JP2009285795A - 多関節ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】コラムに備えられた移動機構の支持部に作用するモーメント荷重を小さくしながら、多関節ロボットが占有するスペースを小さくする多関節ロボットを提供する。
【解決手段】ハンド部８と、前記ハンド部８と連結され少なくとも２つ以上の回転関節３、４、５を備え前記ハンド部８が１方向に移動するように旋回しかつ上下方向に並進移動する水平多関節の上アーム２１と、上アーム２１に対向配置され上アーム２１と同様な構造を有する下アーム２２と、各アームを上下に移動させる二つの移動機構１１と、移動機構と各アームを連結する二つの支持部材１０とを有する。上アーム２１の関節部４は、ワーク９の取り出し位置から縮み位置に移動するときコラム１２に近づくように旋回する。また、下アーム２２の関節部４は、ワーク９の取り出し位置から縮み位置に移動するときコラム１２から遠ざかるように旋回する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶用のガラス基板や半導体ウェハ等の薄板状のワークをストッカに出し入れする多関節ロボットに関する。

従来の多関節ロボットしては、２つのロボットが提案されている。
第１の多関節ロボットは、肩関節部の回転中心と台座の回転中心とをオフセットすることで台座を回動させる際に多関節ロボットの旋回半径を小さくするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
第２の多関節ロボットは、フログレッグタイプのロボットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
従来の第１の多関節ロボット１は、図４に示すように関節部３，４，５により回転可能に連結されて回転駆動源よる回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム２を二組備えてなるもので、二組のアーム２に設けられる基端の関節部３の回転中心軸を上下（または軸方向）に配置するように構成されている。
多関節ロボット１は、二組のアーム２を備え、一方のアーム駆動型装置２を供給用、他方を取り出し用とし、ワーク９の供給動作と別のワーク９の取り出し動作とを同時に行うことを可能としている。
また、従来の多関節ロボット１は、アーム２によりワーク９を保持するハンド部８は図中矢印Ｘで示すワーク９の取り出し・供給方向に直線移動可能であるように構成される。
また、従来の多関節ロボット１は、アーム２が設けられている支持部材１０を上下に移動させる移動部材１１（以下、上下移動部材１１と呼ぶ）を備えて、アーム２の上下位置を調整可能としている。また、上下移動部材１１の台座１３は回動可能に設けられ、多関節ロボット１を旋回して向きを変えられるようにしている。
さらに、本実施形態の多関節ロボット１では、図中矢印Ｙで示す方向、即ちハンド部８の移動方向と支持部材１０の上下移動方向とのそれぞれに直交する方向に、台座１３を基台１４に対して移動可能に設けて上下移動部材１１の位置を調整可能としている。
また、従来の多関節ロボット１に備えられる二組のアーム２は、例えば、複数の関節部を有するものであり、即ち多関節ロボット１は、水平多関節型ロボットとして構成される。本実施形態でのアーム２は、第一アーム６（以下、上腕６と呼ぶ）と、上腕６と連結される第二アーム７（以下、前腕７と呼ぶ）と、前腕７と連結されワーク９を保持するハンド部８とを備える。
上腕６の基端は、支持部材１０に駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部３（以下、肩関節部３と呼ぶ）を構成する。この肩関節部３がアーム２の基端の関節部３となる。また、上腕６の先端と前腕７の基端とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部４（以下、肘関節部４と呼ぶ）を構成する。また、前腕７の先端とハンド部８とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部５（以下、ハンド関節部５と呼ぶ）を構成する。肩関節部３の回転中心軸が同軸上であるように、上下方向に対面するように配置する。
アーム２は、図示しない回転駆動源により肩関節部３と肘関節部４とハンド関節部５とを回動させて、ハンド部８をワーク取り出し・供給方向に移動させる。この際、アーム２では、その機構上、ハンド部８が一方向を向いて、上腕６と前腕７とを伸ばしきった伸長位置と、上腕６と前腕７とを折り畳んだ状態とした縮み位置との間を直線移動するように、伸縮動作を行う。
次に、第２の従来の多関節ロボットについて説明する。図５に示すようにアーム１０１は、第一アーム１１１（以下、上腕１１１と呼ぶ）と、上腕１１１と連結される第二アーム１１２（以下、前腕１１２と呼ぶ）と、前腕１１２と連結されワーク１０９を保持するハンド部１１３とを備える。

