CN105538299A - 机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机器人,即使使可动部件移动也能够使特性阻抗匹配。本发明的机器人是具备第一部件和以能够移动的方式设置于上述第一部件的第二部件的机器人,具备:连接布线,其配置于上述第一部件;以及布线基板,其具有与上述连接布线连接的基板上布线,且是与相对于上述第一部件的上述第二部件的移动对应地变形的挠性印刷电路基板,上述连接布线的特性阻抗包含在与上述布线基板的变形对应的上述基板上布线的特性阻抗的变化范围内。
Description
技术领域
本发明涉及机器人。
背景技术
已知有机器人的臂内的布线使用挠性印刷电路基板的技术(参照专利文献1)。另外,已知有使挠性印刷电路基板上的布线的特性阻抗与和该布线连接的被覆布线的特性阻抗匹配的技术(参照专利文献2)。
专利文献1:日本特开2010-214530号公报
专利文献2:日本特开2008-210839号公报
然而,存在即使在可动部件移动到某个位置的状态下使特性阻抗匹配,若可动部件移动到其它的位置则挠性印刷电路基板变形而特性阻抗不匹配这样的问题。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题而创造的,目的在于提供即使使可动部件移动也能够使特性阻抗匹配的机器人。
为了实现上述目的本发明的机器人具备:第一部件;以及第二部件,其以能够移动的方式设置于第一部件,并且具备:连接布线,其配置在第一部件;以及布线基板,其具有与连接布线连接的基板上布线,且是与相对于第一部件的第二部件的移动对应地变形的挠性印刷电路基板。另外,构成为连接布线的特性阻抗包含在与布线基板的变形对应的基板上布线的特性阻抗的变化范围内。这样,由于构成为连接布线的特性阻抗包含在基板上布线的特性阻抗的变化范围内,所以即使使第二部件相对于第一部件移动也能够使特性阻抗匹配。
由于布线基板是能够变形的挠性印刷电路基板,所以能够允许相对于第一部件的第二部件的移动。所谓的基板上布线是形成在布线基板上的布线,只要是形成在布线基板的面方向的布线即可,严格来说也可以不形成在布线基板的表面。例如,也可以基板上布线被保护膜覆盖。连接布线只要是至少未形成在布线基板上的布线即可,可以是被绝缘体覆盖的电缆,也可以是形成在布线基板以外的基板上的布线。
另外,也可以连接布线的特性阻抗与变化范围的中心值的差的绝对值在变化范围的整个宽度的25%以下。这里,基板上布线的特性阻抗可以说以变化范围的中心值为中心增加或者减少。因此,连接布线的特性阻抗越接近基板上布线的特性阻抗的变化范围的中心值,越能够使基板上布线的特性阻抗在连接布线的特性阻抗的附近变化。特别是,通过将连接布线的特性阻抗与变化范围的中心值的差的绝对值抑制在变化范围的整个宽度的25%以下,能够可靠地使基板上布线的特性阻抗在连接布线的特性阻抗的附近变化。
这里,所谓的变化范围的中心值可以是变化范围的上限值与下限值的平均值,也可以是对基板上布线的特性阻抗进行多次取样的情况下的众数,也可以是第二部件移动到相对于第一部件的移动范围的中心位置时的基板上布线的特性阻抗。
并且,也可以连接布线的特性阻抗与变化范围的中心值相等。由此,能够更可靠地使基板上布线的特性阻抗在连接布线的特性阻抗的附近变化。
另外,也可以基板上布线的特性阻抗的变化范围包含在以包含连接布线的特性阻抗的方式设定的允许范围内。由此,能够使连接布线的特性阻抗在基板上布线的特性阻抗的允许范围内变化。允许范围是基板上布线的特性阻抗的变化能够允许的设计上的范围,是包含连接布线的特性阻抗的允许范围。因此,能够使连接布线的特性阻抗与基板上布线的特性阻抗匹配。
并且,也可以具备有屏蔽基板,该屏蔽基板是具有导体的挠性印刷电路基板,且从厚度方向观察,导体以与布线基板重叠的方式配置。这样,布线基板与屏蔽基板的导体重叠,从而能够使距离基板上布线最近的导体为屏蔽基板的导体,能够通过布线基板与屏蔽基板的距离来管理基板上布线的特性阻抗。并且,通过屏蔽基板的屏蔽效果,能够防止噪声从基板上布线向外部泄漏,并且能够防止噪声从外部混入基板上布线。此外,既可以在厚度方向上仅在布线基板的一侧具备屏蔽基板,也可以通过两块屏蔽基板在厚度方向上夹住布线基板。
另外,也可以在布线基板与屏蔽基板之间夹持隔离物。由此,能够在隔离物的厚度以上管理布线基板与屏蔽基板的距离。由此,能够抑制布线基板与屏蔽基板之间的距离的变化量,能够减小基板上布线的特性阻抗的变化范围的宽度。
并且,也可以屏蔽基板的导体与接地线连接。由此,即使不设置专用的接地线,也能够对第一部件和第二部件供给接地电位。
