DE602004008837T2 - Gelenkarmroboter - Google Patents

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DE602004008837T2
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wafer
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Eiichi Yamaki
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06—Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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    • H01L21/67766—Mechanical parts of transfer devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Gelenkroboter, und insbesondere einen Gelenkroboter zum Befördern eines Substrates, wie beispielsweise eines Halbleiterwafers.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • 15 zeigt einen Gelenkroboter 1 des Standes der Technik in Draufsicht. Der Gelenkroboter 1 wird verwendet, um einen Halbleiterwafer 2 zu befördern. Der Gelenkroboter 1 weist einen ersten Arm 3, einen zweiten Arm 4 einen dritten Arm 5, eine Handeinheit 6 zum Halten des Wafers 2 und eine Basis 7 auf. Der Gelenkroboter 1 bewegt die Handeinheit 6, welche den Halbleiterwafer 2 hält, in vorbestimmten ersten Richtungen X entlang eines geradlinigen Weges. Der erste Arm 3 weist einen Basisteil 3a, der an der Basis 7 schwenkbar gelagert ist, und einen vorderen Teil 3b auf. Der zweite Arm 4 weist einen Basisteil 4a und einen vorderen Teil 4b auf, der dritte Arm 5 weist einen Basisteil 5a und einen vorderen Teil 5b auf, und die Handeinheit 6 weist einen Basisteil 6a auf. Der vordere Teil 3b des ersten Arms 3 und der Basisteil 4a des zweiten Arms 4 sind miteinander schwenkbar verbunden. Der vordere Teil 4b des zweiten Arms 4 und der Basisteil 5a des dritten Arms 5 sind miteinander schwenkbar verbunden. Der vordere Teil 5b des dritten Arms 5 und der Basisteil 6a der Handeinheit 6 sind miteinander schwenkbar verbunden.
  • Die Basis 7 weist eine erste Achse L1 auf und der erste Arm 3 schwenkt um die erste Achse L1. Der erste Arm 3 weist eine zweite Achse 12 auf und der zweite Arm 7 schwenkt um die zweite Achse 12. Der zweite Arm 4 weist eine dritte Achse 13 auf und der dritte Arm 5 schwenkt um die dritte Achse 13. Der dritte Arm 5 weist eine vierte Achse 14 auf und die Handeinheit 6 schwenkt um die vierte Achse 14. Der Abstand N1 zwischen der ersten Achse 11 und der zweiten Achse 12, der Abstand N2 zwischen der zweiten Achse 12 und der dritten Achse 13 und der Abstand N3 zwischen der dritten Achse 13 und der vierten Achse 14 stehen im Verhältnis von 2:2:1.
  • Wenn die Handeinheit 6 sich geradlinig in der ersten Richtung X bewegt, bewegt sich ein Mittelpunkt 8 des zweiten Arms 4 entlang einer Referenzlinie 9 senkrecht die erste Achse L1 schneidend; das heißt die jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten des ersten Arms 3, des zweiten Arms 4, des dritten Arms 5 und der Handeinheit 6 stehen im Verhältnis von 1:2:2:1.
  • 16 zeigt einen Gelenkroboter 1 bei einer ersten Modifikation des in 15 dargestellten Gelenkroboters 1. Bezug nehmend auf 16 erstrecken sich ein erster Arm 3, ein zweiter Arm 4 und ein dritter Arm 5 geradlinig entlang einer Referenzlinie 9 parallel zu ersten Richtungen, wenn eine Handeinheit 6 in eine am weitesten von einer Basis 7 entfernt befindliche Position bewegt wird. Wenn ein durch die Handeinheit 2 gehaltener Wafer 2 in der ersten Richtung X zur Basis 7 hin oder von dieser weg bewegt wird, bewegt sich ein erstes Gelenkstück 11, welches den ersten Arm 3 und den zweiten Arm 4 verbindet, in einer zweiten Richtung Y1 bezüglich der Basis 7, hingegen bewegt sich ein zweites Gelenkstück 12, welches den zweiten Arm 4 und den dritten Arm 5 verbindet, in einer zweiten Richtung Y2 entgegengesetzt zur zweiten Richtung Y1. Wenn ein drittes Gelenkstück 13, welches die Handeinheit 6 und den dritten Arm 5 verbindet, zur Basis 7 hin bewegt wird, bewegt sich das erste Gelenkstück 11 von der Referenzlinie 9 in der zweiten Richtung Y1, das zweite Gelenkstück 12 bewegt sich von der Referenzlinie 9 weg in der zweiten Richtung Y2. In einigen Fällen ist der Abstand B1 zwischen der Referenzlinie 9 und dem zweiten Gelenkstück 12 und der Abstand B2 zwischen der Referenzlinie 9 und dem ersten Gelenkstück 11 größer als der Abstand A1 zwischen der Referenzlinie 9 und dem einen Ende eines Durchmessers des Wafers 2 und der Abstand A2 zwischen der Referenzlinie 9 und dem anderen Ende des Durchmessers, wie dargestellt in 16(2) bis 16/4). In derartigen Fällen benötigt der Gelenkroboter 1 eine Arbeitszone, deren Breite in den zweiten Richtungen Y1 und Y2 größer als eine Breite ist, die der Summe der Abstände B1 und B2 in den entgegengesetzten zweiten Richtungen Y1 und Y2 entspricht, in denen sich das erste Gelenkstück 11 und das zweite Gelenkstück 12 bezüglich der Referenzlinie 9 bewegen, damit das erste Gelenkstück 11 und das zweite Gelenkstück 12 nicht mit weiteren Vorrichtungen in Konflikt kommen, die um den Gelenkroboter 1 herum installiert sind, wenn das erste Gelenkstück 11 und das zweite Gelenkstück 12 in den zweiten Richtungen Y1 und Y2 bewegt werden.
  • 17 zeigt einen Gelenkroboter 1 bei einer zweiten Modifikation des Gelenkroboters 1 des Standes der Technik in Draufsicht. Der Gelenkroboter 1 kann aus einem linksständigen System, bei der das erste Gelenkstück 11 in der zweiten Richtung Y1 bewegt wird, in ein rechtsständiges System verändert werden, bei dem das erste Gelenkstück 11 in der zweiten Richtung Y2 bewegt wird, und umgekehrt. Wie in 17(1) dargestellt, kann der Gelenkroboter 1 nicht aus dem rechtsständigen System in das linksständige System bei einem Zustand geändert werden, bei dem der Radius eines Schwenkkreises, dessen Mitte auf einer ersten Achse L1 liegt, minimal ist.
  • Die Arme 3 bis 5, die sich in einem in 17(1) dargestellten Zustand erstrecken, müssen sich in einer Linie entlang einer Referenzlinie 9 erstrecken, wie in 17(2) dargestellt, wenn der Gelenkroboter 1 vom linksständigen System auf das rechtsständige System verändert wird. Daher wird eine zusätzliche Operation benötigt, um den Gelenkroboter 1 aus dem rechtsständigen System in das linksständige System zu ändern, und somit kann der Gelenkroboter 1 nicht in kurzer Zeit aus dem rechtsständigen System in das linksständige System verändert werden. Die Änderung des Gelenkroboters 1 aus dem linksständigen System in das rechtsständige System erfordert eine ähnliche Operation und weist ein ähnliches Problem auf.
  • Bei dem in 17(2) dargestellten Zustand, welcher einen Wechsel des Gelenkroboters 1 aus dem rechtsständigen System in das linksständige System ermöglicht, erstrecken sich die Arme 3 bis 5 entlang der Referenzlinien, und der Abstand D entlang der ersten Richtung zwischen einer Basis 7 und einem dritten Gelenkstück 13 ist größer als ein minimaler Radius C eines Schwenkkreises. Daher benötigt der Gelenkroboter 1 eine Arbeitszone, die größer als der Abstand D in der ersten Richtung zwischen der Basis 7 und dem dritten Gelenkstück 13 um den Gelenkroboter 1 herum ist, um zu verhindern, dass der Gelenkroboter 1 mit Vorrichtungen in Konflikt kommt, die um den Gelenkroboter 1 herum installiert sind, um den Gelenkroboter 1 zwischen dem rechtsständigen System und dem linksständigen System zu verändern.
  • Somit benötigt der bekannte Gelenkroboter 1 eine große Arbeitszone. Wenn der Gelenkroboter 1 in einem Gehäuse verwendet wird, durch welches Reinluft strömt, muss das Gehäuse groß sein, und die Effizienz eines Reinigen des Gehäuseinneren mit Reinluft ist gering. Das Verhältnis der Arbeitszone des Gelenkroboters 1 zu einem Innenraum des Gehäuses und nur wenig Platz steht zum Einbau weiterer Bearbeitungsvorrichtungen im Gehäuse zur Verfügung.
  • Aus Dokument JP-A-09 102526 ist ein Gelenkroboter bekannt, bei dem mehrere Arme an einer Basiseinheit befestigt sind, welche die Arme gemeinsam und gleichzeitig rotiert. Die einzelnen Arme weisen drei bewegliche Segmente ähnlicher Länge auf, die durch einen Getriebemechanismus von der Basiseinheit aus bewegt werden können. Der dargestellte Roboter berücksichtigt offensichtlich keine räumlichen Einschränkungen.
  • INHALT DER ERFINDUNG
  • Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Gelenkroboter bereitzustellen, der fähig ist, in einer kleinen Arbeitszone betrieben zu werden.
  • Demgemäß stellt die Erfindung einen Gelenkroboter wie definiert in Anspruch 1 bereit.
  • Beim Gelenkroboter gemäß der Erfindung werden die jeweiligen effektiven Längen des ersten, des zweiten und des dritten Arms wahlweise derart bestimmt, dass der Radius eines Kreises, dessen Mittelpunkt auf der ersten Schwenkachse liegt, in welcher der erste, der zweite und der dritte Arm schwenken, in einem Zustand minimal ist, bei dem der erste, der zweite und der dritte Arm in solchen Winkelpositionen sind, dass eine Richtung vom Basisteil zum vorderen Teil sowohl des zweiten Arms als auch des dritten Arms entgegengesetzt zu einer Richtung vom Basisteil zum vorderen Teil des ersten Arms ist.
  • Der Gelenkroboter gemäß der Erfindung beinhaltet weiter einen Endeffektor, der mit einem Werkstück in Kontakt kommt und eine Arbeit am Wertstück verrichtet, und eine Endeffektor-Antriebseinrichtung zum Schwenken des Endeffektors; wobei der dritte Arm einen vorderen Teil aufweist, der eine vierte Schwenkachse parallel zur ersten Schwenkachse aufweist, und die Endeffektor-Antriebseinrichtung den Endeffektor um die vierte Schwenkachse schwenkt.
  • Beim Gelenkroboter gemäß der Erfindung ist der erste Arm von der Basiseinheit und dem zweiten Arm trennbar, ein Basisteil des zweiten Arms kann mit der Basiseinheit verbunden werden, der zweite Arm kann um die erste Schwenkachse geschwenkt werden, wenn der zweite Arm mit der Basiseinheit verbunden ist, und die Verriegelungseinheit schwenkt den dritten Arm um die dritte Schwenkachse relativ zum zweiten Arm in einer von entgegengesetzten Richtungen um einen Winkel, der doppelt so groß wie ein Winkel ist, um den der zweite Arm um die zweite Schwenkachse relativ zum ersten Arm in die andere Richtung geschwenkt wird.
