CN116096537A - 机器人以及工件运送方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于运送工件的机器人，该机器人包括臂部、手部、倾斜机构和手姿势控制部。所述手部被设置在所述臂部，且将所述工件保持在上表面侧进行运送。所述倾斜机构能够使所述手部的姿势倾斜。所述手姿势控制部在通过所述手部保持所述工件进行运送的过程中在该手部产生加速度时，通过所述倾斜机构以使与所述加速度的水平方向成份的朝向相反的一侧变高的方式，使所述手部的姿势倾斜。

Description

机器人以及工件运送方法

技术领域

本发明主要涉及用于运送半导体晶片、印刷电路板等工件的机器人。

背景技术

至今为止，用于运送工件的运送机器人被众所周知。专利文献1公开了包括该种运送机器人的运送装置。

专利文献1的运送机器人包括躯干部和臂体。臂体被设置在躯干部的上部。运送机器人通过使臂体进行伸缩动作，来在卡匣与各种处理装置之间等运送基板(工件)。在臂体的端部设置有末端执行器，该末端执行器保持基板。

专利文献1：日本特开2006-120861号公报

发明内容

但是，在如所述专利文献1的结构那样的运送机器人中，当在末端执行器保持基板时，在基板被放置在末端执行器之后，为了运送基板，末端执行器通过臂体开始移动基板时，末端执行器上的基板会受到惯性的影响，有时恐怕会产生基板相对于末端执行器的位置偏离。如果产生了该位置偏离，则例如有时会使运送机器人不能将收纳在卡匣中的基板准确地传送给各种处理装置，因此期望有所改善。

鉴于上述内容，本发明的目的在于提供一种在运送时能够抑制产生工件的位置偏离的机器人。

本发明所要解决的课题如上所述，接下来对用于解决该课题的手段和其效果进行说明。

根据本发明的第一方面，提供以下结构的机器人。即，用于运送工件的机器人包括臂部、手部、倾斜机构和手姿势控制部。所述手部被设置在所述臂部，且将所述工件保持在上表面侧进行运送。所述倾斜机构能够使所述手部的姿势倾斜。所述手姿势控制部当在通过所述手部保持所述工件进行运送的过程中在所述手部产生加速度时，通过所述倾斜机构以使与所述加速度的水平方向成份的朝向相反的一侧变高的方式，使所述手部的姿势倾斜。

根据本发明的第二方面，提供以下的工件运送方法。即，该工件运送方法通过机器人运送工件，所述机器人包括臂部、手部和倾斜机构。所述手部被设置在所述臂部，且将所述工件保持在上表面侧进行运送。所述倾斜机构能够使所述手部的姿势倾斜。当在通过所述手部保持所述工件进行运送的过程中在该手部产生加速度时，通过所述倾斜机构以使与所述加速度的水平方向成份的朝向相反的一侧变高的方式，使所述手部的姿势倾斜。

根据本发明的第三方面，提供以下结构的机器人。即，用于运送工件的机器人包括臂部、手部、倾斜机构和手姿势控制部。所述手部被设置在所述臂部，且将所述工件保持在下表面侧进行运送。所述倾斜机构能够使所述手部的姿势倾斜。所述手姿势控制部当在通过所述手部保持所述工件进行运送的过程中在该手部产生加速度时，通过所述倾斜机构以使与所述加速度的水平方向成份的朝向相同的一侧变高的方式，使所述手部的姿势倾斜。

根据本发明的第四方面，提供以下的工件运送方法。即，该工件运送方法藉由机器人运送工件，所述机器人包括臂部、手部和倾斜机构。所述手部被设置在所述臂部，且将工件保持在下表面侧进行运送。所述倾斜机构能够使所述手部的姿势倾斜。当在藉由所述手部保持所述工件进行运送的过程中在该手部产生加速度时，藉由所述倾斜机构以使与所述加速度的水平方向成份的朝向相同的一侧变高的方式，使所述手部的姿势倾斜。

因此，能够通过被倾斜的姿势的该手部接受伴随着手部的加速运动而在工件产生的惯性力的一部分。所以，即使在高速运送工件时，也难以产生工件相对于手部的位置偏离，能够顺利地运送工件。

