JP2008284629A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い剛性を持ち、かつ旋回半径の小さい2アーム方式のロボット装置を提供すること。
【解決手段】 ロボット装置1は、円盤状の据付台2と、筐体3と、2本のアーム部10、20およびアーム部10、20の先端に設置されたハンド部材100、200とからなる。ハンド部材100、200は、2股に分かれたフォーク状の平板であり、液晶ガラス基板をこの2股に分かれた部分に載置可能である。大気雰囲気側となる円筒筐体3には制御基板が格納されている。
アーム部10、20は、同軸に配置されたハブ4、5、6上に設置されている。ハブ4、5、6は、同軸のインハブ型のモータが3段に連なった構成となっており、制御基板により旋回制御される。アーム部20は、アーム部10が前後進する際に、後退したままアーム部10に対して垂直方向に旋回する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、真空雰囲気において半導体ウェハあるいは液晶ガラス基板等を搬送する2アーム方式のロボット装置に関する。

半導体ウェハあるいは液晶ガラス基板等の被処理物を真空処理室に搬入し、処理済の被処理物を処理室から搬出する2アーム方式のロボット装置が知られている。

このようなロボット装置は、真空処理室への汚染を防止するため、自らが錆びないようにアルミニウム等の軽金属により製造されているとともに、旋回部分からの発塵を抑止するため、流体磁気シールドなどが施されている。

半導体の製造工程あるいは、液晶基板の製造工程では、被処理物に対してエッチング、スパッタリング、蒸着等の真空下或いは特殊ガス雰囲気下における処理を行う。このような処理を行う処理室への被処理物の搬入出を行うロボット装置も、同様な特殊環境下に設置されるため、その大きさや旋回半径が被処理物の大きさよりも大きくなると、ロボットのために特殊環境下の設備を用意しなくてはならなくなり、設備コストが増大する。

このような問題点を解決する一手法として、特許文献1のロボット装置では、2つのアーム部の旋回軸を同軸に構成することにより、2つのアーム部が搭載される旋回台の回転半径を小さくすることが提案されている。しかしながら、この技術においても被処理物の大きさに比べるとロボット装置の旋回半径は非常に大きなものとなっている。

すなわち、特許文献1のロボット装置では、旋回軸の前方に被処理物を積載する構造となるため、旋回軸上或いは後方が被処理物の積載に有効に使えない。また、被処理物を積載するハンド部材が2階建ての構造となっており、上側のハンド部材が前後動する際に下側に積載した被処理物への干渉を避けるため、上側のハンド部材が下側の被処理物を迂回する形状となり剛性が確保できない。

さらに、特許文献1のロボット装置では、前後段の平行四節リンクの中間の支点が、旋回半径方向にオフセットして設けられており、旋回半径を増大する一因となっている。

半導体ウェハや液晶ガラス基板は年々大型化する傾向にあり、ロボット装置自体の小型化、剛性の強化の要望がある。
特開平９−２０８６３７号公報

本発明は、高い剛性を持ち、かつ旋回半径の小さい2アーム方式のロボット装置を提供することを目的とする。

上記課題は、中間リンクを共通とする前後段の平行四節リンクからなる2対のアーム部と、夫々のアーム部の前段の平行四節リンクのうち、中間リンクと反対側のリンクに被処理物を積載可能なハンド部材とを有する積載装置において、同軸に配置された3つの旋回ハブであって、一方のアーム部を構成する後段の第1の平行四節リンクのうち、前記中間リンクの反対側のリンクを旋回させる第1のハブと、前記一方のアーム部を構成する後段の第1の平行四節リンクのうち、前記中間リンクと前記反対側のリンクとの間にある一方のリンクロッドを旋回させる第2のハブであって、他方のアーム部を構成する後段の第1の平行四節リンクのうち、前記中間リンクの反対側のリンクロッドを旋回させる第2のハブと、前記一方のアーム部を構成する後段の第1の平行四節リンクのうち、前記中間リンクと前記反対側のリンクロッドとの間にある一方のリンクロッドを旋回させる第3のハブと、前記一方のアーム部を前後進させる際には、前記第2のハブを前記第1のハブに対して回転させるとともに、前記第3のハブを前記第2のハブの回転方向に旋回させ、前記他方のアーム部を前後進させる際には、前記第3のハブを前記第2のハブに対して旋回を指示する制御装置とからなる、2アーム方式のロボット装置により達成される。

