CN104812534A - 马达模块、多轴马达驱动组件、多轴机械手设备及电子装置制造系统与方法 - Google Patents

马达模块、多轴马达驱动组件、多轴机械手设备及电子装置制造系统与方法 Download PDF

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Abstract

本文描述用于多臂机械手设备的马达模块。马达模块可单独使用，或经堆叠及组装以组成单轴、二轴、三轴、四轴、五轴、六轴马达组件，或更多轴的马达组件。马达模块中的一或多个具有：定子组件，所述定子组件包括容纳在定子外壳中的定子；及与定子组件相接的转子组件，所述转子组件包括转子外壳、驱动轴、支撑驱动轴的轴承组件，及耦接至所述驱动轴的转子。真空屏障部件定位在转子与定子之间。本文描述了多轴马达驱动组件、多轴机械手设备、电子装置制造系统及组装驱动组件的方法，以及描述了众多其它态样。

Description

马达模块、多轴马达驱动组件、多轴机械手设备及电子装置制造系统与方法
本申请案主张申请于2012年11月30日、标题为“MULTI-AXIS ROBOTAPPARATUS WITH UNEQUAL LENGTH FOREARMS,ELECTRONICDEVICE MANUFACTURING SYSTEMS,AND METHODS FORTRANSPORTING SUBSTRATES IN ELECTRONIC DEVICEMANUFACTURING”的美国专利申请案第61/732,196号的优先权，所述申请案在此以引用的方式全部并入本文以用于所有目的。
领域
本发明涉及机械手，及更特定而言涉及用于机械手的驱动马达，所述机械手诸如经调适以在电子装置制造系统中传送基板的机械手。
背景
传统的电子装置制造系统可包括多个处理腔室及一或多个负载锁定腔室。例如，所述腔室可包括在群集工具中，在所述群集工具中，多个腔室可围绕传送腔室而分布。这些系统可采用传送机械手，所述传送机械手可安置在传送腔室中及可经调适以在多个腔室之间传送基板。依据机械臂的数目及运动能力，这类系统可具有以下驱动马达：所述驱动马达具有单轴、二轴、三轴、四轴，或甚至五轴能力或更多轴以上的能力。然而，所述驱动马达可能十分复杂及昂贵。
由此，需要成本较低及可经调适用于机械手以进行有效及精确的基板移动的驱动马达。
发明内容
在一或多个实施例中，提供一种马达模块。马达模块包括：定子组件，所述定子组件包括定子外壳及容纳在定子外壳中的定子；转子组件，所述转子组件与定子组件相接及包括：转子外壳、驱动轴、相对于转子外壳而支撑驱动轴的轴承组件，及耦接至驱动轴的转子；及定位在转子与定子之间的真空屏障部件。
在另一实施例中，提供一种多轴马达驱动组件。多轴马达驱动组件包括：第一马达模块；及第二马达模块，其中第一马达模块、第二马达模块或上述两者的组合经组装以产生二轴马达、三轴马达、四轴马达、五轴马达或六轴马达。
在另一实施例中，提供一种多轴机械手设备。多轴机械手设备包括：一或多个机械臂；具有单轴能力的第一马达模块，所述第一马达模块耦接至所述一或多个机械臂中的一或多个第一机械臂；及具有二轴能力的第二马达模块，所述第二马达模块耦接至所述一或多个机械臂中的一或多个第二机械臂及经调适以移动所述一或多个第二机械臂。
在系统实施例中，提供一种电子装置制造系统。电子装置制造系统包括：传送腔室；机械手设备，所述机械手设备包括容纳在传送腔室中的机械臂及耦接至所述机械臂的一或多个马达模块，至少一个马达模块包括：定子组件，所述定子组件包括定子外壳及容纳在定子外壳中的定子；转子组件，所述转子组件与定子组件相接及包括：转子外壳、驱动轴、相对于转子外壳而支撑驱动轴的轴承组件，及耦接至所述驱动轴的转子；及定位在转子与定子之间的真空屏障部件。
在另一态样中，提供一种组装多轴驱动组件的方法。所述方法包括：提供由单轴能力组成的第一马达模块；提供由二轴能力组成的第二马达模块；及将第一马达模块中的一或多个组装至第二马达模块的一或多个以形成多轴马达组件。
依据本发明的所述及其它实施例而提供多个其它态样。本发明的实施例的其它特征及态样将由下文的详细描述、所附的权利要求书及附图而变得更为显而易见。
附图简单说明
图1A图示根据实施例的包括机械手设备(例如，多轴机械手设备)的电子装置制造系统的示意俯视图。
图1B图示根据实施例的包括多轴马达驱动组件的多轴机械手设备的侧视图，所述多轴马达驱动组件包括马达模块。
图1C图示根据实施例的包括马达模块的多轴马达驱动组件的横剖面侧视图，所述马达模块经调适以用于驱动多轴机械手设备。
图1D图示根据实施例的多轴机械手设备的横剖面侧视图。
图2图示根据实施例的包括多轴马达驱动组件的多轴机械手设备的透视图。
图3A图示根据实施例的单轴马达模块的横剖面透视图。
图3B图示根据实施例的单轴马达模块的平面侧视图。
图3C图示根据实施例的单轴马达模块的横剖面侧视图。
图3D图示根据实施例的单轴马达模块的分解视图。
图4A图示根据实施例的二轴马达模块的分解视图。
图4B图示根据实施例的二轴马达模块的透视图。
图4C图示根据实施例的二轴马达模块的平面侧视图。
图4D图示根据实施例的二轴马达模块的横剖面侧视图。
图5A图示根据实施例的由第一马达模块及第二马达模块形成多轴马达驱动组件的组装操作。