(发明的效果)

根据本发明，能够提供一种能够抑制在运送时产生工件的位置偏离的基板运送机器人。

附图说明

图1是示出了本发明的第一实施方式所涉及的机器人的整体结构的立体图。

图2是示出了倾斜机构的一个例子的立体图。

图3是示出了倾斜机构的一个例子的剖面图。

图4是示出了引导部的详细结构的放大立体图。

图5是示出了机器人手的加速运动与该机器人手的姿势之间的关系的立体图。

图6是对在两个地点之间运送基板时的机器人手的姿势控制进行说明的立体图。

图7是示出了本发明的第二实施方式所涉及的机器人的机器人手的结构的放大立体图。

具体实施方式

其次，参照附图，对所公开的实施方式进行说明。图1是示出了本发明的第一实施方式所涉及的机器人100的整体结构的立体图。

图1所示的机器人100例如被设置在半导体晶片、印刷电路板等工件W的制造工厂、仓库等。机器人100用于在多个位置之间运送工件W。当工件W是基板时，也可以是基板的原材料、加工中的半成品、加工后的成品中的任意之一。基本W的形状在本实施方式中是圆板状，但并不限于此。并且，工件W也可以是餐具、托盘等其它物品。

该机器人100主要包括基座1、机器人臂(臂部)2、机器人手(手部)3、倾斜机构4和机器人控制部(手姿势控制部)9。

基座1被固定在工厂的地板等。但是，并不限于此，基座1例如也可以被固定在适当的处理设备。并且，基座1也可以安装在可在水平方向移动的部件。

如图1所示，机器人臂2经由能够在上下方向移动的升降轴11安装在基座1。机器人臂2能够相对于升降轴11旋转。

机器人臂2由水平多关节式机器人臂构成。机器人臂2包括第一臂21和第二臂22。

第一臂21作为在水平的直线状延伸的细长部件构成。第一臂21的长度方向的一端被安装在升降轴11的上端部。第一臂21被以升降轴11的轴线(垂直轴)为中心可旋转地支撑着。在第一臂21的长度方向的另一端安装有第二臂22。

第二臂22作为在水平的直线状延伸的细长部件构成。第二臂22的长度方向的一端被安装在第一臂21的前端。第二臂22被以与升降轴11平行的轴线(垂直轴)为中心可旋转地支撑着。在第二臂22的长度方向的另一端安装有机器人手3。

升降轴11、第一臂21以及第二臂22的每一个通过无图示的适当的致动器驱动。该致动器例如能够是电动马达。

在位于升降轴11与第一臂21之间、第一臂21与第二臂22之间以及第二臂22与机器人手3之间的臂关节部安装有检测第一臂21、第二臂22以及机器人手3的每一个的旋转位置的省略图示的编码器。并且，在机器人100的适当位置还设置有检测高度方向的第一臂21的位置变化(即，升降轴11的升降量)的编码器。

机器人控制部9根据包含由各个编码器所检测出的第一臂21、第二臂22或机器人手3的旋转位置或高度位置的位置信息，来控制对升降轴11、第一臂21、第二臂22以及机器人手3的每一个进行驱动的电动马达的动作。需要说明的是，在以下的说明中，当称为由编码器所检测出的“位置信息”时，意思是指表示机器人100的姿势的、由每一个编码器所检测出的位置信息的组合。

如图1所示，机器人手3包括手腕部31和手本体部32。

手腕部31经由倾斜机构4安装在第二臂22的前端。手腕部31被以与升降轴11平行的轴线(垂直轴)为中心可旋转地支撑着。不过，能够通过倾斜机构4使手腕部31的旋转轴相对于与升降轴11平行的直线倾斜。后面将说明倾斜机构4的详细结构。手腕部31通过无图示的适当的致动器被旋转驱动。该致动器例如能够是电动马达。在手腕部31连接有手本体部32。手腕部31以及手本体部32也可以形成为一体。

