CN208231801U - 一种高精度姿态旋转系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高精度姿态旋转系统，包括固定底座、谐波减速器、伺服电机和主转动轴，谐波减速器安装在固定底座上，伺服电机安装在谐波减速器的壳体上，伺服电机的驱动端设置有步带轮，谐波减速器的输入端也设置有步带轮，谐波减速器上的步带轮与伺服电机上的步带轮通过同步带传动连接；主转动轴与谐波减速器的输出端固定连接，主转动轴与谐波减速器的输出端同步转动，主转动轴用于作为负载安装平台。本实用新型的高精度姿态旋转系统，其结构简单，定位精度高，稳定性好，成本低，方便移动，该系统与现有通用相关设备相比可实现高精度快速的转动姿态控制和定位，尤其适用于半导体生产行业中的晶圆搬运等需要进行高精度快速旋转姿态控制的应用领域。

Description

一种高精度姿态旋转系统

技术领域

本实用新型涉及高精密度工业自动化技术领域，尤其涉及一种高精度姿态旋转系统。

背景技术

随着科技的发展与进步，机器人技术被广泛应用于现代制造产业中，多数是通过机械手臂装置进行物料移动或物料加工等步骤。但是，现有的机器人结构中的转动结构功能单元，其控制精度低，移动速度较慢。而且绝大多数机械手臂装置无法完成高精密度的物料移动或者物料加工，更无法完成长时间、高稳定性的连续工作。

尤其是在对精度要求极高的半导体行业，以半导体行业的晶圆生产为例，在半导体生产领域中从硅晶圆最终生产成芯片，要经过上百道工序，其中要经过一系列的“刻、蚀、磨”等工序，每一道工序完成后往下一道工序转运，均是通过晶圆搬运机器人去完成，晶圆搬运机器人必须要达到极高的控制精度、长时间连续工作高稳定性等要求。

实用新型内容

鉴于现有技术的现状，本实用新型的目的在于提供一种高精度姿态旋转系统，其结构简单，定位精度高，稳定性好，成本低，该系统与现有通用相关设备相比可实现高精度快速的转动姿态控制和定位。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种高精度姿态旋转系统，包括：

固定底座；

谐波减速器，所述谐波减速器安装在所述固定底座上；

伺服电机，所述伺服电机安装在所述谐波减速器的壳体上，所述伺服电机的驱动端设置有步带轮，所述谐波减速器的输入端也设置有步带轮，所述谐波减速器上的步带轮与所述伺服电机上的步带轮通过同步带传动连接；

主转动轴，所述主转动轴与所述谐波减速器的输出端固定连接，所述主转动轴与所述谐波减速器的输出端同步转动，所述主转动轴用于作为负载安装平台。

优选地，所述高精度姿态旋转系统还包括定位拨杆和槽轮定位块，所述定位拨杆设置在所述主转动轴上，所述槽轮定位块设置在所述谐波减速器的壳体上，所述定位拨杆与所述槽轮定位块形成槽轮拨杆机构，所述定位拨杆随着所述主转动轴的转动而拨动所述槽轮定位块旋转。

进一步地，所述高精度姿态旋转系统还包括伺服驱动器和主控机，所述伺服驱动器用于根据所述主控机的控制信号向所述伺服电机发出对应的驱动信号，从而实现对所述伺服电机的运动状态进行精密控制。

进一步地，所述高精度姿态旋转系统还包括位置检测器，所述位置检测器通过监测所述槽轮定位块的运动姿态来判断所述主转动轴是否转动到预设极限位置，若是则将判断结果反馈给所述主控机。

进一步地，所述位置检测器为光电传感器。

优选地，所述谐波减速器的壳体包括盒状本体和凸缘，所述凸缘设置在所述盒状本体的外侧壁上，所述伺服电机设置在所述凸缘上，所述凸缘具有用于贯穿所述伺服电机的输出轴的通孔。

优选地，所述固定底座的轮廓呈凸字形，所述主转动轴为阶梯轴。

优选地，所述高精度姿态旋转系统还包括定位密封板，所述定位密封板安装在所述谐波减速器的壳体上，所述定位密封板用于辅助所述步带轮的定位及防尘。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的高精度姿态旋转系统，其结构简单，定位精度高，稳定性好，成本低，使用伺服电机带动步带轮、同步带以及谐波减速器，实现主转动轴的水平方向的旋转，该系统与现有通用相关设备相比可实现高精度快速的转动姿态控制和定位，具有良好的连续工作性，尤其适用于晶圆搬运等需要进行高精度快速旋转姿态控制的应用领域。主控机搭载有高精度高效控制软件，在专用伺服驱动器的驱动下可以精确控制伺服电机的转速、加速度、位置、刹车等运动信息，在谐波减速器的帮助下，完成主转动轴运动姿态的高精度、高效控制。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的高精度姿态旋转系统的分解示意图；