そして、上腕１１１の基端は基台１０２の駆動軸に連結されて、回動可能な関節部１１４（以下、肩関節部１１４と呼ぶ）を構成する。また、上腕１１１の先端と前腕１１２の基端とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部１１５（以下、肘関節部１１５と呼ぶ）を構成する。また、前腕１１２の先端とハンド部１１３の基部であるコラム１１７ａ，１１７ｂそれぞれが駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部１１６（以下、ハンド関節部１１６と呼ぶ）を構成する。
特開２００１−２７４２１８（第４頁〜５頁、図１、図２） 特開平１１−３３３７６８（第４頁、図４）

液晶用のガラス基板や半導体ウェハ等の薄板状のワークをストッカに出し入れする多関節ロボットは大型化が進み、処理する基板の枚数も増えるとともに短時間で処理することが求められている。このためロボットには、基板を配置するストッカが天井に届くほどの高さになるまで設備自体が大型化するにも関わらず、高速、高精度を実現することが大きな課題となっている。また、このようなロボットは、クリーンルーム中で稼動するために、製造設備の配置密度を上げるために多関節ロボットにはフットプリントを小さくして、工場に配置する装置との干渉がないように旋回半径を小さくすることも望まれている。
また、液晶基板や半導体ウェハの生産枚数は、年々多くなっており、生産性を上げるために、ストッカ内は、地面から工場の天井に届くほどの高さまで基板が配置されており、ロボットには、ストッカ内の基板の出し入れができるパスラインの拡張と搬送スループットが求められている。しかしながら、ロボットは、パスラインを広くするために高層化されており、フットプリントを小さくするために、様々な工夫がされる一方で、高速駆動による機械部品の破損等の問題も生じている。
従来の第１の多関節ロボットは、上下に配置された２つのアームの肘関節の張り出し方向がコラムに対して反対方向に張り出すように駆動するために、コラムに備えられた移動機構の支持部には、大きなモーメント荷重が作用することになり、年々増加する基板の処理枚数を繰り返し操作する際に、移動機構の支持部は、過度な荷重による疲労の問題が生じ、頻繁にメンテナンスを行う必要があり、年間の製造スループットがメンテナンスを必要とするために低下するといった問題が生じていた。
また、従来の第2の多関節ロボットは、両アームが縮んだ際に両肘関節部が左右対称に突出して、ダブルアーム型ロボットの旋回半径の領域が大きくなってしまうという問題がある。さらに、２つのハンド部が接触することがないようにコの字型コラムが基台上部の旋回中心の外側に向かって突出しており、ダブルアーム型ロボットの旋回半径が更に大きなものとなってしまう。また、コの字型コラムの重量は大きく、ダブルアーム型ロボットが大型化してしまうという問題が生じていた。

これらに対し、他の装置にぶつかることがないようにダブルアーム型ロボットの周囲に十分なスペースを設ける必要が生じ、その分だけ大型のクリーンルームとそれに付帯する浄化設備等の大型化が必要となりコスト高となる。また、クリーンルーム内におけるダブルアーム型ロボットの占有するスペースが大きくなるといった問題が生じていた。

