CN111347449A - 多层式托手以及具备其的搬运机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供多层式托手以及具备其的搬运机器人，即使增加能支承的工件的数量也不会招致占有空间的扩大，能变更托手间间距。具有：多个托手(20)，其分别具有托手体(210)和在其基部支承该托手体(210)的支承体(220)，配置成在上下方向上重叠；引导单元(70)，其将多个托手(20)维持它们的姿态，并引导成能在上下方向上移动；和托手间间距约束单元(50)，其约束多个托手(20)的最大间距间隔，多个托手(20)由位于一个空一个的第1群的托手(20a、20c、20e、20g、20i、20k)和这以外的第2群的托手(20b、20d、20f、20h、20j)构成，托手间间距约束单元(50)约束上下重叠的第1群的托手(20a、20c、20e、20g、20i、20k)与这以外的第2群的托手(20b、20d、20f、20h、20j)间的最大间距间隔。

Description

多层式托手以及具备其的搬运机器人
技术领域
本发明涉及能搬运多片板状工件的多层式托手(Hand)以及具备其的搬运机器人。
背景技术
例如在专利文献1记载了能一次性搬运多片半导体晶片等板状工件的多层式托手。这些文献记载的多层式托手为了能一并搬运间距不同的盒间的工件而构成为能变更托手间间距。
专利文献1记载的托手间间距的变更机构将支承各托手的多个支承台在上下方向上重叠，在分别保持水平的姿态的同时引导成能在上下方向上滑动，并且在这些支承台的合适部位设置在水平方向上延伸的长孔，另一方面，将以下部为支点来回转动的长条状转动构件每隔给定间隔而设的多个销卡合在各支承台的上述的各长孔。根据这样的结构，通过使长条状转动构件在例如倾斜姿态与垂直姿态间来回转动而能变更多个支承台的上下间距间隔。
但在专利文献1记载的结构中，为了能增加支承台的数量并变更它们的间距间隔，需要延长长条状转动构件的长度，但这样一来，就还需要扩展支承台中的设置长孔的方向的尺寸。这样的话，会过多招致机构的平面上的占有空间的扩大和重量增加，并不现实。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2013-135099号公报
发明内容
本发明根据上述的情况而提出，课题在于，提供即使增加能支承的工件的数量也不会招致占有空间的扩大、能变更托手间间距的多层式托手以及具备其的搬运机器人。
为了解决上述的课题，在本发明中采用如下的技术手段。
即，通过本发明的第1侧面提供的多层式托手特征在于，具有：多个托手，其分别具有托手体和在其基部支承该托手体的支承体，在上下方向上重叠配置；引导单元，其将上述多个托手维持它们的姿态，并引导成能在上下方向上移动；和托手间间距约束单元，其约束上述多个托手的最大间距间隔，上述多个托手，由位于一个空一个的位置的第1群的托手和这以外的第2群的托手构成，上述托手间间距约束单元约束上下相邻的第1群的托手与第2群的托手间的最大间距间隔。
在优选的实施方式中，位于上方位置的第1群的托手和位于其正下方位置的第2群的托手间通过设于该第1群的托手的向上抵接部和设于该第2群的托手的向下抵接部相互抵接来约束两者间的最大间距间隔，位于上方位置的第2群的托手与位于其正下方位置的第1群的托手间通过设于该第2群的托手的向上抵接部和设于该第1群的托手的向下抵接部相互抵接来约束两者间的最大间距间隔。
在优选的实施方式中，上述第1群的托手的向上抵接部与上述第2群的托手的向下抵接部的组在第1平面位置位于在上下方向上重叠的位置，上述第2群的托手的向上抵接部与上述第1群的托手的向下抵接部的组在与上述第1平面位置不同的第2平面位置位于在上下方向上重叠的位置。
在优选的实施方式中，上述向下抵接部形成在块体中的折回伸出部的下表面，其中所述块体具有从各托手向侧方延伸出的侧方伸出部、从该侧方伸出部向上方延伸出的上方伸出部、和从该上方伸出部延伸成接近托手的上述折回伸出部，并且上述向上抵接部形成在向各托手的侧方延伸出的约束片的上表面，在上述第1平面位置以及上述第2平面位置，上述块体抵接成上下堆叠，从而上述多个托手的最小间距间隔被约束。
