JP2003019687A - ロボットハンドの駆動装置 - Google Patents

ロボットハンドの駆動装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ハンドを反転させる際に、フットプリントの縮
小化を図るとともに基板パスラインの上昇を防止し、さ
らにダブルアーム式ロボットに対しても容易に適用可能
にすること。 【解決手段】ロボットハンド6の駆動装置7は、薄型基
板(ガラス基板)8を保持して移動可能なロボットハン
ドの駆動装置であり、ハンド長手方向と直交する水平軸
9回りにロボットハンド6を回転させる垂直回転機構部
100と、垂直軸51回りにロボットハンド6を回転さ
せる水平回転機構部200とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットハンドの
駆動装置、詳しくは、半導体ウエハ、液晶ディスプレ
イ、プラズマディスプレイ用ガラス基板等薄型基板を保
持して移動可能なロボットハンドの駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、スカラロボットなど、薄型基
板を保持して移動可能なハンドを有するロボットにおい
て、図18に示すような、ハンド6をハンド長手方向と
一致する水平軸31回りに回転させる垂直回転機構部3
2を備えたタイプのロボットが知られている。
【0003】そして、従来の垂直回転機構部32を備え
たロボットは、図18に示すようにアーム4、5を前方
へ伸ばした状態でハンド6を上下反転させたり、あるい
は、図19に示すようにハンド6を第1アーム5から十
分に離れた高い位置に設定することによって、ハンド6
を上下反転させる際に薄型基板8がアーム4、5と干渉
しないような対策が講じられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
場合、フットプリント(ロボットの公称旋回範囲)が拡
大するという問題があり、また、後者の場合、基板パス
ラインが上昇するという問題があった。また、両者共、
ダブルアーム式のロボットへの適用が困難であった。
【0005】本発明は上記のような従来のロボットの問
題点を解決し、フットプリントの縮小化を図るとともに
基板パスラインの上昇を防止し、さらにダブルアーム式
ロボットに対しても容易に適用可能にすることを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によるロボットハ
ンドの駆動装置は、薄型基板を保持して移動可能なロボ
ットハンドの駆動装置であって、ハンド長手方向と直交
する水平軸回りに前記ロボットハンドを回転させる垂直
回転機構部と、垂直軸回りに前記ロボットハンドを回転
させる水平回転機構部とを備えることを特徴とする。
【0007】ここで、前記薄型基板を保持しているロボ
ットハンドを前記垂直回転機構部によって回転させる
間、前記薄型基板の中心位置をハンド長手方向において
定位置に維持するよう前記ロボットハンドのハンド長手
方向における位置を制御する。
【0008】前記水平回転機構部は前記垂直回転機構部
を水平方向へ回転させることによって前記ロボットハン
ドを水平方向へ回転させる。
【0009】前記薄型基板を保持している水平状態にあ
るロボットハンドを前記垂直回転機構部により垂直方向
へ90°回転させて鉛直状態に変化させ、次に、この鉛
直状態にあるロボットハンドを前記水平回転機構部によ
り水平方向へ180°回転させて前後反転状態に変化さ
せ、次に、この前後反転状態にあるロボットハンドを垂
直方向へ90°回転させて上下反転状態に変化させるこ
とにより、前記薄型基板を保持している水平状態にある
ロボットハンドを上下反転させた状態に変化させる。
【0010】前記水平軸にギヤバックラッシュ抑制機構
が配設される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
【0012】図1は、一実施形態に係るロボットハンド
の駆動装置が組み込まれたスカラロボットの側面図、図
2は、同スカラロボットの要部の概略斜視図を示す。
【0013】図1及び図2において、スカラロボット1
は、機台2と胴体3と第2アーム4と第1アーム5とハ
ンド6とを備える。第1アーム5及び第2アーム4の内
