专利名称：可变形结构和缆线支承系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于支承柔性缆线的缆线支承系统的可变形结构。更特别是，本发明涉及一种用于在工业机器人上支承缆线的缆线支承系统的可变形结构。
背景技术：
缆线在工业机器人中(此后简单称为“机器人”)沿着机器人臂的外表面延伸。缆线具有连接到末端执行器上的一端以及连接到例如功率单元的外围设备上的另一端。缆线包括用于将功率输送到末端执行器上并用于输送指令信号到末端执行器的成束线材以及用于输送操作末端执行器所需的工作流体的成束管线。缆线的各部分通过多个连接到机器人上的多个夹紧构件来保持。
至少对于扭转、弯曲或转动来说，当机器人的轴通过保持在机器人臂上的腕部相互移位时，连接到相邻轴上的夹紧构件之间的距离改变。因此，在夹紧构件之间延伸的缆线一部分弯曲，并且缆线拉紧或松弛。在某些情况下，如果机器人的轴大幅移位时，缆线过度松弛而与外围设备碰撞，或者缆线过度拉紧而断裂。
在日本实用新型特开平公报NO.58-184293(专利文件1)中披露一种能够防止缆线不希望的变形的缆线支承系统。此公知的缆线支承系统用于具有固定单元和能够围绕垂直轴线转动的旋转单元的驱动设备上。更特别是，在空间中以U形弯曲的带状构件围绕固定单元卷绕并且连接到固定单元上。具有四棱锥形状的许多支承块紧密地布置在带状构件的弯曲内表面上。缆线通过带状构件支承，以便松弛地围绕固定单元卷绕。当旋转单元相对于固定单元转过一个角度时，缆线在转动轴线的附近和带状构件一起变形。因此防止缆线不希望的变形。
在日本专利特开平公报NO.62-34795中披露的一种缆线支承系统采用链条来代替专利文件1中提到的带和支承块。链条形成具有圆弧形状的用于缆线的通道。相邻的链条可相互转过预定角度。此缆线支承系统防止缆线离开驱动设备。
专利文件1和2中披露的这些公知的缆线支承系统的每个系统具有可变形缆线支承结构，该结构具有圆弧形状。可变形缆线支承结构围绕驱动设备卷绕。可变形结构具有沿着其长度布置的多个可转动的部段。每个可转动部段限制相邻的可转动部段不围绕平行于转动轴线的轴线转动，并且使得相邻的可转动部段围绕垂直于转动轴线的轴线转动。
专利文件1中披露的缆线支承系统需要用于支承可变形结构的支承环，以便防止可变形结构由于其自身重力的变形。包括支承环的缆线支承系统不可避免地很大。如果转动轴线是水平的，可变形结构不能保持预定位置，并且不能支承缆线。
专利文件2中披露的缆线支承系统的可变形结构通过使用销连续地连接多个链节来形成。通过销连接的两个链节的结合部被加载，以便保持具有预定曲率半径的弯曲形状的可变形结构不受到可变形结构的重量影响。通过结合部连接的两个相邻的链节需要相互转动。结合部的结构强度低，并且结合部容易断裂。因此，可变形结构不能形成很大重量。在转动轴线是水平的情况下出现相同的问题，沉重的缆线通过可变形结构支承，或者高的加速施加在可变形结构上。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有高强度并能够确保预定变形形状的缆线支承系统以及用于该缆线支承系统上的可变形结构。
本发明是可变形结构，该结构具有大致类似于圆弧的拉长形状，该结构通过预定尺寸改变来变形，可变形结构适用于支承柔性缆线的缆线支承系统，该结构包括布置在可变形结构的纵向轴线上的多个连接部分，使得每个连接部分可围绕与纵向轴线交叉的连接部分的第一轴线相对于相邻连接部分转动预定角度；多个底座部分，每个底座部分在平行于第一轴线的第一方向上延伸，以便连接到连接部分上；以及多个止挡部分，每个止挡部分形成在两个纵向相邻的底座部分的至少一个上，每个止挡部分从不同于连接部分在第一方向上的位置的位置在纵向上从底座部分伸出，止挡部分构造成与相邻的底座部分接触，使得分别连接到两个纵向相邻的底座部分上的两个相邻的连接部分的两个第一轴线相互倾斜。
纵向布置并相互连接的多个连接部分形成在纵向延伸的拉长结构。每个底座部分的止挡部分于相邻底座部分接触，以便将相邻连接部分的各自第一轴线相互倾斜。通过将连接部分的各自第一轴线以固定角度倾斜，通过连接多个连接部分而形成的拉长结构可沿着具有预定许可曲率半径的圆弧延伸。在这种情况下，连接部分可相对于相邻的连接部分围绕第一轴线转过预定角度。
如果在两个连接部分之一的止挡部分接触另一连接部分的底座部分的情况下，在小于许可曲率半径的曲率半径的曲线中变形可变形结构的变形力(即作用使得止挡部分的相对侧上的两个底座部分相互靠近的力)施加在可变形结构上，止挡部分限制其相对侧上的底座部分不进一步相互接近。因此限制可变形结构，通过止挡部分不使其在小于预定许可曲率半径的曲率半径的圆弧内变形。
当这种变形力施加在可变形结构上，力作用在底座部分和止挡部分上，这是由于止挡部分和连接部分位于不同位置。因此，可以避免将大力施加在具有低结构强度的连接部分上。因此，即使超过在预定许可曲率半径的圆弧内变形可变形结构的变形力的变形力作用在可变形结构上，也可防止连接部分断裂。因此，可以提高可变形结构的强度。
设置这种本发明的可变形结构的缆线支承系统可保持所需的变形形状，而不使用任何另外的支承构件，而不考虑缆线支承系统的位置。例如，通过可变形结构保持的缆线可靠近例如机器人或类似物的驱动设备的外表面延伸。在此说明书中，术语“缆线”表示柔性的长物品。柔性长物品可以是电缆、动力缆线、输送例如冷却水、涂覆材料或工作流体的流体的软管。在此说明书中，术语“圆弧形状”用来表示非线性形状，例如弯曲形状。弯曲形状不必须是圆弧形状，并且可以是例如椭圆形形状的任何弯曲形状。
按照本发明的可变形结构具有高强度。当可变形结构用于缆线支承系统时，即使可变形结构或缆线具有大的重量，或者高加速施加在可变形结构上，可变形结构也能够保持预定位置，而不考虑缆线支承系统的位置，并且能够靠近驱动设备的外表面支承缆线。
最好是，每个底座部分包括相对于每个连接部分在相反的第一方向上延伸的两个底座部分。每个止挡部分包括各自形成在两个底座部分上的两个止挡部分。
当止挡部分形成在从连接部分在相反的第一方向上延伸的每对底座部分上时，在施加小于在许可曲率半径的曲率半径的曲线上变形可变形结构的变形力时，力相对于第一方向作用在连接部分的相对侧上的止挡部分和底部部分上。因此，可减小作用在连接部分上的力，并且可以增加可变形结构的强度。
最好是，两个相邻的连接部分之一构造成能够围绕垂直于第一轴线和纵向轴线的第二轴线相对于两个相邻连接部分的另一连接部分转动。每个止挡部分可拆卸地连接到两个纵向相邻的底座部分之一上。
当止挡部分从两个相邻的连接部分的相邻底座部分之一拆卸时，前者的连接部分可围绕第二轴线转动相对于后者的连接部分。当两个底部部分相对转动时，其中止挡部分连接到两个相邻链节的连接部分之一的底座部分上，止挡部分与两个相邻连接部分的另一个连接部分的底座部分接触，以便限制两个相邻的底座部分，不使其进一步相对转动。因此，挡住具有这些底座部分的两个连接部分的转动。因此止挡部分限制相邻底座部分相对转动，并且因此使得可变形结构在预定变形范围内变形。
底座部分上的止挡部分的尺寸和位置进行有选择地确定，以便在止挡部分与底座部分接触时确定可变形结构可以弯曲的许可曲率半径。因此，许可曲率半径可以改变而不改变连接部分和底座部分。因此，能够在不同许可曲率半径内各自弯曲的可变形结构可通过使用相同的连接部分和相同的底座部分来形成。因此，对于形成能够在不同许可曲率半径上弯曲的可变形结构来说共同使用相同的连接部分和相同的底座部分减小可变形结构的制造成本。
最好是，止挡部分具有面向相邻底座部分的表面，该表面围绕第一轴线弯曲，以便形成具有其中心在第一轴线上的固定曲率半径的弯曲表面。
当面向另一底座部分的止挡部分的表面围绕第一轴线弯曲并且是具有其中心在第一轴线上的固定曲率半径的弯曲表面时，在止挡部分与相邻连接部分的底座部分接触的状态下，连接部分可相对于相邻的连接部分围绕第一轴线平稳转动。即使前者连接部分围绕第一轴线转动，其中止挡部分与后者的连接部分的底座部分接触，两个连接部分的第一轴线相互保持固定倾斜。例如，止挡部分可形成为球形形状、圆柱形形状或锥形形状。
最好是，相邻底座部分具有与相邻止挡部分接触的接触部分，接触部分构造成与包括纵向轴线和第一轴线的假想平面两侧上的止挡部分接触。
