DE102010015991A1

DE102010015991A1 - Drehgelenkverkabelungseinheit für Roboter

Info

Publication number: DE102010015991A1
Application number: DE102010015991A
Authority: DE
Inventors: Satoru Nakamura; Kazuyoshi Yanagihara; Naoki Shichida
Original assignee: Denso Wave Inc
Current assignee: Denso Wave Inc
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2010-11-18
Also published as: US20100237178A1; JP2010240828A; US8414303B2; JP5195778B2

Abstract

Es wird eine Verkabelungseinheit (12) für Roboter mit einem Drehgelenk zur Verfügung gestellt. Diese Einheit umfasst ein Verkabelungsgehäuse (13), eine in dem Verkabelungsgehäuse enthaltene Gleithilfe (23), und eine flexible Leiterplatte (14) für die elektrische Verdrahtung. Das Verkabelungsgehäuse umfasst ein zylindrisches Gehäuse (15) und eine Trommel (20) mit einem zylindrischen Kernelement (16). Die Trommel ist relativ zum Gehäuse drehbar. Die Trommel und das Gehäuse sind mit zwei Gliedern des Roboters verbunden, welche das Drehgelenk erforderlich machen. In der Gleithilfe umgibt eine ringförmige Drehplatte (24) das Kernelement und ist um das Kernelement drehbar. Mehrere Rollen (25) sind frei drehend auf der Drehplatte angeordnet. Die Verkabelungsleiterplatte weist elektrische Drähte auf, ist mit dem Kernelement und dem Gehäuse verbunden, und wird durch den freien Raum in in Radialrichtung inneren und äußeren Zwischenräumen der Rollen auf- und abgewickelt, indem sie sich auf den Rollen und an diesen entlang bewegt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehgelenkverkabelungseinheit für Roboter, die dazu verwendet wird, eine elektrische Verkabelung zwischen zwei durch ein Drehgelenk verbundenen Gliedern zur Verfügung zu stellen, und insbesondere eine Drehgelenkverkabelungseinheit für Industrieroboter, die eine flexible Leiterplatte für elektrische Verbindungen durch das Drehgelenk hindurch verwendet.
Einschlägiger Stand der Technik
Industrieroboter sind in der Regel mit einer Basis und einer Mehrzahl von Armen versehen, die nacheinander über Drehgelenke aneinander angefügt sind. Der Endarm der aneinandergefügten Arme weist ein freies Ende auf, bei dem es sich um einen (Hand-)Gelenkteil handelt, an dem üblicherweise ein Endeffektor (oder ein Aktuator) wie etwa ein Greifer montiert ist.
In einem solchen Industrieroboter ist für die elektrische Versorgung von Motoren, die als Antriebsquellen für die Arme, den Endeffektor und dergleichen dienen, und zum Übertragen/Empfangen von Steuersignalen zwischen den Motoren und einem Robot-Controller ein Kabel verlegt. Verkabelungsmethoden, die zum Verlegen eines solchen Kabels verwendet werden können, umfassen ein internes Verkabelungsverfahren, bei dem ein Kabel im Inneren der Basis und der Arme verlegt wird, und ein externes Verkabelungsverfahren, bei dem ein Kabel an einer Außenfläche des Roboters entlang verlegt wird.
Bei der Verwendung eines jeden der zwei vorstehend erwähnten Verkabelungsverfahren ist es erforderlich, dass der Verkabelungsaufbau Drehgelenke aufweist, die eine Relativdrehung zwischen zwei Gliedern (z. B. Basis und Arm, Arm und Arm, Arm und Gelenkteil usw.) nicht blockieren.
Die Patentschriften JP-A-H06-143186 und JP-A-H10-034588 beschreiben jeweils einen Verkabelungsaufbau eines Drehgelenks unter Verwendung des internen Verkabelungsverfahrens. Bei dem Verkabelungsaufbau ist ein Kabel durch den Drehmittelpunkt eines Drehgelenks verlegt, um die Relativdrehung zwischen zwei Gliedern durch die Verdrehung des Kabels aufzunehmen.
Eine weitere Patentschrift JP-A-H01-153290 beschreibt einen Verkabelungsaufbau eines Drehgelenks unter Verwendung des externen Verkabelungsverfahrens. Dieser Verkabelungsaufbau verwendet eine flexible Folie mit einem darin ausgebildeten Verdrahtungsmuster. Die flexible Folie ist an zwei relativ zueinander drehenden Gliedern befestigt und überbrückt diese in einem Zustand, in dem sie spannungsfrei in einer Bogenform vorliegt. Hierdurch wird sicher gestellt, dass die Relativdrehung zwischen den beiden Gliedern durch den spannungsfreien Bogenabschnitt der flexiblen Folie aufgenommen wird.
Eine Patentschrift JP-A-2003-324835 beschreibt – wenngleich nicht im Zusammenhang mit robotischen Drehgelenken – eine Spiralkabeleinheit, die das Lenkrad eines Fahrzeugs mit dem Fahrzeugaufbau elektrisch verbindet. Die Spiralkabeleinheit ist mit einem Gehäuse versehen, das einen äußeren Zylinder aufweist sowie einen inneren Zylinder, der so im Inneren des äußeren Zylinders angeordnet ist, dass er relativ zum äußeren Zylinder drehbar ist. Das Gehäuse nimmt in seinem Inneren ein Band aus einem langen, flexiblen Flachkabel auf, das um den Außenumfang des inneren Zylinders gewickelt ist. Ein Ende des flexiblen Flachkabels ist mit dem inneren Zylinder verbunden, und sein anderes Ende ist mit dem äußeren Zylinder verbunden.
Bei dem in JP-A-H06-143186 und JP-A-H10-034588 offengelegten Aufbau wird die Relativdrehung der beiden Glieder durch die Verdrehung des Kabels aufgenommen.
Wenn daher der dem Drehmittelpunkt eines Drehgelenks zum Verlegen des Kabels entsprechende Abschnitt eine geringe Länge besitzt, ist die Verdrehrate pro Einheitslänge hoch. Die hohe Verdrehrate bringt es mit sich, dass eine Beschädigung oder Unterbrechung des Kabels früher auftritt. Es ist daher nötig, den dem Drehmittelpunkt des Drehgelenks entsprechenden Abschnitt mit einer größeren Länge auszubilden. Dies bedeutet, dass der zum Verlegen des Kabels benötigte Raum in der Richtung der Drehachse des Drehgelenks vergrößert werden muss. Die Vergrößerung eines solchen Raumes vergrößert die Größe des Drehgelenks, was bei einem Roboter mit einer geringen Größe einen Nachteil darstellt, insbesondere wenn in diesem eine Anzahl von Teilen eng beieinander angeordnet sind.
Bei dem in der JP-A-H01-153290 offengelegten Aufbau wird die flexible Folie mit der Relativdrehung zwischen den beiden Gliedern einhergehend durchgebogen und wieder gestreckt. Da die Kraft jedoch in bestimmten Bereichen konzentriert ist, kann das Auftreten von Materialermüdung und Brüchen insbesondere an Bereichen mit einer maximalen Durchbiegung beschleunigt werden.
Die in der JP-A-2003-324835 offengelegte Spiralkabeleinheit besitzt einen Aufbau, bei dem die Drehung des Lenkrades eines Fahrzeugs aufgenommen wird, indem es dem flexiblen Flachkabel ermöglicht wird, um den inneren Zylinder gewickelt und wieder von diesem abgewickelt zu werden. Daher kann im Vergleich mit dem Aufbau, der eine Verdrehung eines Kabels anwendet, die Dicke in der Richtung der Drehachse der Einheit verringert werden. Außerdem verlängert sich die Lebensdauer des flexiblen Flachkabels (im Nachfolgenden als ”flexible Leiterplatte” bezeichnet), da keine örtlich begrenzte Durchbiegungs- und Streckbewegung auferlegt wird.
Da jedoch das Lenkrad eines Fahrzeugs von einer Person betätigt wird, ist die Drehgeschwindigkeit vergleichsweise gering, und die Raddrehung wird für gewöhnlich nur eine kurze Zeit lang beibehalten. Bei robotischen Armen hingegen ist die Drehgeschwindigkeit der Arme viel höher als die Drehgeschwindigkeit eines Lenkrades. Darüber hinaus werden Industrieroboter über einen langen Zeitraum betrieben, der bis zu vierundzwanzig Stunden andauern kann. Auch wenn die in der JP-A-2003-324835 of fengelegte Spiralkabeleinheit in der Lage ist, die Drehung des Lenkrades eines Fahrzeugs aufzunehmen, ist sie somit nicht für die Eventualitäten einer hohen Geschwindigkeit und einer lange andauernden Drehung ausgelegt. Es steht daher zu erwarten, dass Verschleiss oder dergleichen infolge der Verwendung der flexiblen Leiterplatte in einem robotischen Drehgelenk auf problematische Weise früher auftreten kann. Die flexible Leiterplatte ist daher nicht als solche auf ein robotisches Drehgelenk anwendbar.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend genannten Probleme ersonnen und hat die Aufgabe, eine Drehgelenkverkabelungseinheit für Roboter zur Verfügung zu stellen, wobei diese Verkabelungseinheit einen Aufbau anwendet, der einen frühzeitigen Verschleiss verhindert und dadurch die Lebensdauer der Verkabelungseinheit in einem Fall verlängert, in dem die Verkabelungseinheit unter Verwendung einer flexiblen Leiterplatte ausgestaltet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Verkabelungseinheit (12) für Roboter mit einem Drehgelenk, durch das zwei Glieder auf relativ zueinander drehbare Weise gekoppelt sind, wobei eine Elektronikverkabelung durch die beiden Glieder und das Drehgelenk verläuft. Die Verkabelungseinheit umfasst ein Verkabelungsgehäuse (13), eine Gleithilfe (23), und eine flexible Leiterplatte (14). Von diesen Bauteilen umfasst das Verkabelungsgehäuse (13) i) ein zylindrisches Gehäuse (15), dessen beide Enden in einer Axialrichtung des Gehäuses offen sind, und ii) eine Trommel (20) i) mit einem in einem Innenraum des Gehäuses befindlichen zylindrischen Kernelement (16), wobei die Trommel (20) zwei Deckelteile (17, 18) aufweist, die mit dem Kernelement vereinigt sind und sich an den beiden axialen Endseiten des Innenraums des Gehäuses befinden und ii) relativ zum Gehäuse drehbar sind, wobei das Gehäuse und die Trommel mit den jeweiligen beiden Gliedern des Roboters verbunden sind. Die Gleithilfe (23) umfasst eine ringförmige Drehplatte (24) i) mit zwei Enden, die zwischen sich einen freien Raum bilden, ii) die so angeordnet ist, dass sie das Kernelement in einer Radialrichtung des Gehäuses umgibt, und iii) die um das Kernelement drehbar ist, sowie eine Mehrzahl von Rollen (25), die so auf der Drehplatte vorgesehen sind, dass sie um das Kernelement herum angeordnet und jeweils um eine Achse drehbar sind. Die flexible Leiterplatte (14) besitzt eine Riemenform. In dieser flexiblen Leiterplatte ist eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Drähten für die elektrische Verdrahtung mit einer elektrischen Isolierung dazwischen enthalten, und sie weist i) zwei Länge-Breite-Endabschnitte auf, von denen einer mit dem Kernelement verbunden ist und der andere mit dem Gehäuse verbunden ist, und ii) abgesehen von den beiden Länge-Breite-Endabschnitten einen Restabschnitt, der sich im Innenraum des Gehäuses befindet und in in der Radialrichtung inneren und äußeren Zwischenräumen einer Gruppe der Rollen durch den freien Raum auf- und abgewickelt wird, so dass der Restabschnitt auf den Rollen und an diesen entlang bewegt und in jeweils entgegengesetzten Richtungen zwischen den inneren und äußeren Zwischenräumen der Gruppe von Rollen in der Radialrichtung auf- bzw. abgewickelt wird.
Wenn bei dieser Konfiguration das erste und das zweite Glied eine Relativdrehung ausführen, bewegt sich die flexible Leiterplatte so, dass sie sich an die Rollen der Gleithilfe anlegt, so dass sie um das Kernelement und die Gleithilfe gewickelt und von diesen abgewickelt wird, während eine Drehung der Rollen ermöglicht ist. Daher kann die flexible Leiterplatte der sehr schnellen Relativdrehung des ersten und des zweiten Gliedes des Roboters unmittelbar folgen. Außerdem wird die flexible Leiterplatte nicht verwickelt oder übermäßig schnell verschlissen und besteht Betriebsperioden des Roboters auf zufriedenstellende Weise.
Beispielsweise besitzt jede der Rollen einen Außendurchmesser, und die Drehplatte besitzt eine Breite in der Radialrichtung, wobei der Außendurchmesser größer als die Breite ist. Somit kann verhindert werden, dass die flexible Leiterplatte durch Anlage an der Drehplatte verschlissen wird.