附图标记说明：

1主转动轴；2伺服电机；3位置检测器；4谐波减速器；5步带轮；

6同步带；7定位密封板；8主控机；9伺服驱动器；10固定底座；

11槽轮定位块；12定位拨杆。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型的高精度姿态旋转系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，本实用新型一实施例的高精度姿态旋转系统包括固定底座10、谐波减速器4、伺服电机2和主转动轴1。

谐波减速器4安装在固定底座10上，伺服电机2安装在谐波减速器4的壳体上，伺服电机2的驱动端设置有步带轮5，谐波减速器4的输入端也设置有步带轮5，谐波减速器4上的步带轮5与伺服电机2上的步带轮5通过同步带6传动连接。主转动轴1与谐波减速器4的输出端(柔轮)固定连接，主转动轴1与谐波减速器4的输出端同步转动，主转动轴1用于作为负载安装平台。较佳地，谐波减速器4的壳体包括盒状本体和凸缘，所述凸缘设置在所述盒状本体的外侧壁上，伺服电机2设置在所述凸缘上，所述凸缘具有用于贯穿伺服电机2的输出轴的通孔，如此可以有效节省空间。

伺服电机2作为该旋转系统的旋转动力来源。谐波减速器4用来控制转速比，提高对转动位置的控制精度。步带轮5匹配同步带6实现转动量的传递，保证转动负载的稳定性。

本实施例中，固定底座10的轮廓呈凸字形，主转动轴1为阶梯轴。这样便于装配，还可以提高主转动轴1运动的平稳性。主转动轴1可为中空的阶梯轴。在谐波减速器4的壳体上还安装有定位密封板7，定位密封板7用于辅助步带轮5的定位及防尘。固定底座10作为旋转系统的安装底座，并可与其他外部结构件进行固定链接。

作为一种可优选方式，所述高精度姿态旋转系统还包括定位拨杆12和槽轮定位块11，定位拨杆12设置在主转动轴1上，槽轮定位块11设置在谐波减速器4的壳体上，定位拨杆12与槽轮定位块11形成槽轮拨杆机构，定位拨杆12随着主转动轴1的转动而拨动所述槽轮定位块11旋转，从而标记主转动轴1的旋转角度。

较佳地，高精度姿态旋转系统还包括伺服驱动器9和主控机8，伺服驱动器9用于根据主控机8的控制信号向伺服电机2发出对应的驱动信号，从而实现对伺服电机2的运动状态进行精密控制。主控机8安装有高精度运动控制软件，控制伺服驱动器9发出不同的控制驱动信号，从而实现对伺服电机2运动状态的精密控制。伺服驱动器9为与伺服电机相匹配的驱动器，通过接受主控机8(控制器)的控制信号向伺服电机2发出对应的驱动信号。

本实施例中，高精度姿态旋转系统还包括位置检测器3。位置检测器3通过监测槽轮定位块11的运动姿态来判断主转动轴1是否转动到预设极限位置，若是则将判断结果反馈给主控机8。位置检测器3优选为光电传感器。位置检测器3用来监测槽轮定位块的运动姿态，从而能够向主控机反馈主转动轴1的极限位置信号。槽轮定位块11会随着主转动轴1上的定位拨杆12的转动而转动，与位置检测器3配合可以监控旋转系统的转动角度。

以上实施例的高精度姿态旋转系统，整体设计结构主要由以下几个部分组成：固定底座10、位置检测器3、槽轮定位块11、主转动轴1、定位密封板7、驱动控制部分、运动传递部分。其中驱动控制部分包括主控机8和伺服驱动器9；运动传递部分包括伺服电机2、步带轮5、同步带6、谐波减速器4等；

转动运动时，由主控机8根据程序向伺服驱动器9发出控制指令，再由伺服驱动器9发出驱动信号驱动伺服电机2转动，伺服电机2转动的同时带动固定在其上的步带轮5转动，通过同步带6将转动传递给与谐波减速器4的输入端(波发生器)相连的步带轮6，经由谐波减速器4减速，再通过谐波减速器4的输出端带动主转动轴1完成旋转动作。

