一种周向滑动球铰链连接可拆卸式机械臂束线装置的制作方法

本发明属于机器人领域，具体涉及一种周向滑动球铰链连接可拆卸式机械臂束线装置。

背景技术：

机械臂在实际应用时，一般会在其末端安装工装，例如电(气)动抓手、传感器等，相应的就会应用到动力线缆、控制线缆等。这些线缆的需求和种类会根据不同工况而变化，一般不会在机械臂内部给它们预留全部的走线空间，不可避免的，将会有线缆固定在机械臂外部进而带来不方便的问题。

现阶段机械臂外部走线的方案比较少。最简单的方法，就是通过束线夹直接粘贴在机械臂上，能起到短时间束线的效果，但是一是影响机械臂外观，二是在机械臂旋转角度较大的情况下，容易造成线夹脱落；有些则是通过防滑布带捆绑在机械臂上，但是结构不够牢固，机械臂高速运转时产生的扭力，会使其产生变形，长时间后会对布带及线缆造成损伤；有些则是通过金属抱箍将线缆固定在机械臂上，但是线缆管夹不能相对抱箍旋转，在机械臂旋转幅度比较大的情况下，造成线缆的扭曲，最终造成线缆的破损或通讯断开的现象。现有机械臂外部走线方案，虽然短时间内能起到束线的作用，但是存在着束线不牢、线缆与线夹之间缺少相对运动、线夹直径不能调节的缺点，最终会对线缆造成一定的损伤。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种周向滑动球铰链连接可拆卸式机械臂束线装置，所述束线装置具体包括双丝抱箍机构、球铰连接机构和束线夹机构，双丝抱箍机构通过球铰连接机构连接束线夹机构。所述双丝抱箍机构包括金属双丝、金属抱箍以及抱箍连接螺栓；所述球铰连接机构包括抱箍滑动连接件、球铰链外部接件、球铰链内部接件以及球铰连接螺栓；所述束线夹机构包括棘轮、棘爪以及棘轮连接螺栓。

在所述双丝抱箍机构中，所述金属抱箍为环状，能够环抱在机械臂上，所述金属双丝为双层环形丝状，所述金属双丝沿周向环抱在金属抱箍外表面上，金属双丝末端通过抱箍连接螺栓进行连接。在所述球铰连接机构中，所述球铰链内部接件的上半部分为柱状，下半部分为球状，所述球铰链外部接件为∩状且内部中空，球铰链外部接件顶部具有开口，球铰链内部接件下半部分从所述球铰链外部接件顶部开口伸入所述球铰链外部接件内部，且球铰链内部接件下半部分的直径大于球铰链外部接件顶部开口最大直径；所述抱箍滑动连接件为┴状，抱箍滑动连接件上半部分伸入所述球铰链外部接件下半部分，且通过球铰连接螺栓固定连接；所述抱箍滑动连接件的下半部分与金属抱箍外表面之间滑动连接，具体为，在金属抱箍外表面沿周向设置滑道，抱箍滑动连接件的下半部分卡在金属抱箍外表面的滑道间实现滑动连接；在所述束线夹机构中，所述棘轮和所述棘爪之间通过棘轮连接螺栓进行固定连接，棘轮和棘爪形成环状，利用所述棘轮连接螺栓将棘轮和棘爪固定在所述球铰链内部接件的上半部分。