部には、公知のプーリ、タイミングベルトなどが配備さ
れており、ハンド6は、公知のスカラロボットのハンド
と同様、基本的に、胴体部3の昇降動作及び旋回動作を
基に昇降及び旋回し、また、第2アーム4及び第1アー
ム5の屈伸動作によって水平面上の直線軌道上を移動可
能に構成されている。また、ハンド6は、本実施形態の
場合、真空吸着式ハンドであり、通常の状態つまり上下
反転していない状態ではその上面6a側でガラス基板8
を吸着保持する。
【0014】駆動装置7はハンド6の元部6bに配設さ
れ、垂直回転機構部100と水平回転機構部200とに
より構成される。
【0015】垂直回転機構部100は、ハンド長手方向
と直交する水平軸9回りにハンド6を回転させる機構を
有し、ハンド6は、最大180°+α(αはハンド6の
撓みを考慮した補正角度である。)回転可能である。
【0016】水平回転機構部200は、垂直軸51回り
にハンド6を回転させる機構を有し、ハンド6は、最大
180°+α(αはハンド6の撓みを考慮した補正角度
である。)回転可能である。
【0017】図3は、垂直回転機構部100及び水平回
転機構部200を正面から見た断面図、図4は、垂直回
転機構部100のハウジング内部の構成を示す平面図、
図5は、垂直回転機構部200を側面から見た断面図、
図6は、ギヤバックラッシュ抑制機構の説明図をそれぞ
れ示す。
【0018】図3において、水平回転機構部200は、
第1アーム5内部のプーリ(図示せず)に固着されるブ
ラケット52を備え、このブラケット52にモータ53
が保持されている。モータ53の出力軸には小径ギヤ5
4が固着され、この小径ギヤ54に大径ギヤ55が噛み
合っている。大径ギヤ55は軸受56を介してブラケッ
ト52の円筒部57の外周に回動自在に保持されてい
る。大径ギヤ55の上部はフランジ部60に固着されて
おり、フランジ部60は垂直回転機構部100のハウジ
ング10の下端部に固着されている。
【0019】水平回転機構部200は、モータ53の停
止時には、小径ギヤ54と大径ギヤ55との噛み合いに
より、垂直軸51を回転軸とする垂直回転機構部100
のハウジング10の回転位置を一定に保つ。モータ53
が回転すると、小径ギヤ54を介して大径ギヤ55が回
転し、垂直軸51回りにハウジング10を回転させる。
なお、本実施形態の水平回転機構部200は、小径ギヤ
54と大径ギヤ55の組み合わせであるが、他に、プー
リーとベルトとの組み合わせ、又はウオーム軸とウオー
ムホイールとの組み合わせ、又はダイレクトドライブモ
ータによっても実現可能である。
【0020】図3〜図6において、垂直回転機構部10
0は、ハンド6の元部6bに固着され、ハンド6の直線
軌道(長手方向)と直交する水平軸(反転軸)9を備え
る。水平軸9は、ハウジング10に配設された軸受部1
1、12によって回転自在に保持されており、水平軸9
の一端にウオームホイール13が固着されている。ウオ
ームホイール13は、ハンド6の直線軌道と平行に配置
されたウオーム軸14と噛合しており、ウオーム軸14
はプーリ15に固着されている。ハウジング10の内部
にはモータ16が配設されている。モータ16の出力軸
にはプーリ17が固着されており、このプーリ17と上
記プーリ15との間にタイミングベルト18が掛け渡さ
れている。
【0021】垂直回転機構部100において、ハンド6
が図2に実線で示す通常状態に維持されているときにモ
ータ16を所定の期間回転させると、動力伝達機構(プ
ーリ17、タイミングベルト18、プーリ15、ウオー
ム軸14及びウオームホイール13)を介して水平軸9
が回転し、ハンド6は図2に二点鎖線で示す鉛直状態へ
と変わることができる。その後、ハンド6が鉛直状態に
おいて180°垂直軸51回りに回転した後、モータ1
6を所定の期間上記回転方向と同一方向へ回転させる
と、動力伝達機構17、18、15、14、13を介し
て水平軸9が回転し、ハンド6は通常状態に復帰するこ
とができる。ところで、ハンド6は、図6(A)に示す
ような鉛直状態付近において、ギヤ装置14、13のバ
ックラッシュによりハンド6にがたつきが発生するおそ
れがある。このため、ギヤバックラッシュ抑制機構を設
けることが好ましい。図3に示すコイルばね41は、第
1のギヤバックラッシュ抑制機構を構成する。コイルば
ね41は、水平軸9に外嵌されており、水平軸9が鉛直
