JP2006321019A - ダブルアーム型ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 クリーンルーム内におけるレイアウトの自由度を低下させることがないように、既存のダブルアーム型ロボットにあまり手を加えることなく、また、その大型化や製造コスト上昇を防ぎながら、可搬重量を増大させることが可能なダブルアーム型ロボットを提供することにある。
【解決手段】 関節部（第１関節部１００Ａ，１００Ｂ、第２関節部１０１Ａ，１０１Ｂ、第３関節部１０２Ａ，１０２Ｂ）により回転可能に連結されて回転駆動源による回転力を伝達し、制御装置によって所望の動作をさせるアーム６Ａ，６Ｂを備え、二組のアーム６Ａ，６Ｂが基端の関節部における回転中心軸の軸方向に上下に配置されているダブルアーム型ロボット１において、二組のアーム６Ａ，６Ｂの各々には、二組のアーム６Ａ，６Ｂを連結する連結部が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ワークの搬送に用いられるダブルアーム型ロボットに関し、特に、既存のロボットにあまり手を加えることなく、可搬重量を増大させることを可能にしたものに関する。

一般的に、シリコンウェハやガラス基板などのワークを搬送するときには、コンピュータ制御されたロボットが用いられる。例えば、ワークをステージから取り出したり、ワークをステージに差し入れたりする際には、アーム型のロボットが用いられる。特に、１本のアームを２本（２組）にして、作業効率を向上させたダブルアーム型のロボットがよく用いられる（特許文献１参照）。

特許文献１記載のワーク搬送ロボットは、互いに異なる駆動源によって互いに平行な平面内において、共通の軸回りに回転駆動される少なくとも２つのアームを有するものであり、関節リンケージを回転させる必要をなくして（アームの無駄な動作を省いて）作業時間の短縮化を図るものである。

ところで、ワークの中には、ガラス基板の他に、マスクのような重量のあるワーク（重量物）が存在する。このような重量物を搬送するときにガラス基板搬送用ダブルアーム型ロボットを用いたのでは、アーム部分が荷重に耐えきれない場合がある。そのため、従来から、重量物を搬送するときには、専用の重量物搬送用ロボットを別に用意して、ガラス基板搬送用ダブルアーム型ロボットと使い分けて使用したり、専用の重量物搬送装置を設けたりするなどして対応している。

なお、ガラス基板を搬送する際にはガラス基板搬送用ハンドをアームに取り付け、重量物を搬送する際には、専用の重量物搬送用のハンドをアームに自動的に取り付けることによって、ワークの多様性に迅速に対応できる技術も開発されている（例えば特許文献２記載のハンド自動交換システム参照）。

特開平９−２６２７８８号公報（段落番号［００１０］，［００１１］） 特開平１０−１５１５９２号公報（段落番号［０００６］）

しかしながら、上述した従来のダブルアーム型ロボットでは、以下のような問題がある。

まず、マスクのような重量のあるワーク（重量物）を搬送する機会は一般的に少ないことから、使用頻度の少ない専用の重量物搬送用ロボットをわざわざ別に用意するのは、コスト高に繋がり合理的でない。また、ガラス基板を搬送するときと重量物を搬送するときとでロボットを使い分けるとなると、作業効率向上の妨げとなる。さらに、近年、重量物は益々大型化する傾向にあるが、ロボットの仕様が、可搬重量的に上限にきていることもあり、対応可能なロボットを、現在の標準的なロボットの品揃えの中から重量物搬送用ロボットとして用意するのも困難な状況になりつつある。

このような様々な事情を踏まえ、ロボットの使い分けをやめ、１台のダブルアーム型ロボットでガラス基板と重量物を搬送することを考えた場合、例えば重量物の荷重に耐えられるようなアームを採用するなどして、ダブルアーム型ロボットを重量物搬送に対応できる仕様にする必要がある。これは、ダブルアーム型ロボットの大型化や製造コスト上昇という問題を引き起こす。

また、ダブルアーム型ロボットを重量物搬送に対応できる仕様にした場合、一般的にロボットのサイズも大型化となり、ロボットの旋回半径が大きくなることに起因して、十分な作業スペースを確保しなければならなくなり、クリーンルーム内におけるレイアウトの自由度を低下させてしまう、という問題がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、既存のダブルアーム型ロボットにあまり手を加えることなく、可搬重量を増大させることが可能なダブルアーム型ロボットを提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