  • Beim Gelenkroboter gemäß der Erfindung beinhaltet die Verriegelungseinrichtung einen Getriebemechanismus, der fähig ist, eine Antriebskraft der Armantriebseinrichtung auf den zweiten und den dritten Arm zu übertragen.
  • Der Gelenkroboter gemäß der Erfindung kann auf einem eng begrenzten Raum installiert werden.
  • Der Gelenkroboter gemäß der Erfindung ist in ein Gehäuse eingebaut, das einen Raum von vorbestimmter Atmosphäre definiert.
  • Gemäß der Erfindung kann der Abstand zwischen der Basiseinheit und dem vorderen Teil des dritten Arms dadurch verändert werden, dass der zweite und der dritte Arm geschwenkt werden. Der vordere Teil des dritten Arms kann um die erste Schwenkachse durch Schwenken der Basiseinheit um die erste Schwenkachse geschwenkt werden. Somit ist es möglich, einen in horizontaler Richtung beweglichen Gelenkroboter zu realisieren, der einen Roboterarm aufweist und fähig ist, einen vorderen Teil des Roboterarms in einer Ebene senkrecht zu einer ersten Schwenkachse in einem zylindrischen Koordinatensystem zu schwenken. Ein Endeffektor, wie beispielsweise eine Roboterhand, ist am vorderen Teil eines dritten Arms befestigt. Es braucht jedoch kein Endeffektor am vorderen Teil des dritten Arms montiert sein.
  • Der zweite und der dritte Arm können in einer der ersten und zweiten Arbeitszonen positioniert sein, die durch eine gedachte Ebene unterteilt sind, die eine Referenzlinie und die erste Schwenkachse beinhaltet, und der vordere Teil des dritten Arms kann entlang der Referenzlinie bewegt werden, und zwar durch Schwenken des zweiten Arms um die zweite Schwenkachse in einer ersten Umfangsrichtung relativ zum ersten Arm bei einem Zustand, bei dem die Arme in einer Linie entlang der Referenzlinie angeordnet sind und sich der vordere Teil des dritten Arms in der größten Entfernung von der Basiseinheit befindet.
  • Der zweite und der dritte Arm können in der jeweils anderen von der ersten und zweiten Arbeitszone positioniert sein, und der vordere Teil des dritten Arms kann entlang der Referenzlinie bewegt werden, und zwar durch Schwenken des zweiten Arms um die zweite Schwenkachse in einer zweiten Umfangsrichtung entgegengesetzt zur ersten Umfangsrichtung relativ zum ersten Arm bei einem Zustand, bei dem die Arme in einer Linie entlang der Referenzlinie angeordnet sind und sich der vordere Teil des dritten Arms in der größten Entfernung von der Basiseinheit befindet.
  • Nimmt man an, dass es ein Hindernis oder eine Wand in einer der zwei Arbeitszonen gibt, kann der Endeffektor entlang der Referenzlinie bewegt werden, wobei der zweite und der dritte Arm in der jeweils anderen Arbeitszone platziert ist. Somit ist der Gelenkroboter fähig, derart betrieben zu werden, dass sich die Arbeitszone nicht innerhalb einer der beiden Arbeitszonen befindet und die Arme fähig sind, in einem schmalen Raum zu arbeiten, und zwar durch Wählen einer Zone, in der sich der zweite und der dritte Arm befinden.
  • Wenn der Gelenkroboter und weitere Vorrichtungen in einem vorbestimmten Raum angeordnet sind, kann den Vorrichtungen außer dem Gelenkroboter ein großer Raum zugewiesen werden. Der vorbestimmte Raum kann sehr klein sein. Wenn der Gelenkroboter und die weiteren Vorrichtungen in einem Raum installiert sind, der durch ein Gehäuse begrenzt ist und mit Reinluft angefüllt ist, kann das Innere des Gehäuses in effizienter Weise gereinigt werden, da das Gehäuse klein sein kann. Wenn alle Arme sich in einer Linie erstrecken, derart, dass sich der erste Arm in einer der entgegengesetzten Richtungen erstreckt und der zweite und der dritte Arm sich in der anderen Richtung erstrecken, schwenken die Arme um die Schwenkachsen jeweils entlang Kreisbögen minimaler Radien. Der zweite und der dritte Arm können durch Wechsel der Schwenkrichtung des zweiten Arms aus der einen der zwei Arbeitszonen in die andere verschoben werden. Somit kann der Gelenkroboter vom rechtsständigen System, bei dem sich der zweite und der dritte Arm in der einen der zwei Arbeitszonen befinden, in das linksständige System umgestellt werden, bei dem sich der zweite und der dritte Arm in der jeweils anderen Arbeitszone befinden, und zwar in einem Zustand, bei dem die Arbeitszone minimal ist. Daher wird keine zusätzliche Arbeitszone zum Umstellen der Arbeitszone, in der der zweite und der dritte Arm platziert sind, benötigt, und somit kann die Arbeitszone klein sein.
  • Gemäß der Erfindung kann die Position des Endeffektors optional bestimmt werden, wenn der Endeffektor bei einer vorbestimmten Position positioniert ist, da der Endeffektor um die vierte Schwenkachse relativ zum dritten Arm geschwenkt werden kann. Somit kann der Endeffektor in eine vorbestimmte Position bei der vorbestimmten Position eingestellt werden, was die Zweckmäßigkeit des Gelenkroboters verbessert.
  • Der Gelenkroboter der Erfindung ist zur Verwendung als Roboter geeignet, der mit einem Endeffektor ausgerüstet ist, wie beispielsweise ein Förderroboter oder ein Lackierroboter.
  • Der Gelenkroboter der Erfindung kann zu einem Gelenkroboter umgeändert werden, der zwei Arme aufweist, und zwar dadurch, dass der erste Arm von der Basiseinheit und dem zweiten Arm getrennt wird, und der zweite Arm mit der Basiseinheit verbunden wird. Somit kann ein drei Arme aufweisender Gelenkroboter und ein zwei Arme aufweisender Gelenkroboter durch Zusammensetzen gemeinsamer Teile zu verringerten Herstellungskosten aufgebaut sein. Da der zwei Arme aufweisende Gelenkroboter ohne Weiteres zu dem der Arme aufweisenden Gelenkroboter umgeändert werden kann, braucht kein zusätzlicher Gelenkroboter gekauft werden, und somit können die Anlagenkosten verringert werden.
  • Die Verwendung des Getriebemechanismus zum Übertragen einer Antriebskraft vergrößert die Steifigkeit des zweiten und des dritten Arms. Sogar wenn der zweite Arm und der dritte Arm um ihre Schwenkachsen mit hoher Winkelgeschwindigkeit geschwenkt werden, können der zweite und der dritte Arm in stabiler Weise um ihre Schwenkachsen geschwenkt werden, und die Bewegungsgeschwindigkeit kann vergrößert werden.
  • Der zweite und der dritte Arm können aus einer der beiden Arbeitszonen in die jeweils andere geschwenkt werden, dadurch dass der zweite Arm in einem Zustand geschwenkt wird, bei dem der Radius des Schwenkkreises minimal ist, um den Gelenkroboter aus dem rechtsständigen System in das linksständige System umzustellen, um umgekehrt. Somit kann der Gelenkroboter in einem engen begrenzten Raum betrieben werden. Der enge begrenzte Raum ist beispielsweise enger als eine maximal verfügbare Arbeitszone, in welcher der Roboterarm arbeitet. Die maximal verfügbare Arbeitszone ist durch einen Kreisbogen definiert, entlang dem sich der vordere Teil des zweiten Armes bewegt, wenn die Basiseinheit um die erste Schwenkachse geschwenkt wird, wobei der vordere Teil des zweiten Arms in der größten Entfernung von der Basiseinheit positioniert ist.
  • Der Gelenkroboter der Erfindung, welcher die gleiche Reichweite wie der herkömmliche Gelenkroboter aufweist, kann in einer Arbeitszone arbeiten, die enger als die vom herkömmlichen Gelenkroboter benötigte Arbeitszone ist. Daher ist der Gelenkroboter der Erfindung zum Befördern eines Halbleiterwafers geeignet. Sogar falls der Gelenkroboter in einem engen Raum im Gehäuse betrieben wird, arbeitet der Gelenkroboter in zufriedenstellender Weise, und somit kann das Gehäuse klein sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die zuvor beschriebenen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen klarer hervor; in diesen sind:
  • 1 eine Draufsicht eines Gelenkroboters einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine Seitenansicht des in 1 dargestellten Gelenkroboters;
  • 3 eine Ansicht von hinten des in 1 dargestellten Gelenkroboters;
  • 4 ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems, das in dem in 1 dargestellten Gelenkroboter enthalten ist;
  • 5 eine schematische Schnittansicht zur Unterstützung bei der Erläuterung eines Kraftübertragungsmechanismus, der in dem in 1 dargestellten Gelenkroboter enthalten ist;
  • 6 ist eine Draufsicht zur Unterstützung bei der Erläuterung eines Betriebsmodus des in 1 dargestellten Gelenkroboters;
  • 7 ist eine Draufsicht zur Unterstützung bei der Erläuterung eines weiteren Betriebsmodus des in 1 dargestellten Gelenkroboters;
  • 8 eine Draufsicht des in 1 dargestellten Gelenkroboters in einem Zustand, bei dem erste bis dritte Arme und Roboterhände des Gelenkroboters derart eingestellt sind, dass der Radius eines Kreisbogens, in dem der Gelenkroboter geschwenkt wird, minimal ist;
  • 9 ist eine Draufsicht zur Unterstützung bei der Erläuterung eines dritten Betriebsmodus des in 1 dargestellten Gelenkroboters;
  • 10 eine Draufsicht des in 1 dargestellten Gelenkroboters in einem weiteren Nutzungsmodus;
  • 11 eine Seitenansicht des in 1 dargestellten Gelenkroboters in dem in 10 dargestellten Nutzungsmodus;
  • 12 eine schematische Schnittansicht zur Unterstützung bei der Erläuterung eines Kraftübertragungsmechanismus für den in 1 dargestellten Gelenkroboter in einem weiteren Nutzungsmodus;
  • 13 eine Draufsicht des in 1 dargestellten Gelenkroboters zur Unterstützung bei der Erläuterung eines vierten Betriebsmodus des Gelenkroboters;
  • 14 eine Draufsicht zur Unterstützung bei der Erläuterung eines vierten Betriebsmodus des in 1 dargestellten Gelenkroboters;
  • 15 eine Draufsicht des Gelenkroboters des Standes der Technik;
  • 16 eine Draufsicht eines Gelenkroboters bei einer ersten Modifikation des in 15 dargestellten Gelenkroboters; und
  • 17 eine Draufsicht eines Gelenkroboters bei einer zweiten Modifikation des in 15 dargestellten Gelenkroboters.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 ist eine Draufsicht eines Gelenkroboters 20 bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, 2 ist eine Seitenansicht des Gelenkroboters 20 und 3 ist eine Ansicht von hinten des Gelenkroboters 20. Der Gelenkroboter 20 der Erfindung wird beispielsweise als ein ein Substrat befördernder Roboter verwendet, der mit einer Roboterhand versehen ist, um ein Werkstück, wie beispielsweise einen Siliziumwafer, ein Substrat zur Erzeugung einer Photomaske oder ein Glassubstrat für eine Flüssigkristallanzeige zu halten. Der Gelenkroboter 20 hält einen Halbleiterwafer 21 und befördert den Halbleiterwafer 21 entlang eines vorbestimmten Förderweges. Der Gelenkroboter 20 weist eine Basis 22, eine Basiseinheit 23, einen Roboterarm, der einen ersten Arm 24 beinhaltet, einen zweiten Arm 25 und einen dritten Arm 26, und zwei Handeinheiten 27 auf. Die Basis 22 ist an einem Gehäuse fest angebracht, welches den Gelenkroboter 20 enthält. Die Basiseinheit 23 ist mit der Basis 22 verbunden, so dass sie um eine erste Schwenkachse 11 relativ zur Basis 22 schwenkt. Bei dieser Ausführungsform ist die erste Schwenkachse vertikal. Eine Referenzlinie 19 erstreckt sich senkrecht zur ersten Schwenkachse L1 und schwenkt gemeinsam mit der Basiseinheit 23 um die erste Schwenkachse L1.
