CN107303677A - 具有缆线的铰接关节机构 - Google Patents

Abstract

一种铰接关节机构包括第一连杆(L1、A1、M1、U1)、第二连杆(L2、A2、M2、U2)、以具有至少一个自由度的相互可移动的方式机械地连接所述第一连杆和第二连杆的连接器(KR、KR1、ER、ER1、ER2、MR、UR)、和从所述第一连杆经由所述连接器延伸到所述第二连杆的光缆(11、21、31、41)，所述光缆包括光纤芯(F1、F2、F3、F4)和围绕所述光纤芯的护套(C1、C2、C3、C4)。所述关节机构包括第一缆线保持部分(P1)和第一缆线接合部分(Q1)，所述第一缆线保持部分(P1)设置在所述第一连杆的部分中，并且包括用于将护套牢固地固定到第一连杆的护套固定部分(P1‑2)和用户将光纤芯牢固地固定到第一连杆的芯固定部分(P1‑1)，所述第一缆线接合部分(Q1)设置在所述第一连杆的位于所述第一缆线保持部分和连接器之间的部分中，并且包括护套固定部分(Q1‑2)，所述护套固定部分(Q1‑2)用于将护套牢固地固定到第一连杆同时允许所述光纤芯自由地偏转。

Description

具有缆线的铰接关节机构

技术领域

本发明涉及一种具有光缆的铰接关节机构，所述光缆延伸穿过所述关节机构。

背景技术

例如机器人的多种机器使用铰接关节实现机器工作端的期望动作。JP2015-174208A公开了一种机器人，所述机器人设有收发器和机械连接相邻连杆的铰接关节。在这些应用中，例如光缆的缆线需要穿过这些铰接关节。然而，所述缆线常常不能承受过度弯曲以使对每个缆线给予某个数量的松弛。

这个问题在机器人领域中特别严重，这些机器人常常设有大量连杆和铰接关节。每个连杆设有一个或多个收发器，并且信号需要在这些收发器之间交换，收发器横穿这些彼此机械连接的相邻连杆的铰接关节。因此，重要的是，保证每个铰接关节处光缆的整体性。

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铰接关节机构，所述铰接关节机构彼此机械连接相邻连杆并且具有延伸穿过所述铰接关节的光缆，所述铰接关节能够阻止对光缆造成任何损害，即使当相邻连杆经由铰接关节相对于彼此移动时。

为了实现这个目的，本发明提供一种铰接关节机构，所述铰接关节机构包括第一连杆(L1、A1、M1、U1)、第二连杆(L2、A2、M2、U2)、连接器(KR、KR1、ER、ER1、ER2、MR、UR)和光缆(11、21、31、41)，其中，所述连接器以具有至少一个自由度的相互可移动的方式机械地连接所述第一连杆与所述第二连杆；所述光缆从所述第一连杆经由连接器延伸到所述第二连杆，并且所述光缆包括光纤芯(F1、F2、F3、F4)和围绕所述光纤芯的护套(C1、C2、C3、C4)，所述机构包括：第一缆线保持部分(P1)和第一缆线接合部分(Q1)，其中所述第一缆线保持部分(P1)设置在所述第一连杆的部分中并且包括用于将所述护套牢固地固定到所述第一连杆的护套固定部分(P1-2)和用于将所述光纤芯牢固地固定到所述第一连杆的芯固定部分(P1-1)；所述第一缆线接合部分(Q1)设置在第一连杆的位于所述第一缆线保持部分和所述连接器之间的部分中，并且包括护套固定部分(Q1-2)，所述护套固定部分(Q1-2)用于将所述护套牢固地固定到所述第一连杆同时允许所述光纤芯自由偏转。

所述光纤芯牢固地固定在所述缆线保持部分，但允许在所述缆线接合部分自由地偏转。因此，当所述光缆在邻近所述连接器的部分中弯曲、扭转或者变形时，所述光纤芯被允许在所述护套中移动，并且比所述护套更少急剧地弯曲，从而所述光纤芯中可能产生的应力能够达到最小。

在本发明的优选实施方式中，所述铰接关节机构进一步包括第二缆线保持部分(P2)和第二缆线结合部分(Q2)，其中，所述第二缆线保持部分(P2)设置在所述第二连杆的部分中，并包括用于将所述护套牢固地固定到所述第二连杆的护套固定部分(P2-2)和用于将所述光纤芯牢固地固定到所述第二连杆的芯固定部分(P2-1)；所述第二芯接合部分(Q2)设置在所述第二连杆的位于所述第二缆线保持部分和所述连接器之间的部分中，并且包括用于将所述护套牢固地固定到所述第二连杆同时允许所述光纤芯自由地偏转的护套固定部分(Q2-2)。

由此，所述光纤芯能够在所述第一连杆和第二连杆中的所述护套内自由地偏转，从而当所述第一连杆和第二连杆相对于彼此围绕所述连接器移动时，所述光纤芯的应力能够达到最小。

在本发明的另一优选实施方式中，所述第一连杆和第二连杆经由依序串联连接的第一连接器、中间连杆和第二连接器相互机械连接，每个连接器以具有至少一个自由度的相互可移动的方式连接相关连杆，并且所述中间连杆设有一对中间缆线接合部分，所述中间缆线接合部分以轴向间隔开的关系进行定位并且每个都包括用于将所述护套牢固地固定到所述中间连杆同时允许光纤芯自由偏转的护套固定部分。

在这个实施例中，所述第一连杆和第二连杆能够具有至少两个自由度地相对于彼此移动，但是所述光缆能够经由中间连杆在所述第一连杆和第二连杆之间延伸，而且不受到任何过度应力。

在本发明的又一实施方式中，所述第一连杆进一步包括辅助缆线接合部分，所述辅助缆线接合部分设置在所述第一缆线保持部分和第一缆线接合部分之间，并且包括用于将所述护套牢固地固定到所述第一连杆同时允许所述光纤芯自由偏转的护套固定部分。