（１） 関節部により回転可能に連結されて回転駆動源による回転力を伝達し、制御装置によって所望の動作をさせるアームを二組備え、前記二組のアームが基端の関節部における回転中心軸の軸方向に上下に配置されているダブルアーム型ロボットにおいて、当該ダブルアーム型ロボットは、前記二組のアームを連結する連結部が取付け可能であり、前記二組のアームは、前記連結部を用いて一体的に運動可能であることを特徴とする。

本発明によれば、ダブルアーム型ロボットに、一又は複数の関節部により回転可能に連結されて回転駆動源（例えばモータ）による回転力を伝達し、制御装置（例えばマイコン）によって所望の動作をさせる二組のアームを、それらが基端の関節部における回転中心軸の軸方向に上下に配置されるように設けるとともに、これら二組のアームを連結する連結部が取付け可能であるので、上記連結部を介して二組のアームを連結し、アームの剛性を増加させることで、可搬重量を従来と比べて簡単に増大することができる。

さらに、ダブルアーム型ロボットの二組のアームが基端の関節部における回転中心軸の軸方向に上下に配置されているので、二組のアームを連結部により連結することで、縦方向（上下方向）に面が形成され、ワークをハンド部に載置した際に発生する上下方向の荷重（倒れ）に対し、その剛性を高くすることができる。

また、本発明は、ダブルアーム型ロボットの二組のアームの各々に連結部を取り付ける作業を行うだけで、可搬重量を増大させることができる。そのため、ダブルアーム型ロボットの大型化や製造コスト上昇の防止に貢献することができる。

加えて、特にロボットの旋回半径が大きくなるといったこともないので、余分なスペースを設ける必要もなく、レイアウトの自由度低下を防止することもできる。

本発明は、二組のアームに「連結部」を取付け可能としたので、重量物を搬送したいときだけ二組のアームを連結部を取付けて連結して一体的に動作させ、ガラス基板を搬送するときには二組のアームを別々に動作させる、といったような動作も可能となり、ひいてはダブルアーム型ロボットの汎用性・効率性を向上させることができる。

さらに、本発明によれば、二組のアームは、上述した連結部を介して一体的に運動可能に連結されているので、一組のアームの耐久荷重を超える重量物であっても適切に搬送することができる。

なお、上述のとおり近年の重量物の大型化に伴って、ロボットの仕様が、可搬重量的に上限に来ていることもあり、対応可能なロボットを、現在の標準的なロボットの中から重量物搬送用ロボットとして用意するのが困難な状況になりつつあるが、本発明によれば、既存のダブルアーム型ロボットに多少の変形を加えるだけで、可搬重量を簡易に従来に比べて増大させることができる。

（２） 前記制御装置は、前記二組のアームをタンデム運転で動作させることを特徴とする（１）記載のダブルアーム型ロボット。

本発明によれば、上述した制御装置によって、二組のアームをタンデム運転で動作させることとしたので、一体となった二組のアームを適切に動作させることが可能となる。

すなわち、別々の動きをしている二組のアームをただ機械的に連結した場合には、アームの制御を行うサーボ系が互いに干渉してしまい、適切に動作させるのが困難になる場合がある。しかし、本発明によれば、一のアームの制御機能を主機能として主動的に動力を伝える一方で、他のアームを従動させるタンデム運転で動作させることとしたので、一体となった二組のアームを適切に動作させることが可能となる。

（３） 前記制御装置は、前記タンデム運転に切換可能な運転切換手段を備えることを特徴とする（２）記載のダブルアーム型ロボット。

本発明によれば、上述した制御装置に、タンデム運転に切り替え可能な運転切換手段を設けることとしたので、二組のアームを連結部で連結せずに運転する場合と、二組のアームをタンデム運転で運転する場合とを容易に切り替えることができ、ひいてはダブルアーム型ロボットの操作性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ダブルアーム型ロボットは、二組のアームを連結する連結部が取り付け可能となっているので、ダブルアーム型ロボットの大型化や製造コスト上昇を防ぎながら、可搬重量を増大させることができる。また、この連結部を設けたことによって、特にロボットの旋回半径が大きくなるといったこともないので、余分なスペースを設ける必要もなく、レイアウトの自由度低下を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るダブルアーム型ロボット１の外観を示す外観図である。特に、図１は、二組のアーム６Ａ，６Ｂを連結していないときの様子を示しており、図２は、二組のアーム６Ａ，６Ｂを連結しているときの様子を示している。