图5B图示根据实施例的包括多轴马达驱动组件的多轴机械手设备的透视图。
图6A图示根据实施例的由第一马达模块、第二马达模块及第三马达模块形成多轴马达驱动组件的组装操作。
图6B图示根据实施例的由三个马达模块所组成的多轴机械手设备的横剖面侧视图。
图6C图示根据实施例的包括三个马达模块的多轴马达驱动组件的透视图。
图7是流程图，所述流程图描绘根据实施例的组装多轴驱动组件的方法。
具体描述
电子装置制造可能需要在多个位置之间进行极为精确及快速的基板传送。特定而言，在一些实施例中，可仅使用单个终端受动器(有时被称作“叶片”)。
在其它机械手设备实施例中，双终端受动器可附接于机械手设备，以便可在特定腔室中完成完整的基板交换。这类机械手设备可为可布置在传送腔室内的多轴机械手，所述传送腔室含有具有上/下配置的双终端受动器。此配置容许自腔室中抽出第一基板，然后立即在同一腔室中用第二基板替换所述第一基板。所述机械手设备包括多轴驱动马达。
在更进一步实施例中，机械手设备可包括机械臂中的一或多个的独立旋转运动能力(例如，机械手腕部的独立运动能力，或机械手前臂及腕部部件的独立运动能力)。在这种多轴机械手设备中，需要二轴、三轴、四轴、五轴或甚至六轴能力或更多轴的能力以用于操作。
在又一实施例中，耦接至可旋转转臂的不止一个的机械手设备可由共享驱动马达驱动，以便可一次进出不止一个的腔室(例如，成对或并列腔室)。依据复杂性，可能需要五轴或更多轴以上的能力的驱动马达。
在现有技术中，每一马达可根据针对所述机械臂/能力配置的特定马达设计而产生。然而，所述马达仅可用于所述特定平台上，由此，每一新机械手设备将具有针对所述新机械手配置而特别进行的新马达设计。
因此，根据一或多个实施例，可提供可用于在电子装置制造系统中将基板传送至及传送出腔室的多轴机械手设备。所述机械手设备包括马达驱动组件，所述马达驱动组件包括模块部件。
根据本发明的一或多个实施例，提供包括马达驱动组件的电子装置处理系统，所述马达驱动组件具有模块部件。
根据本发明的一或多个实施例，提供马达模块。马达模块包括定子组件及相接的转子组件。定子组件包括定子外壳及容纳在所述定子外壳中的定子。转子组件包括转子外壳、驱动轴、相对于转子外壳而支撑驱动轴的轴承组件，及耦接至驱动轴的转子。真空屏障部件(例如，环状套管)经定位在转子与定子之间以保持驱动模块的内部部分之内的真空。所述模块经充分调适以用于真空机械手设备中。
根据本发明的一或多个额外实施例，提供包括一或多个马达模块的多轴机械手设备。在一些实施例中，多轴机械手设备包括一或多个机械臂，及耦接至所述机械臂中的一或多个的第一马达模块，及耦接至一或多个其它机械臂的第二马达模块。单轴马达模块及二轴马达模块的组合可用以组装二轴、三轴、四轴、五轴或六轴驱动马达。然而，应认识到，单轴马达模块可用以驱动单轴机械手设备。
根据本发明的一或多个额外实施例，提供组装机械手驱动组件的方法。
本文中参考图1A至图7来描述本发明的示例性实施例的更多细节。
图1A是根据本发明的实施例的电子装置制造系统100的示例性实施例的示意图。电子装置制造系统100为以下设备：所述设备可包括具有壁部(例如，底板、顶板及侧壁)及限定传送腔室102的外壳101。依据本发明的一或多个实施例的包括马达模块的机械手设备103可至少部分安置在传送腔室102内。机械手设备103可依据腔室及所述腔室的定向而包括任何适合的运动能力。例如，在一些实施例中，可使用单轴马达。在其它实施例中，可能需要诸如二轴马达的多轴马达。在另外的实施例中，可使用三轴马达、四轴马达、五轴马达或甚至六轴马达，或更多轴以上的马达。每一这种驱动马达组件可由一或多个模块马达部件组成。机械手设备103可经调适以经由机械手设备103的操作而将基板(例如，基板105A、105B)放置在多个目的地处及自所述目的地处抽出，本文在下文中进行充分描述。
目的地可为耦接至传送腔室102的多个处理腔室(例如，处理腔室106A、106B、106C、106D、106E、106F)。视情况，目的地可为可耦接至传送腔室102的一或多个负载锁定腔室108。处理腔室106A-106F可经调适以实施任何数目的工艺，例如，沉积、氧化、硝化、蚀刻、研磨、清洗、光刻或类似工艺。亦可在所述腔室中实施其它工艺。负载锁定腔室108可经调适以与工厂接口110接口连接，所述工厂接口可自停驻在工厂接口110的负载端口处的基板载体112接收一或多个基板。
可由位于工厂接口110中的工厂接口服务机械手113(图示为虚线)在负载锁定腔室108与基板载体112之间传送基板，且所述传送可以任何次序或向任何方向进行，如箭头114所指示。如本文中所使用的基板105A、105B应意谓着用以制作电子装置或电路部件的物品，诸如，含氧化硅晶片、玻璃板、玻璃面板、掩模，或类似物。
在一些实施例中，传送腔室102例如可在真空下操作。处理腔室106A-106F及一或多个负载锁定腔室108中的每一个可包括在腔室入口/出口处的狭缝阀109，所述阀可经调适以在将基板105A、105B放置至处理腔室106A-106F及/或一或多个负载锁定腔室108中或自所述腔室中抽出时打开及闭合。狭缝阀109可具有任何适合的常规构造。
根据本发明的一或多个实施例，机械手设备103的多个部件的运动可由自控制器115发送至驱动组件111(图1B、图1C)的适合命令控制。