由此，所述光缆可沿着所述第一连杆延伸，不对沿着所述中间连杆延伸的光纤芯的部分造成任何过度应力。

在本发明的又一实施方式中，所述第一连杆进一步包括第一辅助缆线接合部分，其中所述第一辅助缆线接合部分设置在所述第一缆线保持部分和所述第一缆线接合部分之间，并且包括用于将所述护套牢固地固定到所述第一连杆同时允许所述光纤芯自由偏转的护套固定部分；并且所述第二连杆进一步包括第二辅助缆线接合部分，其中所述第二辅助缆线接合部分设置在所述第二缆线保持部分和第二缆线接合部分之间，并且包括用于将所述护套牢固地固定到所述第二连杆同时允许所述光纤芯自由偏转的护套固定部分。

所述辅助缆线接合部分允许所述光缆整齐地(neatly)布置，但在所述光纤芯中不引起任何过度弯曲。

所述连接器典型地包括枢轴连接器。在这种情形中，所述连接器可包括枢轴管，所述枢轴管枢转地连接所述第一连杆和第二连杆的相对端部，并且所述光缆穿过所述枢轴管的内孔。

由此，所述光缆能够以高度紧凑的方式布置，而且在所述光纤芯中不引起任何过度的应力。

所述第一连接器和第二连接器可分别包括枢轴连接器，它们的枢轴连接器具有相互垂直的旋转中心线。由此，所述关节机构可允许所述第一连杆和第二连杆之间以具有两个自由度的简单方式移动。

在本发明的又一实施方式中，所述连接器包括线性连接器，所述线性连接器配置成允许所述第一连杆和第二连杆相对于彼此轴向可移动。在这种情形中，所述第一连杆和第二连杆可包括彼此套筒式组合的管状构件，并且所述第一缆线保持部分和第一缆线接合部分设置在所述第一连杆的内壁表面上。

还在这种情形中，即使当所述第一连杆和第二连杆相对于彼此折回和延伸时，作为结果，所述光缆的护套可以弯曲，但所述光纤芯被阻止过度弯曲或者受到过度应力。

在本发明的又一实施方式中，所述连接器包括扭转连接器，其中所述扭转连接器配置成允许所述第一连杆和第二连杆围绕轴线相对于彼此转动。在这种情形中，所述第一连杆和第二连杆可包括彼此共轴地组合的管状构件，并且所述第一缆线接合部分定位在两个连杆的轴向中心线上。

还在这种情形中，即使当所述第一连杆和第二连杆相对于彼此扭转时，作为结果，所述光缆的护套可以弯曲或扭转，但是所述光纤芯被阻止过度弯曲或者受到过度应力。当所述光缆的大部分保持沿着所述第一连杆和/或第二连杆的中心轴线时，所述光缆的弯曲能够达到最小，并且所述光纤芯上的应力能够达到最小。

所述光缆典型地包括被容纳在所述护套中的单一光纤芯，但也可以包括被容纳在同一护套中的两个或更多个光纤芯。

所述光纤芯的容许的最小曲率半径可以小于所述护套的容许的最小曲率半径。

由此，对光缆的任何损害可以容易地从外侧检测到，因为只要所述护套位于良好的状态，就可以推测所述光纤芯是完好的。如果检测到护套中的任何损害，则光纤芯有可能被损害。

所述芯固定部分可包括共轴地置于所述光纤芯和护套之间的环形构件。

由此，所述芯固定部分可以经由所述护套固定部分将所述光纤芯牢固地固定到相关的连杆，从而所述材料成本能够得到节省，并且所述缆线保持部分的整体结构能够得到简化。

在本发明的又一实施方式中，所述护套在从缆线保持部分远离所述缆线接合部分地移位的部分具有终端，并且所述芯固定部分比所述护套的终端更远离所述第一缆线接合部分地延伸。

由此所述光缆的从所述护套露出的部分有利地受到所述芯固定部分的支撑，从而所述光纤芯的延伸出所述护套的部分能够受到保护，免于遭受应力或损害。

附图说明

图1是装配有根据本发明的铰接关节机构的机器人的立体图；

图2是表示所述铰接关节机构和光学收发器模块的定位的示图；

图3是表示机器人的膝关节的示图，其中包括延伸穿过所述膝关节的光缆；

图4A是沿图3的线IV-IV剖切的剖视图，显示光缆的横截面；

图4B是类似于图4A的示图，显示包括两个光纤芯的光缆；

图5是表示机器人的肘关节的示图，其中包括延伸穿过所述肘关节的光缆；

图6A是线性关节机构的剖面图，其中包括延伸穿过线性关节机构的光缆；

图6B是类似于图6A的示图，显示呈折回状态的线性关节；

图7A是扭转关节机构的剖面图，其中包括延伸穿过所述扭转关节机构的光缆；和

图7B是沿图7A的线VII-VII剖切的剖面图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的优选实施方式。

如图1所示，所示实施方式的机器人R包括能够自主行走和奔跑的两足机器人。在下列描述中，从机器人R的视点来看，前后方向定义为X轴，横向方向定义为Y轴和竖直方向定义为Z轴。机器人R设有头H、一对臂AL和AR、躯干B和一对腿LL和LR。头H经由颈关节N连接到躯干B，躯干B是机器人R的主要部分。其中一个臂AL经由肩关节SL连接到躯干B的左侧，而另一臂AR经由肩关节SR连接到躯干B的右侧。其中一个腿LL经由髋关节JL连接到躯干B的左下侧，而另一腿LR经由髋关节JR连接到躯干B的右下侧。躯干B的背部背负的背包包括控制单元壳体C，控制单元壳体C包含用于控制头H、躯干B、臂AL和AR、和腿LL和LR的控制单元。因为机器人R关于纵分面对称，由于两个身体部分互为镜像，下面的描述中只描述一对身体部分中的一个。

