CN102554910A

CN102554910A - 一种机器人手臂机构

Info

Publication number: CN102554910A
Application number: CN2010105994829A
Authority: CN
Inventors: 曲道奎; 冯亚磊; 徐方; 王金涛
Original assignee: Shenyang Siasun Robot and Automation Co Ltd
Current assignee: Shenyang Siasun Robot and Automation Co Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种机器人手臂机构，属于工业机器人技术领域。包括驱动单元和两手臂组件，所述两手臂组件均包括大臂、小臂及末端执行器，在大臂和小臂内均设有同步带轮，所述两手臂组件的大臂同轴设置，其大臂伸缩驱动轴分别与其大臂内的带轮连接，两大臂外壳分别与其回转驱动轴连接，形成四轴同轴结构，四个驱动轴分别与驱动单元内各自独立的驱动机构连接。本发明两个手臂组件回转、伸缩驱动各自独立，上下交叉布置，分别在两个不同的回转平面绕共同旋转轴作回转运动和径向伸缩运动，形成本发明具有四个自由度的手臂机构，在其中一个手臂在进行一个工位的取放片的同时，另一手臂可在其不受干涉的范围内，回转至另一个工位，准备取放片工作，提高了工作效率。

Description

一种机器人手臂机构

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，特别是涉及一种机器人手臂机构。

背景技术

用于半导体器件搬运的小型机器人，必须能够适应高洁净度而空间狭小的使用环境，同时满足结构简单紧凑、结构刚度高、运动灵活可靠、重复定位精度高和可靠性高的要求。为了提高工作效率，通常将两组机械手臂安装在同一回转平台上，当一组手臂取片之后，另一组手臂可以放片。两个手臂间的回转运动是由同一驱动轴驱动的。其手臂完成在一个工位取放片后，需要回转到另一工位，去完成另一工位的取放片工作，效率低。

目前国内外最常见的用于洁净环境的双手臂搬运机器人主要有双臂独立驱动伸缩型机器人和双臂公用驱动伸缩型机器人。前者的每组手臂的伸缩各需要1个驱动器，每组手臂的回转公用一个驱动器，故共需3个驱动器，后者的两组手臂的伸缩公用1个驱动器，公用一个回转驱动器，共需2个驱动器。Kensington Laboratories申请的专利US5765444公布了一种双臂独立驱动伸缩的手臂机构。日本Daikin公司的专利US5857826采用一种双臂伸缩公用一个驱动的机器人，其手臂部分在高度上分为两层，即大臂和小臂。公用驱动连杆和辅助连杆位于大臂和小臂之间。为了给公用驱动连杆和辅助连杆的运动留空间，大臂和小臂的部分厚度必须减薄，导致大小臂的刚度降低。Hosek Martin申请的专利WO 2008/124108提出采用Watt六杆机构实现两组SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm，选择顺应性装配机器手臂)手臂的伸缩控制，其等腰三角形的公用驱动连杆与SCARA手臂的大臂转轴有明显的重叠区域。为避免运动干涉，公用驱动连杆和辅助连杆只能安装在SCARA手臂大臂上方，为节省空间，通常要求公用驱动连杆和辅助连杆的厚度不超过小臂的厚度，导致刚度降低。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种机器人手臂机构，能够适应空间狭小的使用环境，同时满足结构简单紧凑、运动灵活可靠。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明包括驱动单元和两手臂组件，所述两手臂组件均包括大臂、小臂及末端执行器，在大臂和小臂内均设有同步带轮，所述两手臂组件的大臂同轴设置，其大臂伸缩驱动轴分别与其大臂内的带轮连接，两大臂外壳分别与其回转驱动轴连接，形成四轴同轴结构，四个驱动轴分别与驱动单元内各自独立的驱动机构连接。

所述的两手臂组件上下交叉布置，即在竖直方向上依次为：第一大臂、第二大臂、第一小臂、第二小臂、第一末端执行器、第二末端执行器。所述的两手臂组件在原始工作状态竖直方向上，第一大臂与第一小臂、第二大臂与第二小臂间均成U型结构，两U型槽口相对交叉叠置。

本发明具有如下优点：

1.本发明两个手臂组件回转、伸缩驱动各自独立，上下交叉布置，分别在两个不同的回转平面绕共同旋转轴作回转运动和径向伸缩运动，形成本发明具有四个自由度的手臂机构，简化了传动结构、通过减少不可靠部件，提高可靠性、降低生产成本。

2.本发明在其中一个手臂在进行一个工位的取放片的同时，另一手臂可在其不受干涉的范围内，回转至另一个工位，准备取放片工作，大大提高了工作效率。在两手臂组件的大臂和小臂内设置同步带传动机构，设定相应的齿数比，且两末端执行器上下叠置，实现双臂组件的伸缩动作，运动灵活、可靠。

3.实用性强：本发明能够适应空间狭小的高洁净度使用环境，同时满足结构简单紧凑、结构刚度高、运动灵活可靠、重复定位精度高和可靠性高的要求。适用于半导体器件搬运，也适用于其他需要小型机器人的行业和场合。

