用于关节机构的旋转轴承装置、关节装置、布线装置和机器人装置

摘要

本发明涉及一种用于关节机构的一旋转轴承装置,一关节装置,一布线装置,和机器人装置,这些装置便便于布线,通过在一关节中心处使用的旋转轴的外圆周的一部分内沿轴向形成一凹槽,以及将预先两端连接有连接器的电缆沿轴向放置在凹槽内,使得该装置外观具有美感并能够延长导线材料的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于关节机构的旋转轴承装置、关节装置和布线装置以及机器人装置，特别是可以用在例如一种适于行走的机器人装置上。

背景技术

已经开发了一种小型的适于行走的机器人装置，其形状与人或动物相似，能够用两条或者四条可行走的腿部件走动。在这种适于行走的机器人装置的腿部件的关节机构中，例如采用了图7和8所示的一种布线装置。

图8和9所表示的是一种传统使用的关节机构51，其包含一与腿连接件52连接的腿部件53，这样，腿部件53就围绕设置在关节中心的两个垂直相交的旋转轴54和55转动。在该关节机构中，分别利用一对径向轴承56和57和局部齿轮(partial gear)58和59，使两个旋转轴54和55可旋转地与腿连接件52和腿部件53连接，其中，径向轴承是滚珠轴承或者类似物，局部齿轮58和59与旋转轴54和55的中间部分的外圆周整体形成。一轴装配件60可拆卸地装配在旋转轴54的端部54a上，其中，轴装配件60与在腿部件53侧面上的局部齿轮59的外圆周的无齿部分整体构成；轴装配件60沿轴向可拆卸地装配到旋转轴54在腿连接件52的一侧的端部54a上，并且，轴装配件60和端部54a在它们的中心利用一螺钉61可拆卸地连接，该螺钉在与轴向垂直的方向旋入。通过用与腿连接件52和腿部件53分别连接的致动器62的传动齿轮63，例如齿轮马达或者类似物，能够独立地、可旋转地驱动两个旋转轴54和55的局部齿轮58和59，将腿部件53相对于腿连接件52围绕两个旋转轴54和55在一限定的角度范围内可旋转地驱动(见图11)。

在用电缆64(作为导线材料)分别连接置入在腿连接件52和腿部件53内的一对控制回路(未示出)的电连接阶段中，图8所示的用于关节机构51的布线装置能放置电缆64，使得利用一对可拆卸地连接的连接器65和66预先将电缆64的两端与一对控制回路连接，而将设置的电缆64暴露在关节机构51的外面。

另一方面，图9至11所示的用于关节机构51的布线装置中，采用中空轴作为两个旋转轴54和55，使电缆64能穿过并沿着旋转轴54和55的中心槽67和68插入。因为在这种情况下电缆64穿过旋转轴54和55的中心槽67和68插入，螺钉61不能穿过旋转轴54的中心，而将轴装配件60与旋转轴54的端部54a连接，因此，必需用一对螺钉61将轴装配件60固紧到旋转轴54的两侧。

由于电缆64没有穿过旋转轴54和55，图8所示的布线装置使角度传感器68或者类似物，与旋转轴54(和旋转轴55)的游动端54b同轴连接，而使关节机构51成为一坚实整体，然而，电缆64暴露在关节机构51的外面，降低了外观的美感。为了给腿部件53留出一个大的活动范围，电缆64必须具有足够大的余量，由此又出现一个问题，即在腿部件53运动当中，电缆64易于与另一个部件扭绞而容易被折断。

此外，因为电缆64穿过并沿着旋转轴54和55的中心槽67和68插入，图9至11所示的布线装置不会让电缆64暴露在关节机构51的外面，然而，布线装置不能使角度传感器或者类似物与旋转轴54(和旋转轴55)的端部54b同轴连接。当一个小的关节机构51必需使用直径那样小，以至不能形成大于连接器65和66外径的中心槽67和68的旋转轴54和55时，因为连接器65和66的外径通常大于电缆64，连接器65和66不能通过中心槽67和68，因此，布线装置不能按图7所示的预先就将一对连接器65和66与采用的电缆64的两端连接，而需或者将连接器65和66焊接到电缆64的端部，或者只有电缆64直接沿着中心槽67和68穿过之后，将电缆64的端部直接与控制回路焊接，因此，使布线工作明显复杂起来。而且，因为在和沿着中心槽67、68内放置的电缆64的两端与连接器65、66等连接，电缆64的旋转就限制在中心槽67和68内，布线装置就会出现一个问题：在旋转轴54和55旋转过程中，由于电缆在中心槽67和68内的摩擦和扭绞，使电缆64容易损坏，而缩短其使用寿命。