方向へ回転するときこの回転方向と反対方向の力を水平
軸9に対して加えるよう構成され、バックラッシュを防
止する。図6(B)、(C)は、第2のギヤバックラッ
シュ抑制機構の構成を概念的に示す。このギヤバックラ
ッシュ抑制機構は、互いに対向配置された一対の板ばね
19、20の間に、水平軸9と一体となって回転するロ
ータ部21を配して構成される。ロータ部21は両端に
板ばね19、20と当接可能なローラ22、23を備え
る。ロータ部21は、ハンド6が通常状態にあるときは
図6(B)に示すように二つのローラ22、23が一対
の板ばね19、20から離れた状態にあり、ハンド6の
回転時、ハンド6が通常状態から90°回転する前にお
いて一対の板ばね19、20と当接を開始して板ばね1
9、20を弾性変形させ、ハンド6が90°回転したと
き図6(C)に示すように一対の板ばね19、20から
十分大きな弾性復帰力(押圧力)を受けるよう動作す
る。これにより、バックラッシュを防止できハンド6に
がたつきが発生しなくなる。上述した第1、第2のギヤ
バックラッシュ抑制機構は、いずれか一方のみ装備する
ようにしてもよいし、両方装備するようにしてもよい。
【0022】ハンド6の水平軸9回りの回転時、水平軸
9が直線軌道上の定位置を維持しながらハンド6を回転
させること、換言すると、第1アーム5及び第2アーム
4を一切動かさないでハンド6のみを回転させることを
積極的に除外するものではないが、ハンド6の回転時に
ガラス基板8が受ける風圧を考慮すると、水平軸9の直
線軌道上の位置を変えながらハンド6を回転させるこ
と、換言すると、第1アーム5及び第2アーム4を動か
しながらハンド6を回転させることの方が好ましい。こ
の場合、図7に示すように、ガラス基板8の中心位置を
直線軌道方向において定位置に維持するよう、第1アー
ム5及び第2アーム4の動作を制御する、換言すると、
ハンド6の直線軌道方向における位置を制御するように
する。なお、このような制御は、図示しない制御回路に
よる演算処理に基づいて行われる。
【0023】次に、上記のように構成されたスカラロボ
ット1の一連の動作例を図8〜図15に基づいて説明す
る。
【0024】まず、図8(A)、(B)に示すように、
カセット24内からガラス基板8を取り出すため、スカ
ラロボット1をカセット24に正対させる。次に、図9
(A)、(B)に示すように、取り出したいガラス基板
8の真下までハンド6を前進させ、ハンド6を上昇させ
てハンド6の上面6aにガラス基板8を載せるとともに
吸着する。次に、図10(A)、(B)に示すように、
ハンド6を図8(A)、(B)と同じ位置まで後退させ
る。次に、垂直回転機構部100によりハンド6を90
°水平軸9回りに回転させる。この回転の間、上述した
ように、ガラス基板8の中心位置を直線軌道方向におい
て定位置に維持するよう、第1アーム5及び第2アーム
4の動作が制御される、換言すると、ハンド6の直線軌
道方向における位置が制御される。図11(A)、
(B)は、この回転時、ガラス基板8が鉛直状態となっ
たときのスカラロボット1の形態を示す。次に、水平回
転機構部200によりハンド6を180°垂直軸51回
りに回転させ、スカラロボット1を図12(A)、
(B)に示す状態、つまり、ハンド6の前後が反転した
状態にする。次に、垂直回転機構部100によりハンド
6を図10(A)、(B)と略同じ水平状態に戻すよう
に90°水平軸9回りに回転させる。この回転の間、上
述したようなハンド6を水平軸9回りに回転させたとき
と同様、ガラス基板8の中心位置を直線軌道方向におい
て定位置に維持するよう、第1アーム5及び第2アーム
4の動作を制御する。図13(A)、(B)は、ハンド
6が水平状態に戻ったときのスカラロボット1の形態を
示し、ハンド6は、図10の状態から上下が反転した状
態となり、通常状態のときに上面6aとなる保持面が下
側に位置し、この保持面で下方からガラス基板8を吸着
保持する。次に、胴体3を180°旋回させ、スカラロ
ボット1を図14(A)、(B)に示すような形態にし
た後、図15に示すように、ハンド6を前進させ載置台
25の上にガラス基板8を載せる。
【0025】以上説明したように、本実施形態に係るロ
ボットハンド6の駆動装置7は、薄型基板(ガラス基
板)8を保持して移動可能なロボットハンドの駆動装置
であって、ハンド長手方向と直交する水平軸9回りにロ
