CN111360805A - 一种升降式独立直驱真空机械手 - Google Patents

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杨国峰
张鹏
边弘晔
徐方
常志勇
谭学科
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Abstract

本发明涉及一种升降式独立直驱真空机械手，包括机械手组件和外壳体，机械手组件包括四个手臂，外壳体内设有可升降的第一转接座和可升降的第二转接座，且第一转接座下端设有三轴直驱电机、上端设有四轴直驱电机，第二转接座下端设有一轴直驱电机、上端设有二轴直驱电机，一轴转子轴上端与一轴手臂固连、下端与一轴直驱电机固连，二轴转子轴套设于一轴转子轴外侧且上端与二轴手臂固连、下端与二轴直驱电机固连，三轴转子轴套设于二轴转子轴外侧且上端与三轴手臂固连、下端与三轴直驱电机固连，四轴转子轴套设于三轴转子轴外侧且上端与四轴手臂固连、下端与四轴直驱电机固连。本发明大大提高了各个手臂使用的灵活性和工作效率。

Description

一种升降式独立直驱真空机械手
技术领域
本发明涉及一种机械手，具体地说是一种升降式独立直驱真空机械手。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，许多工序操作都需要在真空腔室中进行，而如图1所示，半导体晶片主要通过真空机械手在不同真空腔室中传递，并送至相应工位。真空蛙手是真空机械手的一种重要构型，但现有技术中的真空蛙手多为单蛙手结构，虽然根据实际需要也出现了双臂蛙手结构，但现有技术中的双臂蛙手两侧的手指手臂位于同一平面上且呈180°布置，并且两侧手臂共用一个旋转大臂实现旋转，单个手臂并非独立转动，这在传递晶片过程中存在较大局限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种升降式独立直驱真空机械手，各个手臂分别通过相应的直驱电机单独驱动转动，且一轴手臂和二轴手臂同步升降，三轴手臂和四轴手臂同步升降，这大大提高了各个手臂使用的灵活性，有助于真空腔室内传片，并且大大提高了工作效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种升降式独立直驱真空机械手，包括机械手组件和外壳体，所述机械手组件包括一轴手臂、二轴手臂、三轴手臂和四轴手臂，所述外壳体内设有可升降的第一转接座和可升降的第二转接座，且第一转接座下端设有三轴直驱电机、上端设有四轴直驱电机，第二转接座下端设有一轴直驱电机、上端设有二轴直驱电机，所述外壳体设有多个转子轴，其中一轴转子轴上端与一轴手臂固连、下端穿过第一转接座和二轴直驱电机后与一轴直驱电机固连，二轴转子轴套设于一轴转子轴外侧，且二轴转子轴上端与二轴手臂固连、下端穿过第一转接座后与二轴直驱电机固连，三轴转子轴套设于二轴转子轴外侧，且三轴转子轴上端与三轴手臂固连、下端穿过四轴直驱电机后与三轴直驱电机固连，四轴转子轴套设于三轴转子轴外侧，且四轴转子轴上端与四轴手臂固连、下端与四轴直驱电机固连。
所述一轴转子轴上端设有一轴转接块与所述一轴手臂固连；所述二轴手臂设于一轴手臂下侧，且二轴转子轴上端设有二轴转接盘与所述二轴手臂固连，所述一轴转子轴上端穿过所述二轴转接盘；所述三轴手臂设于二轴手臂下侧，且三轴转子轴上端设有三轴转接盘与三轴手臂固连，所述二轴转子轴上端穿过所述三轴转接盘；所述四轴手臂设于三轴手臂下侧，且四轴转子轴上端设有四轴转接盘与四轴手臂固连，所述三轴转子轴上端穿过所述四轴转接盘。