次に、第２の多関節ロボットの２つのアームを第１の多関節ロボットのアームに置き換えた場合について検討する。この場合、一方のアームが内回りすることにより、コラムに備えられた移動機構の支持部に作用するモーメント荷重を低減することが可能となる。しかしながら、一方のアームは内回りするので、アームの肘関節とコラムは接触することが想定され、これを回避するために支持部材を長くすることで、アームの肘関節の旋回半径内にコラムが入らないようになる。このとき、ハンド部は一方向を向いてストッカ内の基板を出し入れするために、上下に配置されたアームの支持部材の回転中心は一致していなければならず、外回りするアームの支持部材も長くする必要がある。そうすると、多関節ロボットの旋回半径は大きくなり、占有するスペースが大きくなるといった問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コラムに備えられた移動機構の支持部に作用するモーメント荷重を小さくしながら、多関節ロボットが占有するスペースを小さくする多関節ロボットを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部と連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記ハンド部が１方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アームと、前記多関節アームを上下に移動するコラムに取り付けられた移動機構とを連結する支持部材と、前記移動機構に備えられた旋回機能を有する台座とからなる多関節ロボットにおいて、前記移動機構が、前記多関節アームの伸張方向と同方向にコラムに配置され、前記移動機構に配置された前記多関節アームの何れか１つの支持部材は、前記多関節アームの伸張方向と前記移動機構の移動方向に直交する方向に突出して形成され、もう１つの前記多関節アームの支持部材は、伸張方向の前方へ伸びた形状で形成され、前記多関節アームと連結されたものである。
請求項２に記載の発明は、前記多関節アームの下アームの前記支持部材が、前記移動機構により前記コラムの最下位置に移動されたときに前記台座に干渉しないように前記ハンド部の移動方向にオフセットした形状に形成されたものである。
請求項３に記載の発明は、上下に配置された前記支持部材の前記回転関節が、前記多関節アームの伸張方向にオフセットした位置に配置されたものである。
請求項４に記載の発明は、上下に配置された前記支持部材の前記回転関節のいずれか一方が、相対的に前記ハンド部の移動方向にオフセットした位置に配置されたものである。
請求項５に記載の発明は、上下に配置された前記支持部材の前記回転関節の上側に配置された前記回転関節が、下側の前記回転関節に対して、前記多関節アームの伸張方向にオフセットした位置に配置されたものである。
請求項６に記載の発明は、搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部と連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記ハンド部を１方向に移動するように伸縮し、軸方向に対向するように配置された多関節アームと、前記多関節アームと上下に移動するコラムに取り付けられた移動機構とを連結する支持部材と、前記移動機構に備えられた旋回機能を有する台座とからなる多関節ロボットにおいて、前記支持部材に配置された各々の前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、台座の回転中心とがハンド部の移動方向の軸線上に一致するようにオフセットするように形成されたものである。
請求項７に記載の発明は、前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、台座の回転中心との位置関係が、前記ハンド部を引き込むように移動させた際に、ハンド部の移動方向関する軸線上に前方から前記回転関節の回転中心、台座の回転中心、ハンド部の回転中心の順番で配置されるように形成されたものである。
請求項８に記載の発明は、搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部と連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記ハンド部が１方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アームと、前記多関節アームを上下に移動するコラムに取り付けられた移動機構とを連結する支持部材と、前記移動機構に備えられた旋回機能を有する台座とからなる多関節ロボットにおいて、上下に配置された前記多関節アームの何れか１つは、前記ハンド部が前記多関節アームの縮み位置から伸張位置の間を往復移動する際に、前記多関節アームアームの肘関節部が、前記ハンド部の移動に伴って、水平方向でかつコラムに近づくように旋回して移動するものである。

