CN107866802A - 一种工业机器人的结构单元及工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械设备领域，公开了一种工业机器人的结构单元，该工业机器人的结构单元包括，第一转臂和第二转臂，第一转臂和第二转臂通过第一转轴转动连接；还包括设置在第一转臂与第二转臂上的第一线缆束，其中，第一线缆束沿第一转臂及第二转臂的长度方向设置，第一线缆束通过第一固定装置固定在第一转臂靠近第一转轴的端部，第一线缆束的另一端通过第二固定装置固定在第二转臂靠近第一转轴的端部，且第一固定装置、第二固定装置及第一线缆束中介于第一固定装置与第二固定装置之间的部分位于垂直于第一转轴的同一平面上。

Description

一种工业机器人的结构单元及工业机器人

技术领域

本发明涉及机械设备领域，公开了一种工业机器人的结构单元及工业机器人。

背景技术

工业机器人运动时，需要对机器人各关节的驱动装置(一般为伺服电机)提供动力及控制信号，因此各关节的伺服电机均连接有动力及信号线缆。在机器人运转时，线缆会在三维空间内弯曲扭转，这对工业机器人线缆的材质、性能提出了很高的要求，使得机器人线缆的成本很高；另一方面设计不当易造成机器人线缆的寿命低，故障率高，降低机器人运转的可靠性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工业机器人的结构单元及工业机器人，用于改善工业机器人上线缆的受力情况，提高工业机器人的可靠性，延长其使用寿命。

本发明提供了一种工业机器人的结构单元，该工业机器人的结构单元包括，第一转臂和第二转臂，所述第一转臂和所述第二转臂通过第一转轴转动连接；还包括设置在所述第一转臂与所述第二转臂上的第一线缆束，其中，所述第一线缆束沿所述第一转臂及所述第二转臂的长度方向设置，所述第一线缆束通过第一固定装置固定在所述第一转臂靠近所述第一转轴的端部，所述第一线缆束的另一端通过第二固定装置固定在所述第二转臂靠近所述第一转轴的端部，且所述第一固定装置、所述第二固定装置及所述第一线缆束中介于所述第一固定装置与所述第二固定装置之间的部分位于垂直于所述第一转轴的同一平面上。

在上述实施例中，第一转臂与第二转臂在绕第一转轴转动时，第一线缆束中介于第一固定装置与第二固定装置之间的部分始终保持在垂直于第一转轴的平面上，因此，第一线缆束中介于第一固定装置与第二固定装置之间的部分仅会产生平面内的弯曲变形，不会产生空间上的扭转变形，从而降低了第一线缆束因变形造成的内部应力，延长了第一线缆束的使用寿命。

优选的，所述第一固定装置及所述第二固定装置均包括连接片，且所述连接片通过连接件与所述第一转臂或所述第二转臂固定连接。

本发明还提供了一种工业机器人，该工业机器人包括多个转臂以及设置在所述多个转臂上的线缆束，且任意相邻的两个转臂及所述相邻的两个转臂之间的线缆束构成上述结构单元；还包括底座，所述底座与所述多个转臂中位于端部的一个转臂枢装连接，且所述线缆束穿过所述底座后露出。

上述实施例中，工业机器人上相邻的两个转臂相对转动时，固定在相邻的两个转臂之间的线缆束仅会产生平面内的弯曲变形，不会产生空间上的扭转变形，从而降低了线缆束因变形造成的内部应力，延长了线缆束及工业机器人的使用寿命。

优选的，所述底座通过转轴与所述多个转臂中位于端部的一个转臂枢装连接，所述转轴内设有同轴的通孔，所述线缆束穿过所述通孔并可相对所述通孔转动。与底座枢装连接的多个转臂中位于端部的一个转臂在相对底座绕转轴转动时，通孔中的线缆束会产生扭转变形，通孔中的线缆束可相对通孔转动，避免了由于线缆束的变形与通孔内壁直接接触并产生摩擦，降低了线缆束受到的磨损，延长了线缆束及工业机器人的使用寿命。

优选的，所述线缆束通过轴承与所述通孔转动连接，所述轴承的外圈固定在所述通孔的侧壁上，所述轴承的内圈直径大于或等于所述线缆束的外圈直径。通孔中的线缆束发生扭转变形并与轴承内圈接触时，会带动轴承内圈绕转轴转动，从而减小了线缆束受到的的磨损。

优选的，所述轴承的个数为两个，且所述两个轴承分别设置在所述通孔的两端。线缆束在通孔的两端都通过轴承与通孔转动连接，避免了通孔中的线缆束发生扭转变形时与通孔侧壁接触造成的磨损，对线缆束起到良好的保护作用。