腿LR包括上部连杆L1和下部连杆L2，其中上部连杆L1具有经由髋关节JR连接到躯干B的右下部分的上端部，下部连杆L2具有经由膝关节KR连接到上部连杆L1的下端部的上端部。下部连杆L2的下端部经由踝关节FR连接到接触地表面的足IR。

臂AR包括上部连杆A1和下部连杆A2，其中上部连杆A1具有经由肩关节SR连接到躯干B的右上部分的上端部，下部连杆A2经由肘关节ER连接到上部连杆A1的下端部。下部连杆A2的下端部经由腕关节WR连接到模仿人手抓握东西的抓爪GR。

如图2所示，机器人的每个关节都包括一个或多个连接器，所述连接器具有至少一个自由度地可运动连接相邻连杆。两个相邻连杆之间的每个连接器允许的所述运动，可以包括围绕X轴的滚动运动、围绕Y轴的俯仰运动、围绕Z轴的偏转运动。作为一个具体实例，连接器可允许沿着相邻连杆之间的轴线相对线性(套筒式)运动，或者围绕相邻连杆之间的轴线扭转运动。通过组合这些连接器，每个关节都可以允许相关连杆之间一个或多个自由度的相对运动。形成机器人R的可运动部分的每一个连杆都设有一个或多个光学收发器模块LO1、LO2、LO3、AO1、AO2、AO3，用于传送和接收相应关节的姿态控制的光学信号。这些光学收发器模块LO1、LO2、LO3、AO1、AO2、AO3经由穿过相应关节的光缆11、21、31和41相互连接。

在所示实施方式中，光学收发器模块LO1、LO2、LO3、AO1、AO2、AO3经由光缆11、21、31和41相互连接，光缆11、21、31和41形成具有环形网络拓扑的光缆网。如图2所示，每个臂或腿由串联连接的多个连杆形成。因此，一对光缆完全穿过每个关节以沿相互相反的方向传送信号。另一方面，在全部连接的网络拓扑中，当存在三个或更多个连杆时，需要三条或更多条光缆穿过每个关节。因为这个原因，环形网络拓扑在需要信号穿过各个关节的机器人中是有利的。

腿LR经由髋关节JR连接到躯干B的下端部，髋关节JR设有能够分别围绕X轴、Y轴和Z轴(三个轴)枢转的三个连接器JR1、JR2和JR3。上部连杆L1连接到被设置在髋关节JR的最下部分的连接器JR3。下部连杆L2经由膝关节KR连接到上部连杆L1的下端部，其中膝关节KR包括可围绕Y轴线枢转的连接器KR1。光学收发器模块LO1设置在上部连杆L1的上部部分中，光学收发器模块LO2设置在上部连杆L1的下部部分中。光学收发器模块LO3设置在下部连杆L2的下部部分中。

臂AR的上部连杆A1具有经由肩关节SR连接到躯干B的右上端的上端部。上部连杆A1的下端部经由肘关节ER连接到下部连杆A2的上端部。肘关节ER包括用于围绕X轴枢转运动的连接器ER1和用于围绕Y轴枢转运动的连接器ER2。中间连杆E连接在两个连接器ER1和ER2之间。上部连杆A1设有光学收发器模块AO1，下部连杆A2设有光学收发器模块AO2。

(第一实施方式)

现在，下面参照用于机器人R的右腿LR的关节机构101描述能够在任意上述关节运动中使用的关节机构101。参照图3，光学收发器模块LO2附接到上部连杆L1的右侧(Y轴的负侧)，并且光学收发器模块LO3附接到下部连杆L2的左侧(Y轴的正侧)。连接在光学收发器LO2和光学收发器LO3之间的光缆11包括单一光纤芯F1和以大致共轴且彼此间隔开的关系围绕光纤芯F1的管状护套C1。

光纤芯F1优选但非排他地包括用于传送光学信号的芯部和覆盖芯部外周表面的包覆层，并且可以还包括塑料材料或者纤维制成的、覆盖包覆层的外表面的覆盖层。在所示实施方式中，护套C1包括实心的但柔性的管，但可以还形成有狭缝、波纹和其它结构以增加护套C1的柔韧性。护套C1的材料优选但非排他地包括例如低密度聚乙烯的柔性塑料材料。

如图4A所示，光纤芯F1以大致共轴的方式居中地接收在护套C1中。因为存在限定于光纤芯F1的外周面和护套C1的内周面之间的环形空间，光纤芯F1可以在护套C1内偏转或者移动。由于存在护套C1，可施加于光缆11的任何侧压力被阻止施加于光纤芯F1，从而能够避免光缆11的传送性能的任何损失。在图4A所示的实施方式中，护套C1只接收一条光纤芯F1，但如图4B所示，在一个护套C1中可接收两条或更多条光纤芯F1-1和F1-2。

再次参照图3，光纤芯F1的一端连接到光学收发器模块LO2的光学传送器LO2T，用于传送来自光学收发器模块LO2的光学信号。光纤芯F1然后向下延伸，并且在缆线保持部分P1进入护套C1。在缆线保持部分P1，护套C1的端部经由护套固定部分P1-2固定地附接到上部连杆L1，并且光纤芯F1经由芯固定部分P1-1固定地附接到护套C1。护套C1稳定地置于芯固定部分P1-1和护套固定部分P1-2之间。因此，光纤芯F1经由芯固定部分P1-1和护套固定部分P1-2固定地附接到上部连杆L1。备选地，通过将芯固定部分P1-1直接固定到上部连杆L1，光纤芯F1可以唯一地经由芯固定部分P1-1固定地附接到上部连杆L1。

在所示实施方式中，芯固定部分P1-1将光纤芯F1居中地保持在护套C1中，并且进一步向上延伸超过护套C1的上部开口端。因为芯固定部分P1-1进一步延伸向上超过护套C1的上部开口端，光纤芯F1被阻止在护套C1的开口端急剧地弯曲(或者受到应力集中)。

