旋转接头

文档序号:588116 发布日期:2021-05-25 浏览:17次 >En<

阅读说明:本技术 旋转接头 (Rotary joint ) 是由 高井智久 竹内嘉彦 于 2020-11-19 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种旋转接头。在以往的旋转接头中,在能够无限旋转的旋转接头中存在难以进行高速的通信的问题。本发明所涉及的旋转接头的一个方式具有:第1微带线(13);第2微带线(23);与第1微带线(13)的一端连接,输出通信信号的发送电路(14);与第1微带线(13)的另一端连接的发送侧终端电阻(15);与第2微带线(23)的一端连接的接收侧终端电阻(25);以及与第2微带线(23)的另一端连接,接收通信信号的接收电路(24),第1微带线(13)以及第2微带线(23)被设定于通信信号在微带线传播的行波的波长的整数倍的圆周长度的圆环的至少一部分。(The invention provides a rotary joint. In a conventional rotary joint, it is difficult to perform high-speed communication in a rotary joint that can be rotated infinitely. One embodiment of a rotary joint according to the present invention includes: a 1 st microstrip line (13); a 2 nd microstrip line (23); a transmission circuit (14) connected to one end of the 1 st microstrip line (13) and outputting a communication signal; a transmission-side terminating resistor (15) connected to the other end of the 1 st microstrip line (13); a reception-side terminating resistor (25) connected to one end of the 2 nd microstrip line (23); and a receiving circuit (24) connected to the other end of the 2 nd microstrip line (23) and receiving the communication signal, wherein the 1 st microstrip line (13) and the 2 nd microstrip line (23) are set to at least a part of a circular ring having a circumferential length that is an integral multiple of the wavelength of the traveling wave of the communication signal propagating through the microstrip lines.)

旋转接头

技术领域

本发明涉及旋转接头,涉及在无限旋转的接头部分中在静止体与旋转体之间进行通信的旋转接头。

背景技术

在机械臂中,为了在多用途利用手臂,提出了替换安装于手臂前端的手部分而在多个用途利用手臂的方式。在这样的用途中,存在将手部相对于作为静止体的手臂部旋转自如地加以应用的情况。在如此地旋转自如地安装手部的情况下,在其接头部使用将旋转体支承为能够无限旋转的旋转接头。而且,在旋转接头中,在静止体与旋转体之间进行通信。因此,在日本特开2002-33607号公报中公开了一种旋转接头处的天线的配置方法的一个例子。

日本特开2002-33607号公报所记载的旋转接头具有天线元件基板的固定构造,该天线元件基板的固定构造是如下非接触型信号传送装置中的天线元件基板的固定构造:保持有由围绕旋转轴的内外二重的环构成的天线元件的一对天线元件基板分别经由支承部件安装于在上述旋转轴固定的旋转体和相对于该旋转体静止的静止体,各天线元件基板相对于上述支承部件以规定的角度间隔遍及多个部位地固定在上述内外二重的环间,上述天线元件基板的固定构造的特征在于,在上述支承部件的一端面形成有凸部,在上述各天线元件基板的上述内外二重的环间形成有凹部,上述各天线元件基板通过上述凹凸部的嵌合而固定在支承部件上。

在机械臂中,为了控制手部分,仅进行状态信息的通信是不够的,需要进行用于执行实时控制的高速的通信。然而,在日本特开2002-33607号公报所记载的天线元件基板中,存在难以进行高速的通信的问题。

发明内容

本发明是为了解决这样的问题而提出的,其目的在于在能够无限旋转的旋转接头中,利用微带线间的松散耦合,从而进行高速的通信。

本发明所涉及的旋转接头的一个方式具有:第1微带线,沿着设定在旋转接头的静止体上的圆环设置;第2微带线,在以能够无限旋转的状态嵌入于上述旋转接头的静止体的旋转体上,以与上述第1微带线对置的方式沿着设定的圆环设置;发送电路,与上述第1微带线的一端连接,示出通信信号;发送侧终端电阻,与上述第1微带线的另一端连接;接收侧终端电阻,与上述第2微带线的一端连接;以及接收电路,与上述第2微带线的另一端连接,接收上述通信信号,上述第1微带线以及上述第2微带线被设定于具有上述通信信号在微带线传播的波长的整数倍的圆周长度的圆环的至少一部分,在将从上述发送电路朝向上述发送侧终端电阻的方向设为第1方向的情况下,上述接收电路配置于上述第2微带线的上述第1方向的前端侧,上述接收侧终端电阻配置于上述第2微带线的上述第1方向的根部侧。

