CN2915405Y - 用来使零件重新定位的机械手 - Google Patents

Abstract

建议了一种用来使零件重新定位的机械手，它具有一个旋转驱动装置(7)，该装置配备有一个可以驱动形成围绕一个旋转轴线(13)的旋转运动的旋转输出件(9)。在该旋转输出件(9)上布置了两个直径方向上对置布置的升降单元(22，23)，它们分别包括一个可以电动操纵的线性定位驱动装置(24a，24b)，所述线性定位驱动装置具有一个在平行于旋转轴线(13)的升降轴线(27a，27b)的方向上可变的可以线性定位的升降输出件(26a，26b)。在每个升降输出件(26a，26b)上有一个具有抓取工具(32)的抓取单元(28)。这两个线性定位驱动装置(24a，24b)可以相互独立地进行控制。

Description

用来使零件重新定位的机械手

技术领域

本实用新型涉及一种用于使零件，尤其是半导体芯片重新定位的机械手，它具有一个电动的或者通过流体力可操纵的旋转驱动装置，该装置具有一个可驱动产生围绕一个旋转轴线的旋转运动的并在至少两个不同的旋转终端位置上可以定位的旋转输出件。

背景技术

由EP 0 670 438 B1已知的这种型式的机械手具有一个通过流体力可操纵的旋转驱动装置，该旋转驱动装置有一个可以在不同的旋转终端位置之间定位的旋转输出件。在该旋转输出件上在一个悬臂上方设有一个吸入式抓取器，该抓取器在旋转输出件围绕其旋转轴线旋转运动时实施一种摆动运动。这样就可以使固定于吸入式抓取器上的零件在不同的位置之间重新定位。吸入式抓取器可能需要有升降运动，这可能由如下方法来实现：使整个机械手，包括旋转驱动装置平行于旋转轴移动。

通过已知的机械手，每个工作循环总是只能使一个零件，例如一个工件重新定位。因此单位时间内通过机械手可以重新定位的零件数量就相对较少。

实用新型内容

本实用新型的任务是提出一种机械手，用该机械手可以在单位时间内使更多数量的零件以精确的方式重新进行定位。

按照本实用新型如下来解决该任务：旋转输出件设有两个相对于旋转轴线在直径方向上对置布置的升降单元，它们分别包括一个可以电动操纵的线性定位驱动装置，该装置有一个在平行于旋转轴线的升降轴线方向上可变的线性可定位的升降输出件，其中在每个升降输出件上可以设置或者设置了一个抓取单元，该抓取单元具有与旋转轴线间隔距离的抓取工具，而且其中线性定位驱动装置可以相互独立地进行控制。

用一种这样设计的机械手例如就可以，借助于其中一个抓取单元将所要重新定位的零件固定在一个位置上，而同时另一个抓取单元则将以前抓住的零件放在另一个位置上。通过使旋转输出件旋转180°，这些抓取单元就可以互换其位置，使抓取单元总能交替地接收所要重新定位的零件并接着移动到别外的位置上。在一个规定的时间单元之内因此与背景技术相比至少可以实现两倍那样多的转换过程。由于这两个线性定位驱动装置可以相互独立地进行操纵，此外就保证了：与抓取单元相对于要重新定位的零件来说精确的定位相结合，抓取单元可以相互独立地接收和放下所要重新定位的零件。首先在电子器件加工中，如果要求将半导体芯片从一个晶片中取下并放入一个空腔里，那么一种这样高的精密度就是有利的。由于两个升降单元的相对于旋转轴线在直径方向上对置布置还可以实现：旋转输出件及其轴承结构在旋转运动时受载不大，因为所出现的力基本上平衡了。

本实用新型的有利改进方案可见从属权利要求。

作为旋转驱动装置的驱动源原则上可以考虑一种流体马达，其中合适地通过挡块来规定所希望的旋转终端位置。然而可以优选一种结构形式，其中驱动源是具有配属的旋转编码器的执行马达。此处值得推荐的是一种电动的伺服电机，对于其位置调节有一个所谓分解器。