由于接触部分与包括纵向轴线和第一轴线的假想平面两侧上的止挡部分接触，限制连接部分不相对于相邻的连接部分围绕纵向轴线转动。因此，可防止沿着连接部分的配置延伸的缆线围绕纵向轴线扭曲。
最好是，可变形结构还包括保持构件，该构件构造成保持止挡部分与相邻底座部分接触。
当两个相邻底座部分之一上的止挡部分通过保持构件保持与其它底座部分接触时，防止底座部分由于与相邻止挡部分分开而转动。因此可以防止连接部分相对于相邻的连接部分不希望的转动。
本发明是适用于安装在驱动设备的缆线支承系统，驱动设备包括第一驱动单元和第二驱动单元，第二驱动单元能够围绕预定转动轴线相对于第一驱动单元转动以便在第一驱动单元和第二驱动单元之间支承柔性缆线，该系统包括固定在第一驱动单元上的第一固定部分上；固定在第二驱动单元上以便在转动轴线的方向上与第一固定部分分开的第二固定部分；任何一个所述的可变形结构，可变形结构具有固定在第一固定部分上的第一端部和固定在第二固定部分上的第二端部，以便在围绕驱动设备的曲线上延伸，通过每个止挡部分限制每个连接部分相对于相邻的连接部分围绕平行于转动轴线的轴线转动，并允许围绕垂直于转动轴线的轴线转过预定角度；以及构造成沿着可变形结构的纵向轴线保持缆线的保持构件。
按照本发明的缆线支承系统包括所述的可变形结构。可变形结构弯曲以便松动地围绕驱动设备延伸，并且防止径向离开驱动设备。例如，在转动轴线是水平时，止挡部分限制可变形结构在其重量下下垂。因此，可变形结构可保持停留在驱动设备附近。
同样在第二驱动单元围绕转动轴线相对于第一驱动单元转动的情况下，可变形结构可保持停留在驱动设备附近。由于可变形结构允许围绕垂直于转动轴线的轴线变形，可变形结构的相对端部之一围绕转动轴线相对于另一端部运动。当第二驱动单元相对于第一驱动单元转动时，第二固定部分围绕转动轴线相对于第一固定部分转动。在这种状态下，可变形结构变形，使得其相对端部之间的周向位置关系按照第一和第二固定部分的周向位置关系变化而变化。因此可变形结构变形，而不离开驱动设备。
由于缆线通过可变形结构上的保持构件保持，即使缆线和可变形结构一起松弛，缆线也不离开驱动设备。可以防止缆线与驱动设备和外围设备的碰撞，并且缆线将不阻挡驱动设备的运动。缆线将不过度拉紧，并且可以防止断裂。
缆线支承系统通过可变形结构支承缆线。缆线支承系统不需要用于支承可变形结构的任何支承机构。因此，缆线支承系统构造简单。由于不需要用于支承可变形结构的任何支承构件，缆线支承系统可形成小尺寸。由于缆线不在支承构件上滑动，缆线将不损坏。由于可变形结构具有高强度，在缆线支承系统设置在某个位置或者在缆线支承系统在某个运动速度下运动时，即使很高的外力施加在可变形结构上的情况下，在缆线的重量下，可变形结构也将不损坏并可以靠近驱动设备支承缆线。
结合附图，从以下说明中，本发明的所述和其它目的、特征和优点将变得更加清楚，附图中图1是在按照本发明实施例中可变形结构的局部透视图；图2是可转动部段的放大透视图；图3是在图2的线S3-S3截取的可转动部段的截面图；图4是在图2的线S4-S4截取的可转动部段的截面图；图5是在图2的线S5-S5截取的可转动部段的截面图；图6是图2所示的可转动部段的前立视图；图7是用来帮助说明包括在图1所示的可变形结构中的止挡部分的典型视图；图8是图1所示的可变形结构的局部平面图；图9是图1所示的可变形结构的局部截面图；图10是图1所示的可变形结构的典型平面图；图11是比较实例中可变形结构的示意平面图；图12是图1所示的可变形结构的示意透视图；图13是图1所示的可变形结构在变形形状下的透视图；图14是图1所示的可变形结构在另一变形形状下的典型视图；
图15是用来帮助说明与驱动设备组合时图1所示的可变形结构的尺寸的视图；图16是与驱动设备组合时按照本发明的第二实施例的可变形结构的典型视图；图17是用来帮助说明本发明的可变形结构的曲率半径的视图；图18是与工业机器人组合时本发明的第三实施例中缆线支承系统的前立视图；图19是工业机器人的局部前立视图；图20是工业机器人的局部剖视前立视图；图21是工业机器人的局部侧立视图；图22是帮助说明通过缆线支承系统支承缆线的模式的视图；图23是帮助说明通过缆线支承系统支承缆线的模式的视图；图24是帮助说明通过缆线支承系统支承缆线的模式的视图；图25是帮助说明通过缆线支承系统支承缆线的模式的视图；以及图26是工业机器人的示意图。
具体实施例方式
如图1所示，可变形结构83是其形状大致类似于圆弧的拉长结构。可变形结构83可在预定变形方向上进行预定量的变形，并且不能在非预定变形方向上变形。可变形结构83是缆线支承系统的整体部件，该系统将在下面描述。缆线支承系统支承缆线，以便围绕机器人或类似物的驱动设备延伸。
可变形结构83形成具有预定曲率半径的圆弧形状。可变形结构83具有布置在平行于纵向轴线X的方向S上的多个可转动部段100。可转动部段100在纵向S上布置在相同间隔上，并且相邻可转动部段100相互连接。两个相邻可转动部段100之一可在转动点P上相对于其它可转动部段100在预定角度范围内转动。因此，通过连续地连接可转动部段100而形成的可变形结构83可以变形。
每个可转动部段100具有连接部分101、底座部分102和止挡部分104和105。布置在纵向S上的两个相邻的转动部段100的连接部分101进行连接。前者的转动部段100的连接部分101连接到后者的可转动部段的连接部分101上。
第一轴线Y限定在连接部分101上。第一轴线Y与纵向轴线S交叉。在此实施例中，第一轴线Y垂直于纵向轴线X。两个连接的连接部分101之一可围绕限定其上的第一轴线Y相对于其它连接部分101转过预定角度。连接部分101可围绕垂直于纵向轴线X和第一轴线Y的第二轴线Z转过预定角度。在此实施例中，两个连接的连接部分101通过球接头连接，使得连接部分101可围绕第一轴线Y和第二轴线Z相互转动。
底部部分102与连接部分101形成整体。底部部分102与连接部分101连续，并且在平行于第一轴线Y的第一方向T1和T2上延伸。底部部分102分别从连接部分101在平行于第一轴线Y的相反的第一方向T1和T2上延伸。底部部分102具有大致类似于板的形状。连接部分101形成在底部部分102之间。
止挡部分104和105确定其中可变形结构83可以弯曲的预定许可曲率半径。止挡部分104和105形成在两个纵向相邻的底部部分102的至少一个上。止挡部分104和105在纵向S从与连接部分101分开的底部部分102上的位置伸出。在此实施例中，所有的底部部分102设置止挡部分104和105。形成在两个纵向相邻成对的底部部分102之一上的止挡部分104和105可与其它成对的底部部分102接触。在形成在两个纵向相邻成对的底部部分102上的止挡部分104和105与其它成对的底部部分102接触时，前者的成对底部部分102的连接部分101和后者成对的底部部分102的连接部分的各自第一轴线Y可相互以一个角度延伸。在此实例中，止挡部分104和105各自形成在底座部分102的外端部内。形成在于第一方向T1上延伸的底部部分102上的止挡部分104是可拆卸地连接到底部部分102上的间隔件104。形成在于第一方向T2上延伸的底部部分102上的止挡部分105是围绕纵向轴线X延伸的盖103的一部分。
图2是可转动部段100的放大透视图。纵向轴线X平行于纵向S，第一轴线Y垂直于纵向轴线Y，并且第二轴线Z垂直于纵向轴线X和第一轴线Y。第一方向T1平行于第一轴线Y。第二方向U平行于第二轴线Z。
连接部分101具有中央部分110、在第一纵向S1上从中央部分110伸出的第一结合部分107和在相反的第二纵向S2上从中央部分110伸出的第二结合部分106。第一结合部分107相对于第一纵向S1靠近连接部分101连接到连接部分101上。第二结合部分106相对于第二纵向S2靠近连接部分101连接到连接部分101上。
在此实施例中，两个连接部分101通过具有球面副的球接头连接。当两个连接部分101简单连接时，连接部分101之一可在任选方向上围绕连接部分101的接头上的转动点P转动。