在向下穿过缆线保持部分P1后，光缆11在稍微离开膝关节KR的点处穿过缆线接合部分Q1，在这种情形下，膝关节KR由膝连接器KR1组成。缆线接合部分Q1包括将护套C1牢固地固定到上部连杆L1的护套固定部分Q1-2。缆线接合部分Q1不设有将光纤芯F1保持到护套C1或上部连杆L1的部分。因此，光纤芯F1能够在缆线接合部分Q1在护套C1中偏转或者移动。在穿过缆线接合部分Q1后，光缆11继续沿着上部连杆L1延伸到其下端。

芯固定部分P1-1可以以多种不同的方式将光纤芯F1固定到护套C1。例如，弹性体或其他弹性材料制成的并且围绕光纤芯F1形成的弹性件可以被强制置于护套C1中，从而光纤芯F1可被护套C1摩擦地接合。备选地或附加地，可选地经由相对硬的管状构件居中地接收光纤芯F1，粘合剂可以涂敷到护套C1的内圆周面上，将光纤芯F1牢固地固定到护套C1。

护套C1经由护套固定部分P1-2和护套固定部分Q1-2牢固地固定到上部连杆L1。护套C1可以优选但非排他地使用粘合剂牢固地固定到上部连杆L1，或者使用绳索、带子或者其它捆绑材料将护套C1绑缚到上部连杆L1来牢固地固定到上部连杆L1。

上部连杆L1的下端部设有连杆连接部L1-2，连杆连接部L1-2具有板状结构并且具有垂直地穿过其主平面的孔。补充结构的相应的连杆连接部L2-2设置在下部连杆L2的上端部。枢轴管12穿过两个连杆连接部L1-2和L2-2的孔，以便共同形成连接器KR1，利用连接器KR1，上部连杆L1和下部连杆L2相互连接以围绕Y轴枢转。

从缆线接合部分Q1向下延伸的光缆11向左(沿Y轴的负方向)弯曲(在弯曲部14)，并且在连接器KR1处穿过枢轴管12的内孔13。在光缆11的弯曲部14，护套C1和光纤芯F1可以以大致共轴的方式彼此间隔开，但更精确地，在弯曲部14，光纤芯F1可比护套C1具有大致更大的曲率半径。因此，在弯曲部14施加于光纤芯F1的弯曲应力能够达到最小。还有，光缆11可被给予足够的松弛度，但光缆11不接触枢轴管12的开口端。即使当光缆11接触枢轴管12的开口端时，只有护套C1接触枢轴管12的开口端，并且光纤芯F1被阻止接触护套C1。因为这个原因，可施加到光纤芯F1的应力或者光纤芯F1的传送损失能够达到最小。

光纤芯F1期望能够承受在操作中产生的弯曲应力。特别地，光纤芯F1容许的曲率半径可小于护套C1容许的曲率半径。由此，对光缆11的任何损害都能够容易地从外部检测，因为只要护套C1完好无损，就能推测光纤芯F1是完好的。如果检测到护套C1中的任何损害，那么光纤芯F1可能也被损害。

光缆11延伸穿过枢轴管12的内孔13，并且内孔13的内直径显著大于光缆11的外直径，从而光缆11能够在垂直于Y轴的任意方向上自由地偏转，并且围绕Y轴扭转，但在内孔13中不受到任意过度的应力。

在穿过枢轴管12的内孔13之后，光缆11向下(沿Z轴的负方向)弯曲，并且沿着下部连杆L2的左侧向下延伸。光缆11穿过缆线接合部分Q2，并且缆线接合部分Q2包括护套固定部分Q2-2，用于将光缆11的护套C1牢固地固定到下部连杆L2。由此，护套C1由护套固定部分Q2-2牢固地固定到下部连杆L2。在缆线接合部分Q2，光纤芯F1不固定到下部连杆L2以便在护套C1中可移动。也就是说，光纤芯F1能够在护套C1中偏转和扭转，但在缆线接合部分Q2不触摸护套C1的壁表面。

光缆11从缆线接合部分Q2进一步向下延伸，穿过位于缆线接合部分Q2和光学收发器模块LO3之间的缆线保持部分P2。在缆线保持部分P2，护套C1由护套固定部分P2-2牢固地固定到下部连杆L2，并且光纤芯F1由芯固定部分P2-1牢固地固定到护套C1(并因此经由护套固定部分P2-2固定到下部连杆L2)。

光缆11的护套C1穿过缆线接合部分Q2和缆线保持部分P2，终止于缆线保持部分P2和光学收发器模块LO3之间的点。在这部分中，芯固定部分P2-1从护套C1的终端朝向光学收发器模块LO3向下突出，并且光纤芯F1从芯固定部分P2-1居中地延伸直到被连接到光学收发器模块LO3的光学接收器LO3R。

(第二实施方式)

下面参照图5以机器人的右臂AR为例描述本发明的第二实施方式。如本领域技术人员可理解的，如图5所示的用于右臂AR的关节机构201还可以适用于机器人的其它身体部分，包括关节。

参照图5，光学收发器模块AO1附接到上部连杆A1的右侧(在Y轴的负侧)，并且光学收发器模块AO2附接到下部连杆A2的前侧(X轴的正侧)。连接在光学收发器模块AO1和光学收发器模块AO2之间的光缆21包括单一光纤芯F2和以大致共轴且间隔开的关系围绕光纤芯F2的管状护套C2。光缆21的结构可能类似于第一实施方式的光缆11的结构。

