工业机器人用柔软型电缆的制作方法

本发明涉及一种机器人电缆，尤其涉及一种工业机器人用柔软型电缆。

背景技术：

随着我国经济社会的不断发展，国家对用机械代替人工操作的技术日益重视，以及我国未来科技化、智能行业和电力行业的不断发展，将为机械臂/ 机械手带来前所未有的发展前景，由于机械臂使用环境千差万别，这就要求与机械臂配套使用的电缆要具有优异的电性能，同时兼顾优越的物理机械性能。

目前国内专用的机械臂电缆，由于电缆的柔软性，耐磨性不好，使用寿命往往较短，而且这些电缆不能够承受机械外力。在电缆受到承重或抗拉的外力下，电缆往往会受到损伤。在电缆反复的弯曲情况下，对弯曲性能提出了更大的挑战，常用的钢丝可能会出现断裂，这样就起不到承重和抗拉作用，断裂的钢丝还有可能把绝缘或护套扎破造成事故。

如何设计一种机械臂用电缆，能够保证10万次以上的频繁往复运动过程中信号传输保证稳定，成为本领域技术人员努力的方向。

技术实现要素：

本发明提供一种工业机器人用柔软型电缆，此工业机器人用柔软型电缆摩擦系数小、柔软抗拉伸、无摩擦静电产生、频繁移动后仍然能保证结构稳定的工业机器人用柔软型电缆，电缆抗拉伸强度提高5%，抗弯曲次数提升10~20%，10000次弯曲衰减变化值小于5%。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种工业机器人用柔软型电缆，包括八个金属导体单元和芳纶加强件，此金属导体单元外表面包覆有绝缘聚丙烯层，所述金属导体单元包括位于中心的芳纶纤维、由若干根绞合于芳纶纤维外表面的第一锡铜合金导体、第一无氧铜导体组成的内导电层、由若干根第二锡铜合金导体、第二无氧铜导体绞合于内导电层外表面形成外导体层，所述第一锡铜合金导体和第一无氧铜导体直径相等，所述第二锡铜合金导体和第二无氧铜导体直径相等，所述第一锡铜合金导体、第一无氧铜导体直径大于第二锡铜合金导体、第二无氧铜导体直径，所述内导电层中第一锡铜合金导体、第一无氧铜导体交替排列，所述外导体层中第二锡铜合金导体、第二无氧铜导体交替排列；

所述八个金属导体单元两两绞合形成第一、第二、第三和第四对称绝缘线对且各自外表面均绕包有第一聚四氟乙烯带，所述第一、第二、第三和第四对称绝缘线对绞合于所述芳纶加强件外表面形成缆芯；

一第二聚四氟乙烯层纵包所述缆芯外表面，所述第二聚四氟乙烯层与第一、第二、第三和第四对称绝缘线对之间间隙填充有若干根棉纱；

一棉纤维线缠绕于所述第二聚四氟乙烯层外表面形成缓冲滑动层，此棉纤维线缠绕方向与第一、第二、第三和第四对称绝缘线对绞合方向相反，若干根金属丝并排地缠绕于所述缓冲滑动层外表面形成金属屏蔽层，此金属屏蔽层中金属丝缠绕与所述棉纤维线相反；

一第三聚四氟乙烯层绕包于所述金属屏蔽层外表面，一外护套层包覆于所述第三聚四氟乙烯层外表面，所述芳纶加强件直径为190~210D，第一锡铜合金导体与第二锡铜合金导体直径比为10：6~8。

上述技术方案中进一步的改进技术方案如下：

1. 上述方案中，所述第一锡铜合金导体、第二锡铜合金导体中锡含量占0.6%。

2. 上述方案中，所述棉纤维线疏绕于所述第二聚四氟乙烯层外表面。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1. 本发明工业机器人用柔软型电缆，其第一、第二、第三和第四对称绝缘线对各自外表面均绕包有第一聚四氟乙烯带并绞合形成缆芯，第二聚四氟乙烯层纵包所述缆芯外表面，在频繁的弯曲过程中，克服了第一、第二、第三和第四对称绝缘线以及各自金属导体单元之间的距离和节距发生改变，从而引起电气性能的改变；而且频繁的弯曲过程中，第一、第二、第三和第四对称绝缘线对各自外表面均绕包有第一聚四氟乙烯带，且第二聚四氟乙烯层通过纵包方式包覆具有四个第一聚四氟乙烯带的对称绝缘线对，由于第一聚四氟乙烯带和第二聚四氟乙烯层具有摩擦系数低、强度高、耐腐蚀、绝缘性能好，该带材的摩擦系数是0.04，是目前固体材料中摩擦系数最低的材料，且在金属屏蔽层前通过纵包的方式包覆，减少由于绕包结构产生的搭接造成的摩擦力的增加，使得频繁弯曲时缆芯的结构变化影响降到最低；其次，由于减少摩擦力且聚四氟乙烯带不容易产生静电，也大大减少了静电的产生，提高性能可靠性和安全性。