Bei den vorstehend genannten Konfigurationen ist es bevorzugt, wenn die flexible Leiterplatte in den von der Drehplatte gebildeten freien Raum hinein so umgebogen ist, dass die flexible Leiterplatte einen schleifenförmig umgebogenen Abschnitt aufweist, dessen Wickelrichtung sich in dem freien Raum ändert, und eine Rolle aus der Mehrzahl von Rollen an einem Ende von den beiden Enden der Drehplatte vorgesehen ist, wobei der schleifenförmig umgebogene Abschnitt um das eine Ende von den beiden Enden der Drehplatte gewickelt ist, und die Einheit ferner einen Schutzstift (26) umfasst, der an dem anderen Ende von den beiden Enden der Drehplatte vorgesehen ist, wobei der Schutzstift eine konkav gekrümmte Oberfläche (26a) aufweist, die dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt gegenüberliegt und ihn empfängt, um den schleifenförmig umgebogenen Abschnitt zu schützen.
Wenn also das erste und das zweite Glied des Roboters eine Relativdrehung in der Richtung ausführen, in der der außerhalb der Gleithilfe befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplatte um die Gleithilfe gewickelt werden kann, legt sich die flexible Leiterplatte im schleifenförmig umgebogenen Abschnitt an die betreffende Rolle an und zieht die Gleithilfe. Infolgedessen dreht sich die Gleithilfe um das Kernelement.
Wenn hingegen das erste und das zweite Glied des Roboters eine Relativdrehung in der Richtung ausführen, in der der außerhalb der Gleithilfe befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplatte von der Gleithilfe abgewickelt werden kann, legt sich die flexible Leiterplatte in dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt an die konkav gekrümmte Oberfläche des Schutzstiftes an und schiebt den Schutzstift. Infolgedessen nimmt die Gleithilfe auf effiziente Weise die Schubkraft der flexiblen Leiterplatte auf und dreht sich problemlos um das Kernelement.
Der Schutzstift kann auf der Drehplatte in der Axialrichtung nach außen hin versetzt bzw. geneigt sein. Hierdurch kann verhindert werden, dass die flexible Leiterplatte in den Spalt zwischen dem Schutzstift und dem Kernelement hineingezogen wird.
Es ist bevorzugt, wenn die Verkabelungseinheit ferner einen Vorsprung (53) umfasst, der ortsfest zwischen zwei zueinander benachbarten Rollen von der Mehrzahl von Rollen angeordnet ist, wobei die beiden Rollen ab einem Ende der beiden Enden der Drehplatte angeordnet sind und aus einer ersten Rolle und einer zweiten Rolle in dieser Reihenfolge ab dem einen Ende bestehen, und die flexible Leiterplatte einen schleifenförmig umgebogenen Abschnitt aufweist, der seine Wickelrichtung um die beiden Rollen ändert. Bei dieser Konfiguration befindet sich der schleifenförmig umgebogene Ab schnitt der flexiblen Filmplatte zwischen dem Vorsprung und der zweiten Rolle, und die flexiblen Leiterplattenlagen sind durch den zwischen den beiden Enden der Drehplatte gebildeten freien Raum um die erste Rolle herum angeordnet. Als Reaktion auf eine Relativdrehung zwischen der Trommel und dem Gehäuse, infolge der die flexible Leiterplatte um die Rollen gewickelt wird, wird die flexible Filmplatte daher zuerst um die zweite Rolle gewickelt, bevor die flexiblen Leiterplattenlagen um die erste Rolle gewickelt werden. Hingegen als Reaktion auf eine Relativdrehung zwischen der Trommel und dem Gehäuse, infolge der die flexible Leiterplatte von den Rollen abgewickelt wird, wird die flexible Filmplatte durch das Abwickeln zuerst an dem Vorsprung in Anlage gebracht, bevor der schleifenförmig umgebogene Abschnitt der flexiblen Leiterplatte an einer an dem anderen Ende der Drehplatte vorgesehenen Rolle in Anlage gebracht wird.
Bei dieser Konfiguration wird die flexible Leiterplatte nicht mehr um die Rollen der Gleithilfe gewickelt und liegt nicht mehr am Ende der Gleithilfe an. Hierdurch kann ein Verschleiss der flexiblen Leiterplatte verhindert werden. Gleichzeitig können mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration auch Gleiteigenschaften verwirklicht werden, die den vorstehend beschriebenen ähnlich sind.
Bevorzugt weist der Vorsprung eine Seite auf, an der der schleifenförmig umgebogene Abschnitt der flexiblen Filmplatte in Anlage gebracht wird, und die Seite des Vorsprungs weist eine konkav gekrümmte Oberfläche (53a) auf, um den schleifenförmig umgebogenen Abschnitt zu empfangen. Wenn sich also die flexible Leiterplatte in dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt an die konkav gekrümmte Oberfläche des Mitnehmervorsprungs anlegt und den Mitnehmervorsprung schiebt, nimmt die Gleithilfe auf effiziente Weise die Schubkraft der schiebenden Filmfolie auf und dreht sich problemlos um das Kernelement.
Als ein weiteres bevorzugtes Beispiel umfasst die Mehrzahl von Rollen eine an einem Ende von den beiden Enden der Drehplatte vorgesehene Rolle, wobei die flexible Leiterplatte von der radialen Innenseite der Gruppe von Rollen zur radialen Außenseite der Gruppe von Rollen hin um die an dem einen Ende vorgesehene Rolle umgebogen ist. In diesem Fall umfasst die Verkabelungseinheit ferner zwei Schutzrollen (55, 56), die an dem anderen Ende von den beiden Enden der Drehplatte vorgesehen sind, wobei die beiden Schutzrollen in einer Breitenrichtung der Drehplatte fluchten und jede der Schutzrollen zylindrisch ist und einen Radius besitzt, der kleiner als der Radius jeder der Rollen ist.
Somit ist beim Abwickeln der flexiblen Leiterplatte sicher gestellt, dass sich die flexible Leiterplatte in dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt an die beiden Schutzrollen anlegt und sie schiebt. Hierdurch kann ein Verschleiss der flexiblen Leiterplatte weiter reduziert werden.
Immer noch auf bevorzugte Weise bestehen die beiden Schutzrollen aus einer ersten, in der Radialrichtung außen liegenden Schutzrolle und einer zweiten, in der Radialrichtung innen liegenden Schutzrolle, und die beiden Schutzrollen sind so angeordnet, dass die erste Schutzrolle zuerst den schleifenförmig umgebogenen Abschnitt berührt und daraufhin die zweite Schutzrolle den schleifenförmig umgebogenen Abschnitt berührt.
Bei dieser Konfiguration wird die flexible Leiterplatte in dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt, wenn sie zuerst mit der äußeren Schutzrolle in Berührung kommt, in einer Verschiebungsbewegung zur inneren Umfangsseite hin gezogen. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die flexible Leiterplatte in dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt in den Spalt zwischen der äußeren Schutzrolle und dem Gehäuse eingezogen wird. Hierdurch kann verhindert werden, dass der umgebogene Abschnitt in den genannten Spalt eingezogen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
In der beigefügten Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung eines Industrieroboters unter Anwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
2 eine Horizontalschnittansicht zur Veranschaulichung einer Drehgelenkverkabelungseinheit zusammen mit einem Drehgelenksaufbau gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Montagerahmens im abgenommenen Zustand einer äußeren Abdeckung und bei Betrachtung entlang einer Linie A-A von 2;
4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Drehgelenkverkabelungseinheit;
5A und 5B vergrößerte Querschnittansichten von jeweils einer in der Drehgelenkverkabelungseinheit verwendeten flexiblen Leiterplatte;
6A und 6B Querschnittansichten zur Veranschaulichung von jeweils einer Mehrzahl der flexiblen Leiterplatten im übereinander gelegten Zustand;
7 eine perspektivische Teilansicht der Mehrzahl von flexiblen Leiterplatten im übereinander gelegten Zustand;
8 eine Horizontalschnittansicht zur Veranschaulichung eines Körpers der Drehgelenkverkabelungseinheit;
9 eine Vertikalschnittansicht zur Veranschaulichung des Körpers der Drehgelenkverkabelungseinheit;
10 eine Vertikalschnittansicht zur Veranschaulichung des Körpers der Drehgelenkverkabelungseinheit in einem anderen Zustand als dem in 9 veranschaulichten;
11 eine vergrößerte Querschnittansicht zur Veranschaulichung der Funktion eines Schutzstiftes;
12 eine Vertikalschnittansicht zur Veranschaulichung des Körpers einer Drehgelenkverkabelungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 eine Vertikalschnittansicht zur Veranschaulichung des Körpers einer Drehgelenkverkabelungseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14A bis 14C jeweilige Vertikalschnittansichten zur Veranschaulichung der Bewegung der Drehgelenkverkabelungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform; und
15A bis 15C jeweilige Vertikalschnittansichten zur Veranschaulichung der Bewegung einer Drehgelenkverkabelungseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Nachfolgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Erste Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 wird im Nachfolgenden eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 veranschaulicht einen Industrieroboter 1 unter Anwendung eines Drehgelenks gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Industrieroboter 1 ist beispielsweise als ein in Vertikalrichtung gelenkig aufgebauter Sechs-Achsen-Roboter ausgeführt. Der Industrieroboter 1 umfasst eine Basis 2, eine Schulter 3, einen unteren Arm 4, einen hinteren oberen Arm 5, einen vorderen oberen Arm 6, ein Gelenk (”wrist”) 7 und einen Ansatz 8. Die Basis 2 ist auf einer Bodenfläche aufgestellt. Die Schulter 3 ist so von der Basis 2 getragen, dass sie in einer Horizontalrichtung verschwenkbar ist. Der untere Arm 4 ist so von der Schulter 3 getragen, dass er in einer Vertikalrichtung verschwenkbar ist. Der hintere obere Arm 5 ist so von dem unteren Arm 4 getragen, dass er in einer Vertikalrichtung verschwenkbar ist. Der vordere obere Arm 6 ist von dem hinteren oberen Arm 5 so getragen, dass er um seine Längsachse verdrehbar ist. Das Gelenk 7 ist von dem oberen vorderen Arm 6 so getragen, dass es in einer Vertikalrichtung verschwenkbar ist. Der Ansatz 8 ist von dem Gelenk 7 so getragen, dass er um seine Längsachse verdrehbar ist. Der Ansatz 8 bzw. ein Armende ist so ausgestaltet, dass ein Endeffektor (d. h. ein Aktuator; nicht gezeigt) wie etwa ein Greifer daran angebracht werden kann.
Abgesehen von einem Greifer kann eine Kamera einer visuellen Überprüfungsvorrichtung als ein Endeffektor angebracht sein. Unter der visuellen Überprüfungsvorrichtung ist eine Vorrichtung zu verstehen, die ein Bild von einem gewünschten Überprüfungspunkt eines Werkstücks aufnimmt, das Bild an einen Robot-Controller überträgt, und das von dem Robot-Controller empfangene Bild darstellt. Gute oder schlechte Montage, Bearbeitung und dergleichen werden auf der Grundlage des Bildes überprüft, das auf der Anzeigeeinrichtung visuell dargestellt wird.
Es werden somit Drehgelenksaufbauten zur Verfügung gestellt, bei denen jeweils drehbare Lagerungen geschaffen werden, d. h. eine drehbare Lagerung der Schulter 3 durch die Basis 2, eine drehbare Lagerung des unteren Armes 4 durch die Schulter 3, eine drehbare Lagerung des hinteren oberen Armes 5 durch den unteren Arm 4, eine drehbare Lagerung des vorderen oberen Armes 6 durch den hinteren oberen Arm 5, eine drehbare Lagerung des Gelenks 7 durch den vorderen oberen Arm 6, und eine drehbare Lagerung des Ansatzes 8 durch das Gelenk 7.
Von diesen Drehgelenksaufbauten zeigt 2 den Drehgelenksaufbau des Gelenks 7 für den vorderen oberen Arm 6. Wie in 2 gezeigt ist, ist der vordere obere Arm 6 so ausgestaltet, dass er einen Armbasisrahmen 9 aufweist, der von einer Mehrzahl von äußeren Abdeckungen 10 bedeckt ist. Der Armbasisrahmen 9 des vorderen oberen Armes 6 weist einen Abschnitt eines freien Endes auf, in dem eine Wellenöffnung 9a ausgebildet ist. Das Gelenk 7 wiederum ist mit einem vorstehenden zylindrischen Wellenabschnitt 7a versehen. Der Wellenabschnitt 7a ist in die Wellenöffnung 9a des Armbasisrahmens 9 des vorderen oberen Armes 6 eingesetzt und von einem Kreuzkugellager 11 getragen, um eine Relativdrehung zu ermöglichen. Bei einem solchen Drehgelenksaufbau ist das Gelenk 7 von dem vorderen oberen Arm 6 so getragen, dass es in einer vertikalen Richtung verschwenkbar ist. Ein ähnlicher Aufbau ist auf die Drehgelenke der anderen Roboterglieder wie etwa der Schulter 3, des unteren Armes 4, des hinteren oberen Armes 5 und des Ansatzes 8 angewendet.