手本体部32是为了保持工件W而发挥作用的部分。手本体部32由形成为Y字形状(或U字形状)的板状的部件构成。手本体部32成为与连接在手腕部31的一侧相反的一侧(换言之，前端侧)分成两个叉的形状。在以下的说明中，有时将被分支得到的各个部分称为第一手指部32a以及第二手指部32b。

第一手指部32a以及第二手指部32b形成为彼此对称。如图4等所示，在第一手指部32a以及第二手指部32b的前端部分之间形成有适当的间隔。

在本实施方式的手本体部32的前端侧以及基端侧分别设置有用于保持工件W的多个引导部33。每个引导部33例如由橡胶等制成。引导部33设置为从板状的手本体部32向上侧突出。如图1所示，引导部33例如在第一手指部32a以及第二手指部32b的每一个各设置一个，在手本体部32的基端侧设置两个。

如图4所示，引导部33接触到载置在机器人手3上的工件W的周边附近的下表面，保持工件W。引导部33仅接触到工件W的下表面，从下方支撑工件W。换言之，引导部33不会从直径方向的外侧限制工件W的边缘部。工件W通过在与引导部33接触的部分所产生的静摩擦力，而被维持为在与机器人手3平行的朝向不偏离。

机器人手3保持工件W的结构并不限于上述结构。机器人手3例如也可以通过用负压吸附工件W的下表面的结构等来保持工件W。例如，也可以使机器人手3包括周知的伯努利吸盘，来非接触保持工件W。

倾斜机构4被安装在第二臂22的前端侧(与连接在第一臂21的一侧相反的一侧)。

如图2所示，倾斜机构4包括下板部41和上板部42。下板部41固定在第二臂22的上表面。机器人手3的手腕部31被上板部42可旋转地支撑着。在下板部41与上板部42之间配置有高度调整机构5。倾斜机构4使用该高度调整机构5，调整上板部42相对于下板部41的倾斜角度以及倾斜方向。

如图2所示，该高度调整机构5例如包括3个支撑部51、52、53，该3个支撑部51、52、53被设置在下板部41以及上板部42之间的不同位置。为了便于说明，在图3中支撑部51、52、53被描绘为直线排列，实际上，如图2所示，从平面来看，支撑部51、52、53被配置为形成三角形。

三个中的两个支撑部51、52包括外螺纹56、内螺纹57和球面轴承58。外螺纹56的螺纹轴以轴线朝向上下方向可旋转地被下板部41支撑着。该螺纹轴能够通过省略图示的致动器(例如，电动马达)，来在两个支撑部51、52独立旋转。内螺纹57被拧到外螺纹56的螺纹轴。当使螺纹轴旋转时，内螺纹57在上下方向移动。通过该螺纹进给，能够变更支撑部51、52支撑上板部42的高度。在内螺纹57与上板部42之间配置有球面轴承58。

在剩余的支撑部53配置有球面轴承58。该支撑部53不具有因螺纹进给所产生的支撑高度变更功能。

通过驱动电动马达，在多个支撑部51、52独立变更上板部42相对于下板部41的高度，能够变更上板部42相对于下板部41的倾斜角度以及倾斜方向。其结果是能够调整机器人手3相对于第二臂22的姿势(倾斜角度以及倾斜方向)。需要说明的是，高度调整机构5(乃至倾斜机构4)并不限于该结构。

机器人控制部9将与机器人手3的姿势相对应的编码器的检测结果作为机器人手3的姿势信息存储下来。因此，机器人控制部9能够通过对驱动机器人100的各个部分(升降轴11、第一臂21、第二臂22、机器人手3等)的电动马达进行控制，以使检测机器人手3的姿势的编码器的检测结果与所存储的姿势信息一致，来再现机器人手3的姿势。

如图1所示，机器人控制部9与基座1被分别设置。不过，机器人控制部9也可以配置在基座1的内部。机器人控制部9作为周知的计算机构成，包括微控制器、CPU、MPU、PLC、DSP、ASIC或者FPGA等运算处理部、ROM、RAM、HDD等存储部和可与外部装置通信的通信部。在存储部存储有运算处理部所执行的程序、各种设定阈值等。通信部构成为能够将各种传感器(例如，映射传感器6、编码器等)的检测结果发送给外部装置，且能够从外部装置接收关于工件W的信息等。