驱动组件111可由一或多个马达模块组成。自控制器115发送至驱动组件111的一或多个马达模块的信号可引发机械手设备103的多个臂及其它部件的运动，如下文中将显而易见。诸如位置编码器或类似物的多个传感器可提供每一部件的适合反馈，如下文中将充分描述。
参看图1A至图1D，提供示例性机械手设备103，所述机械手设备包括多个机械臂及多轴马达驱动组件111。机械手设备103可包括多个臂。在所绘示的实施例中，机械手设备103包括可围绕主轴116旋转的转臂104。机械手设备103亦可包括经调适以附接于外壳101的壁部(例如，底板)的基座117。然而，在一些实施例中，机械手设备103可附接于外壳101的顶板。由此，机械手设备103可至少部分由外壳101支撑。
机械手设备103包括经配置及调适以驱动多个机械臂(诸如转臂104及将描述的其它多个机械臂)的多轴马达驱动组件。转臂104可经调适以按顺时针或逆时针旋转方向围绕主轴116旋转。多轴马达驱动组件111的一或多个适合的马达模块可提供旋转，所述多轴马达驱动组件可为可变磁阻或永磁电动马达，所述马达将如下文中进一步描述而构造。转臂104的旋转可由自控制器115发送至各个马达模块的适合命令控制。转臂104经调适以在X-Y平面中相对于基座117而围绕主轴116旋转。驱动组件111的第一马达模块119可用以驱动转臂104。在一些实施例中，亦可提供Z轴能力。
在所绘示的实施例中，机械手设备103包括诸如第一前臂118及第二前臂120的多个臂，所述前臂可在转臂104的辐向外侧端处耦接至转臂104，与主轴116相隔。在所绘示的实施例中，第一前臂118及第二前臂120可各自经安装至转臂104的位于同一外侧位置的第一外侧端，及可共同围绕第二轴122旋转。如图所示，第二前臂120短于第一前臂118。第一前臂118及第二前臂120中的每一个可相对于转臂104而独立旋转。旋转可为约+/-150度。在绘示的实施例中，第二轴122可与主轴116相隔一距离，所述距离介于约348厘米与约522厘米之间。亦可使用其它距离。
在一些实施例中，第一腕部部件124可耦接至第一前臂118上的第一外部位置，及可相对于第一前臂118而围绕第三轴126独立旋转。第三轴126可与第二轴122相隔一距离，所述距离例如介于约670厘米与约1004厘米之间。亦可使用其它距离。第一腕部部件124可耦接有第一终端受动器128。第一终端受动器128可具有任何适合的构造及经调适以承载在电子装置制造系统100内待处理的基板105A。旋转可为约+/-150度。
第二腕部部件130可耦接至第二前臂120上的外部位置，及可围绕第四轴132旋转。第四轴132可与第二轴122相隔一距离，所述距离例如介于约514厘米与约772厘米之间。亦可使用其它距离。轴122与轴132之间的第二中心之间长度可小于轴122与轴126之间的第一中心之间长度的90％，及在一些实施例中可为第一中心之间长度的约50％与约90％之间。在一些实施例中，位于轴116与轴122之间的转臂104的中心之间长度短于第一前臂118的第一中心之间长度。在一些实施例中，转臂104的中心之间长度短于第二前臂120的第二中心之间长度。亦可使用其它中心之间比率及长度。
第二腕部部件130可耦接有第二终端受动器134。第二终端受动器134经调适以承载在电子装置制造系统100内待处理的基板105B。在一些实施例中，第二腕部部件130可相对于第二前臂120而独立旋转。旋转可为约+/-150度。
如图1B中可见，第一前臂118及第一腕部部件124及第一终端受动器128经配置以使得上述三者在垂直方向彼此相隔。特定而言，腕部间隔垫135在垂直方向将第一腕部部件124与第一前臂118隔开。第二前臂120的较短长度容许第二前臂120及第二腕部部件130及所接附的第二终端受动器134在第一前臂118与第一腕部部件124之间穿过，及在不干扰第三轴126处的腕部关节的情况下穿过腕部间隔垫135。
在所描述的实施例中，在此特征结构与转臂104的独立旋转能力相结合的情况下，第一及第二前臂118、120中的每一个及第一及第二腕部部件124、130中的每一个在实施基板105A、105B的任何所需运动路径时提供极大弹性。
在图1A中绘示的实施例中，机械手设备103经图示位于及安置在传送腔室102中。然而，应认识到，机械手设备103的此实施例及本文所述的其它机械手设备可用于电子装置制造的其它区域中，例如，用于工厂接口110中。
本文现将详细描述用于完成多个机械臂的旋转的多轴马达驱动组件111。特定而言，马达模块(例如，马达驱动模块)可用以及经调适以提供转臂104、第一及第二前臂118、120及第一及第二腕部部件124、130中的每一个的独立旋转，如现将进行的详细描述。
多轴马达驱动组件111的此示例性实施例是五轴马达驱动组件，及所述多轴马达驱动组件111可包括如图1C中所示的最佳情况。然而，本文所描述的模块驱动马达的发明可用以组装具有其它多轴能力(例如，二轴、三轴、四轴、五轴、六轴，或更多轴以上)的多轴马达驱动组件。
