一种机器人电缆

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种机器人电缆。

背景技术

机器人被广泛应用在各种领域，为满足不同领域机器人的工作需求，其中电缆部分通常也会集成不同的芯线或管线结构，由于机器人关节部位的自由度较大，电缆的布线方式以及电缆的结构设计对于电缆的长期稳定运行具有重要的影响。

为了适应机器人关节的高自由度运动，现有的机器人电缆结构通常会采用具有较高柔软性的填充材料，通过在芯线之间填充这些高柔软性材料，从而使电缆具有良好的扭转和弯曲性能，但是不可避免地，这些填料的加入使芯线的绝对位置无法改变，虽然弯曲过程中，较柔软的填料能够在应力作用下发生形变，并通过形变作用降低芯线表面受到的局部应力过大的概率，但是填料的形变作用仅限于对局部应力分散的微小形变。对于芯线本体而言，弯曲的角度基本不会发生变化，而且在弯曲的过程中，由于芯线相对电缆的绝对位置基本不会改变，沿芯线轴线方向的应力会导致金属内部出现疲劳，特别是针对用于机器人的电缆，这种疲劳现象尤为明显，当到达芯线金属的疲劳极限时，对应电缆内部断裂失效，而针对部分需要采用光纤通信的机器人电缆而言，光纤材质的低延展性使得其更加难以适应机器人的长期扭转或弯曲作用。

鉴于此，设计一种结构更加合理，从而可以在一定程度上增大电缆中芯线的弯曲半径，延长使用寿命的电缆成为目前亟待解决的技术问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种机器人电缆，旨在通过结构优化，提高电缆的使用寿命。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种机器人电缆，包括：护套层、第一芯线、隔离条和填充线，隔离条表面沿其延伸方向设有至少三个相互间隔的凹槽，护套层间隔套设在隔离条的外侧，每个凹槽靠近护套层内壁的一侧间隔设置有一个第一芯线，第一芯线与护套层内壁之间以及第一芯线与隔离条之间均填充有若干填充线，第一芯线和填充线均沿隔离条的延伸方向设置。

在一些实施方式中，凹槽为圆弧凹槽，凹槽截面的弧线半径大于第一芯线的半径，凹槽截面的弧线半径小于第一芯线的直径。

在一些实施方式中，隔离条为聚四氟乙烯材质。

在一些实施方式中，隔离条位于相邻两个凹槽之间且靠近护套层内壁的一端内侧开设有第一空腔。

在一些实施方式中，多个凹槽沿隔离条的周向阵列间隔设置。

在一些实施方式中，隔离条的轴线方向开设有第二空腔。

在一些实施方式中，还包括第二芯线，第二芯线沿隔离条的延伸方向设置在第二空腔内，第二芯线与第二空腔内壁之间间隔设置。

在一些实施方式中，填充线为聚四氟乙烯材质。

在一些实施方式中，填充线的截面为圆形。

在一些实施方式中，还包括滑动层，所述滑动层同轴套设在护套层的内侧壁表面，滑动层间隔套设在隔离条的外侧，所述滑动层为聚四氟乙烯材质。

本发明的机器人电缆相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明的机器人电缆采用隔离条对不同的第一芯线进行分隔，同时在护套层内侧，以及第一芯线和隔离条的外侧的空间设置填充线进行填充，相比常规的设置固化填充料或者柔软型固定填充料，由多根填充线组成的填充体结构能够在外部应力作用下发生局部的位置滑移，通过局部滑移可以为第一芯线提供位移空间，从而避免第一芯线弯曲部分的弯曲半径过小，降低了对第一芯线的疲劳损伤，同时由于第一芯线弯曲部分的局部滑移，第一芯线沿轴线方向的应力疲劳得到大幅度缓解，从而提升了第一芯线的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明机器人电缆的截面图；

图2为本发明机器人电缆的等轴测截面图。

图中：1-护套层、2-第一芯线、3-隔离条、4-填充线、5-第二芯线、6-滑动层、31-凹槽、32-第一空腔、33-第二空腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明实施例所属技术领域普通技术人员通常理解相同的含义。如果此部分中陈述的定义与通过引用纳入本文的所述专利、专利申请、公布的专利申请和其他出版物中陈述的定义相反或其他方面不一致，此部分中列出的定义优先与通过引用纳入本文中的定义。