ボットハンド6を回転させる垂直回転機構部100と、
垂直軸51回りにロボットハンド6を回転させる水平回
転機構部200とを備える。本実施形態によると、ロボ
ット1のアーム4、5を屈状態にしたままの状態で、水
平状態にあるハンド6を垂直回転機構部100により垂
直方向へ90°回転させて鉛直状態に変化させ、次に、
この鉛直状態にあるハンド6を水平回転機構部200に
より水平方向へ180°回転させて前後反転状態に変化
させ、次に、この前後反転状態にあるハンド6を垂直方
向へ90°回転させて上下反転状態に変化させることに
より、薄型基板8を保持している水平状態にあるハンド
6を上下反転させた状態に変化させることができ、この
間薄型基板8とアーム4、5との干渉が発生しないた
め、フットプリントが縮小される。また、ハンド6をア
ーム4、5から近い高さ位置に設定しておいても、薄型
基板8とアーム4、5との干渉を招くことなくハンド6
を反転させることができるため、基板パスラインの上昇
を防止することができる。
【0026】また、本実施形態は、薄型基板8を保持し
ているロボットハンド6を垂直回転機構部100によっ
て回転させる間、薄型基板8の中心位置を直線軌道方向
(ハンド長手方向)において定位置に維持するようロボ
ットハンド6の直線軌道方向(ハンド長手方向)におけ
る位置を制御する。このため、ハンド6の回転時に薄型
基板8が受ける風圧を減少させることができ、ハンド6
の回転速度の増大を図ることができる。
【0027】また、ギヤバックラッシュ抑制機構(一対
の板ばね19、20、ロータ部21、ローラ22、2
3、コイルばね41)を設けることにより、ハンド6が
鉛直状態付近を通過するときのギヤ装置14、13のバ
ックラッシュによるハンド6のがたつきを防止すること
ができる。
【0028】なお、上記実施形態はガラス基板8を搬送
するロボットについて説明したが、ガラス基板8の代わ
りに半導体ウエハなど、その他の薄型基板を搬送するロ
ボットにも容易に適用できることは言うまでもない。ま
た、多関節ロボットにも適用可能である。
【0029】図16(A)、(B)は、本発明の他の実
施形態を示し、本実施形態は、従来公知のダブルアーム
仕様のスカラロボット26の上側のハンド27に垂直回
転機構部100及び水平回転機構部200を設けたもの
である。垂直回転機構部100及び水平回転機構部20
0は上述した実施形態と同様に構成され動作する。
【0030】また、図17(A)、(B)は、さらに他
の実施形態を示し、本実施形態は、従来公知のダブルア
ーム仕様の直動型ロボット28の上側のハンド29に垂
直回転機構部100及び水平回転機構部200を設けた
ものである。垂直回転機構部100及び水平回転機構部
200は上述した実施形態と同様に構成され動作する。
【0031】図16及び図17から明らかなように、本
発明は、ダブルアーム式ロボット26、28に対しても
容易に適用可能である。
【0032】
【発明の効果】本発明によると、ハンドを最終的に反転
させる際、フットプリントの縮小化を図ることができる
とともに基板パスラインの上昇を防止することができ
る。また、ダブルアーム式ロボットに対しても容易に適
用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るロボットハンドの駆
動装置が組み込まれたシングルアーム式スカラロボット
の側面図である。
【図2】同スカラロボットの要部の概略斜視図である。
【図3】駆動装置(垂直回転機構部及び水平回転機構
部)を正面から見た断面図である。
【図4】垂直回転機構部のハウジング内部の構成を示す
平面図である。
【図5】垂直回転機構部の側面から見た断面図である。
【図6】ギヤバックラッシュ抑制機構の説明図である。
【図7】ハンドの水平軸回りの回転時のガラス基板の状
態変位図である。
【図8】スカラロボットの一連の動作例を示す斜視図及
び側面図である。
【図9】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す斜
視図及び側面図である。
【図10】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す
斜視図及び側面図である。
【図11】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す