机器人控制部9能够在控制升降轴11、机器人臂2、机器人手3的同时，控制倾斜机构4。

机器人100将工件W保持在机器人手3的上表面侧进行运送。当机器人手3在不同位置之间运送工件W时，不可避免在机器人手3产生加速度。众所周知，在加速运动的坐标系中，惯性力在与加速度相反的方向作用在物体上。当机器人手3是水平的，且在水平方向加速运动时，上述惯性力使工件W的位置相对于机器人手3在水平方向偏离地发生作用。

由于近年来的高速运送的需要，在机器人手3所产生的加速度变大，与此相应，作用在工件W的惯性力也随之变大。并且，由于引导部33仅从下表面接触到工件W，用摩擦力保持工件W，因此该保持力不一定很强。所以，较容易产生工件W相对于机器人手3的位置偏离。

有关该点，在本实施方式中，当机器人手3加速运动时，机器人控制部9控制倾斜机构4，以与该加速度的朝向(详细而言，加速度的水平方向成份的朝向)相反的一侧变高的方式，使机器人手3的姿势倾斜。在图5中表示了机器人手3的加速度与相应于该加速度的机器人手3的倾斜(3p、3q)之间的关系的两个例子。由于倾斜机构4能够用任意朝向使机器人手3倾斜，因此能够与可能在机器人手3产生的各种朝向的加速度相对应。

如此，通过进行随着加速运动的姿势控制，能够用机器人手3接受在工件W产生的惯性力的一部分。其结果是能够有效地防止工件W的位置偏离。

当机器人手3的加速度较大时，与较小时相比，优选使机器人手3的倾斜较大。通过根据惯性力的大小，加强用机器人手3接受该惯性力的程度，能够适当地防止工件W的位置偏离。

需要说明的是，为了能够更适当地防止工件W的位置偏离，当工件W的摩擦系数较小时，与较大时相比，优选使机器人手3的倾斜较大。在这样的结构中，机器人控制部9事先经由通信部从外部装置取得工件W的摩擦系数，且将其存储在存储部中。然后，机器人控制部9在进行机器人手3的控制时，根据工件W的摩擦系数，来变更机器人手3的倾斜量。

在图6中表示了沿着直线路径将工件W从第一位置P1运送到作为其它位置的第二位置P2时的机器人手3的姿势的变化。在图6的例子中，第一位置P1与第二位置P2虽然从平面来看彼此不同，但是高度相同。工件W实质上被沿着水平路径从第一位置P1运送到第二位置P2。因此，机器人手3的加速度仅在水平朝向产生。

在从第一位置P1出发之后不久，在机器人手3产生从第一位置P1朝向第二位置P2的加速度。在该加速区间，机器人控制部9以运送方向开始端侧变高的方式使机器人手3倾斜。因此，能够防止在工件W产生被机器人手3留下的朝向的位置偏离。

当机器人手3的速度成为规定的速度时，成为等速区间。在该等速区间中，机器人控制部9使机器人手3为水平姿势。

当机器人手3接近第二位置P2时，在机器人手3产生从第二位置P2朝向第一位置P1的加速度。在该减速区间中，机器人控制部9以运送方向结束端侧变高的方式，使机器人手3倾斜。因此，能够防止在工件W产生相对于机器人手3走过的朝向的位置偏离。

如此，在本实施方式中，能够防止在运送过程中产生工件W相对于机器人手3的位置偏离。其结果是能够实现工件W的稳定运送。

如上所述，在本实施方式中，用于运送工件W的机器人100包括机器人臂2、机器人手3、倾斜机构4和机器人控制部9。机器人手3被设置在机器人手2，且将工件W保持在上表面侧进行运送。倾斜机构4能够使机器人手3的姿势向任意方向倾斜。当在通过机器人手3保持工件W进行运送的过程中，在机器人手3产生加速度时，机器人控制部9通过倾斜机构4，以与加速度的水平方向成份的朝向相反的一侧变高的方式，使机器人手3的姿势倾斜。