根据本发明所涉及的旋转接头,借助被设定于具有通信信号在微带线传播的波长的整数倍的圆周长度的圆环的至少一部分的微带线,能够在静止体与旋转体之间进行使用了基于高载波(RF)频率的宽频带通信信号的非接触高速通信。

根据本发明,能够在具有可相对于静止体无限旋转的旋转体的旋转接头中,在静止体与旋转体之间进行非接触高速通信。

根据下文给出的详细描述和附图,本公开内容的上述和其他目的、特征和优点将变得更加充分地被理解,附图仅通过说明的方式给出,因此不应被视为限制本公开内容。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的旋转接头的概略图。

图2是实施方式1所涉及的通信接口电路的框图。

图3是实施方式2所涉及的旋转接头的概略图。

图4是实施方式3所涉及的旋转接头的概略图。

图5是实施方式4所涉及的旋转接头的概略图。

具体实施方式

实施方式1

首先,在图1中示出实施方式1所涉及的旋转接头1的概略图。如图1所示,实施方式1所涉及的旋转接头1具有静止体10以及旋转体20。静止体10例如是安装于机械臂的手臂部分的前端的接头部。旋转体20是机械臂的手部分的接头部。而且,旋转体20具有能够相对于静止体10拆装的构造。在图1中,省略了该拆装构造的详细内容。另外,旋转体20安装为能够沿着与朝向静止体10的拆装方向正交的平面无限旋转。

静止体10具有壳体11。而且,在壳体11设置有接头凹部12。接头凹部12是供接头凸部22嵌入的孔。另外,壳体11具有与旋转体20对置的平面。而且,在该平面设置有第1微带线13。

旋转体20具有壳体21。而且,在壳体21设置有接头凸部22。接头凸部22是从壳体21突出的凸部件。另外,壳体21具有与静止体10对置的平面。而且,在该平面设置有第2微带线23。

这里,第1微带线13与第2微带线23以使线路在相互对置的平面上对置的方式配置。另外,第1微带线13沿着设定在静止体10上的圆弧设置,第2微带线23沿着设定在旋转体20上的圆弧设置。第1微带线13与第2微带线23优选形成为各自传播的行波的传播常量相等的形状。这里,第1微带线13与第2微带线23配置为线路在相互对置的平面上对置。由此,通过伴随在微带线上传播的电磁波而产生的电磁场的松散耦合,在第1微带线传播的信号(行波)的一部分被转换为在第2微带线具有相同的传播常量的行波。另外,相同地在第2微带线传播的信号(行波)的一部分被转换为在第1微带线具有相同的传播常量的行波。在图1所示的例子中,第1微带线13以及第2微带线23作为无缺口的圆环形状而示出,但实际上为了连接发送电路、接收电路终端电阻等,而具有部分有缺口的圆弧形状。

对使用旋转接头1中的微带线的通信接口电路的详细内容进行详细说明。在图2中示出实施方式1所涉及的通信接口电路的框图。

如图2所示,在实施方式1所涉及的通信接口电路中,第1微带线13以及第2微带线23被设置成端部分离地设置的圆弧状。此外,在图2中,为了便于理解,使微带线的端部较大程度地分离。但是,实际上分离宽度也可以极小。对于该分离宽度,满足以下的微带线长度条件。微带线长度条件是指:无分离宽度的第1微带线13以及第2微带线23的圆周长度(圆环)是传播的RF信号的波长的整数倍,在该圆周长度的一部分或全部设置有上述的微带线。即,微带线长度条件是指:供第1微带线13以及第2微带线23设置的圆环的长度是在微带线传播的通信信号的波长的整数倍的长度,并且实际上放射通信信号的微带线13、23设置于该圆环的至少一部分。通过确定这样的微带线长度条件,从而不论第1微带线13与第2微带线23的相对的旋转位置如何,都能够在发送电路14和接收电路24之间正确地收发RF信号(在后面进行详述)。

