CN104275701A - 吸附结构、机器人手及机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸附结构、机器人手及机器人。吸附结构包括固定基部；吸盘，被固定到固定基部；以及密封部件，设置在吸盘与固定基部之间。吸盘包括：被设置为与将被吸附的目标物体进行接触的接触部；被接触部包围的空间；抽吸孔，通过抽吸孔使所述空间经由密封部件与真空源连通；以及将吸盘固定到固定基部的一个或多个支承部。各支承部被设置在倾斜运动的轴线上并设有扭曲部，所述扭曲部支承接触部，使得接触部围绕轴线进行倾斜运动。

Description

吸附结构、机器人手及机器人
技术领域
本文公开的实施方式涉及一种吸附结构、机器人手及机器人。
背景技术
在相关技术中，已知搬运例如晶片或玻璃基板的薄基板的基板搬运机器人(例如，参照日本专利申请公开No.2008-28134)。
机器人包括例如臂部和安装在臂部的末端部的机器人手(以下，称作“手部”)。机器人通过使手部保持基板同时使臂部在水平方向和其他方向上操作，来搬运基板。
在搬运基板的过程中，需要可靠地保持基板并防止基板的位置移动。因此，提出一种机器人，其包括具有使用真空吸盘等的吸附结构的手部，所述机器人通过使吸附结构吸附基板，从而在基板的搬运过程中保持基板。
如果在半导体制造工序中使用机器人，则基板经历诸如成膜处理等的热处理工序，因此机器人经常搬运在热处理工序中被加热到高温的基板。
然而，在上述的相关技术中，在可靠地吸附卷曲的基板方面，存在进一步改善的余地。
更具体地，有时存在基板在经历上述的热处理工序之后在热的影响下发生卷曲的情况。该情况下，在真空吸盘的表面与基板的表面之间产生间隙。存在不能对基板进行真空吸附并将基板固定这样的问题。
该问题是由于基板的厚度减小或尺寸增大、由于基板的材质或者由于在处理工序中基板的状态变化、例如上述的热或成膜的影响而有可能发生的共同的问题。
发明内容
鉴于上述的情况，本文公开的实施方式提出一种能够可靠地吸附卷曲的基板的吸附结构、机器人手及机器人。
根据实施方式的一个方面，提供一种包括固定基部、吸盘以及密封部件的吸附结构。吸盘包括：与将被吸附的目标物体进行接触的接触部；被所述接触部包围的空间；抽吸孔；以及一个或多个支承部，各支承部具有扭曲部。所述支承部将所述吸盘固定到所述固定基部，各支承部被设置在倾斜运动的轴线上。所述扭曲部支承所述接触部，使得所述接触部围绕轴线进行倾斜运动。所述密封部件被设置在所述吸盘与所述固定基部之间。所述抽吸孔使所述空间经由所述密封部件与真空源连通。
根据本文公开的实施方式的一个方面，能够可靠地吸附卷曲的基板。
附图说明
图1是根据实施方式的机器人的立体示意图。
图2是手部的俯视示意图。
图3A是吸盘的俯视示意图。
图3B是沿图3A的线IIIB-IIIB’剖开的剖视示意图。
图4A是示出吸盘被固定到固定基部之前吸盘的安装结构的剖视示意图。
图4B是示出吸盘被固定到固定基部之后吸盘的安装结构的剖视示意图。
图5A是示出吸盘的配置例的俯视示意图。
图5B是示出吸盘的运动的俯视示意图。
图6A是根据第一变形例的吸盘的俯视示意图。
图6B是沿图6A的线VIB-VIB剖开的剖视示意图。
图6C和图6D是示出根据第二变形例的吸盘的例子的俯视示意图。
图6E是沿图6D的线VIE-VIE剖开的剖视示意图。
具体实施方式
现在，将参照附图对吸附结构、机器人手以及机器人的实施方式进行详细说明。本发明不限于这些实施方式。
