CN104526698B - 一种高强度的机械手臂、控制方法以及机械手装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强度的机械手臂、控制方法以及机械手装置，包括呈线性依次铰接的前臂以及多个关节臂，还包括气囊以及气路系统；气囊粘附在前臂上，且用于支撑前臂，气路系统用于控制气囊腔体内的气压；通过气路系统对所述气囊充气，使所述气囊达到额定气压，以支撑前臂。本发明不改变现有机械手臂材质以及重量的前提下，通过在前臂上设置额定气压的气囊，在前臂的强度降低时，气囊可给予前臂一定的支撑力，使机械手臂的定位更加精准，防止前臂由于强度低产生晃动或偏移等现象，减少工作误差，同时可提高机械手臂的使用寿命。

Description

一种高强度的机械手臂、控制方法以及机械手装置

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域，更具体的，涉及一种高强度的机械手臂、控制方法以及机械手装置。

背景技术

机械手是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。

机械手也广泛应用于半导体集成电路制造技术领域中，由于集成电路的制造对于硅片的洁净度有极高的要求，因此，在半导体制造工厂中，取放、传输硅片的工作通常由硅片机械手进行。所述硅片机械手包括机械臂、控制机械臂移动的驱动系统以及安装在机械臂一端用于承载硅片的手爪三部分构成。

通常，硅片机械手装置的工作过程包括：先将手爪夹持硅片；接着，机械臂在驱动系统的控制下，实现水平方向、垂直方向的平移或转动，带动手爪及硅片移动；当硅片移动到预定位置后，机械手装置从硅片上移开。

现有的半导体领域内使用的机械手臂通常需要具备耐酸碱的特性，因此，机械手臂的材料往往为碳纤维、铝等材料。然而，当机械手悬臂尺寸增大时,尤其表现在机械臂的长度大大增加时，由于碳纤维、铝等材料具有一定的韧性，会导致机械手臂的强度降低，机械臂产生晃动或偏移等现象，硅片机械手容易定位不准而产生偏差，导致手爪上的夹持机构无法有效夹持硅片，从而对大规模生产造成影响，此外，机械臂的强度降低还会影响机械臂的使用寿命。

针对机械臂强度降低的缺陷，可通过改变机械手臂的材质解决该问题，但是改变后机械手臂的材质往往不能耐酸碱环境，由此导致机械手臂易腐蚀现象的产生，或者，可增加机械手臂的支撑部件，但是增加后的支撑部件结构复杂，成本较高，而且会增加机械手臂的重量。

综上所述，随着机械手臂的长度尺寸的增加，业界亟需改进现有技术的机械手臂，在不改变现有机械手臂材质以及重量的前提下，解决现有的机械手臂强度低的问题，防止机械手臂由于强度低产生晃动或偏移等现象，导致机械手臂的工作误差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在上述缺陷，在不改变现有机械手臂材质以及重量的前提下，提供了一种机械手臂，提高其强度，减少工作误差，提高机械手臂的使用寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高强度的机械手臂，包括前臂以及至少两个关节臂；所述前臂与所述关节臂呈线性轴连接，所述前臂的末端设有容纳盖，还包括：气囊，至少为一个，粘附在所述前臂上，用于支撑所述前臂；所述气囊上设有进气口、出气口以及第一压力表，所述第一压力表用于检测所述气囊腔体内的气压；气路系统，安装于所述容纳盖内并与所述气囊连通，用于控制所述气囊腔体内的气压；其包括与所述进气口连接的进气管路，以及与所述出气口连接的出气管路，所述进气管路上设有第一启闭阀，所述出气管路上设有第二启闭阀；其中，通过控制第一启闭阀以及第二启闭阀的开关，使所述气路系统对所述气囊充气，直至所述气囊达到额定气压，以支撑所述前臂。