为了将机械手安装在使用地点上，旋转驱动装置合适地配备有一个具有适合的紧固工具的紧固板。

为了固定住升降单元，该旋转输出件合适地配备有两个支承板。对于升降单元来说是指自身承载的结构单元的话，那么这些结构单元在应用适合的紧固工具时也可以直接安装在旋转输出件上。

电动的线性定位驱动装置合适地分别有一个电动的执行马达作为驱动源，它有一个可以驱动产生旋转运动的输出轴。后者通过一个适合的转换装置与升降驱动件按传动耦合，使输出轴的旋转运动转换成升降输出件的所希望的线性运动。升降输出件可以在一个相对于旋转输出件位置固定的线性导向装置上线性可移动地导向来规定其运动方向。因此也可以阻止使由旋转输出件的旋转运动所产生的反作用力从升降输出件传入至配属的电动的执行马达里。后者因此就力来说脱耦，这用于实现长的寿命。

该旋转-线性起作用的转换装置可以具有一个通过电动执行马达的输出轴而可以驱动实现旋转运动的丝杠，在该丝杠上有一个不可转动地固定的丝杠，它与升降输出件相连并在丝杠旋转时实施线性运动，这种线性运动由升降输出件一起实现。

在另外一种优选的结构型式中转换装置是曲柄传动的或曲柄传动机构并包含一个由执行马达的输出轴可以驱动产生一种尤其是往复来回的摆动运动的曲柄构件，该曲柄构件通过一个连杆构件与升降输出件运动耦合。

对于线性定位驱动装置的电动的执行马达来说，可以又是指电动的伺服电机或步进电机。

有利的是，如果有一个在所要重新定位的零件上反应的位置传感器与每个升降输出件运动耦合的话。位置传感器可以基于接触式或者基于非接触式作用原理。在升降输出件进行升降运动时，如果配合的抓取工具到达对于接收或输出零件来说是最佳的位置上，那么传感器就输出一个控制信号。根据该控制信号就以所需要的方式操纵配属于线性定位驱动装置的驱动源并例如停止或在运动方向上进行转换。

在该位置上由于排序问题应该提到：机械手的各种不同的驱动工具合适地这样来进行控制，以使抓取单元的摆动运动和线性运动相互叠加。旋转驱动装置尤其可以在紧随着该时刻之后开始使旋转输出件和因此使固定在其上面的升降单元的摆动运动，在该时刻抓取单元接收或者放下一个零件并接着继续线性地移动了一段。

在每个升降输出件上合适地有一个横向于升降轴线伸出离开的用于配属的抓取单元的支架。因此可以使抓取单元很简单地以与旋转轴线成所希望的径向距离地安装。

对于抓取单元来说优先是指吸入式抓取器，它们用负压工作。当然也可以使用基于另一种抓取工艺的抓取单元。

机械手合适地包含一个电子控制装置，它控制这些不同的驱动装置并使它们的动作相互适应。

附图说明

以下根据附图对本实用新型进行详细说明。附图所示为：

图1：按照本实用新型的机械手的第一优选实施方式的透视图；

图2：图1所示机械手的按箭头II视向的第一个侧视图；

图3：图1所示机械手的按箭III视向的相对于图2偏转90°的第二侧视图；

图4：按照本实用新型的机械手的另一个实施例的立体图；

图5：按图4中剖面线V-V的机械手的一个局剖纵向剖切地侧视图。

具体实施方式

附图中以不同实施方式所表示的机械手可以使任意的零件1在不同的位置2，3之间实现重新定位。所述一个位置2是接收位置，那里使所要重新定位的零件由第一个底板4接收。所述第二位置3是存放位置。在那里使之前接收在接收位置2上的零件1放到一个第二底板5上并且例如装入一个空腔6里去，该空腔设置于一个放置于第二底板5上的箱体里。