また、本発明の他の面によれば、前記旋回ハブの上の空間を被処理物の積載空間として使用可能とするため、前記2対のアーム部は、前記ハブの旋回軸を通る平面に対して左右対称に設けられ、各アーム部の後段の平行四節リンクは前記ハンド部材の前進方向とは反対方向に前記ハブから延在し、かつ各アーム部の後段の平行四節リンクは前記反対方向にさらに前記前段の平行四節リンクから延在する。

さらに、本発明の別の面によれば、一対のアーム部を上下に重ねて、装置の大きさをさらに小さくするために、前記他方のアーム部のハンド部材が前後動する平面よりも、前記一方のアーム部の前段の平行四節リンクが、前記ハブから見て上側に設けられるように一方のアーム部の中間リンクが構成されている。

本発明によれば、大きさや旋回半径が小さく、設置の際の設備コストの小さいロボット装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

図1、図2は、本実施例によるロボット装置1の斜視図である。

ロボット装置1は、円盤状の据付台2と、筐体3と、2本のアーム部10、20およびアーム部10、20の先端に設置されたハンド部材100、200とからなる。ハンド部材100、200は、2股に分かれたフォーク状の平板であり、液晶ガラス基板をこの2股に分かれた部分に載置可能である。真空状態或いは特殊雰囲気の清浄室内の外側の大気雰囲気に置かれる円筒筐体3は、制御基板(図示せず)を格納されている。また、特殊雰囲気の室内側からロボット装置の据付台2を設置する際、当該室内に設けられた据付台2よりも若干小さな半径の円形開口を円筒筐体が通過できるようにするため、円筒筐体3は、その半径が円形開口の半径よりも小さいものとなっている。

アーム部10、20は、同軸に配置されたハブ4、5、6上に設置されている。ハブ4、5、6は、3つの独立したモータから夫々ベルトや歯車等の伝達機構により、同軸に駆動力を集中して駆動されるが、そのような構成はよく知られているので説明は省略する。このような機構は、円筒筐体3内に設置される。なお、3つのインハブ型のモータを同軸に連ねるダイレクトドライブ方式を採用してもよい。この場合は、モータ部はハブ4、5、6の内部に置かれることになる。モータへの旋回制御は、円筒筐体3内の制御基板の電子回路およびプログラム等のソフトウェアにて行う。

円筒筐体3は、ハブ4、5、6の全体を上下動させるアクチュエータ機構を持つ。これにより、所定の高さ方向位置に載置された被処理物に対して、ハンド部材100および200にてアクセス可能となる。

アーム部10は、アーム部10の根元側となる後段の平行四節リンク(第1の平行四節リンクと称す)と、腕先側となる前段の平行四節リンク(第2の平行四節リンクと称す)とからなる平行四節リンク機構を有している。まず第1の平行四節リンクは、ハブ4と、ハブ5と、リンクロッド11および12と中間リンク15を有している。リンクロッド11の一端はハブ5に結合しており、他端は、中間リンク15 にピボット軸32を介して接続している。リンクロッド12の一端は、ハブ4から延在したロッド7上に設けられたピボット軸31を介して接続しており、他端は、中間リンク15に同様にピボット軸33を介して接続している。ここで、中間リンク15上の2つのピボット軸32、33は、ハブ4およびロッド7のピボット軸30、31を結ぶ線と平行な線上に配置されている。このようにして、第1の平行四節リンクは、ピボット軸30、31、32、33を平行四辺形の頂点として構成される。また、第2の平行四節リンクは、リンクロッド13、14および中間リンク15そしてハンド部材120上のリンク105の4つのリンクからなる。リンクロッド13および14が中間リンク15に接続するピボット軸32、33は、リンクロッド11、12のピボット軸32、33と同じであり、重なり合っている。なお、後述するように、リンクロッド11、12が中間リンク15に対して正転すると、リンクロッド13、14は、逆転するように構成されている。

リンクロッド13、14の他端は、リンク105の2つのピボット軸34、35を介してそれぞれ接続されている。このように、第2の平行四節リンクは、リンクロッド13、14、リンク105、中間リンク15の4つのリンクからなり、その平行四辺形の頂点を4つのピボット軸32、33、34、35として構成される。