本发明的优点在于：

1、机械臂上的双丝抱箍机构直径可调，满足不同机械臂直径的需求，具有广泛的适用性，结构简单稳定、牢固、易实现。

2、球铰连接机构与束线夹机构可以实现沿机械臂周向的相对运动，大大降低了线缆因机械臂旋转而造成的扭转变形。

3、球铰约束，释放了线夹各旋转方向上的自由度，扩大了旋转角度，降低了机械臂线缆的受力及变形。

4、球铰连接机构的分离式设计，方便球铰约束的维护与更换。

5、束线夹机构中的棘轮，具有可调性、满足不同机械臂线缆直径需求的同时，结构简单、不易松脱。

6、束线夹机构的分离式设计，方便更换棘轮，适应更广泛的机械臂线缆直径的需求，且方便维修。

7、本发明所提供的机械臂束线装置具有可移植性，可移植到其他任何需要束线且线缆需要扭转的场合。

8、线缆与机械臂之间具有多个自由度，满足在机械臂大幅度运动情况下，线缆旋转角度的需求；球铰链结构高度可调、线夹包络线径大小可调，可以很好地适应不同线缆的需求。

附图说明

图1为本发明提供的束线装置的一个具体实施例的结构示意图；

图2a为本发明所提供的束线装置中金属双丝正视和侧视图；

图2b为金属双丝在金属抱箍表面的位置设置示意图；

图3为本发明所提供的束线装置中金属抱箍正视和侧视图；

图4a和图4b分别为本发明球铰连接机构正视和剖视图；

图5为本发明中束线夹机构示意图。

1、双丝抱箍机构；2、金属双丝；3、金属抱箍；4、抱箍防滑橡胶；

5、抱箍连接螺栓；6、球铰连接机构；7、抱箍滑动连接件；8、球铰链外部接件；

9、球铰链内部接件；10、球铰连接螺栓；11、束线夹机构；12、棘轮；

13、棘爪；14、棘轮连接螺栓；15、棘轮防滑橡胶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所提供的束线装置作进一步的详细说明。

本发明提供一种周向滑动球铰链连接可拆卸式机械臂束线装置，如图1、图2a、图2b、图3、图4和图5所示，所述的束线装置具体包括双丝抱箍机构1、球铰连接机构6和束线夹机构11，双丝抱箍机构1通过球铰连接机构6连接束线夹机构11。

所述双丝抱箍机构1包括金属双丝2、金属抱箍3以及抱箍连接螺栓5；所述金属抱箍3为环状，如图3所示，能够环抱在机械臂上。如图2所示，所述金属双丝2为双环形丝状，所述金属双丝2沿周向环抱在金属抱箍3外表面上，金属双丝2末端通过抱箍连接螺栓5进行连接。

如图4a和图4b，所述球铰连接机构6包括抱箍滑动连接件7、球铰链外部接件8、球铰链内部接件9以及球铰连接螺栓10；所述球铰链内部接件9的上半部分为柱状，下半部分为球状，类似于烧瓶结构；所述球铰链外部接件8为“∩”状且内部中空，具有顶部开口，球铰链内部接件9上半部分从所述球铰链外部接件8下方伸入并从球铰链外部接件8的顶部开口伸出，由于球铰链内部接件9下半部分的球状的直径大于球铰链外部接件8顶部开口最大直径，使得球铰链外部接件8和球铰链内部接件9之间形成球铰结构。所述抱箍滑动连接件7为“┴”状，抱箍滑动连接件7上半部分伸入所述球铰链外部接件8下半部分，且通过球铰连接螺栓10固定连接；所述抱箍滑动连接件7的下半部分与金属抱箍3外表面之间滑动连接，具体为，在金属抱箍3外表面沿周向设置槽型滑道，抱箍滑动连接件7的下半部分卡在金属抱箍3外表面的槽型滑道内实现滑动连接。

如图5所示，所述束线夹机构11包括棘轮12、棘爪13以及棘轮连接螺栓14；所述棘轮12和所述棘爪13之间通过棘轮连接螺栓14进行固定连接，棘轮12和棘爪13形成环状，利用所述棘轮连接螺栓14将棘轮12和棘爪13固定在所述球铰链内部接件9的上半部分；所述棘轮12与棘爪13起主要的束线作用，棘轮12、棘爪13形成的圆环内部包裹住线缆，根据线缆的线径，调整棘轮12和棘爪13的啮合位置，实现束线。

利用本发明所提供的束线装置在应用时的装配过程具体如下：

首先根据机械臂工作需要，确定机械臂外部走线位置，例如线缆在机械臂的左侧；根据外部线缆的位置，进而确定束线夹机构11的位置，束线夹机构11用于固定线缆，因此束线夹机构11位于外部线缆同一侧；初始安装的时候，将双丝抱箍机构1中抱箍连接螺栓5与束线夹机构11分别位于机械臂的两侧，这样可以获得束线夹机构11具有左右两侧的最大行程。一般情况下在整条机械臂上布置两个本发明所提供的束线装置，双丝抱箍机构1一般位于机械臂两个旋转副的之间，优选中间位置。确定位置后，开始进行装配。首先先将球铰连接机构6与束线夹机构11装配完毕。在球铰链内部接件9装入球铰链外部接件8，球铰链外部接件8与抱箍滑动连接件7通过球铰连接螺栓10紧固连接；棘轮12和棘爪13通过棘轮连接螺栓14连接在球铰链外部接件9上；然后将金属抱箍3卡在机械臂上，金属双丝2卡在金属抱箍3上，接着将抱箍滑动连接件7装入槽型滑道内；最后根据先前确定的束线装置在机械臂上的相对位置，在机械臂上通过抱箍连接螺栓5固定束线装置。