Die Schulter 3, der untere Arm 4, der hintere obere Arm 5, der vordere obere Arm 6, das Gelenk 7 und der Ansatz 8, bei denen es sich um verschwenkbare oder verdrehbare Roboter-Bestandteile handelt, weisen jeweils einen Aktuator, z. B. einen Servomotor (nicht gezeigt), als eine Antriebsquelle auf. Ein elektrisches Kabel (nicht gezeigt) ist im Inneren des Roboters verlegt und erstreckt sich von der Basis 2 bis zum Gelenk 7, dem freien Ende, um die Servomotoren mit Leistung zu versorgen oder Steuersignale vom Robot-Controller an die Ansteuerschaltungen der jeweiligen Servomotoren zu übertragen, oder um Drehungserfassungssignale von den Drehgebern der jeweiligen Servomotoren an den Robot-Controller zu übertragen.
Falls der am Ansatz 8 angebrachte Endeffektor ein Greifer ist, ist ein elektrisches Kabel in dem Roboter verlegt, um den Servomotor, d. h. den Aktuator des Greifers, mit Leistung zu versorgen oder um Steuersignale oder Drehungserfassungssignals zwischen dem Servomotor der Greifer und dem Robot-Controller zu übertragen bzw. zu empfan gen. Falls der Endeffektor die Kamera einer visuellen Überprüfungsvorrichtung ist, ist ein elektrisches Kabel in dem Roboter verlegt, um die Kamera mit Leistung zu versorgen oder Aufnahmebildsignale der Kamera an den Robot-Controller zu übertragen.
In der Verkabelung, d. h. dem in dem Roboter verlegten Kabel, wird eine in den 2 bis 4 gezeigte Drehgelenkverkabelungseinheit 12 für das Verkabeln durch ein Drehgelenk hindurch verwendet. Die in den 2 bis 4 gezeigte Drehgelenkverkabelungseinheit 12 wird für das Drehgelenk des Gelenks 7 verwendet. Für andere Drehgelenke verwendete Verkabelungseinheiten besitzen eine ähnliche Konfiguration. Die Drehgelenkverkabelungseinheit 12 ist mit einem Verkabelungsgehäuse 13 und einem im Verkabelungsgehäuse 13 aufgenommenen Band aus einer langen flexible Leiterplattenanordnung 14 ausgestaltet. In der weiteren Beschreibung wird die flexible Leiterplattenanordnung 14 als ”flexible Leiterplattenanordnung 14” bezeichnet.
Das Verkabelungsgehäuse 13 der Drehgelenkverkabelungseinheit 12 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 15, eine erste Scheibe 17, und eine zweite Scheibe 18. Das zylindrische Gehäuse 15 besitzt eine annähernd zylindrische Form, so dass bei Verwendung dieses Gehäuses 15 eine Axialrichtung, eine Radialrichtung und eine Umfangsrichtung definiert werden können, wie in den 2–4 gezeigt ist. Dieses zylindrische Gehäuse 15, das aus transparentem Plastik gefertigt ist, weist eine zylindrische Bohrung (d. h. Innenraum) auf, und beide axiale Enden sind offen.
Die erste Scheibe 17 ist aus transparentem Plastik gefertigt und an ihrem Mittenabschnitt einstückig mit einem annähernd zylindrischen Kernelement 16 versehen. Die zweite Scheibe 18 ist ebenso aus transparentem Plastik gefertigt. Die erste und die zweite Scheibe 17 und 18 werden dazu verwendet, die beiden offenen Enden des Gehäuses 15 in der Axialrichtung zu verschließen.
Die erste Scheibe 17 weist eine kreisförmige Montageschulter 17a auf, die an der Innenseite des Gehäuses 15 eingesetzt wird. Die zweite Scheibe 18 weist einen ringförmigen Montagesteg 18a auf, der auf die Außenseite des Gehäuses 15 aufgesetzt wird. Zur Verbindung mit der ersten Scheibe 17 ist die zweite Scheibe 18 durch eine in 8 gezeigte Schraube 19 am Kernelement 16 der ersten Scheibe 17 befestigt. Die verbundene erste und zweite Scheibe 17 und 18 bilden eine Trommel 20 mit dem Kernelement 16 in der Mitte.
Bei der Herstellung der Trommel 20 durch Verbinden der ersten und der zweiten Scheibe 17 und 18 wird die ringförmige Montageschulter 17a an der Innenseite des Gehäuses 15 eingesetzt, während die ringförmige Montagesteg 18a auf die Außenseite des Gehäuses 15 aufgesetzt wird. Somit sind die erste und die zweite Scheibe 17 und 18 so angeordnet, dass sie das Gehäuse 15 zwischen sich aufnehmen.
In diesem Fall wird die Ausbildung kleiner Zwischenräume zwischen dem Gehäuse 15 und der ersten Scheibe 17 sowie zwischen dem Gehäuse 15 und der zweiten Scheibe 18 sicher gestellt. Das Gehäuse 15 und die Trommel 20 sind derart zusammengebaut, dass sie das Verkabelungsgehäuse 13 ausbilden, während eine Relativdrehung zwischen ihnen ermöglicht ist.
Das Kernelement 16, das sich am Mittenabschnitt einer zur Axialrichtung des Gehäuses 15 senkrechten gedachten Ebene befindet, ist mit einer Halteaussparung 16a versehen, in die ein Stopfen 21 mit einer Einschubschlitz 21a eingesetzt ist. Das Gehäuse 15 wiederum ist mit einem Schlitz 15a versehen, der einen Bogen von der Innenumfangsfläche des Gehäuses 15 auf dessen Außenumfangsfläche hin beschreibt. Das Gehäuse 15 ist ferner mit einer tiefen Nut 15b versehen, die sich in einer Richtung von dem Schlitz 15a zur entgegengesetzten Seite erstreckt. Am Abschnitt des freien Endes der tiefen Nut 15b ist der äußere Seitenwandabschnitt der Nut an der Außenumfangsfläche des Gehäuses 15 nach außen hin offen, während der Bodenflächenabschnitt der Nut ferner an der Stirnfläche des Gehäuses 15 nach außen hin offen ist.
Die erste Scheibe 17 weist eine Innenfläche (die Oberfläche, die eine Innenfläche des Verkabelungsgehäuses 13 darstellt) auf, in der zwei Ringstege 17b und 17c mit unterschiedlichen Durchmessern koaxial mit dem Kernelement 16 ausgebildet sind. Eine von den beiden Ringstegen 17b und 17c eingefasste Ringnut dient als eine Führungsvertiefung 22. Die Innenfläche der ersten Scheibe 17 ist ferner mit einer Mehrzahl von Radialstegen 17d versehen, die sich vom Kernelement 16 aus in Radialrichtung erstrecken. In der Führungsvertiefung 22 sind die Radialstege 17d nicht ausgebildet.
Das Verkabelungsgehäuse 13 ist in seinem Innerem mit einer Gleithilfe 23 versehen. Die Gleithilfe 23 weist als eine Basis eine ringförmig ausgebildete, aus Plastik gefertigte Drehplatte 24 auf. Die Drehplatte 24 besitzt eine unvollständige Ringform und hat daher Enden E3 und E4, wie beispielsweise in 9 gezeigt ist, die zwischen sich eine Lücke bilden. Eine der zwei einander entgegengesetzten Oberflächen der Drehplatte 24 ist mit einem Vorsprung 24a versehen. Die andere Oberfläche der Drehplatte 24 ist mit einer entlang der Bogenform der Drehplatte 24 aufgereihten Mehrzahl von aufrechten Trägerwellen 24b versehen. Die Drehplatte 24 ist ferner mit Rollen 25 versehen, die von den jeweiligen Trägerwellen 24b drehend getragen sind. Jede Rolle 25 muss einen Außendurchmesser besitzen, der größer als die Breite der Drehplatte 24 ist, so dass jede Rolle 25 über die innere und äußere Umfangskante der Drehplatte 24 vorsteht.
In der Nähe des Endes E4 auf der Oberfläche der Drehplatte 24, auf der die Trägerwellen 24b aufrecht vorgesehen sind, ist ein Schutzstift 26 aufrecht vorgesehen. Der Schutzstift 26 weist eine konkav gekrümmte Oberfläche 26a auf, die dem Ende E3 gegenüberliegt. Der Schutzstift 26 besitzt eine Breite, die geringer als die Breite der Drehplatte 24 ist. Beispielsweise ist die Breite des Schutzstiftes 26 so eingestellt, dass sie annähernd halb so groß wie die Breite der Drehplatte 24 ist. Der Schutzstift 26 ist an einer Position vorgesehen, die zur Seite der äußeren Umfangskante der Drehplatte 24 hin verschoben ist. Am Ende E3 der Drehplatte 24, das zu dem Ende E4 mit dem aufrecht vorgesehenen Schutzstift 26 entgegengesetzt ist, ist eine Rolle 25 angeordnet. Die betreffende Rolle 25 steht weiter zur Außenseite hin vor als am Ende E4 der Drehplatte 24.
Somit ist die Gleithilfe 23 durch die Anordnung der Mehrzahl von Rollen 25 auf der Drehplatte 24 ausgestaltet. Wie in der vergrößerten Ansicht von 8 gezeigt ist, ist die Gleithilfe 23 so im Verkabelungsgehäuse 13 aufgenommen, dass der Vorsprung 24a der Drehplatte 24 gleitverschieblich in die Führungsvertiefung 22 der ersten Scheibe 17 eingesetzt ist. Durch das gleitverschiebliche Einsetzen des Vorsprungs 24a der Drehplatte 24 in die Führungsvertiefung 22 wird sicher gestellt, dass sich die Gleithilfe 23 drehend um das Kernelement 16 bewegen kann und an diesem zentriert ist.
Wie ferner in 7 gezeigt ist, ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 mit einer Mehrzahl von flexiblen Leistungs- und Signalleiterplatten (Folien) 14-1 und 14-2 (weiter unten beschrieben) versehen, die übereinander liegen und im Verkabelungsgehäuse 13 aufgenommen sind.
Gemäß der Darstellung in den 5A und 5B sind diese flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 jeweils im Wesentlichen durch Verkleben eines Plastikfilms wie etwa eines Polyimidfilms 28, in dem eine Mehrzahl von elektrischen Leiterbahnen 27 ausgebildet sind, mit einem Plastikfilm wie etwa einem Polyimidfilm 29 als eine isolierende Beschichtung unter Verwendung eines Klebstoffs 30 ausgestaltet. Die Leiterbahnen 27 werden als Leistungs- oder Signalleitungen verwendet. Es werden somit zwei Typen von flexiblen Leiterplatten 14 bereit gestellt. Ein Typ ist die flexible Leistungsleiterplatte 14-1, bei der die Leiterbahnen 27 als Leistungsleitungen 27-1 verwendet werden, wie in 5A gezeigt ist. Der andere Typ ist die flexible Signalleiterplatte 14-2, bei der die Leiterbahnen 27 als Signalleitungen 27-2 verwendet werden, wie in 5B gezeigt ist. Alle Leistungsleitungen 27-1 und Signalleitungen 27-2 haben jedoch eine gleiche Dicke, wobei die Breite der Ersteren kleiner als die der Letzteren ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die flexible Leistungsleiterplatte 14-1 die Funktion, die Servomotoren, die Aktuatoren (Antriebsquellen) des Gelenks 7, des Ansatzes 8 und dergleichen sind, mit Leistung zu versorgen und den Endeffektor mit Leistung zu versorgen. Die flexible Signalleiterplatte 14-2 hat die Funktion, Signale zwischen den Servomotoren und dem Robot-Controller zu übertragen bzw. zu empfangen, und Signale zwischen dem Endeffektor und dem Robot-Controller zu übertragen bzw. zu empfangen.
Somit ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 mit einer vorgegebenen Anzahl von flexiblen Leistungsleiterplatten 14-1 und einer vorgegebenen Anzahl von flexiblen Signalleiterplatten 14-2 versehen. Dadurch, dass die Mehrzahl von flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 übereinander verlegt werden, wird sicher gestellt, dass die flexiblen Signalleiterplatten 14-2 zwischen den flexiblen Leistungsleiterplatten 14-1 zu liegen kommen. Diese flexiblen Leiterplatten können auf unterschiedliche Weise verlegt werden. Wie z. B. in 6A gezeigt ist, kann die flexible Signalleiterplatte 14-2 jeweils zwischen zwei einzelnen flexiblen Leistungsleiterplatten 14-1 aufgenommen sein. Wie in den 6B und 7 gezeigt ist, kann alternativ eine Mehrzahl der einzelnen flexiblen Leiterplatten 14-2 gemeinsam zwischen den flexiblen Leistungsleiterplatten 14-1 aufgenommen sein.
Wie in 4 gezeigt ist, besitzen die flexible Leistungsleiterplatte 14-1 und die flexible Signalleiterplatte 14-2 eine unterschiedliche Länge. Insbesondere ist die flexible Signalleiterplatte 14-2 länger als die flexible Leistungsleiterplatte 14-1 ausgeführt. Diese zwei Typen von flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 mit einer unterschiedlichen Länge werden so über einander gelegt, dass die Endabschnitte auf einer Seite (im Nachfolgenden zusammenfassend als ”Ende E1” bezeichnet) miteinander fluchten. Hierdurch wird ermöglicht, dass sich die Endabschnitte der längeren flexiblen Signalleiterplatten 14-2 auf der anderen Seite (im Nachfolgenden zusammenfassend als ”Ende E2-2” bezeichnet) weiter von den Endabschnitten der kürzeren flexiblen Leistungsleiterplatten 14-1 auf der anderen Seite (im Nachfolgenden zusammenfassend als ”Ende E2-1” bezeichnet) erstrecken. An dem einen Ende E1 sind die bündig gelegten Endabschnitte der beiden Typen von flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 aneinandergeklebt, während an den anderen Enden E1-1 und E2-2 die bündig gelegten Endabschnitte der beiden Typen von flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 aneinandergeklebt sind (obgleich dies in 4 nicht gezeigt ist). Es sollte jedoch verstanden sein, dass diese flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 nicht unbedingt aneinandergeklebt sein müssen.