多轴马达驱动组件111包括经调适以包含多种驱动马达部件的马达外壳136。多轴驱动马达组件111由多个堆叠的马达模块组成。多轴驱动马达组件111可包括第一马达模块137，第一马达模块137包括例如驱动部件，所述驱动部件经调适以使诸如转臂104的第一机械臂围绕主轴116独立旋转。旋转可为约+/-360度或更多。在所绘示的实施例中，第一马达模块137由单轴能力构成。第一马达模块137可位于堆叠在第一马达模块137上方及下方的第二马达模块139与第三马达模块141之间的中心处及与第二马达模块139与第三马达模块141相接。第二马达模块139及第三马达模块141中的每一个可包括二轴能力，如下文中将显而易见。
第一驱动轴138可自转臂104延伸，及第一驱动轴138可由适合的轴承组件支撑。各个马达模块137、139、141中每一个的轴承组件(例如，座圈滚珠轴承)可经布置以具有内部滚珠轴承座圈，所述座圈具有大体相同的直径以用于接合所述马达模块各自的驱动轴，所述驱动轴可具有不同长度。第一驱动轴138经调适以由第一马达模块137的第一驱动马达140旋转。
第一驱动马达140可为包括转子组件及定子组件的电动马达，所述转子组件及定子组件包括例如第一转子140R及第一定子140S。第一转子140R可为磁体或多个经排列的磁体，且第一转子140R可耦接至第一驱动轴138的外部下表面。在一些实施例中，包括第一转子140R的转子组件可包括围绕第一驱动轴138的外部周缘而排列的多个磁体(例如，磁棒)，或包括围绕转子支撑件周缘而排列的磁体，所述转子支撑件耦接至第一驱动轴138。可将第一转子140R支撑在转子外壳140RH上，转子外壳140RH可包括上隔框142的内部区域及/或下隔框143的内部区域。
可将第一定子140S固定至定子外壳140SH，定子外壳140SH可由上隔框142与下隔框143中的一个或两个支撑。在一些实施例中，适合的常规的旋转编码器(未图标)可用以按照需要定位转臂104。真空屏障172A可定位在转子140R与定子140S之间。真空屏障172A可为环状套管，及可作用于保持多轴马达驱动组件111内部部分中的真空。
而且，多轴马达驱动组件111可包括经调适以使诸如第一前臂118这样的另一机械臂围绕位于转臂104的外侧端的第二轴122独立旋转的驱动部件。所述驱动部件可包括第二驱动轴144及第二驱动马达146，上述两者可为第二马达模块139的部分。第二驱动马达146的旋转引发第二驱动轴144(例如，最中心的驱动轴)的旋转，及可围绕第二轴122驱动所耦接的第一前臂118。第二驱动马达146可为包括第二转子146R及第二定子146S的电动马达。第二驱动轴144可自机械手设备103的驱动系统(参看图1D)延伸，及可由适合的轴承组件支撑。经由来自控制器115的驱动信号而驱动第二驱动马达146可引发第一前臂118相对于转臂104的独立旋转。适合的常规旋转编码器(未图示)可用以按照需要而相对于转臂104定位第一前臂118。
第二定子146S可经固定至定子外壳146SH，或由定子外壳146SH支撑，定子外壳146SH可由下隔框143的外部部分及/或下转子护盖146C的外部部分支撑，或与上述两个外部部分形成整体。转子146R可由充当转子外壳的下转子护盖146C及/或下隔框143的外部部分支撑。上隔框142及下隔框143可经固定至马达外壳136，或成为马达外壳136的部分。马达外壳136可包括分别对应于第一、第二及第三马达模块137、139、141的马达外壳部分136A、136B、136C。真空屏障172B可定位在转子146R与定子146S之间。真空屏障172B可为环状套管，如前所述，及真空屏障172B可作用于保持多轴马达驱动组件111的某些内部部分中的真空。
驱动组件111亦可包括驱动部件，所述驱动部件经调适以使诸如第一腕部部件124的另一机械臂围绕位于第一前臂118上外部位置的第三轴126独立旋转。驱动部件可包括第三驱动轴150及第三驱动马达152。第三驱动马达152的旋转引发第三驱动轴150的旋转及围绕第三轴126驱动所耦接的第一腕部部件124。第三驱动马达152可为包括第三转子152R及第三定子152S的电动马达。第三驱动轴150可自转臂驱动系统延伸，及可由适合的轴承组件支撑。第三驱动马达152可经由来自控制器115的驱动信号而驱动以引发第一腕部部件124相对于第一前臂118围绕第三轴126的独立旋转。适合的常规旋转编码器(未图示)可用以按照需要相对于第一前臂118定位第一腕部部件124。第三转子152R可经固定至可充当转子外壳的下隔框143及/或下转子护盖146LC，或由所述下隔框143及/或所述下转子护盖146LC支撑。第三定子152S可经固定至第二定子外壳140SH，或由所述第二定子外壳140SH支撑。真空屏障172C可定位在转子152R及定子152S之间。真空屏障172C可如前所述，及可作用于保持多轴马达驱动组件111的某些内部部分中的真空。
而且，多轴马达驱动组件111可包括经调适以使诸如第二前臂120的另一机械臂围绕第二旋转轴122独立旋转的驱动部件。驱动部件可包括第四驱动轴158及第四驱动马达160。第四驱动马达160的旋转引发第四驱动轴158的旋转，及围绕第二旋转轴122驱动所耦接的第二前臂120。第四驱动马达160可为包括第四转子160R及第四定子160S的电动马达。第四驱动轴158可自转臂驱动系统(图1D)延伸，及第四驱动轴158可由适合的轴承组件支撑。经由来自控制器115的驱动信号来驱动第四驱动马达160引发第二前臂120围绕第二旋转轴122的独立旋转。适合的常规旋转编码器(未图标)可用以按照需要相对于转臂104定位第二前臂120。