請求項１および５に記載の発明によると、前記移動機構が、前記多関節アームの伸張方向と同方向にコラムに配置され、前記移動機構に配置された前記多関節アームの何れか１つの支持部材は、前記多関節アームの伸張方向と前記移動機構の移動方向に直交する方向に突出して形成され、もう１つの前記多関節アームの支持部材は、伸張方向の前方へ伸びた形状で形成されことから、摺動部からの発塵は直接液晶基板や半導体ウェハに堆積することがないことから、液晶基板や半導体ウェハの汚染を低減できるとともに、基板やウェハの生産上の歩留まりを向上させることができる。また、支持部材は台座と衝突することなく、上下移動機構の最下面まで移動することができ、可動範囲を広くすることができる。このため、液晶基板や半導体ウェハを出し入れするストッカの高さが高くしなくても、ストッカ下部にも液晶基板や半導体ウェハを配置できるようになり、基板やウェハの枚数は、上下移動機構の可動範囲を広くできることから、多く配置できるようになる。このようなことから工場全体の生産性は高められることになる。
請求項３から５に記載の発明によると、上下に配置された前記支持部材の前記回転関節が、相対的にオフセットした位置に配置されたことで、回転関節に備えられた機構部品のメンテナンスが容易となり、多関節アーム自体を取り外すことなく、メンテナンスができるので、メンテナンス時間を考慮したスループットが向上し、生産性が高くなる。
請求項６および７に記載の発明によると、前記支持部材に配置された前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、台座の回転中心とがハンド部の移動方向の軸線上に一致するようにオフセットするように形成されたことで、ハンドが液晶基板や半導体ウェハを引き込んだ位置に来た場合、台座の回転機能により旋回しても基板やウェハの旋回半径から突出することなく旋回できるので、フットプリントを小さくして、工場に配置する装置との干渉がないようにロボットを配置できる。また、ハンドの回転中心と台座の回転中心が軸線上に一致することから、基板やハンドの荷重が均等に作用することから多関節アームが伸張または縮み位置へ移動する際に、偏荷重によるローリングやヨーイングが生じない構成となり、高速かつ高精度に基板を搬送することが可能である。
請求項８に記載の発明によると、上下に配置された前記多関節アームの何れか１つは、前記ハンド部が前記多関節アームの縮み位置から伸張位置の間を往復移動する際に、前記多関節アームアームの肘関節部が、前記ハンド部の移動に伴って、水平方向でかつコラムに近づくように旋回して移動することから、コラムに備えられた移動機構に設けられた支持部に作用するモーメント荷重が小さくすることができ、過度な荷重による疲労の問題を生じることがないため、頻繁にメンテナンスを行う必要がなくなり、年間の製造スループットが向上する。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の多関節ロボットの上面図である。図２は本発明の多関節ロボットの正面図である。
本発明の多関節ロボット１は、関節部３，４，５により回転可能に連結されて回転駆動源よる回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム２が対向するように二組備えられている。また、アーム２によりワーク９を保持するハンド部８は図中矢印Ｘで示すワーク９の取り出し・供給方向に直線移動可能であるように構成される。すなわち、ハンド部８は一方向を向いて、アーム２の縮み位置から伸張位置の間を往復移動する。その時、上アーム２１の関節部４は、ハンド部８の移動に伴って、水平方向にコラム１２に近づくように旋回してワーク９の取り出し位置（上アーム２１の伸張位置）から上アーム２１の縮み位置に移動するものである。また、下アーム２２の関節部４は、ハンド部８の移動に伴って、水平方向にコラム１２から遠ざかるように旋回してワーク９の取り出し位置（上アーム２１の伸張位置）から上アーム２１の縮み位置に移動するものである。
また、二組のアーム２に設けられる基端の関節部３の回転中心軸の関係は、図２に示すように、下アーム２２の基端の関節部３に対してワーク９の取り出し・供給方向にずれるように上アーム２１の基端の関節部３が配置するように構成されている。このために、上アーム２１の基端の関節部３が取り付けられる支持部材１０は、コラム１２に取り付けられた上下移動部材１１から、ハンド部８の取り出し・供給方向、すなわち上アーム２１の伸張方向の前方へ伸びた形状で形成されている。このような構成をとることにより、上アーム２１の関節部４がコラム１２に近づくように旋回しても、コラム１２に接触することなく、旋回できるものである。また、上アーム２１の関節部４がコラム１２に近づくように旋回することで、コラム１２に備えられた上下移動部材１１に設けられた不図示の支持部に作用するモーメント荷重が小さくすることができるとともに、多関節ロボットの従来の旋回半径を大きくすることがないので、多関節ロボットが占有するスペースを大きくすることがない。
また、アーム２が設けられている支持部材１０を上下に移動させる上下移動部材１１をコラム１２備えて、アーム２の上下位置を調整可能としている。また、上下移動部材１１の台座１３は回動可能に設けられ、多関節ロボット１を旋回して向きを変えられるようにしている。ここで、上下移動部材１１は、ハンド部８の移動方向、すなわちワーク９の取り出し・供給方向（アーム２の伸張方向）と同方向に配置され、下アーム２２の支持部材１０は上下駆動機構１１からハンド部８の移動方向に対して直交する方向に突出し、アーム２の基端の関節部３に連結されている。また、アーム２が上下移動部材１１により下方へ移動した際に、台座１３に干渉しないように図１に示すようにハンド部８の移動方向すなわちワーク９の取り出し・供給方向（アーム２の伸張方向）にオフセットした形状を形成している。
本発明が特許文献１と異なる部分は、上下移動部材１１と下アーム２２の基端の関節部３とを連結する支持部材１０がハンド部の移動方向に直交するように突出し、かつ下アーム２２と連結する支持部材１０が台座１３に干渉しないようにハンド部の移動方向にオフセットしたように形成され、下アーム２２の基端の関節部３に対してワーク９の取り出し・供給方向にずれるように上アーム２１の基端の関節部３が配置するように構成され、上アーム２１の関節部４は、ハンド部８の移動に伴って、水平方向にコラム１２に近づくように旋回してワーク９の取り出し位置（上アーム２１の伸張位置）から上アーム２１の縮み位置に移動する部分である。

次に、動作について説明する。本発明の多関節ロボット１に備えられる二組のアーム２は、例えば、複数の関節部を有するものであり、即ち多関節ロボット１は、水平多関節型ロボットとして構成される。本実施形態でのアーム２は、従来のアーム２の構造と同様な構造を備えている。
上腕６の基端は、支持部材１０に駆動軸を介して連結されて、回動可能な肩関節部３を構成する。この肩関節部３がアーム２の基端の関節部３となる。また、上腕６の先端と前腕７の基端とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な肘関節部４を構成する。また、前腕７の先端とハンド部８とが駆動軸を介して連結されて、回動可能なハンド関節部５を構成する。
アーム２は、図示しない回転駆動源により肩関節部３と肘関節部４とハンド関節部５とを回動させて、ハンド部８をワーク取り出し・供給方向に移動させる。この際、アーム２では、その機構上、ハンド部８が一方向を向いて、上腕６と前腕７とを伸ばしきった伸長位置と、上腕６と前腕７とを折り畳んだ状態とした縮み位置との間を直線移動するように、伸縮動作を行う。