另外,也可以若从布线基板的宽度方向观察,则布线基板形成为螺旋状。通过使布线基板为螺旋状,能够通过螺旋的卷径的变化,允许布线基板的两端的相对位置的变化。另外,能够将布线基板的变形限制在螺旋的卷径的变化,所以能够抑制与该布线基板的变形对应的基板上布线的特性阻抗的变化。
这里,由于基板上布线具有特性阻抗的变化范围,所以也可能产生连接布线的特性阻抗与基板上布线的特性阻抗不一致的状态。因此,也可以连接布线与基板上布线经由衰减器连接。由此,即使在连接布线的特性阻抗与基板上布线的特性阻抗不一致的状态下,也能够防止电流在连接布线与基板上布线之间反射。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的机器人系统的主视图。
图2(2A)、(2B)是透视了臂的前端部分的内部的立体图。
图3是基板束的立体图。
图4(4A)~(4D)是表示基板上布线与导体的位置关系的示意图。
图5(5A)是基板束的立体图,(5B)~(5D)是基板束的说明图。
图6(6A)是表示基板间距离与特性阻抗的关系的曲线图,(6B)、(6C)是表示旋转角度与特性阻抗的关系的曲线图,(6D)是基板束的折线的示意图。
图7(7A)是特性阻抗的测定方法的说明图,(7B)是电压的曲线图,(7C)、(7D)是基板束的说明图,(7E)是表示旋转角度与特性阻抗的关系的曲线图。
具体实施方式
以下,参照附图按以下的顺序对本发明的实施方式进行说明。此外,在各图中在对应的构成部件附加有同一符号,并省略重复的说明。
(1)整体构成:
(2)臂的前端部分的构成:
(3)传输路径的构成:
(4)特性阻抗的测定方法:
(5)其他的实施方式:
(1)整体构成:
图1是本发明的一实施方式所涉及的机器人系统1的主视图。机器人系统1具备机器人9和控制装置40。控制装置40以能够通信的方式与机器人9连接。该连接例如按照以太网(注册商标)、USB(UniversalSerialBus:通用串行总线)等有线通信标准、Wi-Fi(注册商标)等无线通信标准。机器人9具备拍摄部10、手单元20a、20b、以及躯干单元30。即,机器人9是具备两个手单元20a、20b的双臂机器人。
机器人9从控制装置40获取控制信号,并基于获取到的控制信号对工件进行规定的作业。所谓的规定的作业例如是通过手单元20把持工件,并使所把持的工件从当前设置的位置移动到其他的位置,或者在使其移动后与其它的装置进行组装等作业。
拍摄部10设置在躯干单元30的上部。拍摄部10例如由分别具备了镜头和CCD(ChargeCoupledDevice:电荷耦合元件)、CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor:互补金属氧化物半导体)等拍摄元件的照相机11a、11b构成。拍摄部10拍摄放置于作业台等的工件、被手单元20把持的状态的工件,并通过通信将拍摄到的工件的图像输出给控制装置40。此外,机器人9也可以不具备拍摄部10,也可以能够与相当于拍摄部10的外部的拍摄装置进行通信。
手单元20与躯干单元30的上部的两个位置连结。手单元20具备至少具备三轴的连杆的臂21、和以单轴的自由度与臂21的前端部连结的手22。手单元20的各轴被未图示的促动器驱动。本实施方式的手22具备把持工件的多个手指222、和以能够驱动的方式与该手指222连结的掌部221。
在躯干单元30具备有控制基板31,在控制基板31从控制装置40输入有控制信号。控制基板31具备基于来自控制装置40的控制信号以及来自安装于各轴的促动器的编码器的角度信号来生成用于使手单元20所具备的各轴的促动器驱动的驱动信号的电路。并且,控制基板31具备用于向手22发送接收手控制信号的通信电路。另外,在控制基板31供给有从未图示的工业电源生成的电源,并且输入有作为机器人9的壳体的电位的FG(FrameGround:机架地线)电位。传输路径A被从控制基板31抽出,且传输路径A到达臂21的前端。
传输路径A包括传输用于使手单元20所具备的各轴的促动器驱动的驱动信号、来自安装于各轴的促动器的编码器的角度信号、以及向手22的手控制信号的信号线。并且,传输路径A包括用于传输电源的电源线、和与机器人9的壳体同电位的FG线。另外,传输路径A的前端与手22所具备的控制电路连接。由此,能够对控制手22的各可动部的控制电路供给手控制信号、FG电位、电源。并且,传输路径A在臂21的中途分支,并与使臂21所具备的各轴的促动器驱动的驱动电路以及编码器连接。由此,能够对使臂21所具备的各轴的促动器驱动的驱动电路供给驱动信号、FG电位、电源,能够获取来自编码器的角度信号。也可以在左右的手单元20a、20b的每一个分别具备控制基板31。