而且,在第1微带线13的一端设置有发送电路14,在第1微带线13的另一端设置有发送侧终端器(例如,终端电阻15)。发送电路14针对第1微带线13输出作为通信信号的RF信号。该RF信号是在微带线行进的行波。RF信号向着从发送电路14朝向终端电阻15的第1方向行进。另外,使用第1微带线13与第2微带线23的电磁场耦合而从第1微带线13向第2微带线23传递RF信号。在图2中,为了示意地说明而标注了RF信号。

在第2微带线23的一端设置有接收侧终端器(例如,终端电阻25),在第2微带线23的另一端设置有接收电路24。更具体而言,接收电路24与第2微带线23的端部中的在第1方向上观察时位于前端侧的端部连接。终端电阻25与第2微带线23的端部中的在第1方向上观察时位于根部侧的端部连接。

在实施方式1所涉及的旋转接头1中,在将旋转体20安装于静止体10的状态下,成为第1微带线13与第2微带线23接近的状态。而且,在第1微带线13与第2微带线23接近的状态下,利用发送电路14向第1微带线13发送RF信号,从而在与第1微带线13电磁场耦合的第2微带线23激发RF信号。而且,传递至第2微带线23的RF信号通过接收电路24而接收。

微带线是具有在背面形成了导体箔的板状电介质基板的表面形成有线状的导体箔的构造、且供电磁波传递的传送路。微带线借助从表面导体朝向背面导体的方向的电场、和包围表面导体周围的方向的磁场对电磁波(行波)进行传送。在该微带线传播的行波的传播常量(传播速度以及特性阻抗)主要由微带线的线宽、电介质基板的介电常数以及基板厚度决定,因此为了匹配第1和第2微带线的传播常量,优选匹配它们的形状以及介电常数。在该微带线传递的信号的载波(RF)频率是即使将要传送的通信频带宽度取为较宽、在线路上行进的电磁波的单位波长的相位以及振幅变动也较小的相对带宽较小的GHz带以上的频率,能够利用宽频带信号进行高速数据通信。

根据上述说明,在实施方式1所涉及的旋转接头1中,在将旋转体20的接头凸部22嵌合于静止体10的壳体11的状态下对置的面,以相互对置的方式设置第1微带线13以及第2微带线23。而且,将第1微带线13与第2微带线23设置于在这些微带线传播的RF信号的波长的整数倍的长度的圆环的至少一部分。在第1微带线13传播的行波成为在圆环上无限行进的虚拟行波的一部分,利用伴随该行波产生的电磁场,在第2微带线23激发也在圆环上无限行进的虚拟行波的一部分。在第2微带线23激发的行波形成在圆环上无限行进的虚拟行波的一部分,因此即便第1以及第2微带线不是整个圆环而是一部分、另外无论其位置与虚拟行波的哪一部分对应,在第2微带线23激发的动作都没有变化。虚拟行波的传播速度是将光速乘以由微带线的形状决定的波长缩短率(50%左右)而得的值,可以说近似光速。因此,将旋转体20视为准静止状态,旋转体的旋转速度的影响极低。由此,在实施方式1所涉及的旋转接头1中,能够边使旋转体20无限旋转,边在静止体10与旋转体20之间以高频率进行使用了宽频带的RF信号的高速通信。

另外,在实施方式1所涉及的旋转接头1中,执行例如几mm左右以下的近场无线通讯,即便使RF信号的信号强度较弱,也能够进行高速通信。这样,通过以信号强度弱的RF信号进行通信,抑制信号朝向其他部件的泄漏,例如也能够在设置于机械臂的多个关节的每个关节的通信路径中使用旋转接头1。

实施方式2

在实施方式2中,对除了通信功能之外,还具有相对于旋转体的电源供给功能的旋转接头2进行说明。此外,针对在实施方式1中说明过的构成要素,标注与实施方式1相同的附图标记并省略说明。

