CN1978154B - 工业用机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机臂绕转量没有限制的低成本的工业用机器人。本发明的工业用机器人包括臂部(10)及本体部(100)，所述臂部(10)从本体部侧开始依次连接有第一机臂(20)、第二机臂(30)及操作臂(40)，并驱动转动使该操作臂(40)沿一定方向伸缩，所述本体部(100)具有：进行该臂部(10)的伸缩动作的中空转动轴(3)、以及位于该中空转动轴(3)内且与所述第一机臂(20)连接以改变所述操作臂(40)的伸缩方向的实心转动轴(2)。本体部(100)包括：具有检测实心转动轴(2)的原点位置的第一传感器(4)的第一传感器机构、以及具有设置在该实心转动轴(2)上且检测实心转动轴(2)与中空转动轴(3)的相对原点位置的第二传感器(5)的第二传感器机构，在实心转动轴(2)上连接有旋转接头(6)，第二传感器(5)与该旋转接头(6)电气性连接。

Description

工业用机器人
技术领域
本发明涉及一种工业用机器人，尤其是涉及例如在半导体制造装置等的减压环境下使用、且机臂绕转量没有限制的工业用机器人。
背景技术
在半导体器件的制造系统中，用于制造半导体器件的系统使用装入有工件搬送机器人的系统。这种制造系统具有在减压环境下进行处理的多个舱室，工件搬送机器人进行动作使半导体晶片相对多个舱室中的规定舱室进出。此时，若每次将半导体晶片搬入/搬出各舱室都将舱室内返回常压，则需要重新对舱室内进行减压，从而需要很长时间才能开始处理，导致生产能力降低，因此，近年来的制造系统一般都采用将包含在各舱室搬入/搬出半导体晶片的工件搬送机器人在内的空间作成预备减压室(加载闭锁室)的制造系统。采用这种制造系统，不需使舱室内返回常压即可搬入/搬出半导体晶片，从而可提高生产能力。
作为这种制造系统中使用的工件搬送机器人，提出有以提高搬送效率和缩短动作时间为目的的各种搬送机器人。例如专利文献1中提出一种搬送臂装置，该搬送臂装置包括：可绕转地得到支撑的第一臂部、可弯曲地支撑在该第一臂部的前端的第二臂部、以及中央部可旋转地支撑在该第二臂部的前端的第三臂部，在第三臂部的两端形成有承载保持被处理体的被处理体承载部，一次可处理两个被处理体。
另外，例如专利文献2提出一种搬送机器人，该搬送机器人的目的是改良机臂绕转量的限制来提高生产能力，设置有与驱动源引起的轴的旋转对应地在规定范围内往复运动的移动部件，为了规定部件的旋转移动的范围，通过传感器部来规定移动部件的移动范围。该搬送机器人可与轴的360度以上的旋转对应地设置传感器，从而对于任何方向都可存取部件。
专利文献1：日本专利特开平7-142551号公报
专利文献2：日本专利特开平11-226883号公报
上述专利文献1所述的搬送臂装置中，绕转轴、伸缩轴、第三臂部旋转轴的三个驱动轴都分别连接有电动机，但没有说明各驱动轴的旋转控制，为了提高旋转精度大概都要使用步进电机，但此时存在不能提高减速比的难点，另外，也存在装置成本上升的问题。
另外，上述专利文献2所述的搬送机器人中，虽然机臂的绕转量有所改善，但并不是可无限旋转，受到凸轮部件上形成的旋涡状槽的长度的限制。因此，当在上述加载闭锁室内进行动作而偏向一方向旋转时，几次中必须有一次要反转，从而产生时间上的损失，存在不能提高生产能力的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种机臂绕转量没有限制的低成本的工业用机器人。
为了解决上述问题，本发明的工业用机器人，包括臂部及本体部，所述臂部从本体部侧开始依次连接有第一机臂、第二机臂及操作臂，并驱动转动使该操作臂沿一定方向伸缩，所述本体部具有：进行所述臂部的伸缩动作的第一转动轴(具体而言为中空转动轴)、以及位于该第一转动轴内且与所述第一机臂一起改变所述操作臂的伸缩方向的第二转动轴(具体而言为实心转动轴)，其特征在于，所述本体部包括：具有检测所述第二转动轴的原点位置的第一传感器的第一传感器机构、以及具有设置在所述第二转动轴上且检测该第二转动轴与所述第一转动轴的相对原点位置的第二传感器的第二传感器机构，在所述第二转动轴上连接有旋转接头，所述第二传感器与该旋转接头电气性连接。此时，所述第一传感器机构可以构成为具有可每隔180°向所述第一传感器提供接通/断开信号的第一旋转部件，所述第二传感器机构可以构成为具有可每隔180°向第二传感器提供接通/断开信号的第二旋转部件。