本发明的技术方案

鉴于上述问题，为实现本发明，提出一种用于关节机构的旋转轴承装置、关节机构、布线装置，和机器人装置，其构成便于布线、改善外观的美感并延长导线材料的使用寿命。

为了解决这一问题，本发明提供了一种旋转轴承装置，其至少由一个旋转轴和一个握住旋转轴的轴承构成，其中，一凹槽在旋转轴的外圆周的一部分内、沿着旋转轴的轴向形成。

因此，该旋转轴承装置使导线材料能置于在旋转轴的外圆周的一部分内、沿轴向形成的凹槽内，以此，即使导线材料的两端连接有连接器，也能够很容易地把导线在和沿着旋转轴的凹槽内放置，而不会使导线材料暴露在关节机构外面。由于旋转轴承装置能够将即使两端连接有连接器的导线材料，很容易地在和沿着旋转轴的凹槽内放置，而不会使导线材料暴露在关节机构外面，因此，旋转轴承装置可以改善外观的美感并防止使导线材料扭绞或摩擦，从而，显著地延长电缆的使用寿命。

此外，本发明提供了一种使用一旋转轴和一握住旋转轴的轴承的关节装置，其中，在旋转轴的外圆周的一部分内、沿着旋转轴的轴向上形成一凹槽。

因此，关节机构使导线材料能置于在旋转轴的外圆周的一部分内、沿轴向形成的凹槽内，以此，即使导线材料的两端连接有连接器，也能够很容易地把导线在和沿着旋转轴的凹槽内放置，而不会将任何导线材料暴露在关节机构外面。由于关节机构能够将即使两端连接有连接器的导线材料，很容易地在和沿着旋转轴的凹槽内放置，而不会将导线材料暴露在关节装置外面，因此，关节装置可以改善外观的美感并防止使导线材料扭绞或摩擦，从而，显著地延长电缆的使用寿命。

此外，本发明提供了一种使用一旋转轴的关节装置，其中，在旋转轴的外圆周的一部分内、沿着旋转轴的轴向形成一凹槽，一导线材料在和沿着旋转轴的凹槽放置，而且，该导线材料用装配在旋转轴外圆周上的环状件定位在凹槽内。

因此，该关节装置使两端连接有连接器的导线材料，能够很容易地使导线材料放置在旋转轴的凹槽内，而不会暴露在关节机构的外面，因此，不仅通过防止导线材料被扭绞或者摩擦，而改善外观的美感和能够显著地延长使用寿命，而且通过用装配在旋转轴外圆周上的环状件，将导线材料定位在凹槽内，也能防止导线材料从凹槽中跳出来，从而，使导线材料置于一个最小的空间内，以防止在旋转轴旋转过程中，导线材料从凹槽中跳出来，从而可靠地保持导线材料的稳定性。

此外，本发明提供了一种关节装置，其采用一旋转轴和一带有用于支承旋转轴的外圆周的内环的轴承，其中，在旋转轴的外圆周的一部分内、沿着旋转轴的轴向形成一凹槽，一导线材料在和沿着旋转轴的凹槽放置，并且该导线材料用装配在旋转轴的外圆周上的轴承的内环定位在凹槽内。

因此，这种关节装置使轴承特别具有防止导线材料从旋转轴的凹槽内跳出的功能，并能够减少部件的数量和组装步数。此外，关节装置使防止导线材料从凹槽跳出的轴承的内环与旋转轴一起旋转，因而，在旋转轴旋转的过程中利用内环能够防止出现导线材料被扭绞和摩擦的危险，且能够显著地延长导线材料的使用寿命。

此外，本发明提供了一种关节装置，其采用一旋转轴，并且其构成使沿旋转轴的轴向能放置导线材料，该导线材料带有一对与其两端相连接的连接器，其中，在旋转轴的外圆周的一部分内、沿着旋转轴的轴向形成一凹槽，在导线材料的其中一个连接器穿过环状件的中心孔插入的情况下，将导线材料沿旋转轴的凹槽放置，并且利用装配在旋转轴的外圆周上的环状件，将导线材料定位在凹槽内。