第四转子160R可经固定至可充当转子外壳的上隔框142的内部区域及/或上转子护盖146UC，由所述上隔框142的内部区域及/或所述上转子护盖146UC支撑，或与所述上隔框142的内部区域及/或所述上转子护盖146UC形成整体。第四定子160S可经固定至第四定子外壳160SH，或由所述第四定子外壳160SH支撑。第四定子外壳160SH可由上转子护盖146UC的内部部分及上隔框142的内部部分支撑，或与所述两个内部部分形成整体。真空屏障172D可定位在转子160R与定子160S之间。真空屏障172D可如前所述，及真空屏障172D可作用于保持多轴马达驱动组件111的某些内部部分中的真空。
驱动组件111亦可包括驱动部件，所述驱动部件经调适以使诸如第二腕部部件130的另一机械臂围绕第四轴132独立旋转。驱动部件可包括第五驱动轴154及第五驱动马达156。第五驱动马达156的旋转引发第五驱动轴154的旋转及围绕第四轴132驱动所耦接的第二腕部部件130。第五驱动马达156可为包括第五转子156R及第五定子156S的电动马达。第五驱动轴154可自转臂驱动系统延伸，及第五驱动轴154可由适合的轴承组件支撑。第五驱动马达156可经由来自控制器115的驱动信号而驱动，以引发第二腕部部件130相对于第二前臂120的独立旋转。适合的常规旋转编码器(未图示)可用以按照需要相对于第二前臂120定位第二腕部部件130。
第五定子156S可经固定至定子外壳160SH，或由定子外壳160SH支撑，定子外壳160SH可由上隔框142的部分及/或上转子护盖146UC支撑。在一些实施例中，可使用单独外壳。第五转子156R可由充当转子外壳的上转子护盖146UC及/或上隔框142的外部部分支撑。真空屏障172E可定位在转子156R与定子156S之间。真空屏障172E可如前所述，及真空屏障172E可作用于保持多轴马达驱动组件111的某些内部部分中的真空。
此外，在一些实施例中，驱动组件111可包括Z轴运动能力。特定而言，可由运动限制器162来限制马达外壳136相对于外罩161的旋转。运动限制器162可为两个或更多个的线性轴承或其它轴承，或滑动机构，所述滑动机构作用于约束马达外壳136相对于外罩161的旋转但容许马达外壳136(沿主轴116方向)的Z轴运动。垂直运动可由垂直马达163提供。垂直马达163的旋转可操作以使耦接至马达外壳136或与马达外壳136形成整体的接收器163R中的导螺杆163S旋转。此举垂直平移马达外壳136，及由此平移诸如转臂104、前臂118、120、腕部部件124、130、终端受动器128、134这样的所连接的机械臂，及由此亦升举或降低基板105A、105B。适合的密封件164可在马达外壳136与基座117之间密封，从而适应垂直运动及保持腔室102内及多轴马达驱动组件111的部分内的真空。金属波纹管或其它类似的弹性密封件可用于密封件164。
现参看图1D，将详细描述可经调适以耦接多轴马达驱动组件111的示例性转臂驱动系统148。转臂驱动系统148可包括诸如滑轮及皮带的驱动部件，所述滑轮及皮带经配置及调适以耦接上述多种驱动轴，及亦将上述多种驱动轴耦接至第一前臂118、第二前臂120、第一腕部部件124及第二腕部部件130。
驱动部件可包括可耦接至第二驱动轴144的第一前臂驱动部件165、耦接至第一前臂118的第一前臂从动部件168，及耦接在第一前臂驱动部件165与第一前臂从动部件168之间的第一前臂传动部件170。由此，第二驱动轴144的旋转可使第一前臂118旋转。第一前臂驱动部件165及第一前臂从动部件168中的每一个可由轴承而安装至转臂104的刚性腹板部分171。
转臂驱动系统148可包括第一腕部驱动部件172及第一腕部从动部件174。第一腕部驱动部件172耦接至第三驱动轴150，且第一腕部从动部件174耦接至第一腕部部件124。第一腕部传动部件173在腹板部分171上方将第一腕部驱动部件172耦接至第一腕部从动部件174。与第一腕部部件124的耦接由第一中间传动部件175提供，第一中间传动部件175经由第一前臂118将第一腕部从动部件174耦接至第一腕部部件124。第一中间传动部件175可在腕部间隔垫135下方耦接至第一腕部部件124。第一腕部部件124经由安装在腕部间隔垫135中的轴承而可围绕第三轴126旋转。腕部间隔垫135作用于在第二终端受动器134上方适当地间隔第一终端受动器128。
请再次参看图1D，转臂驱动系统148可包括诸如滑轮及皮带这样的驱动部件，所述滑轮及皮带经调适以驱动第二前臂120。驱动部件可包括耦接至第四驱动轴158的第二前臂驱动部件176、耦接至第二前臂120的第二前臂从动部件178，及耦接在第二前臂驱动部件176与第二前臂从动部件178之间的第二前臂传动部件180。由此，第四驱动轴158的旋转使第二前臂120旋转。第二前臂驱动部件176及第二前臂从动部件178中的每一个可由轴承而安装至转臂104的刚性腹板部分171。
转臂驱动系统148可包括第二腕部驱动部件182及第二腕部从动部件184。第二腕部驱动部件182耦接至第五驱动轴154，且第二腕部从动部件184耦接至第二腕部部件130。第二腕部传动部件186在腹板部分171下方将第二腕部驱动部件182耦接至第二腕部从动部件184。与第二腕部部件130的耦接由第二中间传动部件188提供，第二中间传动部件188经由第二前臂120将第二腕部从动部件184耦接至第二腕部部件130。第二腕部部件130可经由轴承而围绕第四轴132旋转，所述轴承安装在第二前臂120的外端位置中。