参考图3-5，第一结合部分107具有大致类似于板的形状，并且与中央部分110连续。第一结合部分107在第一纵向S1从中央部分110的第二方向U1一侧上的一部分伸出。在垂直于第二轴线Z的平面上第一结合部分107的伸出部分是半圆形的。结合部分107沿着第一方向的尺寸在第一纵向S1上减小。插口113形成在第一结合部分107内，以便在第二方向U1上从面向另一第二方向U2的表面111凹入。面向插口113的合部分107的表面112是其中心在第一结合部分107上的第一转动点P1上的假想球体的一部分。在垂直于第二轴线Z的平面内的插口113的直径朝着一个第二方向U1从面向另一第二方向U2的表面111增加，直到纵向轴线S为止，并且朝着一个第二方向U1从纵向轴线S减小。第一转动点P1位于第一纵向S1上离开中央部分110一定距离处的纵向轴线X上的位置上。
第二结合部分106具有与中央部分110连续的大致U形周壁116、与周壁116连续的底部部分114以及在一个第二方向U1上从底部部分114伸出的突出部115。周壁116具有在第一纵向S1上突出的半圆柱形形状。周壁116围绕第二结合部分106上的第二转动点P2以U形弯曲。第二转动点P2位于在第二纵向S2上离开中央部分110一定距离处的纵向轴线X上的位置上。
底部部分114相对于面向第二方向的第一结合部分107的侧表面111位于另一第二方向U2的一侧上，以便覆盖另一第二方向U2一侧上的周壁116的端部120。底部部分114相对于至少第二转动点P2在第二纵向S2的一侧上延伸。突出部115在第二方向U1上从底部部分114伸出超过第二转动点P2。突出部115具有其中心在第二转动点P2上的球形部分118和在球形部分118和底部部分114之间延伸的连接部分119。球形部分118在垂直于第二轴线Z的平面内的直径随着在第二方向U1上离开连接部分119的距离增加，直到纵向轴线X为止，并且随着在第二方向U1上离开纵向轴线X的距离减小。球形部分118的直径大致等于插113的直径。突出部115与周壁116隔开。在垂直于第二轴线Z的平面上的第二结合部分106的伸出部分大致是U形的。第二结合部分106设置凹口117，凹口沿着第一方向T具有沿着第一纵向S1减小的尺寸。凹口117具有大于第一结合部分107的直径。
布置在纵向S上的两个相邻的结合部分101之一的第一结合部分107安装在另一连接部分101的第二结合部分106的凹口117内。第二结合部分106的突出部115的球形部分118安装在第一结合部分107的插113内。第二结合部分106上的第二转动点P 2与第一结合部分107上的第一转动点P1重合。在两个连接部分101连接的状态下，间隙形成在周壁116和连接部分101之一的第二结合部分106的底部部分114以及另一连接部分101的第一结合部分107之间。
因此，可以防止球形部分118与插113分开，并且球形部分118可在插113内转动。因此，两个相邻连接部分101之一可围绕转动点P相对于另一连接部分101转动预定角度范围。
当多个连接部分101连接时，间隔件104保持在相邻连接部分101的各自底座部分102之间。间隔件104可限制连接的相邻连接部分101相互的转动。每个底座部分102具有保持部分121。间隔件104可拆卸地座置在保持部分121内。在此实施例中，保持部分121在第一纵向S1和第一方向T1一侧形成在底座部分102的侧部上。
间隔件104通过将间隔件104座置在保持部分121上来与底座部分102组合。间隔件在第一方向T1离开第一结合部分107的一定距离的位置处在第一纵向S1从底座部分102伸出。间隔件104具有接收在保持部分121内的底座部分130及与底座部分130连续并在第一纵向S1上从底座部分102伸出的隔开部分131。在此实施例中，具有相同形状的间隔件104各自安装在所有的底座部分102内。
底座部分130是圆柱形的。底座部分130安装在形成在保持部分121内的凹口内。隔开部分131大致是球形的。在底座部分130安装在形成在保持部分121内的凹口内的状态下，隔开部分131具有面向第一纵向S1的表面123。表面123具有固定的曲率半径，并且在围绕平行于第一方向T1的轴线的曲线中延伸。表面123是在第一纵向S1内突出的弯曲表面。表面123与底座部分102接触。
底座部分102具有接触部分132，靠近前者的底座部分102上的间隔件104相对于纵向S与接触部分接触。底座部分102的接触部分132与靠近前者底座部分102的底座部分104的保持部分121中的间隔件104相对，并且设置与间隔件104同轴的凹口。凹口是形成在底座部分102内的平行于纵向S的纵向圆柱形插入孔。间隔件104的隔开部分131的端部接合在凹口内。凹口的直径小于隔开部分131的直径。接触部分132与假想平面的相对侧上的间隔件104接触，假想平面包括在纵向S通过第二转动点P2的纵向轴线X和第一轴线Y。在此实施例中，间隔件104的表面123与和凹口相对应的接触部分132的开放部分接触。因此，间隔件104的表面121的圆形部分与接触部分132接触。
在纵向S上延伸的通孔122形成在底座部分102相对于第一方向T的相对部分内。长线材124通过底座部分104的通孔122。线材124的相对端部的直径大于通孔122的直径。线材124的相对端部之间的距离在将线材124连续通过所有通孔122之后减小，以便在底座部分102上施加力，使得第一方向T2一侧部上的底座部分102的侧部相对于纵向S相互压靠。通过线材124可以防止可变形结构83的不希望的变形。
图6是转动部段100的前立视图。在此实施例中，第一盖103a和一个第一方向T1一侧上的底座部分102的侧壁127一起连续形成。第一盖103a具有围绕底座部分102围绕第一纵向轴线X弯曲的半圆形形状。第二盖103b与另一第一方向T2一侧上的底座部分102的侧壁128一起连续形成。第二盖103b具有围绕底座部分102围绕纵向轴线X弯曲的半圆形形状。因此，可转动部段100形成在由两个盖103a、103b形成的大致圆柱形形状。每个盖103a、103b用作保持件，保持件防止缆线离开连接部分101、每个盖103a和103b具有外壳125和内壳126。每个盖103a和103b的外壳125在第一纵向S1上延伸，并且每个盖103a和103b的内壳126在第二纵向S2上延伸。外壳125具有在其中心角大致等于180度的圆弧中延伸的半圆柱形形状。内壳126是连续的，并且与外壳125同轴。外壳125具有大致等于内壳126的外直径的内直径。外壳125的内表面沿着其中心在第一转动点P1上的假想球体延伸。内壳126的外表面沿着其中心在第二转动点P2上的假想球体延伸。
在两个连接的相邻连接部分101内，在第一纵向S1一侧上的连接部分101的内壳126位于纵向S2一侧上的连接部分101的外壳125下面。由于外壳125的内表面和内壳126的外表面是球体的一部分，当相邻连接构件101相互转动时，外壳125保持部分覆盖内壳126。因此，连接部分可相互平稳转动。
盖103的内壳126连接到底座部分102。纵向S1一侧上的内壳126的端部连接到底座部分102上，并且内壳126在纵向S2上从底座部分102延伸。当两个连接的相邻连接部分101之一相对于另一连接部分101围绕通过转动点P并平行于第二方向U延伸的轴线转动时，连接到后者连接部分101的底座部分上的内壳126与前者连接部分101的底座部分102接触。因此，限制前者连接部分101，使其不围绕通过转动点P并平行于第二方向U的轴线相对于后者连接部分101转动。因此盖103的内壳126和间隔件102一起用作限制连接部分101转动的止挡部分105。
此后，在需要时，间隔件104可指的是第一止挡部分104，并且相对于连接部分101与间隔件104相对布置的壳体126可指的是第二止挡部分105。底座部分102上的止挡部分104与相邻的底座部分102接触，并且由此限制相邻的底座部分102，不使其在一个第一方向T1一侧上在纵向S上相互接近。两个相邻底座部分102之一的第二止挡部分105与另一底座部分102接触，并由此限制相邻的底座部分102，不使其在另一第一方向T2一侧上在纵向S上相互接近。