所述第一转接座和第二转接座均与所述外壳体滑动连接，所述外壳体内设有第一升降机构和第二升降机构，且所述第一转接座通过所述第一升降机构驱动升降，所述第二转接座通过第二升降机构驱动升降。
所述第一升降机构包括第一升降电机、第一传动组件、第一升降丝杠和第一丝母，所述第一升降丝杠垂直设于外壳体内的一侧且通过所述第一升降电机驱动旋转，并且所述第一升降电机通过第一传动组件传递转矩，所述第一升降丝杠上端穿过所述第二转接座后插装入所述第一转接座中，在所述第一转接座下侧设有第一丝母套装于所述第一升降丝杠上。
所述第二升降机构包括第二升降电机、第二传动组件、第二升降丝杠和第二丝母，所述第二升降丝杠垂直设于外壳体内的中部且通过所述第二升降电机驱动旋转，并且所述第二升降电机通过第二传动组件传递转矩，所述第二升降丝杠上端插装入所述第二转接座中，且所述第二升降丝杠上端置于所述一轴转子轴内的空腔中，所述第二转接座中部下侧设有第二丝母套装于所述第二升降丝杠上。
所述一轴转子轴下端、二轴转子轴下端、三轴转子轴下端和四轴转子轴下端均设有码盘和码盘读数头。
所述第一转接座上侧与所述外壳体的顶板之间设有第一波纹管，所述一轴转子轴、二轴转子轴、三轴转子轴和四轴转子轴均穿过第一波纹管，所述第一转接座与第二转接座设有第二波纹管，所述一轴转子轴和二轴转子轴穿过所述第二波纹管。
所述二轴转子轴下端设有扩口连接部与二轴直驱电机内的转子固连，所述一轴转子轴下端伸出至二轴转子轴外并与一个四轴转接法兰固连，所述四轴转接法兰与一轴直驱电机内的转子固连。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明各个手臂分别通过相应的直驱电机单独驱动转动，且转动时相互之间不发生影响，提高了真空腔室内的传片效率。
2、本发明在外壳体内设有第一转接座和第二转接座，且第一转接座通过第一升降机构驱动升降，进而带动三轴手臂和四轴手臂同步升降，第二转接座通过第二升降机构驱动升降，进而带动一轴手臂和二轴手臂升降，升降时相互之间不会发生影响，这大大提高了各个手臂使用的灵活性，有助于真空腔室内传片。
附图说明
图1为本发明的工作状态示意图，
图2为本发明的外观示意图，
图3为图2中本发明去掉外壳体后的结构示意图，
图4为图3中本发明的剖视图，
图5为图4中的A处放大图，
图6为图4中的第一转接座内部结构示意图，
图7为图4中的第二转接座内部结构示意图。
其中，1为真空腔室，2为机械手组件，3为四轴转接法兰，4为外壳体，5为一轴手臂，6为二轴手臂，7为三轴手臂，8为四轴手臂，9为第一波纹管，10为第一转接座，11为滑轨，12为第二波纹管，13为第二转接座，14为码盘读数头，15为第二升降电机，16为第一升降电机，17为四轴直驱电机，18为三轴直驱电机，19为二轴直驱电机，20为一轴直驱电机，21为四轴转子轴，22为三轴转子轴，23为二轴转子轴，231为扩口连接部，24为一轴转子轴，25为第二升降丝杠，26为第一升降丝杠，27为第二丝母，28为第一丝母，29为第二传动组件，30为第一传动组件，31为码盘，32为一轴转接块，33为二轴转接盘，34为三轴转接盘，35为四轴转接盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图2～7所示，本发明包括机械手组件2和外壳体4，机械手组件2设于外壳体4上端，如图3所示，所述机械手组件2包括一轴手臂5、二轴手臂6、三轴手臂7和四轴手臂8，如图4～7所示，所述外壳体4内设有四个转子轴和四个直驱电机，