2. 本发明工业机器人用柔软型电缆，其所述第二聚四氟乙烯层与第一、第二、第三和第四对称绝缘线对之间间隙填充有若干根棉纱，一棉纤维线缠绕于所述第二聚四氟乙烯层外表面形成缓冲滑动层，此棉纤维线缠绕方向与第一、第二、第三和第四对称绝缘线对绞合方向相反，若干根金属丝缠绕于所述缓冲滑动层外表面形成金属屏蔽层，此金属屏蔽层中金属丝并排地缠绕与所述棉纤维线相反，保证弯曲时，铜丝有足够的移动位置而不产生拉伸造成断线，同时铜丝与绝缘滑动层之间更容易滑动而不产生静电干扰，该结构既能保证电缆的柔软度，也保证了频繁弯曲后的屏蔽效果。

3. 本发明工业机器人用柔软型电缆，所述缆芯与外护套层之间依次设置有第二聚四氟乙烯层，一棉纤维线缠绕于所述第二聚四氟乙烯层外表面形成缓冲滑动层，若干根金属丝并排地缠绕于缓冲滑动层形成金属屏蔽层，一第三聚四氟乙烯层绕包于所述金属屏蔽层外表面，在金属屏蔽层与外护套之间形成缓冲，避免在电缆的往复运动中，外护套与屏蔽层之间产生静电干扰。同时，聚四氟乙烯带的性能比较柔软、光滑，不会影响到电缆的柔软度，通过护套挤出时的工艺控制，光滑的表面使得在弯曲过程中缆芯与护层之间容易产生滑动，减小外力对铜导体及镀锡铜丝编织层的拉伸，延长使用寿命。

4. 本发明工业机器人用柔软型电缆，其金属导体单元包括位于中心的芳纶纤维、由若干根绞合于芳纶纤维外表面的锡铜合金导体组成的内导电层、由若干根无氧铜导体绞合于内导电层外表面形成外导体层，提高了抗拉伸强度，保证了芳纶纤维在电缆结构中心位置的稳定；第一、第二、第三和第四对称绝缘线对绞合于一芳纶加强件外表面形成缆芯；保证了电缆结构稳定，使得产品的抗拉伸强度提高300%以上，抗弯曲次数提升300~500%，10000次弯曲衰减变化值小于2%。

5. 本发明工业机器人用柔软型电缆，其金属导体单元包括位于中心的芳纶纤维、由若干根绞合于芳纶纤维外表面的第一锡铜合金导体、第一无氧铜导体组成的内导电层、由若干根第二锡铜合金导体、第二无氧铜导体绞合于内导电层外表面形成外导体层，所述第一锡铜合金导体和第一无氧铜导体直径相等，所述第二锡铜合金导体和第二无氧铜导体直径相等，所述第一锡铜合金导体、第一无氧铜导体直径大于第二锡铜合金导体、第二无氧铜导体直径，所述第一锡铜合金导体、第二锡铜合金导体中锡含量占0.6%，所述内导电层中第一锡铜合金导体、第一无氧铜导体交替排列，所述外导体层中第二锡铜合金导体、第二无氧铜导体交替排列，采用不同种类的导体和不同直径的导体混合作为导体单元，相对于单一直径的铜导体或合金导体，改善了电气特性及抗弯曲特性；再次，不同材质导体交替混合结构，解决了导体抗拉力的均匀分布，弯曲时不存在局部抗拉力薄弱的区域。同时解决了导体电阻的均匀分布，在信号传输时更均匀。采用第一导体与第二导体直径的差异性分布，使得外层的抗拉受力点分布更细密，更均匀。解决了导体外层弯曲时承受更大拉伸力及挤压力容易断裂的问题。同时外层导体直径较小，使绞合导体表面更平整，信号传输时在导体表面的电磁波更均匀，减小电磁畸变，降低了衰减值。