  • Die drei Arme 24, 25 und 26 weisen jeweils längliche Formen auf. Der erste Arm 24 ist an der Basiseinheit 23 lösbar angebracht, so dass er sich entlang der Referenzlinie 19 erstreckt. Der erste Arm 24 weist einen Basisteil auf, das mit der Basiseinheit 23 lösbar verbunden ist, und einen vorderen Teil 29, der eine zweite Schwenkachse 12 aufweist, die parallel zur ersten Schwenkachse L1 und senkrecht zur Referenzlinie 19 ist. Der zweite Arm 25 weist einen Basisteil 30 auf, der mit dem vorderen Teil 29 des ersten Arms 24 verbunden ist, so dass er um die zweite Schwenkachse 12 schwenkbar ist. Der zweite Arm 25 weist einen vorderen Teil 31 auf, der eine dritte Schwenkachse 13 parallel zur ersten Schwenkachse L1 aufweist. Der dritte Arm weist einen Basisteil 32 auf, der mit dem vorderen Teil 31 des zweiten Arms 25 verbunden ist, so dass er um die dritte Schwenkachse 13 relativ zum zweiten Arm 25 schwenkt. Der dritte Arm 26 weist einen vorderen Teil 33 auf, der eine vierte Schwenkachse 14 aufweist, die parallel zur ersten Schwenkachse L1 und senkrecht zur Referenzlinie 19 ist. Die Handeinheiten 27 tragen einen Wafer 21. Die Handeinheiten 27 sind Endeffektoren, die am Ende des Roboterarms befestigt sind. Jede der Handeinheiten 27 weist einen Halteteil 34 zum Halten des Wafers 21 und einen mit dem dritten Arm 26 verbundenen Verbindungsteil 35 auf. Die zwei Handeinheiten 27 sind in einer vertikalen Anordnung angeordnet.
  • Der Halteteil 34 ist ein einer Y-Form ausgebildet. Der Halteteil 34 kommt mit mindestens drei Teilen des Wafers 21 an unterschiedlichen Umfangspositionen von unterhalb des Wafers 21 her in Kontakt, um den Wafer 21 in horizontaler Position zu tragen. Der Verbindungsteil 35 weist eine längliche Form auf. Der Basisteil 36 des Verbindungsteils 35 ist mit dem vorderen Teil 33 des dritten Arms 26 verbunden, und dessen vorderer Teil 37 ist mit den Halteteilen 34 verbunden. Die Handeinheiten 27 schwenken um die vierte Schwenkachse 14 relativ zum dritten Arm 26.
  • Die Arme 24, 25 und 26 weisen jeweils im Wesentlichen gleiche Längen auf. Konkreter gesagt ist ein zweiter Abstand R2 zwischen der zweiten Schwenkachse 12 und der dritten Schwenkachse 13 gleich groß wie ein dritter Abstand R3 zwischen der dritten Schwenkachse 13 und der vierten Schwenkachse 14. Ein erster Abstand R1 zwischen der ersten Schwenkachse L1 und der zweiten Schwenkachse 12 ist im Wesentlichen gleich groß wie der zweite Abstand R2 und der dritte Abstand R3, d. h. R1 ≈ R2 = R3. Bei dieser Ausführungsform, R1 = 200 mm und R2 = R3 = 208 mm.
  • Der Halteteil 34 jeder Handeinheit 27 ist mit einer Mehrzahl von Kontaktelementen versehen. Die Kontaktelemente werden gegen den Umfang des am Halteteil 34 angebrachten Wafers 21 gedrückt, um den Wafer 21 zu halten. Mindestens eines der Kontaktelemente ist ein bewegliches Kontaktelement, das in Richtungen parallel zu einem Radius des am Halteteil 34 montierten Wafers 21 beweglich ist. Vorzugsweise bewegt sich das bewegliche Kontaktelement entlang der Referenzlinie 19, um den Wafer 21 dadurch zu halten, dass auf den Wafer 21 von den entgegengesetzten Seiten der Referenzlinie 29 Druck ausgeübt wird. Somit wird verhindert, dass der Wafer 21 von der Handeinheit 27 herunterfällt, sogar wenn sich die Handeinheit 27 entlang der Referenzlinie 19 bewegt und eine Trägheitskraft auf den Wafer 21 in einer Richtung X parallel zur Referenzlinie 19 einwirkt. Daher kann der Wafer 21 mit großer Bewegungsgeschwindigkeit bewegt werden.
  • Bezug nehmend auf 2 und 3 sind die Arme 24, 25 und 26 und die Handeinheiten 27 so kombiniert, dass die Arme 24, 25 und 26 und die Handeinheiten 27 fähig sind, zu schwenken, ohne miteinander in Konflikt zu kommen. Der erste Arm 24 ist mit einem oberen Endteil der Basiseinheit 23 verbunden, der hintere Teil 30 des zweiten Arms 25 ist am vorderen Teil 29 des ersten Arms 24 platziert und mit diesem verbunden, und der hintere Teil 32 des dritten Arms 26 ist auf dem vorderen Teil 31 des zweiten Arms 25 platziert und mit diesem verbunden. Die Handeinheiten 27 sind am vorderen Teil 33 des dritten Arms 26 platziert und mit diesem verbunden.
  • Bezug nehmend auf 4, welche ein im Gelenkroboter 20 enthaltenes elektrisches System in einem Blockdiagramm darstellt, beinhaltet das elektrische System des Gelenkroboters 20 eine Basisantriebseinheit 50, eine Armantriebseinheit 51, eine Anhebeeinheit 56, eine Waferhalteeinheit 57, eine Handantriebseinheit 100 und eine Steuereinrichtung 58. Die Basisantriebseinheit 50 und die Handantriebseinheit 100 sind jeweils mit Rotationsmotoren, die fähig sind, sich mit einem vorbestimmten Winkelschritt zu bewegen, beispielsweise mit einem Messgeber ausgerüstete Servomotoren versehen.
  • Die Basisantriebseinheit 50 treibt die Basiseinheit 23 für ein Schwenken um die erste Schwenkachse L1 relativ zur Basis 22 an; das heißt die Basisantriebseinheit 50 schwenkt den ersten Arm 24 um die erste Schwenkachse L1 relativ zur Basis 22. Vorzugsweise ist die Basisantriebseinheit 50 fähig, die Basiseinheit 23 in entgegengesetzten Umfangsrichtungen zu schwenken. Bei dieser Ausführungsform ist die Basisantriebseinheit 50 in einem Raum in der Basis 22 angeordnet.
  • Die Armantriebseinheit 51 treibt den zweiten Arm 25 für ein Schwenken um die zweite Schwenkachse 12 relativ zum ersten Arm 24 an. Vorzugsweise ist die Armantriebseinheit 51 fähig, den zweiten Arm 25 in entgegengesetzten Umfangsrichtungen zu schwenken. Bei dieser Ausführungsform ist die Armantriebseinheit 51 in einem Raum in Basis 22 angeordnet.
  • Die Handantriebseinheit 100 treibt die Handeinheiten 27 zum Schwenken um die vierte Schwenkachse 14 relativ zum dritten Arm 26 an. Vorzugsweise ist die Handantriebseinheit 100 fähig, die Hände 27 in entgegengesetzten Umfangsrichtungen zu schwenken. Bei dieser Ausführungsform ist die Handantriebseinheit 100 in einem Raum im dritten Arm 26 angeordnet. Die Handantriebseinheit 100 ist eine Endeffektor-Antriebseinrichtung zum Schwenken der Handeinheiten 27, das bedeutet den Endeffektoren. Der Gelenkroboter 20 ist mit einem Verriegelungsmechanismus 54 versehen, welcher den dritten Arm 26 schwenkt, wenn der zweite Arm 25 geschwenkt wird.
  • Wenn der zweite Arm 25 um die zweite Schwenkachse 12 um einen Winkel schwenkt, schwenkt der Verriegelungsmechanismus 54 den dritten Arm 26 um die dritte Schwenkachse 13 relativ zum zweiten Arm 25 um einen Winkel, der zu dem Winkel proportional ist, um den der zweite Arm 25 geschwenkt wird.
  • Bezug nehmend auf 3 ist die Basiseinheit 23 entlang der ersten Schwenkachse L1 relativ zur Basis 22 vertikal beweglich. Die Anhebeeinheit 56 des Gelenkroboters 20 treibt die Basiseinheit 23 für eine vertikale Bewegung entlang der ersten Schwenkachse L1 an. Die Arme 24, 25 und 26 und die Hände 27 können gleichzeitig in vertikaler Richtung bewegt werden, und zwar durch vertikales Bewegen der Basiseinheit 23.
  • Der Gelenkroboter 20 bewegt die Halteeinheiten 27 von unterhalb einer Wafer-Halteposition nach oben, um den Wafer 21 an den Handeinheiten 27 zu montieren. Der Gelenkroboter 20 bewegt die den Wafer 21 haltenden Halteeinheiten 27 nach unten, um den Wafer 21 in einer Befestigungsposition anzuordnen.
  • Die Anhebeeinheit 56 ist beispielsweise ein mit einem Servomotor versehener Kugelumlaufspindelmechanismus. Der Kugelumlaufspindelmechanismus beinhaltet eine vertikale Gewindestange, die für eine Rotation um ihre Achse gelagert ist, einen Servomotor zum drehenden Antreiben der Gewindestange, und ein Gewindeelement, das mit der Gewindestange verbunden ist und an der Basiseinheit 23 befestigt ist. Der Servomotor rotiert die Gewindestange, um die Basiseinheit 23 in vertikaler Richtung zu bewegen. Die Anhebeeinheit 56 kann abgesehen vom Kugelumlaufspindelmechanismus ein beliebiger geeigneter Mechanismus sein.