其中一轴转子轴24上端设有一轴转接块32与所述一轴手臂5固连，一轴转子轴24下端插装于所述一轴直驱电机20内，二轴手臂6设于一轴手臂5下侧，二轴转子轴23套设于一轴转子轴24外侧，且二轴转子轴23上端设有二轴转接盘33与所述二轴手臂6固连，二轴转子轴23下端插装于二轴直驱电机19中，所述一轴转子轴24上端穿过所述二轴转接盘33，三轴手臂7设于二轴手臂6下侧，三轴转子轴22套设于二轴转子轴23外侧，且三轴转子轴22上端设有三轴转接盘34与三轴手臂7固连，三轴转子轴22下端插装于三轴直驱电机18中，所述二轴转子轴23上端穿过所述三轴转接盘34，四轴手臂8设于三轴手臂7下侧，四轴转子轴21套设于三轴转子轴22外侧，且四轴转子轴21上端设有四轴转接盘35与四轴手臂8固连，四轴转子轴21下端插装于四轴直驱电机17中，所述三轴转子轴22上端穿过所述四轴转接盘35。
如图3～4所示，所述外壳体4内设有可升降的第一转接座10和可升降的第二转接座13，且所述第一转接座10设于第二转接座13上侧。
如图4和图6所示，所述三轴直驱电机18和四轴直驱电机17设于所述第一转接座10中，且四轴直驱电机17设于三轴直驱电机18上侧，所述四轴转子轴21与四轴直驱电机17内的转子固连，所述三轴转子轴22下端伸出至四轴转子轴21外且与三轴直驱电机18内的转子固连，所述一轴转子轴24和二轴转子轴23下端伸出至三轴转子轴22外且穿过所述第一转接座10。装置工作时，三轴转子轴22通过三轴直驱电机18驱动转动，四轴转子轴21通过四轴直驱电机17驱动转动。
如图4和图7，所述一轴直驱电机20和二轴直驱电机19设于所述第二转接座13中，且二轴直驱电机19设于一轴直驱电机20上侧，所述二轴转子轴23下端设有直径变大的扩口连接部231与二轴直驱电机19内的转子固连，所述一轴转子轴24下端伸出至二轴转子轴23外并通过胀套与一个四轴转接法兰3胀紧固连，所述四轴转接法兰3与一轴直驱电机20内的转子固连。装置工作时，一轴转子轴24通过一轴直驱电机20驱动转动，二轴转子轴23通过二轴直驱电机19驱动转动。所述各个直驱电机为本领域公知技术且为市购产品。
如图6所示，所述三轴转子轴22下端和四轴转子轴21下端均设有码盘31，且所述码盘31设于三轴直驱电机18和四轴直驱电机17之间，如图7所示，所述一轴转子轴24下端和二轴转子轴23下端也同样设有码盘31，且所述码盘31设于一轴直驱电机20和二轴直驱电机19之间，如图3所示，在所述第一转接座10和第二转接座13内均设有码盘读数头14分别与各个码盘31一一对应，所述码盘读数头14和对应码盘31配合控制相应转子轴的旋转角度并实现各个转子轴精确定位。所述码盘读数头14和码盘31为本领域公知技术。
所述第一转接座10和第二转接座13均与所述外壳体4滑动连接，如图3所示，所述外壳体4内沿着高度方向设有滑轨11，所述第一转接座10和第二转接座13内均设有与所述滑轨11配合的滑块。
如图3～4所示，所述外壳体4内设有第一升降机构和第二升降机构，所述第一转接座10通过所述第一升降机构驱动升降，所述第二转接座13通过第二升降机构驱动升降。
如图3～4所示，所述第一升降机构包括第一升降电机16、第一传动组件30、第一升降丝杠26和第一丝母28，所述第一升降丝杠26垂直设于外壳体4内的一侧且通过所述第一升降电机16驱动旋转，并且所述第一升降电机16通过第一传动组件30传递转矩，所述第一升降丝杠26上端穿过所述第二转接座13后插装入所述第一转接座10中，在所述第一转接座10下侧设有第一丝母28套装于所述第一升降丝杠26上。本实施例中，所述第一传动组件30同步带传动组件，此为本领公知技术。