光纤芯F2的一端连接到光学收发器模块AO1的光学传送器AO1T，用于传送来自光学收发器模块AO1的光学信号。光纤芯F2然后向下延伸，并且在缆线保持部分P3进入护套C2。在缆线保持部分P3，护套C2的一端经由护套固定部分P3-2牢固地附接到上部连杆A1，并且光纤芯F2经由芯固定部分P3-1牢固地附接到护套C2。护套C2稳定地置于芯固定部分P3-1和护套固定部分P3-2之间。因此，光纤芯F2经由芯固定部分P3-1和护套固定部分P3-2牢固地附接到上部连杆A1。备选地，通过将芯固定部分P3-1直接固定到上部连杆A1，光纤芯F2可唯一经由芯固定部分P3-1牢固地附接到上部连杆A1。

在所示实施例中，芯固定部分P3-1将光纤芯F2居中地保持在护套C2中，并且进一步向上延伸超过护套C2的上部开口端。因为芯固定部分P3-1进一步向上延伸超过护套C2的上部开口端，光纤芯F2被阻止在护套C2的开口处急剧弯曲(或者受到应力集中)。

在向下穿过缆线保持部分P3后，光缆21在稍微离开上部连杆A1的下端部的点处穿过缆线接合部分Q3。缆线接合部分Q3包括将护套C2牢固地固定到上部连杆A1的护套固定部分Q3-2。缆线接合部分Q3不设有将光纤芯F2保持到护套C2或上部连杆A1的部分。因此，光纤芯F2能够在缆线接合部分Q3在护套C2内偏转或移动。在穿过缆线接合部分Q3后，光纤芯F2沿着上部连杆A1进一步延伸到上部连杆A1的下端部。

在穿过缆线接合部分Q3后，光缆21延伸到肘关节ER，在这种情形中，肘关节包括第一连接器ER1、具有连接到第一连接器ER1的一端的中间连杆E、和连接到中间连杆E的另一端的第二连接器ER2。第一连接器ER1包括枢轴管22，枢轴管22枢转地连接上部连杆A1的下端部与中间连杆E的上端部。第二连接器ER2包括枢轴销23，枢轴销23枢转地连接中间连杆E的下端部与下部连杆A2的上端部。第一连接器ER1的旋转中心线(沿着Y轴延伸)垂直于第二连接器ER2的旋转中心线(沿着X轴延伸)。

光纤芯F2以大致共轴的方式居中地接收在护套C2中。因为存在限定于光纤芯F2的外周面和护套C2的内周面之间的环形空间，光纤芯F2可以在护套C2内偏转或移动。由于存在护套C2，施加到光缆21的侧压力被阻止施加到光纤芯F2，从而能够避免光缆21的传送性能的任何损失。在图4A所示的实施例中，护套C2接收仅仅一个光纤芯F2，但是如图4B所示，两个或更多个光纤芯F2-1和F2-2可接收在一个护套C2中。

从缆线接合部分Q3向下延伸的光缆21向左(沿着Y轴正向)弯曲，并且在第一肘连接器ER1穿过枢轴管22的内孔24。在光缆21的弯曲部，护套C2和光纤芯F2可以以大致共轴的方式彼此间隔开，但更精确地，在弯曲部，光纤芯F2可比护套C2具有大致更大的曲率半径。因此，在弯曲部施加到光纤芯F2的弯曲应力能够达到最小。还有，光缆21可以给予适于光缆21的充分松弛度，不接触枢轴管22的开口端。即使当光缆21接触枢轴管22的开口端时，只有护套C2与枢轴管22的开口端形成接触，并且光纤芯F2被阻止接触护套C2。还因为这个原因，施加到光纤芯F2的应力能够达到最小。

光缆21延伸穿过枢轴管22的内孔24，并且内孔24的内直径显著大于光缆21的外直径，从而光缆21能够在垂直于Y轴的任意方向上自由地偏转，并且围绕Y轴扭转，但不受到任何过度的应力。

光纤芯F2被希望能够承受在操作中可能产生的弯曲应力。特别地，光纤芯F2容许的曲率半径可以比护套C2容许的曲率半径小。由此，对光缆21的任何损害能够容易从外侧检测到，因为只要护套C2完好无损，就能推测光纤芯F2完好。如果检测到护套C2中的任意损害，那么光纤芯F2可能被损害了。

在穿过枢轴管22的内孔24后，光缆21向下(沿Z轴的负方向)弯曲，沿着中间连杆E的左侧向下延伸。光缆21穿过缆线接合部分Q4，缆线接合部分Q4包括护套固定部分Q4-2，用于将光缆21的护套C2牢固地固定到中间连杆E。在缆线接合部分Q4，光纤芯F2不被固定到中间连杆E以便可在护套C2中移动。也就是说，光纤芯F2能够在护套C2中偏转和扭转，但在缆线接合部分Q4不触摸护套C2的壁表面。

光缆21从缆线接合部分Q4继续向下延伸，并且在向后和向右的方向上弯曲后，沿着中间连杆E的后侧向下延伸。光缆21然后穿过缆线接合部分Q5，其中缆线接合部分Q5包括护套固定部分Q5-2。中间连杆E的下端部经由枢轴管23连接到下部连杆A2的上端部，其中枢轴管23垂直于纸面延伸并且限定内孔25。

在中间连杆E的下端部，光缆21在垂直方向(朝向离开纸面的方向)上弯曲，并且穿过枢轴管23的内孔25。光缆21然后再次弯曲成竖直方向，以沿着下部连杆A2的前侧向下延伸。光缆21接着依序穿过缆线接合部分Q6和缆线保持部分P4，到达光学收发器模块AO2。

缆线接合部分Q6包括护套固定部分Q6-2，其中护套固定部分Q6-2将护套C2牢固地固定到下部连杆A2。缆线接合部分Q6不设有将光纤芯F2保持到护套C2或下部连杆A2的部分。因此，光纤芯F2能够在缆线接合部分Q6在护套C2内偏转或移动。在穿过缆线接合部分Q6后，光纤芯F2继续沿着下部连杆A2延伸。