如图1所示，结合图2，对本发明的机器人电缆的其中的一种示例进行说明，其包括护套层1、第一芯线2、隔离条3和填充线4，护套层1为圆柱筒体，隔离条3为拉伸体结构，隔离条3的侧面沿轴线方向开设有三个凹槽31，护套层1套设在隔离条3的外侧，在护套层1的内侧，同时位于每个凹槽31靠近护套层1的一侧位置均设置有一条第一芯线2，第一芯线2的延伸方向与隔离条3的延伸方向相同，若干填充线4并排抵持并填充在第一芯线2的外侧，填充线4填充在隔离条3与护套层1之间，填充线4的长度方向与隔离条3的延伸方向相同。

常规的机器人电缆的方案中，芯线与护套之间设置有无法被体积压缩和流动的填充物。因此，在电缆发生弯曲时，弯曲部分电缆靠近外周面的一侧的材料内部会产生拉伸作用，弯曲部分电缆靠近内周面的一侧的材料则会产生内部压缩作用。对于护套层1以及位于芯线表面的绝缘层，通常采用聚合物材质，这些材质自身具有一定的弹性，因此，在中低频率的这种拉伸或压缩作用下，可以维持材料的结构稳定性，而对于填料部分以及对于芯线内的传导体部分，这种作用力会导致内部缺陷。例如金属的反复拉伸压缩以及弯曲会导致金属内部疲劳，当到达疲劳极限，导体会断裂，而对于采用玻璃纤维等材质制备而成的光纤以及无机材料的填料部分，低频率的拉伸压缩作用即可导致缺陷产生，影响功能使用和结构强度。

上述实施例中，当电缆弯曲时，外周护套层1内的拉应力会迫使位于外周护套层1与靠近的第一芯线2之间的填充线4受到向弯曲侧的压力作用。此时，靠外侧的填充线4迫于压力向内侧挤压，内侧的填充线4收到挤压而向隔离条3和第一芯线2施压，同时外侧护套层1在内部拉应力作用下而趋向于向弯曲侧凹陷。填充线4迫于压力和护套层1的形变而朝垂直于电缆弯曲后所在平面方向进行移动，填充线4的位移使弯曲外侧第一芯线2可以向弯曲侧移动，从而增大了外侧的第一芯线2的弯曲半径，并减小了内部的拉应力。同理，内侧的第一芯线2则趋向于向弯曲外侧移动，并减小内部的压应力。而隔离条3的隔离和填充作用，使填充线4在护套层1内的相对位置保持稳定，当电缆弯曲恢复时，填充性4以及对应的第一芯线2的相对位置更容易恢复至原始位置。上述方案通过设置相互之间可以局部滑移的填充线4，使第一芯线2在电缆弯曲的过程中，能够自适应调整位置，以消除内部的拉应力或压应力，对第一芯线2起到了良好的保护作用，有利于延长使用寿命。

上述实施例中，三个凹槽31内均对应设置一个第一芯线2，三个第一芯线2可以是不同功能的芯线，也可以是相同功能的芯线，每一个第一芯线2均可以是电源线、信号线、数据线、结构线等芯线中的一种。

上述实施例中，不同的第一芯线2的尺寸可以不相同。

根据机器人的不同使用场景，第一芯线2可以为不同功能的芯线，因此，不同第一芯线2的尺寸可以不同。

上述实施例中，第一芯线2包括内部的线材和包覆在线材外侧至少一层绝缘层。

上述实施例中，填充线4的截面尺寸远小于第一芯线2的截面尺寸，在一些示范例中第一芯线2的最大直径为5-20mm，填充线4的最大直径为0.1mm-1mm。

在一些实施例中，凹槽31为圆弧凹槽，凹槽31的截面的弧线半径大于第一线芯2的半径，凹槽31截面的弧线半径小于第一线芯2的直径。

上述实施例中，凹槽31的截面的弧度不超过270°。

在一些实施例中，隔离条3为聚四氟乙烯材质。

上述实施例中，隔离条3的作用主要在于维持第一芯线2的绝对位置，同时隔离条3在电缆弯曲的过程中，也可以通过一定的自身位移或形变作用，以提高对第一芯线2的保护性。采用聚四氟乙烯材质，一方面，具有一定的柔软性和机械强度，可以在电缆的弯曲过程中进行适应性形变。同时绝缘性和化学稳定性良好，符合电缆使用的需求。另一方面，聚四氟乙烯的自润滑性良好，在电缆弯曲过程中，其与相邻的填充线4之间具有良好的滑动效果，有利于填充线4的滑移以及电缆形状的快速恢复。