优选的，所述轴承的个数为一个，且设置在所述通孔靠近所述底座的一端。与底座枢装连接的多个转臂中位于端部的一个转臂绕转轴相对底座发生相对转动时，通孔中的线缆束在靠近底座的部分会产生较大的变形，因此，在通孔靠近底座的一端设置轴承能有效降低线缆束受到的磨损。

优选的，所述通孔为阶梯孔，且所述轴承固定在所述阶梯孔中直径较大的孔径中。阶梯孔便于轴承的安装定位，使轴承的位置更加精确。

优选的，所述轴承为深沟球轴承或滚针轴承。

附图说明

图1为本发明实施例提供的工业机器人的结构单元示意图；

图2为本发明实施例提供的工业机器人的正视图；

图3为本发明实施例提供的工业机器人的侧视图；

图4为图3在A-A处的剖视图。

附图标记：

10-第一转臂 11-肘部 12-臂部 13-腕部

20-第二转臂 30-第三转臂 40-底座 41-电气接口板

L0-线缆束 L1-第一线缆束 L2-第二线缆束 L3-第三线缆束

A1-第一转轴 A2-第二转轴 A3-第三转轴

C1-第一固定装置 C2-第二固定装置 C3-第三固定装置

C4-第四固定装置 C5-第五固定装置 C6-第六固定装置

C7-第七固定装置 M1-第一驱动装置 M2-第二驱动装置

M3-第三驱动装置 M4-第四驱动装置 M5-第五驱动装置

M6-第六驱动装置 D0-通孔 H0-轴承

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1示出了本发明实施例提供的工业机器人的结构单元示意图。

本发明实施例提供了一种工业机器人的结构单元，该工业机器人的结构单元包括，第一转臂10和第二转臂20，第一转臂10和第二转臂20通过第一转轴A1转动连接；还包括设置在第一转臂10与第二转臂20上的第一线缆束L1，其中，第一线缆束L1沿第一转臂10及第二转臂20的长度方向设置，第一线缆束L1通过第一固定装置C1固定在第一转臂10靠近第一转轴A1的端部，第一线缆束L1的另一端通过第二固定装置C2固定在第二转臂20靠近第一转轴A1的端部，第一固定装置C1、第二固定装置C2以及第一线缆束L1中介于第一固定装置C1及第二固定装置C2之间的部分位于垂直于所述第一转轴A1的同一平面上。

在上述实施例中，第一固定装置C1与第二固定装置C2随第一转臂10与第二转臂20之间的转动而发生移动，但第一固定装置C1与第二固定装置C2位于垂直于第一转轴A1的同一平面上，且第一线缆束L1中介于第一固定装置C1与第二固定装置C2之间的部分也位于该平面上，因此，在第一转臂10与第二转臂20相对转动的过程中，第一固定装置C1的位置变化及第二固定装置C2的位置变化被限定在该垂直于第一转轴A1的同一平面内，第一线缆束L1中介于第一固定装置C1与第二固定装置C2之间的部分仅会随第一固定装置C1与第二固定装置C2位置的变化产生平面内的弯曲变形，不会产生空间上的扭转变形，从而降低了第一线缆束L1因变形造成的内部应力，延长了第一线缆束L1的使用寿命。

另外，第一线缆束L1中介于第一固定装置C1与第二固定装置C2之间的部分的长度也会影响到第一线缆束L1因变形造成的内部应力，具体的，第一转臂10绕第一转轴A1相对第二转臂20发生相同角度的转动情况下，第一线缆束L1中介于第一固定装置C1与第二固定装置C2之间的部分较短时，其单位长度的变形量会较大，内部应力较大；反之，第一线缆束L1中介于第一固定装置C1与第二固定装置C2之间的部分较长时，其单位长度的变形量会较小，内部应力较小，实际生产中应综合第一转臂10、第二转臂20的结构、运动关系等因素具体确定第一固定装置C1、第二固定装置C2的安装位置，使得第一线缆束L1中介于第一固定装置C1与第二固定装置C2之间的部分具有适宜的长度，从而使第一线缆束L1因弯曲变形造成的内部应力最小。

本发明还提供了一种工业机器人，该工业机器人包括多个转臂以及设置在多个转臂上的线缆束，且任意相邻的两个转臂及相邻的两个转臂之间的线缆束构成上述结构单元；还包括底座，底座与多个转臂中位于端部的一个转臂枢装连接，且线缆束穿过底座后露出。