采用本发明，本体部包括：具有检测第二转动轴的原点位置的第一传感器的第一传感器机构、以及具有设置在第二转动轴上且检测该第二转动轴与第一转动轴的相对原点位置的第二传感器的第二传感器机构，在该第二转动轴上连接有旋转接头，第二传感器与旋转接头电气性连接，因此，可利用两个传感器机构高位置精度地进行臂部的伸缩和臂部的绕转。并且，向该传感器机构的供电可从连接在第二转动轴上的旋转接头进行，从而可无限地顺时针或逆时针旋转，没有几次中需进行一次反转引起的时间损失，可进一步提高生产能力。另外，伸缩和绕转通过两个轴的转动来进行，从而进行转动控制的轴数较少，可实现成本降低的装置结构。
本发明的工业用机器人的特征在于，所述第二转动轴由伺服电动机驱动，该伺服电动机具有减速机构且具有旋转编码器。
采用本发明，第二转动轴(例如实心转动轴)由伺服电动机驱动，该伺服电动机具有减速机构且具有旋转编码器，因此，可在旋转编码器的计数器复位时，根据与减速比的关系使实心转动轴(臂部也相同)一定处于旋转整数圈后的状态。其结果是，可使计数器复位时臂部处于与初始的原点位置相同的位置，可使通过之后由旋转编码器检测出的旋转量和由第一及第二传感器机构来判断的实心转动轴的位置判断与复位前的位置判断相同。其结果是，即使长时间使用，也可不使复位前后的原点位置混乱地进行臂部的伸缩和绕转。这种机械式控制机构不需依靠控制软件，从而可降低成本，且可进行高可靠性的控制。
上述情况下，最好所述减速机构的减速比为1/128，所述旋转编码器的输出信号为2n。采用本发明，由于采用输出信号为2n的旋转编码器和减速比为1/128的减速机构，从而可具体实现上述效果。
本发明的工业用机器人的特征在于，所述第一机臂具有：位于所述本体部侧、与所述第二转动轴连接的第一带轮；位于所述第二机臂侧、与该第二机臂连接的第二带轮；以及张设在该第一带轮及第二带轮之间的第一带，所述第二机臂具有：位于所述第二带轮的同心位置的第三带轮；位于所述操作臂侧、与该操作臂连接的第四带轮；以及张设在该第三带轮及第四带轮之间的第二带。采用本发明，驱动第二转动轴，通过第一机臂和第二机臂来进行伸缩动作，通过不改变第一转动轴与第二转动轴的相对位置地进行驱动，可使第一机臂及第二机臂绕转，从而改变操作臂的伸缩方向。此时，最好构成为：所述第一转动轴为驱动所述第一机臂转动而与所述第一机臂连接，所述第一带轮、第二带轮及第四带轮的旋转角比设定为1∶2∶1，当仅驱动所述第一转动轴转动时，所述操作臂朝向一定地进行伸缩。
在本发明的工业用机器人中，最好对作为所述第二转动轴的实心转动轴与作为所述第一转动轴的中空转动轴之间、以及所述中空转动轴与位于该中空转动轴外周的中空固定轴之间进行磁密封。采用本发明，由于对各轴间进行磁密封，故例如适合在半导体制造装置等的减压环境下使用。
在本发明的工业用机器人中，最好具有使所述中空转动轴及所述实心转动轴在高度方向上位移的驱动源。
采用本发明的工业用机器人，可利用两个传感器机构高位置精度地控制臂部的伸缩和绕转，并且，向该传感器机构的供电可从连接在实心转动轴上的旋转接头进行，从而可顺时针或逆时针地进行高位置精度的无限旋转。其结果是，没有几次中需进行一次反转引起的时间损失，可进一步提高生产能力。另外，伸缩和绕转通过使两个轴转动来进行，从而进行旋转控制的轴数较少，可实现成本降低的装置结构。
附图说明
图1是表示本发明的工业用机器人的一例的俯视图(A)及A-A剖视图(B)。
图2是表示图1所示的第一机臂的内部结构的俯视图(A)及B-B剖视图(B)。
图3是表示图1所示的第二机臂的内部结构的俯视图(A)及C-C剖视图(B)。
图4是图1所示的本体部的A-A截面的放大图。