图2图示根据实施例的另一多轴机械手设备203，所述多轴机械手设备可经调适以用于电子装置制造系统100内。多轴机械手设备203包括多轴马达驱动组件211，多轴马达驱动组件211包括马达模块。多轴机械手设备203可包括多个可独立致动的机械手部件或机械臂，诸如可独立旋转的转臂204、可独立旋转的第一及第二前臂218、220，及可独立旋转的第一及第二腕部部件224、230。此配置可经调适以将承载基板105A的第一终端受动器228插入腔室(未图示)；同时，可将承载第二基板105B的第二终端受动器234预定位在另一腔室的邻近处。应注意，机械手设备203经图示处于折叠状态下。在折叠状态下，基板105A、105B可能不直接位于彼此正上方，亦即当前臂218、220、腕部部件224、230，及终端受动器228、234垂直对齐时，所述基板的中心可水平偏移。此举可减少下方基板105B的颗粒污染。然而，可采用其它配置。
更详细而言，多轴机械手设备203包括：多轴马达驱动组件111，所述驱动组件具有马达外壳236，所述马达外壳含有类似于驱动马达140、146、152、156及160(图1C)的驱动马达；及外罩261，所述外罩可在马达模块中呈现。可提供垂直Z轴能力，所述能力可升举及降低转臂204及所连接的部件，及由此升举及降低基板105A、105B。在操作中，可由一或多个运动限制器262A、262B来限制马达外壳236相对于外罩261的旋转。运动限制器262A、262B可为耦接至输送架267的两个或更多个垂直定向的线性滑动机构。输送架267经固定至马达外壳236，或与马达外壳236形成整体。运动限制器262A、262B作用于约束马达外壳236相对于外罩261的旋转，但容许马达外壳236的Z轴运动。垂直运动由耦接至外罩261的垂直马达263提供。垂直马达263的旋转可使接收器263R中的导螺杆263S旋转，所述接收器263R耦接至输送架267或马达外壳236，或与输送架267或马达外壳236形成整体。此举垂直平移马达外壳236，及由此平移所连接的转臂204、第一及第二前臂218、220、第一及第二腕部部件224、230、第一及第二终端受动器228、234，及由此平移基板105A、105B。适合的密封件264可在马达外壳236与基座217之间密封，从而适应垂直运动及保持机械手203操作时所在腔室(例如，腔室102)内的真空。金属波纹管或其它类似的弹性密封件可用于密封件264。多轴马达驱动组件111可包括五轴能力及包括堆叠的马达模块。本文现将描述可用以组成及组装多轴马达驱动组件111的多种马达模块。
图3A至图3D图标马达模块327的另一实施例。在此实施例中，马达模块由单轴能力组成。马达模块327包括定子组件365及转子组件367。转子组件367可与定子组件365成相接关系布置，且转子组件367中一些部分可容纳在定子组件365内侧。
定子组件365包括定子外壳340SH及容纳在定子外壳340SH中的定子340S。定子340S可包括多个绕式定子元件340E，所述绕式定子元件成圆形定向布置，如图3D中的横剖面所示。
转子组件367包括转子外壳340RH、驱动轴338、相对于转子外壳340RH而支撑驱动轴338的轴承组件370，及耦接至驱动轴338的转子340R。在所绘示的实施例中，转子组件367包括耦接至转子340R的转子支撑件340RS。转子支撑件340RS可耦接至驱动轴338的端部及作用于将转子340R耦接至驱动轴338。转子支撑件340RS亦可作用于将轴承组件370的内部座圈固定至驱动轴338。轴承支撑件340BS可经提供以将轴承组件370的外部座圈固定至转子外壳340RH。在此实施例中，马达模块367由单驱动轴组成。可基于驱动轴338在多轴马达驱动组件内及所述驱动轴338所驱动的特定机械手设备内的位置来选择所述驱动轴338的长度。
马达模块327亦可包括耦接至转子外壳340RH的第一编码器元件368，及耦接至驱动轴338的第二编码器元件369。在校准之后，编码器元件368、369提供可指示或驱动轴338相对于转子外壳340RH的旋转定向的信号，所述信号可用以适当地定向耦接至轴338的机械臂。
马达模块327亦包括定位在转子340R与定子340S之间的真空屏障部件372。在所绘示的实施例中，真空屏障部件372包括环状管套，所述环状管套在定子外壳340SH与转子外壳340RH之间延伸及抵住定子外壳340SH及转子外壳340RH而密封。可在环状套管的各个端部进行密封。可由在槽中提供的任何适合的密封件(例如，由弹性体O形环)来提供密封，所述槽形成在各个定子外壳340SH及转子外壳340RH的延伸环状部分中，如图3A及图3C最佳所示。其它适合的真空紧密密封件可用以保持马达模块327的内部边界内的真空。
