JP2004160568A - ロボットアーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロボット本体10に第1伝達機構2を介して回動可能に取り付けられた第1アーム3と、該第1アーム3の先端部に第2伝達機構4を介して回動可能に取り付けられた作業手段5とから構成されると共に、第1伝達機構2および第2伝達機構4を連結して動力を伝達する第1連結手段6を備えるロボットアーム1において、第1連結手段6が、第1伝達機構2からの動力または該第1伝達機構2への動力を授受する第1動力伝達部7と、第2伝達機構4からの動力または該第2伝達機構4への動力を授受する第2動力伝達部8と、第1動力伝達部7および第2動力伝達部8を繋ぐ第1連結部9とから構成される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットアームに関する。更に詳述すると、本発明は、例えば半導体のウェハ、大型液晶搬送ロボット等の大型のワークをカセットや膜付装置等のプロセス装置の間で移動させる多関節ロボットにおけるロボットアームの構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数のアームを互いに回転可能に連結すると共に回転駆動源の回転力を伝達して伸縮等の動作をさせるようにしたロボットアームが、例えば半導体のウェハ等のワークをカセットや膜付装置等のプロセス装置の間で移動させる多関節ロボットに搭載されている。
【0003】
例えば図6に示すロボットアーム103は、いわゆるベルト直接駆動型と呼ばれるもので、基台104上の関節部を中心に回転可能な第1アーム105と、この第1アーム105の先端部に関節部を介して回転可能に連結された第2アーム106と、基台104に固定された第1のタイミングプーリ107と、関節部において第2アーム106に固定された第2のタイミングプーリ108と、これら第1のタイミングプーリ107及び第2のタイミングプーリ108に掛け渡されたタイミングベルト111とを備え、第1アーム105が回転したときの第2アーム106の回転量を規制してこの第2アーム106の先端部を直線的に移動させるものである。これによれば、ワーク101をハンド102上に載置し、このハンド102を常時一定方向に向けながら直線上を移動させることが可能である。ハンド102は、第2アーム106のハンド側プーリ110に取り付けられている。第1アーム105と第2アーム106は同じ長さであり、第1アーム105は2つのタイミングプーリ107,108と1本の長いタイミングベルト111とを収容し、第2アーム106は2つのタイミングプーリ109,110と1本の長いタイミングベルト112とを収容している。
【0004】
また、第1アーム105に固着された駆動軸113が第1のタイミングプーリ107と同心となる位置に回転可能に設けられており、基台104及び第1のタイミングプーリ107に対して第1アーム105を回転可能に支持している。この駆動軸113は、基台104に内蔵されるモータ(図示せず)によって回転される。また、第2のタイミングプーリ108と第2アーム106とは連結筒114により固定されている。さらに、第1アーム105と第3のタイミングプーリ109とは連結軸115により固定されている。この連結軸115は、連結筒114の内部に回転可能に収容されている。
【0005】
ここで、第1のタイミングプーリ107と第2のタイミングプーリ108との径(歯数)の比は2:1とされ、第3のタイミングプーリ109と第4のタイミングプーリ110との径(歯数)の比は1:2とされている。このため、第1のタイミングプーリ107、第2のタイミングプーリ108、第4のタイミングプーリ110の回転角度比は1:2:1となる。
【0006】
このロボットアーム103を使用する際は、モータを駆動することにより第1アーム105を基台104に対して回転させる。このとき、固定的な基台側プーリ107に対し相対的に回転するタイミングベルト111が、第1アーム105に対してハンド側プーリ108を相対回転させる。このハンド側プーリ108の第1アーム105に対する回転により、第1アーム105に対して第2アーム106が回転すると共に第2アーム106に対して基台側プーリ109が回転する。さらに、第2アーム106に対して基台側プーリ109が回転することにより、第2アーム106に対してハンド側プーリ110が回転してハンド102が回転する。