图5是将图1所示的工业用机器人的本体部改变120°角度后观察时的剖视图(A)及改变240°角度后观察时的剖视图(B)。
图6是本发明的工业用机器人的本体部的横向剖视图。
图7是表示第一传感器机构的一例的概略构成图。
图8是表示第二传感器机构的一例的概略构成图。
图9是臂部的伸缩动作的说明图。
图10表示臂部的绕转及伸缩形态的例子，是表示(A)行～(F)行所示的绕转形态及(i)列～(iii)列所示的伸缩形态的说明图。
图11是表示本发明的工业用机器人应用到半导体的制造工艺中的例子的概略俯视图。
图12是图11的概略侧视图。
(元件符号说明)
1机器人         2实心转动轴
3中空转动轴     4第一传感器
4a导线          5第二传感器
5a导线          6旋转接头
6a导线          7、8旋转部件
7a、7b外周部    8a台部
8b平面部        20第一机臂
21第一带轮      22第二带轮
23第一带        24连接轴
30第二机臂      31第三带轮
32第四带轮      33第二带
34连接轴        36带齿带
37平带          40操作臂
50第一电动机    51减速机
52、54带轮      53同步带
55磁密封体      60第二电动机
61减速机        65磁密封体
72中空固定轴    80第三电动机
81电动机轴      87滑动部件
88、89固定部件
具体实施方式
下面参照附图对用于实施本发明的较佳形态进行说明。另外，本发明的工业用机器人在具有其技术特征的范围内并不受以下说明及附图的限定。
图1是表示本发明的工业用机器人的一例的俯视图(A)及A-A剖视图(B)。图2是表示图1所示的第一机臂的内部结构的俯视图(A)及B-B剖视图(B)，图3是表示图1所示的第二机臂的内部结构的俯视图(A)及C-C剖视图(B)。图4是图1所示的本体部的A-A截面的放大图。图5是将图1所示的工业用机器人的本体部改变120°角度后观察时的剖视图(A)及改变240°角度后观察时的剖视图(B)，图6是本发明的工业用机器人的本体部的横向剖视图。
如图1所示，本发明的工业用机器人(以下称为“机器人1”)包括臂部10及本体部100，所述臂部10从本体部侧开始依次连接有第一机臂20、第二机臂30及操作臂40，并驱动转动使该操作臂40沿一定方向伸缩，所述本体部100具有：进行该臂部10的伸缩动作的作为第一转动轴的中空转动轴3、以及位于该中空转动轴3内且与所述第一机臂20一起改变所述操作臂40的伸缩方向的作为第二转动轴的实心转动轴2。
(臂部)
首先对臂部10进行说明。如图2及图3所示，臂部10从本体部侧开始依次连接有第一机臂20、第二机臂30及操作臂40，并驱动该操作臂40转动而沿一定方向伸缩。操作臂40是用于承载晶片等工件来进行搬送的臂部，如图1等所示，可以两端分别具有承载部，也可以在一端具有承载部。
各机臂中，第一机臂20具有：位于本体部侧、与实心转动轴2连接的第一带轮21；位于第二机臂30侧、与第二机臂30连接的第二带轮22；以及张设在第一带轮21及第二带轮22之间的第一带23。第二机臂30具有：位于第二带轮22的同心位置的第三带轮31；位于操作臂40侧、与操作臂40连接的第四带轮32；以及张设在第三带轮31及第四带轮32之间的第二带33。在本发明中，驱动中空转动轴3，通过第一机臂20和第二机臂30来进行臂部10的伸缩动作，通过不改变实心转动轴2与中空转动轴3的相对位置地一起驱动实心转动轴2和中空转动轴3，使第一机臂20及第二机臂30绕转从而改变操作臂40的伸缩方向。
在第一机臂20及第二机臂30中，带的材质没有特殊限定，可以是钢带，也可以是氯丁二烯带、丁腈橡胶带、氨基甲酸酯橡胶带等橡胶带，还可以是组合钢带和橡胶带的混合带。当本发明的机器人1在减压环境下使用时，最好使用产生气体和粉尘少的带，例如可列举氟橡胶带等。另外，对于带的形状，可以是平带，也可以是带齿带，还可以是组合平带和带齿带的混合带。各带轮的形状可根据所使用的带的种类来选择，在为平带时使用平带轮，在为带齿带时使用带齿带轮。