在分别设置在相邻的连接部分101上的第一轴线Y平行的状态下，两个连接部分101之一的底座部分102的保持部分121和另一连接部分102的底座部分102的接触部分132之间的距离短于第一止挡部分104的纵向尺寸。换言之，第一止挡部分104和第二止挡部分105进入两个底座部分102之间的空间，使得分别设置在两个相邻的连接部分101上的第一轴线Y是倾斜的。因此，分别设置在两个连接部分101上的第一轴线Y相互倾斜。
在此实施例中，两个相邻的连接部分101之一的底座部分102的第一止挡部分102和第二止挡部分105与另一连接部分101的底座部分102接触。因此，第一止挡部分104和第二止挡部分105相对于纵向S以固定倾斜相互地靠近设置第一轴线Y。因此，可变形结构83在大致类似于具有预定曲率半径的圆弧的形状内延伸，并且可转动部段100可相对于相邻的可转动部段100围绕第一轴线Y转动。
图7是用于帮助说明止挡部分129的可变形结构83的典型视图。图7(1)表示在纵向轴线X是直线的情况下可变形结构83，并且图7(2)表示在纵向轴线X在第二方向U上弯曲的情况下可变形结构83。可转动部段100具有用于限制可转动部段100围绕第一轴线Y转过超过预定角度的角度的止挡部分129。在此实施例中，止挡部分129形成在底座部分102上，以便在第二方向U1和U2上伸出。更具体的是，止挡部分129是在第二方向U1和U2上从底座部分102的第一方向T1和T2一侧上的相对端部延伸的盖103的外壳125。由于止挡部分129形成在底座部分102上，以便在第二方向U上延伸，允许连接部分102在相反方向上围绕第一轴线Y转过不大于预定角度的角度。
在其中纵向轴线X是直线的图7(1)所示的状态下，当两个相邻连接部分101之一的底座部分102相对于另一连接部分101的底座部分102围绕第一轴线Y转过预定角度时，两个相邻连接部分101之一的底座部分102上的止挡部分129如图7(2)所示那样与另一连接部分101的底座部分102上的止挡部分129接触。那么，前者底座部分102不能相对于后者底座部分102进一步转动。因此，限制底座部分102，不使其转过不小于预定角度的角度。
图8是可变形结构83的局部平面图，并且图9是可变形结构83的局部截面图。相对于纵向S相互靠近的两个连接部分101通过球接头连接在一起。因此，如果间隔件104不连接到连接部分101的底座部分102上，两个相邻连接部分101之一可在任选方向上围绕转动点P相对于另一连接部分101在预定角度范围内转动。
如图9所示，间隔件104连接到底座部分102上，以便位于相对于纵向S相互靠近的两个相邻的可转动部段100各自底座部分102之间。在间隔件104位于相邻底座部分102之间的状态下，相对于连接部分101与间隔件104相对并与两个连接部分101之一的底座部分连续的内壳126与另一连接部分101的底座部分102接触。因此，限制相邻底座部分102，不使其围绕通过转动点P的第二轴线Z转动离开间隔件104位于相邻底座部分102之间的状态，并且允许在其它方向上移位。
通过相对于第一方向T布置在每个连接部分101的相对侧上的第一止挡部分104和第二止挡部分105，限制可变形结构83，使其不在具有小于预定曲率半径的曲率半径的曲线内弯曲。因此，第一止挡部分104和第二止挡部分105确定可变形结构83的许可曲率半径。由于允许连接部分101各自围绕第一轴线Y转过预定角度，在第一方向T上弯曲的可变形结构83可在第二方向U上弯曲。因此，限制每个可转动部段100，不使其相对于相邻的可转动部段2在方向A上围绕预定第二轴线Z转动，如图2所示。允许可转动部段100在方向C上围绕第一轴线X转过预定角度。
线材124相对于纵向S将第一方向T2一侧上的底座部分103压靠在一起，以便确保可变形结构83保持弯曲形状，并且提供弯曲结构83的刚性。可变形结构83可通过将预定大小的变形力施加在可变形结构83上来变形。因此，可以避免通过具有小于预定大小的大小的变形力所造成的可变形结构83的不希望的变形。线材124连续施加力，以便在底座部分102上在第一方向T2一侧上收集底座部分102。因此线材124用作保持构件，以便保持两个相邻底座部分102上的第二止挡部分105与另一底座部分102接触。
图10是可变形结构83的典型平面图。当可变形结构83用于缆线支承系统中时，外部变形力作用在可变形结构83上。在某些情况下，改变可变形结构83的许可曲率半径的足够高的外部变形力F1和F2作用在可变形结构83上。
如果这种外部变形力F1和F2施加在可变形结构83上，两个相邻底座部分102之一上的止挡部分104和105直接或间接地与另一底座部分102接触，以保持可变形结构83的预定许可曲率半径，并且可以防止可变形结构83在小于许可曲率半径的曲率半径的曲线中变形。由于止挡部分104和105相对于第一方向T分别在不同位置处形成在连接部分101上，即使这种高的外部变形力施加在可变形结构83上，也只是有限的力施加在连接部分101上。
例如，如果减小第一方向T1一侧上的相邻底座部分102的侧壁127之间距离的外部变形力F1施加在可变形结构83上，大多数外部变形力F1通过底座部分102和第一止挡部分104承载，并且只有小的力作用在具有低结构强度的连接部分101上。如果减小第一方向T2一侧上的相邻底座部分102的侧壁128之间距离的外部变形力F2施加在可变形结构83上，大多数外部变形力F2通过底座部分102和第二止挡部分105承载，并且只有小的力作用在具有低结构强度的连接部分101上。
即使可以改变可变形结构83的许可曲率半径的足够高的外部变形力施加在可变形结构83上，也可以避免连接部分101的断裂。因此，可变形结构83具有足够的高强度。在此实施例中，止挡部分104布置在连接部分102的相对侧上。因此，即使在小于许可曲率半径的曲率半径下弯曲可变形结构83的高外部力以及在大于许可曲率半径的曲率半径下弯曲可变形结构83的外部力作用在可变形结构83上，连接部分101也不经受高的力。因此，可变形结构具有高强度。
图11是比较实例中的可变形结构283的示意平面图。可变形结构283包括各自具有底座部分202的可转动部段200以及连接到可转动部段200上的连接构件201。连接构件201相对于第一方向T连接到每个可转动部段200的底座部分202的相对端部上。相邻的可转动部段200通过销结合在一起。确定可变形结构283的曲率半径的止挡部分204和205相对于第一方向布置在底座部分202的相对侧上。由此组装止挡部分204和205以及连接构件201。
当外部变形力F1和F2施加在可变形结构283上以改变可变形结构283的曲率半径时，如图11所示，外部变形力F1和F2作用在连接构件201上。那么，由外部变形力F1和F2造成的剪切力作用在连接构件201上。具有相对低的结构强度的连接构件201容易在这种剪切力下断裂。
如图10所示，按照本发明，低的力作用在可变形结构83的连接部分101上。因此，可变形结构83的强度高于比较实例中的可变形结构283的强度。这同样适用于止挡部分129。限制连接部分101围绕第一轴向Y转动的止挡部分129布置在不同于连接部分101的位置上。因此，即使围绕第一轴线Y将连接部分101转过大于预定角度的角度的外部力作用在连接部分101上，也只有低的外部力作用在止挡部分129上。因此，可变形结构83具有高强度。
此实施例中的可变形结构83具有高强度。因此，采用可变形结构83的缆线支承系统可靠近例如机器人的驱动设备的外表面支承缆线，而不考虑其位置。即使可变形结构83或缆线沉重，或者即使高加速施加在可变形结构83上，可变形结构83也可保持具有预定许可曲率半径的弯曲形状。
在此实施例中，止挡部分104和105相对于第一方向T各自形成在连接部分101的相对侧上延伸的底座部分102的末端上。当力施加在可变形结构83上以改变可变形结构83的曲率半径时，力作用在止挡部分104和105上，可进一步确保防止连接部分101断裂。
在此实施例中，如果间隔件104不连接到连接部分101的底座部分102上，布置在纵向S上的两个相邻连接部分101之一可围绕第二轴线Z相对于另一连接部分101转动。因此，通过调节间隔件104的尺寸以及间隔件104在底座部分102上的位置，在连接到两个相邻连接部分101之一的底座部分102上的间隔件104与另一连接部分101的底座部分102接触的状态下，可以改变可变形结构83的曲率半径。因此，可变形结构83的曲率半径可以改变而不改变连接部分101和底座部分102的尺寸。因此，连接部分101和底座部分102可通常用来形成能够在不同曲率半径下弯曲的可变形结构83。因此，可变形结构的制造成本可以降低。
