CN101978487A - 末端效应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于传输基板的设备。该设备包括收纳电动马达的上部部分，该电动马达具有驱动轴。马达壳体包围该电动马达。枢转托架具有第一端和第二端，其中该枢转托架的第一端耦合至该驱动轴。该设备包括下部部分，该下部部分具有固定于该枢转托架的第二端的顶部表面。该下部部分包括多个载具组件，每个载具组件具有延伸穿过该下部部分的轴承组件的多个支撑延伸部。每个载具组件具有设置于对应支撑延伸部之间的独立驱动组件，其中该下部部分通过绕着该驱动轴的轴线枢转而在垂直与水平方向之间移动。
Description
背景技术
在整个制造过程中，对于硬盘驱动器磁盘(HDD)盘片或基板的移动而言，节省HDD在输送/运输时间中不及一秒的时间，将会转换成较高产量，此为能获致实质收益的竞争优势。举例而言，在HDD完成某些制造过程后进行测试之处，HDD进出测试站的移动会变成瓶颈。任何对处置/输送时间的改善将会促使产量的实质改善。
因此，有必要为硬盘驱动器制造商提供一种能最小化或减少处置/输送时间的工具。
发明内容
大致而言，本发明通过提供减少传输时间的末端效应器(end effector)来满足这些需求。应了解到，本发明可以众多方式实施，包括实施为方法或系统。以下将叙述本发明的多个具有发明性的实施例。
在本发明的一个方面，提供用于传输基板的设备。该设备包括收纳电动马达的上部部分，其中该电动马达具有驱动轴。马达壳体包围该电动马达。该设备包括具有第一端和第二端的枢转托架，其中该枢转托架的第一端耦合至该驱动轴。该设备包括下部部分，该下部部分具有固定于该枢转托架的第二端的顶部表面。该下部部分包括多个载具组件，每个载具组件具有延伸穿过该下部部分的轴承组件的多个支撑延伸部。每个载具组件具有设置于对应支撑延伸部之间的独立驱动组件，其中，该下部部分通过绕着该驱动轴的轴线枢转而在垂直与水平方向之间移动。
在本发明的另一方面，提供用于传输基板的末端效应器。该末端效应器包括收纳电动马达的固定上部部分，该电动马达驱动可枢转下部部分。该可枢转下部部分固定于该固定上部部分。该可枢转下部部分具有从轴承组件延伸的第一和第二载具组件。该第一和第二载具组件通过多个对应的磁性耦合驱动轴而被驱动。该轴承组件的外部表面具有减震机构，该减震机构在这些载具组件接近行进终点时减少对应载具组件的行进速度。这些磁性耦合驱动轴经由顺应(compliant)托架连接至该第一和第二载具组件的对应支撑延伸部。每个对应支撑延伸部是中空的，并从外部源输送真空至对应的载具组件的盘片载具。
在本发明的又一方面，提供用于传输基板的设备。该设备包括收纳电动马达的第一部分，其中该电动马达具有驱动轴。该设备包括具有第一端和第二端的枢转托架，其中该枢转托架的第一端耦合至该驱动轴。该设备包括固定于该枢转托架的第二端的第二部分。该第二部分包括多个载具组件，每个载具组件具有延伸穿过被收纳于该第二部分内的轴承组件的多个支撑延伸部。每个载具组件具有设置于对应的支撑延伸部之间的独立磁性耦合驱动组件。每个磁性耦合驱动具有轴，其中外部驱动本体设置于该轴的一部分的周围，且内部驱动本体设置于该轴的内部空腔内。该外部驱动本体和该内部驱动本体包括将该内部和外部驱动本体耦合在一起的多个磁铁，使该内部驱动本体在该内部空腔内的移动导致该外部驱动本体的移动。
通过以下详细描述并结合附图，本发明的其他方面和优点将变得明显。附图以示例的方式图示说明本发明的原理。
附图说明
参照附图及以下详细描述，本发明将变得显而易见。附图以示例的方式图示说明本发明的原理。
图1A和1B为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的末端效应器的透视图。