重新定位在一个组合的摆动-升降运动过程的范围中进行，这种运动过程以下还要详细叙述。

机械手包括一个紧固板8，通过它可以现场使之可松开地紧固在一个未详细示出的保持结构上，例如在机器的机架上。

机械手的一个主要组成部分是一个总体上用附图标记7表示的旋转驱动装置。该装置包括一个优选为轴状结构的旋转输出件9，该输出件可以被旋转驱动装置7的驱动源驱动产生一个用双箭头表示的围绕旋转轴线13的旋转运动12。旋转轴线13合适地与旋转输出件9的纵轴线重合。

对于旋转驱动装置7来说优选指一种电动操纵的结构型式。在所有所示的实施例中它有一个电动的执行马达14作为驱动源，所述执行马达具有一个可以电动驱动产生一个旋转运动的输出轴15。该输出轴通过一个装于离合器箱体16里的离合器装置17不可转动地与旋转输出件9连接。

旋转驱动装置合适地直接由紧固板8支承。执行马达14可以在中间接入离合器箱体16的情况下与紧固板8用螺纹连接。

在图1至3所示的实施例中执行马达14设计成伺服电机，它配有一个未详细表示的分解器作为旋转编码器。在图4和5所示实施例中电动的执行马达14是一个直流步进电机，其中设有一个所谓编码器作为用于求出旋转位置的旋转编码器。两种实施例的执行马达和旋转编码器的结构型式也可以互换。

通过电动的旋转驱动装置7可以使旋转输出件9在没有机械挡块的情况下很精密地定位于不同的旋转终端位置上。对于相应的控制来说有一个只是画于图1中的电子控制装置18，它根据所得到的旋转编码器信号并考虑到希望的名义值电动控制该电动的执行马达14。

旋转驱动装置7优选这样来运行，使这旋转输出件9每个旋转运动都实现一个转角180°。这两个可能的旋转终端位置就是说相互错开一个转角为180°。旋转驱动装置7优选地以来回往复的旋转运动运行，也就是说使旋转方向在相互紧随着的旋转运动之间分别转换。

在一种未详细表示的实施例中有一个可以通过流体力操纵的旋转驱动装置7，它具有一个流体马达作为驱动源，例如一种所谓摆动叶片马达。在一种这样的旋转驱动装置中当然一般必须动用机械的挡块，以便能够精密地规定所希望的旋转终端位置。这尤其是在用压缩空气工作作为驱动流体时适用。

在可运转地安装的状态下机械手优选这样定向，要使旋转轴线13垂直地布置。旋转驱动装置7合适地位于机械手的上端部上，而旋转输出件9伸向下面，其中如由图5清楚可见的那样，所述旋转输出件向下超过在一个水平平面里定向的紧固板8前伸。

旋转输出件9在需要时也可以与执行马达14的主动轴15连接成一体，在该输出件上设有两个升降单元22，23。它们相对于旋转轴线13在直径方向上对置布置，其中旋转输出件9合适地插入在两个升降单元22，23之间。由于与旋转输出件9不可转动地连接，升降单元22，23一起与旋转输出件9进行旋转运动12，或者说在围绕旋转轴线13进行这种旋转运动时升降单元就进行摆动。由于升降单元22，23对置布置，在旋转运动时所引起的和作用于旋转输出件9上的离心力就相互平衡，因此即使在高转速时也只有小的横向力作用于旋转输出件9上而且其轴承并不受到更大的磨损。

每个升降单元22，23包括一个自身的可以电动操纵的线性定位驱动装置24a，24b，它们都具有一个实施一种用双箭头表示的升降运动25a，25b的线性可滑移的升降输出件26a，26b。通过借助于电子控制装置18对线性定位驱动装置24a，24b的相应控制可以使两个升降输出件26a，26b相互独立地线性运动并且尤其是无级地进行定位。升降轴线27a，27b，或换言之升降运动25a，25b的升降方向都平行于旋转输出件9的旋转轴线13。

在这两个升降输出件26a，26b上分别直接或间接地设有一个抓取单元28。该抓取单元具有此类型所特有的抓取工具32，通过该抓取工具可以使所要重新定位的零件1可松开地抓住并保持住。

