[发明专利]机器人的旋转关节以及包括它的机器人

说明书

技术领域

本发明总体涉及机器人，尤其涉及机器人的旋转关节，该旋转关节包括采用柔性印刷电路(FPC)板的接线单元。

背景技术

对于工业机器人，特别是被设计成在有限并且复杂的工作空间中工作的工业机器人，灵活性和紧凑性是其中的主要设计要求，并且电缆布线在机器人应用中发挥越来越重要的作用。

机器人通常包含一个或多个旋转关节，以便实现机器人手臂的灵活定位。通常，旋转关节的旋转范围越大，机器人越灵活。然而，为了将电力和多种信号传输到机器人手臂以及将电力和多种信号从机器人手臂传输，通常会有一根或多根电缆穿过每个旋转关节，并且这些电缆不能长时间承受过度的弯曲和扭曲，这已经成为对于旋转关节的大旋转范围来说的主要困难之一。

按照传统的方法，电缆或软管包的线路被布置在机器人的外部，以便给予电缆弯曲的空间并阻止它们磨损。但是这将导致很多问题。例如，机器人电缆(由普通材料制成)的气体挥发对现代洁净室的真空环境是致命的，因为电缆的气体挥发将污染整个工作空间还有其中的产品。在传统领域中还会发生问题：用于机床上下料的机器人，尤其是具有不受保护的机器人电缆的机器人，还将遭受腐蚀性切削液，并且导致机器人寿命以及工厂生产力降低。

将全部的线布置在机器人内部在当今是新的趋势。但是由于有限的内部空间和大的弯曲半径的要求，这类布线十分困难并且单个关节的工作范围通常会受到电缆布线而不是其它机械结构的限制。

为了解决在有限空间中的布线问题，已经进行了多种尝试，最成功的解决方案之一是使用新的材料，例如FPC。需要的空间更少和更长的寿命使得FPC成为一个优选的布线解决方案。但是由于其固有的材料特性，FPC容易在机器人的装配和运行期间因为接触凸起、锐边、毛刺、翅片等而损坏。导体上的绝缘可能会被刮擦，或FPC可能会被切割，特别是当应力释放结构不可用时。

因此，当在机器人中使用FPC时应采取保护。

为了在关节中走线，FPC通常由两个部件组成：移动部件和固定部件。实践中，更注重保护前者。

为了防止移动FPC被其它结构磨损，如图1A所示，GB2164506A使用由两个相对旋转的构件组成的盒状物来限制FPC的空间并且提供光滑的接触表面。顺着这个思路，在JP2009-64479和JP2012-51045中延长对FPC的移动部件的保护。通过采用这类解决方案，移动FPC可以被很好地保护。但是FPC的固定部件仍然可能在装配期间损坏。

为了给予FPC更好的保护，DE102011051733和JP2012035372A尝试通过将全部连接器放置在一盒状物的两侧上来将整个FPC约束在该盒状物内部，如图1B所示。只有当电力线和信号线的数量有限时才可采用这个解决方案，否则将很多引脚或连接器布置在单个盒状物上要求大的空间，并且因此对于小且紧凑的机器人来说盒状物将太大。

鉴于以上情况，需要在本领域开发一种改进的旋转关节和改进的布线结构。

发明内容

本发明的目的通过一种机器人的旋转关节以及包括该旋转关节的机器人实现，以便为FPC提供更好的解决方案同时不失紧凑性。

根据本发明的一方面，旋转关节包含接线单元，接线单元中具有FPC板的主要部分。所述旋转关节还包含固定至所述接线单元的保护单元，其中所述FPC板的端部连接至一组电缆。

根据本发明的优选的实施例，所述FPC板的所述端部固定至所述保护单元。

根据本发明的优选的实施例，所述保护单元包含相互耦接的连接构件和塑料板，所述连接构件固定至所述接线单元，所述塑料板固定至所述FPC板的所述端部。

根据本发明的优选的实施例，所述保护单元包含多个塑料板，塑料板大体上相互平行或水平，用于使多个所述FPC板的所述端部彼此分开并且能够分别连接对应组的电缆。

根据本发明的优选的实施例，所述连接构件具有盒状形状且不具有上表面，能够容纳所述塑料板，并且具有在侧表面上的开口，开口供所述电缆穿过。

根据本发明的优选的实施例，所述塑料板的端部为弧形形状。

根据本发明的优选的实施例，所述保护单元还包含一个或多个螺钉和/或一个或多个卡钩，用于将所述塑料板固定至所述连接够件。

根据本发明的优选实施例，所述塑料板垂直于所述接线单元或向所述接线单元倾斜。

根据本发明的优选实施例，所述电缆被焊接到所述FPC板的所述端部，保护膜和/或增强膜放置于焊接有所述电缆的区域，所述保护膜和/或增强膜固定至所述塑料板。

根据本发明的优选的实施例，所述保护膜是胶类型。