图2为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的末端效应器组件和末端效应器组件的组成构件。
图3为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的上致动器组件。
图4为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的磁性耦合无杆汽缸。
图5A和5B图示说明根据本发明的一个实施例的上载具组件和下载具组件的更进一步细节。
图6A至6D分别图示说明根据本发明的一个实施例的上组件壳体轴承和下组件壳体轴承。
图7A和7B为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的轴承盖。
图8为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的载具组件。
图9为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的末端效应器的透视图，其中移除一部分壳体。
图10A和10B为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的末端效应器的可替换视图。
图11A和11B为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的末端效应器的可枢转定向。
图12A和12B提供根据本发明的一个实施例的万向载具支撑部结构的更进一步细节。
具体实施方式
下述实施例提供一种末端效应器，在整个制造过程中，该末端效应器加强了盘片或基板的移动。末端效应器能够接达处于垂直或水平位置的盘片，并将盘片分别移动至水平或垂直位置。此外，这些实施例能采用伺服马达或具有反馈的步进马达来将HDD迅速且平稳地从一平面方向输送至另一平面方向，同时减少、最小化或消除跳动。使用气动空气汽缸进行运动控制时，跳动是一种常见现象。因为跳动可能造成HDD的损坏，跳动不利于HDD处理。然而，过去对减轻跳动所做的措施却会使处置/输送时间增加。相对于提供枢转运动的延伸与缩回机构和电动马达而言，末端效应器也是顺应的(compliant)或者说具有顺应性。此外，末端效应器适合用于无尘室环境，因微粒污染物可以通过本文所述的实施例被实质移除。
图1A和1B为简化示意图，其图示说明根据本发明的一个实施例的末端效应器的透视图。处于设置在末端效应器41上部的壳体中的电动马达(如伺服马达或步进马达)驱动末端效应器的垂直和水平定位。真空源提供真空，以便使载具组件可以抓取并固定如HDD的基板，如后详述。在一个实施例中，真空经过载具组件的支撑延伸部而被提供，这些支撑延伸部通过顺应的磁性耦合无杆汽缸来驱动。上、下载具组件能在必要时延伸和缩回。
图2为根据本发明的一个实施例的末端效应器组件和末端效应器组件的组成构件的简化示意图。主板1(亦称作移动板)支撑上致动器组件8和下致动器组件2。在一个实施例中，为了分别提供上载具组件7和下载具组件3的延伸和缩回作用，致动器组件为磁性耦合致动器组件。上载具组件7经由轴承上组件29耦合至致动器组件8。类似地，下载具组件3经由下轴承组件28耦合至致动器组件2。在一个实施例中，上组件轴承29和下组件轴承28提供清洁的功能，以便使在对硬盘驱动器盘片的操作和移动期间，上、下载具组件的对应支撑臂不致含有可能导致污染物的污渍。包括马达盖组件30的壳体19封装或收纳伺服马达或步进马达，该伺服马达或步进马达用来驱动枢转运动以相应地将载具组件定向。在一个实施例中，伺服马达使末端效应器组件绕着枢轴21枢转，枢轴21固定于枢轴托架20和托架10和9。在一个实施例中，具有反馈的步进马达可取代伺服马达。