上述实施例提供的工业机器人可以包括三个转臂、四个转臂、五个转臂等，现以具有三个转臂的工业机器人为例进行详细说明，如图2所示，图2示出的工业机器人中采用了图1中示出的结构单元的结构。

继续参考图2，该工业机器人包括第一转臂10、第二转臂20、第三转臂30，且第一转臂10、第二转臂20、第三转臂30上设置有线缆束L0，其中，第一转臂10通过第一转轴A1与第二转臂20转动连接，第二转臂20通过第二转轴A2与第三转臂30转动连接，还包括底座40，并且，底座40通过第三转轴A3与第三转臂30枢装连接；线缆束L0沿着第一转臂10、第二转臂20、第三转臂30长度方向设置并穿过底座40后露出。

具体设置时，第一转臂10与第二转臂20通过第一转轴A1转动连接，第一转臂10上固定有第一驱动单元M1，第一驱动单元M1驱动第一转臂10绕第一转轴A1相对第二转臂20转动，工业机器人上为第一驱动单元M1传输动力及信号的线缆束L0记为第一线缆束L1，第一线缆束L1沿着第一转臂10、第二转臂20、第三转臂30的长度方向设置，具体的，第一线缆束L1通过第一固定装置C1固定在第一转臂10靠近第一转轴A1的端部，第一线缆束L1的另一端通过第二固定装置C2固定在第二转臂20靠近第一转轴A1的端部，其中，第一固定装置C1、第二固定装置C2的结构相同，都包括连接片，连接片通过螺栓、螺钉等连接件固定在第一转臂10或第二转臂20上，第一线缆束L1的其他部分在第二转臂20、第三转臂30上的具体设置情况在后文中会进行重点介绍，在此不再赘述。第一固定装置C1、第二固定装置C2以及第一线缆束L1中介于第一固定装置C1及第二固定装置C2之间的部分位于垂直于第一转轴A1的同一个平面上，这样使得当第一转臂10绕第一转轴A1相对第二转臂20转动时，第一线缆束L1中介于第一固定装置C1及第二固定装置C2之间的部分仅会在垂直于第一转轴A1的平面上发生弯曲变形，不会发生空间上的扭转变形，降低了第一线缆束L1因变形造成的内部应力，提高了工业机器人的可靠性，延长了使用寿命。

若第二转臂20靠近第一转轴A1的端部没有相应的固定点使得设置在该位置的第二固定装置C2与第一固定装置C1及第一线缆束L1中介于第一固定装置C1及第二固定装置C2之间的部分位于垂直于第一转轴A1的同一个平面上，则可以在第二转臂20上设置支架，支架与第二转臂20固定连接，且第二固定装置C2设置在该支架上，从而使第一固定装置C1、第二固定装置C2以及第一线缆束L1中介于第一固定装置C1和第二固定装置C2之间的部分位于垂直于第一转轴A1的同一个平面上；反之，若第一转臂10靠近第一转轴A1的端部没有相应的固定点使得设置在该位置的第一固定装置C1与第二固定装置C2及第一线缆束L1中介于第一固定装置C1及第二固定装置C2之间的部分位于垂直于第一转轴A1的同一个平面上，则可以采取同样的办法达到上述效果。同理，在第二转臂20靠近第二转轴A2的端部以及第三转臂30靠近第二转轴A2的端部通过固定装置固定第一线缆束L1时，也可以采用上述方法，在下文中不再详细赘述。

在一个具体的实施例中，第一转臂10包括肘部11、臂部12、腕部13，其中，肘部11通过第一转轴A1与第二转臂20转动连接，臂部12与肘部11，臂部12与腕部13也都是转动连接关系，因臂部12与腕部13上不设置线缆束L0，因此不再详细描述。肘部11上装有第一驱动装置M1、第二驱动装置M2、第三驱动装置M3以及第四驱动装置M4，具体的，第一驱动装置M1驱动肘部11绕第一转轴A1相对第二转臂20转动，第二驱动装置M2～第四驱动电机M4驱动臂部12以及腕部13转动，第一线缆束L1为第一驱动装置M1～第四驱动装置M4传输动力及信号，且第一线缆束L1通过第一固定装置C1固定在第一转臂10的肘部11靠近第一转轴A1的端部，第一线缆束L1另一端通过第二固定装置C2固定在第二转臂20靠近第一转轴A1的端部。