Die Enden E1, E2-1 und E2-2 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 sind mit dem Kernelement 16 und dem Gehäuse 15 verbunden. Insbesondere sind die bündig gelegten Endabschnitte der flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 (d. h. das Ende E1 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14) in den Einschubschlitz 21a des in das Kernelement 16 eingesetzten Stopfens 21 eingeschoben und von diesem gehalten. Derjenige Ab schnitt der flexiblen Leiterplatten hingegen, der sich von der Nähe der Endabschnitte der kürzeren flexiblen Leistungsleiterplatten 14-1 bis zu den Endabschnitten der längeren flexiblen Signalleiterplatten 14-2 erstreckt (d. h. derjenige Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14, der sich von der Nähe des Endes E2-1 bis zum Ende E2-2 erstreckt) ist vollständig in den Schlitz 15a und in die tiefe Nut 15b eingesetzt, die ab dem Schlitz 15a verläuft. Somit verschließt dieser Abschnitt der flexiblen Leiterplatten die Öffnung des Schlitzes 15a auf der Außenumfangsseite und die Öffnung der tiefen Nut 15b am freien Ende auf der Außenumfangsseite und wird von Druckelementen 31 und 32 gehalten, die am Gehäuse 15 befestigt sind.
Wie ferner in 9 gezeigt ist, ist die flexible Leiterplattenanordnung 14, deren Enden E1, E2-1 und E2-2 mit dem Kernelement 16 und dem Gehäuse 15 verbunden sind, durch die Öffnung zwischen den Enden E3 und E4 der Gleithilfe 23 (Drehplatte 24) verlegt, so dass sich ein Zwischenabschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 an der Öffnung befindet. Beim Verlegen wird ein innerhalb der Gleithilfe 23 vorliegender Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 in einer vorgegebenen Anzahl von Windungen um das Kernelement 16 gewickelt, während ein außerhalb der Gleithilfe 23 vorliegender Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 in einer vorgegebenen Anzahl von Windungen in einer Richtung um die Gleithilfe 23 gewickelt ist, die zur Wickelrichtung der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 im Inneren der Gleithilfe 23 entgegengesetzt ist.
Somit ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 in entgegengesetzten Richtungen auf die Innen- und Außenseite der Gleithilfe 23 gewickelt. Dementsprechend ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 an der Öffnung zwischen den Enden E3 und E4 der Gleithilfe 23 (Drehplatte 24) in eine U-Form umgebogen. Im Inneren des U-förmig umgebogenen Abschnitts T (im Nachfolgenden als ”umgebogener Abschnitt T” bezeichnet) ist die Rolle 25, wie bereits erwähnt, am Ende E3 der Drehplatte 24 vorgesehen.
Obgleich in den 6A, 6B und 7 fünf flexible Leiterplatten 14-1 und 14-2 zeichnerisch dargestellt sind, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur drei dieser Bauteile in den 4, 9 und 10 dargestellt.
Wie in 4 gezeigt ist, sind die Enden E1, E2-1 und E2-2 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 als Verlängerungen 14a und 14b ausgebildet. Die Verlängerungen 14a und 14b erstrecken sich jeweils senkrecht zur flexiblen Leiterplattenanordnung 14. Die am Ende E1 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 ausgebildete und mit dem Kernelement 16 verbundene Verlängerung 14a weist ein freies Ende auf, an dem ein Verbindungsanschluss 33 angebracht ist, um eine Verbindung mit den Leiterbahnen 27 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 herzustellen. Die an den Enden E2-1 und E2-2 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 ausgebildeten und mit dem Gehäuse 15 verbundenen Verlängerungen 14b weisen jeweils freie Enden auf, an denen Verbindungsanschlüsse 34 bzw. 35 angebracht sind.
Die am Ende E1 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 ausgebildete und mit dem Kernelement 16 verbundene Verlängerung 14a ist durch einen Schlitz 18b verlegt, der geradlinig in der zweiten Scheibe 18 ausgebildet ist, so dass er sich vom Außenumfang der zweiten Scheibe bis zu deren Mittenabschnitt erstreckt, und aus dem Verkabelungsgehäuse 13 herausgeführt. Die am Ende E2-1 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 ausgebildete Verlängerung 14b ist durch einen Abschnitt des Schlitzes 15a verlegt, wobei dieser Abschnitt nicht von der ersten Scheibe 17 verschlossen ist, und aus dem Verkabelungsgehäuse 13 herausgeführt. Die am Ende E2-2 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 ausgebildete Verlängerung 14b ist durch die Öffnung am Bodenflächenabschnitt (auf der Seite der ersten Scheibe 17) des Abschnitts des freien Endes der tiefen Nut 15b aus dem Verkabelungsgehäuse 13 herausgeführt.
Soweit sich die flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 im Inneren des Verkabelungsgehäuses 13 befinden, sind sie im nicht miteinander verklebten Zustand belassen, so dass sie sich gleitend verschieben können. Wie ferner in 9 gezeigt ist, ist die Länge der Leiterplatten 14-1 und 14-2 in dem nicht verklebten Abschnitt so eingestellt, dass die flexible Leiterplatte 14-1 oder 14-2 näher zur Außenseite hin in dem U-förmig umgebogenen Abschnitt T an der Öffnung der Gleithilfe 23 eine größere Länge besitzt. Somit sind die in dem umgebogenen Abschnitt T vorliegenden flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 durch einen großen Zwischenraum voneinander getrennt.
Die Drehgelenkverkabelungseinheit 12 ist gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgestaltet. Im Nachfolgenden wird ein Beispiel für eine Prozedur zum Montieren der Drehgelenkverkabelungseinheit 12 beschrieben.
Zuerst wird die Mehrzahl von flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2, die für die flexible Leiterplattenanordnung 14 vorgesehen sind, so über einander gelegt, dass die Endabschnitte auf einer Seite (Ende E1) bündig liegen. Daraufhin werden die bündig gelegten Endabschnitte am Ende E1 miteinander verklebt. Ferner werden die Endabschnitte der kürzeren flexiblen Leiterplatten 14-1 am Ende E2-1 miteinander verklebt, während die Endabschnitte der längeren flexiblen Leiterplatten 14-2 am Ende E2-2 ebenfalls miteinander verklebt werden. Anschließend werden die Verbindungsanschlüsse 33, 34 und 35 mit den freien Enden der an den Enden E1, E2-1 und E2-2 vorgesehenen Verlängerungen 14a bzw. 14b verbunden.
Zwischenzeitlich wird die erste Scheibe 17 auf einer Werkbank angeordnet und daraufhin das Gehäuse 15 so auf der ersten Scheibe 17 angeordnet, dass sie an die kreisfömige Montageschulter 17a angefügt ist. Anschließend wird die Gleithilfe 23 so im Gehäuse 15 aufgenommen, dass der Vorsprung 24a der Drehplatte 24 der Gleithilfe 23 in die Führungsvertiefung 22 der ersten Scheibe 17 eingefügt ist.
Hiernach wird das Ende E1 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 in den Einschubschlitz 21a des Stopfens 21 eingesetzt, woraufhin der Stopfen 21 in die Halteaussparung 16a des Kernelementes 16 eingefügt wird. Daraufhin wird die flexible Leiterplattenanordnung 14 im Inneren der Gleithilfe 23 in einer vorgegebenen Anzahl von Windungen lose um das Kernelement 16 gewickelt, durch die Öffnung zwischen den Enden E3 und E4 der Gleithilfe 23 verlegt, und aus der Gleithilfe 23 herausgeführt. Daraufhin wird die flexible Leiterplattenanordnung 14 umgebogen und in einer Richtung, die zur Wickelrichtung der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 im Inneren der Gleithilfe 23 entgegengesetzt ist, in einer vorgegebenen Anzahl von Windungen um die Gleithilfe 23 gewickelt.
Daraufhin wird die Verlängerung 14b am Ende E2-1 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 von der Außenumfangsseite her in den Schlitz 15a des Gehäuses 15 eingeführt. Zwischenzeitlich wird die Verlängerung 14b am Ende E2-2 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 von der außenumfangsseiten Öffnung des Gehäuses 15 her ins Innere des Abschnitts des freien Endes der tiefen Nut 15b eingeführt. Daraufhin wird der Abschnitt, der sich von dem Ende E2-1 zu dem Ende E2-2 erstreckt, von oben in den Schlitz 15a und die tiefe Nut 15b eingesetzt. Infolgedessen befinden sich die Verlängerungen 14b an den Enden E2-1 und E2-2 in einem Zustand, in dem sie von den freien Endabschnitten des Schlitzes 15a und der tiefen Nut 15b zur Seite der ersten Scheibe 17 hin herausgeführt sind.
Daraufhin wird die zweite Scheibe 18 so am Gehäuse 15 angeordnet, dass die nach oben hin aus dem Kernelement 16 herausgeführte Verlängerung 14a von der Außenumfangsseite her zur Mittenseite in den Schlitz 18b eingesetzt ist, um dadurch den ringförmigen Montagesteg 18a auf den Außenumfang des Gehäuses 15 aufzusetzen. Schließlich wird die zweite Scheibe 18 mit der Schraube 19 an dem Kernelement 16 befestigt. Somit ist die Drehgelenkverkabelungseinheit 12 fertig zusammengebaut.
Wie in 2 gezeigt ist, wird nach dem Anbringen des Gehäuses 15 an einem metallischen Haltezylinder 36 das Verkabelungsgehäuse 13, das die flexible Leiterplattenanordnung 14 aufnimmt, an einem Drehgelenk angeordnet. Beim Anordnen des Verkabelungsgehäuses 13 wird sicher gestellt, dass der Mittelpunkt der Relativdrehung zwischen dem Gehäuse 15 und der Trommel 20 mit dem Mittelpunkt der Relativdrehung zwischen dem Gelenk 7 und dem vorderen oberen Arm 6 fluchtet. Der Haltezylinder 36 ist mit einem Ansatz 36a versehen, der beispielsweise durch eine Schraube 37 am Wellenabschnitt 7a des Gelenks 7 befestigt ist. Somit wird das Gehäuse 15 vermittels des Haltezylinders 36 an dem Gelenk 7 (dem einen von einem Paar von Gliedern für die Relativdrehung des Roboters) befestigt.
Das Verkabelungsgehäuse 13 mit dem am Wellenabschnitt 7a des Gelenks 7 befestigten Gehäuse 15 ist in einem zylindrischen Aufnahmeabschnitt 39a eines Montagerahmens 39 aufgenommen, der durch eine Schraube 38 am Armbasisrahmen 9 des vor deren oberen Armes 6 befestigt ist. Der zylindrische Aufnahmeabschnitt 39a weist Enden auf, die beide offen sind, wobei ein T-förmiger Verbindungsrahmen 39b an einem der Enden ausgebildet ist. Der Verbindungsrahmen 39b ist durch eine Schraube 40 über die zweite Scheibe 18 an dem Kernelement 16 befestigt.
Somit ist die Trommel 20 über den Verbindungsrahmen 39b an dem vorderen oberen Arm 6 (dem anderen von dem Paar von Gliedern für die Relativdrehung des Roboters) befestigt. Der Verbindungsrahmen 39b ist mit einem Schlitz 39c zum Durchführen der aus dem Schlitz 18b der zweiten Scheibe 18 herausgeführten Verlängerung 14a der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 versehen. Die vorstehend erwähnten äußeren Abdeckungen 10 sind mit einer Mehrzahl von Schrauben 41 am Armbasisrahmen 9 und am Montagerahmen 39 befestigt, so dass sie den Montagerahmen 39 abdecken.
Der Verbindungsanschluss 33 der Verlängerung 14a an dem aus der zweiten Scheibe 18 des Verkabelungsgehäuses 13 herausgeführten Ende E1 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 ist an einer vorgegebenen Position in dem vorderen oberen Arm 6 befestigt. Der Verbindungsanschluss 33 ist über einen Anschluss mit einem nicht gezeigten Kabel verbunden, das im vorderen oberen Arm 6 verlegt ist. Die zwei Verbindungsanschlüsse 34 und 35 der Verlängerungen 14b an den Enden E2-1 bzw. E2-2 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14, die aus dem Gehäuse 15 des Verkabelungsgehäuses 13 auf die Seite der ersten Scheibe 17 herausgeführt sind, sind an vorgegebenen Positionen in dem Gelenk 7 befestigt. Die Verbindungsanschlüsse 34 und 35 sind über jeweilige Anschlüsse mit nicht gezeigten Kabeln verbunden, die im Gelenk 7 verlegt sind.
Auf diese Weise sind das im vorderen oberen Arm 6 verlegte Kabel und das im Gelenk 7 verlegte Kabel über die Drehgelenkverkabelungseinheit 12 verbunden.