为了使张设在第一带轮21与第二带轮22之间的第一带23具有适当的张力，如图2所示，可以设置从背面推压第一带23的空转轮26。空转轮26设置成可进行微调的机构，通过该空转轮26可调整第一带23的张力，且可进一步加大第一带轮21与第一带23之间的接触角度。
图3所示的第二带33是组合带齿带36(同步带)和钢制的平带37的混合带，两个带用连接部43连接。连接部43中的一方或双方上最好具有可调整张力的机构。在本申请中，未对连接部的详细结构及混合带的详细结构进行说明，但安装在混合带上的连接部仅转动到不与两侧的带轮接触的位置。
也可在第一机臂20及第二机臂30的内部设置图2及图3所示的肋25、35。肋25、35起到提高各机臂的刚性而抑制变形的作用，故有利于减薄机臂的壁厚来实现轻量化。在肋25、35上最好形成有供第一机臂20的基端部穿过的冲孔29、39。该冲孔29、39形成供第一机臂20内的空气和第二机臂30内的空气从第一机臂20的基端部向外部放出的通路，当机器人1处于减压环境下时，第二机臂30内的空气通过冲孔39从第二机臂30的基端部进入第一机臂20内，且通过第一机臂20内的冲孔29从第一机臂20的基端部容易地向外部放出。所谓第一机臂20的基端部是指本体部100侧，在本申请中，是驱动臂部10的本体部的轴上部位。在该基端部上设置有供臂部10内的空气向外部放出的开口部，在该开口部上安装有用于防止机臂内产生的粉尘等进入减压环境的过滤器11。
对于各带轮的直径比，第一带轮21的直径R1与第二带轮22的直径R2为R1∶R2＝2∶1的关系，第三带轮31的直径R3与第四带轮32的直径R4为R3∶R4＝1∶2的关系。因此，第一带轮21、第二带轮22(第三带轮31)及第四带轮32的旋转角比为1∶2∶1，从而第一带轮21、第二带轮22(第三带轮31)及第四带轮32的旋转角度比为1∶2∶1。结果是，如后述的图9所示，当通过使第一机臂20转动，从而使第一带轮21和第二带轮22相对转动，因而从图9(A)的状态变成图9(B)及图9(C)的状态时，第一机臂20与第二机臂30的角度发生变化，但操作臂40在连接第一机臂20的第一带轮21的中心点P与第二机臂30的第四带轮32的中心点R的直线(假想线X)上朝向一定地伸缩移动。
(本体部)
下面对本体部100进行说明。如图4～图6所示，本体部100包括：进行臂部10的伸缩动作的中空转动轴3、以及位于该中空转动轴3内且与第一机臂20一起改变操作臂40的伸缩方向的实心转动轴2。并且，在本发明中，该本体部100的特征在于，包括：具有检测实心转动轴2的原点位置的第一传感器4的第一传感器机构、以及具有设置在该实心转动轴2上且检测实心转动轴2与中空转动轴3的相对原点位置的第二传感器5的第二传感器机构，且在实心转动轴2上连接有旋转接头6，第二传感器5与该旋转接头6电气性连接。
包括具有这种特征的本体部100的本发明的机器人1，可利用两个传感器机构高位置精度地进行臂部10的伸缩和臂部10的绕转。并且，向该传感器机构的供电可从连接在实心转动轴2上的旋转接头6进行，从而可无限地顺时针或逆时针旋转，没有几次中需进行一次反转引起的时间损失，可进一步提高生产能力。另外，伸缩和绕转通过使两个轴转动来进行，从而进行旋转控制的轴数较少，可实现成本降低的装置结构。这种本发明的工业用机器人1例如可在半导体制造装置等的减压环境下使用，可实现机臂绕转量没有限制的低成本的机器人。
如图4～图6所示，实心转动轴2是构成本体部100的各轴中最靠近中心侧的轴，由于通常是实心结构故本申请中称为“实心转动轴”，但也可不是实心结构。该实心转动轴2的上方端部安装在第一带轮21上，在使中空转动轴3旋转而使第一机臂20转动时，通过使实心转动轴2旋转而使第一带轮21与第一机臂20的相对位置不发生变化地旋转，从而可维持臂部10的伸缩状态地使臂部10绕转。