如图3～4所示，所述第二升降机构包括第二升降电机15、第二传动组件29、第二升降丝杠25和第二丝母27，所述第二升降丝杠25垂直设于外壳体4内的中部且通过所述第二升降电机15驱动旋转，并且所述第二升降电机15通过第二传动组件29传递转矩，如图7所示，所述第二升降丝杠25上端插装入所述第二转接座13中，且所述第二升降丝杠25上端置于所述一轴转子轴24内的空腔中，不会影响一轴转子轴24转动，在所述第二转接座13中部下侧设有第二丝母27套装于所述第二升降丝杠25上，另外如图7所示，所述第二转接座13一侧设有供所述第一升降丝杠26穿过的通孔。
装置工作时，所述第二升降机构通过第二升降丝杠25和第二丝母27驱动第二转接座13升降，进而通过一轴转子轴24和二轴转子轴23驱动一轴手臂5和二轴手臂6同步升降，第一升降丝杠26由第二转接座13一侧通孔内穿过，且二轴转子轴23和三轴转子轴22间留有空隙保证相对升降移动，因此一轴手臂5和二轴手臂6升降不会影响三轴手臂7和四轴手臂8。当一轴手臂5和二轴手臂6上升一定高度后，此时给三轴手臂7和四轴手臂8留出升降空间，所述第一升降机构通过第一升降丝杠26和第一丝母28驱动第一转接座10升降，进而通过三轴转子轴22和四轴转子轴21驱动三轴手臂7和四轴手臂8升降。
如图3所示，在所述第一转接座10上侧与所述外壳体4的顶板之间设有第一波纹管9起到真空密封作用，所述一轴转子轴24、二轴转子轴23、三轴转子轴22和四轴转子轴21均穿过第一波纹管9且所述第一波纹管9随第一转接座10升降伸缩，在所述第一转接座10与第二转接座13设有第二波纹管12起到防护作用，所述一轴转子轴24和二轴转子轴23穿过所述第二波纹管12，且所述第二波纹管12随着两端的第一转接座10和第二转接座13升降伸缩。
本发明的工作原理为：
如图1所示，本发明设有一轴手臂5、二轴手臂6、三轴手臂7和四轴手臂8分别与真空腔室1内的不同部件相连，且各个手臂分别通过相应的直驱电机单独驱动转动，转动时相互之间不发生影响，另外本发明在外壳体4内设有第一转接座10和第二转接座13，且第一转接座10通过第一升降机构驱动升降，进而带动三轴手臂7和四轴手臂8同步升降，第二转接座13通过第二升降机构驱动升降，进而带动一轴手臂5和二轴手臂6升降，第一转接座10和第二转接座13独立升降，升降时相互之间不会发生影响，这大大提高了各个手臂使用的灵活性，有助于真空腔室1内传片，并且大大提高了工作效率。

Claims (8)

1.一种升降式独立直驱真空机械手，其特征在于：包括机械手组件(2)和外壳体(4)，所述机械手组件(2)包括一轴手臂(5)、二轴手臂(6)、三轴手臂(7)和四轴手臂(8)，所述外壳体(4)内设有可升降的第一转接座(10)和可升降的第二转接座(13)，且第一转接座(10)下端设有三轴直驱电机(18)、上端设有四轴直驱电机(17)，第二转接座(13)下端设有一轴直驱电机(20)、上端设有二轴直驱电机(19)，所述外壳体(4)内设有多个转子轴，其中一轴转子轴(24)上端与一轴手臂(5)固连、下端穿过第一转接座(10)和二轴直驱电机(19)后与一轴直驱电机(20)固连，二轴转子轴(23)套设于一轴转子轴(24)外侧，且二轴转子轴(23)上端与二轴手臂(6)固连、下端穿过第一转接座(10)后与二轴直驱电机(19)固连，三轴转子轴(22)套设于二轴转子轴(23)外侧，且三轴转子轴(22)上端与三轴手臂(7)固连、下端穿过四轴直驱电机(17)后与三轴直驱电机(18)固连，四轴转子轴(21)套设于三轴转子轴(22)外侧，且四轴转子轴(21)上端与四轴手臂(8)固连、下端与四轴直驱电机(17)固连。