Im Nachfolgenden werden die Drehvorgänge beschrieben, die mit der vorstehend genannten Konfiguration erhalten werden. Zunächst liegt in einem Zustand, in dem das Gelenk 7 ohne Drehung relativ zum vorderen oberen Arm 6 ruht, keine Relativdrehung zwischen dem Gehäuse 15 und der Trommel 20 vor. In diesem Zustand ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 beaufschlagt, um den Zustand vor ihrer Aufnahme im Verkabelungsgehäuse 13, d. h. den nicht aufgewickelten, geraden Zustand wieder einzunehmen. Wie 10 gezeigt in, legt sich daher der Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 im Inneren der Gleithilfe 23 im Zuge der Rückkehrbewegung an die Gleithilfe 23 an, und der Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 außerhalb der Gleithilfe 23 legt sich an die Innenumfangsfläche des Gehäuses 15 an. Ebenfalls im Zuge der Rückkehrbewegung in den nicht aufgewickelten, geraden Zustand legt sich der Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 im umgebogenen Abschnitt T im Inneren der Gleithilfe 23 an das Kernelement 16 an und rückt von der Gleithilfe 23 ab.
Aus diesem Zustand dreht sich das Gelenk 7 relativ zum vorderen oberen Arm 6. Im Zuge dieser Relativdrehung dreht sich das Gehäuse 15 relativ zur Trommel 20 in der Richtung, die durch einen Pfeil L in 9 angegeben ist. In diesem Fall stimmt die Richtung der Relativdrehung des Gehäuses 15 mit der Richtung von der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 im umgebogenen Abschnitt T außerhalb der Gleithilfe 23 auf die Enden E2-1 und E2-2 (die mit dem Gehäuse 15 verbundene Seite) hin überein. Daher wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 in der Richtung des Pfeils L gezogen. Dann wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 von der Innenfläche des Gehäuses 15 abgerückt und um die Gleithilfe 23 gewickelt. Gleichzeitig zieht der umgebogene Abschnitt T die Gleithilfe 23 und dreht dadurch die Gleithilfe 23 in der Richtung des Pfeils L.
Herbei vollführt die Gleithilfe 23 annähernd die halbe Anzahl von Drehungen des Gehäuses 15. Daher wird der Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 im Inneren der Gleithilfe 23 vom Kernelement 16 abgewickelt und allmählich aus der Gleithilfe 23 herausgeführt und somit allmählich von den Rollen 25 abgerückt. Infolgedessen dreht sich der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 in der Richtung des Pfeils L als Einheit mit dem Gehäuse 15, wobei es ermöglicht wird, dass der aus dem Inneren der Gleithilfe 23 herausgeführte Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 um die Gleithilfe 23 gewickelt wird, d. h. an den Rollen 25 anliegt, um die Rollen 25 zu drehen.
Wenn also das Gehäuse 15 eine Relativdrehung in der Richtung des Pfeils L ausführt, bewegt sich die flexible Leiterplattenanordnung 14 so, dass sie im Inneren der Gleithilfe 23 vom Kernelement 16 abgewickelt wird und außerhalb der Gleithilfe 23 um die Gleithilfe 23 gewickelt wird.
Im Zuge der Relativdrehung des Gelenks 7 hinsichtlich des vorderen oberen Armes 6 wiederum dreht sich das Gehäuse 15 relativ zur Trommel 20 in der Richtung, die in 10 durch einen Pfeil M angegeben ist. In diesem Fall ist die Richtung der Relativdrehung des Gehäuses 15 entgegengesetzt zu der Richtung von der im umgebogenen Abschnitt T befindlichen flexiblen Leiterplattenanordnung 14 außerhalb der Gleithilfe 23 auf die Enden E2-1 und E2-2 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 hin, die mit dem Gehäuse 15 verbunden sind. Daher wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 von dem Gehäuse 15 geschoben.
Somit wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplatteneinheit 15 entspannt und von der Gleithilfe 23 abgerückt, legt sich dadurch an die Innenfläche des Gehäuses 15 an, und dreht sich somit als Einheit mit dem Gehäuse 15 in der Richtung des Pfeils M. Bei dieser Drehung wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 von der ruhenden Gleithilfe 23 abgewickelt, und gleichzeitig rückt der umgebogene Abschnitt T von der Rolle 25 am Ende E3 der Gleithilfe 23 ab und legt sich an den Schutzstift 26 an deren Ende E4 an. Da hierbei eine Seitenfläche des Schutzstiftes 26 als die konkav gekrümmte Oberfläche 26a für die Anlage durch den umgebogenen Abschnitt T ausgebildet ist, löst sich der umgebogene Abschnitt T nicht von dem Schutzstift 26, so dass der Schutzstift 26 auf effiziente Weise geschoben werden kann.
Wenn der Schutzstift 26 von dem umgebogenen Abschnitt T mit einer Schubkraft beaufschlagt wird, dreht sich die Gleithilfe 23 in der Richtung des Pfeils M. In diesem Fall vollführt die Gleithilfe 23 annähernd die halbe Anzahl von Drehungen des Gehäuses 15. Daher wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplatte 14 weiterhin von der Gleithilfe 23 abgewickelt, so dass der abgewickelte Abschnitt in die Gleithilfe 23 geschoben wird. Somit legt sich im Inneren der Gleithilfe 23 der von außen in diese hineingeschobene Abschnitt der flexiblen Leiterplatte 14 an die Rollen 25 der Gleithilfe 23 an und wird um das Kernelement 16 gewickelt, während er die Rollen 25 dreht.
Wenn hierbei das Gehäuse 15 eine Relativdrehung in der Richtung des Pfeils M ausführt, bewegt sich die flexible Leiterplattenanordnung 14 so, dass sie im Inneren der Gleithilfe 23 um das Kernelement gewickelt wird und außerhalb der Gleithilfe 23 von der Gleithilfe 23 abgewickelt wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird gemäß der Drehgelenkverkabelungseinheit 12 der vorliegenden Ausführungsform der Abschnitt zwischen dem Ende E1 und den Enden E2-1 und E2-2 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 flexibel gebogen, so dass er um das Kernelement 16 und die Gleithilfe 23 gewickelt bzw. von diesen abgewickelt wird, während das Ende E1 und die Enden E2-1 und E2-2 mit dem Kernelement 16 bzw. dem Gehäuse 15 verbunden sind. Hierdurch kann die Relativdrehung zwischen dem Gehäuse 15 und der Trommel 20 und somit zwischen dem Gelenk 7 und dem vorderen oberen Arm 6 aufgenommen werden. Daher kann die axiale Abmessung des Verkabelungsgehäuses 13 vergleichsweise so gering wie eine Dicke sein, die nur die Aufnahme der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 ermöglicht. Gleichzeitig kann auch die Abmessung in der Radialrichtung vergleichsweise so gering wie eine radiale Abmessung sein, die nur das Auf- und Abwickeln der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 um bzw. von dem Kernelement 16 und der Gleithilfe 23 ermöglicht. Daher kann das Verkabelungsgehäuse 13 in einem kleinen Raum angeordnet werden. Mit anderen Worten kann das Verkabelungsgehäuse 13 für einen kleinen Roboter verwendet werden, der weniger zusätzlichen Raum aufweist, ohne den Roboter zu vergrößern, oder selbst wenn der Roboter größer gemacht wird, kann das Ausmaß der Vergrößerung sehr gering sein.
Insbesondere wenn eine Kamera als ein Endeffektor in einer herkömmlichen Konfiguration gewählt wird, war das zum Übertragen der Aufnahmebildsignale der Kamera verwendete Kabel empfindlich gegen Verdrehen aufgrund der Verwendung eines Ka bels, in dem eine Kernader von einem Geflechtleiter umschlossen ist. Gemäß der Offenbarung in den vorstehend genannten Patentschriften JP-A-H06-143186 und JP-A-H10-034588 war es daher schwierig, eine Konfiguration zu verwenden, in der ein versiegeltes Kabel am Mittenabschnitt der Drehung eines Drehgelenks eines Roboters angeordnet ist, um die Relativdrehung zwischen zwei Gliedern des Roboters durch Verdrehung des versiegelten Kabels aufzunehmen. Daher erforderte die Verwendung eines versiegelten Kabels die Verwendung des externen Verkabelungsverfahrens. Die Verwendung des externen Verkabelungsverfahrens erforderte ferner das Vorsehen von zusätzlichem Raum für das extern verlegte, versiegelte Kabel. Bei der Ausführung einer bestimmten Bewegung verursachten daher Roboter, bei denen ein solches versiegeltes Kabel verwendet wurde, insofern ein Problem, als der Bewegungsbereich im Vergleich mit Robotern, die nicht mit einem solchen externen Kabel versehen sind und einen gleich großen Bereich besitzen, eingeschränkt (verengt) wird.
In dieser Hinsicht ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Relativdrehung zwischen zwei Gliedern eines Roboters so gestaltet, dass sie durch flexibles Biegen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 aufgenommen wird. Insbesondere verwendet die vorliegende Ausführungsform eine flexible Leiterplatteneinheit mit einem versiegelten Aufbau anstelle eines Koaxialkabelaufbaus. Somit kann auch das Kabel zum Übertragen der Bildaufnahmesignale in die flexible Leiterplattenanordnung 14 der Drehgelenkverkabelungseinheit 12 mit aufgenommen werden und dadurch die Verwendung des internen Verkabelungsverfahrens verwirklicht werden.
Überdies ist die Gleithilfe 23 drehbeweglich zwischen dem Gehäuse 15 und dem Kernelement 16 angeordnet. Wenn die flexible Leiterplattenanordnung 14 einhergehend mit der Relativdrehung des Gehäuses 15 eine Schubkraft aufnimmt, wird die flexible Leiterplattenanordnung 14 daher vom Gehäuse 15 und von der Gleithilfe 23 oder von dem Kernelement 16 und der Gleithilfe 23 abgestützt, wodurch ein Knicken der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 verhindert wird. Somit kann ein Verwickeln der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 im Inneren des Verkabelungsgehäuses 13 effektiv verhindert werden.
Wenn sich das Gehäuse 15 relativ zur Trommel 20 dreht, bewegt sich die flexible Leiterplattenanordnung 14 ferner so, dass sie um die Gleithilfe 23 gewickelt und von dieser abgewickelt wird, während sie an der Gleithilfe 23 anliegt. Da es sich bei dem Kontakt mit der Gleithilfe 23 tatsächlich um einen Kontakt mit den Rollen 25 handelt, ist der Kontakt eigentlich ein Rollkontakt, der Reibung und Verschleiss vermindert. Somit wird die flexible Leiterplattenanordnung 14 problemlos um die Gleithilfe 23 gewickelt und von ihr abgewickelt, während eine problemlose Drehung der Gleithilfe 23 ermöglicht wird.
Bei der Auf- und Abwickelbewegung der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 wird die flexible Leiterplattenanordnung 14 aufgrund des Vorhandenseins der Gleithilfe 23 nicht geknickt oder verwickelt. Außerdem erzielt die flexible Leiterplattenanordnung 14 vermittels der Rollen 25 einen Rollkontakt mit der Gleithilfe 23 und vermindert dadurch Reibung und Verschleiss. Infolgedessen kann die flexible Leiterplattenanordnung 14 um die Gleithilfe 23 gewickelt und von ihr abgewickelt werden, während eine problemlose Drehung der Gleithilfe 23 ermöglicht wird. Daher kann der Industrieroboter 1 über einen langen Zeitraum ununterbrochen betrieben werden, indem das Gelenk 7 mit hoher Geschwindigkeit gegenüber dem vorderen oberen Arm 6 verschwenkt wird. Bei der Verwirklichung einer solchen Langzeitverwendung wird ein problematisches Verwickeln oder schnelles Abnutzen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 weitestmöglich verhindert.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform außerdem die Breite der Drehplatte 24 kleiner als der Durchmesser jeder Rolle 25 ausgelegt ist, kann es nicht vorkommen, dass sich die flexible Leiterplattenanordnung 14 an die Drehplatte 24 anlegt. Ferner ist von den Enden E3 und E4 der Drehplatte 24 das Ende E3, d. h. das im Inneren des umgebogenen Abschnitts T befindliche Ende, mit einer Rolle 25 versehen. Wenn die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T die Gleithilfe 23 zieht und dadurch dreht, legt sich der umgebogene Abschnitt T daher an die betreffende Rolle 25 an. Somit ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 so ausgestaltet, dass sie um die Gleithilfe 25 gewickelt und von ihr abgewickelt wird, während sie an den Rollen 25 anliegt. Daher kann eine Anlage der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 an der Gleit hilfe 23 mit geringer Reibung (geringem Verschleiss) auf zuverlässigere Weise erzielt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Schutzstift 26 an einer Position vorgesehen, die zur Seite des Außenumfangs der Drehplatte 24 hin verschoben ist. Somit kann die Sorge, dass der Spalt zwischen dem Kernelement 16 und dem Schutzstift 26 groß genug sein könnte, dass der umgebogene Abschnitt T in den Spalt eingezogen wird, weitestgehend vermieden werden.