【0007】
ここで、第1アーム105及び第2アーム106が同じ長さであると共に第1アーム105の基台側プーリ107とハンド側プーリ108(即ち、第2アーム106の基台側プーリ109)と第2アーム106のハンド側プーリ110との回転角度比は1:2:1であるので、第1アーム105を回転させることにより、第1アーム105と第2アーム106との角度が変化して、第1アーム105の基台側プーリ107の中心と第2アーム106のハンド側プーリ110の中心とを結んだ直線上をハンド102が向きを一定にしながら移動する。
【0008】
ところで、近年では液晶ガラスが大型化して重量化している。このため、上述したタイミングベルトでは剛性が不足してワークの位置精度が低下してしまう。そこで、各関節部に減速機を設けると共にタイミングベルトを高速で回転させる技術が開発されている(特開2001−310287参照)。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−310287号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図6に示すベルト直接駆動型のロボットアーム103では、第1アーム105内に1本の長いタイミングベルト111で第2アーム106を直接駆動し、同様に1本の長いタイミングベルト112でハンド102を駆動する構造であるため、ハンド102を直進駆動させる際の精度がこれらタイミングベルト111,112自体の剛性によって左右されてしまう。ところが、高い剛性を確保しようとすればベルト幅を大きくしたりベルト強度を増加させたり、あるいはプーリ107〜110の径を大きくする必要があり、ロボットアーム103全体の大型化を招く。ロボットアーム103の大きさには限界があるため、タイミングベルト111,112には剛性上の限界があり、ロボットアーム103の高い精度を確保するのが難しい。
【0011】
また、タイミングベルト111,112はいずれもエンドレスベルトであるので、各アーム105,106の内部全体にリブを形成するのは困難である。このため、アーム105,106の上下方向の剛性を高めることができない。これもアームの位置制御の精度の低下の一因となる。
【0012】
一方、タイミングベルトに減速機を併用したロボットアームでは、機構が複雑化するためコストが増大してしまうと共にメンテナンスが煩雑になってしまう。また、アームが何かに衝突したときにタイミングベルトの歯飛びでは済まず減速機が破損するおそれがある。さらに、減速機を利用することで重量が増加するので各関節部の回転軸を太くする必要がある。そして、減速機の利用や軸の拡径化によりロボットアーム全体の重量が増加するので、これを設置する例えばクリーンルームの床(グレーチング)の補強が必要になってしまい設備費が高くなってしまう。
【0013】
そこで、本発明は、アームの位置制御の精度を高めることができるロボットアームを提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項1記載の発明は、ロボット本体に第1伝達機構を介して回動可能に取り付けられた第1アームと、該第1アームの先端部に第2伝達機構を介して回動可能に取り付けられた作業手段とから構成されると共に、第1伝達機構および第2伝達機構を連結して動力を伝達する第1連結手段を備えるロボットアームにおいて、第1連結手段が、第1伝達機構からの動力または該第1伝達機構への動力を授受する第1動力伝達部と、第2伝達機構からの動力または該第2伝達機構への動力を授受する第2動力伝達部と、第1動力伝達部および第2動力伝達部を繋ぐ第1連結部とから構成されるようにしている。
【0015】
したがって、例えば第2伝達機構の動力を第1伝達機構に伝達する際は、第2伝達機構→第2動力伝達部→第1連結部→第1動力伝達部→第1伝達機構という順でなされる。このため、第1連結部を硬質の部材で形成できるので、従来のように第1伝達機構と第2伝達機構との間にタイミングベルトのみが介在する場合に比べて、ベルトが短くなりベルトの伸縮による位置精度低下を抑えることができる。