因此，在连接器预先与导线材料两端连接只要连接器的大小可以穿过环状件的中心孔插入的情况下，关节装置能使导线材料很容易地放置在凹槽内，该凹槽在旋转轴的外圆周的一部分内、沿轴向形成。因此，使用该关节装置，能够在放置导线材料之后，省去将连接器连接到导线材料的端部的冗长的操作步骤，从而，使布线工作非常方便。

此外，本发明提供一种用于关节机构的布线装置，其采用：旋转轴，一在旋转轴的端部形成的齿轮，以及一用于支承旋转轴的外圆周的轴承内环，其中，L形凹槽的构成是：一第一凹槽，其在旋转轴的外圆周的一部分内、沿旋转轴的轴向形成；一第二凹槽，其沿径向形成，与第一凹槽的端部连通并其范围为从齿轮的侧表面到齿轮的外圆周，一导线材料在和沿着L形凹槽放置，同时，导线材料用装配在旋转轴外圆周上的轴承的内环定位在L形凹槽内。

因此，这种用于关节机构的布线装置，能将导线材料放在一个最小的空间内，并且，使轴承的内环与旋转轴一起旋转，该内环能够防止导线材料从L形凹槽中跳出，因而，在旋转轴旋转过程中，利用内环就能够防止将导线材料摩擦和损坏，从而显著地延长导线材料的使用寿命。因为该用于关节机构的布线装置，仅需在旋转轴的外圆周的一部分内形成外凹槽，而不必使用具有低强度的中空轴作为旋转轴，因此，用于关节机构的布线装置能为旋转轴保留足够的强度并得到耐用的关节机构。因为导线材料没有通过旋转轴的中心插入，一角度传感器或者类似物就可以与旋转轴的端部同轴连接，因而，能够形成紧凑的关节机构。

此外，本发明提供了一种机器人装置，其在一身体关节部分中采用了权利要求1或2所述的旋转轴承装置，权利要求3、4、5、6或7所述的关节装置，或者权利要求8、9或10所述的用于关节机构的布线装置。

因此，该机器人装置带有不会暴露在腿部件的关节外面的导线材料，从而改善外观的美感，使关节紧凑，并且实现显著地小型化设计结构。

附图说明

图1是表示采用本发明的用于关节机构的布线装置的原理的透视图；

图2是表示图1的分解透视图；

图3是说明凹槽形状示例的旋转轴的剪切断面图；

图4是表示一实施例中的主要部件的透视图，其中，本发明应用于适于行走的机器人装置的腿部件的关节机构的布线装置。

图5是表示图4的前视图；

图6是表示图4所示的用于适于行走的机器人装置的腿部件整体的关节机构的布线装置的局部断开的侧视图；

图7是表示图4所示的适于行走的机器人装置的侧视图；

图8是表示一种传统的用于关节机构的布线装置的示例的局部断开侧视图；

图9是表示一种传统的用于关节机构的布线装置的另一示例的局部断开的侧视图；

图10是表示图9的主要部件的透视图；

图11是表示图10的前视图。

本发明的优选实施例

下面，参照附图，对本发明的实施例进行详细的说明。

首先，图7表示作为机器人装置的示例的一小型适于行走的机器人装置，该适于行走的机器人装置1的外形是模仿一四只脚的动物，例如一只狗或者一只猫，其具有一头部件3，该头部件利用一颈关节4安装在一身体部件2的前端上，从而使头部件可以在上和下以及左和右两个方向上转动。总共四条行走的腿部件5和着地腿部件6，与在身体部件2的右和左两侧面上的两部分连接。每个腿部件5由一上腿部件5a和一下腿件5b构成，每个上腿部件5a用一肩部关节7与身体部件2的侧表面连接，因而可以在前-后以及左-右两个方向上转动。每个下腿件5b的上端，利用一膝部关节8与每个上部腿部件5a的下端连接，因而每个下腿部件可以在前-后方向内转动，同时，每个脚部件6，利用一脚踝关节9与每个下腿件5b的下端连接，从而，每个脚部件可以在上-下方向内转动。