図１（ａ）〜（ｃ）において、ダブルアーム型ロボット１は、基台２と、回転ユニット３と、コラム４と、スライダ５と、アーム６Ａ，６Ｂと、ハンド部９Ａ（ハンド基端部９Ａａ及びハンドフォーク部９Ａｂからなる），９Ｂ（ハンド基端部９Ｂａ及びハンドフォーク部９Ｂｂからなると、から構成され、関節部としての第１関節部１００Ａ，第２関節部１０１Ａ，第３関節部１０２Ａ（第１関節部１００Ｂ，第２関節部１０１Ｂ，第３関節部１０２Ｂ）により回転可能に連結されて回転駆動源による回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム６Ａ，６Ｂを二組備えてなるもので、二組のアーム６Ａ，６Ｂに設けられる基端の第１関節部１００Ａ（第１関節部１００Ｂ）の回転中心軸の軸方向に、二組のアーム６Ａ，６Ｂを上下に配置するように構成されている。

回転ユニット３は、基台２に回転可能に配置され、回転ユニット３が回転することによってダブルアーム型ロボット１を旋回させて、その向きを変えられるようになっている。スライダ５（アーム６Ａ，６Ｂを支持する支持部材）は、コラム４の側面で上下にスライド移動可能なように構成されている。

ダブルアーム型ロボット１に備えられる二組のアーム６Ａ，６Ｂは、それぞれ３個の関節部（第１関節部１００Ａ，１００Ｂ、第２関節部１０１Ａ，１０１Ｂ、第３関節部１０２Ａ，１０２Ｂ）を有するものである。アーム６Ａ，６Ｂは、第１アーム部７Ａ，７Ｂと、第１アーム部７Ａ，７Ｂと連結される第２アーム部８Ａ，８Ｂと、を備えている。

第１アーム部７Ａの基端は、スライダ５に駆動軸を介して連結され、回動可能な第1関節部１００Ａを構成する。また、第１アーム部７Ａの先端と第２アーム部８Ａの基端とが駆動軸を介して連結され、回動可能な第２関節部１０１Ａを構成する。さらに、第２アーム部８Ａの先端とハンド部９Ａとが駆動軸を介して連結されて、回動可能な第３関節部１０２Ａを構成する。なお、同様に、第１アーム部７Ｂ，第２アーム部８Ｂ，ハンド部９Ｂによって、第１関節部１００Ｂ，第２関節部１０１Ｂ，第３関節部１０２Ｂが構成される。

二組のアーム６Ａ，６Ｂは、図示しない回転駆動源により、第１関節部１００Ａ，１００Ｂと第２関節部１０１Ａ，１０１Ｂと第３関節部１０２Ａ，１０２Ｂとを回動させて、ハンド部９Ａ，９Ｂをワーク１０の取り出し・供給方向に移動させる。この際、アーム６Ａでは、その機構上、ハンド部９Ａが一方向を向いて、第１アーム部７Ａと第２アーム部８Ａとを伸ばしきった伸張位置と、第１アーム部７Ｂと第２アーム部８Ｂとを折り畳んだ状態として縮み位置との間を直線移動するように、伸縮動作を行う。アーム６Ｂについても同様である。なお、かかる機構は、第１関節部１００Ａ，１００Ｂと第２関節部１０１Ａ，１０１Ｂと第３関節部１０２Ａ，１０２Ｂのそれぞれに、タイミングプーリを設け、タイミングプーリ間をタイミングベルトで連結し、各関節部が所定の回転を行うことができるように構成される。