因此，能够通过被倾斜的姿势的机器人手3接受随着机器人手3的加速运动而在工件W产生的惯性力的一部分。所以，即使在高速运送工件W时，也难以产生工件W相对于机器人手3的位置偏离，能够顺利地运送工件W。

并且，在本实施方式的机器人100中，当在机器人手3产生的加速度的水平方向成份较大时，与较小时相比，机器人控制部9使机器人手3的姿势的倾斜较大。

因此，通过根据在工件W所产生的惯性力的大小，来调整机器人手3的倾斜的大小，能够适当地防止工件W的位置偏离。

并且，在本实施方式中，当将工件W从第一位置P1向从平面来看与第一位置P1不同的第二位置P2运送时，机器人控制部9在从第一位置P1开始了工件W的运送之后不久的状态下，以运送方向开始端侧变高的方式，使机器人手3的姿势倾斜。机器人控制部9在即将到达第二位置P2之前的状态下，以运送方向结束端侧变高的方式，使机器人手3的姿势倾斜。

因此，在从第一位置P1出发时以及到达第二位置P2时，没有工件W相对于机器人手3的位置偏离，能够顺利地运送该工件W。

并且，在本实施方式的机器人100中，机器人手3通过仅作用在工件W的下表面，来将工件W保持在机器人手3的上表面侧。

即，通过机器人手3的倾斜来接受工件W的惯性力的一部分的本实施方式的结构适于机器人手3仅使保持力作用在工件W的下表面的结构(换言之，是难以在与机器人手3平行的朝向强烈限制工件W的结构)。

其次，对第二实施方式的机器人进行说明。需要说明的是，在第二实施方式的说明中，在附图中，对与所述实施方式相同或类似的部件标注相同符号，有时省略说明。

本实施方式的机器人与第一实施方式的机器人100的不同之处在于在机器人手3的下表面侧保持工件W进行运送。

如图7所示，周知的伯努利吸盘61被安装在机器人手3的下表面侧。因此，工件W被机器人手3的下表面侧非接触保持，该保持状态在运送工件W时也被维持不变。需要说明的是，用于将工件W保持在机器人手3的下表面侧的结构并没有被特别限定，只要是能够用使规定的吸引力作用在工件W上等的方法来保持该工件W的结构即可。

然后，当在工件W被机器人手3的下表面侧保持的状态下，机器人手3进行加速运动时，机器人控制部9控制倾斜机构4，以与该加速度的朝向(详细而言，加速度的水平方向成份的朝向)相同的一侧变高的方式，使机器人手3的姿势倾斜。即，在本实施方式中，由于与第一实施方式相比，通过机器人手3保持工件W的保持位置上下相反，因此相对于加速度的朝向，以与第一实施方式时相反的一侧变高的方式，机器人手3的姿势被倾斜。

如上所述，本实施方式的机器人包括机器人臂2、机器人手3、倾斜机构4和机器人控制部9。机器人手3被设置在机器人臂2，且在下表面侧保持工件W进行运送。倾斜机构4能够使机器人手3的姿势倾斜。当在通过机器人手3保持工件W进行运送的过程中，在机器人手3产生加速度时，机器人控制部9通过倾斜机构4，以与加速度的水平方向成份的朝向相同的一侧变高的方式，使机器人手3的姿势倾斜。

因此，能够通过被倾斜的姿势的机器人手3来接受随着机器人手3的加速运动而在工件W产生的惯性力的一部分。所以，即使在高速运送工件W时，也难以产生工件W相对于机器人手3的位置偏离，能够顺利地运送工件。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，所述结构例如能够如下变更。

在图6的例子中，工件W被在水平方向运送，高度在第一位置P1与第二位置P2之间也可以不同。此时，虽然在机器人手3的加速度产生垂直方向成份，但是机器人手3的姿势的控制只要着眼于机器人手3的加速度的水平方向成份进行即可。

也可以不是图6所示的那样的直线状路径，例如，至少一部分沿着弯曲的路径运送工件W。此时，即使用一定的速度进行运送，也优选在路径的弯曲区间，根据需要使机器人手3的姿势倾斜，以接受惯性力(换言之，离心力)。