最好每个脚踝关节9是不带有致动器(驱动机构)自由地旋转的结构，因而，可以将致动器分别置入在其它关节内，即颈部关节4，每个肩部关节7和每个膝部关节8内。因此，机器人装置1的结构不仅可以使头部件3相对于身体2围绕颈关节4在上-下以及左-右两个方向内摆动，而且如图6所示，机器人装置自身的前进和后退的走动，同时身体部件2用四个腿部件中的上腿部件5a和下腿件5b进行走动，或者这些腿部件在前-后方向围绕每个肩关节7和每个脚踝关节8运动。此外，机器人装置1能够在右-左方向围绕肩关节7使四个腿部件5中的一个摆动。

在图1至3所表示的本发明中用于关节机构11的布线装置的原理中，一凹槽13在旋转轴12的外圆周的一部分内形成，该旋转轴用在沿着旋转轴12的轴向的关节中心处。一对连接器15和16预先与作为导线材料示例的例如电缆14的两端连接。作为旋转轴12的轴承使用的是一径向轴承17，例如一滚珠轴承，其使用插在内环17a和外环17b之间的多个转动体17c。此外，凹槽13可以采用不同的形状，例如采用图3A所示的U形槽13a，图3B所示的V形槽13b和图3C表示的与相对旋转轴12的外圆周的切线方向平行的一平切表面13c，而且，凹槽13可以在与旋转轴12的中心平行的方向上或者沿着旋转轴12的外圆周形成放射形状。

在图2所示的布线阶段，首先使电缆14穿过在径向轴承17的内环17a内部的中心槽17d插入，从而使在电缆14两端的连接器15和16中的任何一个，通过中心槽17d。然后，如图1所示，电缆14在和沿着旋转轴12的外圆周的凹槽13的轴向放置，径向轴承17的内环17a压配在旋转轴12的外圆周上。通过用一支承件(未示出)支承径向轴承17的外环17b，可旋转地设置旋转轴12。

用于关节机构11的布线装置，使径向轴承17的中心槽17d其构成的直径等于或大于旋转轴12的直径，因而，能够很容易地使在电缆14两端的连接器15和16通过中心槽17d。因为在电缆14穿过径向轴承17插入之后，电缆14可以很容易地装配和放置在旋转轴12的外圆周的凹槽内，因而，用于关节机构11的布线装置，能够很容易地将两端预先连接有连接器15和16的电缆14相当简单地沿着旋转轴12的凹槽13放置。而且，在电缆14已放置在旋转轴内之后，当径向轴承17的内环17a压配在旋转轴12的外圆周上时，因为内环17a与旋转轴12和电缆14一起旋转，所以，布线装置能够防止电缆14从带有内环17d的凹槽13中跳出。因此，布线装置能够将电缆14沿着最小的空间放置，同时能够将电缆14隐藏在旋转轴12内，而不会使电缆14暴露在关节机构11的外面。此外，因为旋转轴12无需使用中空轴，而只需要在旋转轴的外圆周的一部分内形成凹槽13，因此，布线装置能够使旋转轴12的强度比中空轴的强度显著地增强。

另外，用于防止电缆14从旋转轴12的凹槽13内跳出的装置，不仅仅局限于径向轴承17，也可以是其它的装配在旋转轴12的外圆周上的轴套、齿轮或者其它型式的环状件。

参照附图4至6说明本发明中用于关节机构的布线装置的结构，本发明应用于图6所示的适于行走的机器人装置1的腿部件5的肩关节7的一部分，一关节机构21包含：一腿部件5的上腿部件5a，其与腿连接件22连接，该腿连接件与适于行走的机器人装置1的身体部件2连接，从而，上腿部件可以围绕设置在关节中心且垂直地相交的两个旋转轴23和24旋转。在这种情况下，分别利用一对例如是滚珠轴承的径向轴承25和26和两个分别啮合的局部齿轮27和28，两个旋转轴23和24可旋转地与腿连接件22和上腿部件5a连接，其中局部齿轮与旋转轴23和24的中间部分的外圆周整体形成。一轴装配部件29可拆卸地装配在旋转轴23的端部23a上面，其中，轴装配部件29与在上腿部件5a的侧面上作为局部齿轮28的外圆周一部分的无齿部分整体形成，该旋转轴的端部在沿轴向腿连接件22的一侧上，同时，这些轴组装部件29和端部23a的中心利用一螺钉30可拆卸地连接，该螺钉在与轴向垂直的方向旋入。通过用一致动器31(例如一带齿轮的马达，其分别与腿连接件22和上腿部件5a连接)的传动齿轮32独立地可旋转地驱动两个旋转轴23和24的局部齿轮27和28，使所构成的上腿部件5a相对于腿连接件22在一限定的角度内围绕两个旋转轴23和24可旋转地驱动。

