专利名称：一种机器人旋转关节的防绕线装置的制作方法
技术领域：
本发明设计一种机器人的线缆走线装置，特别是用于机器人旋转关节的防绕线装置。
背景技术：
机器人主动关节的运动一般是由电机、驱动器、编码器等设备共同完成的。这些设备都需要电源线，信号线等若干线缆。这些线缆一般由多根导线组成，且带有屏蔽层，外皮又较厚，因此导致线缆较硬，不易弯曲。机器人关节常见的一种运动方式是旋转运动，当运动关节旋转时，相关的线缆也会跟着旋转，如果需要的旋转角度较大，而线缆束又没有合适的方法加以限制或引导，就会导致线缆发生缠绕、拉扯，影响关节的正常旋转，情况严重时可能引起导线焊接点断开，导线断裂等后果。如果是较硬的、不易弯曲的导线，情况则会更加严重。因此，合理的、简便的防绕线装置是必须的。现有技术的方案之一是将多根线缆捆扎在一起，然后围绕关节绕若干圈，给出旋转时需要的冗余量。这样做的优点是不需要额外装置，成本较低。但是该种绕关节留出冗余量的防绕线方式只适合线缆较细、根数较少、容易弯曲的情况。否则很难拉动较硬的线缆，且连接处容易发生断开的情况。现有技术中的另一种方案是如申请号201110075098. 3的中国发明专利申请所记载的，使用特殊的套筒，并由弹簧夹引出的装置。但是这种方式需要将通过此旋转关节的所有线缆中的所有导线均剥开并连在分别独立的套筒旋转装置中，破坏了线缆本身的结构，装置成本较高，而且，这种方式只适合导线数量较少的情况，如果导线数量较多，采用这种方法不现实。由此，需要针对带有旋转运动关节的机器人，为保证其线缆在关节旋转时不发生缠绕、拉扯，同时优化走线方式，使走线整洁清晰，方便对机器人关节的控制，设计一种防绕线装置。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种成本低、结构简单、不破坏线缆原有结构、美观、可扩展防绕线装置，以实现有规律的、可控制的拉伸，达到防止绕线，方便控制的目的。本发明通过以下技术方案实现。一种防绕线装置，包括多个旋转单元和通过从所述多个旋转单元中穿过的线缆，其中所述多个旋转单元之中的每个包括沿一轴线延伸的主体部分，所述主体部分能够绕所述轴线旋转，并且具有与所述轴线相垂直的第一端面和第二端面，以及位于两端面之间的侧面部；所述主体部分上设有至少一个通孔，所述通孔的两端开口位于所述侧面部上。第一接合单元，位于所述第一端面上；
第二接合单元，位于所述第二端面上；所述多个旋转单元依次沿所述轴线串连连接，并且相邻两个旋转单元的第一接合单元与第二接合单元相互接合，以使得所述相邻两个旋转单元之间能够相对转动；所述线缆依次穿过每个旋转单元的主体部分上的所述通孔，并且在所述相邻两个旋转单元的之间具有剩余长度。优选地，所述防绕线装置具有3个以上的旋转单元。优选地，所述主体部分为圆柱形。优选地，所述第一接合单元与所述第二接合单元形成相互滑动的可旋转连接。优选地，所述第一接合单元与所述第二接合单元形成具有轴承的可旋转连接。优选地，所述线缆的所述剩余长度与该相邻两个旋转单元的相对转动范围相适应。优选地，其特征在于，所述通孔内设置有线缆固定装置。优选地，所述线缆固定装置是线缆卡子。一种机器人，包括至少一个具备线缆的、可旋转的关节，所述关节包括能够相对旋转的第一单元和第二单元，以及位于所述第一单元和第二单元之间的防绕线装置；所述防绕线装置包括多个旋转单元和通过从所述多个旋转单元中穿过的线缆，其中所述多个旋转单元之中的每个包括沿一轴线延伸的主体部分，所述主体部分能够绕所述轴线旋转，并且具有与所述轴线相垂直的第一端面和第二端面，以及位于两端面之间的侧面部；所述主体部分上设有至少一个通孔，所述通孔的两端开口位于所述侧面部上。