また、二組のアーム６Ａ，６Ｂは、互いに干渉することがないように、上下方向に対面するように各々スライダ５に配置される。すなわち、二組のアーム６Ａ，６Ｂは、第１関節部１００Ａ、１００Ｂの回転中心軸が同軸上となるように配置されている。これにより、二組のアーム６Ａ，６Ｂが互いに接触することのないように配置することが可能となり、ワーク１０の供給動作と別のワーク１０の取り出し動作とを効率よく行うことができる。次に、このように構成されたダブルアーム型ロボット１において、二組のアーム６Ａ，６Ｂを連結しているときの様子を説明する。

図２（ａ）及び（ｂ）において、ダブルアーム型ロボット１は、第２アーム部８Ａの先端と、第２アーム部８Ｂの先端とが連結されている（図２（ｂ）における点線枠Ｘ内参照）。なお、図２では、説明の便宜上、ハンド部９Ｂは予め取り外してある。この連結部分について、図３〜図５を用いて詳述する。

図３は、図２に示すダブルアーム型ロボット１の連結部分（点線枠Ｘ内）を拡大したときの様子を示す拡大図である。

図３（ａ）において、第２アーム部８Ａには、ハンド基端部９Ａａ（ハンド部９Ａのうち、ハンドフォーク部９Ａｂを除いた部分）を介して、連結軸２１がボルト２２により取り付けられている。また、第２アーム部８Ｂには、連結軸２１と連結させる取付部２３が設けられている。すなわち、アーム６Ａの連結部として連結軸２１及びボルト２２が、アーム６Ｂの連結部として取付部２３が設けられている。

アーム６Ａとアーム６Ｂを連結するときには、例えば図３（ｂ）に示すようなフランジ部（例えば２分割フランジ）２４を用いる。より詳細には、フランジ部２４を横から設置した後、ボルト２２を回動させて、フランジ部２４，連結軸２１，取付部２３を固定する。

連結されたアーム６Ａ，６ｂは、図２（ａ）又は図２（ｂ）に示すように、軸方向に重なるように同じ向きに折り曲げられるようになっている。

このようにして、二組のアーム６Ａ，６Ｂ（図３では、第２アーム部８Ａ，８Ｂ）を連結し、一体となったアームの剛性を増加させることで、可搬重量を従来と比べて簡単に増大することができる。

なお、ここではアーム６Ａとアーム６Ｂを手動で連結することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、両者を自動で連結するようにしてもよい。すなわち、例えばフランジ部２４の設置及びボルト２２の回動を制御装置によってプログラム制御することで、アーム６Ａとアーム６Ｂを自動で連結するようにしてもよい。

図４は、本発明の他の実施の形態に係るダブルアーム型ロボット１の連結部分を拡大したときの様子を示す拡大図である。

図４（ａ）において、第２アーム部８Ａには、ハンド基端部９Ａａを介して、連結軸２１がボルト２２により取り付けられている。また、第２アーム部８Ｂには、図４（ｂ）に示すようなフランジ部２４と、そのフランジ部２４を第２アーム部８Ｂに固定する取付部２３と、が設けられ、両者はボルト２２によって固定されている。

アーム６Ａとアーム６Ｂを連結するときには、ボルト２２を用いる。より詳細には、連結軸２１をフランジ部２４の差込穴２４ａに差し込んだ後、固定穴２４ｂに嵌められたボルト２２を回動させて、フランジ部２４に連結軸２１を固定する。

このようにして、二組のアーム６Ａ，６Ｂを連結し、一体となったアームの剛性を増加させることで、可搬重量を従来と比べて増大することができる。加えて、図４に示す実施形態によれば、二組のアーム６Ａ，６Ｂを自動で連結することを考えた場合、連結軸２１の差し込み及びボルト２２の回動で足り、図３を用いて説明したようなフランジ部２４の設置工程が不要なので、簡易なプログラム制御によって、アームの連結を行うことができる。