在下文中，将以机器人是将晶片作为目标物体进行搬运的基板搬送机器人的情况为例进行说明。晶片由附图标记“W”表示，在下面的说明中，将构成机械结构并且能够相对于彼此进行运动的各个刚性元件称作“连杆”。“连杆”有时也称作“臂部”。
首先，参照图1对根据第一实施方式的机器人1的结构进行说明。图1是根据该实施方式的机器人1的立体示意图。
为了容易理解，在图1中图示了包含将竖直向上作为正方向、将竖直向下作为负方向的Z轴的三维正交坐标系。因此，沿XY平面延伸的方向表示“水平方向”。该正交坐标系有时在以下的说明中所使用的其他的附图中也被示出。
在以下的说明中，为了便于说明，假设机器人1的摆动位置及其方向处于图1所示的状态，对机器人1的各部分之间的位置关系进行说明。
在以下的说明中，有时存在这样的情况，对于多个部件，对有些部件给出附图标记，对其他的部件没有给出任何附图标记。在该情况下，假设使用附图标记标注的一部分部件与其他的部件具有相同的结构。
如图1所示，机器人1包括基台2、升降单元3、和臂单元，所述臂单元具有第一关节单元4、第一臂部5、第二关节单元6、第二臂部7、第三关节单元8、以及手部10。
基台2是机器人1的基部单元，并且被固定到地板表面或壁面。在一些情况中，通过使用基台2的上表面将机器人1固定到另一装置。升降单元3被安装为使其能够相对于基台2在竖直方向(Z轴方向)上滑动(参照图1的双箭头a0)。升降单元3使机器人1的臂单元沿竖直方向升降。
第一关节单元4是可以围绕轴线a1旋转的旋转关节。第一臂部5通过第一关节单元4可旋转地连接到升降单元3(参照图1中的围绕轴线a1的双箭头)。
第二关节单元6是可以围绕轴线a2旋转的旋转关节。第二臂部7通过第二关节单元6可旋转地连接到第一臂部5(参照图1中的围绕轴线a2的双箭头)。
第三关节单元8是可以围绕轴线a3旋转的旋转关节。手部10通过第三关节单元8可旋转地连接到第二臂部7(参照图1中的围绕轴线a3的双箭头)。
机器人1装配有诸如马达等的驱动源(未图示)。第一关节单元4、第二关节单元以及第三关节单元8分别通过驱动源的操作而进行旋转。
手部10是真空吸附并保持晶片W的末端执行器。以下将参照图2和下面的图对手部10的结构进行详细说明。在图1中，图示了机器人1设有一个手部10的情况。然而，手部10的数量不限于此。
例如，可以将多个手部10以重叠关系安装成将轴线a3作为旋转轴线，以使手部10能够围绕轴线a3独立地旋转。
机器人1通过将升降单元3的升降操作、各臂部5、7以及手部10的旋转操作组合，来搬运晶片W。这些操作通过来自控制装置20的指令进行，控制装置20通过通信网络而连接到机器人1以使它们能够相互通信。
控制装置20是控制机器人1的操作的控制器。例如，控制装置20指示上述的驱动源的操作。机器人1响应于从控制装置20发送的指令，使驱动源旋转任意的角度，由此使臂单元旋转。
这种操作控制基于预先存储在控制装置20中的教示数据来执行。然而，有时存在从主机装置30获得教示数据的情况，主机装置30连接到控制装置20以使它们能够相互通信。
接下来，参照图2对手部10的结构进行说明。图2是手部10的俯视示意图。在图2中，位于正常位置的晶片W用双点划线表示。就这一点而言，正常位置是指晶片W被理想地定位的位置。在以下的说明中，位于正常位置上的晶片W的中心将使用附图标记“C”表示。
如图2所示，手部10通过第三关节单元8被安装在第二臂部7的末端部以便围绕轴线a3旋转。手部10包括板保持部11、板12、吸盘13、以及真空路径14。