应了解到，通过在此描述的实施例，伺服马达将能够消除与硬停止(hard stop)有关的跳动，由此节省能在对该单元连续操作时所累积的宝贵输送时间。被配置为与此处描述的实施例整合的示例性伺服致动器是HARMONIC DRIVE LLC的伺服致动器。在另一实施例中，为了进一步限制任何进入无尘室环境的污染，整个末端效应器组件可被壳体所容纳。伺服致动器和步进致动器具有顺应性，即若有东西阻挡在环绕枢轴点的行进路径上，则这些马达能检测错误而停止。在一个实施例中，在马达控制器的反馈电路中配合的传感器能检测错误状况而停止马达，从而使错误状况能够被校正。举例而言，用于检测某种扭矩程度的一个或多于一个传感器检测到超过扭矩程度时，能引发错误状况，以停止马达。配合马达控制器的反馈电路的传感器检测错误状况，并通过与马达控制器的通信而触发马达停止。错误状况接着可被传递给相关人员，以便使该状况能被解决。本领域技术人员应当了解到，因为实施例不限制为上述的扭矩传感器，任何适合用来检测错误状况的传感器都可整合到马达控制器的反馈电路中。
图3是根据本发明的一个实施例的上致动器组件的简化示意图。上致动器组件8包括为硬盘驱动器盘片提供支撑组件的延伸与缩回的磁性耦合无杆汽缸4。在一个实施例中，磁性耦合驱动器是市面上任何适合的磁性耦合驱动器。有关磁性耦合驱动器的更多信息，参照图4。在一个实施例中，安装托架5将汽缸4耦合至对应载具组件的支撑臂。应了解到，图2的下致动器组件除了是图3的上致动器组件的镜像之外，该下致动器组件的结构类似于该上致动器组件的结构。
图4是根据本发明的一个实施例的磁性耦合无杆汽缸的简化示意图。磁性耦合无杆汽缸4包括缸管14。缸管14的内部有活塞15和轴16。在一个实施例中，活塞15和轴16从缸管14的各端以气动方式驱动。亦即，依据不同驱动方向，空气可从外部源输送至各端。在一个实施例中，空气可穿过末端效应器的控制器而被输送。磁铁19和20提供了外部滑件本体与活塞15之间的耦合。汽缸4包括间隔件21和缓冲件22。本领域技术人员将了解到，磁性耦合无杆汽缸4可以是市面上任何适合的单元，如可从SMC公司获得的单元。磁性耦合无杆汽缸4起到对末端效应器提供顺应性的作用。亦即，若在载具组件缩回或延伸时，载具组件或载具组件所载托的盘片在行进路径中撞击到某物，磁性耦合汽缸4便会与外部滑件本体18的磁铁20解除耦合，而外部滑件本体18的磁铁20与活塞15的磁铁19解除耦合。因此，在撞击后或遭遇某种程度阻力时，载具组件的驱动力便会磁性解除耦合。在一个实施例中，外部传感器可用来在解除耦合时感测错误状况。在此实施例中，传感器可用以基于载具组件的完整缩回循环与完整延伸循环之间的计时而触发。传感器接着能提供错误状况，以停止末端效应器以及所包括的伺服致动器，并告知相关人员。本领域技术人员将了解到，末端效应器的控制器能监视传感器，以检测错误状况，且任何适合用来检测错误状况的传感器均可与实施例整合，因为实施例并不限为计时传感器。
图5A和5B根据本发明的一个实施例图示说明上载具组件与下载具组件的更多细节。上载具组件7包括空心的线性轴2和3(亦称作臂延伸部或支撑延伸部)。为了通过在线性轴一端附接在安装托架上的支撑部固持硬盘驱动器盘片，可穿过线性轴2和3施加真空。在一个实施例中，支撑部利用HDD的部分边缘而固持HDD。因此，供应至该边缘的真空会提供在运输HDD时支撑HDD所用的手段。应了解到，分别在图5A和5B中的上载具组件和下载具组件为彼此的镜像。