在缆线保持部分P4，护套C2由护套固定部分P4-2牢固地固定到下部连杆A2，并且光纤芯F2由芯固定部分P4-1牢固地固定到护套C2(并且因此经由护套固定部分P4-2固定到下部连杆A2)。

光缆21的护套C2穿过缆线接合部分Q6和缆线保持部分P4，终止于缆线保持部分P4和光学收发器模块AO2之间的点。在这部分中，芯固定部分P4-1从护套C2的终端朝向光学收发器模块AO2向下突出，并且光纤芯F2从芯固定部分P4-1居中地延伸直到被连接到光学收发器模块AO2的光学接收器AO2R。

因而，在这个实施方式中，下部连杆A2能够围绕Y轴和X轴相对于上部连杆A1枢转，而光缆21在上部连杆A1和下部连杆A2之间延伸，但不受到任何过度的应力。

可选地，附加的缆线接合部分或者辅助缆线接合部分Q11可以设置在缆线接合部分Q3旁边或者缆线保持部分P3和缆线接合部分Q3之间。还有，附加的缆线接合部分或辅助缆线接合部分Q12和Q13可以分别设置在缆线接合部分Q4和A5之间，从而光缆21可以沿着中间连杆E的左侧和后侧以有利的方式被引导。类似于辅助缆线接合部分Q11，附加的辅助缆线接合部分Q14可以设置在缆线接合部分Q6旁边或者在缆线保持部分P4和缆线接合部分Q6之间。

(第三实施方式)

图6A示出根据本发明的第三实施方式，其包括由关节机构301形成的线性关节(套筒式关节)MR，上部连杆M1能够相对于下部连杆M2线性移动，下部连杆M2与上部连杆M1沿着共同的轴线共轴地延伸。

上部连杆M1包括设有沿径向向内方向指向的第一凸缘M1-1开口下端的管状构件，并且光学收发器模块MO1牢固地附接到上部连杆M1的内壁表面。下部连杆M2的上部开口端从上部连杆M1的开口下端部装配到上部连杆M1的内孔中，从而上部连杆M1和下部连杆M2以套筒的方式相互可滑动地接合。光学收发器模块MO2牢固地附接到下部连杆M2的内壁表面。

下部连杆M2的上部开口端设有沿径向向外指向的第二凸缘M2-1，从而当上部连杆M1和下部连杆M2在图6A所示的轴向方向上拉离时，第一凸缘M1-1和第二凸缘M2-1相互接合。下部连杆M2附加地设有沿径向向外指向的第三凸缘M2-2，从而下部连杆M2能够通过规定的行程而滑动到上部连杆M1中，其中所述规定的行程能够由第二凸缘M2-1和第三凸缘M2-2之间的轴向距离确定。也就是说，下部连杆M2能够滑动到上部连杆M1中，直到如图6B所示，第一凸缘M1-1邻接第三凸缘M2-2。

光缆31经由线性关节MR连接在上部连杆M1的光学收发器模块MO1和下部连杆M2的光学收发器模块MO2之间。光缆31包括光纤芯F3和以大致共轴的方式围绕光纤芯F3的护套C3。光纤芯F3的一端连接到光学收发器模块MO1的光学传送器MO1T，用于传送来自光学收发器模块MO1的光学信号。光纤芯F3然后向下延伸，在缆线保持部分P5进入护套C3。在缆线保持部分P5，护套C3的一端经由护套固定部分P5-2牢固地附接到上部连杆M1，并且光纤芯F3经由芯固定部分P5-1牢固地附接到护套C3。护套C3稳定地置于芯固定部分P5-1和护套固定部分P5-2之间。因此，光纤芯F3经由芯固定部分P5-1和护套固定部分P5-2牢固地附接到上部连杆M1。备选地，通过将芯固定部分P5-1直接固定到上部连杆M1上，光纤芯F3可唯一地经由芯固定部分P5-1牢固地附接到上部连杆M1。

在向下穿过缆线保持部分P5后，光缆31在稍微离开线性关节MR的点处穿过缆线接合部分Q7。缆线接合部分Q7包括护套固定部分Q7-2，其中护套固定部分Q7-2将护套C3牢固地固定到上部连杆M1。缆线接合部分Q7不设有将光纤芯F3保持到护套C3或上部连杆M1的部分。因此，光纤芯F3可在缆线接合部分Q7在护套C3内偏转或移动。在穿过缆线接合部分Q7后，光纤芯F3沿着上部连杆M1继续延伸到上部连杆M1的下端部。

光缆31经由线性关节MR延伸到下部连杆M2中，并且沿着下部连杆M2的内壁表面向下延伸。光缆31然后穿过缆线接合部分Q8，其中缆线接合部分Q8包括用于将光缆31的护套C3牢固地固定到下部连杆M2的护套固定部分Q8-2。在缆线接合部分Q8，光纤芯F3不固定到下部连杆M2以便在护套C3中可移动。也就是说，光纤芯F3能够在护套C3中偏转和扭转但不在缆线接合部分Q8触摸护套C3的壁表面。

光缆31从缆线接合部分Q8继续向下延伸，穿过缆线保持部分P6，缆线保持部分P6位于缆线接合部分Q8和光学收发器模块MO2之间。在缆线保持部分P6，护套C3通过护套固定部分P6-2牢固地固定到下部连杆M2，并且光纤芯F3通过芯固定部分P6-1牢固地固定到护套C3(并因此经由护套固定部分P6-2固定到下部连杆M2)。

光缆31的护套C3穿过缆线接合部分Q8和缆线保持部分P6，终止于缆线保持部分P6和光学收发器模块MO2之间的点处。在这个部分中，芯固定部分P6-1从护套C3的终端朝向光学收发器模块MO2向下突出，并且光纤芯F3从芯固定部分P6-1居中地延伸直到被连接到光学收发器模块MO2的光学接收器MO2R。