在优选的实施方式中，上述托手的上述支承体具有大致矩形虚拟区域，上述第1平面位置和上述第2平面位置位于在上述大致矩形虚拟区域的宽度方向两侧对置的位置。
在优选的实施方式中，上述引导单元分别引导位于上述第1平面位置的多个上述块体和位于上述第2平面位置的多个上述块体。
在优选的实施方式中，还具备：升降机构，其使最上方位置的上述托手升降。
由本发明的第2侧面提供的搬运机器人特征在于，具备上述第1侧面所涉及的多层式托手。
发明的效果
在托手间间距约束单元中，位于最上方位置的第1群的托手(第1托手)与其正下方位置的第2群的托手(第2托手)的最大间隔通过该最上方位置的第1托手的向上抵接部和其正下方位置的第2托手的向下抵接部相互抵接而被约束。第2群的上述第2托手与其正下方位置的第1群的托手(第3托手)的最大间隔通过第2托手的向上抵接部和第3托手的向下抵接部相互抵接而被约束。如此地，位置交替的托手通过相邻上方位置的托手的向上抵接部和相邻下方位置的托手的向下抵接部相互抵接而它们的最大间隔被约束，通过使最上方位置的托手上升给定距离，全部托手的托手间间距间隔成为固定的最大间隔。这样的托手间间距约束单元如从上述理解的那样，由于能在大致托手的平面占有区域的范围内构成，因此即使托手的数量增加，作为多层式托手的平面占有区域也不会扩大。
并且，由于将多个托手分组成：位于一个空一个的位置的第1群的托手和这以外的第2群的托手，因此能将第1群的托手的向上抵接部与第2群的托手的向下抵接部的组、和第2群的托手的向上抵接部与第1群的托手的向下抵接部的组配置在不同的平面位置。由此，能缩短托手间最小间隔，来进行向间距间隔更小的盒的多个工件的一并进出搬运。
本发明的其他特征以及优点会从参考附图在以下进行的详细说明而更加得以明确。
附图说明
图1是表示搭载本发明所涉及的多层式托手的搬运机器人的一例的整体结构图。
图2是本发明所涉及的多层式托手的一例的整体立体图。
图3是沿着图2的III-III线的截面图。
图4是沿着图3的IV-IV线的截面图。
图5是夹钳机构的后方部的说明图。
图6是夹钳机构的前方部的说明图。
图7是夹钳机构的俯视图。
图8是托手的前方部(托手体)的俯视图。
图9是沿着图4的IX-IX线的截面图。
图10是托手间距约束单元的作用说明图，是相当于沿着图4的IX-IX线的截面图的图。
图11是托手间距约束单元的作用说明图，是相当于沿着图4的IX-IX线的截面图的图。
图12是托手间距约束单元的作用说明图，是相当于沿着图4的IX-IX线的截面图的图。
图13是托手间距约束单元的作用说明图，是相当于沿着图4的IX-IX线的截面图的图。
图14是夹钳机构以及夹钳传感器的作用说明图。
图15是夹钳机构以及夹钳传感器的作用说明图。
图16是夹钳机构以及夹钳传感器的作用说明图。
图17是本发明所涉及的多层式托手的变形例的示意说明图。
图18是本发明所涉及的多层式托手的变形例的示意说明图。
附图标记的说明
Al：多层式托手
B：搬运机器人
20：托手
20a、20c、20e、20g、20i、20k：第1群的托手
20b、20d、20f、20h、20j：第2群的托手
210：托手体
220：支承体
221a：向上抵接部
230：块体
232：上方伸出部
233：折回伸出部
233a：向下抵接部
R1：第1组抵接关系部(第1平面位置)
R2：第2组抵接关系部(第2平面位置)
S：大致矩形虚拟区域
50：托手间间距约束单元
60：升降机构
70：引导单元
具体实施方式
以下参考附图来具体说明本发明的优选的实施方式。
如图1所示那样，本发明所涉及的多层式托手A1例如搭载在多关节机器人B1的执行器(effector)装备臂Ba来构成搬运机器人B。搬运机器人B只要能对执行器装备臂Ba的前端进行姿态控制并使其三维地移动即可，能采用具有任何结构的搬运机器人。
图2～图9表示本发明的一个实施方式所涉及的多层式托手Al。该多层式托手Al具有：收容盒10；配置成上下重叠的多个托手20；维持它们的姿态并引导成能在上下方向上移动的引导单元70(图4、图9)；约束多个托手20的最大托手间间距的托手间间距约束单元50(图9)；和使最上方位置的托手(第1托手20a)升降的升降机构60。