在用于关节机构21的布线装置中，第一凹槽33和34沿着这些旋转轴的轴向形成在两个旋转轴23和24的外圆周的一部分内，第二凹槽35形成在腿连接件22的侧面上的局部齿轮27的侧表面内，从而该第二凹槽呈一放射形状，其与第一凹槽33的端部连通，并其范围延伸到局部齿轮27的外圆周，因此，第一凹槽33和第二凹槽35整体形成一个L形。另外，这些第一凹槽33，34和第二凹槽35，都可以形成图3A到3C所示的U形槽13a、V形槽13b、平截表面13c或者类似形状的槽。一对连接器37，预先与作为导线材料的电缆36的两端连接，电缆36在和沿着两个旋转轴23、24和局部齿轮27的第一凹槽33、34和第二凹槽35放置，而且，在电缆36的两端的一对连接器37和38，与分别置入在腿连接件22和上腿部件5a内的一对控制回路(未示出)可拆卸地连接，因而，一对控制回路通过电缆36电连接。

在这种情况下，参照图1和2所示的布线装置的原理所介绍的，电缆36两端的任何一个连接器37和38其构成，都能够通过径向轴承25和26的内环25a和26a的中心孔25d和26d，其中，径向轴承被压配在两个旋转轴23和24的凹槽33和34的上面，并且，通过将电缆36穿过中心孔25d和26d插入，电缆36在和沿着两个旋转轴23和24的凹槽33、34和35放置。径向轴承25和26的内环25a和26a压配在两个旋转轴23和24的凹槽33和34上，外环25b和26b压配或者设置在腿连接件22和上腿部件5a的轴承安装孔39内，因此，两个旋转轴23和24与腿连接件22和上腿部件5a可旋转地连接。

因此，布线装置能够很容易地使两端预先连接有一对连接器37和38的电缆36在和沿着凹槽33、34和35放置，凹槽33、34和35在两个旋转轴23、24的外表面和局部齿轮27的侧表面内。布线装置用径向轴承25和26的内环25a和25b，能够防止电缆36从凹槽33和34内跳出，并且可以使电缆36放在一个最小的空间内，同时将电缆36隐藏在旋转轴23和24内。而且，如图5所示，当旋转轴23在限定的角度内顺时针和逆时针旋转时，放在凹槽33和35内的电缆36围绕旋转轴23的中心与旋转轴23、径向轴承25的内环25a和局部齿轮27一起旋转，因此，尽管会出现一些电缆36两端扭绞的情况，布线装置也能够彻底地防止由于与旋转轴23、内环25a或者局部齿轮27的摩擦而使电缆36损坏的情况，也能够显著地延长电缆36的使用寿命。

如图6所示，因为旋转轴23和24无需是中空轴，仅需要在它们的外圆周上形成凹槽33和34，因此，旋转轴23和24具有足够的强度，并且能够将角度传感器40或者类似物同心地安装在旋转轴23(和旋转轴24)的游动端23a处，而形成紧凑的连接结构21。

如图5所示，因为电缆36被拉到局部齿轮27的外圆周的外面，当局部齿轮27在限定角度内顺时针和逆时针转动时，电缆36就会在局部齿轮27和连接器37之间的一个宽大空间内摆动，因而容易围绕其它的机械部件扭绞。

因此，布线装置将拉到局部齿轮27的外圆周外面的电缆36保持在某一形状，即用一作为弯曲形保持装置的管材41，预先使电缆沿着局部齿轮27的外圆周弯曲。当电缆36如上所述，沿着局部齿轮27的外圆周保持某一弯曲的形状时，在局部齿轮7沿顺时针和逆时针旋转时，电缆36就可以沿着局部齿轮27的外圆周、在一个最小的空间内运动，因而，通过减少电缆36的运动空间，布线装置就能防止出现电缆围绕其它机械部件扭绞的危险，以确保安全性并节省布线装置的空间。此外，使用的管材41可以是一种金属材料，例如铝，一种热塑合成树脂材料例如氯乙烯或者其它类似物。

通过上面对本发明实施例的描述可知，本发明不仅仅局限于上述的实施例，可以在本发明技术构思的基础上进行各种形式的改进。

工业实用性

本发明可以应用于适于行走的机器人装置的关节机构的布线装置。