【0016】
また、第1動力伝達部と第1連結部との間および第1連結部と第2動力伝達部との間では一旦分離して再度連結することが可能になるので、これら第1動力伝達部と第1連結部と第2動力伝達部とが通過する孔を有すると共に第1アーム内を横切るリブを形成することができるようになる。
【0017】
さらに、ベルト直接駆動型になるので、減速機を使用する場合に比べて構造が簡素でメンテナンス性が良い。
【0018】
そして、請求項2記載の発明は、請求項1記載のロボットアームにおいて、作業手段が、第2伝達機構に固定されて第1アームに対して回動可能な第2アームと、第2伝達機構と同心で第1アームに固定された第3伝達機構と、第2アームの先端部に第4伝達機構を介して回動可能に取り付けられたハンドとから構成されると共に、第3伝達機構と第4伝達機構を連結して動力を伝達する第2連結手段を備えるロボットアームであって、第2連結手段が、第3伝達機構からの動力または該第3伝達機構への動力を授受する第3動力伝達部と、第4伝達機構からの動力または該第4伝達機構への動力を授受する第4動力伝達部と、第3動力伝達部および第4動力伝達部を繋ぐ第2連結部とから構成されるようにしている。
【0019】
したがって、例えば第3伝達機構の動力を第4伝達機構に伝達する際は、第3伝達機構→第3動力伝達部→第2連結部→第4動力伝達部→第4伝達機構という順でなされる。このため、第2連結部を硬質の部材で形成できるので、従来のように第3伝達機構と第4伝達機構との間にタイミングベルトのみが介在する場合に比べて、ベルトが短くなりベルトの伸縮による精度低下を抑えることができる。
【0020】
また、第3動力伝達部と第2連結部との間および第2連結部と第4動力伝達部との間では一旦分離して再度連結することが可能になるので、これら第3動力伝達部と第2連結部と第4動力伝達部とが通過する孔を有すると共に第2アーム内を横切るリブを形成することができるようになる。
【0021】
また、請求項3記載の発明は、請求項1または2記載のロボットアームにおいて、各伝達機構はプーリであると共に、各動力伝達部はベルトであり、尚かつ各連結部は金属プレートであるようにしている。したがって、各伝達機構の間には金属プレートである連結部が介在されるので、見かけ上のベルトの長さが短くなって剛性を高めることができる。
【0022】
さらに、請求項4記載の発明は、請求項1から3までのいずれか記載のロボットアームにおいて、各アームにリブを設けるようにしている。このため、各アームの剛性を高めることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【0024】
図1〜図5に、本発明のロボットアーム1の実施形態の一例を示す。このロボットアーム1は、ロボット本体10に第1伝達機構2を介して回動可能に取り付けられた第1アーム3と、該第1アーム3の先端部に第2伝達機構4を介して回動可能に取り付けられた作業手段5とから構成されると共に、第1伝達機構2および第2伝達機構4を連結して動力を伝達する第1連結手段6を備えるものである。そして、第1連結手段6が、第1伝達機構2からの動力または該第1伝達機構2への動力を授受する第1動力伝達部7と、第2伝達機構4からの動力または該第2伝達機構4への動力を授受する第2動力伝達部8と、第1動力伝達部7および第2動力伝達部8を繋ぐ第1連結部9とから構成されるようにしている。このため、例えば第2伝達機構4→第2動力伝達部8→第1連結部9→第1動力伝達部7→第1伝達機構2という順で動力が伝達されるので、第1連結部9を硬質の部材で形成することにより第1伝達機構2と第2伝達機構4との間のベルトの長さを短くしてベルトの伸びによる作業手段5の位置精度低下を抑えることができる。
【0025】