アーム部20は、アーム部20の根元側となる後段の平行四節リンク(第3の平行四節リンクと称す)と、腕先側となる前段の平行四節リンク(第4の平行四節リンクと称す)とからなる平行四節リンク機構を有している。まず第3の平行四節リンクは、ハブ6と、ハブ5に設けられたロッド8(図1中では、ロッド7の下にあり見えない。図2参照)と、リンクロッド21および22と中間リンク25を有している。リンクロッド21の一端はハブ6に接続しており、他端は、中間リンク25 にピボット軸36を介して接続している。リンクロッド22の一端は、ハブ5上に設けられたロッド8のピボット軸38を介して接続しており、他端は、中間リンク25 に同様にピボット軸37を介して接続している。ここで、中間リンク25上の2つのピボット軸36、37は、ハブ5および6のピボット軸38、30を結ぶ線と平行な線上に配置されている。このようにして、第3の平行四節リンクは、リンクロッド21、22、中間リンク25及びロッド8を4つのリンクとし、ピボット軸36、37、38、30を平行四辺形の頂点として構成される。また、第4の平行四節リンクは、リンクロッド23、24および中間リンク25、そしてハンド部材200の4つのリンクからなる。リンクロッド23および24が中間リンク25に接続するピボット軸36、37は、リンクロッド21、22のピボット軸と夫々同軸となって、重なっている。なお、後述するように、リンクロッド21、22が中間リンク25に対して正転すると、リンクロッド23、24は、中間リンク15に対して逆転するように構成されている。

リンクロッド23、24の他端は、ハンド部材200をリンクとした2つのピボット軸39、40((図2参照)を介してそれぞれ接続されている。このように、第4の平行四節リンクは、その平行四辺形の頂点を中間リンク25上の2つのピボット軸36、37、およびハンド部材200上の2つのピボット軸39、40として構成される。

リンクロッド13、23は、杓子状の形状をなしており、各アーム部が伸長した際に、この柄杓の部分の形状によりハブ4、5、6に当接するのを避けるものである。

図3は、本実施例によるロボット装置の背面図である。上から第2の平行四節リンク(図中リンクロッド14のみが見えている)、ハンド部材100、ハンド部材200、第4の平行四節リンク(図中、リンクロッド24のみが見えている)、第1の平行四節リンク(リンクロッド11、12)、第3の平行四節リンク (リンクロッド21、22)の順となっている。ここにおいて、ハンド部材100を支える第2の平行四節リンクのみが、ハンド部材100および200の上側に配置され、一方、第1、3、4の平行四節リンクが、ハンド部材100および200の下側に設置されている。

このため、アーム部20は、両方のハンド部材100、200の下側に配置されることになり、アーム部200を前後動させても、ハンド部材100、200が非処理物を搭載すべき空間に干渉することがない。

一方、ハンド部材100、200の上側に第2の平行四節リンクが配置されたアーム部10については、中間リンク15が図中の左側に存在し、被処理物を積載すべき空間Aの左側の領域を規制している。

図4に、本実施例によるロボット装置の上面図を示す。

図中、ピボット軸30を中心としハンド部材100、200の前進方向を角度0度とした半時計回りの回転座標系を定義すると、ハンド部材100、200が後退した状態では、アーム部10のリンクロッド11は120度の位置に、アーム部20のリンクロッド21は、さらに120度進んだ位置、すなわち240度の位置に存在する。図より明らかなように、リンクロッド11、12は、ハンド部材100、200の前進方向(角度0度)に対して、後退方向を向いており、さらにリンクロッド13、23も、前進方向Bに対して各々240度、120度後退する方向に延在している。これにより、アーム部が後退した時には、ハブ4、5、6の上方の領域を被処理物の積載することが可能である。

一方、ハブ5はリンクロッド11とロッド8とが設けられているが(図2参照)、このロッド8はリンクロッド11に対して60度進んだ位置に設けられている。すなわち、リンクロッド11がピボット軸30回りに回転すると、ロッド8は60度の進みを維持したまま同様に回転することとなる。

図5に、アーム部20がハンド部材200を前進させる様子を示す。

図5(a)では、リンクロッド21が回転座標系240度の位置にあり、リンクロッド22のピボット軸38は、同180度の位置にある。ピボット軸38の位置を維持したまま、ハブ6を反時計回りに回転させ、リンクロッド21を270度まで回転させた状態が図5(b)である。第3および第4の平行四節リンクが機能し、ハンド部材200が前進する。ハブ6をさらに300度の位置まで回転させた状態が図5(c)である。尚、ハンド部材200を後進させるには、リンクロッド21を時計回りに回動させれば良い。

次に、アーム部10がハンド部材100を前進させる様子を図6に示す。

図6(a)では、リンクロッドロッド11が回転座標系120度の位置にあり、リンクロッド12のピボット軸31は、同180度の位置にある。ピボット軸31の位置を維持したまま、ハブ5を時計回りに回転させ、リンクロッド11を70度まで回転させた状態が図6(b)である。第1および第2の平行四節リンクが機能し、ハンド部材100が前進する。この際、アーム部20のリンクロッド22のピボット軸38も、リンクロッド11と同じハブ5に結合しているため、60度進んだ130度の位置まで移動している。さらに、ハブ6もハブ5の回転と同じく、反時計回りに回転させられており、やはり190度の位置にある。このため、ピボット軸30と38を結ぶ線と、リンクロッド21とのなす角度が60度であって、図6(a)の角度関係と同じ状態であるので、ハンド部材200は前進することなく後退したままである。ただし，ハンド部材200の角度は図6(a)の0度の向きではなく、310度の方向に向いている。