马达模块327可包括多种定位特征结构，所述定位特征结构经调适以将马达模块327以轴向及/或旋转方式相对于其它马达模块而定向。定位特征结构可包括下轴向定位特征结构374(例如，环状边缘)及可能包括经调适以在定子外壳340SH的下表面上容纳密封件(例如，弹性体O形环密封件)的密封槽375。马达模块327可包括上轴向定位特征结构376及/或位于转子外壳340RH的上表面上的旋转定位特征结构377(例如，销)。这些定位特征结构容许马达模块327堆叠在另一马达模块上方及/或下方，以便可组装多轴马达驱动组件(例如，二轴、三轴、四轴、五轴、六轴马达驱动组件，或更多轴的马达驱动组件)。
图4A至图4D图标马达模块478的另一实施例。马达模块478的此实施例由二轴能力组成。马达模块478包括定子组件465、耦接至定子组件465的第一侧面上的第一转子组件467A，及耦接至定子组件465的与第一侧面相对的第二侧面上的第二转子组件467B。在组装时，第一转子组件467A及第二转子组件467B可与定子组件465成相接关系布置以组成马达模块478，所述马达模块为多轴马达模块。
在所绘示的实施例中，定子组件465包括定子外壳480SH，及容纳在定子外壳480SH中的第一定子480A及第二定子480B。在定子外壳480SH中，第二定子480B容纳在第一定子480A的相邻处。第一定子380A及第二定子380B可各自包括多个绕式定子(比如定子元件340E)，所述多个绕式定子布置成圆形定向，与图3D中的横剖面图示相同。
转子组件467A、467B各自包括转子外壳481A、481B，所述两个转子外壳可与彼此大体相同。转子组件467A、467B各自包括驱动轴438A、438B，所述两个驱动轴可以其中一个在另一个内部的方式极为靠近地被容纳。驱动轴438A、438B可沿所述驱动轴438A、438B的长度包括阶梯。可基于将与马达模块478耦接的机械手配置及多轴马达驱动组件内提供的其它模块的数目来选择轴438A、438B的各个长度。转子组件467A、467B各自包括轴承组件470A、470B，所述两个轴承组件相对于各个转子外壳481A、481B支撑各个驱动轴438A、438B。可使用任何适合的轴承组件，诸如滚珠轴承组件。轴承组件470A、470B的内部座圈及外部座圈可位于共享直径处，由此容许在模块478内及其它模块中使用共享转子及定子部件。转子组件467A、467B各自包括转子482A、482B，所述转子482A、482B亦耦接至各个驱动轴438A、438B。转子482A、482B可包括多个经排列的磁体(例如，磁棒)，所述磁体可围绕转子支撑件483A、483B的外部周缘而排列，所述转子支撑件耦接至各个驱动轴438A、438B。
马达模块478亦包括定位在各个转子482A、482B与各个定子480A、480B之间的真空屏障部件472。在所绘示的实施例中，真空屏障部件472为环状套管，所述环状套管在第一转子组件467A的转子外壳481A与第二转子组件467B的第二转子外壳481B之间延伸，及抵住各个转子外壳481A、481B而密封。可在环状套管的各个端部进行密封。可由任何适合的密封件(例如，弹性体O形环)来提供密封，所述密封件提供在各个转子外壳481A、481B的延伸环状部分中形成的槽中。可使用具有真空屏障部件472的其它适合的真空紧密密封件。
转子组件467A、467B可各自包括耦接至转子外壳381A、381B的第一编码器元件468A、468B，及耦接至驱动轴438A、438B的第二编码器元件469A、469B。
马达模块478可包括适合的定位特征结构，所述特征结构有利于与诸如图3A至图3D中所述的模块327的其它马达模块进行轴向及/或旋转对准。定位特征结构可包括诸如上轴向定位特征结构376及/或旋转对准特征结构377(例如，销)的特征结构，如图3A至图3D所示。这些定位特征结构容许马达模块478堆叠在另一马达模块的上方及/或下方，以便可组装多轴马达驱动组件(例如，二轴、三轴、四轴、五轴、六轴马达组件，或更多轴的马达组件)。
图5A及图5B图标多轴马达驱动组件585。此特定实施例是多轴马达驱动组件585，所述多轴马达驱动组件由第一马达模块327及第二马达模块478组成，所述两个马达模块经组装以产生三轴马达。三轴马达的每一轴可耦接至机械手设备的各个机械臂，及可用以驱动多种臂运动。在所绘示的实施例中，第一马达模块327由单轴能力组成，且第二马达模块467由二轴能力组成。
然而，应理解，第一马达模块327、第二马达模块478或两者的多种组合可经组装以产生二轴马达、三轴马达、四轴马达，或五轴马达、六轴马达，或更多轴的马达。图5A图示由单轴能力组成的第一马达模块327及由二轴能力组成的第二马达模块478的组装，所述组装用以产生具有三轴能力的多轴马达驱动组件585。
多轴机械手设备503中可包括多轴马达驱动组件585，如图5B中所示。多轴机械手设备503可包括可耦接至多轴马达驱动组件585的一轴及由所述轴驱动的第一臂504。前臂518可耦接至多轴马达驱动组件585的另一轴及由所述轴驱动。腕部部件524可耦接至多轴马达驱动组件585的第三轴及由所述第三轴驱动。由此，多轴机械手设备503的每一臂可由多轴马达驱动组件585驱动，所述多轴马达驱动组件由马达模块的组合所组成及用以定位终端受动器528。多轴马达驱动组件585可以前述的方式包括Z轴能力。