在此实施例中，连接到面向另一底座部分102的两个相邻的底座部分102之一上的间隔件的表面123是围绕固定轴线Y以固定曲率半径弯曲的弯曲表面。因此，间隔件102与另一底座部分102的接触点到第一轴线Y的距离不在底座部分102围绕第一轴线Y转动时变化。在连接到连接部分101之一的底座部分102上的间隔件104与另一连接部分101的底座部分102接触时，两个相邻的连接部分101之一可围绕第一轴线相对于另一连接部分101平稳转动。间隔件104可以是球形构件、圆柱形构件和锥形构件中的任何一种。
在此实施例中，连接到两个相邻底座部分102和另一底座部分102之一上的间隔件104在相对于包括纵向轴线X和第一轴线Y的假想平面的相对侧上相互接触。因此限制两个相邻连接部分101之一，不使其相对于另一连接部分101围绕纵向轴线X转动，即限制前者连接部分101在方向C上围绕纵向轴线X转动。因此，沿着连接部分101的配置延伸的缆线将不围绕纵向轴线X扭曲。
可变形结构83的线材124保持间隔件104和第二止挡部分105(即内壳)与相邻底座部分102直接或间接接触。因此，当底座部分102转动时，限制底座部分102，不使其与止挡部分104和105分开，并且可以防止两个相邻底座部分102之一相对于另一底座部分102的不希望的转动。
可转动部段100可通过将第一结合部分107和第二结合部分106接合来连接。因此，可变形结构83可容易进行组装，而不使用例如销的其它结合部件。当例如销的任何结合部件不用来连接转动部段100时，连接部分101具有高强度。
图12是可变形结构83的示意透视图，并且图13是可变形结构83的透视图。通过将连接部分101布置在纵向S上并连接相邻连接部分101来形成的可变形结构83可以第一变形形状变形，使得连接可变形结构83的相对端部87和88的直线以及沿着可变形结构83延伸的曲线包括在假想平面140中。当可变形结构83以第一变形形状变形时，可变形结构83具有大致类似于其中心位于垂直于假想平面140的垂直轴线W上的圆弧的形状。可转动部段100布置在其中心位于垂直轴线W上的圆上。在通过连接可转动部段100形成的可变形结构83内，间隔件104位于连接部分101的径向外侧上。两个可转动部段100之一可围绕垂直于垂直轴线W的轴线V相对于另一可转动部段100转动。轴线V设置在每个可转动部段100上，并且大致与第一轴线Y重合。
通过相互转动可变形结构83的连接部分101，可变形结构83可以第二变形形状弯曲。当可变形结构83因此以第二变形形状弯曲时，可变形结构83的中间部分89具有大致类似于图13所示U形的形状。在包括中间部分89中的轴线V和垂直轴线W的平面上，第二变形形状的可变形结构83的突出部分大致类似于第一变形形状。
图14是在另一变形形状下的可变形结构83的典型视图。可变形结构83围绕杆形驱动设备150卷绕。驱动设备150包括第一驱动单元152和相对于第一驱动单元152围绕预定轴线L转动的第二驱动单元151。可变形结构83固定在驱动设备150上以便以第二变形形状变形。更具体的是，可变形结构83的相对端部87和88分别固定在第一驱动单元152和第二驱动单元151上，使得可变形结构83沿着驱动设备150的外表面弯曲。在这种状态下，限制布置在纵向S上的可转动部段100围绕轴线L相对于相邻可转动部段100转动并且允许围绕垂直于轴线L的轴线转过预定角度。
图14(1)表示以图13所示的变形形状围绕驱动设备150卷绕的可变形结构83。如图14(1)所示，可变形结构83的相对端部87和88相对于轴线L布置在类似位置上。可变形结构83在第一周向上从端部87延伸到中间部分89，并且在第二周向上从中间部分89延伸另一端部88。
两个相邻转动部件100之一可围绕垂直于轴线L的轴线相对于另一可转动部段100转动。因此，可变形结构83可围绕垂直于轴线L的轴线变形。限制两个相邻可转动部段100之一，不使其围绕平行于轴线L的轴线相对于另一可转动部段100转动。因此，可限制围绕驱动设备150卷绕的可变形结构83径向离开驱动设备150。即使轴线L是水平的，也可限制可变形结构83，使其不在本身重量下下垂。因此，可防止可变形结构83离开驱动设备150，而不通过另外的支承构件来支承可变形结构83，并且可变形结构83可沿着驱动设备150保持靠近地延伸。
当第二驱动单元151围绕轴线L相对于第一驱动单元152转动时，可变形结构83可沿着驱动设备150保持靠近地延伸。图14(2)表示第二驱动单元151在第一方向上从图14(1)所示的位置转过180度角度的状态的可变形结构83。图14(3)表示第二驱动单元151在与第一方向相反的第二方向上从图14(1)所示的位置转过180度角度的状态的可变形结构83。如图14(2)和图14(3)所示，可变形结构83可围绕垂直于轴线L的轴线变形。因此，可变形结构83的端部87可围绕轴线L相对于另一端部88转动。当第二驱动单元151相对于第一驱动单元152转过一个角度时，相对端部87和88相互移位。当可变形结构83因此变形时，可防止可变形结构83离开驱动设备150。
即使缆线变得与可变形结构83松动，也可防止通过可变形结构83的缆线离开驱动设备150。缆线将不干涉围绕驱动设备150的装置。缆线将不过度拉紧并且将不损坏。
可变形结构83只是实例的，并且可以进行许多变化而不偏离本发明的范围。例如，间隔件104可分别与底座部分102整体形成，而不是可拆卸地连接到底座部分104上，以便减小部件的数量，减小可变形结构83的成本，简化组装可变形结构83的工作，并且改善可变形结构83的强度。
虽然间隔件104(即第一止挡部分104)和内壳106(即第二止挡部分105)在此实施例中保持与相邻底座部分102接触，当可变形结构83允许围绕第二轴线Z转过预定角度时，第一止挡部分104和第二止挡部分105不需要与底座部分105同时接触，即间隙可形成在第一止挡部分104和相邻底座部分102之间以及第二止挡部分105和相邻底座部分102之间。在因此允许可变形结构83围绕第二轴线Z转动时，可变形结构83可更加稳定变形。即使可变形结构83围绕第二轴线Z转动时，止挡部分104和105也可限制可变形结构83，使其不在小于许可曲率半径的曲率半径上弯曲。
在此实施例中，内壳126用作第二止挡部分105。另外的第二间隔件可连接到底座部分102上，以便将第二间隔件用作第二止挡部分105。在此实施例中，止挡部分104和105各自相对于第一方向T布置在相对侧上。根据可变形结构的使用，只有止挡部分104可以相对于连接部分101只布置在第一方向T1的一侧上。在这种情况下，还限制可变形结构，不使其在周向上围绕第二轴线Z以小于许可曲率半径的曲率半径弯曲。在此实施例中，止挡部分104和105在第一纵向S1上从每个底座部分102伸出。至少任何的止挡部分104和105可在第二纵向S2上伸出。止挡部分104和105可分别在相反的纵向S1和S2上从底座部分102伸出。在这种情况下，可以使用设置有止挡部分104和105的底座部分102和没有设置任何止挡部分的底座部分102。
在此实施例中，围绕纵向轴线X延伸的盖103保持缆线。缆线可通过其它保持构件保持。例如，缆线可通过夹紧构件保持在底座部分102上。
在此实施例中，两个相邻的连接部分101通过球接头连接。两个相邻的连接部分101可通过任何其它适当的连接机构连接，例如万向节接头。在间隔件104固定在底座部分102上时，连接部分101不需要围绕第二轴线Z转动。因此，两个相邻的连接部分101可通过使用例如销的简单连接机构连接。
图15是用来帮助说明与驱动设备150组合的可变形结构83的尺寸的视图。驱动设备150具有转动半径r1。如图9所示的可变形结构83具有通过间隔件104确定的许可曲率半径r2。图7(2)所示的可变形结构83相对于第二方向U具有通过止挡部分129确定的最小曲率半径r3。