向实心转动轴2的下方端部提供第一电动机50的驱动力。在本申请中，第一电动机50最好是伺服电动机，如图5(A)所示，可安装减速比较大的减速机51。第一电动机50的驱动力通过张设在电动机轴上安装的带轮52与实心转动轴2下端安装的带轮54之间的同步带53来传递。
若第一电动机50为伺服电动机，则可组合减速比较大的减速机，且通过在伺服电动机上装设输出信号为2n(2的n次幂)的旋转编码器，可在旋转编码器的计数器复位时，根据与减速比的关系使中空转动轴3(臂部也相同)一定处于旋转整数圈后的状态。最好使用的减速机的减速比为1/128，利用输出信号为2n的旋转编码器和减速比为1/128的减速机构，可使计数器复位时实心转动轴2处于与初始的原点位置相同的位置，可使之后由旋转编码器检测出的旋转量和由第一及第二传感器机构判断的实心转动轴2的位置判断与复位前的位置判断相同。其结果是，即使长时间使用，也可不使复位前后的原点位置混乱地进行臂部10的伸缩和绕转。这种机械式控制机构不需依靠控制软件，从而可降低成本，且可进行高可靠性的控制。
另外，使用第一传感器机构及第二传感器机构检测原点位置，但这通常是在搬入时或返回时等实施的，动作时由上述伺服电动机所具有的旋转编码器检测。
另一方面，如图4～图6所示，中空转动轴3是构成本体部100的各轴中设置在所述实心转动轴2外侧的轴，如名称所述是中空结构。该中空转动轴3的上方端部安装在第一机臂20上，起到使第一机臂20转动从而使臂部10伸缩的作用。
向中空转动轴3的下方端部提供第二电动机60的驱动力。在本申请中，第二电动机60最好是伺服电动机，如图5(A)所示，也可安装减速比较大的减速机61。第二电动机60的驱动力通过张设在电动机轴上安装的带轮62与中空转动轴3下端安装的带轮64之间的同步带63来传递。另外，如图所示，安装在该中空转动轴3上的带轮64配置在上述实心转动轴2上安装的带轮54的上部。
如图4所示，在中空转动轴3的外周侧设置有中空固定轴72。该中空固定轴72由支撑部件84支撑。
如图4中的涂黑部分所示，实心转动轴2与中空转动轴3之间、以及中空转动轴3与位于该中空转动轴3外周的中空固定轴72之间由滚珠轴承56、66、76支撑，且最好设置有磁密封体55、65。采用这种构成，可确保各轴间的密封性，从而可适合在例如半导体制造装置等的减压环境下使用。
如图4及图5(B)所示，上述实心转动轴2、中空转动轴3及中空固定轴72通过支撑部件84而形成为一体，该一体结构物通过作为第三电动机80的伺服电动机来一体升降地进行动作。第三电动机80的电动机轴81通过由联轴器和轴承构成的连接结构体82直接或通过带轮机构地与滚珠丝杠85连接。第三电动机80安装在本体部100框体上所安装的固定部件88上。通过第三电动机80的旋转，与上述滚珠丝杠85螺合且固定在上述支撑部件84上的螺母86沿滚珠丝杠85升降，从而支撑部件84进行升降。如图5(B)及图6所示，该升降动作通过固定在固定部件88、89间的滚珠花键等滑动部件87来进行。在图6所示的例子中，滑动部件87以120°的间隔配置。
(传感器机构)
下面对传感器机构进行说明。图7是表示第一传感器机构的一例的概略构成图，图8是表示第二传感器机构的一例的概略构成图。如图7所示，第一传感器机构包括：检测实心转动轴2的原点位置的第一传感器4；以及可每隔180°向该第一传感器4提供接通/断开信号的作为第一旋转部件的旋转部件7。如图7所示，旋转部件7例如可以规定的厚度形成，且形成为在两等分的180°区域内的外周部7a的外径与另一180°区域内的外周部7b的外径不同。并且，从该旋转部件7的外周部隔开规定间隔地配置有第一传感器4，从而检测基于该外径差的信号，并作为接通/断开信号向控制机构(未图示)输出。作为此时使用的第一传感器4最好使用光电传感器等。另外，符号4a是第一传感器4的导线，符号7c是根据需要设置的中心孔。
如图4所示，第一传感器4固定在支撑部件84上。另一方面，旋转部件7与设置在实心转动轴2下端的带轮54的下表面接合，并与实心转动轴2的转动一起进行转动。