板保持部11与第三关节单元8连接，并且被设置为对板12进行保持。板12是用作手部10的基部的部件，由陶瓷等制成。在图2中，示出了板12，板12的末端部具有分叉的形状，但板12的形状不限于此。
吸盘13是对晶片W进行真空吸附从而将晶片W保持在手部10上的部件。在本实施方式中，三个吸盘13被安装在图2所示的位置上，并且被设置为在三个点上吸附并保持晶片W。吸盘13的个数不限于此，例如，也可以设置三个以上。参照图3A和下面的图详细地说明各吸盘13的结构。
真空路径14是从各吸盘13延伸到真空源40的抽吸路径。例如，如图2所示，在板12内形成真空路径14。当晶片W被置于吸盘13上时，真空源40经由真空路径14进行吸附，晶片W被吸附到吸盘13。真空路径14可被形成在任何位置上，只要真空路径14能够使真空源执行吸附即可。
卷曲的晶片W的形状的例子包括：晶片W朝向中心C向上逐渐弯曲的所谓的“拱形”；晶片W朝向中心C向下逐渐弯曲的所谓的“碗形”；以及晶片W将拱形和碗形组合的任意的形状。然而，在实际中，假定在各吸盘13上在晶片W的局部区域中产生“拱形”和“碗形”中的一者即可。因此，现在将卷曲的晶片W具有“拱形”或“碗形”的情况作为一例描述各吸盘13的操作。
也就是说，可以说晶片W呈现具有沿其径向延伸的挠曲曲线的卷曲形状。在本实施方式中，即使晶片W卷曲，也使得吸盘13顺应卷曲的晶片W，由此可靠地对晶片W进行真空吸附。
接下来，对各吸盘13的结构进行详细说明。在下面的说明中，在图2所示的多个吸盘13之中，仅将被闭合曲线P1包围的吸盘13作为主要的例子。
图3A是吸盘13的俯视示意图。图3B是沿图3A的线IIIB-IIIB剖开的剖视示意图。如图3A所示，在图示的例子中，吸盘13包括接触部13a、主表面部13b、抽吸孔13c、以及设置在接触部13a和主表面部13b的对向侧的两个支承部13d。支承部13d的个数不限于两个。
如图3B所示，吸盘13还包括固定部13e、第一突起部13f以及第二突起部13g。
吸盘13可由例如树脂等的各种材料制成。例如，优选地，吸盘13的材料具有挠性，从而使吸盘13顺应晶片W的变形。
由于吸盘13可能与被加热到高温的晶片W进行接触，因此，优选地，吸盘13的材料具有优越的耐热性。作为一例，可适当地使用聚酰亚胺树脂等作为吸盘13的材料。在本实施例中，假设吸盘13使用聚酰亚胺树脂一体成形。
接触部13a是与作为将被吸附的目标物体的晶片W进行接触的部分。主表面部13b是用作吸盘13的所谓的基板的部分。主表面部13b的外周被接触部13a包围。在图3A中，图示了具有大致圆形的主表面部13b，但主表面部13b的形状不限于此。
在主表面部13b的中央区域形成抽吸孔13c。抽吸孔13c使被接触部13a包围的空间S通过密封部件15(参照图4A和4B)与真空源40连通。支承部13d是将吸盘13固定到板12的部分，各支承部13d设有固定部13e和第二突起部13g。支承部13d被设置在轴线ax上，接触部13a围绕轴线ax进行倾斜运动(参照图5B)。
固定部13e是从各支承部13d朝向板12突出的部分。固定部13e具有分割前端部，分割前端部设有用作钩的凸部。优选地，固定部13e具有弹性从而使分割前端部在自由的状态下展开。因此，通过将固定部13e插入到形成在板12中的相应的通孔中，将吸盘13固定。
第一突起部13f是用于定位下述的密封部件15(参照图4A和4B)的突起部。具体而言，第一突起部13f与密封部件15进行接触从而限制密封部件15的位置。第二突起部13g是用于防止吸盘13的错位的突起部。