また、このロボットアーム1では、作業手段5は、第2伝達機構4に固定されて第1アーム3に対して回動可能な第2アーム11と、第2伝達機構4と同心で第1アーム3に固定された第3伝達機構14と、第2アーム11の先端部に第4伝達機構15を介して回動可能に取り付けられたハンド12とから構成されると共に、第3伝達機構14と第4伝達機構15を連結して動力を伝達する第2連結手段16を備えるものとしている。そして、第2連結手段16が、第3伝達機構14からの動力または該第3伝達機構14への動力を授受する第3動力伝達部17と、第4伝達機構15からの動力または該第4伝達機構15への動力を授受する第4動力伝達部18と、第3動力伝達部17および第4動力伝達部18を繋ぐ第2連結部19とから構成されるようにしている。このため、例えば第3伝達機構14→第3動力伝達部17→第2連結部19→第4動力伝達部18→第4伝達機構15という順で動力が伝達されるので、第2連結部19を硬質の部材で形成することにより第3伝達機構14と第4伝達機構15との間のベルトの長さを短くしてベルトの伸びによるハンド12の位置精度の低下を抑えることができる。
【0026】
各伝達機構2,4,14,15はプーリであると共に、各動力伝達部7,8,17,18はベルト、特にタイミングベルトであり、尚かつ各連結部9,19は金属プレートのような硬質部材としている。各連結部9,19の長さは、各アーム3,11が最も回転したときでも各連結部9,19がいずれの伝達機構2,4,14,15にも干渉しないものとする。
【0027】
第1連結部9は、第1動力伝達部7および第2動力伝達部8の端部を挟み込んで間隔を調整可能な調整側連結部20と、各端部を挟み込んだまま間隔調整できずに固定する固定側連結部21とを備えている。また、第2連結部19は、第3動力伝達部17および第4動力伝達部18の端部を挟み込んで間隔を調整可能な調整側連結部22と、各端部を挟み込んだまま間隔調整できずに固定する固定側連結部23とを備えている。
【0028】
調整側連結部22は、図1および図3に示すように一方の動力伝達部17を挟み込んで一体化する第1端部24と他方の動力伝達部18を挟み込んで一体化する第2端部25とを備えている。第1端部24は各動力伝達部17,18の長手方向に沿ったスライド穴26を備えている。第2端部25はスライド穴26を貫通するボルト27によって第1端部24に対して摺動可能に取り付けられている。また、第1端部24および第2端部25に対して動力伝達部17,18の長手方向に沿って螺合する調整用ボルト28が設けられている。このため、調整用ボルト28を回転することにより第1端部24および第2端部25の間隔が調整され、両方の動力伝達部17,18の張力を調整することができる。尚、調整側連結部20は、上記調整側連結部22と同様の構成であるため説明を省略する。
【0029】
ここでの動力伝達部17,18の張力としては、別個のテンションローラを不要にできる程度であることが好ましい。これによればテンションローラを省略してコストダウンおよび軽量化、更には精度向上を図ることができる。
【0030】
また、動力伝達部17,18と連結部19との間は一旦分離して再度連結することが可能になるので、これら動力伝達部17,18と連結部19とが通過する孔を有すると共に第2アーム11内を横切るリブを形成することができるようになる。例えば図1に示すように、アーム3,11の内側にリブ29を形成し、このリブ29には動力伝達部7,8,17,18および連結部9,19が貫通する透孔30と配線用透孔31とを形成する。リブ29を設けることにより、断面変形を抑えることができアーム3,11の上下剛性を高めることができる。また、アーム3,11の肉厚を薄くして軽量化を図ることができる。
【0031】
第1伝達機構2はロボット本体10に固定されている。ハンド12は、第2アーム11の第4伝達機構15に取り付けられている。また、第1伝達機構2および第2伝達機構4の回転中心の間隔と第3伝達機構14および第4伝達機構15の回転中心の間隔とは同じ長さとしている。
【0032】
また、第2伝達機構4と第2アーム11とは直接ねじ止めにより固定されている。さらに、第1アーム3と第3伝達機構14とは連結筒33により固定されている。この連結筒33は、第2伝達機構4の内部に収容されている。連結筒33の内部には配線が収容されている。さらに、第1アーム3の第2伝達機構4の近傍には駆動機構35が内蔵されている。この駆動機構35は、モータ36と、該モータ36に取り付けられた減速機37と、減速機37に取り付けられた駆動プーリ38と、駆動プーリ38と第2伝達機構4とに掛け渡される駆動ベルト39とを備えている。
