機器人的旋轉關節以及包括它的機器人的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明總體涉及機器人，尤其涉及機器人的旋轉關節，該旋轉關節包括采用柔性印刷電路(FPC)板的接線單元。
【背景技術】
[0002]對于工業機器人，特別是被設計成在有限并且復雜的工作空間中工作的工業機器人，靈活性和緊湊性是其中的主要設計要求，并且電纜布線在機器人應用中發揮越來越重要的作用。
[0003]機器人通常包含一個或多個旋轉關節，以便實現機器人手臂的靈活定位。通常，旋轉關節的旋轉范圍越大，機器人越靈活。然而，為了將電力和多種信號傳輸到機器人手臂以及將電力和多種信號從機器人手臂傳輸，通常會有一根或多根電纜穿過每個旋轉關節，并且這些電纜不能長時間承受過度的彎曲和扭曲，這已經成為對于旋轉關節的大旋轉范圍來說的主要困難之一。
[0004]按照傳統的方法，電纜或軟管包的線路被布置在機器人的外部，以便給予電纜彎曲的空間并阻止它們磨損。但是這將導致很多問題。例如，機器人電纜(由普通材料制成)的氣體揮發對現代潔凈室的真空環境是致命的，因為電纜的氣體揮發將污染整個工作空間還有其中的產品。在傳統領域中還會發生問題:用于機床上下料的機器人，尤其是具有不受保護的機器人電纜的機器人，還將遭受腐蝕性切削液，并且導致機器人壽命以及工廠生產力降低。
[0005]將全部的線布置在機器人內部在當今是新的趨勢。但是由于有限的內部空間和大的彎曲半徑的要求，這類布線十分困難并且單個關節的工作范圍通常會受到電纜布線而不是其它機械結構的限制。
[0006]為了解決在有限空間中的布線問題，已經進行了多種嘗試，最成功的解決方案之一是使用新的材料，例如FPC。需要的空間更少和更長的壽命使得FPC成為一個優選的布線解決方案。但是由于其固有的材料特性，FPC容易在機器人的裝配和運行期間因為接觸凸起、銳邊、毛刺、翅片等而損壞。導體上的絕緣可能會被刮擦，或FPC可能會被切割，特別是當應力釋放結構不可用時。
[0007]因此，當在機器人中使用FPC時應采取保護。
[0008]為了在關節中走線，FPC通常由兩個部件組成:移動部件和固定部件。實踐中，更注重保護前者。
[0009]為了防止移動FPC被其它結構磨損，如圖1A所示，GB2164506A使用由兩個相對旋轉的構件組成的盒狀物來限制FPC的空間并且提供光滑的接觸表面。順著這個思路，在JP2009-64479和JP2012-51045中延長對FPC的移動部件的保護。通過采用這類解決方案，移動FPC可以被很好地保護。但是FPC的固定部件仍然可能在裝配期間損壞。
[0010]為了給予FPC更好的保護，DE102011051733和JP2012035372A嘗試通過將全部連接器放置在一盒狀物的兩側上來將整個FPC約束在該盒狀物內部，如圖1B所示。只有當電力線和信號線的數量有限時才可采用這個解決方案，否則將很多引腳或連接器布置在單個盒狀物上要求大的空間，并且因此對于小且緊湊的機器人來說盒狀物將太大。
[0011]鑒于以上情況，需要在本領域開發一種改進的旋轉關節和改進的布線結構。
【發明內容】
[0012]本發明的目的通過一種機器人的旋轉關節以及包括該旋轉關節的機器人實現，以便為FPC提供更好的解決方案同時不失緊湊性。
[0013]根據本發明的一方面，旋轉關節包含接線單元，接線單元中具有FPC板的主要部分。所述旋轉關節還包含固定至所述接線單元的保護單元，其中所述FPC板的端部連接至一組電纜。
[0014]根據本發明的優選的實施例，所述FPC板的所述端部固定至所述保護單元。
[0015]根據本發明的優選的實施例，所述保護單元包含相互耦接的連接構件和塑料板，所述連接構件固定至所述接線單元，所述塑料板固定至所述FPC板的所述端部。
[0016]根據本發明的優選的實施例，所述保護單元包含多個塑料板，塑料板大體上相互平行或水平，用于使多個所述FPC板的所述端部彼此分開并且能夠分別連接對應組的電纜。
[0017]根據本發明的優選的實施例，所述連接構件具有盒狀形狀且不具有上表面，能夠容納所述塑料板，并且具有在側表面上的開口，開口供所述電纜穿過。
[0018]根據本發明的優選的實施例，所述塑料板的端部為弧形形狀。
[0019]根據本發明的優選的實施例，所述保護單元還包含一個或多個螺釘和/或一個或多個卡鉤，用于將所述塑料板固定至所述連接夠件。
[0020]根據本發明的優選實施例，所述塑料板垂直于所述接線單元或向所述接線單元傾斜。
[0021]根據本發明的優選實施例，所述電纜被焊接到所述FPC板的所述端部，保護膜和/或增強膜放置于焊接有所述電纜的區域，所述保護膜和/或增強膜固定至所述塑料板。