接下来，将对吸盘13的安装结构进行说明。图4A和4B是示出沿图3A的线IIIB-IIIB剖开的吸盘13的安装结构的剖视示意图。
如图4A所示，预先在板12中形成与真空路径14连通的抽吸孔12a、与固定部13e对应的通孔12b、以及与第二突起部13g接合的接合孔12c。也就是说，板12是根据本实施方式的抽吸结构的固定基部。
密封部件15被设置在吸盘13与板12之间并充分地支承吸盘13的接触部13a。密封部件15是形成为大致圆柱形的弹性体，并且例如由硅树脂等制成。
密封部件15具有内径，使得内圆周表面与第一突起部13f的外圆周表面紧密接触。另外，在密封部件15的安装区域中，密封部件15具有比吸盘13与板12之间的间隙h2(参照图4B)更大的高度h1。
通过将固定部13e插入到相应的通孔12b中，同时使第一突起部13f的外圆周表面与密封部件15的内圆周表面接合并且使第二突起部13g与相应的接合孔12c接合，将吸盘13安装到板12。
如图4B所示，固定部13e包括具有用作钩的凸部的分割前端部。因此，能够在不使用任何工具的情况下将吸盘13安装到板12。也就是说，能够很容易地将吸盘13安装到板12。这使得终端用户能够在现场高效地执行更换作业。
由于能够在不使用粘结剂的情况下将吸盘13安装到板12，因此可以防止当晶片W处于高温时粘合剂中包含的有机物挥发并对产品产生不良影响。
在密封部件15的安装区域中，密封部件15具有比吸盘13与板12之间的间隙h2更大的高度h1。因此，当吸盘13被固定到板12时，密封部件15在挤压的状态下被挤压。这使得能够将抽吸孔13c和12a之间的间隙可靠地密封并且能够确保气密空间。
在图4A和4B中，示出了突起部13f和13g被设置在吸盘13上的情况。当然，突起部13f和13g也可以设置在板12上。
在本实施方式中，吸附结构包括扭曲部13h，扭曲部13h用于支承接触部13a，使得接触部13a和主表面部13b围绕轴线ax进行倾斜运动，支承部13d被设置在轴线ax上。关于该方面，将参照图5B在下面进行说明。
接下来，将对吸盘13的配置例和吸盘13的运动进行描述。图5A是示出吸盘13的配置例的俯视示意图。图5B是示出吸盘13的运动的俯视示意图。
如图5A所示，例如，吸盘13被设置在倾斜运动的轴线ax与位于正常位置的晶片W的径向大致正交的方位，所述径向延伸穿过吸盘13的中心。换言之，吸盘13被设置为倾斜运动的轴线ax与围绕位于正常位置的晶片W的中心C绘制的假想圆相切。
因此，相对于具有诸如拱形或碗形的径向卷曲的形状的晶片W，接触部13a能够容易地围绕与径向大致正交的轴线ax进行倾斜运动。因此，即使晶片W卷曲，吸盘13也能容易地顺应卷曲的晶片W。
如图5B所示，各支承部13d的一端通过固定部13e被固定到板12。在各支承部13d的另一端设置扭曲部13h，扭曲部13h用于支承接触部13a使得接触部13a能够围绕轴线ax进行倾斜运动。因此，通过使各支承部13d的另一端扭曲，接触部13a能够围绕轴线ax进行倾斜运动(参照图5B中的箭头501)。吸盘13的挠性和密封部件15的弹性协作地用于在此时产生扭曲力。
这使得接触部13a能够围绕轴线ax进行倾斜运动。因此，即使晶片W卷曲，吸盘13也能够容易地顺应卷曲的晶片W。也就是说，能够可靠地吸附晶片W。
吸盘13的形状和将吸盘13固定的方法不限于上述的例子。接下来，将参照图6A至6E描述吸盘13的变形例。图6A和6B所示的例子是第一变形例。图6C至6E所示的例子涉及第二变形例。