(2)臂的前端部分的构成:
图2A、2B是透视了臂21的前端部分的内部的立体图。臂21的前端部分具有第一部件23和第二部件24。在第二部件24的前端能够以能够旋转的方式连结手22。第二部件24以能够移动的方式设置于第一部件23。具体而言,第二部件24以能够旋转移动的方式与第一部件23连结。
首先,对用于第二部件24相对于第一部件23旋转移动的构成进行说明。如图2A所示,第一部件23与第二部件24经由圆柱状的旋转轴242连结。旋转轴242从第二部件24突出,且旋转轴242被形成于第一部件23的贯通孔(未图示)支承。在旋转轴242接合有圆柱状的从动带轮237a。通过从动带轮237a旋转,能够使从动带轮237a接合的旋转轴242旋转,从而使第二部件24旋转移动。
用于使从动带轮237a旋转的动力由马达236生成。马达236接受通过传输路径A传输的电源和驱动信号的供给来进行驱动。在马达236的驱动轴接合有圆柱状的驱动带轮237b,驱动带轮237b与从动带轮237a通过轮带239a连结。由此,能够通过马达236的动力使从动带轮237a驱动。以与轮带239a接触的方式具备了带轮239b,通过带轮239b适度地调整轮带239a的张力。
(3)传输路径的构成:
接下来,对传输路径A中连接第一部件23与第二部件24之间的部分进行说明。如上述那样,第二部件24相对于第一部件23旋转移动,以能够允许该旋转移动的方式构成传输路径A。图2B示出从图2A的相反的一侧观察第一部件23以及第二部件24的状态。在第二部件24的侧面形成有圆形的贯通孔24a,第一部件23的内部空间与第二部件24的内部空间经由贯通孔24a连通。在第一部件23设置有大致圆柱状的卷芯23a,卷芯23a经由贯通孔24a插入第二部件24的内部空间。卷芯23a的剖面与旋转轴242的剖面构成同心圆。通过在直径方向对卷芯23a开槽从而形成了槽23a1,在槽23a1插入基板束F。基板束F是挠性印刷电路基板的束,对于详细后述。
在第一部件23的内部收纳有连接基板231,在该连接基板231安装有连接器233。在连接器233连接有连接布线K的端子。连接布线K是导体被绝缘体覆盖的电缆,也可以是出售的LAN(LocalAreaNetwork:局域网)电缆等。连接布线K是从在躯干单元30侧与第一部件23连结的臂部件25导出的电缆,构成传输路径A的一部分。在连接基板231安装有多个连接器232,在连接器232连接构成基板束F的各挠性印刷电路基板的端子。在连接基板231形成有连接连接布线K的连接器233、和基板束F的连接器232的图案(未图示),在连接器233与连接器232之间形成有构成衰减器的连接电路234。连接电路234只要是在连接布线K与基板束F之间进行阻抗匹配的电路即可,例如也可以是将多个电阻(未图示)连接为T型、π型的电路。
接下来,对基板束F的详细进行说明。图3是表示基板束F的构成的立体图。基板束F通过在厚度方向上重叠多个挠性印刷电路基板来形成。在构成基板束F的挠性印刷电路基板包含有布线基板W和屏蔽基板S。挠性印刷电路基板是具有可挠性的印刷电路基板,例如也可以是通过有选择地对形成在基材上的整个面的铜箔进行蚀刻来形成图案的基板。另外,本实施方式的挠性印刷电路基板是单侧单层的印刷电路基板。在基板束F中,包括比该基板束F的配置位置靠臂21的前端侧的各促动器的驱动所需要的数目的布线基板W,并以从纸面上下夹持各布线基板W的方式重叠屏蔽基板S。并且,在布线基板W与屏蔽基板S之间各夹着一块规定的厚度U的隔离物I。
布线基板W具有高频信号线H、低频信号线L、以及电源线P来作为基板上布线B。因此,作为基板上布线B的高频信号线H和低频信号线L经由衰减器(连接电路234)以及连接器232、233与连接布线K连接,作为基板上布线B的电源线P经由连接器232、233与连接布线K连接。高频信号线H、低频信号线L、以及电源线P是向布线方向延伸的直线状的图案。布线方向是指基板束F的长度方向,基板束F的宽度方向是指与布线方向以及基板束F的厚度方向正交的正交方向。高频信号线H以及低频信号线L是传输用于驱动比第二部件24靠臂21的前端侧所具备的促动器的信号的基板上布线B。电源线P是传输向比第二部件24靠臂21的前端侧所具备的促动器等供给的电力的基板上布线B。对于被高频信号线H、低频信号线L、以及电源线P传输的信号(电流)的频率来说,高频信号线H最大,电源线P最小。