图6A至6D分别根据本发明的一个实施例图示说明上组件壳体轴承和下组件壳体轴承。如图6A至6D所示，在一个实施例中，为了防止任何污渍曝露至外部环境，壳体组件提供清洁功能。图6A和6B为轴承组件的侧视图，而图6C为俯视图。图6D是沿着图6A中的线段AA的横剖面图。清洁的功能由净化接头(scavenge adaptor)42、43、45、47所提供。轴承46设于轴承盖40中。应了解到，通过在此描述的实施例，末端效应器能从垂直定向的基板的容器中取出基板后，将该基板置放或定位在使基板呈水平定向的测试器上。此外，应了解：虽然实施例描述夹持硬盘驱动器盘片的真空边缘，但实施例并不限于此结构。亦即，可应用实施例以通过硬盘驱动器盘片的中心开口而获得或固持硬盘驱动器盘片。当然，可利用边缘夹持与利用硬盘驱动器盘片的中心孔洞的组合来作为支撑用途。此外，虽然在此提及硬盘驱动器盘片，应该注意实施例可以延伸包含任何适当半导体基板或任何磁性媒体的运输，或其它基板的运输，因为实施例不限于磁性媒体或半导体基板。应了解到，虽然为了支撑硬盘驱动器盘片而抓住盘片的外部边缘，因此将真空施加穿过载具组件的延伸轴，但为了移除由于零件移动所产生的任何微粒，亦可将真空施加至末端效应器的自含环境中。
图7A和7B是根据本发明的一个实施例的轴承盖的替代性实施例的简化示意图。在此例示性实施例中，轴承壳体40是单一单元，即上、下组件整合成一个单元。轴承壳体40包括开口46来收纳载具组件的延伸支撑部。减震器70整合到轴承壳体40的内部表面。减震器70的功能是以可控制方式终止(如逐渐减少)磁性耦合无杆汽缸的运动，使其完全停止。在一个实施例中，弹簧加载机构可实现运动的逐渐减少，其中，当减震器上的销被更加压陷时，弹簧张力会增加。图7B中除了轴承壳体40的外部盖呈透明以检视轴承盖的内部零件之外，其所示类似于图7A。如图7B所示，每个开口包括一对轴承46。
图8是根据本发明的一个实施例的载具组件的简化示意图。该载具组件包括臂延伸部32和33。在一个实施例中，臂延伸部32包括容许接达于臂延伸部的空心部分的孔洞82，因而臂延伸部又能将真空供给到载具支撑部，用以固持HDD。在一个实施例中，可经过穿过被覆盖轴承壳体的孔洞82而施加真空。磁性耦合无杆汽缸4驱动载具组件，亦即驱动载具组件的缩回与延伸。安装托架5固定于磁性耦合无杆汽缸4的本体盖18。托架80提供载具组件臂延伸部与磁性耦合无杆汽缸之间的连结。在一个实施例中，托架80具有顺应性，即螺丝将托架固定于外部滑件本体而穿过托架的洞是一开槽，容许托架遭遇某种程度阻力时能些微移动。在另一实施例中，托架可相对较薄，以便使托架遭遇某种程度阻力时能弯曲。
图9是根据本发明的一个实施例图示说明一部分壳体移除后的末端效应器的透视图的简化示意图。所示的末端效应器41具有上、下载具组件，每个载具组件包括臂延伸部32和33。轴承壳体40包括有臂延伸部32和33延伸穿过的轴承。在一个实施例中，来自真空源的真空，经由入口90A和90B，穿过臂延伸部中的孔洞，而被提供至臂延伸部32。磁性耦合无杆汽缸4A和4B经由托架80分别耦合至上、下载具组件，驱动载具组件的延伸和缩回。为了如图11A和11B所示枢转末端效应器的下部本体，托架10和9支撑末端效应器41的下部本体，并且还连接至驱动马达。
图10A和10B是根据本发明的一个实施例图示说明末端效应器的可替代视图的简化示意图。图10A图示说明具有完整盖板92的末端效应器下部，而图10B中盖板92被部分移除。臂延伸部延伸穿过轴承盖40，其中上载具组件处于延伸位置，而下载具组件处于缩回位置。提供通道94以使连接至末端效应器的受包覆下部本体部分的真空入口将由下部本体部分盖所包覆的区域抽成真空，或将被包覆部分保持在相对于外部环境较低的压力之下。本领域技术人员将了解到，末端效应器可在无尘室环境中使用，因此期望对微粒污染进行围阻。