另一方面，如图8所示，第二传感器机构包括：设置在实心转动轴2上、检测实心转动轴2与中空转动轴3的相对原点位置的第二传感器5；以及可每隔180°向该第二传感器5提供接通/断开信号的作为第二旋转部件的旋转部件8。旋转部件8以规定的厚度形成，在两等分的180°区域内的平面部的外周缘附近以沿该外周缘形成的规定高度形成有由规定宽度构成的台部8a，在另一180°区域内的平面部8b上没有形成这种台部。如此形成的旋转部件8可安装在中空转动轴3上所安装的带轮64的下表面上使用，但也可将上述旋转部件8的形状加工在带轮64自身的下表面上，此时带轮64与旋转部件8形成为一体。
第二传感器5与旋转部件8的面垂直地配置，且以前端朝向台部8a的形成位置的形态从该台部8a隔开规定间隔地配置。第二传感器5检测基于有无台部8a(凹凸差)的信号，并作为接通/断开信号向控制机构(未图示)输出。作为此时使用的第二传感器5最好使用光电传感器等。另外，符号5a是第二传感器5的导线，符号8c是根据需要设置的中心孔。
如图4所示，第二传感器5设置在实心转动轴2上。另外，在本申请中，所谓“设置在实心转动轴2上”除包含直接设置在实心转动轴2上的情况外，如图4所示，还包含设置在实心转动轴2下端所设置的与实心转动轴2一起旋转的带轮54上的情况、以及设置在该带轮54下表面所设置的旋转部件7上的情况。
如图4所示，旋转部件8与中空转动轴3下端所设置的带轮64的下表面接合、或加工成带轮64自身，与实心转动轴2的转动一起进行转动。
如图4～图6所示，在实心转动轴2上连接有旋转接头6，与实心转动轴2一起旋转的第二传感器5与该旋转接头6电气性连接。因此，可使第二传感器5的导线5a与该旋转接头6以电刷接触，从而可使实心转动轴2及中空转动轴3顺时针或逆时针地无限旋转。结果是，不需像现有的机器人那样几次中就需进行一次反转而引起时间损失，可进一步提高生产能力。
(各机臂的动作)
下面对臂部10的动作进行说明。图9是臂部的伸缩动作的说明图。臂部10的第一机臂20与第二机臂30具有相同的长度，因此，如图9(A)所示，在初始状态下，第一机臂20与第二机臂30处于重合的状态。在此，所谓“相同的长度”是指位于机臂两端的带轮的中心间的长度相同。另外，在初始状态下，操作臂40设置成与第二机臂30正交，重合的第一机臂20及第二机臂30的长度方向的假想线Y与操作臂40的长度方向的假想线X正交。
接着，当使中空转动轴3向一方向旋转角度θ1时，第一机臂20也以第一带轮21的中心点P为中心旋转角度θ1。在此，虽然第一机臂20旋转角度θ1，但由于此时没有使第一带轮21旋转，故第一带轮21不旋转，仅第二带轮22的位置与第一机臂20一起旋转移动角度θ1，从而第二带轮22通过第一带23向与中空转动轴3的旋转方向相反的方向旋转。另外，第二带轮22与第二机臂30连接，在本发明中，第一带轮21与第二带轮22的直径比为2∶1，因此，如图9(B)所示，第二机臂30以第一机臂20的两倍速度向与第一机臂20的旋转方向相反的方向旋转。因此，第一机臂20与第二机臂30的角度θ2是第一机臂20的旋转角度θ1的两倍。
另外，在本发明中，由于第三带轮31与第四带轮32的直径比为1∶2，因此，同样如图9(B)所示，操作臂40以第二机臂30的1/2速度向与第二机臂30的旋转方向相反的方向旋转。因此，第二机臂30与操作臂40的角度θ3是第一机臂20与第二机臂30的角度θ2的1/2。
接着，当继续使中空转动轴3旋转时，如上所述，第一机臂20以第一带轮21的中心点P为中心进一步旋转，其结果是，第二机臂30以第一机臂20的两倍速度向与第一机臂20的旋转方向相反的方向旋转，操作臂40以第二机臂30的1/2速度向与第二机臂30的旋转方向相反的方向旋转，成为图9(C)所示的状态。从该状态开始使中空转动轴3反转时，臂部10从图9(C)的伸长状态经由图9(B)的状态返回图9(A)的状态。
如上所述，第一机臂20的旋转角θ1与操作臂40的旋转角θ3的变化相同，且第一机臂20与第二机臂30的长度相同，因此，连接第二机臂30与操作臂40的第四带轮32的中心点R在上述假想线X上伸缩变化，操作臂40在上述假想线X上不改变长度方向地变化。因此，由于第二电动机60的旋转，操作臂40沿一定方向伸缩运动地进行位移。