优选的，所述气路系统还包括安全阀，所述安全阀与所述气囊连接，用于控制所述机械手臂的工作状态。

优选的，所述进气管路上设有减压阀以及第二压力表，所述减压阀用于调整所述进气管路内的气压，所述第二压力表用于检测所述进气管路内的气压。

优选的，所述气囊为弹性件。

优选的，所述气囊呈条状，贴合于所述前臂的外表面，所述气囊的截面形状为多边形、U型、圆弧、或其中任意一种或多种图形的组合。

一种机械手装置，包括底座以及手爪，底座以及手爪分别连接上述高强度的机械手臂的两端。

一种高强度的机械手臂的操作方法，其包括如下步骤：

S1、打开第一启闭阀以及第二启闭阀，从进气管路通入惰性气体，以排空进气管路以及出气管路内的气体；

S2、关闭第二启闭阀，对气囊充入惰性气体，直至第一压力表检测的压力值等于所述气囊的额定气压，关闭第一启闭阀；

当第一压力表检测的压力值大于所述气囊的额定气压，打开安全阀，使机械手臂停止工作；

当第一压力表检测的压力值小于所述气囊的额定气压，打开第一启闭阀继续通入惰性气体，直至第一压力表检测的压力值等于所述气囊的额定气压，关闭第一启闭阀。

优选的，步骤S1中，排空进气管路以及出气管路内的气体的同时，调节减压阀，使第二压力表检测的压力值等于所述气囊的额定气压。

优选的，所述气囊的材料为橡胶以及棉纶的复合材料，或PVF、尼龙以及涤纶的复合材料。

优选的，所述惰性气体为氮气。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的高强度的机械手臂，在不改变现有机械手臂材质以及重量的前提下，通过在前臂上设置额定气压的气囊，在前臂的强度降低时，气囊可给予前臂一定的支撑力，使机械手臂的定位更加精准，防止前臂由于强度低产生晃动或偏移等现象，减少工作误差，提高机械手臂的使用寿命；此外，本发明的气囊可进行充气和排气的反复利用，质量较轻、占用空间小、安全可靠、操作简便、便于维护。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1是本发明高强度的机械手臂的结构示意图；

图2是本发明高强度的机械手臂的工作原理示意图。

[图中附图标记]：

10、前臂；11、容纳盖；20、关节臂；30、气囊；40、第一压力表；50、进气管路；60、出气管路；70、第一启闭阀；80、第二启闭阀；90、安全阀；100、减压阀；110、第二压力表。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

需要说明的是，在下述的实施例中，利用图1～2的结构示意图对按本发明一种高强度的机械手臂进行了详细的表述。在详述本发明的实施方式时，为了便于说明，各示意图不依照一般比例绘制并进行了局部放大及省略处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定。

请参阅图1、2，图1是本发明高强度的机械手臂的结构示意图；图2是本发明高强度的机械手臂的工作原理示意图。

如图1所示，本发明提供一种高强度的机械手臂，包括前臂10以及至少两个关节臂20，10前臂与关节臂20呈线性轴连接，为解决前臂10强度降低的问题，前臂10上固定有气囊30，前臂10的末端设有容纳盖11，容纳盖11为空腔，用于容纳气路系统，同时气路系统与气囊30连接，以控制气囊30的气压。此外，关节臂20也可为空腔，气路系统的线路可设置在关节臂20内部并与关节臂20下方的底座连接，底座内可设有驱动系统以及惰性气体源等，驱动系统用于驱动机械手臂水平方向的伸缩以及机械手臂的升降运动，惰性气体源为气路系统提供惰性气体，其中，惰性气体优选为氮气。

具体的，气囊30呈条形，同时与前臂10保持平行，可通过黏胶层固定在前臂10上，也可通过绑定或夹子的方式将两者固定在一起，气囊30优选为弹性件，其材料优选为橡胶以及棉纶的复合材料，或PVF、尼龙以及涤纶的复合材料；气囊30在达到额定气压的状态下可为前臂10提供一定的支撑力，从而增加前臂10的强度。

本实施例中，气囊30可以为一个，也可为多个拼接的方式粘附在前臂10上，较佳的，气囊30的横截面呈U形，贴合于前臂10的横截面，以达到最佳的支撑效果，气囊30的截面形状可为多边形、U型、圆弧、或其中任意一种或多种图形的组合，气囊的整体形状可以条形，Y形等。值得说明的是，本发明中的气囊的具体形状不限，通过气路系统以实现气囊支撑前臂的功能，均属于本发明的保护范围。

如图2所示，气囊30上设有进气口、出气口以及第一压力表40，第一压力40表用于检测气囊30腔体内的气压，进气口连接进气管路50，且进气管路50上设有第一启闭阀70，第一启闭阀70用于控制进气状态，出气口连接出气管路60，且出气管路60上设有第二启闭阀80，第二启闭阀80用于控制排气状态；其中，通过控制第一启闭阀70以及第二启闭阀80的开关，使气路系统对气囊30充气，气体为惰性气体，优选为氮气，直至气囊30达到额定气压，以支撑前臂10。

同时，气囊10还连接安全阀90，安全阀90用于控制机械手臂的工作状态。即当第一压力表40检测的压力值大于气囊30的额定气压，打开安全阀90，使机械手臂停止工作。进气管路50上还可设有减压阀100以及第二压力表110，减压阀100用于调整进气管路50内的气压，第二压力表110用于检测进气管路50内的气压。