  • Die Waferhalteeinheit 57 betätigt die Handeinheiten 27, um den Wafer 21 mit den Handeinheiten 27 zu halten. Die Waferhalteeinheit 7 bewegt mindestens eines der Kontaktelemente einer jeden Handeinheit 27 in einer Rich tung parallel zu einem Radius des Wafers 21. Beispielsweise beinhaltet die Waferhalteeinheit 57 eine Pneumatikzylinder-Betätigungseinrichtung. Die Pneumatikzylinder-Betätigungseinrichtung ist mit einer Kolbenstange versehen, die ein freies Ende aufweist, das mit dem beweglichen Kontaktelement verbunden ist. Die Pneumatikzylinder-Betätigungseinrichtung wird durch von der Basis 22 zugeführte Druckluft angetrieben, um das bewegliche Kontaktelement in einer Richtung parallel zu einem Radius des Wafers 21 zu bewegen. Das bewegliche Kontaktelement übt auf den Wafer 21 in radialer Richtung Druck aus, um den Wafer 21 in Zusammenarbeit mit den anderen Kontaktelementen zu halten. Das bewegliche Kontaktelement wird in radialer Richtung nach außen bewegt, um den Wafer 21 freizugeben.
  • Die Steuereinrichtung 58 des Gelenkroboters 20 steuert die Basisantriebseinheit 50, die Armantriebseinheit 51, die Anhebeeinheit 56, die Handantriebseinheit 100 und die Waferhalteeinheit 57, um den Wafer 21 in einer vorbestimmten Wafer-Zuführposition zu halten und den Wafer 21 zu einer vorbestimmten Wafer-Abgabeposition zu transportieren. Die Steuereinrichtung 58 ist fähig, die Basisantriebseinheit 50, die Armantriebseinheit 51, die Handantriebseinheit 100 und die Anhebeeinheit 56 zu steuern, um die Handeinheiten 27 in eine Sollposition zu bewegen, die durch Zylinderkoordinaten in einem dreidimensionalen Raum definiert ist, und zwar definiert durch ein zylindrisches Koordinatensystem, dessen Achse mit der ersten Schwenkachse L1 fluchtet.
  • Die Steuereinrichtung 58 empfängt Signale, welche die Winkelpositionen repräsentieren und durch Messgeber geliefert werden, die in die Servomotoren eingebaut sind, welche in der Basisantriebseinheit 50, der Armantriebseinheit 51, der Handantriebseinheit 100 und der Anhebeeinheit 56 enthalten sind, und steuert die Basisantriebseinheit 50, die Armantriebseinheit 51, die Handantriebseinheit 100 und die Anhebeeinheit 56 in einem Regelungsmodus, um den Wafer 21 genau in einer Sollposition anzuordnen.
  • Die Steuereinrichtung 58 bewegt die Handeinheiten 27 zur Wafer-Zuführposition. Dann steuert die Steuereinrichtung 58 die Waferhalteeinheit 57 an, um den Wafer 21 mit den Handeinheiten 27 zu halten. Dann bewegt die Steuereinrichtung 58 die Handeinheiten 27, welche den Wafer 21 halten, in die Wafer-Abgabeposition und betreibt die Handeinheiten 27 so, dass diese den Wafer 21 freigeben. Der Gelenkroboter 20 befördert auf diese Weise den Wafer 21 aus der Wafer-Zuführposition in die Wafer-Abgabeposition.
  • Die Steuereinrichtung 58 ist beispielsweise ein Computer. Die Steuereinrichtung 58 ist mit einer Speichereinrichtung, welche ein Operationsprogramm speichert, das Schritte einer vorbestimmten Beförderungsoperation definiert, und einem Rechenwerk versehen, das das aus der Speichereinrichtung ausgelesene Operationsprogramm ausführt und die Basisantriebseinheit 50, die Armantriebseinheit 51, die Anhebeeinheit 56, die Handantriebseinheit 100 und die Waferhalteeinheit 57 auf Basis der durch die Messgeber gelieferten Information steuert. Das Operationsprogramm wird durch Bedienen einer Eingabevorrichtung in die Speichervorrichtung geschrieben.
  • Bezug nehmend auf 5, welche den Gelenkroboter 20 in einer schematischen Schnittansicht darstellt, weist der Gelenkroboter 20 einen ersten Servomotor 150 und einen in der Basis 22 installierten zweiten Servomotor 151 auf. Der Gelenkroboter 20 weist einen ersten Kraftübertragungsmechanismus 52, welcher die Kraft des ersten Servomotors 150 an die Basiseinheit 23 überträgt, und einen zweiten Kraftübertragungsmechanismus 53 auf, welcher die Kraft des zweiten Servomotors 151 an den zweiten Arm 25 überträgt.
  • Der erste Kraftübertragungsmechanismus 52 beinhaltet einen Getriebemechanismus, welcher die Kraft des ersten Servomotors 150 an die Basiseinheit 23 überträgt. Der erste Kraftübertragungsmechanismus 52 beinhaltet ein nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe. Der erste Servomotor 150 treibt das Eingangselement des Untersetzungsgetriebes drehend an. Das Untersetzungsgetriebe verstärkt ein Eingangsdrehmoment mit einem vorbestimmten Verstärkungsverhältnis, um ein großes Abtriebsdrehmoment zu liefern, und verringert eine Eingangsdrehzahl mit einem vorbestimmten Untersetzungsverhältnis auf eine niedrigere Abtriebsdrehzahl. Die Abtriebsleistung des Untersetzungsgetriebes wird über den Getriebemechanismus des ersten Kraftübertragungsmechanismus 52 auf die Basiseinheit 23 übertragen, um die Basiseinheit 23 gemeinsam mit dem ersten Arm 24 um die erste Schwenkachse L1 anzutreiben.
  • Der zweite Kraftübertragungsmechanismus 52 beinhaltet einen Getriebemechanismus, um die Kraft des zweiten Servomotors 151 auf den zweiten Arm 25 zu übertragen. Der zweite Kraftübertragungsmechanismus 53 beinhaltet ein nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe. Der zweite Servomotor 151 treibt das Antriebselement des Untersetzungsgetriebes drehend an. Das Untersetzungsgetriebe verstärkt ein Eingangsdrehmoment mit einem vorbestimmten Verstärkungsverhältnis, um ein großes Abtriebsdrehmoment zu liefern, und verringert eine Eingangsdrehzahl auf eine verringerte Abtriebsdrehzahl. Die Abtriebsleistung des Untersetzungsgetriebes wird über einen Getriebemechanismus des zweiten Kraftübertragungsmechanismus 53 auf den zweiten Arm 25 übertragen, um den zweiten Arm 25 um die zweite Schwenkachse 12 zu drehen.
  • Der zweite Kraftübertragungsmechanismus 53, welcher die Kraft des zweiten Servomotors 151 überträgt, beinhaltet eine hohle erste Antriebsachse 60 mit einem axialen Loch, eine hohle erste getriebene Welle 61, die ein axiales Loch aufweist, und einen ersten Antriebsstrang, der ein erstes Zahnrad 62, ein zweites Zahnrad 63 und ein drittes Zahnrad 64 aufweist, die in Verzahnungseingriff sind. Die erste Antriebswelle 60 erstreckt sich im Inneren der Basiseinheit 23 koaxial zur ersten Schwenkachse L1, so dass sie sich um die erste Schwenkachse L1 relativ zur Basiseinheit 23 dreht. Ein Innenraum in der Basis 22 steht mit einem Innenraum des ersten Arms 24 mittels des axialen Loches der ersten Antriebswelle 60 in Verbindung. Ein unterer Endteil der ersten Antriebswelle 60 ist im Inneren der Basis 22 platziert, und deren oberer Endteil ist im ersten Arm 24 platziert. Ein Zahnrad 70 ist am oberen Endteil der ersten Antriebswelle 60 montiert. Das Eingangsende der ersten Antriebswelle 60 ist mit der Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes in Verzahnungseingriff. Das Zahnrad 70 ist in Eingriff mit dem ersten Zahnrad 62. Das Zahnrad 70 ist an der ersten Antriebswelle 60 lösbar montiert.
  • Die im Verzahnungseingriff befindlichen Zahnräder 62, 63 und 64 des ersten Getriebestrangs sind im Innenraum des ersten Arms 24 angeordnet und sind im ersten Arm 24 gelagert. Die Zahnräder 62, 63 und 64 sind in dieser Reihenfolge von dem einen Ende aufseiten der Basiseinheit 23 des ersten Arms 24 zum anderen Ende aufseiten des zweiten Arms 25 des ersten Arms 24 angeordnet. Kraft wird vom ersten Zahnrad 62 über das zweite Zahnrad 63 zum dritten Zahnrad 64 übertragen.
  • Die erste getriebene Welle 61 ist koaxial zur zweiten Schwenkachse 12 im Innenraum des ersten Arms 24 angeordnet. Die erste getriebene Welle 61 rotiert um die zweite Schwenkachse 12 relativ zum ersten Arm 24. An einem unteren Endteil der ersten getriebenen Welle 61 ist das dritte Zahnrad 64 montiert, und deren oberer Endteil ist mit dem zweiten Arm 25 fest verbunden. Die erste getriebene Welle 61 ist an dem zweiten Arm 25 lösbar gelagert.
  • Die Kraft des zweiten Servomotors 151 wird über das Untersetzungszahnrad zur ersten Antriebswelle 60 übertragen. Die erste Antriebswelle 60 rotiert um die erste Schwenkachse L1 relativ zur Basiseinheit 23, um Kraft zum ersten Zahnrad 62 zu übertragen. Die Drehkraft der ersten Antriebswelle 60 wird über den ersten Getriebestrang, der die am ersten Arm 24 gelagerten Zahnräder 62, 63 und 64 beinhaltet, zur ersten getriebenen Welle 61 übertragen. Die erste getriebene Welle 61 wird um die zweite Schwenkachse 12 rotiert, um den zweiten Arm 25 um die zweite Schwenkachse 12 relativ zum ersten Arm 24 zu schwenken. Das Untersetzungsgetriebe, welches die Kraft des zweiten Servomotors 151 zum zweiten Arm 25 überträgt, kann weggelassen werden.
  • Der Verriegelungsmechanismus 54 beinhaltet einen Getriebemechanismus, welcher Kraft auf den dritten Arm 26 überträgt, um den dritten Arm 26 zu schwenken, wenn der zweite arm 25 geschwenkt wird. Der Verriegelungsmechanismus 54 beinhaltet eine zweite Antriebswelle 65, einen zweiten Antriebsstrang, der ein erstes Zahnrad 66 und ein zweites Zahnrad 67 beinhaltet, und eine zweite getriebene Welle 69.
  • Der Innenraum des ersten Arms 24 steht mit dem Innenraum des zweiten Arms 25 mittels des axialen Loches der ersten getriebenen Welle 61 in Verbindung. Die zweite getriebene Welle 65 erstreckt sich im axialen Loch der ersten getriebenen Welle 61 koaxial zur zweiten Schwenkachse 12. Ein unterer Endteil der zweiten Antriebswelle 65 ist am ersten Arm 24 befestigt, und deren oberer Endteil erstreckt sich in den Innenraum des zweiten Arms 25 und ist mit einem Zahnrad 68 verbunden. Das Zahnrad 68 ist an der zweiten Antriebswelle 65 lösbar befestigt.
