CN100342517C - 二维并联驱动的硅片搬运机器人 - Google Patents

二维并联驱动的硅片搬运机器人 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种二维并联驱动的硅片搬运机器人。它包括机体、导轨(2)、丝杠(3)、滚珠花键组合体、框架螺母(5)、套筒(6)、同步电机和同步轮Ⅰ(7)、同步电机和同步轮Ⅱ(8)、同步带结构Ⅰ(9)、摇臂Ⅰ(10),轴Ⅰ(12)、摇臂Ⅱ(13)、同步带结构Ⅱ(14)、轴Ⅱ(15)、夹持机械手(16)和罩体(17)。本发明的机器人结构新颖紧凑,运动惯量小、重量轻,可实现R轴和Z轴的高速高精度运动性能。其中,R轴运动实现沿机器人旋转半径方向的直线运动,Z轴运动实现沿机器人竖直方向的直线运动。

Description

二维并联驱动的硅片搬运机器人
(一)、所属领域
本发明涉及的是一种工业机器人。具体地说是一种IC制造工艺设备中用于硅片搬运传输的机器人。
(二)、背景技术
在IC制造工艺流程中,从拉单晶到最后检查的诸多关键制造设备中,大量使用了各种用于硅片搬运的机器人装备。随着IC制造业的迅速发展,对硅片搬运机器人的运动速度和定位精度提出了越来越高的要求。硅片搬运机器人的R轴和Z轴运动是这类机器人的两个运动,目前都是采用串联式联接结构。这种串联结构限制了R轴和Z轴运动速度和定位精度的进一步提高。
(三)、发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑,运动惯量小、重量轻,可实现R轴和Z轴的高速高精度运动性能的二维并联驱动的硅片搬运机器人。
本发明的目的是这样实现的:它包括机体、导轨2、丝杠3、滚珠花键组合体、框架螺母5、套筒6、同步电机和同步轮I7、同步电机和同步轮II 8、同步带结构I 9、摇臂I 10,轴I 12、摇臂II 13、同步带结构II 14、轴II 15、夹持机械手16和罩体17。机体包括机体底座1.1和机体支座1.2,同步电机和同步轮I 7安装在机体底座1.1上,三根导轨2固定连接于机体底座1.1和机体支座1.2之间,丝杠3用轴承连接于机体底座1.1和机体支座1.2之间,丝杠3下端和同步电机和同步轮I 7的同步轮相连接,框架螺母5的下端在机体底座1.1和机体支座1.2之间、上端在机体支座1.2之上,滚珠花键组合体包括花键轴4.1、花键内圈4.2和轴承外套4.3,花键轴4.1和机体支座1.2的上端有轴承连接,花键轴4.1的下端和同步电机和同步轮II 8的同步轮连接,花键内圈4.2和摇臂I 10固定连接,轴承外套4.3和同步带轮I 9.1固定连接,同步带结构I包括同步带轮I 9.1、同步带轮II 9.2和连接于两同步带轮之间的同步带I 9.3,同步带轮I 9.1的下端通过套筒6和框架螺母5的上端面固连,同步带结构I位于摇臂I
10之内,同步带结构II 14包括同步带轮III 14.1、同步带轮IV 14.2和连接于两同步带轮之间的同步带II 14.3,同步带结构II 14位于摇臂II 13之内,同步带轮II 9.2和同步带轮III 14.1安装在轴I 12上,轴I 12和摇臂I 10固定连接在一起。
本发明还可以包括这样一些结构特征:
1、框架螺母5的下端在机体底座1.1和机体支座1.2之间,框架螺母5的下端和导轨2是滑动连接、和丝杠3是螺纹传动连接。
2、框架螺母5的上下端中间为三根支柱,支柱穿过机体支座1.2,和机体支座1.2无接触。
3、所述框架螺母5的上端和同步带轮I 9.1通过套筒6固定连接。
4、花键轴4.1和机体支座1.2的上端有轴承连接,花键轴4.1的下端和同步电机和同步轮II 8的同步轮连接,轴承内套4.2和花键轴4.1有相对滑动而无相对转动,轴承内套4.2和轴承外套4.3有相对转动而无相对滑动,轴承内套4.2和摇臂110固定连接,轴承外套4.3和同步带轮I 9.1固定连接。
本发明的工作原理为:
Z轴的运动:同步电机和同步轮I 7驱动丝杠3转动,丝杠3和框架螺母5之间的螺旋传动带动框架螺母5沿导轨2上下运动,从而带动套筒6、同步带轮I 9.1、轴承外套4.3、花键内圈4.2沿花键轴4.1上下运动,进而带动所有同步带机构和摇臂机构和夹持机械手上下运动。