[0022]根據本發明的優選的實施例，所述保護膜是膠類型。
[0023]根據本發明的優選的實施例，軟質或硬質的增強層在所述FPC板的一側或兩側上，所述增強層固定至所述塑料板。
[0024]根據本發明的優選的實施例，所述增強層通過黏合劑或膠帶部分地或完全地固定在所述FPC板上。
[0025]根據本發明的優選的實施例，所述保護單元還包含一個或多個夾緊件，用來將所述電纜固定到所述保護單元。
[0026]根據本發明的優選的實施例，所述保護單元還包含在所述保護單元內部的一個或多個結，用來防止所述電纜被拔出。
[0027]根據本發明的優選的實施例，所述保護單元還包含填充在所述保護單元中的熔化的黏合劑。
[0028]根據本發明的優選的實施例，所述接線單元包含可相對于彼此旋轉的第一旋轉構件和第二旋轉構件，并且所述FPC板的所述主要部分的第一部分連接至所述第一旋轉構件并且所述FPC板的所述主要部分的第二部分連接至所述第二旋轉構件。
[0029]根據本發明的優選的實施例，所述第一旋轉構件設置有孔，并且所述FPC板的所述主要部分的所述第一部分圍繞孔足夠松散地卷繞，以便允許它本身相對所述FPC板的所述主要部分的所述第二部分移動。
[0030]根據本發明的又一方面，機器人包含旋轉關節。
[0031]當結合所附附圖閱讀時，從下面具體的示例性實施例的描述中也將理解本申請的實施例的其它特征和優點，所附附圖中通過示例的方式示出了本發明的原理。
[0032]與目前的現有技術相比較，本發明的解決方案至少具有以下優點:
[0033](I)對FPC更好的保護:可以避免磨損以及FPC和機器人手臂之間的高壓擊穿。
[0034](2)易于裝配:沒有增強力將被施加到FPC上，并且FPC將不會在機器人裝配期間被銳邊、毛刺、翅片等切割。
[0035](3)節省空間:與將連接器放置在FPC盒狀物上(就像DE102011051733的解決方案)相比較，將塑料板和電纜放置在FPC盒狀物上需要少得多的空間，并且布線結構可以更加靈活和緊湊。
[0036](4)成本低:可避免使用昂貴的柔性電纜，并且可使布線結構的尺寸最小化。
【附圖說明】
[0037]參照附圖中示出的優選的示例性實施例，在下面的描述中將更纖細地講解本發明的主題，圖中:
[0038]圖1A和IB分別示出了旋轉關節中的FPC的常規保護結構；
[0039]圖2示出了根據本發明的實施例的包含多個FPC板的旋轉關節的立體圖；
[0040]圖3示出了根據本發明的實施例的接線單元和保護單元的立體圖；
[0041 ]圖4示出了根據本發明的實施例的保護單元的立體圖；
[0042]圖5示出了根據本發明的實施例的具有增強層的FPC板；
[0043]圖6示出了根據本發明的實施例的焊接至電纜的FPC板的立體圖；
[0044]圖7A示出了根據本發明的實施例的包含多個FPC板的接線單元和保護單元的立體圖；
[0045]圖7B示出了根據本發明的實施例的包含多個FPC板的接線單元和保護單元的截面圖；
[0046]圖8示出了根據本發明的實施例的包含多個FPC板的保護單元的截面圖；
[0047]圖9示出了根據本發明的實施例的塑料板的立體圖；
[0048]圖10示出了根據本發明的實施例的接線單元和保護單元的立體圖；
[0049]圖11示出了根據本發明的實施例的保護單元的立體圖；
[0050]圖12示出了根據本發明的實施例的包含多個FPC板的保護單元的立體圖。
【具體實施方式】
[0051]在下文中結合所附附圖描述本發明的示例性的實施例。為了清楚和簡明起見，說明書中沒有描述實際實施方式的全部特征。
[0052]總的來說，本申請的實施例提供一種新的旋轉關節。正如從下面的進一步討論中顯而易見的，采用一個或多個FPC板來提供接線單元，并且也提供保護單元。
[0053]FPC板通常是指安裝在柔性塑料襯底上(例如聚酰亞胺或聚酯薄膜)的電路或接線結構。一種類型的FPC板含有一個或多個印刷線，印刷線用于將電子器件或電子組件直接地或用連接器相互連接。FPC板可薄至0.1mm并且能夠被彎曲，彎曲半徑小至1mm。
[0054]在對本申請的多種實施例的通篇描述中，將省略一些類似元件的重復描述。
[0055]根據一個優選的實施例，圖2中示出了包含多個FPC板的機器人的旋轉關節，旋轉關節包含接線單元4，接線單元4中具有FPC板的主要部分12，且旋轉關節還包含固定至接線單元4的保護單元3，其中FPC板的端部11連接至一組電纜2。通過將FPC板固定至電纜來將全部FPC板轉換成傳統的電纜。通過這種方式，采用FPC可避免將線路直接布置到機器人手臂的內部，并且也不必使用昂貴的柔性電纜。
[0056]應注意的是，第一和第