  • Die in Verzahnungseingriff befindlichen Zahnräder 66 und 67 des zweiten Getriebestrangs sind im zweiten Arm 25 angeordnet und sind für eine Rotation am zweiten Arm 25 gelagert, um Kraft zu übertragen. Das Zahnrad 66 befindet sich aufseiten des Basisteils des zweiten Arms 25 und das Zahnrad 67 befindet sich aufseiten des vorderen Teils des zweiten Arms 25.
  • Die zweite getriebene Welle 69 erstreckt sich koaxial zur dritten Schwenkachse 13 in den Innenraum des zweiten Arms 25. Die zweite getriebene Welle 69 wird um die dritte Schwenkachse 13 relativ zum zweiten Arm 25 rotiert. Ein unterer Endteil der zweiten getriebenen Wellen 69 ist mit dem zweiten Zahnrad 67 verbunden und deren oberer Endteil ist mit dem dritten Arm 26 fest verbunden. Der Innenraum des zweiten Arms 25 steht mit dem des dritten Arms 26 mittels des axialen Loches der zweiten getriebenen Welle 69 in Verbindung.
  • Wenn der zweite Arm 25 relativ zum ersten Arm 24 geschwenkt wird, wird die Rotationskraft der zweiten Antriebsachse 65 über das erste Zahnrad 66 und das zweite Zahnrad 67 zur zweiten getriebenen Welle 69 übertragen. Dann wird die getriebene Welle 69 um die dritte Schwenkachse 13 geschwenkt, um den dritten Arm 26 um die dritte Schwenkachse 13 relativ zum zweiten Arm 25 zu schwenken.
  • Ein dritter Servomotor 110 und ein dritter Getriebestrang, der die Zahnräder 71 und 74 beinhaltet, sind im Innenraum des dritten Arms 26 angeordnet. Das Zahnrad 71 ist an der Abtriebswelle des dritten Servomotors 110 fest angebracht, und das Zahnrad 74 ist mit dem Zahnrad 71 in Verzahnungseingriff und ist an einem unteren Endteil einer dritten getriebenen Welle 201 fest montiert.
  • Die dritte getriebene Welle 201 erstreckt sich koaxial zur vierten Schwenkachse 14 im Innenraum des dritten Arms 26. Der Innenraum des dritten Arms 26 steht mit Innenräumen der Handeinheiten 27 mittels des axialen Loches der dritten getriebenen Welle 201 in Verbindung. Die dritte getriebene Welle 201 schwenkt um die vierte Schwenkachse 14 relativ zum dritten Arm 26. Ein unterer Endteil der dritten getriebenen Welle 201 ist am Zahnrad 74 befestigt, das mit dem Zahnrad 71 in Verzahnungseingriff ist, das an der Abtriebswelle des dritten Servomotors 110 fest angebracht ist, und deren oberer Endteil ist mit den Handeinheiten 27 fest verbunden. Der Innenraum des dritten Arms 26 steht mit den Innenräumen der Handeinheiten 27 mittels des axialen Lochs der dritten getriebenen Welle 201 in Verbindung.
  • Wenn die Abtriebswelle des dritten Servomotors 110 gedreht wird, wird die Drehkraft der Abtriebswelle über die Zahnräder 71 und 74 zu den Handein heiten 27 übertragen, um die Handeinheiten 27 um die vierte Schwenkachse L4 relativ zum dritten Arm 26 zu schwenken.
  • Wenn der zweite Servomotor 151 gestoppt ist und der erste Servomotor 150 betrieben wird, schwenkt die Basiseinheit 23, und der zweite Arm 25 schwenkt gemeinsam mit dem ersten Arm 24 in der gleichen Richtung wie die Basiseinheit 23. Daher kann der zweite Arm 25 um die erste Schwenkachse L1 geschwenkt werden, wobei deren Winkelposition dadurch unverändert bleibt, dass der zweite Servomotor 151 so betrieben wird, dass der zweite Arm 25 geschwenkt wird, derart, dass eine Winkelverschiebung des zweiten Arms 25, die durch ein Schwenken des ersten Arms 24 bedingt ist, aufgehoben wird. Somit bildet der erste Servomotor 150 die Basisantriebseinheit 50, und der erste Servomotor 150 und der zweite Servomotor 151 bilden die Armantriebseinheit 51. Der dritte Servomotor 110 bildet die Handantriebseinheit 100. Der Verriegelungsmechanismus 54 verriegelt den zweiten Arm 25 und den dritten Arm 26, so dass diese gleichzeitig betrieben werden, ohne dass irgendein zusätzlicher Servomotor zum Antreiben des dritten Arms 26 erforderlich ist.
  • Im Verriegelungsmechanismus 54 ist das Übersetzungsverhältnis des Getriebestrangs, der das an der zweiten Antriebswelle 65 montierte Zahnrad 68, die am zweiten Arm 25 angeordneten Zahnräder 66 und 67 und das an der zweiten getriebenen Welle 69 montierte Zahnrad beinhaltet, derart festgelegt, dass der dritte Arm 26 um die dritte Schwenkachse 13 in einer der entgegengesetzten Umfangsrichtungen relativ zum zweiten Arm 25 um einen Winkel schwenkt, der doppelt so groß ist wie ein Winkel, um den der zweite Arm 25 in der anderen Umfangsrichtung um die zweite Schwenkachse 12 relativ zum ersten Arm 24 schwenkt. Es sei angenommen, dass der zweite Arm 25 um die zweite Schwenkachse 12 in einer von entgegengesetzten Umfangsrichtungen relativ zum ersten Arm 24 um einen Winkel θ1 schwenkt, und der dritte Arm 26 um die dritte Schwenkachse 13 relativ zum zweiten Arm 25 in der anderen Umfangsrichtung um einen Winkel θ2 schwenkt.
  • Dann ist das Übersetzungsverhältnis des Getriebestrangs des Verriegelungsmechanismus 54 derart angepasst, dass θ2 = 2 × θ1. Falls die Handeinheiten 27 um die vierte Schwenkachse 14 in der gleichen Richtung wie der erste Arm um einen Winkel θ3 = θ1 geschwenkt werden, kann die Winkelposition der Handeinheiten 27 bezüglich dem ersten Arm unverändert beibehalten werden.
  • Somit kann der vordere Teil 33 des dritten Arms 26 geradlinig entlang der Referenzlinie 19 relativ zur Basiseinheit 23 durch Schwenken des zweiten Arms 25 bewegt werden. Der vordere Teil 33 des dritten Arms 26 wird um die erste Schwenkachse L1 durch Schwenken der Basiseinheit 23 um die erste Schwenkachse L1 geschwenkt. Somit dient der Gelenkroboter als horizontaler Gelenkroboter, der fähig ist, die Handeinheiten 27 in einer horizontalen Ebene senkrecht zur ersten Schwenkachse L1 in einem durch ein zylindrisches Koordinatensystem definierten Raum zu bewegen. Die Winkelposition der Handeinheiten 27 kann durch Schwenken der Handeinheiten 27 um die vierte Schwenkachse 14 relativ zum dritten Arm 26 durch die Handantriebseinheit 100 verändert werden. Die Handeinheiten 27 können in vertikaler Richtung durch die Anhebeeinheit 56 bewegt werden. Somit können die Handeinheiten 27 optional in einem dreidimensionalen Raum in eine gewünschte Position bewegt werden. Wie aus 5 klar hervorgeht, können der erste Arm 24, der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 um die erste Schwenkachse L1 geschwenkt werden, ohne die Winkelpositionen des zweiten Arms 25 und des dritten Arms 26 bezüglich des ersten Arms 24 zu verändern, und zwar dadurch, dass sowohl der erste Servomotor 151 als auch der zweite Servomotor 150 betrieben werden.
  • Der Gelenkroboter, der zum Verändern der Winkelposition der Handeinheiten 27 und zum Bewegen der Handeinheiten 27 entlang der Referenzlinie 19 fähig ist, ist zur Verwendung als ein mit einem Endeffektor versehener Gelenkroboter geeignet, wie beispielsweise ein Förderroboter oder ein Lackierroboter.
  • 6 ist eine Draufsicht zur Unterstützung bei der Erläuterung einer Funktionsweise des Gelenkroboters 20. 6 zeigt Schritte einer Operation zum Bewegen der Handeinheiten 27 aus einer Position im größten Abstand zur Basis 22 in eine Position im kürzesten Abstand von der Basis 22 durch Schwenken des zweiten Arms 25 um die zweite Schwenkachse 12 in einer der entgegengesetzten Umfangsrichtungen in einem Zustand, bei dem sich die Arme 24, 25 und 26 in einer Linie entlang der Referenzlinie 19 erstrecken.
  • In 6(1) erstrecken sich die Arme 24, 25 und 26 und die Handeinheiten 27 fluchtend mit der Referenzlinie 19, und die Handeinheiten 27 befinden sich im weitesten Abstand zur ersten Schwenkachse L1. In diesem Zustand schneidet die Referenzlinie 19 die Schwenkachsen L1, L2, L3 und L4 senkrecht.
  • Bei diesem Zustand schwenkt die Armantriebseinheit 51 den zweiten Arm 25 um die zweite Schwenkachse 12 relativ zum ersten Arm 24 in einer der entgegengesetzten Umfangsrichtungen. Dann schwenkt der Verriegelungsmechanismus 54 den dritten Arm 26 in der anderen Umfangsrichtung um die dritte Schwenkachse 13 relativ zum zweiten Arm 25 um einen Winkel, der doppelt so groß wie ein Winkel ist, um den der zweite Arm 25 geschwenkt wird. Die Handantriebseinheit 100 schwenkt die Handeinheiten 27 um die vierte Schwenkachse 14 in der gleichen Richtung wie der zweite Arm 25, so dass die Winkelposition der Handeinheiten 27 bezüglich des ersten Arms 24 unverändert beibehalten werden kann.
  • Somit kann der zweite Arm 25, der dritte Arm 26 und die Handeinheiten 27 geschwenkt werden, wie in 6(1) bis 6(4) dargestellt, derart, dass die Winkelposition der Handeinheiten 27 bezüglich dem ersten Arm unverändert bleibt und die Handeinheiten 27 geradlinig in der ersten Richtung X parallel zur Referenzlinie 19 bewegt werden. Eine zweite Richtung Y ist senkrecht zur ersten Richtung und der ersten Schwenkachse L1.
  • Wie in 6 dargestellt, ist ein Arbeitsraum, in dem der Gelenkroboter 20 betrieben wird, in eine erste Arbeitszone 80 und eine zweite Arbeitszone 81 unterteilt, und zwar durch eine gedachte Ebene, welche die Referenzlinie 19 und die erste Schwenkachse L1 beinhaltet. Bei der in 6 dargestellten Operation bewegen sich der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 immer lediglich in der ersten Arbeitszone 80, und die Handeinheiten 27 werden entlang der Referenzlinie 19 bewegt. Bei dieser Operation bewegen sich der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 niemals in der zweiten Arbeitszone 81. Sogar wenn Hindernisse in der zweiten Arbeitszone 81 liegen, wird die Bewegung des zweiten Arms 25 und des dritten Arms 26 durch in der zweiten Arbeitszone 81 liegende Hindernisse nicht behindert, da der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 sich lediglich in der ersten Arbeitszone 80 bewegen. Somit braucht sich die Arbeitszone des Gelenkroboters 20 nicht in der zweiten Richtung Y2 erstrecken. Ein Betriebsmodus, bei dem sich der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 in der ersten Arbeitszone 80 bewegen, wird als rechtsständiges System bezeichnet.
