装置接口形式并不唯一，可根据具体要求进行设计，其适应范围广、通用性强。

本发明管线引导装置，满足管线6的进线口2与出线口3异侧无需绕线的需求。管线引导装置的S型绕行机构，以使管线6在一定的空间内具有较大的伸缩行程。具有纵、横两个方向可扩展伸缩行程，且进、出线接口可自行设计调节的功能。消除管线6绕行过程中可能产生的棱角问题，并以滚动摩擦的运动方式降低管线6损耗。以滚轮的外圆包络线构成的绕行半径进行导向，并以滚动摩擦的运动方式降低管线6磨损。二级弹簧伸缩机构，具有伸缩行程长、预紧力可调的特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管线引导装置，用于机器人执行终端，包括盒体(1)，

所述盒体(1)的一组相对壁面上分别开设有用于管线(6)进入所述盒体(1)内腔的进线口(2)和用于管线(6)伸出所述盒体(1)的出线口(3)，

其特征在于，

所述盒体(1)内腔中设有沿管线(6)径向布设并贴合于管线(6)侧壁面上用于利用弹力对管线(6)施加径向推动力以使管线(6)沿径向弯折限制管线(6)轴向移动的径向推动机构(4)；

所述盒体(1)内腔中处于所述进线口(2)的位置以及处于所述出线口(3)的位置均设有用于引导管线(6)在所述径向推动机构(4)作用下沿管线(6)径向弯折的引导滚轮组件(5)；

进线口(2)和/或出线口(3)具有管线轴向移动调节功能。

2.根据权利要求1所述的管线引导装置，其特征在于，

所述径向推动机构(4)设置为至少两组，

相邻组的所述径向推动机构(4)彼此沿管线(6)的轴向错位布置且沿管线(6)的径向相对布置，以推动管线(6)呈S形弯折。

3.根据权利要求1所述的管线引导装置，其特征在于，

所述径向推动机构(4)包括滚动顶抵于管线(6)侧壁面上的导向滚轮组件(401)、固接于所述导向滚轮组件(401)上的推杆(402)、套设于所述推杆(402)上的套筒组(403)以及设于所述套筒组(403)内且固接于所述推杆(402)杆端与所述盒体(1)内壁面之间的压缩弹簧(404)。

4.根据权利要求3所述的管线引导装置，其特征在于，

所述套筒组(403)采用一级套筒(4031)的单筒件；或者

所述套筒组(403)采用一级套筒(4031)与二级套筒(4032)叠套的双筒组件；或者

所述套筒组(403)采用多级套筒叠套的多筒组件。

5.根据权利要求3所述的管线引导装置，其特征在于，

所述压缩弹簧(404)与所述盒体(1)内壁面之间还设有用于调节所述压缩弹簧(404)弹力的弹簧堵头(405)以及设于所述弹簧堵头(405)外的安装座(406)。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的管线引导装置，其特征在于，

所述径向推动机构(4)的所述推杆(402)的推送方向上设有用于限制所述推杆(402)推送管线(6)的推送距离并与弯折的管线(6)外形相匹配的护板(7)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的管线引导装置，其特征在于，

所述引导滚轮组件(5)包括固接于所述盒体(1)内的引导轮轴(501)、套设于所述引导轮轴(501)上的引导轴承(502)以及套设于所述引导轴承(502)外的引导滚轮(503)；

所述引导滚轮(503)的外轮面采用带圆弧面的V形槽；

所述引导滚轮(503)的回转半径大于管线(6)的最小弯曲半径。

8.根据权利要求7所述的管线引导装置，其特征在于，

所述引导轴承(502)的内环与所述引导轮轴(501)之间设有轴用挡圈(504)；

所述引导轴承(502)的外环与所述引导滚轮(503)之间设有孔用挡圈(505)。

9.根据权利要求3至5中任一项所述的管线引导装置，其特征在于，

所述导向滚轮组件(401)包括夹持于所述推杆(402)杆端并通过销钉(8)和螺母(9)固接于所述推杆(402)杆端的两块连接板(4011)、沿轴向嵌固于两块所述连接板(4011)之间的导向轮轴(4012)、套设于所述导向轮轴(4012)外的导向轴承(4013)以及套设于所述导向轴承(4013)外的导向滚轮(4014)；

两块所述连接板(4011)的板端之间构成V字形开口(4015)，

所述导向滚轮(4014)处于所述V字形开口(4015)之间。

10.根据权利要求9所述的管线引导装置，其特征在于，

所述连接板(4011)采用扇形板，

所述导向轮轴(4012)、所述导向轴承(4013)和所述导向滚轮(4014)组合的滚动组件沿所述扇形板的周向均布于所述V字形开口(4015)之间；

所述V字形开口(4015)之间的所述导向滚轮(4014)所形成的包络线的半径大于管线(6)的最小弯曲半径。