图10表示臂部的绕转形态及伸缩形态的例子，是表示(A)行～(F)行所示的绕转形态及(i)列～(iii)列所示的伸缩形态的说明图。在图10中，(i)列表示初始状态，(ii)列表示向一方向的伸长状态，(iii)列表示向另一方向的伸长状态。即，在(i)列的初始状态下，若使中空转动轴3正转则成为(ii)列的状态，若使中空转动轴3反转则成为(iii)列的状态。
另一方面，(A)行～(F)行所示的状态是使臂部10绕转的形态。若使实心转动轴2与中空转动轴3的相对位置不发生变化地旋转，则臂部10不进行伸缩动作而进行绕转动作。在图10中，是假定配置在六角的加载闭锁室内的形态进行图示的，在(i)列的初始状态下，当使臂部10绕转规定角度，以使操作臂40的长度方向与六个闸阀中的规定闸阀相对时，因该角度的不同可变化成(A)行～(F)行的六种形态。
使臂部10旋转，从而使操作臂40与规定的闸阀相对后，通过使中空转动轴3正转或反转，可使操作臂40从(i)列状态伸缩成(ii)列状态或(iii)列状态。
(位置控制)
在本发明中，可利用上述第一传感器机构和第二传感器机构检测出实心转动轴2的位置和中空转动轴3相对实心转动轴2的相对位置。即，如图7及图8的说明所述，第一传感器机构的旋转部件7及第二传感器机构的旋转部件8以180°两等分。
在实心转动轴2中，图10的(A)行与(D)行的不同、(B)行与(E)行的不同、以及(C)行与(F)行的不同可通过第一传感器4位于图7所示的旋转部件7的“外周部7a”侧还是位于“外周部7b”侧来加以区别。实心转动轴2从(A)行经由(D)行而重新返回(A)行时，旋转整数圈。另外，表示相同的“外周部7a”的例如(A)行～(C)行的区别及控制例如可在第一电动机50上安装旋转编码器，根据其输出信号进行区别或控制。
另外，本发明的机器人1可预先确定臂部10的原点位置。例如在实心转动轴2中，如图7所示，在“外周部7a”与“外周部7b”的交界处，当图示的旋转部件7顺时针旋转时，将从“外周部7b”变化成“外周部7a”的一侧规定为原点位置，另一方面，在中空转动轴3中，如图8所示，在“台部8a”与“平面部8b”的交界处，当图示的旋转部件8顺时针旋转时，将从“台部8a”变化成“平面部8b”的一侧规定为原点位置，并预先存储在控制机构的存储器中，从而可始终或根据需要再现原点位置。
另外，本发明的机器人1最好预先在用于驱动实心转动轴2转动的第一电动机50和用于驱动中空转动轴3转动的第二电动机60上设置旋转编码器。其结果是，可通过旋转编码器检测出的旋转量和图7及图8所示的传感器机构判断出臂部10的状态是图10所示的哪一状态。
另外，旋转编码器可以是增量编码器，也可以是绝对编码器，但在使用增量编码器时，根据旋转角输出脉冲，该脉冲数由计数器检测。此时，计数器均复位，但在复位时，若臂部10的位置与初始时的原点位置不同，则从控制上来说之后的位置判断会失常。
因此，在本发明中，如上所述，当具有输出信号为2n的旋转编码器(增量编码器)时，将驱动实心转动轴2的伺服电动机的减速机设定为1/128的减速比。由此，在增量编码器的计数器复位时，根据与上述减速比的关系，可使臂部10一定为旋转整数圈的状态。其结果是，计数器复位时的臂部10处于与初始的原点位置相同的位置，可使通过之后由旋转编码器检测出的旋转量和图7及图8所示的传感器机构来判断的臂部10的位置判断与复位前的位置判断相同。其结果是，即使长时间使用，也可不使复位前后的原点位置混乱地进行臂部的伸缩和绕转。这种机械式控制机构不需依靠控制软件，从而可降低成本，且可进行高可靠性的控制。
(在半导体制造工艺中的应用例)
图11是表示本发明的工业用机器人应用到半导体的制造工艺中的例子的概略俯视图，图12是图11的概略侧视图。图11所示的装置是半导体制造工艺中的集合处理装置150。在装置中央具有可减压的加载闭锁室209，并配置有本发明的机器人1。