第二转臂20通过第二转轴A2与第三转臂30转动连接，第三转臂30上设有第五驱动装置M5，第五驱动装置M5驱动第二转臂20绕第二转轴A2相对第三转臂30转动，工业机器人上为第五驱动装置M5传输动力及信号的线缆束L0记为第二线缆束L2，第二线缆束L2固定在第三转臂30上并于底座40连接，在第二转臂20绕第二转轴A2与第三转臂30相对转动时，不会造成第二线缆束L2的弯曲扭转变形；第一线缆束L1在第二转臂20上靠近第二转轴A2的端部及第三转臂30上靠近第二转轴A2的端部的设置情况具体为：第一线缆束L1通过第三固定装置C3固定在第二转臂20靠近第二转轴A2的端部，并通过第四固定装置C4固定在第三转臂30靠近第二转轴A2的端部，其中，第三固定装置C3、第四固定装置C4的结构相同，都包括连接片，连接片通过螺栓、螺钉等连接件固定在第二转臂20或第三转臂30上。第三固定装置C3、第四固定装置C4以及第一线缆束L1中介于第三固定装置C3与第四固定装置C4之间的部分位于垂直于第二转轴A2的同一个平面上，在第二转臂20相对第三转臂30绕第二转轴A2转动时，第一线缆束L1中介于第三固定装置C3与第四固定装置C4之间的部分只会产生平面内的弯曲变形，不会产生空间上的扭转变形，降低了第一线缆束L1因变形造成的内部应力，提高了机器人可靠性，延长了使用寿命。

此外，该工业机器人三个转臂中位于端部的一个转臂与底座40枢装连接，以图2中示出的工业机器人的结构为参考，该工业机器人的第三转臂30通过第三转轴A3与底座40枢装连接，第三转臂30上设置有第六驱动装置M6，第六驱动装置M6驱动第三转臂30绕第三转轴A3相对底座40转动，工业机器人上为第六驱动装置M6传输动力及信号的线缆束L0记为第三线缆束L3，第三线缆束L3固定在第三转臂30上并与底座40连接；如图3所示，第一线缆束L1、第二线缆束L2、第三线缆束L3在第三转臂30上汇集成线缆束L0，线缆束L0穿过底座40后露出，具体的，第一线缆束L1与第三线缆束L3通过第五固定装置C5固定在第三转臂30上，第一线缆束L1与第三线缆束L3汇集后再与第二线缆束L2通过第六固定装置C6固定在第三转臂30上，其中，第五固定装置C5、第六固定装置C6的结构相同，都包括连接片，连接片通过螺栓、螺钉等连接件固定在第三转臂30上。第一线缆束L1、第二线缆束L2、第三线缆束L3在第六固定装置C6处汇集形成线缆束L0，线缆束L0与底座40内部设置的电气接口板41连接，并且线缆束L0通过固定装置C7固定在电气接口板41附近，从而使线缆束L0在底座40中有良好的固定效果，固定装置C7与固定装置C1～固定装置C6结构相同，在此不再赘述。在一个具体的实施例中，如图4所示，第三转轴A3内设有同轴的通孔D0，线缆束L0穿过通孔D0后与底座40内的电气接口板41连接，且线缆束L0可相对通孔D0转动，具体的，线缆束L0通过轴承H0与通孔D0转动连接，轴承H0的外圈固定在通孔D0的侧壁上，通孔D0的内圈直径大于或等于线缆束L0的外圈直径，第三转臂30绕第三转轴A3相对底座40转动时，通孔D0中的线缆束L0会发生扭转变形，还可能与轴承H0内圈接触，当线缆束L0与轴承H0内圈接触时，会带动轴承H0绕第三转轴A3转动，从而避免了线缆束L0直接与通孔D0侧壁接触产生摩擦而造成磨损。具体设置时，在通孔D0中设有两个轴承H0，两个轴承H0分别设在通孔D0的两端，线缆束L0在通孔D0的两端都通过轴承H0与通孔D0转动连接，避免了通孔D0中的线缆束L0发生扭转变形时与通孔D0侧壁接触造成的磨损，对线缆束L0起到良好的保护作用；实际中，线缆束L0在通孔D0靠近底座40的一端易产生较大的变形，设置在通孔D0靠近底座40一端的轴承H0对降低线缆束L0受到的磨损起到重要作用，因此，在一个优选方案中，仅在通孔D0靠近底座40的一端设置一个轴承H0，并且，为了在安装轴承H0时能够实现良好的定位，将通孔D0设为阶梯孔，且轴承H0固定在阶梯孔中直径较大的孔径中，具体的，轴承H0可以为深沟球轴承或滚针轴承。