R轴的运动:同步电机和同步轮II 8驱动花键轴4.1转动,花键轴4.1带动花键内圈4.2转动,从而带动摇臂I 10以花键轴4.1的轴心为轴心转动。同步带轮I 9.1的下端通过套筒6和框架螺母5的上端面固连,所以无转动。摇臂I 10和同步带轮I 9.1的相对转动通过同步带I 9.3的传动使同步带轮II 9.2相对于轴I 12转动,而轴I 12和摇臂I 10固定连接在一起,所以同步带轮II 9.2和摇臂I 10相对转动。同步带轮II 9.2的上端和摇臂II 13固定连接,从而摇臂II 13以轴I 12的轴心为轴心相对摇臂I 10和轴I 12转动。同步带轮III 14.1和轴I 12固定连接在一起,所以同步带轮III 14.1相对摇臂II 13转动,进而通过同步带II 14.3使同步带轮IV 14.2相对相对摇臂II 13转动。同步带轮IV14.2和轴II 15固定连接在一起,轴II 15和摇臂II 13通过轴承IV 11.4和轴承V 11.5联接,从而使轴II 15相对摇臂II 13转动。轴II 15和夹持机械手16固定连接在一起,从而使夹持机械手16和摇臂II 13有相对转动。
同步带结构I 9的传动比为2∶1,同步带结构II 14的传动比为1∶2,摇臂I 10和摇臂II 13等长,整个机构可简化等价成曲柄滑块结构,可使夹持机械手16沿R轴方向运动而保持姿态不变。
本发明的机器人结构新颖紧凑,运动惯量小、重量轻,可实现R轴和Z轴的高速高精度运动性能。其中,R轴运动实现沿机器人旋转(θ轴,机器人腰部的旋转运动,因与本发明没有直接关系,附图中未画出)半径方向的直线运动,R轴运动实现沿机器人竖直方向的直线运动。
(四)、附图说明
图1为本发明的整个机构的轴测图;
图2为图1去掉同步电机和同步轮I 7、同步电机和同步轮II 8、摇臂I 10、摇臂II 13、夹持机械手16和罩体17之后的内部结构;
图3为图2的透视图,旨在指出轴承I 11.1和轴承VIII 11.8。
(五)、具体实施方案
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
机体底座1.1和机体支座1.2之间固定连接三个导轨2以圆形机体底座1.1的圆心为圆心按120度分布。丝杠3的下端通过轴承VI 11.6和机体底座1.1联接,上端通过轴承VIII 11.8和机体支座1.2联接。同步电机和同步轮I 7固定在机体底座1.1上,它与同步轮和丝杠3的下端固定连接在一起。
框架螺母5中心和丝杠3的轴心相合,它们之间是螺纹传动联接。导轨2穿过框架螺母5下部的三个孔,和框架螺母5有上下相对滑动,对框架螺母5起垂直导向作用。框架螺母5中间的三个支柱穿过机体支座1.2的三个孔,它们之间无接触。
同步电机和同步轮II 8固定在机体支座1.2的上部,它的同步轮和花键轴4.1的下端相固连,而花键轴4.1再往下通过轴承VII 11.7和机体支座1.2的上部相连接。花键内圈4.2只相对花键轴4.1上下滑动而无转动,轴承外套4.3通过滚珠和花键内圈4.2有相对转动而无上下滑动。同步带轮I 9.1的下端通过套筒6和框架螺母5的上端面固连,同步带轮I 9.1的内圈和轴承外套4.3固连。摇臂I 10的一端和花键内圈4.2固连在一起。另一端和轴I 12固连在一起。同步带轮II 9.2通过轴承I 11.1、轴承II 11.2和轴I 12相连接,和轴I 12有相对转动。同步带轮I 9.1通过同步带I 9.3和同步带轮II 9.2有同步带传动。同步带轮II 9.2的上端和摇臂II 13固定连接。轴I 12的上端通过轴承III11.3和摇臂II 13联接,和摇臂II 13有相对转动。同步带轮III 14.1和轴I 12固定连接在一起。同步带轮IV 14.2和轴II 15固定连接在一起。同步带轮III 14.1和同步带轮IV 14.2通过同步带II 14.3进行同步带传动。轴II 15和摇臂II 13通过轴承IV 11.4和轴承V 11.5联接,两者之间有相对转动。夹持机械手16和轴II 15固定连接在一起。