  • 7 ist eine Draufsicht zur Unterstützung bei der Erläuterung eines weiteren Betriebsmodus des Gelenkroboters 20. 7 zeigt Schritte einer Operation, um die Handeinheiten 27 aus einer Position bei der weitesten Entfernung von der Basis 22 in eine Position bei der kürzesten Entfernung von der Basis 22 zu bewegen, und zwar durch Schwenken des zweiten Arms 25 um die zweite Schwenkachse 12 in der anderen Umfangsrichtung, in einem Zustand, bei dem die Arme 24, 25 und 26 sich in einer Linie entlang der Referenzlinie 19 erstrecken. Bei einem in 7(1) dargestellten Zustand werden der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 in die zweite Arbeitszone 81 entgegengesetzt zur ersten Arbeitszone 80 bezüglich der Referenzlinie 19. Ein Betriebsmodus, bei dem der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 sich in der zweiten Arbeitszone 81 bewegen, wird als linksständiges System bezeichnet.
  • Wie aus 6 und 7 klar hervorgeht, können die Arme 24 bis 26 lediglich entweder in der ersten Arbeitszone 80 oder der zweiten Arbeitszone 81 betrieben werden, und zwar durch wahlweises Bestimmen einer Richtung, in der der zweite Arm 25 geschwenkt wird.
  • 8 ist eine Draufsicht des Gelenkroboters 20 in einem Zustand, bei dem die Arme 24, 25 und 26 und die Handeinheiten 27 so eingeklappt sind, dass der Radius eines Kreisbogens minimiert wird, in dem der Gelenkroboter 20 schwenkt. Bei einem Zustand, bei dem der Radius eines Kreisbogens, in dem der Gelenkroboter 20 um die erste Schwenkachse L1 schwenkt, ein Minimum ist, fluchten die Arme 24, 25 und 26 und die Handeinheiten 27 mit der Referenzlinie 19, der erste Arm 24 erstreckt sich in einer Richtung C1, d. h. einer Richtung vom Basisteil 28 weg zum vorderen Teil 29 hin, und der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 erstrecken sich in einer Richtung C2, d. h. einer Richtung vom Basisteil 30 zum vorderen Teil 31 des zweiten Arms 25 oder einer Richtung vom Basisteil 36 zum vorderen Teil 37 des dritten Arms 26, entgegengesetzt zur Richtung C1. In diesem Zustand werden die Arme 24, 25 und 26 derart geschwenkt, dass die Schwenkachsen L1 bis 14 entlang der Referenzlinie 19 angeordnet sind, die dritte Schwenkachse 13 und die erste Schwenkachse L1 im Wesentlichen miteinander zusammenfallen, und die zweite Schwenkachse 12 und die vierte Schwenkachse 14 symmetrisch bezüglich der ersten Schwenkachse L1 sind. Die jeweiligen Längen der Arme 24, 25 und 26 und der Handeinheiten 27 sind derart bestimmt, dass in einer gedachten Ebene senkrecht zur ersten Schwenkachse L1 eine kreisförmige Schwenkzone 83, in welcher die den Wafer 21 haltenden Handeinheiten 27 schwenken, in einer kreisförmigen Schwenkzone 82 enthalten ist, deren Mittelpunkt auf der ersten Schwenkachse L1 liegt und deren Radius dem Abstand E zwischen der ersten Schwenkachse L1 und der zweiten Schwenkachse 12 entspricht.
  • Wenn die Arme 24, 25 und 26 und die Handeinheiten 27 geschwenkt werden und in einen in 8 dargestellten Zustand eingestellt werden, schwenkt der Gelenkroboter 20 um die erste Schwenkachse L1 im Schwenkgebiet 82.
  • 9 ist eine Draufsicht zur Unterstützung bei der Erläuterung eines dritten Betriebsmodus des Gelenkroboters 20. 9 zeigt eine Beförderungsoperation, um den Wafer 21 aus einer Wafer-Zuführposition 84 in eine Wafer-Abgabeposition 85 zu befördern. Die Wafer-Zuführposition 84 und die Wafer-Abgabeposition 85 sind voneinander um ein Winkelintervall von 90° entfernt.
  • Die Steuereinrichtung 58 steuert die Basisantriebseinheit 50, um die Basiseinheit 23 so zu schwenken, dass der erste Arm 24 zur Wafer-Zuführposition 84 gerichtet wird. Die Armantriebseinheit 51 treibt den zweiten Arm 25 und den dritten Arm 26 in der ersten Arbeitszone 80 im rechtsständigen System so an, dass die Handeinheiten 27 in die Wafer-Zuführposition 84 bewegt werden. Bei Ankommen der Handeinheiten 27 in der Wafer-Zuführposition 84, wie in 9(1) dargestellt, betreibt die Waferhalteeinheit 57 die Handeinheiten 27, um den Wafer 21 zu halten. Nachdem der Wafer 21 durch die Handeinheiten 27 gehalten wurde, steuert die Steuereinrichtung 58 die Armantriebseinheit 51, um die Handeinheiten 27 geradlinig zur Basis 22 zu bewegen. Wie in 9(1) bis 9(3) dargestellt, arbeitet der Gelenkroboter 20 im rechtsständigen System so, dass die Arme 24 bis 26 in die erste Arbeitszone 80 bewegt werden. Daher bewegen sich der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 niemals in die zweite Arbeitszone 81 auf der linken Seite der Referenzlinie 19, während sich die den Wafer 21 haltenden Handeinheiten 27 zur Basis 22 hin bewegen.
  • Dann schwenkt, wie in 9(4) dargestellt, die Steuereinrichtung 58 den zweiten Arm 25 und den dritten Arm 26 so, dass der Radius des Schwenkkreises auf ein Minimum verringert wird, und dann schwenkt die Basisantriebseinheit 50 die Basiseinheit 23 so, dass der erste Arm 24 zur Wafer- Abgabeposition 85 gerichtet wird, wie in 9(5) dargestellt. Dann steuert die Steuereinrichtung 58 die Armantriebseinheit 51 so, dass die Handeinheiten 27 geradlinig zur Wafer-Abgabeposition 85 vorwärtsbewegt werden. Wie in 9(6) bis 9(8) dargestellt, treibt die Armantriebseinheit 51 den zweiten Arm 25 und den dritten Arm 26 in der zweiten Arbeitszone 81 im linksständigen System so an, dass die Handeinheiten 27 in die Wafer-Abgabeposition 8 bewegt werden. Daher bewegen sich der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 niemals in die erste Arbeitszone 80 auf der rechten Seite der Referenzlinie 19, wie in 9(6) bis 9(8) dargestellt, während die den Wafer 21 haltenden Handeinheiten 27 sich zur Wafer-Abgabeposition 85 hin bewegen.
  • Somit bewegen sich der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 des Gelenkroboters 20 niemals in einen Raum 90 auf der linken Seite der Basis 22, der durch ein schraffiertes Gebiet in 9 dargestellt ist, und in einen Raum 91 unter der Basis 22. Somit ist der Gelenkroboter 20 fähig, in einem engen Arbeitsraum betrieben zu werden.
  • Wie in 9(4) und 9(5) dargestellt, ist der Radius des Schwenkkreises ein Minimum, wenn die Arme 24, 25 und 26 und die Handeinheiten 27 mit der Referenzlinie 19 fluchten und die Handeinheiten 27 in der kürzesten Distanz von der Basis 22 sind. Daher kann der Gelenkroboter 20 ohne Weiteres vom rechtsständigen System auf das linksständige System umgestellt werden. Der in 17 dargestellte Gelenkroboter des Standes der Technik kann aus dem rechtsständigen System in das linksständige System, und umgekehrt, umgestellt werden, erst nachdem das Gelenkstück 13 des dritten Arms 5 und die Handeinheit 6 von der Basis 7 weg in der ersten Richtung bewegt wurde, wie in 7(2) dargestellt, so dass die Arme 3, 4 und 5 mit der Referenzlinie 9 fluchten, was eine zusätzliche Operation erfordert. Beim Umstellen des Gelenkroboters aus dem rechtsständigen System in das linksständige System, oder aus dem linksständigen System in das rechtsständige System, wird ein Raum benötigt, der eine Länge D in der ersten Richtung X aufweist, wie in 17(2) dargestellt,; das heißt eine zusätzliche Operati onszone wird auf der entgegengesetzten Seite einer Sollposition bezüglich der Basis benötigt. Sogar wenn der Gelenkroboter aus dem rechtsständigen System in das linksständige System umgestellt wird, liegen der zweite und der dritte Arm sowohl in der ersten als auch der zweiten Arbeitszone. Somit benötigt der Gelenkroboter des Standes der Technik einen großen Arbeitsraum, der größer als der ist, der vom Gelenkroboter 20 der Erfindung benötigt wird. Der Gelenkroboter 20 der Erfindung kann in einem Arbeitsraum betrieben werden, der kleiner als der ist, welcher zum Betreiben des Gelenkroboters 1 des Standes der Technik benötigt wird, und kann in kurzer Zeit in einer engen Arbeitszone aus dem rechtsständigen System in das linksständige System umgestellt werden.
  • Da der Gelenkroboter 20 der Erfindung die drei Arme 24, 25 und 26 aufweist, sind die jeweiligen Längen der Arme 24, 25 und 26 kürzer als die der zwei Arme eines Gelenkroboters, welcher den Wafer 21 über die gleiche Distanz befördert, und daher kann der Gelenkroboter 20 in einer engen Arbeitszone arbeiten. Der Gelenkroboter 20 kann den Wafer 21 um eine längere Distanz befördern als diejenige, um welche der mit den zwei Armen versehene Gelenkroboter den Wafer 21 befördern kann, falls die jeweiligen Längen der drei Arme des Gelenkroboters 20 gleich groß wie die der zwei Arme des mit den zwei Armen versehenen Gelenkroboters sind. Der Gelenkroboter 20 hat einen geringen Flächenbedarf und erzeugt kaum Staub, verglichen mit einem Gelenkroboter mit einer Basis 22, der sich entlang von Führungsschienen bewegt. Daher ist der Gelenkroboter 20 der Erfindung zum Befördern eines Halbleiterwafers 21 geeignet.