在一些实施例中，隔离条3位于相邻的两个凹槽31之间且靠近护套层1内壁的一端内侧开设有第一空腔32。

上述实施例中，由于电缆的弯曲过程中，为了让第一芯线2具有良好的内应力消除效果，需要为第一芯线2的相对位置改变提供足够的空间，一方面是通过填充线4与第一芯线2之间的位置滑移实现。而由于填充线4自身为连续的线状结构，局部的滑移会对其自身造成拉伸，因此其自身的弹性拉伸变形量以及拉伸强度对于滑移量会造成限制。为了弥补滑移位置不足，通过对隔离条3的外周本体的内侧设置第一空腔32，利用第一空腔32在压力作用下压缩的方式，提供进一步的滑移空间。同时，当隔离条3采用聚四氟乙烯材质时，其自身也具有一定的弹性，第一空腔32可以在电缆弯曲复位时进行回弹，从而继续保持电缆内侧良好的填充性和结构稳定性。

上述实施例中，第一空腔32沿隔离条3延伸方向贯通设置。

由于填充线4沿隔离条3的延伸方向设置，因此，第一空腔32同样需要按照隔离条3的延伸方向贯通设置，其次，连续贯通的隔离条，可以使局部的变形更容易恢复。

上述实施例中，作为优选的示范例，第一空腔32各处的壁厚相同。

作为优选的结构示范例，第一空腔32各处壁厚相同，可以使第一空腔32各处的在受到相同压力时，形变程度保持一致，一方面有利于第一空腔32在压缩后回弹时能够尽可能恢复至原始形状，另一方面可以避免应力集中，产生损坏。

应当理解的是，上述第一空腔32的壁厚是指第一空腔32远离隔离条3主体部分的壁厚，由于第一空腔32开设在隔离条3的外周侧，因此其靠近内周侧的一端作为与隔离条3进行连接的连接部分的壁厚不在上述限制的范围内。

在一些实施例中，隔离条3的截面为圆形，多个凹槽31沿隔离条3的周向阵列间隔设置。

在一些实施例中，隔离条3的轴线方向开设有第二空腔33。

上述实施例中，第二空腔33可以进一步提高隔离条3的形变能力。

上述实施例中，作为优选的示范例，第二空腔33各处的壁厚相同。

同样的，应当理解的是，上述第二空腔33的壁厚是指第二空腔33靠近凹槽31方向的壁厚，第二空腔33靠近第一空腔32方向具有连接部，该部分壁厚不在上述限制的范围内。

在一些实施例中，还包括第二芯线5，第二芯线5沿隔离条3的延伸方向设置在第二空腔33内。第二线芯5与第二空腔33内壁之间间隔设置。

上述实施例中，第二芯线5作为结构芯线，也可以作为特定功能芯线，例如光纤线。

上述实施例中，相比常规电缆中光纤线弯折效果差的问题，第二空腔33位于隔离条3的中心部分，同时作为较优的结构示范例，隔离条3位于护套层1的中心部分，因此，当电缆弯曲的过程中，位于第二空腔33内的第二芯线2即使弯曲，其内部产生的应力作用达到最低，而且第二空腔33的截面积远大于第二芯线5的截面积时，允许第二芯线5在第二空腔33内的长度大于第二空腔33的长度，此时即使存在局部的内应力，通过长度方向的位移即可抵消该内应力，该设计对第二芯线5具有良好的保护作用。

在一些实施例中，填充线4为聚四氟乙烯材质。

上述实施例中，考虑填充线4的滑移需求，采用聚四氟乙烯材质可以极大降低填充线4的滑移难度。

在一些实施例中，填充线4的截面为圆形。

上述实施例作为优选示范例，圆形填充线4与相邻的填充线4以及与第一芯线2、护套层1、隔离条3之间的接触面积小，滑移摩擦力低。

在一些实施例中，还包括滑动层6，滑动层6同轴设置在护套层1的内侧表面，滑动层6间隔套设在隔离条3的外侧，滑动层6为聚四氟乙烯材质。

护套层1通常作为铠装结构，其与填充线4之间的摩擦作用不利于填充线4的结构稳定性，因此，设置聚四氟乙烯材质的滑动层6用于直接与填充线4接触，一方面，降低了滑移摩擦力，另一方面聚四氟乙烯材质的密封性好、柔软性强，能够满足电缆弯曲时的密封性需求和变形需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。