如图6A所示，在线性关节MR的延伸状态中，光缆31沿着上部连杆M1和下部连杆M2的内壁表面大致线性地延伸。如图6B所示，在线性关节MR的缩回状态中，光缆31弯曲，从而光缆31的中间部分朝向上部连杆M1和下部连杆M2的相对内壁表面成弓形。线性关节MR的线性行程和上部连杆M1和下部连杆M2的内直径被确定为使得光缆31避免触摸上部连杆M1和下部连杆M2的内壁表面。可选地，光缆31可触摸上部连杆M1和下部连杆M2的内壁表面，但不在光缆31中引起任何过度的应力。

还在这个实施方式中，由于存在被限定于光纤芯F3和护套C3之间的环形间隙，当上部连杆M1和下部连杆M2朝向彼此回缩时，光缆31的光纤芯F3的最大曲率半径大致大于护套C3的最大曲率半径，结果，光缆31弯曲。因此，光纤芯F3有利地被阻止受到任何过度的应力。

(第四实施方式)

图7A和7B示出根据本发明的第四实施方式，其包括由关节机构401形成的扭转关节UR，上部连杆U1能够相对于下部连杆U2扭转(经历扭转运动)，其中下部连杆U2与上部连杆U1围绕共同轴线共轴地延伸。

上部连杆U1包括具有开口下端的管状构件，且下部连杆U2也包括具有开口上端的管状构件，其中下部连杆U2的开口上端紧密地接收在上部连杆U1的开口下端中。扭转关节UR由一对圆周槽U1-1和一对凸起U2-1构成，其中圆周槽U1-1形成在上部连杆U1的内周面上，并且凸起U2-1从下部连杆U2的外周面径向向外凸起。圆周槽U1-1彼此恰好相反，并且每个都延伸超过约45°的角度范围。凸起U2-1在恰好相反的方向上凸起，并且接收在各圆周槽U1-1中。

光学收发器模块UO1牢固地附接到上部连杆U1的内壁表面，并且另一光学收发器模块UO2牢固地附接到下部连杆U2的内壁表面。光缆41从上部连杆U1中的光学收发器模块UO1延伸到下部连杆U2中的光学收发器模块UO2。

光缆41包括光纤芯F4和护套C4，其中护套C4以大致共轴的方式围绕光纤芯F4。光纤芯F4的一端连接到光学收发器模块UO1的光学传送器UO1T，用于传送来自光学收发器模块UO1的光学信号。光纤芯F4然后向下延伸，并且在缆线保持部分P7进入护套C4中。在缆线保持部分P7处，护套C4的一端经由护套固定部分P7-2牢固地附接到上部连杆U1，并且光纤芯F4经由芯固定部分P7-1牢固地附接到护套C4。护套C4稳定地置于芯固定部分P7-1和护套固定部分P7-2之间。因此，光纤芯F4经由芯固定部分P7-1和护套固定部分P7-2牢固地附接到上部连杆U1。备选地，通过将芯固定部分P7-1直接固定到上部连杆U1，光纤芯F4可以唯一地经由芯固定部分P7-1牢固地附接到上部连杆U1。

在穿过缆线保持部分P7后，光缆41穿过缆线接合部分Q9，其中缆线接合部分Q9由从上部连杆U1的内壁表面延伸的定位部42支撑，从而光缆41在上部连杆U1的内孔的中心处由缆线接合部分O9接合。缆线接合部分Q9包括护套固定部分Q9-2，护套固定部分Q9-2将护套C4到上部连杆U1。缆线接合部分Q9不设有将光纤芯F4保持到护套C4或上部连杆U1的部分。因此，光纤芯F4能够在缆线接合部分Q9在护套C4内偏转或者移动。在穿过缆线接合部分Q9后，光纤芯F4沿上部连杆U1的中心轴线继续延伸到上部连杆U1的下端部。

光纤芯F4以大致共轴的方式居中地接收在护套C4。因为存在限定于光纤芯F4的外周面和护套C4的内周面之间的环形空间，光纤芯F4可以在护套C4内偏转或移动。由于存在护套C4，可施加到光缆41上的任何侧压力被阻止施加到光纤芯F4，从而能够避免光缆41的传送性能的任何损失。在图4A所示的实施方式中，护套C4接收仅仅一个光纤芯F4，但如图4B所示，两条或更多条光纤芯F4-1和F4-2可接收在一个护套C4中。

光缆41经由扭转关节UR延伸到下部连杆U2中，并且沿着下部连杆U2的中心轴线向下延伸。光缆41然后穿过缆线接合部分Q10，缆线接合部分Q10也由从下部连杆U2的内周面沿径向向内延伸的定位部42支撑，从而光缆41在下部连杆U2的内孔的中心处被缆线接合部分Q10接合。缆线接合部分Q10包括将护套C4牢固地固定到下部连杆U2的护套固定部分Q10-2。缆线接合部分Q10不设有将光纤芯F4保持到护套C4或上部连杆U1的部分。因此，光纤芯F4能够在缆线接合部分Q10在护套C4内偏转或移动。在穿过缆线接合部分Q10后，光纤芯F4沿着下部连杆U2的内壁继续延伸，穿过缆线保持部分P8，其中缆线保持部分P8位于缆线接合部分Q10和光学收发器模块UO2之间。在缆线保持部分P8，护套C4通过护套固定部分P8-2牢固地固定到下部连杆U2，并且光纤芯F4通过芯固定部分P8-1牢固地固定到护套C4(并因此经由护套固定部分P8-2固定到下部连杆U2)。

光缆41的护套C4穿过缆线接合部分Q10和缆线保持部分P8后，终止于位于缆线保持部分P8和光学收发器模块UO2之间的点处。在这个部分中，芯固定部分P8-1从护套C4的终端朝向光学收发器模块UO2向下突出，并且光纤芯F4从芯固定部分P8-1居中地延伸直到被连接到光学收发器模块UO2的光学接收器UO2R。