  • Da der zweite Arm 25 und der dritte Arm 26 des Gelenkroboters 20 der Erfindung verriegelt sind, wird keine spezielle Antriebseinrichtung zum Antreiben des dritten Arms 26 benötigt. Demzufolge kann der Gelenkroboter 20 mit geringen Herstellungskosten hergestellt werden. Da die Antriebseinheiten in die Basis 22 eingebaut sind, ist es nicht erforderlich, dass die Armantriebseinheiten 21 in einen der Arme 24, 25 und 26 eingebaut sind, und da her können die Arme 24, 25 und 26 mit kompakten und geringes Gewicht aufweisenden Strukturen ausgebildet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird die Kraft der Armantriebseinheit 51 durch die Getriebestränge auf den zweiten Arm 24, den dritten Arm 26 und die Handeinheiten 27 übertragen. Der die Getriebestränge beinhaltende Kraftübertragungsmechanismus ist, verglichen mit einem riemengetriebenen Kraftübertragungsmechanismus, effektiv zur Verbesserung der Steifigkeit der Arme 24, 25 und 26. Wenn die Arme 24, 25 und 26, die durch einen riemengetriebenen Kraftübertragungsmechanismus angetrieben werden, rasch bewegt oder plötzlich gestoppt werden, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Riemen des riemengetriebenen Kraftübertragungsmechanismus gedehnt werden und die Schwenkarme 24, 25 und 26 wackeln. Demzufolge können die Handeinheiten nicht in genauer Weise positioniert werden. Bei einigen Fällen kann der Wafer 21 nicht in korrekter Weise gehalten werden. Die Zahnräder der Getriebestränge des Kraftübertragungsmechanismus des Gelenkroboters 20 der Erfindung sind mit dem geringstmöglichen Spiel zwischen ihren Zähnen in Verzahnungseingriff, und daher ist die Amplitude des Wackelns der Arme gering, verglichen mit der des Wackelns der Arme, die durch den riemengetriebenen Kaftübertragungsmechanismus betrieben werden. Der nachteilige Effekt des Wackelns der Arme ist beträchtlich, wenn der Gelenkroboter mit drei Armen versehen ist. Der Kraftübertragungsmechanismus, welcher die Getriebestränge beinhaltet, verringert einen derartigen nachteiligen Effekt des Wackelns der Arme.
  • Ein Rohrleitungsstrang zum Zuführen von Druckluft zu den Pneumatikzylinder-Betätigungseinrichtungen der Handeinheiten 27 erstreckt sich durch den Gelenkroboter 20 hindurch. Der Rohrleitungsstrang erstreckt sich von der Basis 22 durch die erste Antriebswelle 60, den ersten Arm 24, die erste getriebene Welle 61, den zweiten Arm 25, die zweite getriebene Welle 69, den dritten Arm 26 und die dritte getriebene Welle 201 zu den Pneumatikzylinder-Betätigungseinrichtungen. Das Anordnen des Rohrstrangs in den Armen 24, 25 und 26 verringert weiter die Möglichkeit einer Erzeugung von Staub. In dem auf diese Weise aufgebauten Gelenkroboter 20 ist die Toleranz für die Bewegung des Rohrleitungsstrangs, der zum Schwenken des zweiten Arms 25 benötigt wird, gering im Vergleich zum Gelenkroboter des Standes der Technik.
  • Wie in 8 dargestellt, sind die jeweiligen effektiven Längen der Arme 24, 25 und 26 und der Handeinheiten 27 wahlweise derart bestimmt, dass der Radius E des Schwenkkreises, dessen Mittelpunkt bei der ersten Schwenkachse L1 liegt und in dem jeder der Arme 24, 25 und 26 schwenkt, in einem Zustand minimal ist, bei dem die Arme 24, 25 und 26 mit der Referenzlinie 19 fluchten, derart, dass die Richtung C1 vom Basisteil 28 zum vorderen Teil 29 des ersten Arms 24 entgegengesetzt zur Richtung C2 vom Basisteil 30 zum vorderen Teil 31 des zweiten Arms 25 und vom Basisteil 32 zum vorderen Teil 33 des dritten Arms 26 ist. Daher benötigt, sogar falls der Gelenkroboter 20 aus dem rechtsständigen System in das linksständige System umgestellt wird, wobei dabei die Handeinheiten 27 wie in 9 dargestellt bewegt werden, ist beim Gelenkroboter 20 keine so große Arbeitszone wie beim Gelenkroboter des Standes der Technik erforderlich. Demzufolge wird keine zusätzliche Arbeitszone zum Ändern der Arbeitszone des zweiten Arms 25 und des dritten Arms 26 benötigt, somit ist die Arbeitszone des Gelenkroboters 20 schmaler als die, die vom Gelenkroboter des Standes der Technik benötigt wird. Der Gelenkroboter 20 der Erfindung benötigt keinen Operationsschritt entsprechend dem Operationsschritt des Gelenkroboters des Standes der Technik, der in Verbindung mit 17(2) erläutert wurde. Daher ist der Gelenkroboter 20 fähig, den Wafer 21 schnell in die gewünschte Position zu befördern.
  • Wie aus der vorhergehenden Beschreibung klar hervorgeht, arbeiten die Arme 24, 25 und 26 des Gelenkroboters 20, welche die Erfindung verkörpern, in schmalen Bearbeitungszonen, und somit kann ein Raum zum Installieren von Vorrichtungen abgesehen vom Gelenkroboter 20 vergrößert wer den, wenn der Gelenkroboter 20 in einem vorbestimmten Raum im Gehäuse zusammen mit diesen Vorrichtungen installiert wird. Der vorbestimmte Raum im Gehäuse kann klein sein, und somit kann das Innere des Gehäuses in effizienter Weise gereinigt werden.
  • 10 und 11 sind eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht des Gelenkroboter 20 bei einem weiteren Verwendungsmodus. Wie in 10 und 11 dargestellt, kann der erste Arm 24 von der Basiseinheit 23 und dem zweiten Arm getrennt werden, und der zweite Arm 25 kann mit der Basiseinheit 23 verbunden werden. Somit kann der Gelenkroboter 20 in einen Gelenkroboter umgewandelt werden, der mit dem zweiten Arm 25 und dem dritten Arm 26 versehen ist, und zwar durch Entfernen des ersten Arms 24. Der zweite Arm 25 ist mit der Basiseinheit 23 lösbar verbunden. Konkreter gesagt ist der Basisteil 30 des zweiten Arms 25 mit der Basiseinheit 23 verbunden. Der mit der Basiseinheit 23 verbundene zweite Arm kann um die erste Schwenkachse L1 relativ zur Basis 22 schwenken. Der dritte Arm 26 ist mit dem zweiten Arm 25 verbunden, und die Handeinheiten 27 sind mit dem dritten Arm 26 in gleicher Weise wie zuvor erwähnt verbunden. Die Basisantriebseinheit 50 schwenkt die Basiseinheit 30 gemeinsam mit dem zweiten Arm 25 um die erste Schwenkachse L1 relativ zur Basis 22. Die Armantriebseinheit 51 treibt den zweiten Arm 25 an, damit ein Schwenken um die erste Schwenkachse L1 relativ zur Basiseinheit 23 erfolgt.
  • 12 ist eine schematische Schnittansicht zur Unterstützung bei der Erläuterung eines Kraftübertragungsmechanismus für den Gelenkroboter 20 bei einem weiteren Verwendungsmodus. Der in 12 dargestellte Gelenkroboter 20 unterscheidet sich von dem in 5 dargestellten Gelenkroboter 20 in der Verbindung des zweiten Arms 25 und der Basiseinheit 23. Der Basisteil des zweiten Arms 25 ist fest mit der Basiseinheit 23 verbunden. Der Innenraum der Basis 22 steht mit dem Innenraum des zweiten Arms 25 mittels des axialen Loches der ersten Antriebswelle 60 in Verbindung. Das Zahnrad 68 ist am oberen Ende der ersten Antriebswelle 60 im zweiten Arm 25 ange bracht. Der zweite Arm 25 ist mit der Basiseinheit 23 verbunden, wobei dessen zweite Schwenkachse 12 mit der ersten Schwenkachse L1 fluchtet. Die erste Antriebswelle 60 schwenkt um die zweite Schwenkachse 12.
  • Wenn der zweite Servomotor 151 die erste Antriebswelle 60 um die erste Schwenkachse L1 schwenkt, wird ein Drehkraft von der ersten Antriebswelle 60 über die Zahnräder 68, 66 und 67, die im zweiten Arm 25 angeordnet sind, zur zweiten getriebenen Welle 69 übertragen. Wenn die zweite getriebene Welle 69 gedreht wird, schwenkt der dritte Arm 26 um die dritte Schwenkachse 13 relativ zum zweiten Arm 25.
  • Somit wird der dritte Arm 26 um einen Winkel geschwenkt, der doppelt so groß wie ein Winkel ist, um den der zweite Arm 25 in einer Richtung geschwenkt wird, die zu einer Richtung entgegengesetzt ist, in welcher der zweite Arm 85 geschwenkt wird. Somit kann der mit den drei Armen 24, 25 und 26 versehene Gelenkroboter 20 ohne Weiteres in den Gelenkroboter 20 umgewandelt werden, der mit den zwei Armen 25 und 26 versehen ist, und zwar einfach durch Entfernen des ersten Arms 24, ohne dass die in den Armen 25 und 26 angeordneten Zahnräder verändert werden, was die praktische Verwendbarkeit des Gelenkroboters 20 verbessert.
  • Beispielsweise kann ein mit drei Armen versehener Gelenkroboter und ein mit zwei Armen versehener Gelenkroboter aus gemeinsamen Bestandteilen aufgebaut sein, und somit können die Herstellungskosten dieser Gelenkroboter verringert werden. Da die Anzahl der Arme des Gelenkroboters 20 nach dem Installieren des Gelenkroboters 20 verändert werden können, ist es nicht erforderlich, dass der Gelenkroboter 20 durch einen anderen Gelenkroboter ersetzt wird.
  • 13 und 14 zeigen den Gelenkroboter 20 in einem vierten Betriebsmodus. Der Gelenkroboter 20 ist in einem staubfreien Reinraum 101 in einem Gehäuse 105 installiert. Der Gelenkroboter 20 nimmt einen Wafer 21 bei ei ner Wafer-Übergabeposition 103 auf und befördert den Wafer 21 zu einer vorbestimmten Bearbeitungsposition 102. Dann wird der Wafer 21 durch einen Prozess, wie beispielsweise einen Ätzprozess, durch eine Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet.
  • Der Gelenkroboter 20 nimmt den bearbeiteten Wafer 21 bei der Bearbeitungsposition 102 auf und bewegt den bearbeiteten Wafer 21 zur Wafer-Übergabeposition 103 zurück. Die Kassette ist in einem FOUP (Front Opening Unified Pod) 104 enthalten. Die Kassette ist im FOUP 104 in einem Innenraum enthalten, der von einem externen Raum getrennt und zu diesem hin geöffnet werden kann. Das FOUP 104 wird bei dicht verschlossenem Innenraum mit einem Gehäuse 105 verbunden, und dann wird der Innenraum des FOUP 104 zum internen Reinraum 101 des Gehäuses 105 hin geöffnet. Drei FOUPs 104 sind mit dem Gehäuse 105 verbunden.