可变形结构83相对于第一方向T的许可曲率半径r2等于r1+α，其中α是可变形结构83和驱动设备150之间空间的厚度。可变形结构83可靠近驱动设备150布置，使得可变形结构83与驱动设备150隔开距离α。在可变形结构83的相对端部87和88之间沿着轴线L的距离是m＝2×r3。距离m进行确定，使得在由止挡部分129限制的极限变形下，相对端部87和88可沿着轴线L相互隔开距离m。因此，可变形结构83可自然变形。
在此实施例中，可变形结构83与驱动设备150组合，使得沿着轴线L的距离m是300mm。可变形结构83相对于第一方向T的许可曲率半径r2是150mm。由止挡部分129确定的相对于第二方向U的最小曲率半径43是150mm。
虽然假设可变形结构83以圆弧弯曲来描述可变形结构83，相对端部87和88之间的角度距离可以是不大于360°的任何角度，或者可以是不小于360°的任何角度。当可变形结构83从驱动设备150拆卸并且在包括在相对端部87和88之间延伸的直线和在可变形结构83的纵向上延伸的曲线的假想平面内以第一变形形状变形时，可变形结构83可以在包括在假想平面内并且其中心在垂直于假想平面的垂直轴线W上而且具有不大于360°的中心角度的圆弧内弯曲。
从驱动设备150拆卸的可变形结构83可以是具有围绕预定中心轴线卷绕的多个绕圈的线圈。可变形结构83转过超过360°的角度，以便在相对端部87和88之间形成多个绕圈。在相对端部87和88之间的可变形结构83的一部分围绕轴线转过440°的角度。当相对端部87和88之间的角度距离不小于360°时，即使第二驱动单元39相对于第一驱动单元40在大角度范围内转动，可变形结构83也可在第二驱动单元39相对于第一驱动单元140转动时变形。当可变形结构83以螺旋形状变形时，可变形结构83可以在第二驱动单元139相对于第一驱动单元140在±240°的角度范围内转动时和第二驱动单元139一起转动。
图16是与驱动设备151组合时的按照本发明的另一实施例的可变形结构183的典型视图，并且图17是用来帮助说明可变形结构183的曲率半径的视图。此实施例的可变形结构183在形状上类似于图1所示的所述实施例，并且具有不同于所述实施例的许可曲率半径的许可曲率半径。将省略与可变形结构83类似或相对应的可变形结构183的部件描述。
此实施例中的可变形结构183包括各自设置具有不同尺寸的间隔件104的底座部分102。可变形结构183的第一部分190和第二部分191分别以大曲率半径和小曲率半径弯曲。第一部分190和第二部分191是连续的。连接到可变形结构183的第一部分190上的底座部分102上的间隔件104是大的，使得第一部分190可以大曲率半径弯曲。连接到可变形结构183的第二部分191的底座部分102上的间隔件104是小的，使得第二部分191可以小曲率半径弯曲。
具有能够分别以不同曲率半径上弯曲并在纵向S上连续延伸的第一部分190和第二部分191的可变形结构183围绕不具有一致的直径的驱动设备151卷绕。图16所示的驱动设备151具有各自具有不同直径并纵向布置在可变形结构183的相对端部187和188之间的纵向部分。可变形结构183的第一部分190和第二部分191分别围绕具有大直径的大部分154和具有小直径的小部分153卷绕。更具体的是，第一部分190的曲率半径r4等于驱动设备151的大部分154的半径rL和预定第一间隙尺寸αL之和，并且第二部分191的曲率半径r5等于驱动设备151的小部分152和预定第二间隙尺寸αS之和。因此，即使驱动设备151不具有一致的直径，也可防止可变形结构183过大离开驱动设备151的表面。
间隔件104可拆卸地连接到底座部分102上。可变形结构183可以弯曲的曲线的曲率半径可以通过将不同尺寸的间隔件104连接到底座部分102上来改变。因此，为了形成用于与具有不同直径的驱动设备150组合的可变形结构，可以使用相同的连接部分101和相同的底座部分102。因此，连接部分101和底座部分102可用来形成多种可变形结构。
图18是按照本发明用于工业机器人20上的实施例中的缆线支承系统19的前立视图。缆线支承系统19包括前述的可变形结构83。图19是工业机器人20的局部前立视图，图20是工业机器人20的局部剖面立视图并且图21是工业机器人20的局部侧立视图。
工业机器人20是用于点焊的六轴立式铰接机器人。工业机器人20具有通过接头连接以便相互转动的多个转动构件。焊接枪连接到工业机器人20的末端上。工业机器人20的运动构件相对适当转动，以便将焊接枪定位在用于点焊的预定焊接位置上。焊接枪是连接到工业机器人20的末端上的末端执行器。
机器人20设置缆线22。外围设备包括用于将焊接电流供应到焊接枪上的焊接电源、用于供应驱动焊接枪21的功率的驱动电源、用于供应控制焊接枪21操作的控制信号的机器人控制器以及用于泵送冷却焊接枪的冷却水的冷却水泵通过缆线22连接到焊接枪上。因此，缆线22是用于供应电力和信号到焊接枪21的成束线材和用于承载气体和流体到焊接枪21的成束管线。缆线22是能够随着机器人20的转动构件的转动运动而变形的拉长、柔性构件。
机器人20是驱动设备，该设备至少包括第一驱动单元39和能围绕预定轴线L1相对于第一驱动单元39转动的第二驱动单元40。机器人20包括用于驱动第二驱动单元以便围绕轴线L1相对于第一驱动单元39转动的驱动系统和用于控制该驱动系统的机器人控制器。机器人控制器为驱动系统提供控制信号，使得驱动系统围绕轴线L1相对于第一驱动单元39驱动第二驱动单元40。机器人20还包括沿着第一驱动单元39和第二驱动单元40支承缆线的缆线支承系统19。
平行于轴线L1的方向称为轴线N，围绕轴线L1的方向称为周向Q，并且在垂直于轴线L1的平面内朝着和离开轴线L1的方向是径向R。离开第一驱动单元39朝着第二驱动单元40的方向是第一轴向N1，并且离开第二驱动单元40朝着第一驱动单元39的方向是第二轴向N2。
第一驱动单元39和第二驱动单元40大致是圆柱形的，并且具有与轴线L1对准的公共轴线。第一驱动单元39和第二驱动单元40通过接头33连接。通过接头33连接的第一驱动单元39和第二驱动单元40可围绕轴线L1相互转动。驱动系统围绕轴线L1相对于第一驱动单元39驱动第二驱动单元40。驱动系统例如是置于第一驱动单元39和第二驱动单元40内的伺服马达。
缆线支承系统19包括固定在第一驱动单元39上的第一固定部分81、固定在第二驱动单元40上的第二固定部分82以及支承缆线22的可变形结构83。第一固定部分81直接或间接固定在第一驱动单元39上，并且在径向R上从第一驱动单元39伸出。第二固定部分82比第一固定部分81更靠近第二驱动单元40布置，并且在径向N上与第一固定部分81隔开。
第二固定部分82具有位于第二驱动单元40一侧上的第二部分84、连接部分85以及位于第一驱动单元39一侧上的第一部分86。第二部分84靠近第一驱动单元39直接或间接地固定在第二驱动单元40的一部分上并且在径向R上从第二驱动单元40伸出。连接部分85连接第一部分86和第二部分84。连接部分86在径向N上从第二部分84伸出，并且在径向R上与第二驱动单元40和第一驱动单元39的外表面隔开。第一部分86离开第一驱动单元39的外表面与第一驱动单元39相对布置。与第一固定部分81相比，第一部分86更加靠近第二驱动单元40。由于第二固定部分82在径向R上离开第一驱动单元39，防止第二固定部分82与第一驱动单元39接触。
当第二驱动单元40围绕轴线L1相对于第一驱动单元39转动时，第二固定部分82不接触第一驱动单元39，并且围绕轴线L1和第二驱动单元40一起转动。在第二驱动单元40相对于第一驱动单元39转动时，第一固定部分81和第一驱动单元39一起保持固定。因此当第二驱动单元40转动时，第一个固定部分81和第二固定部分82在周向Q上相互移位。
可变形结构83形成拉长圆柱形形状，并且具有相对端部，即第一端部87和第二端部88。第一端部87和第二端部88分别固定在第一固定部分81以及第二固定部分82的第一部分86上。可变形结构83的相对端部87和88分别通过固定部分81和82固定保持，并且在径向R上与第一驱动单元39隔开。相对端部87和88在径向N上在相互隔开的位置上分别通过固定部分81和82固定保持。可变形结构83的第一端部87在周向Q上在垂直于轴线L1的假想平面内从第一固定部分81延伸。可变形结构83的第二端部88在周向Q上在垂直于轴线L1的假想平面内从第二固定部分86的第一部分86延伸。