业已证实为特别有利的是：设有作成吸入式抓取器的抓取单元28。其抓取工具32包括一个或多个抽吸盒或抽吸盘，它们通过只是在图1中点划线画出的抽吸管路33与一个真空发生装置34连接，其运行同样也通过电子控制装置18来控制。这样就可以有保护地借助于负压抓住并保持住所要重新定位的零件。将产生的真空取消用来放下。有利的过压脉冲可以有助于存放过程。

抓取单元28与分别配属的升降输出件26a，26b一起实现优选为垂直的线性升降运动25a，25b。因为可以见到所述抓取单元至旋转轴线13有径向间距地布置，此外在旋转输出件9旋转运动时它们还实施一种以旋转轴线13作为摆动中心的按圆弧轨迹的摆动运动。因此一个要重新定位的零件1可以通过配属的线性定位驱动装置24a，24b实现接收和放下，而在两个位置2，3之间则通过旋转驱动装置7实现转换。这种驱动装置的运行可以叠加，同样该抓取单元28和设于这些单元上的抓取工具32的升降-和摆动运动也可以叠加。

为了有利于升降输出件26a，26b和布置于上面的抓取单元28的精确定位，这两个线性定位驱动装置24a，24b合适地各有一个执行马达35作为驱动源。该执行马达具有一个可驱动形成旋转运动的输出轴36，该输出轴通过一个转换装置37与升降输出件26a，26b传动耦合，从而使输出轴36的旋转运动转换成升降输出件26a，26b的所希望的线性升降运动25a，25b。

在图1至3所示的实施例中转换装置37是曲柄传动的。它包含一个不可转动地与输出轴36连接的曲柄构件38，后者与一个连杆构件42铰接连接，该连杆构件与曲柄构件38的铰接位置间隔距离地铰接在配属的升降输出件26a，26b上。因为后者还线性可滑移地在一个相对于旋转输出件9位置固定的和平行于升降轴线27a，27b的线性导向装置43上导向，因此曲柄构件38的摆动运动直接导致所涉及的升降输出件26a，26b的所希望的升降运动25a，25b，正如这在图3中用点划线所表示的那样。

在图4和5所示的实施例中转换装置37包含一个由驱动轴36旋转驱动的丝杠44，该丝杠与一个不可转动的螺母45螺纹啮合，在该螺母上设置了在这种情况下为杆状的升降输出件26a，26b。

这里丝杠44的旋转由于螺纹啮合就引起了配属的升降输出件26a，26b的所希望的线性升降运动25a，25b。线性导向装置43在这里可以由一个包围住杆状升降输出件26a，26b的导向套构成。

对每个升降输出件26a，26b合适地配有一个只在图1中画出来的位置传感器装置46。该位置传感器装置最好位于抓取单元28上并且能够产生一个可以由电子控制装置18分析处理的控制信号，此时抓取工具32在升降运动25a，25b的范围中达到了用于接收或存放零件1所必需的线性位置。根据以上内容可以使电动的执行马达35停止和/或引起反向运动。抓取工具32的控制同样也可以按此方式相互配合。

位置传感器装置46例如可以通过机械地打开和关闭一个触点或者也可以不接触地被激活。例如抓取工具32可以布置在一个弹簧加载的顶杆上，当抓取单元28压向所要重新定位的零件1时，就使该顶杆移位，其中一个对顶杆的位置起反应的传感器就产生所希望的位置信号。

附带地或替代地可以对每个电动的执行马达35配有一个旋转编码器，例如分解器或者编码器。

在与图1至3所示的实施例中，线性定位驱动装置24a，24b的部件各自装配在每一个固定于旋转输出件9上的支承板47上。按图4和5所示的实施例表明：如果线性定位驱动装置24a，24b是自身承载的并且例如有一个适合用于固定在旋转输出件9上的外壳48的话，那就可以取消这种支承板。

对于所有的实施例来说，在中间连接一个横向于升降轴线27a，27b从所涉及的升降输出件26a，26b处伸出离开的支架52时抓取单元28装在升降输出件26a，26b上。抓取单元28可以横向于升降轴线27a，27b可调整地设置于支架52上。另一种方案中，为了适配于局部的已知条件也可以提供有多个不同长度的支架52，它们可以作为替代方案使用。