ハブ5をさらに40度まで時計回りに回転させた状態が図6(c)である。ハンド部材100はさらに前進し、一方、ハンド部材200は280度の方向を向いている。尚、ハンド部材200を後進させるには、リンクロッド21を時計回りに回動させれば良い。

このように、ハンド部材200を横に向かせる理由は下記の通りである。
前述のように、アーム部20はハンド部材100、200の下側にあるので、アーム部20の第3、第4の平行四節リンクが、ハンド部材100、200に積載すべき被処理物の積載平面に干渉することはないが、アーム部10の中間リンク15の部分は、ハンド部材100、200の積載平面を横切る。

図7を用いてより詳細に説明する。図7(a)において、ハンド部材100に積載した液晶ガラス基板を破線にて表している。ハンド部材200が前進した状態であるが、その中間リンク25が、上から見ると液晶ガラス基板の領域に干渉しているように見える。しかしながら、アーム部20の中間リンク25は、先ほど述べたように、ハンド部材100の下側に位置しているので、実際には干渉は起こっていない。もし、アーム部20の第4の平行四節リンクがハンド部材100、200の上にあった場合には、中間リンク25が液晶ガラス基板に衝突してしまうことは明らかである。このような衝突を避けるため、リンクロッド21の回動量を減らすと、ハンド部材200の前進量が減ってしまう。

図7(b)(c)において、ハンド部材200に積載したガラス基板を破線にて表している。図7(b)は図6(b)に、図7(c)は図6(c)に夫々対応する。ハンド部材200に積載された液晶ガラス基板は、序々に横倒しされている。一方、中間リンク15は、ハンド部材200の前方に進出しておらず、二股に分かれた根元のあたりでの移動にとどまっている。これは、図7(a)に示すような中間リンク25がハンド部材100の前方向に大きく進出するのとは異なっている。

このように、アーム部10の中間リンク15は、ハンド部材200の積載平面に進入することが無いため、大きな被処理物を積載することが可能となる。

上記のハブ4、5、6は、それぞれのハブを回転させる3つモータで回転するが、このモータの制御は円筒筐体3に格納された制御装置にて行う。制御装置としては、ハードロジック、プログラムなどの手段により実現できる。図8は、制御回路が、アーム部10、20の動作に対する指示を上位装置から受けたときに、ハブ4、5、6をどのように回転させるかを纏めたものである。

図9に、中間リンク15の詳細図を示す。中間リンク15は、リンクロッド11、12が時計回りに回転する際に、リンクロッド13、14が反時計回りに回転させるものである。ピボット軸32、33を構成するローラ155、156にベルト151、152が襷がけされている。ベルト151は、ローラ155に反時計回りで巻きつけられ、その一端153をローラ155に固定されている。ベルト151の他端はローラ156に反時計回りに巻きつけられローラ156に固定されている(図示せず)。一方、ベルト152は、ローラ155に巻きつけられ、その一端をローラ155に固定されており(図示せず)、ベルト152の他端はローラ156に時計回りに巻きつけられローラ156に固定されている。ここにおいて、リンクロッド11のピボット軸は、ローラ155を固定して備えており、ローラ155はリンクロッド11の動きにあわせて回転する。一方、リンクロッド13のピボット軸は、ローラ155に回動可能に取り付けられている。従って、リンクロッド13は、ローラ155の回転からは自由である。一方、リンクロッド12のピボット軸は、ローラ156に回動可能に取り付けられている。従って、リンクロッド12は、ローラ156の回転からは自由である。リンクロッド14のピボット軸は、ローラ156を固定して備えており、ローラ156はリンクロッド14の動きにあわせて回転する。尚、リンクロッドとローラとの関係は、固定する側と回動可能とする側を上記と逆にしても、中間リンク15は同じく機能する。

中間リンク25も、中間リンク15と同様な構成であるため、説明は省略する。

上記実施例においては、ハンド部材100、200が後退した状態では、アーム部10のリンクロッド11は120度の位置に、アーム部20のリンクロッド21は、さらに120度進んだ位置、すなわち240度の位置に存在させているが、両者とも180度に設定することも可能である。このようにすると、ハンド部材の後退位置をより後ろまで下げることができるという効果がある。しかしながら、この場合において、リンクロッド11の旋回角が120度から180度までは、旋回角度に対するハンド部材の移動距離が、120度以前の旋回角度に対するハンド部材の移動距離よりも小さくなる点に注意すべきである。