第一接合单元，位于所述第一端面上；第二接合单元，位于所述第二端面上；所述多个旋转单元依次沿所述轴线串连连接，并且相邻两个旋转单元的第一接合单元与第二接合单元相互接合，以使得所述相邻两个旋转单元之间能够相对转动；所述线缆依次穿过每个旋转单元的主体部分上的所述通孔，并且在所述相邻两个旋转单元的之间具有剩余长度；优选地，串连连接的所述多个旋转单元中位于一端的一个旋转单元与所述关节的第一单元相连接，位于另一端的一个旋转单元与所述关节的第二单元相连接。与现有技术中的防绕线技术方案比较，本发明有如下优点。(I)可视化，能通过观察线缆的变形情况得知关节旋转的情况，而多圈绕法不易观察。(2)减少线缆弯曲程度，本发明中线缆的弯曲在可控制的范围之内，且每段线缆的弯曲不超过180度，但多圈绕法需要线缆多次360度盘绕，如图4所示。
图1是本发明的防绕线装置的典型使用情况示意图；图2是本发明的单个组件的典型构造示意图；图3是本发明的防绕线装置的随动情况示意图；图4是本发明的防绕线装置与现有技术对比示意图。
具体实施例方式该防绕线装置包括若干个被动旋转组件，同时需要一定长度的线缆。若干个组件可以根据需要进行叠加，一般使用时不少于3个。典型的使用情况如图1所示。被动旋转组件被动旋转组件是本发明的核心部分。该组件与机器人关节相连接，连接的组件I固定在机器人关节处，有相应的机械结构保证两个组件不脱开。通过润滑方式或者轴承连接保证两者之间的相互旋转顺畅。如果机器人关节不方便改动，也可以将组件I固结在机器人关节上，不能相对运动。需要随关节旋转的线缆通过组件中间的通孔穿过组件，并且通孔中有可以夹紧、起到固定线缆作用的卡子。组件2叠加在组件I上，两者之间可以沿轴向旋转，且有相应的机械结构保证两个组件不脱开。通过润滑方式或者轴承连接保证两者之间的相互旋转顺畅。组件I中穿出的线缆留出一定长度的冗余后再从另一个方向穿入组件2。组件3以及更多的组件按照上面的方式不断叠加，组件的个数以实际满足旋转关节的运动范围为宜。组件呈圆柱形，也可以根据不同线缆类型的需要加以适当改变，但相互叠加，被动旋转的特性不变。单个组件的典型构造如图2所示。以典型的3个组件构成的防绕线装置为例。如图1，在未旋转时，线缆的位置不变，需要随关节旋转的线缆穿过组件123，最终引出到外部的控制端。一般引出的线缆较长，因此组件3不易旋转，引出线缆的方向较为稳定。且一般会有中间的固定装置，更能保证引出的线缆方向稳定。由于机器人的旋转关节为主动运动部分，3个组件为被动运动部分，因此在旋转时，组件I最先由于旋转关节的运动带动线缆转动而产生转动，如果旋转关节的转动角度足够大，也会带动组件2开始转动。而组件3由于引出部分线缆的牵制而不会发生显著转动。与此同时，旋转关节和组件I之间的线缆拉伸变形较为显著，组件I和组件2之间的线缆也被拉伸，组件2和组件3之间的线缆被拉伸的程度有限。在实际运动中，组件转动的情况和各部分线缆被拉伸的程度会由于线缆硬度、冗余长度的不同而有所变化，但规律类似。图3展示了主动旋转关节的转动角度增大的过程中防绕线装置的随动情况。在图中将主动旋转关节称为O。O — I和I — 2的线缆画在左边的图中，2 — 3和从3引出的线画在右边的图中。图3为示意图，假设了线缆在产生45°角度变化时才会带动下一被动旋转组件的情况。以3个被动旋转组件为基础，如果线缆硬度较大，或者旋转关节需要的运动范围更广，则需要在此基础上叠加更多的组件方能满足使用要求。上述实施例是从旋转关节引出的线缆延伸到机器人外部的情况。除此之外，如果是机器人内部的旋转关节，也可以使用本发明。通过合理的组件外形，防绕线结构可以做到小体积，小范围，不影响机器人其他部分工作的目标。此外，即使不是较硬、难以弯曲的线缆，也可以使用本发明。在这种情况下，结构的体积小巧，运转灵活，美观方便，易于拆卸维修。