Claims (6)

1、一种二维并联驱动的硅片搬运机器人,它包括机体、导轨(2)、丝杠(3)、滚珠花键组合体、框架螺母(5)、套筒(6)、同步电机和同步轮I(7)、同步电机和同步轮II(8)、同步带结构I(9)、摇臂I(10),轴I(12)、摇臂II(13)、同步带结构II(14)、轴II(15)、夹持机械手(16)和罩体(17),其特征是:机体包括机体底座(1.1)和机体支座(1.2),同步电机和同步轮I(7)安装在机体底座(1.1)上,三根导轨(2)固定连接于机体底座(1.1)和机体支座(1.2)之间,丝杠(3)用轴承连接于机体底座(1.1)和机体支座(1.2)之间,丝杠(3)下端和同步电机和同步轮I(7)的同步轮相连接,框架螺母(5)的下端在机体底座(1.1)和机体支座(1.2)之间、上端在机体支座(1.2)之上,滚珠花键组合体包括花键轴(4.1)、花键内圈(4.2)和轴承外套(4.3),花键轴(4.1)和机体支座(1.2)的上端有轴承连接,花键轴(4.1)的下端和同步电机和同步轮II(8)的同步轮连接,花键内圈(4.2)和摇臂I(10)固定连接,轴承外套(4.3)和同步带轮I(9.1)固定连接,同步带结构I包括同步带轮I(9.1)、同步带轮II(9.2)和连接于两同步带轮之间的同步带I(9.3),同步带轮I(9.1)的下端通过套筒(6)和框架螺母(5)的上端面固连,同步带结构I位于摇臂I(10)之内,同步带结构II(14)包括同步带轮III(14.1)、同步带轮IV(14.2)和连接于两同步带轮之间的同步带II(14.3),同步带结构II(14)位于摇臂II(13)之内,同步带轮II(9.2)和同步带轮III(14.1)安装在轴I(12)上,轴I(12)和摇臂I(10)固定连接在一起。
2、根据权利要求1所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人,其特征是:框架螺母(5)的下端在机体底座(1.1)和机体支座(1.2)之间,框架螺母(5)的下端和导轨(2)是滑动连接、和丝杠(3)是螺纹传动连接。
3、根据权利要求1或2所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人,其特征是:框架螺母(5)的上下端中间为三根支柱,支柱穿过机体支座(1.2),和机体支座(1.2)无接触。
4、根据权利要求3所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人,其特征是:所述框架螺母(5)的上端和同步带轮I(9.1)通过套筒(6)固定连接。
5、根据权利要求1、2或4所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人,其特征是:花键轴(4.1)和机体支座(1.2)的上端有轴承连接,花键轴(4.1)的下端和同步电机和同步轮II(8)的同步轮连接,轴承内套(4.2)和花键轴(4.1)有相对滑动而无相对转动,轴承内套(4.2)和轴承外套(4.3)有相对转动而无相对滑动,轴承内套(4.2)和摇臂I(10)固定连接,轴承外套(4.3)和同步带轮I(9.1)固定连接。
6、根据权利要求3所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人,其特征是:花键轴(4.1)和机体支座(1.2)的上端有轴承连接,花键轴(4.1)的下端和同步电机和同步轮II(8)的同步轮连接,轴承内套(4.2)和花键轴(4.1)有相对滑动而无相对转动,轴承内套(4.2)和轴承外套(4.3)有相对转动而无相对滑动,轴承内套(4.2)和摇臂I(10)固定连接,轴承外套(4.3)和同步带轮I(9.1)固定连接。
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