机器人100也可以保持收纳工件W的托盘等间接地运送工件W，来代替直接保持工件W进行运送。

机器人手3的手本体部32也可以与倾斜机构4的上板部42形成为一体。

倾斜机构4既可以配置在基座1与升降轴11之间，也可以配置在升降轴11与第一臂21之间，还可以配置在第一臂21与第二臂22之间。

在本说明书中公开的要素的功能能够使用电路或处理电路执行，该电路或处理电路包含为执行所公开的功能而构成或程序化的通用处理器、专用处理器、集成电路、ASIC(Application Specific Integrated Circuits)、常规电路以及/或者它们的组合。处理器由于包含晶体管、其它电路，因此被看作处理电路或电路。在本发明中，电路、单元或部件是执行所列举的功能的硬件或者为了执行所列举的功能而被程序化的硬件。硬件既可以是在本说明书中所公开的硬件，或者，也可以是为了执行所列举的功能而被程序化或构成的其它已知的硬件。当硬件是被认为是电路的一种的处理器时，电路、部件或单元是硬件与软件的组合，软件被用于硬件以及/或者处理器的结构。

如果考虑上述指教，很明显本发明能够具有很多变更方式以及变形方式。因此，应该理解本发明在所附有的权利要求的范围内，能够使用本说明书所记载的内容之外的方法实施。

Claims (7)

1.一种机器人，其用于运送工件，其特征在于：

所述机器人包括臂部、手部、倾斜机构和手姿势控制部，所述手部被设置在所述臂部，且将所述工件保持在上表面侧进行运送，所述倾斜机构能够使所述手部的姿势倾斜，所述手姿势控制部当在通过所述手部保持所述工件进行运送的过程中在该手部产生加速度时，通过所述倾斜机构以使与所述加速度的水平方向成份的朝向相反的一侧变高的方式，使所述手部的姿势倾斜。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：

所述手姿势控制部在所述手部所产生的加速度的水平方向成份较大时，与较小时相比，增大所述手部的姿势的倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于：

当将所述工件从第一位置向从平面来看与所述第一位置不同的第二位置运送时，所述手姿势控制部在从所述第一位置开始了所述工件的运送之后不久的状态下，以使运送方向开始端侧变高的方式使所述手部的姿势倾斜，

所述手姿势控制部在所述工件即将到达所述第二位置的状态下，以使运送方向结束端侧变高的方式使所述手部的姿势倾斜。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的机器人，其特征在于:

所述手部通过仅作用在所述工件的下表面，来将所述工件保持在该手部的上表面侧。

5.一种工件运送方法，其通过机器人运送所述工件，所述机器人包括臂部、手部和倾斜机构，该手部被设置在所述臂部，且将工件保持在上表面侧进行运送，所述倾斜机构能够使所述手部的姿势倾斜，其特征在于:

当在通过所述手部保持所述工件进行运送的过程中在该手部产生加速度时，通过所述倾斜机构以使与所述加速度的水平方向成份的朝向相反的一侧变高的方式，使所述手部的姿势倾斜。

6.一种机器人，其用于运送工件，其特征在于:

所述机器人包括臂部、手部、倾斜机构和手姿势控制部，所述手部被设置在所述臂部，且将所述工件保持在下表面侧进行运送，所述倾斜机构能够使所述手部的姿势倾斜，所述手姿势控制部当在通过所述手部保持所述工件进行运送的过程中在该手部产生加速度时，通过所述倾斜机构以使与所述加速度的水平方向成份的朝向相同的一侧变高的方式，使所述手部的姿势倾斜。

7.一种工件运送方法，其通过机器人运送所述工件，所述机器人包括臂部、手部和倾斜机构，所述手部被设置在所述臂部，且将工件保持在下表面侧进行运送，所述倾斜机构能够使所述手部的姿势倾斜，其特征在于:

当在通过所述手部保持所述工件进行运送的过程中在该手部产生加速度时，通过所述倾斜机构以使与所述加速度的水平方向成份的朝向相同的一侧变高的方式，使所述手部的姿势倾斜。

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