ここで、本実施例の多関節ロボット１の旋回半径について下アーム２２を用いて説明する。図３に示すアーム２２の縮み位置において、ハンド部８により保持されるワーク９の中心が、台座１３の回転中心と一致するものとなるように設計されている。さらに、肩関節部３の回転中心と、ハンド関節部５の回転中心と、台座１３の回転中心とがハンド部８の移動方向の軸線上に一致するようにオフセットすることで台座１３を回動させる際に多関節ロボット１の周囲に必要となる最小領域円１５から肘関節部４やハンド部８が突出することがないようにして、多関節ロボット１の旋回半径を小さくすることができる。
次に上下方向の動作について図２を用いて説明する。アーム２は、支持部材１０に取り付けられ、上下移動部材１１に上下方向に図示しないコントローラの指令により移動する。図２および図３に示すように下方に移動する際には、支持部材１０が台座１３に衝突しないようにハンド８の移動方向にオフセットした形状を形成していることから支持部材１０は、上下移動部材１１の最下点の移動位置まで下降することが可能である。
尚、本発明では、肩関節、肘関節とハンド関節の回転関節を有する多関節ロボットについて述べたが、ハンド関節部が固定された多関節ロボットについても同様な作用および効果を有することは当然である。

本発明の実施例を示す多関節ロボットの上面図 本発明の実施例を示す多関節ロボットの正面図 本発明の実施例を示す多関節ロボットの旋回半径を示す図 従来の第１の多関節ロボットの斜視図 従来の第２の多関節ロボットの上面図

符号の説明

１ 多関節ロボット
２ アーム
２１ 上アーム
２２ 下アーム
３ 肩関節部
４ 肘関節部
５ ハンド関節部
６ 上腕
７ 前腕
８ ハンド部
９ ワーク
１０ 支持部材
１１ 上下移動機構
１２ コラム
１３ 台座
１４ 基台
１５ 最小領域円

Claims (8)

1. 搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部と連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記ハンド部が１方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アームと、前記多関節アームを上下に移動するコラムに取り付けられた移動機構とを連結する支持部材と、前記移動機構に備えられた旋回機能を有する台座とからなる多関節ロボットにおいて、
   前記移動機構が、前記多関節アームの伸張方向と同方向にコラムに配置され、前記移動機構に配置された前記多関節アームの何れか１つの支持部材は、前記多関節アームの伸張方向と前記移動機構の移動方向に直交する方向に突出して形成され、もう１つの前記多関節アームの支持部材は、伸張方向の前方へ伸びた形状で形成され、前記多関節アームと連結されたことを特徴とする多関節ロボット。
2. 前記多関節アームの下アームの前記支持部材は、前記移動機構により前記コラムの最下位置に移動されたときに前記台座に干渉しないように前記ハンド部の移動方向にオフセットした形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
3. 上下に配置された前記支持部材の前記回転関節が、前記多関節アームの伸張方向にオフセットした位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
4. 上下に配置された前記支持部材の前記回転関節のいずれか一方が、相対的に前記ハンド部の移動方向にオフセットした位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
5. 上下に配置された前記支持部材の前記回転関節の上側に配置された前記回転関節が、下側の前記回転関節に対して、前記多関節アームの伸張方向にオフセットした位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
6. 搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部と連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記ハンド部が１方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アームと、前記多関節アームを上下に移動するコラムに取り付けられた移動機構とを連結する支持部材と、前記移動機構に備えられた旋回機能を有する台座とからなる多関節ロボットにおいて、
   前記支持部材に配置された各々の前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、台座の回転中心とがハンド部の移動方向の軸線上に一致するようにオフセットするように形成されたことを特徴とする多関節ロボット。
7. 前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、台座の回転中心との位置関係が、前記ハンド部を引き込むように移動させた際に、ハンド部の移動方向関する軸線上に前方から前記回転関節の回転中心、台座の回転中心、ハンド部の回転中心の順番で配置されるように形成されたことを特徴とする請求項7に記載の多関節ロボット。
8. 搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部と連結され、少なくとも２つ以上の回転関節を備え、前記ハンド部が１方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アームと、前記多関節アームを上下に移動するコラムに取り付けられた移動機構とを連結する支持部材と、前記移動機構に備えられた旋回機能を有する台座とからなる多関節ロボットにおいて、
   上下に配置された前記多関節アームの何れか１つは、前記ハンド部が前記多関節アームの縮み位置から伸張位置の間を往復移動する際に、前記多関節アームアームの肘関節部が、前記ハンド部の移動に伴って、水平方向でかつコラムに近づくように旋回して移動することを特徴とする多関節ロボット。
   

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