附图说明

图1为本发明实施例1的立体结构示意图。

图2为本发明的平面结构示意图。

图3为本发明手臂组件的局部内部结构示意图。

图4为本发明工作示意图。

图5为本发明两手臂处于相对平行位置，两臂收缩状态示意图。

图6为本发明两手臂处于相对平行位置，一臂展开状态示意图。

图7为本发明两手臂处于相对极限转动位置一，缩回状态示意图。

图8为本发明两手臂处于相对极限转动位置一，一臂伸出状态示意图。

图9为本发明两手臂处于相对极限转动位置二，缩回状态示意图。

图10为本发明两手臂处于相对极限转动位置二，一臂伸出状态示意图。

图中：1.驱动单元，2.第一大臂，3.第一小臂，4.第一末端执行器，5.第二大臂，6.第二小臂，7.第二末端执行器，8.第一带轮，9.第一同步带，10.第二带轮， 11.第三带轮，12.第二同步带，13.第四带轮，14.第一大臂伸缩驱动轴，15.第一大臂回转驱动轴, 16.第二大臂伸缩驱动轴，17.第二大臂回转驱动轴，18.晶圆，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别为工位。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图1-图3所示，本例包括驱动单元1和两手臂组件，所述两手臂组件均包括大臂、小臂及末端执行器，在大臂和小臂内均设有同步带轮，所述两手臂组件的大臂同轴设置，其大臂伸缩驱动轴分别与其大臂内的带轮连接，两大臂外壳分别与其回转驱动轴连接，形成四轴同轴结构，四个驱动轴分别与驱动单元1内各自独立的驱动机构连接，本例所述的各自独立的驱动机构为驱动电机。具体如图3所示，以第二大臂为例：第二大臂伸缩驱动轴安装于第一带轮8内，第二带轮10与第二小臂6内的第三带轮11同轴固定，第二末端执行器7固定于第四带轮13上，第一、第二同步带9、12分别置于第二大臂5和第二小臂6内的带轮上。

如图2所示，为避免干涉，所述的两手臂组件上下交叉布置，即在竖直方向上依次为：第一大臂2、第二大臂5、第一小臂3、第二小臂6、第一末端执行器4、第二末端执行器7。在原始工作状态竖直方向上，第一大臂与第一小臂、第二大臂与第二小臂间均成U型结构，两U型槽口相对交叉叠置。受两手臂组件在空间中相互干涉的影响，两手臂的相对回转运动并不是360度，固定其中一个手臂组件，另一个手臂组件的回转则会限定在一定的范围内。

如图3-图10所示，本例的工作过程如下：

两手臂组件的回转动作：如图3所示，驱动第一或第二大臂回转驱动轴15、17，实现第一、第二手臂的回转运动，驱动第一或第二大臂的伸缩驱动轴14、16，以第二手臂为例，第二大臂伸缩驱动轴16带动第一带轮8转动，带动与其同步连接的第二带轮10、与第二带轮10同轴连接的第三带轮11、与第三带轮11同步转动的第四带轮及第二末端执行器7，完成伸缩运动，实现取放晶圆18。

该手臂机构常用在多个工位间（图4所示六个，可更多）搬送晶圆，自工位Ⅰ搬送至工位Ⅱ是手臂的最常用动作，搬送晶圆的动作需要手臂首先将手臂的末端执行器回转到目标工位Ⅰ的正前方位置，然后通过其伸缩运动甚至晶圆的下方，再由驱动单元所在的升降平台驱动末端执行器向上托起晶圆，末端执行器上的圆形凹陷避免晶圆的滑落，然后手臂缩回，完成晶圆的取片动作，再回转到目标工位2上，通过手臂的伸出和升降平台的降落完成放片动作。

本发明中，当第一末端执行器在驱动单元的驱动下对目标工位Ⅰ进行搬运时，第二末端执行器可在一定范围内（该范围可参考图7—图10）同时自由回转至目标工位Ⅲ，待第一末端执行器完成取片动作后，第二末端执行器可不经延迟（即不需要再进行回转运动）的完成第二晶圆的取片动作。

Claims

1.一种机器人手臂机构，包括驱动单元和两手臂组件，所述两手臂组件均包括大臂、小臂及末端执行器，在大臂和小臂内均设有同步带轮，其特征在于：所述两手臂组件的大臂同轴设置，其大臂伸缩驱动轴分别与其大臂内的带轮连接，两大臂外壳分别与其回转驱动轴连接，形成四轴同轴结构，四个驱动轴分别与驱动单元内各自独立的驱动机构连接。

2.根据权利要求1所述的机器人手臂机构，其特征在于：所述的两手臂组件上下交叉布置，即在竖直方向上依次为：第一大臂、第二大臂、第一小臂、第二小臂、第一末端执行器、第二末端执行器。

3.根据权利要求1所述的机器人手臂机构，其特征在于：所述的两手臂组件在原始工作状态竖直方向上，第一大臂与第一小臂、第二大臂与第二小臂间均成U型结构，两U型槽口相对交叉叠置。