在该加载闭锁室209的周围配置有沿其周向六等分的处理室。其中，符号210、220、230、240表示的四个室是真空处理室，符号203、203表示的两个室是从该集合处理装置外进行晶片的交接的收容室。另外，符号201是从集合处理装置外进行晶片304的交接的机器人。在这种集合处理装置150中，在各室的入口设置有闸阀202、204、205，通过该闸阀202、204、205的开闭来进行向处理室的出入。
另外，对本发明的机器人1以外的构成进行说明。设置在搬送机器人室200内的搬送机器人201在收纳有晶片304的晶片承载机架301、302、303(以下用符号300表示)与收容室203之间进行动作。
在这种集合处理装置内配置有本发明的机器人1，本发明的机器人1的臂部10可无限转动，且本发明的机器人1可用两个传感器机构等高位置精度地控制臂部10的伸缩和绕转。其结果是，没有几次中需进行一次反转引起的时间损失，可进一步提高生产能力。另外，伸缩和绕转通过使两个轴(实心转动轴2、中空转动轴3)转动来进行，从而进行旋转控制的轴数较少，可实现成本降低的装置结构。这种本发明的工业用机器人1例如可在上述半导体制造装置的减压环境下使用，可实现机臂绕转量没有限制的低成本的机器人。
上面对本发明的工业用机器人进行了说明，但上述的本实施例仅是本发明的一个较佳实施例，本发明并不限定于此，在不脱离本发明主旨的范围内可作各种变形实施。

Claims (9)

1.一种工业用机器人，包括臂部及本体部，所述臂部从本体部侧开始依次连接有第一机臂、第二机臂及操作臂，并驱动转动使该操作臂沿一定方向伸缩，所述本体部具有：进行所述臂部的伸缩动作的第一转动轴、以及位于该第一转动轴内且以与所述第一机臂连接的方式改变所述操作臂的伸缩方向的第二转动轴，
其特征在于，所述本体部包括第一传感器机构和第二传感器机构，其中，
所述第一传感器机构具有：设置在所述第二转动轴上并提供接通/断开信号的第一旋转部件；以及对该接通/断开信号进行检测以检测所述第二转动轴的原点位置的第一传感器，
所述第二传感器机构具有：设置在所述第一转动轴上并提供接通/断开信号的第二旋转部件；以及对该接通/断开信号进行检测，设置在所述第二转动轴上且检测该第二转动轴与所述第一转动轴的相对原点位置的第二传感器，
在所述第二转动轴上连接有旋转接头，所述第二传感器与该旋转接头电气性连接。
2.如权利要求1所述的工业用机器人，其特征在于，所述第一传感器机构具有可每隔180°向所述第一传感器提供接通/断开信号的第一旋转部件，所述第二传感器机构具有可每隔180°向第二传感器提供接通/断开信号的第二旋转部件。
3.如权利要求1所述的工业用机器人，其特征在于，所述第二转动轴由伺服电动机驱动，该伺服电动机具有减速机构且具有旋转编码器。
4.如权利要求3所述的工业用机器人，其特征在于，所述减速机构的减速比为1/128，所述旋转编码器的输出信号为2n。
5.如权利要求1所述的工业用机器人，其特征在于，所述第一机臂具有：位于所述本体部侧、与所述第二转动轴连接的第一带轮；位于所述第二机臂侧、与该第二机臂连接的第二带轮；以及张设在该第一带轮及第二带轮之间的第一带，
所述第二机臂具有：位于所述第二带轮的同心位置的第三带轮；位于所述操作臂侧、与该操作臂连接的第四带轮；以及张设在该第三带轮及第四带轮之间的第二带。
6.如权利要求5所述的工业用机器人，其特征在于，所述第一转动轴为驱动所述第一机臂转动而与所述第一机臂连接，所述第一带轮、第二带轮及第四带轮的旋转角比设定为1∶2∶1，当仅驱动所述第一转动轴转动时，所述臂部进行所述伸缩动作，以使所述操作臂朝向一定地进行伸缩。
7.如权利要求1至6中任一项所述的工业用机器人，其特征在于，具有使所述第一转动轴及所述第二转动轴在高度方向上位移的驱动源。
8.如权利要求1所述的工业用机器人，其特征在于，所述第一转动轴是中空转动轴，所述第二转动轴是配置在所述中空转动轴内的实心转动轴。
9.如权利要求8所述的工业用机器人，其特征在于，所述实心转动轴与所述中空转动轴之间、以及所述中空转动轴与位于该中空转动轴外周的中空固定轴之间被磁密封。
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