其中，固定底座10用于固定整个转动系统，并与其他外部部件进行固定和连接，定位密封7用于辅助定位步带轮的另一端，同时起到防尘的作用。定位拨杆12会跟随主转动轴1旋转，同时当定位拨杆12转过一定角度后会拨动槽轮定位块11进行转动，位置检测器3通过对槽轮定位块11姿态的检测能够得到主转动轴1的位置极限，从而反馈给主控机8，从而实现对主转动轴1的极限位置进行监测。

以上各实施例的高精度姿态旋转系统，其结构简单，定位精度高，稳定性好，成本低，方便移动，使用伺服电机带动步带轮、同步带以及谐波减速器，实现主转动轴的水平方向的旋转，该旋转系统与现有通用相关设备相比可实现高精度快速的转动姿态控制和定位，尤其适用于晶圆搬运等需要进行高精度快速旋转姿态控制的应用领域。主控机搭载有高精度高效控制软件，在专用伺服驱动器的驱动下可以精确控制伺服电机的转速、加速度、位置、刹车等运动信息，在谐波减速器的帮助下，完成主转动轴运动姿态的高精度、高效控制。以上高精度姿态旋转系统作为半导体生产晶圆搬运机器人结构中的一个转动结构功能单元，能够复杂完成机器人水平旋转的动作控制，可实现长时间稳定的连续工作。

需要说明的是，在不冲突的情况下，以上各实施例及实施例中的特征可以相互组合。

虽然已经详细说明了本实用新型及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本实用新型的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本实用新型的公开内容将容易理解，根据本实用新型可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (8)

1.一种高精度姿态旋转系统，其特征在于，包括：

固定底座(10)；

谐波减速器(4)，所述谐波减速器(4)安装在所述固定底座(10)上；

伺服电机(2)，所述伺服电机(2)安装在所述谐波减速器(4)的壳体上，所述伺服电机(2)的驱动端设置有步带轮(5)，所述谐波减速器(4)的输入端也设置有步带轮(5)，所述谐波减速器(4)上的步带轮(5)与所述伺服电机(2)上的步带轮(5)通过同步带(6)传动连接；

主转动轴(1)，所述主转动轴(1)与所述谐波减速器(4)的输出端固定连接，所述主转动轴(1)与所述谐波减速器(4)的输出端同步转动，所述主转动轴(1)用于作为负载安装平台。

2.根据权利要求1所述的高精度姿态旋转系统，其特征在于，还包括定位拨杆(12)和槽轮定位块(11)，所述定位拨杆(12)设置在所述主转动轴(1)上，所述槽轮定位块(11)设置在所述谐波减速器(4)的壳体上，所述定位拨杆(12)与所述槽轮定位块(11)形成槽轮拨杆机构，所述定位拨杆(12)随着所述主转动轴(1)的转动而拨动所述槽轮定位块(11)旋转。

3.根据权利要求2所述的高精度姿态旋转系统，其特征在于，还包括伺服驱动器(9)和主控机(8)，所述伺服驱动器(9)用于根据所述主控机(8)的控制信号向所述伺服电机(2)发出对应的驱动信号，从而实现对所述伺服电机(2)的运动状态进行精密控制。

4.根据权利要求3所述的高精度姿态旋转系统，其特征在于，还包括位置检测器(3)，所述位置检测器(3)通过监测所述槽轮定位块(11)的运动姿态来判断所述主转动轴(1)是否转动到预设极限位置，若是则将判断结果反馈给所述主控机(8)。

5.根据权利要求4所述的高精度姿态旋转系统，其特征在于，所述位置检测器(3)为光电传感器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高精度姿态旋转系统，其特征在于，所述谐波减速器(4)的壳体包括盒状本体和凸缘，所述凸缘设置在所述盒状本体的外侧壁上，所述伺服电机(2)设置在所述凸缘上，所述凸缘具有用于贯穿所述伺服电机(2)的输出轴的通孔。

7.根据权利要求1-5任一项所述的高精度姿态旋转系统，其特征在于，所述固定底座(10)的轮廓呈凸字形，所述主转动轴(1)为阶梯轴。

8.根据权利要求1-5任一项所述的高精度姿态旋转系统，其特征在于，还包括定位密封板(7)，所述定位密封板(7)安装在所述谐波减速器(4)的壳体上，所述定位密封板(7)用于辅助所述步带轮(5)的定位及防尘。