在图3中示出实施方式2所涉及的旋转接头的概略图。如图3所示,实施方式2所涉及的旋转接头2代替静止体10以及旋转体20地具有静止体10a以及旋转体20a。静止体10a是在静止体10追加了初级线圈16的部件。旋转体20a是在旋转体20追加了次级线圈26的部件。初级线圈16与次级线圈26配置为在接头凸部22嵌入于接头凹部12的接合状态下以同心圆状重叠,构成从静止体10向旋转体20无线传递电源的变压器。

具体而言,初级线圈16沿着构成接头凹部12的圆筒的外周配置。次级线圈26沿着构成接头凸部22的圆筒的内周配置。而且,在接头凸部22嵌入于接头凹部12的状态下,成为次级线圈26以同心圆状嵌入于初级线圈16的内侧的形态、即在旋转体20a接合于静止体10a的状态下由初级线圈16以及次级线圈26构成变压器。

这样,通过在静止体10a与旋转体20a设置线圈来构成变压器,由此能够以无线连接的方式从静止体10a向旋转体20a供给电力。在使旋转体20a相对于静止体10a无限旋转的情况下,以无线连接的方式供给电力,从而不会妨碍旋转体20a的动作,因此其效果较大。

实施方式3

在实施方式3中,对第1微带线13以及第2微带线23的设置方法的另一方式进行说明。此外,针对在实施方式1中说明过的构成要素,标注与实施方式1相同的附图标记而省略说明。

在图4中示出实施方式3所涉及的旋转接头3的概略图。如图4所示,在实施方式3所涉及的旋转接头3中,代替静止体10以及旋转体20地具有静止体10b以及旋转体20b。在静止体10b中,第1微带线13沿着接头凹部12的内周设置。另外,在旋转体20b中,第2微带线23沿着接头凸部22的外周卷绕。另外,在接头凸部22嵌入于接头凹部12的状态下,第1微带线13与第2微带线23设置于相互对置的位置。

即使这样,也能够在接头凸部22嵌入于接头凹部12的状态下进行第1微带线13与第2微带线23之间的信号的收发。即,微带线的设置场所不限定于壳体11以及壳体21的平面上,即使设置于在接合状态下对置的圆筒面上,也能够构成通信路径。

实施方式4

在实施方式4中,对作为实施方式1所涉及的旋转接头1的另一方式的旋转接头4进行说明。此外,针对在实施方式1中说明过的构成要素,标注与实施方式1相同的附图标记并省略说明。

在图5中示出实施方式4所涉及的旋转接头的概略图。如图5所示,在实施方式4所涉及的旋转接头4中,代替旋转体20地具有旋转体20c。旋转体20c是在旋转体20追加了屏蔽壁27的部件。屏蔽壁27设置为,在使静止体10接合于旋转体20c的状态下,屏蔽在静止体10与旋转体20c之间形成的缝隙。在实施方式4所涉及的旋转接头4中,在使旋转体20c接合于静止体10的状态下对置的平面,设置有第1微带线13以及第2微带线23。因此,存在RF信号从在接合状态下对置的平面之间形成的缝隙泄漏的情况。因此,以利用屏蔽壁27堵塞该缝隙的方式,包围第1微带线13与第2微带线23,从而屏蔽漏出的RF信号(给予干扰)。另一方面,屏蔽来自从设置于机械臂的其他关节的旋转接头漏出的RF信号的被干扰。

根据上述说明,在实施方式4所涉及的旋转接头4中,以包围第1微带线13和第2微带线23的方式、并且以堵塞在接合状态下对置的平面之间形成的缝隙的方式设置屏蔽壁27。由此,对于实施方式4所涉及的旋转接头4而言,与实施方式1所涉及的旋转接头1相比,能够在屏蔽在第1微带线13与第2微带线23之间收发的RF信号的泄漏(给予干扰)的同时,高效地进行来自其他部件的RF信号的干扰(被干扰)的屏蔽。

在机械臂等的工业用机器中,为了抑制其他设备的误动作,要求极力抑制电波泄漏,根据这样的状况,抑制来自旋转接头的电波的泄漏(给予干扰和被干扰)是很有意义的。

根据如此描述的公开,显而易见的是,可以以多个方式改变本公开的实施例。这样的变化不应被认为是背离本公开的精神和范围,并且对于本领域的技术人员来说显而易见的是,所有这样的修改旨在包括在所附权利要求的范围内。

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