具有分别固定在固定部分81和82上的相对端部87和88的可变形结构83在沿着第一驱动单元39的外表面的曲线上以及轴向N延伸。更具体来说，可变形结构83在第一轴向N1和一个相反的周向Q从第一端部87延伸，并且接着在另一周向Q朝着第二端部88延伸。可变形结构83大致以U形围绕轴线L1弯曲。
例如，在第一固定部分81和第二固定部分的第一部分86相对于周向Q位于相同的角度位置的状态下，如图18所示，可变形结构83在第一端部87和中间部分89之间的部分在轴向N上和一个相反的周向Q上延伸，并且可变形结构83在中间部分89和第二端部88之间的部分在轴向N和另一个相反周向Q上延伸。
如图20所示，可变形结构83大致是圆柱形的，并且限定用于松弛接收缆线22的内部空间94。内部空间94纵向延伸通过可变形结构83并且具有大于缆线22的外直径的直径。缆线22通过可变形结构83的内部空间94，并且通过可变形结构83支承。缆线22具有在可变形结构83内延伸的中间部分22a、在第一轴向N1上从中间部分22a延伸的第一端部22b以及在第二轴向N2上从中间部分22a延伸的第二端部22c。缆线22的第一端部22b通过第二驱动单元40上的第三固定部分91或者比第二驱动单元40更靠近自由端的部分固定保持。缆线22的第二端部22c通过第一驱动单元39上的第四固定部分95或者比第一驱动单元39更靠近底端的部分固定保持。
图22-25是帮助说明通过缆线支承系统19支承缆线22的模式的视图。图22(1)-22(3)和图23(1)-23(2)表示在第二驱动单元40在第一周向Q上转动时缆线支承系统19的形状顺序变化。图24(1)-24(3)和图25(1)-25(2)表示在第二驱动单元40在第二周向Q上转动时缆线支承系统19的顺序变化。
当第一固定部分81和第二固定部分82之间的周向位置关系变化时，可变形结构83变形，使得可变形结构83的第一端部87和第二端部88相对于周向相互移位。即使可变形结构83因此变形，也可防止可变形结构83离开第一驱动单元39。
即使通过可变形结构83支承的缆线22和可变形结构83一起松动，也可防止缆线22离开第一驱动单元39。可以防止缆线22与外围设备的干涉以及缆线22妨碍第一驱动单元39的操作。可防止缆线22过度拉紧并损坏。
防止松弛地延伸通过可变形结构83的缆线22在垂直于轴向S的方向上离开可变形结构83。因此，可限制缆线22离开第一驱动单元39，并且可靠地避免缆线22妨碍机器人20的操作。缆线22在轴向S上相对于可变形结构83运动。因此，在第二驱动单元40相对于第一驱动单元39转动时，可以避免缆线22一部分上的力的集中，并且可以延长缆线22的寿命。
当第二驱动单元40相对于第一驱动单元39转动时，缆线22可通过可变形结构83的大致整个内表面保持，并且因此缆线22可通过可变形结构83可靠保持，并且可以确保避免缆线22一部分上的力的集中。缆线22随着可变形结构83的变形而变形。因此，缆线22的曲率半径大致等于可变形结构83的曲率半径，并且因此缆线22将不以过小的曲率半径弯曲。
第一端部87和第二端部88之间围绕轴线L的最大角度距离可通过在周向上围绕轴线L延长可变形结构83来增加。因此，其中第二驱动单元40可相对第一驱动单元39转动的角度范围可变宽。由于可变形结构83在周向上沿着轴线L延伸，可以避免在机器人操作时可变形结构83和外围设备之间的干涉。
第一变形形状的可变形结构83的曲率半径大于第一驱动单元39的半径。如果可变形结构83的曲率半径过度小于第一驱动单元39的半径，可变形结构83可能与机器人接触。由于可变形结构83的曲率半径大于第一驱动单元39的半径，可以避免可变形结构83和机器人之间的接触。最好是，可变形结构83的曲率半径相对于第一驱动单元39的半径在预定范围内，使得可变形结构83尽可能靠近第一驱动单元39布置，这有效地减小支承系统19的尺寸。
图26是工业机器人20的示意图。工业机器人20具有主要用于在三维空间内定位焊接枪的三个接头30、31、32以及主要用于确定焊接枪21的姿态的三个腕部接头。机器人臂37-42通过接头30-35来连接。
更特别是，工业机器人20包括底座36、第一接头30、第一臂37、第二接头31、第二臂38、第三接头32和第三臂39。底座36固定安装在预定固定位置上。第一臂37通过第一接头30连接到底座36上。第二臂38通过第二接头31连接到第一臂37上。第三臂39通过第三接头32连接到第二臂38上。第一臂37在第一接头30上围绕第一轴线转动。第二臂38在第二接头31上围绕设置在第一臂37上的第二轴线转动。第二轴线与第一轴线垂直交叉。第三臂在第三接头32上围绕设置在第二臂38上的第三轴线转动。第三轴线平行于第二轴线。
工业机器人20具有第一腕部接头33、第一腕部构件40、第二腕部接头34、第二腕部构件41、第三腕部接头35和第三腕部构件42。第一腕部构件40通过第一腕部接头33连接到第三臂39上。第二腕部构件41通过第二腕部接头34连接到第一腕部构件40上。第三腕部构件42通过第三腕部接头35连接到第二腕部构件41上。
第一腕部构件40在第一腕部接头33上围绕设置在第三臂39上的第一腕部轴线L1转动。第一腕部轴线L1与第三臂39对准，并且垂直于第三臂轴线。第二腕部构件41在第二腕部接头34上围绕设置在第一腕部构件40上的第二腕部轴线L2转动。第二腕部轴线L2与第一腕部轴线L1垂直交叉。
第三腕部构件42在第三腕部接头35围绕设置在第二腕部构件41上的第三腕部轴线L3转动。第三腕部轴线L3垂直于第二腕部轴线L2。第一腕部轴线L1、第二腕部轴线L2以及第三腕部轴线L3在单个点上相遇。焊接枪21连接到第三腕部构件42上。
臂37-39和腕部构件40-42是机器人20的运动构件。驱动装置驱动臂37-29以及腕部构件40-42以便围绕轴线转动，从而将焊接枪21在所需位置处设置成所需姿态。这些构件的转动包括转过不小于360°的角度。在某些情况下，沿着运动构件朝着焊接枪21的方向将称为向前方向X1，并且沿着运动构件朝着底座36的方向将称为向后方向S2。
用于将焊接枪21连接到外围设备23上的缆线22沿着至少第三臂39和腕部构件40-42延伸。工业机器人20设置用于支承缆线22的缆线支承系统19。当腕部构件40-42运动时，缆线支承系统19保持沿着腕部构件40-42延伸的缆线22。缆线支承系统19主要支承在第三臂39(即第一驱动单元)以及第一腕部构件40(即第二驱动单元)上延伸的缆线的一部分。
参考图19-21，第二腕部构件41大致是U形的，并且限定中空部。第一腕部构件40的前部插入第二腕部构件41的中空部内。第一腕部构件40和第二腕部构件41通过第二腕部接头34连接。第二腕部构件41和第三腕部构件42通过第三腕部接头35连接。
工业机器人20设置第三固定部分91以便和第二驱动单元40一起转动缆线22。第三固定部分91布置在于向前方向X1上离开第二固定部分82的第一部分86一定距离的位置上。如图20所示，第三固定部分91放置在第二固定部分82的连接部分85上。第三固定部分91固定保持缆线22和连接部分85。限制通过第三固定部分91固定保持的缆线22的一部分，不使其在轴向N上相对于第三固定部分91运动。因此，在第二腕部构件41和第三腕部构件42转动时，可防止缆线22被拉出可变形结构83。
工业机器人20设置用于引导缆线22的缆线引导件52。缆线引导件52连接到第二腕部构件41上。更具体的是，缆线引导件52通过第一连接构件53连接到第二腕部构件41上。第一连接构件53固定在第二腕部构件41上。
第一连接构件53具有从第二腕部构件41延伸的底座部分53a和从底座部分53a平行于第二轴线L2延伸的保持部分53b。缆线引导件52连接到第一连接构件53的保持部分53b上并且位于第二轴线L2上。第二轴线L2延伸通过缆线引导件52。
缆线引导件52具有连接到保持部分53b上的底座部分54以及从底座部分54沿着第二轴线L2延伸的引导部分55。引导部分55具有缆线22通过其中的孔。引导部分55的孔形成大于缆线22直径的直径。孔的轴线垂直于第二轴线L2。