托手20在本实施方式中构成为将用于半导体制造的圆形硅晶片作为板状工件W进行载置、搬运，具有前端侧的二股叉状的托手体210(图8)和连结其基部的支承体220。托手体210由例如碳纤维强化塑料等轻重量硬质材料形成其主要部分，支承体220由金属或硬质树脂等形成。将多个托手20在上下方向上重叠地配置。具体地，在收容盒10内，各托手20的支承体220被引导单元70维持水平姿态且引导成能在上下方向上自由移动，并且使各托手体210从收容盒10的前面开口101延伸出(图3、图4)。在本实施方式中，在将支承体220固定在收容盒10的底部的最下方位置的托手(第11托手20k)的上方位置，如上述那样设有被引导单元70引导的10个托手(从最上方位置起第1托手20a～第10托手20j)(图3、图9)。
在各托手20分别设有与设于托手体210的爪211(图8)协作来保持载置于托手体210的工件W的夹钳机构80，设有使各托手20的夹钳机构80一齐工作的夹钳驱动机构82，对此后述。
如图9～图13清晰表征的那样，托手间间距约束单元50将合计11个托手20a～20k分成：包含最上方位置的第1托手20a、并位于一个空一个的位置的第奇数个第1群的托手(第1、第3、第5、第7、第9托手20a、20c、20e、20g、20i、20k)、和这以外的第偶数个第2群的托手(第2、第4、第6、第8、第10托手20b、20d、20f、20h、20j)这2个群组，位于上方位置的第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k与位于其正下方位置的第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j间构成为通过设于该第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k的向上抵接部221a(图9)和设于该第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j的向下抵接部233a(图9)相互抵接来约束两者间的最大间距间隔(图13)，位于上方位置的第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j与位于其正下方位置的第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k间，构成为通过设于该第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j的向上抵接部221a和设于该第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k的向下抵接部233a相互抵接来规定两者间的最大间距间隔(图13)。
在本实施方式中，向上抵接部221a由向各托手20的支承体220的侧方延伸出的约束片221的上表面构成。另外，向下抵接部233a由大致“コ”字状块体230中的上述折回伸出部233的下表面构成，该块体230具有：向各托手20的支承体220的侧方延伸出的侧方伸出部231；从该侧方伸出部231的前端向上方延伸出的上方伸出部232；和从该上方伸出部232的上部延伸成接近托手20的支承体220的折回伸出部233。
在本实施方式中，另外，第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k的向上抵接部221a与第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j的向下抵接部233a的组，在第1平面位置中位于在上下方向上重叠的位置(以下将其称作第1组抵接关系部R1(图4))，第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j的向上抵接部221a与第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k的向下抵接部233a的组，在与第1平面位置不同的第2平面位置中位于在上下方向上重叠的位置(以下将其称作第2组抵接关系部R2(图4))。更具体地，如图4所表征的那样，各托手20的支承体220具有俯视观察下大致矩形虚拟区域S，上述第1组的抵接关系部R1在大致矩形虚拟区域S的一方的对角线D1上设有2处，上述第2组抵接关系部R2在另一方的对角线D2上设有2处。换言之，在上述大致矩形虚拟区域S的前方侧和后方侧的各侧的各自中，上述第1组抵接关系部R1和第2组抵接关系部R2位于在托手20的支承体220的宽度方向上对置的位置，在前方部和后方部，第1组抵接关系部R1与第2组抵接关系部R2的左右关系相反。