Insbesondere wenn das Gehäuse 15 in der Richtung des Pfeils M gedreht wird, wie in 10 gezeigt ist, und daraufhin entgegengesetzt in der Richtung des Pfeils L gedreht wird, wie in 9 gezeigt ist, kann die Gleithilfe 23 auch in der Richtung des Pfeils L gedreht werden, um zu ermöglichen, dass der Schutzstift 26 die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T schiebt. In diesem Fall kann die flexible Leiterplattenanordnung 14 infolge eines Temperaturanstiegs infolge eines Langzeitbetriebs erweicht werden, oder Fett kann sich auf dem Kernelement 16 und der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 abgelegt haben, wodurch der Reibungskoeffizient herabgesetzt wird. Unter diesen Umständen kann die flexible Leiterplattenanordnung 14 eng an dem Kernelement 16 oder an der um das Kernelement 16 gewickelten flexiblen Leiterplattenanordnung 14 anliegen. Infolgedessen kann der umgebogene Abschnitt T so gekrümmt werden, dass er in den Spalt zwischen dem Kernelement 16 und dem Schutzstift 26 gelangt, was durch die gestrichpunktete Linie in 11 angedeutet ist.
Falls der Schutzstift 26 hierbei nicht so ausgelegt ist, dass er zur äußeren Umfangskante der Drehplatte 24 hin verschoben ist, sondern die gesamte Breite der Drehplatte 24 abdeckt, wird der Spalt zwischen dem Kernelement 16 und dem Schutzstift 26 verengt. Infolgedessen wird der Abschnitt ”t” des umgebogenen Abschnitts T, der so gekrümmt ist, dass er in den engen Spalt zwischen dem Kernelement 16 und dem Schutzstift 26 gelangt (im Nachfolgenden als ”gekrümmter Fortsatz” bezeichnet), auf unerwünschte Weise in den engen Spalt eingezogen.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch ein breiter Spalt zwischen dem Kernelement 16 und dem Schutzstift 26 sicher gestellt ist, kann verhindert werden, dass der gekrümmte Fortsatz ”t” in den Spalt zwischen dem Kernelement 16 und dem Schutzstift 26 eingezogen wird.
Da die flexible Leiterplattenanordnung 14 bei der vorliegenden Ausführungsform aus Plastik (z. B. Polyimidharz) gefertigt ist und somit niedrige Reibungseigenschaften besitzt, schreitet ein Verschleiss vorne und hinten an der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 sehr langsam voran, so dass sie über einen langen Zeitraum verwendet werden kann. Selbstverständlich ist ein geringer Reibungsbetrag zwischen der Mehrzahl von übereinander gelegten flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 vorhanden, wenn das Gehäuse 15 relativ zur Trommel 20 dreht. Bei der tatsächlichen Verwendung tragen jedoch die niedrige Reibungseigenschaften in Verbindung mit der Anwendung von Öl zu einem sehr langsamen Fortschreiten des Verschleisses bei.
Darüber hinaus ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 so ausgestaltet, dass die flexiblen Signalleiterplatten 14-2 mit den schmalen Signalleitungen 27-2 zwischen den flexiblen Leistungsleiterplatten 14-1 mit den breiten Leistungsleitungen 27-1 aufgenommen sind. Selbst wenn die flexible Leiterplattenanordnung 14 durch den Kontakt mit den Rollen 25, dem Gehäuse 15, dem Kernelement 16 und dergleichen beschädigt werden sollte, kann dennoch verhindert werden, dass die schmalen Signalleitungen 27-2 in einem frühen Stadium unterbrochen werden. Daher kann auch unter Bedingungen, in denen das Gelenk 7 eine sehr schnelle Relativdrehung ausführt oder über einen langen Zeitraum betrieben wird, eine frühe Beschädigung der flexiblen Leiterplatteneinheit verhindert und somit eine lange Lebensdauer erzielt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Radialstege 17d in der Innenfläche der ersten Scheibe 17 ausgebildet. Daher werden die Auf- und Abwickelbewegungen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 ausgeführt, während die flexible Leiterplattenanordnung 14 gleitverschieblich an den Radialstegen 17d anliegt. Somit kann ein Verschleiss der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 im Vergleich mit einem Fall, in dem die flexible Leiterplattenanordnung 14 an der Innenfläche der ersten Scheibe 17 anliegt, verringert werden.
Hierbei ist die zweite Scheibe 18 in ihrer Innenfläche nicht mit solchen Radialstegen versehen. Wie vorstehend beschrieben wurde, weist die im Inneren des Verkabelungsgehäuses 13 befindliche flexible Leiterplattenanordnung 14 die Enden E2-1 und E2-2 auf, an deren freien Enden jeweils die Verlängerungen 14b für die Verbindung mit dem Gehäuse 15 ausgebildet sind. Ein vermutlicher Grund, warm die zweite Scheibe 18 nicht mit Radialstegen versehen ist, liegt darin, dass die flexible Leiterplattenanordnung 14 vermittels der Verlängerungen 14b auf die Seite der ersten Scheibe 17 gezogen wird und dadurch eine Tendenz besitzt, sich an die Innenfläche der ersten Scheibe 17 anzulegen, während sie sich weniger an die Innenfläche der zweiten Scheibe 18 anlegt. Die zweite Scheibe 18 kann natürlich auch auf ihrer Innenfläche mit Radialstegen versehen sein.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Verkabelungsgehäuse 13 mit dem Gehäuse 15, der ersten Scheibe 17 und der zweiten Scheibe 18 versehen, die aus transparentem Plastik gefertigt sind. Daher brauchen bei der Durchführung von periodischen Überprüfungen nur die äußeren Abdeckungen 10 abgenommen werden, um den Zustand der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 im Inneren der Verkabelungsabdeckung 13 in Augenschein nehmen zu können. Somit können periodische Überprüfungen wie etwa hinsichtlich Verwicklungs- und Verschleisszuständen oder des Auftretens von Unterbrechungen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 problemlos durchführt werden, ohne dass es nötig wäre, die Drehgelenkverkabelungseinheit 12 vom Drehgelenk abzunehmen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene und in der Zeichnung veranschaulichte erste Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann wie folgt erweitert oder abgeändert werden.
Die Plastikfilme der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 sind nicht auf Polyimidfilme beschränkt, sondern es kann sich auch um PET(Polyethylenterephthalat)-Filme oder andere Typen von Harzmaterialien wie etwa Polyamidharz handeln. Die Länge der flexiblen Leistungsleiterplatten 14-1 braucht nicht notwendigerweise verschieden von derjenigen der flexiblen Signalleiterplatten 14-2 ausgeführt zu sein. Die Führungsvertiefung 22 der Gleithilfe 23 kann auf der Seite der zweiten Scheibe 18 ausgebildet sein. Außerdem kann der Schutzstift 26 so ausgebildet sein, dass er sich über die gesamte Breite der Drehplatte 24 erstreckt.
Zweite Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 12 wird im Nachfolgenden eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der zweiten sowie den nachfolgenden Ausführungsformen sind Bauteile, die mit solchen der ersten Ausführungsform identisch oder diesen ähnlich sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen, damit auf eine Erläuterung verzichtet werden kann.
12 ist eine Vertikalschnittansicht zur Veranschaulichung eines Körpers einer Drehgelenkverkabelungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 12 gezeigt ist, ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform mit einem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt versehen, ab dem die Wickelrichtung der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 umgekehrt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ferner eine innere Schutzplatte 51 so über die Mehrzahl von übereinander liegenden flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 gelegt, dass sich die innere Schutzplatte 51 ganz innen in dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt T befindet. Ferner ist eine äußere Schutzplatte 52 so über die Mehrzahl von flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 gelegt, dass sich die äußere Schutzplatte 52 ganz außen in dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt T befindet.
Die innere Schutzplatte 51 besteht aus einem Plastikfilm wie etwa einem Polyimidfilm oder einem Polyesterfilm, wobei ihre Dicke so eingestellt ist, dass sie im Wesentlichen gleich derjenigen der flexiblen Leistungsleiterplatte 14-1 oder der flexiblen Signalleiterplatte 14-2 ist. Die innere Schutzplatte 51 besitzt eine Spannung (d. h. Stei figkeit), die im Wesentlichen von der gleichen Größenordnung wie diejenige der flexiblen Leistungsleiterplatte 14-1 oder der flexiblen Signalleiterplatte 14-2 ist.
Die äußere Schutzplatte 52 besteht ebenfalls aus einem Plastikfilm wie etwa einem Polyimidfilm oder einem Polyesterfilm, wobei ihre Dicke größer als diejenige der inneren Schutzplatte 51 ausgelegt ist. Die äußere Schutzplatte 52 besitzt eine Spannung, die auf geeignete Weise höher als die Spannung der inneren Schutzplatte 51 ist.
Wenn sich bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration das Gehäuse 15 relativ zur Trommel 20 in der Richtung dreht, die durch einen Pfeil L in 12 gezeigt ist, wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 in der Richtung des Pfeils L gezogen. Somit wird die außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche flexible Leiterplattenanordnung 14 von der Innenfläche des Gehäuses 15 abgerückt und um die Gleithilfe 23 gewickelt. Im Inneren des umgebogenen Abschnitts T hingegen zieht und dreht die innere Schutzplatte 51 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 die Gleithilfe 23 in der Richtung des Pfeils L.
Bei dieser Konfiguration wird die innere Schutzplatte 51 um die Gleithilfe 23 gewickelt und zieht dadurch die Gleithilfe 23. Somit ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 nicht in unmittelbarem Kontakt mit der Gleithilfe 23, wodurch ein Verschleiss oder dergleichen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 verhindert werden kann.
Wenn sich das Gehäuse 15 hingegen relativ zur Trommel 20 in der zur Richtung des Pfeils L in 12 entgegengesetzten Richtung dreht, d. h. in einer Richtung, die durch einen Pfeil M angedeutet ist, wird der Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 außerhalb der Gleithilfe 23 von dem Gehäuse 15 geschoben. Somit wird der Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 außerhalb der Gleithilfe 23 entspannt, rückt von der Gleithilfe 23 ab, und legt sich an die Innenfläche des Gehäuses 15 an, um als Einheit mit dem Gehäuse 15 in der Richtung des Pfeils M zu drehen. Bei dieser Drehung wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 von der ruhenden Gleithilfe 23 abgewickelt.
Gleichzeitig wird in dem umgebogenen Abschnitt T die äußere Schutzplatte 52 der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 von der Rolle 25 am Ende E3 der Gleithilfe 23 abgerückt, legt sich an den Schutzstift 26 am Ende E4 an und schiebt ihn. Wenn daraufhin von dem umgebogenen Abschnitt T eine Schubkraft auf den Schutzstift 26 beaufschlagt wird, dreht sich die Gleithilfe 23 in der Richtung des Pfeils M. In diesem Fall bewegt sich die flexible Leiterplattenanordnung 14 so, dass sie im Inneren der Gleithilfe 23 um das Kernelement 16 gewickelt wird und außerhalb der Gleithilfe 23 von der Gleithilfe 23 abgewickelt wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist die äußere Schutzplatte 52 so ausgestaltet, dass sie sich an den Schutzstift 26 der Gleithilfe 23 anlegt und ihn schiebt. Daher ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 nicht mehr in unmittelbarem Kontakt mit dem Schutzstift 26, wodurch ein Verschleiss oder dergleichen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 verhindert werden kann.
Falls die Steifigkeit der äußeren Schutzplatte 52 gering ist, krümmt sich die äußere Schutzplatte 52 in dem umgebogenen Abschnitt T weiter, nachdem sie sich an den Schutzstift 26 angelegt hat (d. h. sie kann ihre gekrümmte Form, die sie zum Zeitpunkt der Anlage an den Schutzstift 26 angenommen hat, nicht beibehalten). Somit besteht die Gefahr, dass der gekrümmte Abschnitt in den Spalt zwischen dem Kernelement 16 und den Rollen 25 (oder den Spalt zwischen den Rollen 25 und dem Gehäuse 15) eingezogen wird.
In dieser Hinsicht wird bei der vorliegenden Ausführungsform sicher gestellt, dass die Steifigkeit der äußeren Schutzplatten 52 per se gut gefestigt ist, so dass die äußere Schutzplatte 52 keinen exzessiv gekrümmten Abschnitt aufweist, und dass verhindert wird, dass sie in diesen Spalt eingezogen wird.
Die weiteren Teile des Körpers der Drehgelenkverkabelungseinheit der zweiten Ausführungsform sind auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgestaltet. Somit können auch bei der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform bestanden die innere und die äußere Schutzplatte 51 und 52 aus Plastikfilmen. Alternativ können diese Schutzplatten beispielsweise jeweils aus der flexiblen Leistungsleiterplatte 14-1 oder der flexiblen Signalleiterplatte 14-2 bestehen. Bei einer solchen Konfiguration ist es jedoch wünschenswert, dass kein Strom oder Signal durch die Leiterbahnen der flexiblen Leistungsleiterplatte 14-1 oder der flexiblen Signalleiterplatte 14-2 geleitet wird, die als die innere oder äußere Schutzplatte 51 bzw. 52 dient.
Dritte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 13 und die 14A bis 14C wird im Nachfolgenden eine dritte Ausführungsform beschrieben.