还在这个实施方式中，由于存在被限定于光纤芯F4和护套C4之间的环形间隙，当上部连杆U1和下部连杆U2相对于彼此扭转时，光缆41的光纤芯F4的最大曲率半径大致大于护套C4的最大曲率半径，并且作为结果光缆41弯曲。因此，光纤芯F4有利地被阻止受到任何过度的应力。

尽管本发明已经结合其优选实施方式进行了说明，但在不偏离本发明的保护范围的条件下可能做出的各种改型和变型，对于本领域普通技术人员来说显而易见的。

Claims (16)

1.一种铰接关节机构，所述铰接关节机构包括第一连杆、第二连杆、连接器和光缆，其中所述连接器以至少具有一个自由度的可相互移动的方式机械地连接所述第一连杆与第二连杆，并且所述光缆从所述第一连杆经由所述连接器延伸到所述第二连杆，所述光缆包括光纤芯和围绕所述光纤芯的护套，所述机构包括：

第一缆线保持部分，所述第一缆线保持部分设置在所述第一连杆的部分中，并且包括护套固定部分和芯固定部分，所述护套固定部分用于将所述护套牢固地固定到所述第一连杆，所述芯固定部分用于将所述光纤芯牢固地固定到所述第一连杆；和

第一缆线接合部分，所述第一缆线接合部分设置在所述第一连杆的位于所述第一缆线保持部分和所述连接器之间的部分中，并且所述第一缆线接合部分包括护套固定部分，所述护套固定部分用于将所述护套牢固地固定到所述第一连杆，同时允许所述光纤芯自由地偏转。

2.根据权利要求1所述的铰接关节机构，进一步包括：

第二缆线保持部分，所述第二缆线保持部分设置在所述第二连杆的部分中，并且所述第二缆线保持部分包括用于将所述护套牢固地固定到所述第二连杆的护套固定部分和用于将所述光纤芯牢固地固定到所述第二连杆的芯固定部分；和

第二缆线接合部分，所述第二缆线接合部分设置在所述第二连杆的位于所述第二缆线保持部分和所述连接器之间的部分中，并且所述第二缆线接合部分包括护套固定部分，所述护套固定部分用于将所述护套牢固地固定到所述第二连杆，同时允许所述光纤芯自由地偏转。

3.根据权利要求1所述的铰接关节机构，其特征在于，所述第一连杆和所述第二连杆经由依次串联连接的第一连接器、中间连杆和第二连接器相互机械连接，每个连接器以具有至少一个自由度的相互可移动的方式连接相关的连杆，并且所述中间连杆设有以轴向间隔开的关系定位的一对中间缆线接合部分并且每个中间缆线接合部分都包括护套固定部分，所述护套固定部分用于将所述护套牢固地固定到所述中间连杆，同时允许所述光纤芯自由地偏转。

4.根据权利要求1所述的铰接关节机构，其特征在于，所述第一连杆进一步包括辅助缆线接合部分，所述辅助缆线接合部分设置在所述第一缆线保持部分和所述第一缆线接合部分之间并且包括护套固定部分，所述护套固定部分用于将所述护套牢固地固定到所述第一连杆同时允许所述光纤芯自由地偏转。

5.根据权利要求2所述的铰接关节机构，其特征在于，

所述第一连杆进一步包括第一辅助缆线接合部分，所述第一辅助缆线接合部分设置在所述第一缆线保持部分和第一缆线接合部分之间并且包括护套固定部分，所述护套固定部分用于将所述护套牢固地固定到所述第一连杆同时允许所述光纤芯自由地偏转，并且

所述第二连杆进一步包括第二辅助缆线接合部分，所述第二辅助缆线接合部分设置在所述第二缆线保持部分和第二缆线接合部分之间，并且包括护套固定部分，所述护套固定部分用于将所述护套牢固地固定到所述第二连杆同时允许所述光纤芯自由地偏转。

6.根据权利要求1所述的铰接关节机构，其特征在于，所述连接器包括枢轴连接器。

7.根据权利要求6所述的铰接关节机构，其特征在于，所述枢轴连接器包括枢轴管，所述枢轴管枢转地连接所述第一连杆和第二连杆的相对端部，并且所述光缆穿过所述枢轴管的内孔。

8.根据权利要求3所述的铰接关节机构，其特征在于，所述第一连接器和第二连接器分别包括具有相互垂直的旋转中心线的枢轴连接器。

9.根据权利要求1所述的铰接关节机构，其特征在于，所述连接器包括线性连接器，所述线性连接器配置成允许所述第一连杆和第二连杆相对于彼此轴向移动。

10.根据权利要求9所述的铰接关节机构，其特征在于，所述第一连杆和第二连杆包括彼此套筒式组合的管状构件，并且所述第一缆线保持部分和第一缆线接合部分设置在所述第一连杆的内壁表面上。

11.根据权利要求1所述的铰接关节机构，其特征在于，所述连接器包括扭转连接器，所述扭转连接器配置成允许所述第一连杆和第二连杆围绕轴线相对于彼此转动。

12.根据权利要求11所述的铰接关节机构，其特征在于，所述第一连杆和第二连杆包括相互共轴地组合的管状构件，并且所述第一缆线接合部分定位在两个连杆的轴向中心线上。

13.根据权利要求1所述的铰接关节机构，其特征在于，所述光缆包括两条或更多条被接收在所述护套中的光纤芯。

14.根据权利要求1所述的铰接关节机构，其特征在于，所述光纤芯的容许的最小曲率半径小于所述护套的容许的最小曲率半径。

15.根据权利要求1所述的铰接关节机构，其特征在于，所述芯固定部分包括共轴地置于所述光纤芯和所述护套之间的环形构件。

16.根据权利要求15所述的铰接关节机构，其特征在于，所述护套在从所述缆线保持部分远离所述缆线接合部分地移位的部分具有终端，并且所述芯固定部分比所述护套的终端更远离所述第一缆线接合部分地延伸。