图6A至图6C图示另一多轴马达驱动组件685。此特定实施例为多轴马达驱动组件685，所述多轴马达驱动组件由第一马达模块627、第二马达模块678A，及第三马达模块678B组成，所述三个马达模块经组装以产生五轴马达。五轴马达的每一轴可耦接至机械手的机械臂，及可用以驱动所述机械手的多种臂运动。在所绘示的实施例中，第一马达模块627由单轴能力组成，第二马达模块678A由二轴能力组成，且马达模块678A由二轴能力组成。
在上述每一实例中，除马达模块的驱动轴外，马达模块亦包括共享部件。可基于所组装的模块类型及数目，及将与多轴马达驱动组件的特定实施例耦接的机械手设备的一般配置来选择多种驱动轴长度。以下表1列出用于多种机械手的可能的马达配置，包括多轴机械手及马达模块组合。
表1——示例性马达
      
马达中的轴数 单轴模块的数目 二轴模块的数目
单轴 1 0
二轴 0 1
三轴 1 1
四轴 0 2
五轴 1 2
六轴 0 3
图7中描述根据本发明的实施例的组装多轴马达驱动组件的方法700。方法700包括：在702中，提供由单轴能力组成的第一马达模块(例如，马达模块137、327、627)；及在704中，提供由二轴能力组成的第二马达模块(例如，第二马达模块478、678A、678B)。方法700进一步包括：在706中，将第一马达模块中的一或多个组装至第二马达模块中的一或多个以形成多轴马达组件(例如，多轴马达组件111、211、585、685)。如以上表1所示，及如所提供的三轴及五轴马达实例中所述，三轴、四轴、五轴、六轴，或甚至更多轴的马达可使用本文所述的马达模块而易于组装。
前文的描述仅揭示本发明的示例性实施例。对符合本发明范围的上文揭示的组件、设备、系统及方法的润饰将对本领域的技术人员显而易见。由此，尽管本发明已结合示例性实施例而进行揭示，但应理解，其它实施例可符合如以下权利要求书所定义的本发明的范围。

Claims (15)

1.一种马达模块，所述模块包括：
定子组件，所述定子组件包括定子外壳及容纳在所述定子外壳中的定子；
转子组件，所述转子组件与所述定子组件相接及包括：
转子外壳，
驱动轴，
轴承组件，所述轴承组件相对于所述转子外壳支撑所述驱动轴，及
转子，所述转子耦接至所述驱动轴；及
真空屏障部件，所述真空屏障部件定位在所述转子与所述定子之间。
2.如权利要求1所述的马达模块，所述马达模块包括第一编码器元件，所述第一编码器元件耦接至所述转子外壳。
3.如权利要求1所述的马达模块，所述马达模块包括第二编码器元件，所述第二编码器元件耦接至所述驱动轴。
4.如权利要求1所述的马达模块，其中所述真空屏障部件包括环状套管。
5.如权利要求1所述的马达模块，其中所述环状套管抵住所述定子外壳及所述转子外壳而在所述环状套管的端部密封。
6.如权利要求1所述的马达模块，其中所述环状套管在所述定子外壳与所述转子外壳之间延伸。
7.如权利要求1所述的马达模块，其中则定子组件包括：
第一定子及第二定子，及
在所述定子外壳中，所述第二定子容纳在所述第一定子的邻近处。
8.如权利要求1所述的马达模块，其中所述转子组件包括：第一转子组件，所述第一转子组件耦接至所述定子组件的第一侧面上；及第二转子组件，所述第二转子组件耦接至所述定子组件的第二侧面上。
9.如权利要求8所述的马达模块，其中所述环状套管在所述第一转子组件的所述转子外壳与所述第二转子组件的第二转子外壳之间延伸。
10.一种多轴马达驱动组件，所述组件包括：
第一马达模块；及
第二马达模块，
其中所述第一马达模块、所述第二马达模块或两者的组合经组装以产生二轴马达、三轴马达、四轴马达、五轴马达，或六轴马达。
11.如权利要求10所述的多轴马达驱动组件，其中所述第一马达模块由单轴能力组成；及
第二马达模块由二轴能力组成。
12.如权利要求10所述的多轴马达驱动组件，其中所述第一马达模块及所述第二马达模块中的每一个包括：
定子组件，所述定子组件包括定子外壳及容纳在所述定子外壳中的定子；
转子组件，所述转子组件与所述定子组件相接及包括：
转子外壳，
驱动轴，
轴承组件，所述轴承组件相对于所述转子外壳支撑所述驱动轴，及
转子，所述转子耦接至所述驱动轴；及
真空屏障部件，所述真空屏障部件定位在所述转子与所述定子之间。
13.一种多轴机械手设备，所述设备包括：
一或多个机械臂；
具有单轴能力的第一马达模块，所述第一马达模块耦接至所述一或多个机械臂中的所述一或多个第一机械臂；及
具有二轴能力的第二马达模块，所述第二马达模块耦接至所述一或多个机械臂中的一或多个第二机械臂，及经调适以移动所述一或多个第二机械臂。
14.一种电子装置处理系统，所述系统包括：
传送腔室；
机械手设备，所述设备包括容纳在所述传送腔室中的机械臂及耦接至所述机械臂的一或多个马达模块，至少一个马达模块包括：
定子组件，所述定子组件包括定子外壳及容纳在所述定子外壳中的定子；
转子组件，所述转子组件与所述定子组件相接及包括：
转子外壳，
驱动轴，
轴承组件，所述轴承组件相对于所述转子外壳支撑所述驱动轴，及
转子，所述转子耦接至所述驱动轴；及
真空屏障部件，所述真空屏障部件定位在所述转子与所述定子之间。
15.一种组装多轴驱动组件的方法，所述方法包括以下步骤：
提供由单轴能力组成的第一马达模块；
提供由二轴能力组成的第二马达模块；及
将所述第一马达模块中的一或多个组装至所述第二马达模块中的一或多个，以形成所述多轴马达组件。
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