高频信号线H也可以是以规定的比特率生成的数字通信信号,低频信号线L也可以是以比高频信号线H低的比特率生成的数字通信信号。另外,高频信号线H和低频信号线L也可以分别是由两条线构成的差动信号线。在电源线P流通的电流可以是交流电流(交流电源),也可以是频率为0的直流电流(直流电源)。此外,被高频信号线H和低频信号线L传输的信号并不限定于单纯的数字通信信号。例如,也可以是由高频载波调制后的RF(RadioFrequency:射频)信号、模拟信号、进行了PWM(pulsewidthmodulation:脉冲宽度调制)调制的信号等。另外,在比特率、载波频率可变的情况下,将可变的频带的平均值、最大值、最小值视为调制信号的频率即可。在本实施方式中,在高频信号线H传输手控制信号,在低频信号线L传输编码器信号。这里,由基板上布线B传输电信号、电力意味着电流流过基板上布线B。
屏蔽基板S是在整个面方向上形成了一样的厚度的导体C的挠性印刷电路基板。即,具备是具有导体C的挠性印刷电路基板,且从厚度方向观察,导体C以与布线基板W重合的方式配置的屏蔽基板S。屏蔽基板S的导体C经由连接布线K等,与控制基板31中的FG电位的端子电连接。即,屏蔽基板S的导体C与接地线连接。
隔离物I是由一样的厚度U的绝缘体形成的具有可挠性的部件。布线基板W、屏蔽基板S、以及隔离物I的宽度相同,并以宽度方向的端部对齐的方式重叠。但是,在基板束F中,布线基板W、屏蔽基板S、以及隔离物I并不通过粘合等而相互固定。即,布线基板W、屏蔽基板S、以及隔离物I之间的厚度方向的距离可变,布线基板W、屏蔽基板S、以及隔离物I能够在宽度方向上偏移。
接下来,对布线方向的正交方向(基板束F的宽度方向)上的布线基板W的基板上布线B与屏蔽基板S的位置关系进行说明。图4A~图4C是从布线方向观察基板束F的示意图。如图4A~图4C所示,在布线方向的正交方向上,从纸面左侧开始电源线P、高频信号线H、以及低频信号线L依次排列地配置。另外,在布线方向的正交方向上,布线基板W、屏蔽基板S、以及隔离物I以屏蔽基板S(导体C)的导体端E与布线基板W和隔离物I的端的位置一致的方式重叠。另外,从纸面左侧开始,将从屏蔽基板S的导体C的导体端E到电源线P的距离设为空白距离T1,将从电源线P到高频信号线H的距离设为线间距离T2,将从高频信号线H到低频信号线L的距离设为线间距离T2,并将从低频信号线L到屏蔽基板S的导体C的导体端E的距离设为空白距离T1。即,在本实施方式中,高频信号线H位于基板束F的宽度方向的中心线上,并且,在关于该中心线对称的位置存在电源线P和低频信号线L。如以上那样,在布线方向的正交方向上配置电源线P、高频信号线H、以及低频信号线L,从而以下说明的距离的关系成立。
在图4A中,将导体C的纸面右端视为第一导体端E1。在该情况下,如图4A所示,在布线方向的正交方向(基板束F的宽度方向)上,作为导体C的一个端部(纸面右端)的第一导体端E1、作为第一基板上布线B1的高频信号线H、作为第二基板上布线B2的电源线P、以及作为导体C的另一个端部(纸面左端)的第二导体端E2从纸面右侧开始依次排列。这里,在布线方向的正交方向(基板束F的宽度方向)上,从第二导体端E2到作为第二基板上布线B2的电源线P的距离D22=T1比从第一导体端E1到作为第一基板上布线B1的高频信号线H的距离D11=T1+T2小。
在图4B中,将导体C的纸面左端视为第一导体端E1。在该情况下,如图4B所示,在布线方向的正交方向(基板束F的宽度方向)上,作为导体C的一个端部(纸面左端)的第一导体端E1、作为第一基板上布线B1的高频信号线H、作为第二基板上布线B2的低频信号线L、以及作为导体C的另一个端部(纸面右端)的第二导体端E2从纸面左侧开始依次排列。这里,在布线方向的正交方向(基板束F的宽度方向)上,从第二导体端E2到作为第二基板上布线B2的低频信号线L的距离D22=T1比从第一导体端E1到作为第一基板上布线B1的高频信号线H的距离D11=T1+T2小。
另外,若将在高频信号线H传输的电流的频率设为第一频率,将在低频信号线L传输的电流的频率设为第二频率,并将在电源线P传输的电流的频率设为第三频率,则第二频率和第三频率均比第一频率小。即,布线基板W具有作为比第一频率小的频率的第三频率的电流流通的作为第三基板上布线B3的电源线P。因此,如图4C所示,在布线方向的正交方向(基板束F的宽度方向)上,作为第一基板上布线B1的高频信号线H位于作为第二基板上布线B2的低频信号线L与作为第三基板上布线B3的电源线P之间。