【0033】
ここで、第1伝達機構2と第2伝達機構4との径(歯数)の比は2:1とされ、第3伝達機構14と第4伝達機構15との径(歯数)の比は1:2とされている。このため、第1伝達機構2、第2伝達機構4、第4伝達機構15の回転角比は1:2:1となる。
【0034】
ロボットアーム1は、図4および図5に示すようにロボット本体10に2本支持されている。ロボット本体10は昇降機構を有している。すなわち、ロボットアーム1は、昇降機構の最低高さ(図4中、実線で示す)と昇降機構の最高高さ(図4中、二点鎖線で示す)との間で昇降可能である。また、ロボット本体10はレール34に沿って移動可能にされている。
【0035】
上述したロボットアーム1の動作を以下に説明する。
【0036】
ロボットアーム1を使用する際は、モータ36を駆動することにより減速機37を介して駆動プーリ38を回転させる。さらに、駆動プーリ38の回転は駆動ベルト39を介して第2伝達機構4に伝達される。第2伝達機構4の回転は第1連結手段6を介して第1伝達機構2に伝達される。また、第2伝達機構4の回転により、第1アーム3に対して第2アーム11が回転すると共に第2アーム11に対して第3伝達機構14が回転する。さらに、第2アーム11に対して第3伝達機構14が回転することにより、第2アーム11に対して第4伝達機構15が回転してハンド12が回転する。
【0037】
ここで、第1伝達機構2および第2伝達機構4の回転中心の間隔と第3伝達機構14および第4伝達機構15の回転中心の間隔とは同じ長さであると共に第1アーム3の第1伝達機構2と第2伝達機構4(即ち、第2アーム11の第3伝達機構14)と第2アーム11の第4伝達機構15との回転角度比は1:2:1であるので、第1アーム3を回転させることにより、第1アーム3と第2アーム11との角度が変化して、第1アーム3の第1伝達機構2の中心と第2アーム11の第4伝達機構15の中心とを結んだ直線上をハンド12が向きを一定にしながら移動する。
【0038】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では動力伝達部7,8,17,18としてタイミングベルトを使用しているが、これには限られずスチールベルトやチェーンを利用しても良い。
【0039】
また、上述した実施形態では各アーム3,11にリブが設けられているが、これには限られず例えば荷重が余り大きくない場合などは設けなくても良い。
【0040】
さらに、上述した実施形態ではモータ36を第1アーム3の第2伝達機構4の近傍に設けているが、これには限られずモータ36をロボット本体10に内蔵させるようにしても良い。この場合は、モータ36により第1アーム3を駆動させて、第1伝達機構2から第2伝達機構4、第3伝達機構14、第4伝達機構15と動力を伝達させる。あるいは、モータ36を第2アーム11に設けて、第4伝達機構15を駆動させても良い。この場合は、第4伝達機構15から、第3伝達機構14、第2伝達機構4、第1伝達機構2と動力を伝達させる。
【0041】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1記載のロボットアームによれば、第1連結部を硬質の部材で形成して、従来のように第1伝達機構と第2伝達機構との間にタイミングベルトのみが介在する場合に比べて、ベルトが短くなりベルトの伸縮による作業手段の位置精度低下を抑えることができる。
【0042】
また、第1動力伝達部と第1連結部との間および第1連結部と第2動力伝達部との間では一旦分離して再度連結することが可能になるので、これら第1動力伝達部と第1連結部と第2動力伝達部とが通過する孔を有すると共に第1アーム内を横切るリブを形成することができるようになる。これにより、第1アームの断面変形を抑えることができるので、アームの上下方向の剛性を高めることができる。また、アームの肉厚を薄くすることができるので、軽量化を図ることができる。
【0043】
さらに、ベルト直接駆動型になるので、減速機を使用する場合に比べて構造が簡素でメンテナンス性が良い。しかも、駆動部はアームの関節部とは別個であるので、アームの内部構造とは別に駆動部のみを一体交換などできる。よって、駆動部がアームの関節部に設けられた場合に比べてメンテナンス時間の短縮を図ることができる。