现有技术中类似于双丝抱箍机构中的双丝大多数都是直接包裹在金属抱箍表面。受力时，双丝容易侧向滑动，对金属抱箍造成磨损。在本发明的各实施例中，优选地在金属抱箍3外表面沿周向开有安装槽，如图2b，所述金属双丝2安装在各自的安装槽内，安装槽的深度小于金属双丝2的截面直径，大于金属双丝2截面直径的1/2，小于金属抱箍3深度的1/2。所述的安装槽对金属双丝2起导向的作用，同时安装槽能够限制金属双丝2的径向移动。所述的金属双丝2有两个作用，第一个作用是有效束紧金属抱箍3，相对于金属抱箍3自行束紧的方式，本发明提供的金属双丝2结构更有利于抱箍滑动连接件7的安装；第二个作用是减小金属抱箍3外圆周表面与抱箍滑动连接件7之间的摩擦力。如果抱箍滑动连接件7的底部直接与金属抱箍3的外圆周表面接触，由于二者的接触面积比较大，因此摩擦力和磨损都较大，而金属双丝2的设置就可以保证抱箍滑动连接件7在槽型滑道内的顺畅滑动。

优选地，所述双丝抱箍机构1还包括抱箍防滑橡胶4，如图1，所述抱箍防滑橡胶4位于金属抱箍3内部，用于增大金属抱箍3与机械臂之间的摩擦力，使金属抱箍3能够牢牢固定在机械臂上，同时防止金属抱箍3对机械臂的摩擦损伤。

优选地，所述金属双丝2的末端与金属抱箍3的末端对齐(即圆环开口位置对齐)，所述金属抱箍3末端不可完全闭合，可根据实际工况(金属抱箍3直径调节范围)选择断开的长度；优选地，金属抱箍3的末端开口约为金属抱箍3内径的1/5。金属双丝2与金属抱箍3均具有一定的弹性变形，可以根据机械臂直径的大小，通过调节抱箍连接螺栓5旋入长度，来调节金属双丝2与金属抱箍3的直径，使其紧贴在机械臂表面。

优选地，所述的槽型滑道是通过在金属抱箍3外圆周面沿周向设置内侧檐结构形成的。抱箍滑动连接件7的下半部分位于金属双丝2上方，同时被金属抱箍3外表面槽型滑道的限制，使其能够沿着金属抱箍3外圆周表面滑动。同时，为了减小金属抱箍3与抱箍滑动连接件7之间的摩擦力，抱箍滑动连接件7底座为弧形结构，如图4所示，抱箍滑动连接件7底座弧形结构的弧度，根据金属抱箍3上槽型滑道的高度来确定，抱箍滑动连接件7沿着金属抱箍3外表面的槽型滑道做周向运动，可以避免机械臂旋转角度过大时，线缆扭曲变形的现象。

为了配合机械臂的旋转，双丝抱箍机构1的末端需要在机械臂上选择合适的位置。双丝抱箍机构1的末端位于机械臂需布线一侧的对面。一般情况下，机械臂不会自转360度，相应的，抱箍滑动连接件7不会沿周向移动360度，在布置时，应尽量避免双丝抱箍机构1的末端对抱箍滑动连接件7周向运动的干扰。

优选地，球铰链外部接件8与球铰链内部接件9使用分离式构型；采用球铰链约束，可以增加束线夹机构11与双丝抱箍机构1之间的自由度，使得束线夹机构11不再对线缆的旋转方向产生限制。球铰链外部接件8表面有不同高度的通孔，用于调节球铰连接机构6的高度。球铰链外部接件8与球铰链内部接件9分离式连接或可拆卸式连接，便于球铰连接机构6的后期维护。

优选地，棘轮12外侧含有等距主动棘爪，棘爪13内侧含有等距止回棘爪，棘轮12能够实现单向转动、防止逆转。棘轮12与棘爪13闭合后，不会因为机械臂对线缆的拉力而脱开；棘轮12和棘爪13的末端均具有凸起，以便手动闭合和打开棘轮12。其中棘轮12的直径与棘爪13的高度主要根据线缆直径选定。

优选地，棘轮12与棘爪13具有一定的弹性变形，可根据线缆直径的大小，在一定范围内进行调节。棘轮12与棘爪13为分离式连接或可拆卸式连接，分离式的构型，方便棘轮12与棘爪13因线缆直径变动过大而进行替换，也方便后期维护。

优选地，在棘轮12内侧安装棘轮防滑橡胶15，所述棘轮防滑橡胶15用于增加束线夹机构11与线缆之间的摩擦力的同时，起到保护线缆的作用。

在本发明的各实施例中，采用的是具有一定弹性变形的金属材料，由于本发明的机构具有较多的自由度，束线夹受力较小，也可根据实际工况，采用尼龙等材质。