在第1组抵接关系部R1(2处)以及第2组抵接关系部R2(2处)，通过具有上下方向的轨道的直线导轨71引导在上下方向上排列成堆叠的多个块体230，由此构成引导单元70。
在各托手20(除了第1托手20a以外)的支承体220，形成有在厚度方向上贯通的贯通孔222，由此形成用于配置升降机构60以及夹钳驱动机构82的空间。
将气缸610向上地设置在设置收容盒10的底部，并将其活塞杆611的前端与最上方位置的第1托手20a的支承体220连结，由此构成升降机构60。作为该升降机构60，除了气缸以外，还能采用其他直线型致动器。
在各托手20设有用于与形成于托手体210的爪211协作来保持载置于托手体210的工件W的夹钳机构80。该夹钳机构80构成为即使各托手20的间距间隔变更也一齐进行夹钳运动以及夹钳解除运动。进而，在各夹钳机构80设有检测未适合地保持工件W的夹钳传感器83(图6、图7)。以下依次进行说明。
夹钳机构80构成为：在杆802的前端安装夹钳体805，使杆802一齐前进后退运动，其中该杆802被设置于各托手20的支承体220上的固定器801保持为能轴向移动且不能轴转。
如图4～图6所表征的那样，在设于杆802的凸缘803与其后方侧相对于杆802能在其轴向滑动且不能绕着杆802的轴旋转地附属的弹簧支架构件81之间，套插压缩盘簧804，杆802被始终向进出方向施力。杆802中，另外让比弹簧支架构件81更靠后方侧在形成于上下方向上长的头构件822的在上下方向上延伸的狭缝823穿过，该头构件(移动体)822通过后述的作为夹钳驱动机构82的横置气缸821而被前进后退运动。在杆802的后端形成有不能通过上述狭缝823的凸缘806。在弹簧支架构件81，从杆802的轴向来看左右设置1对与上述头构件822的前面抵接并能旋转的滚筒811。相对于设于第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k的滚筒811，设于第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j的滚筒811在左右方向上移位，以使上下相邻的托手20的滚筒811不会干涉。
夹钳传感器83构成为：在托手体210设置限定反射型传感器831，在夹钳体805设置在上下方向上贯通的贯通孔832，在适合地保持工件W时，光进入上述贯通孔832而检测不到反射光，限定反射型传感器831成为关闭(OFF)，在未适合地保持工件W时，检测到在夹钳体805的下表面反射的反射光，限定反射型传感器831成为开启(ON)。
接下来说明上述结构的多层式托手A1的作用。
首先说明多个托手20的托手间间距间隔的变更所涉及的作用。图9在沿着图4的IX—IX线的截面示出托手间间距间隔成为最小的状态。升降机构60的活塞杆611位于最下方位置。在该状态下，在第1组抵接关系部R1(图4)中，设于第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k的块体230在上下方向上堆叠，在第2组抵接关系部R2(图4)中，设于第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j的块体230在上下方向上堆叠。通过如此地上下堆叠各块体230，来规定各托手20的最小间距间隔。另外在该状态下，位于上方位置的托手20的向上抵接部221a和位于其正下方的托手20的向下抵接部233a不是抵接而是分开。这时的托手间间距间隔例如设为7.0mm。通过如此地构成，不再需要将托手间间距规定成最小间隔的另外的结构。