图11A和11B是根据本发明的一个实施例图示说明末端效应器的可枢转定向的简化示意图。在图11A中，示出末端效应器41，其中下部本体部分为水平定向，而图11B示出垂直定向的末端效应器。马达壳体19容纳有伺服或步进马达，该马达驱动附连到托架10和对应托架(即图9的托架9)的枢转轴。根据本发明的一个实施例，马达壳体19包括伺服致动器，该伺服致动器提供用来在垂直位置与水平位置之间移动盘片的运动。应了解到，具有用来加入反馈的控制器的步进马达可以取代伺服马达13。使用伺服马达或有反馈的步进马达使马达控制器能够控制运输，而非汽缸停止的位置。此外，伺服马达能控制运输运动，如位置间的加速、减速，以便消除或最小化利用汽缸硬停止的系统中会发生的跳动。亦即，相比伺服马达所提供的反馈控制运动，汽缸的运动是相对不受控制的。通道94被附连到挠性管上，盖挠性管连接至马达壳体19，以适应末端效应器下部的枢转。包括通道94的通道组件提供马达壳体19与收纳末端效应器下部本体部分的壳体之间的通道。在一个实施例中，末端效应器41将HDD递送至图11A中的水平位置处的测试器或其它装置，或从该处取回。在图11B的垂直位置，末端效应器41将HDD递送至HDD的收纳盒或固持装置(holder)，或从该处取回。在一个实施例中，末端效应器的上部部分被固定，使得上部部分如图11A和11B所示并不枢转。应了解到，末端效应器可固定于机器人，该机器人在设备位置之间移动末端效应器，如在测试器与将基板固持呈垂直定向的收纳盒之间。如图11A和11B所示，末端效应器的下部部分可绕着电动马达的驱动轴的轴线枢转。
图12A和12B提供根据本发明的一个实施例的万向(gimbaled)载具支撑部结构的更多细节。在一个实施例中，盘片载具124可称作盘片支撑部，其可绕着多个枢转点枢转，如枢转点132和盘片载具124中的真空通道。在一个实施例中，固定螺丝用来在各枢转点支撑特定位置。本领域技术人员将了解到，可替换的装置可用来将位置固定到位，且并非限于固定螺丝。举例而言，固定螺丝156可用来致使绕着沿枢转点132延伸的轴的运动，而一旦固定螺丝调整完成后，至枢转点132的相邻固锁螺丝便可用来将组件固定到位。因此，松开固定螺丝156使盘片载具124绕着枢转点132移动，而锁紧固定螺丝156则固定载具支撑部的位置。虽然实施例图示说明了各种调整螺丝，如调整螺丝130，但本发明不限于这些实施例。
在此描述的任何操作形成本发明的部分，其为有用的机器操作。本发明还涉及执行这些操作的装置或设备。该设备可以是根据所需目的特别构建的，或者该设备可以是由储存在计算机中的计算机程序选择性地启动、实施或配置的通用计算机。特别地，各种通用机器能与根据在此所教导而写成的计算机程序一同使用，或者可以更方便地构建更专用的设备来执行所需操作。
为了清楚了解本发明，即使前面已详细描述，但显而易见的是可以在随附权利要求的范围内实施特定变化或修改。相应地，本文的实施例仅是示例性的而非限制性的，且本发明不限于在此所提及的细节，而是可以在权利要求的范围内和等价范围内进行修改。在权利要求中，除明确指出外，组件和/或步骤不代表操作的特定顺序。
Claims (20)
1.一种用于传输基板的设备，包含：
上部部分，其收纳电动马达，所述电动马达具有驱动轴；
马达壳体，所述马达壳体包围所述电动马达；
枢转托架，其具有第一端和第二端，所述枢转托架的所述第一端耦合至所述驱动轴；
下部部分，其具有固定于该枢转托架的第二端的顶部表面，所述下部部分包括多个载具组件，每个载具组件具有延伸穿过所述下部部分的轴承组件的多个支撑延伸部，每个所述载具组件具有设置于对应的支撑延伸部之间的独立驱动组件，其中，所述下部部分通过绕着所述驱动轴的轴线枢转而在垂直与水平方向之间移动。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述电动马达为伺服马达或步进马达中的一个。
3.如权利要求1所述的设备，其中，每个所述载具组件包括盘片载具，所述盘片载具用以支撑所述基板的边缘的一部分。