图5A是表示基板束F的形状的立体图。图5A是放大了图2B的卷芯23a附近的图。如图5A所示,基板束F以形成相对于第一导体端E1和第二导体端E2的方向45°的角度的折线F1的方式折弯。即,布线基板W和屏蔽基板S被不与第一导体端E1和第二导体端E2的方向正交的方向的折线F1折弯。通过折弯基板束F,能够将基板束F插入卷芯23a的槽23a1并进行限制,并且能够使布线基板W的布线方向变化90°。这样,通过折弯基板束F,能够使布线方向变化,能够提高基板束F的配置自由度。从槽23a1向卷芯23a的轴方向导出的基板束F以形成相对于第一导体端E1和第二导体端E2的方向正交的折线F2的方式折弯。另一方面,从槽23a1向卷芯23a的直径方向导出的基板束F在卷芯23a的侧面缠绕,电流的布线方向成为卷芯23a的剖面的圆周方向。
图5B~5D是基板束F的说明图。如图5B~5D所示,基板束F针对卷芯23a以纸面逆时针的方式缠绕。若从与布线方向以及布线基板W的厚度方向正交的正交方向观察,则布线基板W和屏蔽基板S形成为螺旋状。这样,通过使基板束F成为螺旋状,即使形成布线方向较长的基板束F,也能够紧凑地配置基板束F。缠绕于卷芯23a的基板束F朝向设置于第二部件24的固定点243导出,且基板束F固定于该固定点243。若使第二部件24相对于第一部件23旋转移动,则卷芯23a不旋转,而固定点243在以卷芯23a为中心的圆弧轨道上移动。图5B示出了在可动范围内第二部件24最大地向纸面逆时针方向旋转的状态,将此时的固定点243的旋转角度θ定义为0°。图5D示出了在可动范围内第二部件24最大地向纸面顺时针方向旋转的状态,将此时的固定点243的旋转角度θ定义为θmax。图5C示出了在可动范围内第二部件24旋转至中间点的状态,将此时的固定点243的旋转角度θ定义为θmid=θmax/2。
如图5B~5D所示,固定点243的旋转角度θ越小,固定点243越向缠绕方向(纸面逆时针)移动,螺旋状的基板束F越被勒紧。即,布线基板W与相对于第一部件23的第二部件24的移动(旋转角度θ的减少)对应地以减小卷径的方式变形。并且,固定点243的旋转角度θ越小,螺旋状的基板束F的构成部件间的厚度方向的距离越小,布线基板W与屏蔽基板S之间的厚度方向的距离(以下,称为基板间距离Y)也越小。但是,基板间距离Y不可能为隔离物I的厚度U以下。
相反地,固定点243的旋转角度θ越大,固定点243越向缠绕方向(纸面逆时针)的相反方向移动,螺旋状的基板束F的勒紧越被缓和。因此,固定点243的旋转角度θ越大,螺旋状的基板束F的构成部件间的距离越大,基板间距离Y也越大。
图6A是表示高频信号线H的特性阻抗与基板间距离Y的关系的曲线图。图6A的纵轴表示高频信号线H的特性阻抗Z0,横轴表示基板间距离Y(参照图4A~4C)。如图6A所示,特性阻抗Z0具有基板间距离Y越大而其越大,并且,基板间距离Y越大倾斜越小的性质。即,特性阻抗Z0越在基板间距离Y较小的范围,与基板间距离Y的变化对应的变化量越大。这里,由于基板间距离Y不可能为隔离物I的厚度U以下,所以特性阻抗Z0仅在与隔离物I的厚度U以上的基板间距离Y对应的范围(实线)变化。
即,即使基板间距离Y变化,特性阻抗Z0也仅在倾斜较小的范围内变化,所以能够抑制特性阻抗Z0的变化量。此外,虽然未图示,但低频信号线L和电源线P也能够通过隔离物I抑制特性阻抗Z0的变化量。由于隔离物I的厚度越大越能够抑制高频信号线H的特性阻抗Z0的变化量,所以期望在隔离物I的柔软度为规定基准以上的范围内增大隔离物I的厚度。并且,也可以通过将两个以上的隔离物I夹在布线基板W与屏蔽基板S之间,来兼得基板间距离Y和隔离物I的柔软度。
通过在厚度方向重叠布线基板W和屏蔽基板S,能够使高频信号线H的特性阻抗Z0取决于基板间距离Y,通过管理基板间距离Y,能够管理高频信号线H的特性阻抗Z0。并且,通过屏蔽基板S的屏蔽效果,能够防止噪声从高频信号线H向外部泄漏,并且能够防止噪声从外部混入高频信号线H。当然,对于低频信号线L和电源线P也能够得到相同的效果。
图6B、6C是表示高频信号线H的特性阻抗与旋转角度θ的关系的曲线图。图6B、6C的纵轴表示特性阻抗Z0,横轴表示旋转角度θ(参照图5B~5D)。如上述那样,由于旋转角度θ越大基板间距离Y越大,所以旋转角度θ越大特性阻抗Z0越大。如图6B所示,在本实施方式中,在与布线基板W的变形对应的高频信号线H(基板上布线B)的特性阻抗Z0的变化范围J内,包括连接布线K中与高频信号线H连接的信号线的特性阻抗Z0T。
并且,如图6B所示,连接布线K中与高频信号线H连接的信号线的特性阻抗Z0T与变化范围J的中心值JC的差的绝对值是变化范围J的整个宽度X的25%以下。变化范围J的中心值JC是变化范围J的上限值与下限值的平均值(图6B的双点划线)。在图6B中,以影线表示与连接布线K的特性阻抗Z0T的差的绝对值为变化范围J的整个宽度X的25%以下的范围。并且,如图6B所示,在本实施方式中,连接布线K的特性阻抗Z0T与变化范围J的中心值JC相等。即,连接布线K的特性阻抗Z0T与变化范围J的中心值JC的差的绝对值为0,所以当然该绝对值为变化范围J的整个宽度X的25%以下。