本发明还提供了一种机械手装置，包括底座以及手爪，底座和手爪分别连接高强度的机械手臂的两端，底座内设有驱动机构用于驱动机械手臂的运动，实现水平方向、垂直方向的平移或转动，带动手爪及硅片移动；当硅片移动到预定位置后，手爪从硅片上移开。

此外，本发明还提供了一种高强度的机械手臂的操作方法，其包括如下步骤：S1、打开第一启闭阀70以及第二启闭阀80，从进气管路50通入惰性气体，以排空进气管路50以及出气管路60内的气体；同时调节减压阀100，使第二压力表110检测的压力值等于气囊30的额定气压；S2、关闭第二启闭阀80，对气囊30充入惰性气体，直至第一压力表40检测的压力值等于气囊30的额定气压，关闭第一启闭阀70。

具体的，步骤S2中，当第一压力表40检测的压力值大于气囊30的额定气压，可打开安全阀90，使机械手臂停止工作；当第一压力表40检测的压力值小于气囊30的额定气压，打开第一启闭阀70继续通入惰性气体，直至第一压力表40检测的压力值等于气囊30的额定气压，关闭第一启闭阀70。

在机械手臂停止工作后，可打开第二启闭阀80，将气囊30内的惰性气体排出，在实际生产过程中，可根据实际需要，对气囊30进行充气或排气。

综上所述，本发明提供的高强度的机械手臂，在不改变现有机械手臂材质以及重量的前提下，通过在前臂上设置额定气压的气囊，在前臂的强度降低时，气囊可给予前臂一定的支撑力，使机械手臂的定位更加精准，防止前臂由于强度低产生晃动或偏移等现象，减少工作误差，提高机械手臂的使用寿命；此外，本发明的气囊可进行充气和排气的反复利用，质量较轻、占用空间小、安全可靠、操作简便、便于维护。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种高强度的机械手臂，包括前臂以及至少两个关节臂；所述前臂与所述关节臂呈线性轴连接，所述前臂的末端设有容纳盖，其特征在于，还包括：

气囊，至少为一个，粘附在所述前臂上，用于支撑所述前臂；所述气囊上设有进气口、出气口以及第一压力表，所述第一压力表用于检测所述气囊腔体内的气压；

气路系统，安装于所述容纳盖内并与所述气囊连通，用于控制所述气囊腔体内的气压；其包括与所述进气口连接的进气管路，以及与所述出气口连接的出气管路，所述进气管路上设有第一启闭阀，所述出气管路上设有第二启闭阀；

其中，通过控制第一启闭阀以及第二启闭阀的开关，使所述气路系统对所述气囊充气，直至所述气囊达到额定气压，以支撑所述前臂。

2.根据权利要求1所述的高强度的机械手臂，其特征在于，所述气路系统还包括安全阀，所述安全阀与所述气囊连接，用于控制所述机械手臂的工作状态。

3.根据权利要求1所述的高强度的机械手臂，其特征在于，所述进气管路上设有减压阀以及第二压力表，所述减压阀用于调整所述进气管路内的气压，所述第二压力表用于检测所述进气管路内的气压。

4.根据权利要求2或3所述的高强度的机械手臂，其特征在于，所述气囊为弹性件。

5.根据权利要求1所述的高强度的机械手臂，其特征在于，所述气囊呈条状，贴合于所述前臂的外表面，所述气囊的截面形状为多边形、U型、圆弧、或其中任意一种或多种图形的组合。

6.一种机械手装置，包括底座以及手爪，其特征在于，所述底座以及手爪分别连接权利要求1～5任一项所述高强度的机械手臂的两端。

7.一种高强度的机械手臂的操作方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、打开第一启闭阀以及第二启闭阀，从进气管路通入惰性气体，以排空进气管路以及出气管路内的气体；

S2、关闭第二启闭阀，对气囊充入惰性气体，直至第一压力表检测的压力值等于所述气囊的额定气压，关闭第一启闭阀；

当第一压力表检测的压力值大于所述气囊的额定气压，打开安全阀，使机械手臂停止工作；

当第一压力表检测的压力值小于所述气囊的额定气压，打开第一启闭阀继续通入惰性气体，直至第一压力表检测的压力值等于所述气囊的额定气压，关闭第一启闭阀。

8.根据权利要求7所述的高强度的机械手臂，其特征在于，步骤S1中，排空进气管路以及出气管路内的气体的同时，调节减压阀，使第二压力表检测的压力值等于所述气囊的额定气压。

9.根据权利要求7所述的高强度的机械手臂，其特征在于，所述气囊的材料为橡胶以及棉纶的复合材料，或PVF、尼龙以及涤纶的复合材料。

10.根据权利要求7所述的高强度的机械手臂，其特征在于，所述惰性气体为氮气。