若从图9所示的状态起，升降机构60的活塞杆611开始上升，则首先在第1组抵接关系部R1，最上方位置的第1托手20a的向上抵接部221a与第2托手20b的向下抵接部233a抵接，之后第2托手20b和第1托手20a一起上升(图10)。接下来，在第2组抵接关系部R2，第2托手20b的向上抵接部221a与第3托手20c的向下抵接部233a抵接，之后第3托手20c和上述第1托手20a以及第2托手20b一起上升(图11)。以后同样地，上升的上方位置的托手20的向上抵接部221a与其下方位置的托手20的向下抵接部233a抵接而将该下方位置的托手20拉高，最终如图13所示那样，全部上方位置的托手20的向上抵接部221a与其下方位置的托手20的向下抵接部233a抵接。在图13所示的状态下，升降机构60的活塞杆611不能再进一步上升。在图9所示的状态下，位于上方位置的托手20的向上抵接部221a和位于其正下方的托手20的向下抵接部233a不是抵接而是分开给定距离L，但在全部上方位置的托手20的向上抵接部221a与其正下方位置的托手20的向下抵接部233a抵接的图13所示的状态下，托手间间距间隔与图9所示的状态比较而扩大了距离L。这时的托手间间距间隔例如设为10.0mm。
如此地，本实施方式的多层式托手A1通过使升降机构60的活塞杆611升降，能将托手间间距间隔以最大间距间隔和最小间距间隔这2阶段进行变更。如从上述理解的那样，本实施方式的多层式托手A1由于能大致在托手20的特别是支承体220的平面占有面积内构成用于变更托手间间距间隔的结构，因此即使进一步增加托手20的数量，作为多层式托手A1的平面占有面积也不会扩大。
并且，由于将多个托手20分组成：位于一个空一个的位置的第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k和这以外的第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j，因此能将第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k的向上抵接部221a与第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j的向下抵接部233a的组(第1组的抵接关系部R1)、和第2群的托手20b、20d、20f、20h、20j的向上抵接部221a与第1群的托手20a、20c、20e、20g、20i、20k的向下抵接部233a的组(第2组的抵接关系部R2)配置在不同的平面位置。由此，能缩短托手间最小间隔，来向间距间隔更小的盒进行多个工件的一并进出搬运。
另外，由于使第1组的抵接关系部R1和第2组的抵接关系部R2在托手20的支承体220的宽度方向上对置进行配置，因此能平衡良好地进行各托手20的升降。
接下来说明夹钳机构80的作用。
通过使作为夹钳驱动机构82的气缸821的活塞杆824进出运动，各托手20中的夹钳体805一齐进行进出运动，与托手体210的爪211协作地保持载置于托手体210的工件W，从而防止其脱落。反之，通过使上述活塞杆824退避运动，各托手20中的夹钳体805一齐进行退避运动，能解除工件W的保持状态。另外，作为夹钳移动机构82，除了气缸以外，还能采用直线驱动型的任意的致动器。
如图14～图16所示那样，在由各托手20的夹钳机构80保持工件W的情况下，各杆802经由安装于活塞杆824的前端的头构件822而受到夹钳驱动机构82的进入驱动力。更详细地，经由与头构件822的前面抵接的滚筒811而弹簧支架构件81被向前方推动，杆802经由套插在弹簧支架构件81与凸缘803间的压缩盘簧804而受到向前方的弹性进入力(图14)。若呈现在夹钳体805与爪211之间夹持工件W的状态，则即使头构件822进入，杆802以及夹钳体805也不会进一步进入，压缩盘簧804被压缩(图15)。如此地，工件W由于被夹钳体805的弹性的按压力保持，因此不会在夹钳体805的保持中受到碰撞而招致破损。
另外，在这样的夹钳机构82的工件W的保持状态下，即在夹钳体805进行过进出运动的状态下，在未适合地保持工件W的情况下，由于压缩盘簧804的作用，会使得夹钳体805比在与爪211之间夹持工件W的适合位置更进一步前进(图16)。这样的夹钳体805的位置的不适合状态通过作为夹钳传感器83的限定反射型传感器831成为开启检测出来。通过这样的夹钳体805的不适合位置检测信号，例如使搬运机器人B紧急停止等，从而能避免会在之后引起的不良状况。
在解除夹钳体805的工件W的保持的情况下，在头构件822进行退避运动时，通过头构件822将杆802的后端的凸缘806推向后方，杆802以及夹钳体805进行退避运动，工件W的保持状态被解除。