另外,如图6B所示,变化范围J包含在以包含连接布线K的特性阻抗Z0T的方式设定的允许范围Q内。在本实施方式中,允许范围Q是从在连接布线K的特性阻抗Z0T减去允许误差e后的下限值,到在连接布线K的特性阻抗Z0T加上允许误差e后的上限值的范围。允许误差e例如是对连接布线K的特性阻抗Z0T乘以规定比率(例如10%)后的值。例如,也可以使旋转角度θ变化并且调查高频信号线H的特性阻抗Z0的最大值和最小值,并以该最大值和最小值为允许范围Q内的方式设计高频信号线H的宽度、厚度。
另外,在本实施方式中,特性阻抗Z0相对于旋转角度θ单调增加。因此,如图6C所示,也可以以旋转角度θ成为中间的旋转角度θ=θmid/2时的高频信号线H的特性阻抗Z0与连接布线K的特性阻抗Z0T相同的方式,设计高频信号线H的宽度、厚度。由此,能够在连接布线K的特性阻抗Z0T的附近以良好的平衡的方式使高频信号线H的特性阻抗Z0变化。即,通过在高频信号线H的特性阻抗Z0比连接布线K的特性阻抗Z0T大的范围或者比其小的范围内单一地变化,能够防止成为允许范围Q外。此外,在图6C中,连接布线K中与高频信号线H连接的信号线的特性阻抗Z0T与变化范围J的中心值JC的差的绝对值也是变化范围J的整个宽度X的25%以下。并且,在图6C中,变化范围J也包含在以包含连接布线K的特性阻抗Z0T的方式设定的允许范围Q内。
由于高频信号线H的特性阻抗Z0在变化范围J内变化,所以也有高频信号线H的特性阻抗Z0与连接布线K的特性阻抗Z0T匹配性根据旋转角度θ恶化的情况。与此相对,在本实施方式中,由于连接布线K与高频信号线H经由衰减器(连接电路234)连接,所以在连接布线K与高频信号线H之间能够防止起因于特性阻抗Z0的不匹配的反射。
以上,对用于使高频信号线H的特性阻抗Z0与连接布线K匹配的构成进行了说明,但使作为基板上布线B的低频信号线L和电源线P的特性阻抗与连接布线K匹配的构成也能够同样地实现。
以上,对以布线基板W的基板上布线B与屏蔽基板S的导体C在厚度方向上重叠为前提的特性阻抗Z0的变化进行了说明。然而,在反复进行了使第二部件24相对于第一部件23旋转移动的动作的情况下,可能产生基板上布线B与屏蔽基板S的导体C在厚度方向上并不重叠的情况。这是因为在对布线基板W或者屏蔽基板S作用了布线方向的正交方向(宽度方向)的力的情况下,存在布线基板W与屏蔽基板S在布线方向的正交方向偏移的可能性。例如,使布线基板W和屏蔽基板S在布线方向的正交方向偏移的力可能由于基板束F相对于第一部件23向布线方向的正交方向干扰第二部件24的其他的构成部件而产生。
另外,使布线基板W和屏蔽基板S在布线方向的正交方向偏移的力也可能在图5A所示的折线F1产生。图6D是折线F1附近的基板端E的放大图。如上述那样,基板间距离Y与旋转角度θ的变化对应地变化,在基板间距离Y接近0的情况下,在折线F1附近,外侧的基板向内侧推压与内侧接触的基板。在折线F1的附近,由外侧的基板向内侧推压与内侧接触的基板的力(黑箭头),形成了向折线F1的正交方向推压内侧的基板的力的合力V。如图5A所示,在折线F1的方向是不与屏蔽基板S的导体端E的方向正交的方向的情况下,合力V包括不与导体端E平行的方向的分力,即,使布线基板W和屏蔽基板S在布线方向的正交方向偏移的力。
图4D是表示布线基板W与屏蔽基板S在布线方向的正交方向上偏移的状态的示意图。在图4D中,纸面上侧的屏蔽基板S向纸面右方向偏移,纸面下侧的屏蔽基板S向纸面左方向偏移。如该图所示,电源线P不与上侧的屏蔽基板S的导体C重叠,低频信号线L不与下侧的屏蔽基板S的导体C重叠。与此相对,高频信号线H与纸面上侧的屏蔽基板S的导体C、和纸面下侧的屏蔽基板S的导体C均重叠,能够维持图6B所示的特性阻抗Z0的变化范围J。
如图4C所示,在布线方向的正交方向上,由于作为第一基板上布线B1的高频信号线H位于作为第二基板上布线B2的低频信号线L与作为第三基板上布线B3的电源线P之间,所以能够与低频信号线L和电源线P相比优先使高频信号线H的特性阻抗Z0与连接布线K匹配。因此,能够利用高频信号线H可靠地传输频率较大的信号。这里,如图4A所示,在布线方向的正交方向上,从第二导体端E2到作为第二基板上布线B2的电源线P的距离D22=T1比从第一导体端E1到作为第一基板上布线B1的高频信号线H的距离D11=T1+T2小,所以能够与电源线P相比优先使高频信号线H的特性阻抗Z0与连接布线K匹配。另外,如图4B所示,在布线方向的正交方向上,从第二导体端E2到作为第二基板上布线B2的低频信号线L的距离D22=T1比从第一导体端E1到作为第一基板上布线B1的高频信号线H的距离D11=T1+T2小,所以能够与低频信号线L相比优先使高频信号线H的特性阻抗Z0与连接布线K匹配。