【0044】
そして、請求項2記載のロボットアームによれば、第2連結部を硬質の部材で形成して、従来のように第3伝達機構と第4伝達機構との間にタイミングベルトのみが介在する場合に比べて、ベルトが短くなりベルトの伸縮による作業手段の位置精度低下を抑えることができる。
【0045】
また、第3動力伝達部と第2連結部との間および第2連結部と第4動力伝達部との間では一旦分離して再度連結することが可能になるので、これら第3動力伝達部と第2連結部と第4動力伝達部とが通過する孔を有すると共に第2アーム内を横切るリブを形成することができるようになる。これにより、第2アームの断面変形を抑えることができるので、アームの上下方向の剛性を高めることができる。また、アームの肉厚を薄くすることができるので、軽量化を図ることができる。
【0046】
請求項3記載のロボットアームによれば、各伝達機構はプーリであると共に、各動力伝達部はベルトであり、尚かつ各連結部は金属プレートであるようにしているので、各伝達機構の間には金属プレートである連結部が介在されることになり、見かけ上のベルトの長さが短くなって剛性を高めて位置制御の精度を高めることができる。
【0047】
さらに、請求項4記載のロボットアームによれば、各アームにリブを設けているので、各アームの剛性を高めて位置制御の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のロボットアームの主要部を示す縦断面側面図である。
【図2】ロボットアームの主要部を示す平面図である。
【図3】調整側連結部を示す側面図である。
【図4】ロボットアームを示す正面図である。
【図5】ロボットアームを示す平面図である。
【図6】従来のロボットアームを示す縦断面正面図である。
【符号の説明】
1 ロボットアーム
2 第1伝達機構
3 第1アーム
4 第2伝達機構
5 作業手段
6 第1連結手段
7 第1動力伝達部
8 第2動力伝達部
9 第1連結部
10 ロボット本体
11 第2アーム
12 ハンド
14 第3伝達機構
15 第4伝達機構
16 第2連結手段
17 第3動力伝達部
18 第4動力伝達部
19 第2連結部
29 リブ
Claims (4)
- ロボット本体に第1伝達機構を介して回動可能に取り付けられた第1アームと、該第1アームの先端部に第2伝達機構を介して回動可能に取り付けられた作業手段とから構成されると共に、上記第1伝達機構および上記第2伝達機構を連結して動力を伝達する第1連結手段を備えるロボットアームにおいて、上記第1連結手段が、上記第1伝達機構からの動力または該第1伝達機構への動力を授受する第1動力伝達部と、上記第2伝達機構からの動力または該第2伝達機構への動力を授受する第2動力伝達部と、上記第1動力伝達部および上記第2動力伝達部を繋ぐ第1連結部とから構成されていることを特徴とするロボットアーム。
- 上記作業手段が、上記第2伝達機構に固定されて上記第1アームに対して回動可能な第2アームと、上記第2伝達機構と同心で上記第1アームに固定された第3伝達機構と、上記第2アームの先端部に第4伝達機構を介して回動可能に取り付けられたハンドとから構成されると共に、上記第3伝達機構と上記第4伝達機構を連結して動力を伝達する第2連結手段を備えるロボットアームであって、上記第2連結手段が、上記第3伝達機構からの動力または該第3伝達機構への動力を授受する第3動力伝達部と、上記第4伝達機構からの動力または該第4伝達機構への動力を授受する第4動力伝達部と、上記第3動力伝達部および上記第4動力伝達部を繋ぐ第2連結部とから構成されていることを特徴とする請求項1記載のロボットアーム。
- 上記各伝達機構はプーリであると共に、上記各動力伝達部はベルトであり、尚かつ上記各連結部は金属プレートであることを特徴とする請求項1または2記載のロボットアーム。
- 上記各アームにリブを設けたことを特徴とする請求項1から3までのいずれか記載のロボットアーム。
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