4.如权利要求3所述的设备，其中，所述盘片载具通过吸力支撑所述基板。
5.如权利要求1所述的设备，其中，每个所述支撑延伸部是中空的，且至少一个对应的支撑延伸部容许外部真空源接达于设在所述载具组件之一的一端上的盘片载具，以支撑磁盘片的边缘的一部分。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述独立驱动组件为磁性耦合无杆驱动器。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述轴承盖包括用于每个所述支撑延伸部的一对轴承。
8.一种用于传输基板的末端效应器，包含：
固定上部部分，其收纳电动马达，所述电动马达驱动可枢转下部部分，所述可枢转下部部分固定于所述固定上部部分，所述可枢转下部部分具有从轴承组件延伸的第一和第二载具组件，所述第一和第二载具组件通过多个对应的磁性耦合驱动轴而被驱动；所述轴承组件的外部表面具有减震机构，所述减震机构在所述载具组件接近行进终点时减小对应载具组件的行进速度；所述磁性耦合驱动轴经由顺应托架连接至所述第一和第二载具组件的对应支撑延伸部，每个所述对应的支撑延伸部是中空的，并从外部源将真空输送至对应载具组件的盘片载具。
9.如权利要求8所述的末端效应器，其中，所述可枢转下部部分在90度的行进范围中枢转。
10.如权利要求8所述的末端效应器，其中，真空通道将真空从所述固定上部部分输送至由所述可枢转下部部分的壳体所包覆的区域。
11.如权利要求8所述的末端效应器，其中，所述磁性耦合驱动轴包括：第一磁铁，其设于导管内；以及第二磁铁，其透过所述导管的管壁与所述第一磁铁配合。
12.如权利要求11所述的末端效应器，其中，所述第一磁铁和所述第二磁铁被构建成多个圆筒状区段。
13.如权利要求8所述的末端效应器，其中，每个所述盘片载具可绕着多个枢转点枢转。
14.如权利要求8所述的末端效应器，其中，每个所述盘片载具绕着在该盘片载具内的真空通道枢转。
15.一种用于传输基板的设备，包含：
第一部分，其收纳电动马达，所述电动马达具有驱动轴；
枢转托架，其具有第一端和第二端，所述枢转托架的第一端耦合于所述驱动轴；以及
第二部分，其固定于所述枢转托架的第二端，所述第二部分包括多个载具组件，每个载具组件具有延伸穿过被收纳于所述第二部分内的轴承组件的多个支撑延伸部；每个所述载具组件具有设置于对应支撑延伸部之间的独立磁性耦合驱动组件；每个磁性耦合驱动具有轴，且外部驱动本体设置于该轴的一部分的周围，以及内部驱动本体设置于该轴的内部空腔内；所述外部驱动本体和所述内部驱动本体包括多个磁铁，所述磁铁将所述内部和外部驱动本体耦合在一起，使所述内部驱动本体在所述内部空腔内的移动导致所述外部驱动本体的移动。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述支撑延伸部中的一个将真空提供至固定于所述载具组件的一端的载具支撑部，且其中，所述内部驱动本体以气动方式驱动。
17.如权利要求15所述的设备，其中，当所述载具组件在延伸和缩回操作期间遭遇阻力时，所述外部驱动本体与所述内部驱动本体解除耦合。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述设备包括用以检测所述支撑延伸部的多个延伸和缩回循环的多个传感器；且其中，当所述延伸和缩回循环中的一个超过时间限制时，所述传感器触发错误状况。
19.如权利要求15所述的设备，其中，所述第二部分可绕着所述驱动轴的轴线枢转。
20.如权利要求16所述的设备，其中，所述载具支撑部可绕着定义于该载具支撑部内的真空通道枢转。
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