斜視図及び側面図である。
【図12】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す
斜視図及び側面図である。
【図13】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す
斜視図及び側面図である。
【図14】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す
斜視図である。
【図15】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す
斜視図である。
【図16】本発明の他の実施形態に係るダブルアーム仕
様のスカラロボットの斜視図及び正面図である。
【図17】本発明のさらに他の実施形態に係るダブルア
ーム仕様の直動型ロボットの斜視図及び正面図である。
【図18】従来のスカラロボットの垂直回転機構部の問
題点を示す斜視図である。
【図19】同じく従来のスカラロボットの垂直回転機構
部の問題点を示す側面図である。
【符号の説明】
4、5 アーム 6 ハンド(ロボットハンド) 7 駆動装置 8 ガラス基板(薄型基板) 9 水平軸 19、20 一対の板ばね(ギヤバックラッシュ抑制
機構) 21 ロータ部(ギヤバックラッシュ抑制機構) 22、23 ローラ(ギヤバックラッシュ抑制機構) 41 コイルばね 51 垂直軸 100 垂直回転機構部 200 水平回転機構部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 克彦 愛知県一宮市多加木二丁目7番30号 株式 会社アイテック内 (72)発明者 中野 清憲 愛知県一宮市多加木二丁目7番30号 株式 会社アイテック内 Fターム(参考) 3C007 AS03 AS24 BS15 BS26 BT04 CT04 CV07 CW07 HS27 HT02 HT21 HT23 HT31 NS09 NS12 NS13 3F022 AA08 CC02 EE05 KK01 KK10 KK18 KK20 5F031 CA02 CA05 FA01 FA02 FA11 FA18 FA20 GA02 GA03 GA04

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄型基板を保持して移動可能なロボット
    ハンドの駆動装置であって、 ハンド長手方向と直交する水平軸回りに前記ロボットハ
    ンドを回転させる垂直回転機構部と、垂直軸回りに前記
    ロボットハンドを回転させる水平回転機構部とを備える
    ことを特徴とするロボットハンドの駆動装置。
  2. 【請求項2】 前記薄型基板を保持しているロボットハ
    ンドを前記垂直回転機構部によって回転させる間、前記
    薄型基板の中心位置をハンド長手方向において定位置に
    維持するよう前記ロボットハンドのハンド長手方向にお
    ける位置を制御することを特徴とする請求項1記載のロ
    ボットハンドの駆動装置。
  3. 【請求項3】 前記水平回転機構部は前記垂直回転機構
    部を水平方向へ回転させることによって前記ロボットハ
    ンドを水平方向へ回転させることを特徴とする請求項1
    又は2記載のロボットハンドの駆動装置。
  4. 【請求項4】 前記薄型基板を保持している水平状態に
    あるロボットハンドを前記垂直回転機構部により垂直方
    向へ90°回転させて鉛直状態に変化させ、次に、この
    鉛直状態にあるロボットハンドを前記水平回転機構部に
    より水平方向へ180°回転させて前後反転状態に変化
    させ、次に、この前後反転状態にあるロボットハンドを
    垂直方向へ90°回転させて上下反転状態に変化させる
    ことにより、前記薄型基板を保持している水平状態にあ
    るロボットハンドを上下反転させた状態に変化させるこ
    とを特徴とする請求項1、2又は3記載のロボットハン
    ドの駆動装置。
  5. 【請求項5】 前記水平軸にギヤバックラッシュ抑制機
    構が配設されることを特徴とする請求項1、2、3又は
    4記載のロボットハンドの駆動装置。
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