  • Wie in 14(1) dargestellt, entnimmt der Gelenkroboter 20 einen Wafer 21 aus einer Kassette, die in einem der drei FOUPs 104 enthalten ist. Die Steuereinrichtung 58 des Gelenkroboters 20 steuert die Armantriebseinheit 51 und die Handantriebseinheit 100 so, dass die Handeinheiten 27 in einer vorbestimmten Richtung 106 relativ zum FOUP 104 bewegt werden. Die Handeinheiten 27 werden dadurch zur Wafer-Übergabeposition 103 bewegt, dass die Handeinheiten 27 in einer vorbestimmten Winkelposition bezüglich des Gehäuses 105 gehalten werden und deren Winkelposition bezüglich der Basis 22 verändert wird. Nachdem die Handeinheiten den Wafer 21 gehalten haben, arbeitet der Gelenkroboter 20 in einem Betriebsmodus, der in 13(2), 13(3) und 14(1) bis 14(3) dargestellt ist, um den Wafer 21 entlang eines vorbestimmten Weges zur Bearbeitungsposition 102 zu befördern. Die Handantriebseinheit 100 passt die Winkelposition der Handeinheiten 27 bezüglich der Basis 22 an, während der Gelenkroboter 20 den Wafer 21 befördert, um den Gelenkroboter 20 in einem engen Arbeitsraum 104 zu betreiben. Dieses Beförderungsoperation wird umgekehrt durchgeführt, um den Wafer 21 aus der Bearbeitungsposition 102 in die Wafer-Übergabeposition 103 zurückzubringen.
  • Der mit den drei Armen versehene Gelenkroboter 20 kann die Handeinheiten 27 in einem Bewegungsbereich bewegen, der breiter als ein Bewegungsbereich ist, in dem ein mit den zwei Armen versehener Gelenkroboter die Handeinheiten 27 bewegen kann. Der Gelenkroboter 20 ist fähig, einen Wafer 21 aus einer Kassette, die in einer beliebigen der Mehrzahl von FOUPs 104 enthalten ist, in die Bearbeitungsposition zu bewegen.
  • Wenn ein mit zwei Armen versehener Gelenkroboter 20 verwendet wird, müssen die Längen der zwei Armen länger als die von drei Armen sein und somit benötigt der mit den zwei Armen versehene Gelenkroboter eine Arbeitszone, die größer als die ist, die von dem mit den drei Armen versehenen Gelenkroboter benötigt wird. Falls die zwei Arme und die Basis durch einen Bewegungsmechanismus bewegt werden, benötigt der Gelenkroboter eine große Arbeitszone und hat großen Flächenbedarf. Der Gelenkroboter 20 der Erfindung benötigt eine kleine Arbeitszone und hat geringen Flächenbedarf.
  • In einigen Fällen wird die Anzahl der FOUPs 104, die mit dem Gehäuse verbunden sind, verändert, wenn die Anzahl der zu bearbeitenden Wafer und das Bearbeitungsverfahren verändert werden. In einem derartigen Fall wird die Strecke, um welche die Handeinheiten 27 bewegt werden, verkürzt. In einem derartigen Fall kann der Gelenkroboter, der mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Arm versehen ist, ohne Weiteres in den Gelenkroboter umgewandelt werden, der mit dem zweiten und dem dritten Arm versehen ist, und zwar einfach dadurch, dass der erste Arm von den zuvor erwähnten entfernt wird. Somit ist es möglich, einer Änderung mit dem Gehäuse verbundenen Gebinde flexibel zu begegnen, ohne den Gelenkroboter durch einen anderen Gelenkroboter zu ersetzen.
  • Da die Handeinheiten 27 relativ zum dritten Arm 26 geschwenkt werden können, können die Handeinheiten 27 in eine gewünschte Position bei einer vorbestimmten Position 27 eingestellt werden, was die praktische Verwendbarkeit des Gelenkroboters verbessert.
  • Der Innenraum des Gehäuses ist schmal. Daher ist es erforderlich, dass der Gelenkroboter auf das rechtsständige System oder das linksständige System gemäß der Positionsbeziehung zwischen der Basis, der Wafer-Übergabeposition und der Wafer-Zuführposition eingestellt wird, um zu verhindern, dass die Handeinheiten mit der Wand des Gehäuses kollidieren. Da die Basiseinheit 23 um die Schwenkachse L1 geschwenkt werden kann, wenn der Gelenkroboter in einen Zustand eingestellt ist, der ein Umstellen des Gelenkroboters aus dem rechtsständigen System in das linksständige System und umgekehrt erlaubt, kann der Gelenkroboter in einer schmaleren Arbeitszone betrieben werden.
  • Obschon eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, sind verschiedene Änderungen und Variationen bei dem zuvor speziell beschriebenen Gelenkroboter möglich. Der Gelenkroboter kann, abgesehen von einem Zweck eines Beförderns des durch die Handeinheiten 27 gehaltenen Wafers 21, für weitere Zwecke verwendet werden. Beispielsweise kann der Gelenkroboter anstelle der Handeinheiten mit einem Endeffektor ausgerüstet werden, um den Gelenkroboter als Lackiermaschine zu verwenden. Die Erfindung ist für die Konstruktion eines Gelenkroboters anwendbar, der fähig ist, einen Endeffektor in einer schmalen Arbeitszone zu bewegen. Da der Gelenkroboter der Erfindung in einer schmalen Arbeitszone arbeiten kann, kann der Gelenkroboter in einem schmalen, begrenzten Raum installiert werden, beispielsweise dem Innenraum eines Gehäuses, der schmaler als ein Raum ist, der der maximalen Arbeitszone des Roboterarms entspricht. Die maximale Arbeitszone ist durch einen Kreisbogen definiert, der durch den vorderen Teil des zweiten Arms überstrichen wird, wenn der zweite Arm um die erste Schwenkachse L1 geschwenkt wird, wobei der zweite Arm so ausgeführt ist, dass dessen vorderer Teil sich in der größten Entfernung von der Basiseinheit befindet. Der erste Abstand R1 zwischen der ersten Schwenkachse L1 und der zweiten Schwenkachse 12 kann vom zweiten Abstand R2 zwischen der zweiten Schwenkachse 12 und der dritten Schwenkachse 13, und dem dritten Abstand R3 zwischen der dritten Schwenkachse 13 und der vierten Schwenkachse 14 geringfügig verschieden sein, vorausgesetzt, dass der zweite Abstand R2 gleich groß wie der dritte Abstand R3 ist. Die erste Schwenkachse L1 kann sich in jeder geeigneten Richtung anstelle einer vertikalen Richtung erstrecken.
  • Die Handeinheiten 27 können mit dem dritten Arm so verriegelt sein, dass sie gemäß dem Schwenken des dritten Arms geschwenkt werden können, anstelle einer Verwendung der Handantriebseinheit 100 zum Schwenken der Handeinheiten 27.
  • Zwar wurde die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform mit einem gewissen Grad an Spezifität beschrieben, jedoch sind bei diesen offensichtlich viele Änderungen und Modifikationen möglich. Es versteht sich daher, dass die Erfindung in der Praxis anders als hier speziell beschrieben ausgeführt sein kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der in den anliegenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (6)

  1. Gelenkroboter (20), aufweisend: eine Basiseinheit (23), die eine vorbestimmte erste Schwenkachse (L1) aufweist und befähigt ist, um die erste Schwenkachse zu schwenken; einen ersten Arm (24), der einen Basisteil, welcher mit der Basiseinheit fest verbunden ist, und einen vorderen Teil aufweist, welcher eine zweite Schwenkachse (L2) aufweist, die zur ersten Schwenkachse parallel ist; einen zweiten Arm (25), der einen Basisteil, welcher mit dem vorderen Teil des ersten Arms verbunden ist, und einen vorderen Teil aufweist, welcher eine zur ersten Schwenkachse parallele dritte Schwenkachse (L3) aufweist, und befähigt ist, um die zweite Schwenkachse zu schwenken; einen dritten Arm (26), der einen Basisteil aufweist, der mit dem vorderen Teil des zweiten Arms verbunden ist und befähigt ist, um die dritte Schwenkachse zu schwenken; eine Verriegelungseinrichtung (54), welche den zweiten und den dritten Arm (25, 26) derart verriegelt, dass der dritte Arm um die dritte Schwenkachse (L3) relativ zum zweiten Schwenkarm in einer von entgegengesetzten Richtungen um einen Winkel schwenkt, der doppelt so groß wie ein Winkel ist, um den der zweite Arm um die zweite Schwenkachse relativ zum ersten Arm in die andere Richtung schwenkt; eine Basiseinheit-Antriebseinrichtung (50), welche die Basiseinheit um die erste Schwenkachse schwenkt; und eine Armantriebseinrichtung (51), welche den zweiten Arm um die zweite Schwenkachse schwenkt; wobei der Abstand (R2) zwischen den ersten und zweiten Schwenkachsen gleich groß wie der Abstand (R3) zwischen den zweiten und dritten Schwenkachsen ist, wobei die jeweiligen effektiven Längen des ersten, des zweiten und des dritten Arms wahlweise derart bestimmt sind, dass der Radius eines Kreises (82), dessen Mittelpunkt auf der ersten Schwenkachse (L1) liegt, in welcher der erste, der zweite und der dritte Arm (24, 25, 26) schwenken, in einem Zustand minimal ist, bei dem der erste, der zweite und der dritte Arm in solchen Winkelpositionen sind, dass eine Richtung (C2) vom Basisteil zum vorderen Teil sowohl des zweiten Arms als auch des dritten Arms (25, 26) entgegengesetzt zu einer Richtung (C1) vom Basisteil zum vorderen Teil des ersten Arms (24) ist, und weiter aufweisend: einen Endeffektor (27), der mit einem Werkstück (21) in Kontakt kommt, und eine Endeffektor-Antriebseinrichtung (110), die den Endeffektor schwenkt; wobei der dritte Arm (26) einen vorderen Teil aufweist, der eine vierte Schwenkachse (L4) aufweist, die zur ersten Schwenkachse (L1) parallel ist, und die Endeffektor-Antriebseinrichtung (110) den Endeffektor um die vierte Schwenkachse schwenkt, und der zweite Arm (25) befähigt ist, um die zweite Schwenkachse (L2) um mindestens 180° zu schwenken.
  2. Gelenkroboter (20) nach Anspruch 1, bei dem der erste Arm (24) von der Basiseinheit (23) und dem zweiten Arm (25) trennbar ist, und der Basisteil des zweiten Arms mit der Basiseinheit verbunden werden kann, der zweite Arm um die erste Schwenkachse (L1) geschwenkt werden kann, wenn der zweite Arm (25) mit der Basiseinheit (23) verbunden ist, und die Verriegelungseinheit (54) den dritten Arm (26) um die dritte Schwenkachse (L3) relativ zum zweiten Arm (25) in einer von entgegengesetzten Richtungen um einen Winkel schwenkt, der dop gelt so groß wie ein Winkel ist, um den der zweite Arm um die erste Schwenkachse (L1) relativ zur Basiseinheit (23) in die andere Richtung geschwenkt wird.
  3. Gelenkroboter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Verriegelungseinrichtung (54) einen Getriebemechanismus (66, 67) beinhaltet, der befähigt ist, eine Antriebskraft der Armantriebseinrichtung (151) auf den zweiten und den dritten Arm zu übertragen.
  4. Gelenkroboter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welcher befähigt ist, auf einem eng begrenzten Raum installiert zu werden.
  5. Gelenkroboter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der befähigt ist, in ein Gehäuse eingebaut zu werden, das einen Raum von vorbestimmter Atmosphäre definiert.
  6. Gelenkroboter (20) nach Anspruch 1, bei welchem der zweite Arm (25) befähigt ist, um die zweite Schwenkachse (L2) um mindestens 360° zu schwenken.
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