通过上述描述可以看出，第一线缆束L1沿着第一转臂10、第二转臂20、第三转臂30的长度方向设置，且第一线缆束L1被固定装置分割成多段，其中，第一转臂10、第二转臂20以及第一线缆束L1中介于第一固定装置C1与第二固定装置C2之间的部分组成如图1所示的结构单元，第一转臂10绕第一转轴A1相对第二转臂20转动时，第一线缆束L1中介于第一固定装置C1与第二固定装置C2之间的部分仅会产生平面内的弯曲变形，不会产生空间上的扭转变形，且不会影响到第一线缆束L1的其他部分；第二转臂20、第三转臂30以及第一线缆束L1中介于第三固定装置C3与第四固定装置C4之间的部分同样构成如图1所示的结构单元，第二转臂20绕第二转轴A2相对第三转臂30转动时，第一线缆束L1中介于第三固定装置C3与第四固定装置C4之间的部分仅会产生平面上的弯曲变形，不会产生空间上的扭转变形，且不会影响到第一线缆束L1的其他部分。工业机器人的转臂在运动时，仅每段位于结构单元中的第一线缆束L1发生平面内的弯曲变形，且每段位于结构单元中的第一线缆束L1发生平面内的弯曲变形时不影响第一线缆束L1的其他部分，不会造成第一线缆束L1空间上的扭转，从而降低了第一线缆束L1因变形造成的内部应力，提高了机器人的可靠性，延长了其使用寿命。

工业机器人包括多个转臂时，线缆束沿多个转臂的长度方向设置，并被固定装置分割成多段，相邻的两个转臂及相邻的两个转臂之间的线缆束组成上述结构单元，工业机器人的多个转臂在运动时，仅每段位于结构单元中的线缆束发生平面内的弯曲变形，且每段位于结构单元中的线缆束发生平面内的弯曲变形时不影响线缆束的其他部分，不会造成线缆束空间上的扭转，即将现有技术中线缆束不同方向的弯曲造成的扭转，改变成每段位于结构单元中的线缆束的平面弯曲，因此，在工业机器人运动时，降低了线缆束因变形造成的内部应力，提高了工业机器人的可靠性，延长了使用寿命。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种工业机器人的结构单元，其特征在于，包括第一转臂和第二转臂，所述第一转臂和所述第二转臂通过第一转轴转动连接；还包括设置在所述第一转臂与所述第二转臂上的第一线缆束，其中，所述第一线缆束沿所述第一转臂及所述第二转臂的长度方向设置，所述第一线缆束通过第一固定装置固定在所述第一转臂靠近所述第一转轴的端部，所述第一线缆束的另一端通过第二固定装置固定在所述第二转臂靠近所述第一转轴的端部，且所述第一固定装置、所述第二固定装置及所述第一线缆束中介于所述第一固定装置与所述第二固定装置之间的部分位于垂直于所述第一转轴的同一平面上。

2.如权利要求1所述的工业机器人的结构单元，其特征在于，所述第一固定装置及所述第二固定装置均包括连接片，且所述连接片通过连接件与所述第一转臂或所述第二转臂固定连接。

3.一种工业机器人，其特征在于，包括多个转臂以及设置在所述多个转臂上的线缆束，且任意相邻的两个转臂及所述相邻的两个转臂之间的线缆束构成如权利要求1所述的结构单元；还包括底座，所述底座与所述多个转臂中位于端部的一个转臂枢装连接，且所述线缆束穿过所述底座后露出。

4.如权利要求3所述的工业机器人，其特征在于，所述底座通过转轴与所述多个转臂中位于端部的一个转臂枢装连接，所述转轴内设有同轴的通孔，所述线缆束穿过所述通孔并可相对所述通孔转动。

5.如权利要求4所述的工业机器人，其特征在于，所述线缆束通过轴承与所述通孔转动连接，所述轴承的外圈固定在所述通孔的侧壁上，所述轴承的内圈直径大于或等于所述线缆束的外圈直径。

6.如权利要求5所述的工业机器人，其特征在于，所述轴承的个数为两个，且所述两个轴承分别设置在所述通孔的两端。

7.如权利要求5所述的工业机器人，其特征在于，所述轴承的个数为一个，且设置在所述通孔靠近所述底座的一端。

8.如权利要求7所述的工业机器人，其特征在于，所述通孔为阶梯孔，且所述轴承固定在所述阶梯孔中直径较大的孔径中。

9.如权利要求5～8任一项所述的工业机器人，其特征在于，所述轴承为深沟球轴承或滚针轴承。