在所示的实施例中安装抓取单元28，使得抓取工具32相对于旋转轴线13相互偏转180°转角而布置。如果旋转输出件9旋转180°，那么现有的抓取工具32就互换其关系到接收位置2和存放位置3的位置。

如果在机械手在运行时旋转输出件9位于其两个可能的旋转终端位置中的一个位置上，那么其中一个抓取单元28的抓取工具32轴向并且尤其是垂直地位于接收位置2的对面，而另一个抓取单元28的抓取工具32轴向并且尤其是垂直地位于存放位置3对面。

此处可以通过相应有控制地操纵两个执行马达35，以相互独立无关的方式，通过所述一个抓取单元28来接收一个要重新定位的零件1，并通过另一个抓取单元28将一个以前一直保持住的零件放下。由于抓取单元28在升降轴线27a，27b方向上精确的可定位性，此处可以容易地补偿可能的位置不精确性。即使接收位置2和存放位置3位于不同的水平上，但通过线性定位驱动装置24a，24b的单独的控制就可以实现相应可以变化的控制。这由升降输出件26a，26b所要实现的升降可以容易地改变。

如果按照希望接收和放下了零件1，那么使升降输出件26a，26b连同位于其上的抓取单元28向上移动，因此使旋转输出件9连同两个布置在其上面的升降单元22，23旋转180°，直至抓取单元28重机互换其位置。抓取单元28就又可以向下移动，以便在一种情况下接收一个新的零件1并在另一种情况下将这以前保持住的零件1放下。

升降运动和旋转运动或摆动运动可以是叠加的，以便进一步减小使零件重新定位的循环时间。

Claims (25)

1.用于使零件，尤其是半导体芯片重新定位的机械手，其具有一个电动的或通过流体力可操纵的旋转驱动装置(7)，该装置具有一个可驱动而引起围绕旋转轴线(13)的旋转运动(12)的、并可以在至少两个不同的旋转终端位置上定位的旋转输出件(9)，其特征在于，旋转输出件(9)有两个相对于旋转轴线(13)在直径方向上对置布置的抓取单元(22，23)，这些抓取单元分别包括一个可以电动操纵的线性定位驱动装置(24a，24b)，所述线性驱动装置有一个在平行于旋转轴线(13)的升降轴线(27a，27b)的方向上可变的线性可定位的升降输出件(26a，26b)，其中在每个升降输出件(26a，26b)上可以设置或者设置了一个抓取单元(28)，该抓取单元具有与旋转轴线(13)间隔距离的抓取工具(32)，而且其中线性定位驱动装置(24a，24b)可相互独立无关地控制。

2.按权利要求1所述的机械手，其特征在于，旋转驱动装置(7)作为驱动源具有一个电动的执行马达(14)和一个配属于该执行马达(14)的旋转编码器。

3.按权利要求2所述的机械手，其特征在于，电动的执行马达是一个伺服电机，旋转编码器是一个分解器。

4.按权利要求2或3所述的机械手，其特征在于，电动的执行马达(14)有一个输出轴(15)，它通过一个离合器装置(17)与旋转输出件(9)连接。

5.按权利要求1至3中之一所述的机械手，其特征在于，旋转驱动装置(7)布置在一个可以紧固在一个外部的保持结构上的紧固板(8)上。

6.按权利要求1至3中之一所述的机械手，其特征在于，在旋转输出件(9)上设有两个支承板(47)用于固定两个升降单元(22，23)中的每一个单元。

7.按权利要求1至3中之一所述的机械手，其特征在于，所述两个线性定位驱动装置(24a，24b)各有一个电动的执行马达(35)作为驱动源，执行马达的输出轴(36)通过一个将输出轴(36)的旋转运动转变成升降输出件(26a，26b)的线性升降运动的转换装置(37)与升降输出件(26a，26b)按传动耦合。

8.按权利要求7所述的机械手，其特征在于，转换装置(37)具有一个通过电动的执行马达(35)的输出轴(36)可以旋转驱动的丝杠(44)和一个在丝杠(44)上运动的与升降输出件(26a，26b)连接的螺母(45)。