図５は、ダブルアーム型ロボット１の制御フローを示すフローチャートである。

図５において、まず、搬送するワークが重量物か否かを判断し（ステップＳ１）、重量物であれば、アーム６Ａとアーム６Ｂとを連結して（ステップＳ２）、タンデム運転を行う（ステップＳ３）。すなわち、例えばアーム６Ａの制御機能を主機能として主動的に動力を伝えて、アーム部６Ｂを従動させることによって、二組のアーム６Ａ，６Ｂの制御機能がお互いに干渉してしまうのを防ぎながら、一体となった二組のアーム６Ａ，６Ｂを適切に動作させることができる。より具体的には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、アーム６Ａ、６Ｂを構成する第1アーム部７Ａ，７Ｂ、第１関節部１０１Ａ，１０１Ｂ、第2アーム部８Ａ，８Ｂとは軸方向に重なりながら動作する。

ここで、ステップＳ１の判断は、ダブルアーム型ロボット１の制御装置（図示せず）が行うようにしてもよい。すなわち、制御装置に、タンデム運転に切り替え可能な運転切替手段（例えばスイッチやレバーなど）を設けておき、オペレーターがその運転切り替え手段を操作したとき、アーム６Ａとアーム６Ｂとが自動的に連結され、アーム６Ａとアーム６Ｂがタンデム運転で動作するようにしてもよい。

なお、運転切替手段は、所定箇所（例えばワークを載置するステージ）に設けた重量検知センサによって自動化することも可能である。より詳細には、重量検知センサによってワークが重量物であると判断されると、それを示す信号がダブルアーム型ロボット１の制御装置に転送され、制御装置は、アーム６Ａとアーム６Ｂとを連結する制御信号を送信するとともに、アーム６Ａとアーム６Ｂとをタンデム運転で動作させる。

一方で、ステップＳ１において、搬送するワークが重量物でないと判断した場合には、通常の運転を行う（ステップＳ４）。このように、重量物を搬送したいときだけ二組のアーム６Ａ，６Ｂを連結して一体的に動作させ（ステップＳ３）、例えばガラス基板を搬送するときには二組のアーム６Ａ，６Ｂを別々に動作させる（ステップＳ４）、といったような動作も可能となり、ひいてはダブルアーム型ロボット１の汎用性・効率性を向上させることができる。

本実施の形態では、アーム６Ｂのハンド部９Ｂを取り外したが、アーム６Ａのハンド部９Ａを取り外して、ハンド部９Ｂを残し、２組のアーム６Ａ，６Ｂを、連結部を用いて連結してもよい。

また、使用する場所、ワーム等の条件が許せば、ハンド部を取り外さずに、２つのハンド部を取付けた状態で連結させてもよい。

本発明に係るダブルアーム型ロボットは、既存のダブルアーム型ロボットにあまり手を加えることなく、その大型化や製造コスト上昇を防ぎながら可搬重量を増大させることが可能なものとして有用である。

本発明の実施の形態に係るダブルアーム型ロボットの外観を示す外観図である。 本発明の実施の形態に係るダブルアーム型ロボットの外観を示す外観図である。 図２に示すダブルアーム型ロボットの連結部分（点線枠Ｘ内）を拡大したときの様子を示す拡大図である。 本発明の他の実施の形態に係るダブルアーム型ロボットの連結部分を拡大したときの様子を示す拡大図である。 ダブルアーム型ロボットの制御フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１ ダブルアーム型ロボット
２ 基台
３ 回転ユニット
４ コラム
５ スライダ
６Ａ，６Ｂ アーム
９Ａ，９Ｂ ハンド部
２１ 連結軸
２２ ボルト
２３ 取付部
２４ フランジ部

Claims (3)

1. 関節部により回転可能に連結されて回転駆動源による回転力を伝達し、制御装置によって所望の動作をさせるアームを二組備え、
   前記二組のアームが基端の関節部における回転中心軸の軸方向に上下に配置されているダブルアーム型ロボットにおいて、
   当該ダブルアーム型ロボットは、前記二組のアームを連結する連結部が取付け可能であり、前記二組のアームは、前記連結部を用いて一体的に運動可能であることを特徴とするダブルアーム型ロボット。
2. 前記制御装置は、前記二組のアームをタンデム運転で動作させることを特徴とする請求項１記載のダブルアーム型ロボット。
3. 前記制御装置は、前記タンデム運転に切換可能な運転切換手段を備えることを特徴とする請求項２記載のダブルアーム型ロボット。
   

Images