(4)特性阻抗的测定方法:
图7A是用于测定特定阻抗的装置构成的说明图。如图7A所示,为了测定基板束F(高频信号线H)的特定阻抗,使用方波发生器G、示波器O、以及标准电缆SC。方波发生器G是从输出端子输出电压的方形波的装置。标准电缆SC是特性阻抗ZSC(例如100Ω)已知的电缆(例如同轴电缆)。标准电缆SC的导线(点划线)与基板束F的高频信号线H(虚线)以串联的方式连接,未与标准电缆SC的导线连接的高频信号线H的端成为开放终端。未与高频信号线H连接的标准电缆SC的导线的端与方波发生器G的输出端子、和示波器O的输入端子双方连接。在以上的装置构成中,通过使基板束F的形状变形为与图5B~5D所示的各旋转角度θ对应的形状,来测定各旋转角度θ下的高频信号线H的特性阻抗Z0。
图7B是由示波器O测定出的电压的曲线图。图7B的横轴表示时刻,纵轴表示电压。首先,从方波发生器G的输出端子输出规定的方形波。在方形波在标准电缆SC传输的期间t1(方形波未到达高频信号线H的期间),输入电压V1被示波器O测定。并且,在期间t1后方形波在高频信号线H传输的期间t2(方形波未到达高频信号线H的开放终端的期间),标准电缆SC与高频信号线H的边界上的反射波电压V2加上输入电压V1后的电压V3被示波器O测定。并且,在方形波到达高频信号线H的开放终端后的期间t3,高频信号线H的开放终端上的反射波电压V4加上电压V3后的电压V5被示波器O测定。
而且,通过以下的(1)式导出高频信号线H的特性阻抗Z0。
Z0=(1+ρ)/(1-ρ)×ZSC···(1)
此外,(1)式中的ρ为V2/V1。
(5)其他的实施方式:
在上述实施方式中,高频信号线H的特性阻抗Z0与旋转角度θ对应地单调增加,但也可以特性阻抗Z0并不一定与旋转角度θ对应地单调增加。图7C、7D是表示其他的实施方式中的基板束F的示意图。在图7C、7D中以影线示出的区域是指基板束F不能够移动的区域。即,在不是以影线示出的区域的可动区域α内基板束F能够移动。在第一部件23、第二部件24形成了与卷芯23a同心圆状的壁面的情况下,形成了图7C、7D所示那样的圆环状的可动区域α。在如图7C那样旋转角度θ=θmax的情况下,区划可动区域α的壁面与基板束F的最外周部分不接触,在它们之间形成微量缝隙。因此,在旋转角度θ在0~θmax增加的情况下,不受到区划可动区域α的壁面的制约,而基板束F的卷径与旋转角度θ对应地增大,与上述实施方式的图5B~5D相同,基板间距离Y单调增加。因此,在旋转角度θ在0~θmax增加的情况下,如图6B所示,高频信号线H的特性阻抗Z0也与旋转角度θ的增加对应地单调增加。
在其他的实施方式中,以旋转角度θ能够比θmax大的方式连结第一部件23和第二部件24。例如,在如图7D那样旋转角度θ成为比θmax大的θ1(>θmax)的情况下,基板束F与区划可动区域α的壁面接触,妨碍基板束F的最外周部分的卷径的增大。另一方面,基板束F的比最外周部分靠内侧(卷芯23a侧)的部分的卷径增大,所以基板束F的最外周部分与内侧的部分之间的距离变小。因此,在旋转角度θ在θmax~θ1增加的情况下,基板间距离Y与旋转角度θ的增加对应地单调减少。
图7E是表示其他的实施方式中的高频信号线H的特性阻抗Z0与旋转角度θ的关系的曲线图。图7E的纵轴表示特性阻抗Z0,横轴表示旋转角度θ(参照图5B~5D、7C、7D)。如上述那样,在旋转角度θ在θmax~θ1增加的情况下,基板间距离Y与旋转角度θ的增加对应地单调减少,所以如图7E所示,特性阻抗Z0也与旋转角度θ的增加对应地单调减少。因此,在旋转角度θ的变化范围(0~θ1)内,特性阻抗Z0具有最大值。在这样的情况下,如图7E那样,在高频信号线H的特性阻抗Z0的变化范围J内也包括连接布线K的特性阻抗Z0T,从而即使使第二部件24相对于第一部件23移动也能够使特性阻抗匹配。
此外,在高频信号线H的特性阻抗Z0具有最大值的情况下,也可以以该最大值与连接布线K的特性阻抗Z0T一致的方式,设计高频信号线H的线宽度等。当然,高频信号线H的特性阻抗Z0也可以具有最小值,也可以以该最小值与连接布线K的特性阻抗Z0T一致的方式,设计高频信号线H的线宽度等。并且,在高频信号线H的特性阻抗Z0具有最大值或者最小值的情况下,也可以以旋转角度θ的变化范围的中间的角度的高频信号线H的特性阻抗Z0与连接布线K的特性阻抗Z0T一致的方式,设计高频信号线H的线宽度等。