9.按权利要求7所述的机械手，其特征在于，转换装置(37)是曲柄传动的，并具有一个可由电动的执行马达(35)的输出轴(36)驱动产生摆动运动的曲柄构件(38)以及一个一端铰接作用在曲柄构件(38)上，而另一端铰接作用在升降输出件(26a，26b)上的连杆构件(42)。

10.按权利要求7所述的机械手，其特征在于，电动的执行马达(35)配有一个旋转编码器。

11.按权利要求7所述的机械手，其特征在于，一个位置传感器装置(46)与每个升降输出件(26a，26b)运动耦合，如果配属的抓取单元(28)占有一个适合于接收或存放一个要重新定位零件(1)的升降位置的话，那么该位置传感器装置就发出一个控制信号。

12.按权利要求8所述的机械手，其特征在于，一个位置传感器装置(46)与每个升降输出件(26a，26b)运动耦合，如果配属的抓取单元(28)占有一个适合于接收或存放一个重要新定位零件(1)的升降位置的话，那么该位置传感器装置就发出一个控制信号。

13.按权利要求9所述的机械手，其特征在于，一个位置传感器装置(46)与每个升降输出件(26a，26b)运动耦合，如果配属的抓取单元(28)占有一个适合于接收或存放一个要重新定位零件(1)的升降位置的话，那么该传感装置就发出一个控制信号。

14.按权利要求1至3中之一所述的机械手，其特征在于，升降输出件(26a，26b)在一个相对于旋转输出件(9)位置固定的线性导向装置(43)上在升降轴线(27a，27b)方向上可线性移动地导向。

15.按权利要求7所述的机械手，其特征在于，升降输出件(26a，26b)在一个相对于旋转输出件(9)位置固定的线性导向装置(43)上在升降轴线(27a，27b)方向上可线性移动地导向。

16.按权利要求11所述的机械手，其特征在于，升降输出件(26a，26b)在一个相对于旋转输出件(9)位置固定的线性导向装置(43)上在升降轴线(27a，27b)方向上可线性移动地导向。

17.按权利要求1至3中之一所述的机械手，其特征在于，在每个升降输出件(26a，26b)上设有一个横向于升降轴线(27a，27b)伸出离开的用于配属的抓取单元(28)的支架(52)。

18.按权利要求1至3中之一所述的机械手，其特征在于，抓取单元(28)是具有至少一个抽吸盒或抽吸盘作为抓取工具(32)的吸入式抓取器。

19.按权利要求1至3中之一所述的机械手，其特征在于，旋转输出件(9)可以通过操纵旋转驱动装置(7)而有选择地交替地在两个按转角来说相互偏转180°的旋转终端位置上定位。

20.按权利要求7所述的机械手，其特征在于，旋转输出件(9)可以通过操纵旋转驱动装置(7)而有选择地交替在两个按转角来说相互偏转180°的旋转终端位置上定位。

21.按权利要求11所述的机械手，其特征在于，旋转输出件(9)可以通过操纵旋转驱动装置(7)而有选择地交替在两个按转角来说相互偏转180°的旋转终端位置上定位。

22.按权利要求1至3中之一所述的机械手，其特征在于一个电子控制装置(18)，其用于相互协调地操纵旋转驱动装置(7)、两个线性定位驱动装置(24a，24b)和抓取单元(28)。

23.按权利要求7所述的机械手，其特征在于在一种电子控制装置(18)，用于相互协调地操纵旋转驱动装置(7)、两个线性定位驱动装置(24a，24b)和抓取单元(28)。

24.按权利要求11所述的机械手，其特征在于一种电子控制装置(18)，其用于相互协调地操纵旋转驱动装置(7)、两个线性定位驱动装置(24a，24b)和抓取单元(28)。

25.按权利要求19所述的机械手，其特征在于一种电子控制装置(18)，其用于相互协调地操纵旋转驱动装置(7)、两个线性定位驱动装置(24a，24b)和抓取单元(28)。