また、上記実施例では、ハブ5におけるリンクロッド11とロッド8とのなす角度を60度としたが、夫々0度に設定することも可能である。この場合、アーム部10のハンド部材100を前進させると、アーム部20のハンド部材200は真横を向くこととなる。逆に、60度よりも大きくすることができるが、大きくすればするほどリンクロッド11の回転できる範囲が狭まることになる。

また、上記実施例では、上から第2の平行四節リンク、ハンド部材100、ハンド部材200、第4の平行四節リンク、第1の平行四節リンク、第3の平行四節リンクの順としたが、ハンド部材100を第2の平行四節リンクの上に設置しても構わない。この場合、ハンド部材100と200との間の高低差が広がるため、上下方向の位置の調整量を大きくしておく点に注意すべきである。

本実施例によるロボット装置の斜視図 本実施例によるロボット装置の分解図 本実施例によるロボット装置の背面図 本実施例によるロボット装置の上面図 アーム部20の動作を示す図 アーム部10の動作を示す図 ハンド部材にガラス基板を載せた図 制御装置の動作を示す図 中間リンク15の構成図

符号の説明

1・・・ロボット装置
2・・・据付台
4,5,6・・・ハブ
10,20・・・アーム部
11,12,13,14,21,22,23,24・・・リンクロッド
15.25・・・リンク
100,200・・・ハンド部材

Claims (7)

1. 中間リンクを共通とする前後段の平行四節リンクからなる2対のアーム部と、夫々のアーム部の前段の平行四節リンクのうち、中間リンクと反対側のリンクに被処理物を積載可能なハンド部材とを有するロボット装置において、同軸に配置された3つの旋回ハブであって、一方のアーム部を構成する後段の平行四節リンクのうち、前記中間リンクに平行なリンクとなる第1のロッドを旋回させる第1のハブと、前記一方のアーム部を構成する後段の平行四節リンクのうち、前記中間リンクと前記第1のロッドとの間にある一方のリンクを旋回させる第2のハブであって、他方のアーム部を構成する後段の第1の平行四節リンクのうち、前記中間リンクに平行なリンクとなる第2のロッドを旋回させる第2のハブと、前記他方のアーム部を構成する後段の第1の平行四節リンクのうち、前記中間リンクと前記第2のロッドとの間にある一方のリンクを旋回させる第3のハブと、前記一方のアーム部を前後進させる際には、前記第2のハブを前記第1のハブに対して回転させるとともに、前記第3のハブを前記第2のハブの回転方向に旋回させ、前記他方のアーム部を前後進させる際には、前記第3のハブを前記第2のハブに対して旋回させる制御装置とを有することを特徴とするロボット装置。
2. 請求項1において、前記2対のアーム部は、前記ハブの旋回軸を通る平面に対して左右対称に設けられ、各アーム部の後段の平行四節リンクは前記ハンド部材の前進方向とは反対方向に前記ハブから延在し、かつ各アーム部の後段の平行四節リンクは前記反対方向にさらに前記前段の平行四節リンクから延在することを特徴とするロボット装置。
3. 請求項2において、前記他方のアーム部のハンド部材が前後動する平面よりも、前記一方のアーム部の前段の平行四節リンクが、前記ハブから見て上側に設けられるように一方のアーム部の中間リンクが構成されていることを特徴とするロボット装置。
4. 請求項2おいて、前記一対のアーム部のハンド部材が前後動する平面よりも、前記一方のアーム部の前段の平行四節リンクが、前記ハブから見て上側に設けられるように一方のアーム部の中間リンクが構成されていることを特徴とするロボット装置。
5. 請求項1において、前記制御装置は、前記2対のアーム部を旋回させるときには、第1、2、3のハブを同時に旋回させることを特徴とするロボット装置。
6. 請求項1において、前記前後段の平行四節リンクの夫々が持つ4つの頂点のうち、中間リンク上の夫々2つの頂点が、互いに重なり合っていることを特徴とするロボット装置。
7. 請求項1において、前記ロボット装置は、さらに清浄室への据付台と、前記制御装置を収容する筐体とを有し、前記据付台は前記ハブとアーム部とハンド部材とを清浄室側に、前記筐体を大気側に分離する仕切りであって、前記清浄室と大気側との間に設けられた開口に据付けられ、前記筐体は前記開口を通して清浄室側から大気側へ設置されることを特徴とするロボット装置。

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