图6A是根据第一变形例的吸盘13’的俯视示意图。图6B是沿图6A的线VIB-VIB剖开的剖视示意图。
根据第一变形例的吸盘13’与上述的吸盘13的相同之处在于，吸盘13’设有设置在倾斜运动的轴线ax上的支承部13d。然而，根据第一变形例的吸盘13’与上述的吸盘13的不同之处在于，如图6A所示，各支承部13d的两个端部在俯视图中具有不同的宽度。
具体而言，如图6A所示，吸盘13’包括一个端部(固定部13e及其周边)以及宽度比一个端部更小的另一端部(扭曲部13h)。因此，扭曲部13h与各支承部13d的剩余部分相比刚性更小。
也就是说，扭曲部13h能够容易地扭曲，接触部13a能够容易地进行倾斜运动。因此，即使晶片W卷曲，吸盘13也能够容易地顺应卷曲的晶片W。其结果是，能够可靠地吸附晶片W。
当使接触部13a能够容易地进行倾斜运动时，优选地，可靠地挤压并压紧密封部件15，使得不会由于倾斜运动而发生位置偏移。因此，如图6B所示，可以从扭曲部13h朝向板12突出地形成肋部13i。
肋部13i使得能够可靠地挤压和压紧密封部件15。因此，能够防止密封部件15的位置移动并且能够可靠地确保与真空路径14连通的气密空间。
以上以固定部13e是具有分割前端部的销状固定部件的情况为例进行了说明。可替换地，可以使用紧固部件。图6C和图6D是根据第二变形例的吸盘13”的例子的俯视示意图。图6E是沿图6D的线VIE-VIE剖开的剖视示意图。
具体而言，如图6C和图6D所示，可以将固定部13e’设置为使用诸如螺栓或螺母的紧固部件SC来固定吸盘13”。该情况下，如图6E所示，在各支承部13d中形成用于插入紧固部件SC的通孔13j，在板12中形成与通孔13j对应的孔部12j。被插入各支承部13d的通孔13j的紧固部件SC被插入并且被固定到板12的相应的孔部12j，由此吸盘13”被固定到板12。
即使在这种情况下，与具有分割前端部的销状固定部13e的情况同样，能够容易地安装吸盘13”，而不需要使用粘结剂等。因此，能够在消除对产品的影响的同时高效地进行更换作业。
虽然图中未示出，但是，例如，可以将从板保持部11延伸的导线连接到上述的固定部13e或第二突起部13g。这有助于防止晶片W带电。因此，能够防止颗粒等附着到晶片W。
如上所述，根据本实施方式的吸附结构包括固定基部(板)、吸盘以及密封部件。吸盘包括与目标物体进行接触的接触部、设有扭曲部的支承部、以及抽吸孔。支承部被设置在吸盘中倾斜运动的轴线上，从而将吸盘固定到固定基部。
支承部的扭曲部支承接触部，使得接触部能够围绕倾斜运动的轴线进行倾斜运动。密封部件被设置在吸盘与固定基部之间。抽吸孔使被接触部包围的空间S通过密封部件与真空源连通。
因此，根据本实施方式的吸附结构能够可靠地吸附卷曲的晶片。
在上述的实施方式中，列举了吸盘的主表面部为圆形的例子，但本发明不限于此。例如，主表面部可为包括带圆角的大致长方形的椭圆形或卵形。在这种情况下，优选地，吸盘设置为其主轴方向与晶片的径向大致正交。
在上述的实施方式中，通过示例的方式描述了单臂机器人。但是，本发明也可以应用于双臂机器人或多臂机器人。
在上述的实施方式中，描述了目标物体是晶片的例子。但是，目标物体不限于此，而可以是任何的薄的基板。在该方面，对基板的类别没有限制，基板例如可以是用于液晶面板显示器的玻璃基板。
在采用玻璃基板等的情况下，上述的径向表示围绕目标物体的中心绘制的假想圆的径向、或者从目标物体的中心径向延伸的方向。