第一部件23和第二部件24只要是构成机器人9的部件即可,也可以并不一定构成臂21的前端部分,也可以构成臂21以外的可动部。另外,第一部件23和第二部件24也可以是能够相对于机器人9拆装的部件(例如手22的构成部件)。并且,布线基板W只要在第二部件24相对于第一部件23移动时变形而特性阻抗Z0变化即可,布线基板W的变形方式并不限定于卷径变化。例如,也可以形成为螺旋状的布线基板W的两端向卷芯的轴方向移动。例如,也可以在第二部件24相对于第一部件23移动时,预先折弯的布线基板W的折弯角变化。当然,也可以第二部件24相对于第一部件23直线移动。另外,布线基板W也可以并不一定具有多个基板上布线B,只要具有至少一个基板上布线B即可。
另外,也可以并不一定具备屏蔽基板S。例如,也可以由于布线基板W变形而与壳体等屏蔽基板S以外的导体的距离变化,进而特性阻抗Z0变化。并且,也可以不通过屏蔽基板S从厚度方向的两侧夹持布线基板W,也可以屏蔽基板S仅从厚度方向的一方与布线基板W重叠。另外,屏蔽基板S也可以不是在整个面具有导体C的挠性印刷电路基板,也可以是部分地具有导体C的挠性印刷电路基板。并且,屏蔽基板S只要具备具有屏蔽效果的导体C即可,导体C也可以不与接地线连接。
并且,也可以并不一定在布线基板W与屏蔽基板S之间夹入隔离物I,也可以是布线基板W与屏蔽基板S能够直接接触的构成。在该情况下,虽然基板上布线B的特性阻抗Z0的变化量增大,但在特性阻抗Z0的允许范围J较大的情况下等也可以省略隔离物I。此外,隔离物I构成为能够确保布线基板W与屏蔽基板S的距离即可,也可以并不一定具有与布线基板W和屏蔽基板S相同的宽度,也可以设置孔、槽以使变形电阻变小。另外,连接布线K和基板上布线B也可以并不一定经由衰减器连接,例如在基板上布线B传输的信号的信号强度较小的情况下等也可以省略衰减器。
符号说明
1…机器人系统,9…机器人,10…拍摄部,11a…照相机,20…手单元,20a、20b…手单元,21…臂,22…手,23…第一部件,24…第二部件,25…臂部件,30…躯干单元,31…控制基板,40…控制装置,221…掌部,222…手指,231…连接基板,232…连接器,233…连接器,234…电路(衰减器),236…马达,237a…从动带轮,237b…驱动带轮,239a…同步轮带,239b…带轮,242…旋转轴,23a…卷芯,23a1…槽,A…传输路径,B…基板上布线,C…导体,D…距离,e…允许误差,E…导体端,F…基板束,F1…折线,H…高频信号线,I…隔离物,J…变化范围,JC…中心值,K…连接布线,L…低频信号线,P…电源线,Q…允许范围,S…屏蔽基板,T1…空白距离,T2…线间距离,W…布线基板,Y…基板间距离,Z0…特性阻抗,θ…旋转角度。
Claims (9)
1.一种机器人,其特征在于,
是具备第一部件和以能够移动的方式设置于所述第一部件的第二部件的机器人,具备:
连接布线,其配置于所述第一部件;以及
布线基板,其具有与所述连接布线连接的基板上布线,且是与相对于所述第一部件的所述第二部件的移动对应地变形的挠性印刷电路基板,
所述连接布线的特性阻抗包含在与所述布线基板的变形对应的所述基板上布线的特性阻抗的变化范围内。
2.根据权利要求1所述的机器人,其特征在于,
所述连接布线的特性阻抗与所述变化范围的中心值的差的绝对值是所述变化范围的整个宽度的25%以下。
3.根据权利要求1或者2所述的机器人,其特征在于,
所述连接布线的特性阻抗与所述变化范围的中心值相等。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的机器人,其特征在于,
所述变化范围包含在以包含所述连接布线的特性阻抗的方式设定的允许范围内。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的机器人,其特征在于,
具备有屏蔽基板,该屏蔽基板是具有导体的挠性印刷电路基板,且从厚度方向观察,所述导体以与所述布线基板重叠的方式配置。
6.根据权利要求5所述的机器人,其特征在于,
在所述布线基板与所述屏蔽基板之间夹持有隔离物。
7.根据权利要求5或者6所述的机器人,其特征在于,
所述屏蔽基板的所述导体与接地线连接。
8.根据权利要求1~7中任意一项所述的机器人,其特征在于,
若从所述布线基板的宽度方向观察,所述布线基板形成为螺旋状。
9.根据权利要求1~8中的任意一项所述的机器人,其特征在于,
所述连接布线与所述基板上布线经由衰减器连接。
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