2.根据权利要求1所述的升降式独立直驱真空机械手，其特征在于：所述一轴转子轴(24)上端设有一轴转接块(32)与所述一轴手臂(5)固连；所述二轴手臂(6)设于一轴手臂(5)下侧，且二轴转子轴(23)上端设有二轴转接盘(33)与所述二轴手臂(6)固连，所述一轴转子轴(24)上端穿过所述二轴转接盘(33)；所述三轴手臂(7)设于二轴手臂(6)下侧，且三轴转子轴(22)上端设有三轴转接盘(34)与三轴手臂(7)固连，所述二轴转子轴(23)上端穿过所述三轴转接盘(34)；所述四轴手臂(8)设于三轴手臂(7)下侧，且四轴转子轴(21)上端设有四轴转接盘(35)与四轴手臂(8)固连，所述三轴转子轴(22)上端穿过所述四轴转接盘(35)。
3.根据权利要求1所述的升降式独立直驱真空机械手，其特征在于：所述第一转接座(10)和第二转接座(13)均与所述外壳体(4)滑动连接，所述外壳体(4)内设有第一升降机构和第二升降机构，且所述第一转接座(10)通过所述第一升降机构驱动升降，所述第二转接座(13)通过第二升降机构驱动升降。
4.根据权利要求3所述的升降式独立直驱真空机械手，其特征在于：所述第一升降机构包括第一升降电机(16)、第一传动组件(30)、第一升降丝杠(26)和第一丝母(28)，所述第一升降丝杠(26)垂直设于外壳体(4)内的一侧且通过所述第一升降电机(16)驱动旋转，并且所述第一升降电机(16)通过第一传动组件(30)传递转矩，所述第一升降丝杠(26)上端穿过所述第二转接座(13)后插装入所述第一转接座(10)中，在所述第一转接座(10)下侧设有第一丝母(28)套装于所述第一升降丝杠(26)上。
5.根据权利要求3所述的升降式独立直驱真空机械手，其特征在于：所述第二升降机构包括第二升降电机(15)、第二传动组件(29)、第二升降丝杠(25)和第二丝母(27)，所述第二升降丝杠(25)垂直设于外壳体(4)内的中部且通过所述第二升降电机(15)驱动旋转，并且所述第二升降电机(15)通过第二传动组件(29)传递转矩，所述第二升降丝杠(25)上端插装入所述第二转接座(13)中，且所述第二升降丝杠(25)上端置于所述一轴转子轴(24)内的空腔中，所述第二转接座(13)中部下侧设有第二丝母(27)套装于所述第二升降丝杠(25)上。
6.根据权利要求1所述的升降式独立直驱真空机械手，其特征在于：所述一轴转子轴(24)下端、二轴转子轴(23)下端、三轴转子轴(22)下端和四轴转子轴(21)下端均设有码盘(31)和码盘读数头(14)。
7.根据权利要求1所述的升降式独立直驱真空机械手，其特征在于：所述第一转接座(10)上侧与所述外壳体(4)的顶板之间设有第一波纹管(9)，所述一轴转子轴(24)、二轴转子轴(23)、三轴转子轴(22)和四轴转子轴(21)均穿过第一波纹管(9)，所述第一转接座(10)与第二转接座(13)设有第二波纹管(12)，所述一轴转子轴(24)和二轴转子轴(23)穿过所述第二波纹管(12)。
8.根据权利要求1所述的升降式独立直驱真空机械手，其特征在于：所述二轴转子轴(23)下端设有扩口连接部(231)与二轴直驱电机(19)内的转子固连，所述一轴转子轴(24)下端伸出至二轴转子轴(23)外并与一个四轴转接法兰(3)固连，所述四轴转接法兰(3)与一轴直驱电机(20)内的转子固连。
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