13 ist eine Vertikalschnittansicht zur Veranschaulichung eines Körpers einer Drehgelenkverkabelungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform. Wie in 13 gezeigt ist, ist ein im Wesentlichen rechteckiger Mitnehmervorsprung 53 an dem Abschnitt zwischen zwei Rollen 25 am Ende E3 der Drehplatte 24 der Gleithilfe 23 angesetzt. Die Unterseite des Mitnehmervorsprungs 53 ist bei einer Betrachtung wie in 13 als eine konkav gekrümmte Oberfläche 53a geformt.
Bei der dritten Ausführungsform ist das Ende E4 der Drehplatte 24 nicht mit dem Schutzstift 26 versehen, sondern die Drehplatte 24 ist um die Länge verkürzt, die der zum Vorsehen des Schutzstiftes 26 erforderlichen Länge entspricht. Hierdurch wird sicher gestellt, dass die Drehplatte 24 zwischen den Enden E3 und E4 eine größere Länge besitzt.
Bei der in 13 gezeigten dritten Ausführungsform ist ferner eine flexible Mitnehmerfilmfolie 54 so über die Mehrzahl von übereinander gelegten flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 gelegt, dass sich die Mitnehmerfilmfolie 54 ganz innen in dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt T befindet. Die Mitnehmerfilmfolie 54 besteht aus einem Plastikfilm wie etwa einem Polyimidfilm oder einem Polyesterfilm, wobei ihre Dicke im Wesentlichen gleich derjenigen der flexiblen Leistungsleiterplatte 14-1 oder der flexiblen Signalleiterplatte 14-2 ist. Die Mitnehmerfilmfolie 54 besitzt eine Spannung (d. h. Steifigkeit), die im Wesentlichen von einer gleichen Größenordnung wie diejenige der flexiblen Leistungsleiterplatte 14-1 oder der flexiblen Signalleiterplatte 14-2 ist. Die Dicke der Mitnehmerfilmfolie 54 kann größer als diejenige der flexiblen Leistungsleiterplatte 14-1 oder der flexiblen Signalleiterplatte 14-2 ausgelegt sein, um eine Konfiguration mit einer angemessen starken Spannung zur Verfügung zu stellen.
Wie in 13 gezeigt ist, ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 so ausgestaltet, dass sie in ihrem im Verkabelungsgehäuse 13 aufgenommenen Zustand mit Ausnahme eines Abschnitts der Mitnehmerfilmfolie 54 auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform vorliegt. Insbesondere ist ein Abschnitt der Mitnehmerfilmfolie 54, d. h. der in 13 gezeigte Abschnitt eines umgebogenen Abschnitts U, so im Verkabelungsgehäuse 13 aufgenommen, dass er zwischen der zweiten Rolle 25 ab dem Ende E3 der Gleithilfe 23 und dem Mitnehmervorsprung 53 angeordnet ist.
In diesem Fall ist die Länge der Mitnehmerfilmfolie 54 kleiner als diejenige der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 eingestellt, so dass die flexible Leiterplattenanordnung 14 und die Mitnehmerfilmfolie 54 auf die vorstehend beschriebene Weise im Verkabelungsgehäuse 13 aufgenommen sein können.
Unter Bezugnahme auf die 14A bis 14C werden nun die Arbeitsgänge der Drehgelenkverkabelungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die 14A bis 14C sind Vertikalschnittansichten zur Veranschaulichung des Betriebs der Drehgelenkverkabelungseinheit der vorliegenden Ausführungsform.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 14A der Betrieb der Drehgelenkverkabelungseinheit der vorliegenden Ausführungsform für einen Fall beschrieben, in dem sich zuerst das Gehäuse 15 relativ zu der Trommel 20 in der Richtung dreht, die durch einen Pfeil M in 14A angegeben ist, wobei die Mitnehmerfilmfolie 54 um die Rolle 25 am Ende E3 der Gleithilfe 23 gewickelt wird. Bei der Drehung des Gehäuses 15 in der Richtung des Pfeils M wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 von dem Gehäuse 15 geschoben. Somit wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplatte 14 entspannt, rückt von der Gleithilfe 23 ab, und legt sich an die Innenfläche des Gehäuses 15 an, um als Einheit mit dem Gehäuse 15 in der Richtung des Pfeils M gedreht zu werden.
Bei dieser Drehung wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplatte 14 von der ruhenden Gleithilfe 23 abgewickelt. Die an der Innenseite der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 angeordnete und in dem umgebogenen Abschnitt U positionierte Mitnehmerfilmfolie 54 kann jedoch ab dem Ende E3 der Gleithilfe 23 von der zweiten Rolle 25 abrücken (s. 14B). Danach, mit der weiteren Drehung des Gehäuses 15 relativ zur Trommel 20 in der Richtung des Pfeils M, kontaktiert und schiebt der Mitnehmerfilm 54 in dem umgebogenen Abschnitt U die konkav gekrümmte Oberfläche 53a des Mitnehmervorsprungs 53 der Gleithilfe 23. Wenn daraufhin der Mitnehmervorsprung 53 von der Mitnehmerfilmfolie 54 in dem umgebogenen Abschnitt U mit einer Schubkraft beaufschlagt wird, dreht sich die Gleithilfe 23 in der Richtung des Pfeils M. In diesem Fall bewegt sich die flexible Leiterplattenanordnung 14 so, dass sie im Inneren der Gleithilfe 23 um das Kernelement 16 gewickelt und außerhalb der Gleithilfe 23 von der Gleithilfe 23 abgewickelt wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist die Mitnehmerfilmfolie 54 so ausgestaltet, dass sie den Mitnehmervorsprung 53 der Gleithilfe 23 kontaktiert und schiebt. Daher befindet sich die flexible Leiterplattenanordnung 14 nicht länger in direktem Kontakt mit den Rollen 25 der Gleithilfe 23, wodurch ein Verschleiss oder dergleichen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 verhindert werden kann.
Es ist wahrscheinlich, dass die Mitnehmerfilmfolie 54 letztendlich abgenutzt wird, weil die Mitnehmerfilmfolie 54 so ausgestaltet ist, dass sie den Mitnehmervorsprung 53 kontaktiert und schiebt. Da die Mitnehmerfilmfolie 54 jedoch speziell zum Antreiben der Drehvorgänge ausgelegt ist und weder Leistung noch Signale führt, wird ein möglicher Verschleiss der Mitnehmerfilmfolie 54 keine ernsthaften Probleme erzeugen. Ferner ist es nicht erforderlich, dass die Mitnehmerfilmfolie 54, die weder Signale noch Leistung zu führen braucht, isolierende Eigenschaften besitzt. Somit kann das Material oder die Dicke der Mitnehmerfilmfolie 54 nach Wunsch bestimmt werden. Dementsprechend kann die Mitnehmerfilmfolie 54 eine große Dicke besitzen oder aus einem weniger kostspieligen Material mit einer hohen Verschleissfestigkeit gefertigt sein. Daher kann eine Platte mit einer hohen Verschleissfestigkeit als die Mitnehmerfilmfolie 54 verwendet werden.
Falls die Spannung der Mitnehmerfilmfolie 54 schwach ist (oder falls die Geschwindigkeit der Relativdrehung zwischen dem Gehäuse 15 und der Trommel 20 hoch ist), kann die Mitnehmerfilmfolie 54 in dem umgebogenen Abschnitt U, nachdem sie sich an den Mitnehmervorsprung 53 angelegt hat, in der Biegerichtung nach außen aufgetrieben werden (d. h. sie kann ihre gekrümmte Form nicht beibehalten, die bei der Anlage an den Mitnehmervorsprung 53 erhalten wurde). Daher kann der gekrümmte Abschnitt auf unerwünschte Weise in den Spalt zwischen den Rollen 25 und dem Gehäuse 15 (oder den Spalt zwischen dem Kernelement 16 und den Rollen 25) eingezogen werden.
In dieser Hinsicht ist bei der vorliegenden Ausführungsform sicher gestellt, dass die Spannung (Steifigkeit) der Mitnehmerfilmfolie 54 ausreichend hoch eingestellt ist (dass z. B. die Spannung auf eine Größenordnung eingestellt ist, die gleich oder höher als dasjenige der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 ist), so dass sich in der Mitnehmerfilmfolie 54 kein gekrümmter Abschnitt bildet, der ansonsten in diesen Spalt eingezogen werden könnte. In diesem Fall hängt die Steifigkeit der Mitnehmerfilmfolie 54 von dem Material oder der Dicke der Mitnehmerfilmfolie 54 ab (d. h. je größer die Dicke ist, desto höher ist die Spannung). Daher brauchen nur das Material und die Dicke der Mitnehmerfilmfolie 54 eingestellt werden, um den erforderlichen Grad der Spannung zu erhalten.
Unter Bezugnahme auf 14C wird der Betrieb nun für den Fall beschrieben, in dem sich das Gehäuse 15 relativ zur Trommel 20 zu der durch den Pfeil angegebenen Richtung M entgegengesetzt, d. h. in der durch einen Pfeil L angegebenen Richtung dreht, wobei die Mitnehmerfilmfolie 54 an dem Mitnehmervorsprung 53 der Gleithilfe 23 anliegt (s. 14C). Bei der Drehung des Gehäuses 15 in der Richtung des Pfeils L wird der Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 außerhalb der Gleithilfe 23 in der Richtung des Pfeils L gezogen, wodurch die im Inneren der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 befindliche und in dem umgebogenen Abschnitt U positionierte Mitnehmerfilmfolie 54 von der konkav gekrümmten Oberfläche 53a des Mitnehmervorsprungs 53 abgerückt wird (s. 14B).
Danach, bei der weiteren Drehung des Gehäuses 15 relativ zur Trommel 20 in der Richtung des Pfeils L, wird die Mitnehmerfilmfolie 54 in dem umgebogenen Abschnitt U ab dem Ende E3 der Gleithilfe 23 um die zweite Rolle 25 gewickelt und zieht die betreffende Rolle 25 sowie die Gleithilfe 23, so dass sie die Gleithilfe 23 in der Richtung des Pfeils L dreht (s. 14A).
Bei dieser Konfiguration ist die Mitnehmerfilmfolie 54 so ausgestaltet, dass sie um die zweite bestimmte Rolle 25 der Gleithilfe 23 gewickelt wird und die zweite Rolle 25 und damit die Gleithilfe 23 zieht. Somit liegt die flexible Leiterplattenanordnung 14 nicht mehr unmittelbar an den Rollen 25 an, wodurch ein Verschleiss oder dergleichen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 verhindert werden kann.
Es ist wahrscheinlich, dass die Mitnehmerfilmfolie 54 abgenutzt wird, weil die Mitnehmerfilmfolie 54 dazu ausgestaltet ist, um die zweite Rolle 25 gewickelt zu werden. Da die Mitnehmerfilmfolie 54 jedoch speziell dazu ausgelegt ist, die Drehvorgänge anzutreiben, und weder Leistung noch Signale führt, wird der mögliche Verschleiss der Mitnehmerfilmfolie 54 keine ernsthaften Probleme hervorrufen. Ferner braucht die Mitnehmerfilmfolie 54, die weder Signale noch Leistung führen muss, keine isolierenden Eigenschaften zu besitzen. Somit kann das Material oder die Dicke der Mitnehmerfilmfolie 54 nach Wunsch bestimmt werden. Daher kann die Mitnehmerfilmfolie 54 eine große Dicke besitzen oder aus einem weniger kostspieligen Material mit einer hohen Verschleissfestigkeit gefertigt sein. Somit kann eine Platte mit einer hohen Verschleissfestigkeit als die Mitnehmerfilmfolie 54 verwendet werden.
Bei der dritten Ausführungsform ist das Ende E4 der Drehplatte 24 nicht mit dem Schutzstift 26 versehen, um die Länge des Endes E4 um die Länge zu verringern, die der zum Vorsehen des Schutzstiftes 26 erforderlichen Länge entspricht, und dadurch den Abstand zwischen den Enden E3 und E4 der Drehplatte 24 zu vergrößern. Hierdurch kann die Anzahl von flexiblen Leiterplatten 14-1 und 14-2 erhöht werden.
Bei der dritten Ausführungsform ist die Konfiguration abgesehen von der vorstehend beschriebenen Konfiguration die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Daher können auch bei der dritten Ausführungsform im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Bei der dritten Ausführungsform bestand die Mitnehmerfilmfolie 54 aus einem Plastikfilm. Alternativ kann die Mitnehmerfilmfolie 54 beispielsweise aus der flexiblen Leistungsleiterplatte 14-1 oder der flexiblen Signalleiterplatte 14-2 bestehen. Bei einer solchne Konfiguration ist es jedoch wünschenswert, dass weder Strom noch Signale durch die Leiterbahnen der flexiblen Leistungsleiterplatte 14-1 oder der flexiblen Signalleiterplatte 14-2 geführt werden, die als die Mitnehmerfilmfolie 54 dienen.
Vierte Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 15A bis 15C wird eine vierte Ausführungsform beschrieben.
Die 15A bis 15C sind Vertikalschnittansichten zur Veranschaulichung des Betriebs einer Drehgelenkverkabelungseinheit gemäß der vierten Ausführungsform.