由于各托手20的夹钳机构82中的杆802穿过头构件822的狭缝823，且弹簧支架构件81的滚筒811与头构件822的前面抵接并能转动，因此各杆802能相对于头构件822几乎没阻力地在上下方向上相对移动。因此，在各托手20夹钳工件W的状态下，在从各托手20的托手间间距间隔最大的状态向最小的状态变更时以及从托手间间距间隔最小的状态向最大的状态变更时，不会出现对升降机构610、各托手20在上下方向上作用过度的力的问题。另外，不管在托手间间距间隔最大的状态下，还是在最小的状态下，各托手20的夹钳机构82都一齐工作来保持工件W或将保持解除。
当然，本发明的范围并不限定于上述的实施方式，各权利要求记载的事项的范围内的所有变更全都包含在本发明的范围内。
例如第1组的抵接关系部R1与第2组的抵接关系部R2的平面的配置除了图4所示的示例以外，例如还能如图17、图18所示那样进行个各种考虑。
在图4所示的示例中，将大致矩形虚拟区域S设想为1个，在对角线D1、D2上分别配置第1组的抵接关系部R1和第2组的抵接关系部R2，但在即使各托手20的重量增大、或由易于挠曲的材料构成托手20还需要在升降机构60的工作时让各托手20能维持刚性的同时平稳升降的情况下等，还能如图17、图18所示那样，将大致矩形虚拟区域S设定为2个，或更多，对于各大致矩形虚拟区域S，在这些对角线D1、D2上，在与图4所示的同样的关系下分别配置第1组的抵接关系部R1和第2组的抵接关系部R2，适宜增加第1组的抵接关系部R1和第2组的抵接关系部R2的数量。

Claims (8)

1.一种多层式托手，其特征在于，具有：
多个托手，分别具有托手体和在其基部支承该托手体的支承体，上述多个托手被配置成在上下方向上重叠；
引导单元，其将上述多个托手维持它们的姿态，并引导成能在上下方向上移动；和
托手间间距约束单元，其约束上述多个托手的最大间距间隔，
上述多个托手，由位于一个空一个的位置的第1群的托手和这以外的第2群的托手构成，上述托手间间距约束单元约束上下相邻的第1群的托手与第2群的托手间的最大间距间隔。
2.根据权利要求1所述的多层式托手，其特征在于，
位于上方位置的第1群的托手和位于其正下方位置的第2群的托手间，通过设于该第1群的托手的向上抵接部、和设于该第2群的托手的向下抵接部相互抵接来约束两者间的最大间距间隔，位于上方位置的第2群的托手与位于其正下方位置的第1群的托手间，通过设于该第2群的托手的向上抵接部、和设于该第1群的托手的向下抵接部相互抵接来约束两者间的最大间距间隔。
3.根据权利要求2所述的多层式托手，其特征在于，
上述第1群的托手的向上抵接部与上述第2群的托手的向下抵接部的组，在第1平面位置位于在上下方向上重叠的位置，上述第2群的托手的向上抵接部与上述第1群的托手的向下抵接部的组，在与上述第1平面位置不同的第2平面位置位于在上下方向上重叠的位置。
4.根据权利要求3所述的多层式托手，其特征在于，
上述向下抵接部形成在块体中的折回伸出部的下表面，其中所述块体具有从各托手向侧方延伸出的侧方伸出部、从该侧方伸出部向上方延伸出的上方伸出部、和从该上方伸出部延伸成接近托手的上述折回伸出部，
并且上述向上抵接部形成在向各托手的侧方延伸出的约束片的上表面，在上述第1平面位置以及上述第2平面位置，上述块体抵接成上下堆叠，从而上述多个托手的最小间距间隔被约束。
5.根据权利要求4所述的多层式托手，其特征在于，
上述托手的上述支承体具有大致矩形虚拟区域，上述第1平面位置和上述第2平面位置位于在上述大致矩形虚拟区域的宽度方向两侧对置的位置。
6.根据权利要求4或5所述的多层式托手，其特征在于，
上述引导单元分别引导位于上述第1平面位置的多个上述块体和位于上述第2平面位置的多个上述块体。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的多层式托手，其特征在于，
所述多层式托手还具备：升降机构，其使最上方位置的上述托手升降。
8.一种搬运机器人，其特征在于，具备权利要求1～7中任一项所述的多层式托手。
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