在向前方向X1上从第三固定部分91延伸的缆线22的部分22b通过缆线引导件52的孔，并且朝着焊接枪21延伸。缆线22松弛穿过缆线引导件52的孔，使得缆线22能够相对于缆线引导件52运动和转动。
工业机器人20设置前部缆线固定部分56。前部缆线固定部分56将缆线22的一部分固定保持在第三腕部构件42上。前部缆线固定部分56通过第二连接构件60固定连接到第三腕部构件42的前部58上。在向前方向X1上从前部缆线固定部分56延伸的缆线22的一部分连接到焊接枪21上。
工业机器人20设置覆盖在第二固定部分82和前部缆线固定部分56之间延伸的缆线22的一部分的盖61。盖61限制缆线22，不使其进一步离开腕部构件40、41、42。盖61具有管状形状。缆线引导件52的孔形成为使得盖61可穿过缆线引导件52的孔。
盖61是柔性和弹性的。螺旋弹簧围绕盖构件61螺旋卷绕。盖61具有固定在第二固定部分82的连接部分85上的一端92以及固定在第三腕部构件42的前部58上的另一端93。确定螺旋弹簧的长度和弹性，使得盖61不在腕部构件40-42从标准状态最大程度运动的变形状态下不很大位移。
螺旋弹簧可限制盖61，不使其在腕部构件40-42运动时很大变形。可以防止通过盖61以及在盖61内延伸的缆线22阻挡工业机器人20的操作。当第一腕部构件40相对于第三臂39转动时，在向前方向从缆线引导件52延伸的盖61的部分61b在向后方向X2上拉动。当第三腕部构件42相对于第二腕部构件41转动时，在向后方向X2上从缆线引导件52延伸的盖61的部分61a在向前方向X1上拉动。螺旋弹簧的弹性将盖61恢复到其标准状态。因此，螺旋弹簧防止盖61过度松弛。
在此实施例中，缆线22是成束的多个小缆线。小缆线包括用于承载焊接电流的电源缆线、用于承载水的四个软管、用于承载伺服信号的两个伺服枪缆线以及用于温度测量的热缆线。这些小缆线只是实例。
即使缆线22在盖61内松弛，此实施例的缆线支承系统19也可防止缆线22离开第一驱动单元29，并且防止松弛缆线22和外围设备之间的干涉。因此，缆线的寿命延长，并且焊接枪21可布置在窄小空间内。由于可变形结构83具有高强度，在缆线支承系统19的位置按照机器人的操作来改变时可确保防止可变形结构83离开机器人。即使轴线L是水平或垂直的，可变形结构83也不需要通过支承构件支承，并且确保自动保持其姿态。
即使通过缆线支承系统19支承的缆线沉重或者机器人在高操作速度下操作，具有高强度的可变形结构83也可保持小曲率半径的弯曲形状。因此，即使机器人在窄小工作空间内操作，可变形结构83也将不碰撞外围设备。即使第二驱动单元40相对于第一驱动单元39转过大角度，可变形结构83也可自动保持其姿态，而不需要引导构件帮助。可变形结构83可通过间隔件104保持弯曲形状。即使可变形结构83反复变形，可变形结构83也可保持在所需变形状态下。
由于缆线22不在向前方向X1上相对于缆线保持部分51运动，可以防止缆线保持部分51和缆线引导件52之间延伸的缆线22的部分22b的过度松弛。因此，可以减小缆线22与腕部构件40-42接触的可能性。
由于缆线22围绕第一驱动单元卷绕，即使第一驱动单元很短，第一腕部构件40也可在宽的角度范围内转动，同时松弛的缆线22拉紧。该机器人重量轻，并且成本低，这是由于不需要任何引导环。
这里描述的本发明的优选实施例只是本发明的实例，并且可以进行多种变化而不偏离本发明的范围。虽然缆线支承系统19描述成适用于工业机器人，缆线支承系统19可与具有能够围绕轴线相互转动的第一和第二驱动单元的驱动设备150组合。缆线支承系统19可用于与工业机器人以外的驱动设备组合，例如加工机床和车辆制造设备。虽然在此实施例中假设第二驱动单元40相对于第一驱动单元39转动，第一驱动单元39也可相对于第二驱动单元40转动。虽然可变形结构83靠近第一驱动单元39布置，可变形结构83也可靠近第二驱动单元40布置，或者可沿着第一驱动单元39和第二驱动单元40延伸。
权利要求
1.一种可变形结构，具有大致类似于圆弧的拉长形状，该结构通过预定尺寸改变来变形，可变形结构适用于支承柔性缆线的缆线支承系统，该结构包括布置在可变形结构的纵向轴线上的多个连接部分，使得每个连接部分可围绕连接部分的与纵向轴线交叉的第一轴线相对于相邻连接部分转动预定角度；多个底座部分，每个底座部分在平行于第一轴线的第一方向上延伸，以便连接到连接部分上；以及多个止挡部分，每个止挡部分形成在两个纵向相邻的底座部分的至少一个上，每个止挡部分从不同于连接部分在第一方向上的位置的位置在纵向上从底座部分伸出，止挡部分构造成与相邻的底座部分接触，使得分别连接到两个纵向相邻的底座部分上的两个相邻的连接部分的两个第一轴线相互倾斜。
2.如权利要求1所述的可变形结构，其特征在于，每个底座部分包括相对于每个连接部分在相反的第一方向上延伸的两个底座部分；以及每个止挡部分包括分别形成在两个底座部分上的两个止挡部分。
3.如权利要求1所述的可变形结构，其特征在于，两个相邻的连接部分之一构造成能够围绕垂直于第一轴线和纵向轴线的第二轴线相对于两个相邻连接部分的另一连接部分转动；以及每个止挡部分可拆卸地连接到两个纵向相邻的底座部分之一上。
4.如权利要求1所述的可变形结构，其特征在于，止挡部分具有面向相邻底座部分的表面，该表面围绕第一轴线弯曲，以便形成具有其中心在第一轴线上的固定曲率半径的弯曲表面。
5.如权利要求1所述的可变形结构，其特征在于，相邻底座部分具有与相邻止挡部分接触的接触部分，接触部分构造成与包括纵向轴线和第一轴线的假想平面两侧上的止挡部分接触。
6.如权利要求1所述的可变形结构，其特征在于，还包括保持构件，该构件构造成保持止挡部分与相邻底座部分接触。
7.一种适用于安装在驱动设备的缆线支承系统，驱动设备包括第一驱动单元和第二驱动单元，第二驱动单元能够围绕预定转动轴线相对于第一驱动单元转动以便在第一驱动单元和第二驱动单元之间支承柔性缆线，该系统包括固定在第一驱动单元上的第一固定部分；固定在第二驱动单元上以便在转动轴线的方向上与第一固定部分分开的第二固定部分；如权利要求1所述的可变形结构，可变形结构具有固定在第一固定部分上的第一端部和固定在第二固定部分上的第二端部，以便在围绕驱动设备的曲线上延伸，通过每个止挡部分限制每个连接部分相对于相邻的连接部分围绕平行于转动轴线的轴线转动，并允许围绕垂直于转动轴线的轴线转过预定角度；以及构造成沿着可变形结构的纵向轴线保持缆线的保持构件。
8.如权利要求7所述的缆线支承系统，其特征在于，每个底座部分包括相对于每个连接部分在相反的第一方向上延伸的两个底座部分；以及每个止挡部分包括分别形成在两个底座部分上的两个止挡部分。
9.如权利要求7所述的缆线支承系统，其特征在于，两个相邻的连接部分之一构造成能够围绕垂直于第一轴线和纵向轴线的第二轴线相对于两个相邻连接部分的另一连接部分转动；以及每个止挡部分可拆卸地连接到两个纵向相邻的底座部分之一上。
10.如权利要求7所述的缆线支承系统，其特征在于，止挡部分具有面向相邻底座部分的表面，该表面围绕第一轴线弯曲，以便形成具有其中心在第一轴线上的固定曲率半径的弯曲表面。
11.如权利要求7所述的缆线支承系统，其特征在于，相邻底座部分具有与相邻止挡部分接触的接触部分，接触部分构造成与包括纵向轴线和第一轴线的假想平面两侧上的止挡部分接触。
12.如权利要求7所述的缆线支承系统，其特征在于，还包括保持构件，该构件构造成保持止挡部分与相邻底座部分接触。
全文摘要
在一种可变形结构中，每个接连接部分具有底座部分，底座部分纵向布置使得相邻的连接部分相互连接。在两个相邻底座部分之一上的间隔件与另一底座部分接触时，相邻连接部分的各自第一轴线相互倾斜。当外部力施加在可变形结构上时，间隔件限制可变形结构，不使其以小于预定许可曲率半径的曲率半径进一步弯曲。施加在可变形结构上大多数外力通过底座部分和间隔件承载，使得只有小力作用在连接部分上。因此连接部分不容易断裂，使得可变形结构具有高强度。
文档编号B25J19/00GK1850456SQ20061007778
公开日2006年10月25日 申请日期2006年4月24日 优先权日2005年4月22日
发明者原田贵志, 前口裕二, 稻田隆浩 申请人:川崎重工业株式会社