附图说明

附图1为本发明工业机器人用柔软型电缆结构示意图；

附图2为本发明缓冲滑动层和金属屏蔽层结构示意图；

附图3为附图2中A-A剖面结构示意图；

附图4为本发明金属导体单元结构示意图；

附图5为对比例电缆的结构示意图。

以上附图中：1、金属导体单元；2、绝缘聚丙烯层；3、第一对称绝缘线对；4、第二对称绝缘线对；5、第三对称绝缘线对；6、第四对称绝缘线对；7、第一聚四氟乙烯带；8、缆芯；9、第二聚四氟乙烯层；10、棉纱； 12、缓冲滑动层；13、金属丝；14、金属屏蔽层；15、第三聚四氟乙烯层；16、外护套层；17、棉纤维线；18、聚酯带；19、金属编织层；20、芳纶纤维；21、芳纶加强件；22、第一锡铜合金导体；23、第一无氧铜导体；24、第二锡铜合金导体；25、第二无氧铜导体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种工业机器人用柔软型电缆，包括：八个金属导体单元1和芳纶加强件21，此金属导体单元1外表面包覆有绝缘聚丙烯层2，所述金属导体单元1包括位于中心的芳纶纤维20、由若干根绞合于芳纶纤维20外表面的第一锡铜合金导体22、第一无氧铜导体23组成的内导电层、由若干根第二锡铜合金导体24、第二无氧铜导体25绞合于内导电层外表面形成外导体层，所述第一锡铜合金导体22和第一无氧铜导体23直径相等，所述第二锡铜合金导体24和第二无氧铜导体25直径相等，所述第一锡铜合金导体22、第一无氧铜导体23直径大于第二锡铜合金导体24、第二无氧铜导体25直径，所述第一锡铜合金导体22、第二锡铜合金导体24中锡含量占0.6%，所述内导电层中第一锡铜合金导体22、第一无氧铜导体23交替排列，所述外导体层中第二锡铜合金导体24、第二无氧铜导体25交替排列；

所述八个金属导体单元1两两绞合形成第一、第二、第三和第四对称绝缘线对3、4、5、6且各自外表面均绕包有第一聚四氟乙烯带7，所述第一、第二、第三和第四对称绝缘线对3、4、5、6绞合于所述芳纶加强件21外表面形成缆芯8；

一第二聚四氟乙烯层9纵包所述缆芯8外表面，所述第二聚四氟乙烯层9与第一、第二、第三和第四对称绝缘线对3、4、5、6之间间隙填充有若干根棉纱10；

在频繁的弯曲过程中，克服了第一、第二、第三和第四对称绝缘线以及各自金属导体单元之间的距离和节距发生改变，从而引起电气性能的改变；而且频繁的弯曲过程中，第一、第二、第三和第四对称绝缘线对各自外表面均绕包有第一聚四氟乙烯带，且第二聚四氟乙烯层通过纵包方式包覆具有四个第一聚四氟乙烯带的对称绝缘线对，由于第一聚四氟乙烯带和第二聚四氟乙烯层具有摩擦系数低、强度高、耐腐蚀、绝缘性能好，该带材的摩擦系数是0.04，是目前固体材料中摩擦系数最低的材料，且在金属屏蔽层前通过纵包的方式包覆，减少由于绕包结构产生的搭接造成的摩擦力的增加，使得频繁弯曲时缆芯的结构变化影响降到最低；其次，由于减少摩擦力且聚四氟乙烯带不容易产生静电，也大大减少了静电的产生，提高性能可靠性和安全性；

一棉纤维线17缠绕于所述第二聚四氟乙烯层9外表面形成缓冲滑动层12，此棉纤维线17缠绕方向与第一、第二、第三和第四对称绝缘线对3、4、5、6绞合方向相反，若干根金属丝13并排地缠绕于所述缓冲滑动层12外表面形成金属屏蔽层14，此金属屏蔽层14中金属丝13缠绕与所述棉纤维线17相反；保证弯曲时，铜丝有足够的移动位置而不产生拉伸造成断线，同时铜丝与绝缘滑动层之间更容易滑动而不产生静电干扰，该结构既能保证电缆的柔软度，也保证了频繁弯曲后的屏蔽效果；

一第三聚四氟乙烯层15绕包于所述金属屏蔽层14外表面，一外护套层16包覆于所述第三聚四氟乙烯层15外表面。在金属屏蔽层与外护套之间形成缓冲，避免在电缆的往复运动中，外护套与屏蔽层之间产生静电干扰。同时，聚四氟乙烯带的性能比较柔软、光滑，不会影响到电缆的柔软度，通过护套挤出时的工艺控制，光滑的表面使得在弯曲过程中缆芯与护层之间容易产生滑动，减小外力对铜导体及镀锡铜丝编织层的拉伸，延长使用寿命。

上述棉纤维线17疏绕于所述第二聚四氟乙烯层9外表面。

对比例：一种机械臂用数据线缆，包括八个金属导体单元1，此金属导体单元1外表面包覆有绝缘聚丙烯层2，所述金属导体单元1由若干根铜导线11绞合而成；

所述八个金属导体单元1两两绞合形成第一、第二、第三和第四对称绝缘线对3、4、5、6，所述第一、第二、第三和第四对称绝缘线对3、4、5、6绞合形成缆芯8，一聚酯带18绕包所述缆芯8外表面，所述聚酯带18与第一、第二、第三和第四对称绝缘线对3、4、5、6之间间隙填充有若干根棉纱10；

由若干根铜丝编织而成的金属编织层19位于聚酯带18外表面，一外护套层16包覆于所述金属编织层19外表面。

上述第一锡铜合金导体22与第二锡铜合金导体24直径比为10：6~8。

上述芳纶加强件21直径为190~210D。

上述棉纤维线17疏绕于所述第二聚四氟乙烯层9外表面。

性能测试数据如表1所示：

表1

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。