目标物体也可以不是基板，只要目标物体是薄的工件即可。
在上述的实施方式中，以机器人是用于搬运诸如晶片等的基板的基板搬运机器人的情况为例进行了说明，但机器人也可以是用于执行搬运作业以外的作业的机器人。例如，机器人也可以是通过使用设有吸附结构的手部对薄的工件进行真空吸附的同时执行规定的组装作业的组装机器人。
机器人的臂的数量、机器人手的数量、以及轴线的数量不限于上述的实施方式。
本领域的技术人员应该理解的是，根据设计需求和其他因素，可以进行各种变形、组合、移除以及替换，只要它们在所附权利要求的范围或其等同物的范围内即可。

Claims (12)

1.一种吸附结构，包括：
固定基部；
吸盘，所述吸盘被固定到所述固定基部；以及
密封部件，所述密封部件被设置在所述吸盘与所述固定基部之间，
其中，所述吸盘包括：被设置为与将被吸附的目标物体进行接触的接触部；被所述接触部包围的空间；抽吸孔，通过所述抽吸孔使所述空间经由所述密封部件与真空源连通；以及将所述吸盘固定到所述固定基部的一个或多个支承部，各支承部被设置在倾斜运动的轴线上并设有扭曲部，所述扭曲部支承所述接触部，使得所述接触部围绕所述轴线进行倾斜运动。
2.根据权利要求1所述的吸附结构，其中，所述密封部件是具有圆柱形状的弹性体。
3.根据权利要求1所述的吸附结构，其中，各所述支承部具有朝向所述固定基部突出的固定部，所述固定基部包括与所述固定部对应的通孔，所述固定部具有分割前端部，所述分割前端部设有用作钩的凸部，其中，通过将所述固定部插入到相应的通孔中，将所述吸盘固定到所述固定基部。
4.根据权利要求1所述的吸附结构，其中，各所述支承部具有通孔，所述固定基部包括与所述通孔对应的孔部，通过将固定部件经由各所述支承部的所述通孔插入到所述孔部中，将所述吸盘固定到所述固定基部。
5.根据权利要求3所述的吸附结构，其中，各所述支承部的一个端部和另一端部在俯视图中具有不同的宽度，所述固定部形成在各所述支承部的一个端部和另一端部中的宽度更大的一者上。
6.根据权利要求4所述的吸附结构，其中，各所述支承部的一个端部和另一端部在俯视图中具有不同的宽度，所述通孔形成在各所述支承部的一个端部和另一端部中的宽度更大的一者上。
7.根据权利要求3所述的吸附结构，其中，当所述吸盘被固定到所述固定基部时，所述密封部件被挤压并且被固定，在所述挤压之前的所述密封部件具有比在所述吸盘被固定到所述固定基部时在所述吸盘与所述固定基部之间沿着所述密封部件的间隙更大的高度。
8.根据权利要求4所述的吸附结构，其中，当所述吸盘被固定到所述固定基部时，所述密封部件被挤压并且被固定，在所述挤压之前的所述密封部件具有比在所述吸盘被固定到所述固定基部时在所述吸盘与所述固定基部之间沿着所述密封部件的间隙更大的高度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的吸附结构，其中，所述吸盘还包括突起部，所述突起部与所述密封部件进行接触从而限制所述密封部件的位置。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的吸附结构，其中，所述倾斜运动的轴线与从位于正常位置的目标物体的中心径向延伸的方向正交。
11.一种包括根据权利要求1至8中任一项所述的吸附结构的机器人手。
12.一种包括根据权利要求11所述的机器人手的机器人。
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