Wie in 15A gezeigt ist, ist bei der vierten Ausführungsform das Ende E4 der Drehplatte 24 der Gleithilfe 23 anstelle des Schutzstiftes 26 mittels jeweiliger Wellen 24c und 24c mit zwei drehbaren Schutzrollen 55 und 56 mit einem kleinen Durchmesser versehen. Die zwei Schutzrollen 55 und 56 sind in der Breitenrichtung der Drehplatte 24 angeordnet.
Wenn sich das Gehäuse 15 bei dieser Konfiguration gemäß der Darstellung in 15A relativ zur Trommel 20 in der durch einen Pfeil M angegebenen Richtung dreht, wird der Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 außerhalb der Gleithilfe 23 von dem Gehäuse 15 geschoben. Somit wird der Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 außerhalb der Gleithilfe 23 entspannt, rückt von der Gleithilfe 23 ab und legt sich an die Innenfläche des Gehäuses 15 an, um als Einheit mit dem Gehäuse 15 in der Richtung des Pfeils M zu drehen.
Bei dieser Drehung wird der außerhalb der Gleithilfe 23 befindliche Abschnitt der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 von der ruhenden Gleithilfe 23 abgewickelt. Die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T hingegen rückt von der Rolle 25 am Ende E3 der Drehplatte 24 der Gleithilfe 23 ab und legt sich zuerst an die äußere Schutzrolle 55 von den beiden Schutzrollen 55 und 56 am Ende E4 an, so dass sie gemäß der Ansicht in 15B in einer Verschiebungsbewegung auf die untere Seite (innere Umfangsseite) hin gezogen wird.
Somit ist es unwahrscheinlich, dass die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T in den Spalt zwischen der Schutzrolle 55 und dem Gehäuse 15 eingezogen wird. Wenn ferner die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T die Schutzrolle 55 kontaktiert und schiebt, dreht sich die Schutzrolle 55 in der durch einen Pfeil N1 in 15B angegebenen Richtung. Somit wird der Gleitwiderstand zwischen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T und der Schutzrolle 55 verringert.
Wie in 15C gezeigt ist, kontaktiert und schiebt die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T ferner bei der weiteren Relativdrehung des Gehäuses 15 in der Richtung des Pfeils M die innere Schutzrolle 56 von den beiden Schutzrollen 55 und 56. In diesem Fall dreht sich die Schutzrolle 56 in der in 15C durch einen Pfeil N2 angegebenen Richtung. Somit wird der Gleitwiderstand zwischen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T und der Schutzrolle 56 verringert.
Es ist eine solche Anordnung der zwei Schutzrollen 55 und 56 sicher gestellt, dass die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T, wenn sie die beiden Rollen 55 und 56 kontaktiert, zuerst die äußere Rolle 55 und daraufhin, ein wenig später, die innere Rolle 56 kontaktieren kann. Somit werden die beiden Schutzrollen 55 und 56 von dem umgebogenen Abschnitt T mit einer Schubkraft so beaufschlagt, dass die Gleithilfe 23 in der Richtung des Pfeils M gedreht wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration kontaktiert und schiebt die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T die beiden Schutzrollen 55 und 56 der Gleithilfe 23. Somit ist im Vergleich mit der Konfiguration, bei der sich die flexible Leiterplattenanordnung 14 an den Schutzstift 26 der Gleithilfe 23 anlegt, der Gleitwiderstand (d. h. die Reibung) zwischen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 und den Schutzrollen 55 und 56 um einen Betrag verringert, der einer freien Drehung der Schutzrollen 55 und 56 entspricht. Daher kann ein Verschleiss oder dergleichen der flexiblen Leiterplattenanordnung 14 weiterhin verhindert werden.
Insbesondere ist die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T bei der vierten Ausführungsform so ausgestaltet, dass sie sich, wenn sie die beiden Schutzrollen 55 und 56 kontaktiert, zuerst an die äußere Rolle 55 und dann, ein wenig später, an die innere Rolle 56 anlegt. Bei dieser Konfiguration wird die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T, wenn sie sich zuerst an die äußere Rolle 55 anlegt, gemäß der Ansicht in 15B in einer Verschiebungsbewegung auf die untere Seite hin gezogen. Somit ist es unwahrscheinlich, dass die flexible Leiterplattenanordnung 14 in dem umgebogenen Abschnitt T in den Spalt zwischen der Schutzrolle 55 und dem Gehäuse 15 eingezogen wird. Infolgedessen kann verhindert werden, dass der umgebogene Abschnitt T in diesen Spalt eingezogen wird.
Bei der vierten Ausführungsform ist die Konfiguration abgesehen von der beschriebenen Konfiguration die gleiche wie die Konfiguration bei der ersten Ausführungsform. Somit können auch bei der vierten Ausführungsform im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 06-143186 A [0005, 0008, 0095]
- JP 10-034588 A [0005, 0008, 0095]
- JP 01-153290 A [0006, 0010]
- JP 2003-324835 A [0007, 0011, 0012]

Claims

Verkabelungseinheit (12) für Roboter mit einem Drehgelenk, durch das zwei Glieder auf relativ zueinander drehbare Weise gekoppelt sind, wobei eine Elektronikverkabelung durch die beiden Glieder und das Drehgelenk verläuft, und wobei die Verkabelungseinheit folgendes aufweist: ein Verkabelungsgehäuse (13) mit i) einem zylindrischen Gehäuse (15), dessen beide Enden in einer Axialrichtung des Gehäuses offend sind, und ii) einer Trommel (20) i) mit einem in einem Innenraum des Gehäuses befindlichen zylindrischen Kernelement (16), wobei die Trommel (20) zwei Deckelteile (17, 18) aufweist, die mit dem Kernelement vereinigt sind und sich an den beiden axialen Endseiten des Innenraums des Gehäuses befinden und ii) relativ zum Gehäuse drehbar sind, wobei das Gehäuse und die Trommel mit den beiden jeweiligen Gliedern des Roboters verbunden sind; eine Gleithilfe (23) mit einer ringförmigen Drehplatte (24) i) mit zwei Enden, die zwischen sich einen freien Raum bilden, ii) die so angeordnet ist, dass sie das Kernelement in einer Radialrichtung des Gehäuses umgibt, und iii) die um das Kernelement drehbar ist, sowie einer Mehrzahl von Rollen (25), die so auf der Drehplatte vorgesehen sind, dass sie um das Kernelement herum angeordnet und jeweils um eine Achse drehbar sind; und einer flexiblen Leiterplatte (14), die eine Riemenform besitzt, in der eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Drähten für die elektrische Verdrahtung mit einer elektrischen Isolierung dazwischen enthalten ist, und die i) zwei Länge-Breite-Endabschnitte aufweist, von denen einer mit dem Kernelement verbunden ist und der andere mit dem Gehäuse verbunden ist, sowie ii) abgesehen von den beiden Länge-Breite-Endabschnitten einen Restabschnitt, der sich im Innenraum des Gehäuses befindet und in inneren und äußeren Zwischenräumen einer Gruppe der Rollen in der Radialrichtung durch den freien Raum auf- und abgewickelt wird, so dass der Restabschnitt auf den Rollen und an diesen entlang bewegt und in jeweils entgegengesetzten Richtungen zwischen den inneren und äußeren Zwischenräumen der Gruppe von Rollen in der Radialrichtung auf- bzw. abgewickelt wird.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 1, wobei jede der Rollen einen Außendurchmesser besitzt und die Drehplatte eine Breite in der Radialrichtung besitzt, wobei der Außendurchmesser größer als die Breite ist.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die flexible Leiterplatte in den von der Drehplatte gebildeten freien Raum hinein so umgebogen ist, dass die flexible Leiterplatte einen schleifenförmig umgebogenen Abschnitt aufweist, dessen Wickelrichtung sich in dem freien Raum ändert, und eine Rolle aus der Mehrzahl von Rollen an einem Ende von den beiden Enden der Drehplatte vorgesehen ist, wobei der schleifenförmig umgebogene Abschnitt um das eine Ende von den beiden Enden der Drehplatte gewickelt ist, wobei die Verkabelungseinheit ferner einen Schutzstift (26) aufweist, der an dem anderen Ende von den beiden Enden der Drehplatte vorgesehen ist, wobei der Schutzstift eine konkav gekrümmte Oberfläche (26a) aufweist, die dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt gegenüberliegt und ihn empfangt, um den schleifenförmig umgebogenen Abschnitt zu schützen.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 3, wobei der Schutzstift auf der Drehplatte in der Axialrichtung nach außen hin versetzt bzw. geneigt ist.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die flexible Leiterplatte aus einer Mehrzahl von einander überlagerten flexiblen Leiterplattenlagen (14-1, 14-2, ...) zusammengesetzt ist.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 5, wobei die flexible Leiterplatte in den von der Drehplatte gebildeten freien Raum hinein so umgebogen ist, dass die flexible Leiterplatte einen schleifenförmig umgebogenen Abschnitt aufweist, dessen Wickelrichtung sich in dem freien Raum ändert, und die flexible Leiterplatte eine flexible Filmplatte (54) aufweist, die so auf sie aufgebracht ist, dass sich die flexible Filmplatte ganz innen in dem umgebogenen Abschnitt befindet.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 6, welche ferner folgendes aufweist: einen Vorsprung (53), der ortsfest zwischen zwei zueinander benachbarten Rollen von der Mehrzahl von Rollen angeordnet ist, wobei die beiden Rollen ab einem Ende der beiden Enden der Drehplatte angeordnet sind und aus einer ersten Rolle und einer zweiten Rolle in dieser Reihenfolge ab dem einen Ende bestehen, und die flexible Leiterplatte einen schleifenförmig umgebogenen Abschnitt aufweist, der seine Wickelrichtung um die beiden Rollen ändert, wobei sich der schleifenförmig umgebogene Abschnitt der flexiblen Filmplatte zwischen dem Vorsprung und der zweiten Rolle befindet, und die flexiblen Leiterplattenlagen durch den zwischen den beiden Enden der Drehplatte gebildeten freien Raum um die erste Rolle herum angeordnet sind.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 7, wobei die flexible Filmplatte als Reaktion auf eine Relativdrehung zwischen der Trommel und dem Gehäuse, infolge der die flexible Leiterplatte um die Rollen gewickelt wird, zuerst um die zweite Rolle gewickelt wird, bevor die flexiblen Leiterplattenlagen um die erste Rolle gewickelt werden, und die flexible Filmplatte als Reaktion auf eine Relativdrehung zwischen der Trommel und dem Gehäuse, infolge der die flexible Leiterplatte von den Rollen abgewickelt wird, durch das Abwickeln zuerst an dem Vorsprung in Anlage gebracht wird, bevor der schleifenförmig umgebogene Abschnitt der flexiblen Leiterplatte an einer an dem anderen Ende der Drehplatte vorgesehenen Rolle in Anlage gebracht wird.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 8, wobei der Vorsprung eine Seite aufweist, an der der schleifenförmig umgebogene Abschnitt der flexiblen Filmplatte in Anlage gebracht wird, und diese Seite des Vorsprungs eine konkav gekrümmte Oberfläche (53a) aufweist, um den schleifenförmig umgebogenen Abschnitt zu empfangen.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mehrzahl von Rollen eine an einem Ende von den beiden Enden der Drehplatte vorgesehene Rolle umfasst, wobei die flexible Leiterplatte von der radialen Innenseite der Gruppe von Rollen zur radialen Außenseite der Gruppe von Rollen hin um die an dem einen Ende vorgesehene Rolle umgebogen ist, die Verkabelungseinheit ferner zwei Schutzrollen (55, 56) aufweist, die an dem anderen Ende von den beiden Enden der Drehplatte vorgesehen sind, wobei die beiden Schutzrollen in einer Breiterrichtung der Drehplatte fluchten und jede der Schutzrollen zylindrisch ist und einen Radius besitzt, der kleiner als der Radius jeder der Rollen ist.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 10, wobei jede der Schutzrollen um eine jeweilige Achse dreht.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 10, wobei die beiden Schutzrollen aus einer ersten, in der Radialrichtung außen liegenden Schutzrolle und einer zweiten, in der Radialrichtung innen liegenden Schutzrolle bestehen, und die Position der zweiten Rolle weiter als die der ersten Rolle von dem schleifenförmig umgebogenen Abschnitt der flexiblen Filmplatte zurückgesetzt ist.
Verkabelungseinheit nach Anspruch 12, wobei die beiden Schutzrollen aus einer ersten, in der Radialrichtung außen liegenden Schutzrolle und einer zweiten, in der Radialrichtung innen liegenden Schutzrolle bestehen, und die beiden Schutzrollen so angeordnet sind, dass zuerst die erste Schutzrolle den schleifenförmig umgebogenen Abschnitt berührt und daraufhin die zweite Schutzrolle den schleifenförmig umgebogenen Abschnitt berührt.
Verkabelungseinheit nach einem der Ansprüche 1–13, wobei die Mehrzahl von Rollen alle eine gleiche Größe und gleiche Abmessungen besitzen und in gleichen Bogenabständen angeordnet sind.
Verkabelungseinheit nach einem der Ansprüche 1–14, wobei sich das zylindrische Kernelement (16) in der Mitte einer zur Axialrichtung des Gehäuses senkrechten Ebene befindet.