权利要求
1.一种防绕线装置，包括多个旋转单元和通过从所述多个旋转单元中穿过的线缆，其中所述多个旋转单元之中的每个包括沿一轴线延伸的主体部分，所述主体部分能够绕所述轴线旋转，并且具有与所述轴线相垂直的第一端面和第二端面，以及位于两端面之间的侧面部；所述主体部分上设有至少一个通孔，所述通孔的两端开口位于所述侧面部上。第一接合单元，位于所述第一端面上；第二接合单元，位于所述第二端面上；所述多个旋转单元依次沿所述轴线串连连接，并且相邻两个旋转单元的第一接合单元与第二接合单元相互接合，以使得所述相邻两个旋转单元之间能够相对转动；所述线缆依次穿过每个旋转单元的主体部分上的所述通孔，并且在所述相邻两个旋转单元的之间具有剩余长度。
2.根据权利要求1所述的防绕线装置，其特征在于，所述防绕线装置具有3个以上的旋转单元。
3.根据权利要求1所述的防绕线装置，其特征在于，所述主体部分为圆柱形。
4.根据权利要求1所述的防绕线装置，其特征在于，所述第一接合单元与所述第二接合单元形成相互滑动的可旋转连接。
5.根据权利要求1所述的防绕线装置，其特征在于，所述第一接合单元与所述第二接合单元形成具有轴承的可旋转连接。
6.根据权利要求1所述的防绕线装置，其特征在于，所述线缆的所述剩余长度与该相邻两个旋转单元的相对转动范围相适应。
7.根据权利要求1-6之一所述的防绕线装置，其特征在于，所述通孔内设置有线缆固定装置。
8.根据权利要求7所述的防绕线装置，其特征在于，所述线缆固定装置是线缆卡子。
9.一种机器人，包括至少一个具备线缆的、可旋转的关节，所述关节包括能够相对旋转的第一单元和第二单元，以及位于所述第一单元和第二单元之间的防绕线装置；所述防绕线装置包括多个旋转单元和通过从所述多个旋转单元中穿过的线缆，其中所述多个旋转单元之中的每个包括沿一轴线延伸的主体部分，所述主体部分能够绕所述轴线旋转，并且具有与所述轴线相垂直的第一端面和第二端面，以及位于两端面之间的侧面部；所述主体部分上设有至少一个通孔，所述通孔的两端开口位于所述侧面部上。第一接合单元，位于所述第一端面上；第二接合单元，位于所述第二端面上；所述多个旋转单元依次沿所述轴线串连连接，并且相邻两个旋转单元的第一接合单元与第二接合单元相互接合，以使得所述相邻两个旋转单元之间能够相对转动；所述线缆依次穿过每个旋转单元的主体部分上的所述通孔，并且在所述相邻两个旋转单元的之间具有剩余长度。
10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，串连连接的所述多个旋转单元中位于一端的一个旋转单元与所述关节的第一单元相连接，位于另一端的一个旋转单元与所述关节的第二单元相连接。
全文摘要
本发明提供了一种机器人旋转关节的防绕线装置，该防绕线装置包括若干个被动旋转组件，同时需要一定长度的线缆。若干个组件可以根据需要进行叠加，一般使用时不少于3个。与现有技术中的防绕线技术方案比较，本发明实现了可视化，能通过观察线缆的变形情况得知关节旋转的情况，并且减少了线缆弯曲程度，使得线缆的弯曲在可控制的范围之内，且每段线缆的弯曲不超过180度。
文档编号B25J19/06GK103042536SQ201310024348
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者段星光, 李勐, 刘天博, 王永贵, 黄强 申请人:北京理工大学