JP2010064219A

JP2010064219A - 多関節ロボット

Info

Publication number: JP2010064219A
Application number: JP2008234876A
Authority: JP
Inventors: Osamu Harada; 修原田; Satoshi Sueyoshi; 智末吉; Koji Tsukuda; 浩二津久田; Toshihiro Matsuo; 智弘松尾
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】駆動部からの発塵防止のためアーム自身を密閉構造とした多関節ロボットにおいて、密閉用の防塵カバーを固定するボルトの損傷と緩みを防止する。
【解決手段】肩関節部を中心に上腕を回動させる駆動源を備えた支持部材１０に、防塵カバー３１が取り付けられている。防塵カバー３１と支持部材１０とは、ガスケット３６を介してボルト３３で固定されている。防塵カバー３１とガスケット３６には所定の間隔でボルト３３が貫通する穴が設けられ、穴に対向する支持部材１０の面にタップ穴が形成されている。また防塵カバー３１にはザグリ３０が形成されている。防塵カバー３１とボルト３３の間にはカラー３４と高弾性ゴムワッシャ３５を介在させる。外力によって防塵カバーとボルトの間に相対的変位が生じても高弾性ゴムワッシャでこれを吸収し、ボルトの損傷と緩みを防止する。
【選択図】図５

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、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）。
従来の多関節ロボット１は、図５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、上下移動機構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、上下移動機構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機構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。
ここで、従来の多関節ロボット１では、図６に示すアーム２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４の回転中心と台座１３の回転中心とをハンド部８の移動方向に対して直交方向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。
特開２００１−２７４２１８（第４頁〜５頁、図１、図２）

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、さらには基板の歩留まりを上げるためにロボットからの発塵を極力抑えることが要求されている。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、低発塵を実現することが大きな課題となっている。一方、大型化する設備は、周囲のクリーン度を清浄に保つために多額の設備投資が必要となっており、そのためにストッカにはより多くの基板を配置させ、処理することが望まれている。
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ロボットには高搬送スループットが求められ、高速駆動が必要となり、機構的に強度を上げる必要がある。また、基板に対する塵は極力抑える必要があり、機構部からの発塵や部品落下の問題が生じると、生産性の低下やラインの停止が発生し、重大な損害が発生する。
従来の多関節ロボットにおいては、駆動部からの発塵防止の為アーム自身を密閉構造としており、開口部を密閉するカバにおいてはガスケットシール構造を採用しボルト固定をしている。一般的にボルトによる締結は、ボルトの軸力により締結物と被締結物間に発生する内力により、作用する外力を吸収させボルト自身に作用する力は小さくなり緩み破断は発生しない。
しかしながら、締結物と被締結物間にガスケットシールをする場合に、内力がガスケットに吸収され発生せず外力がそのままボルトに作用し、時間の経過と共にガスケットにヘタリが生じボルトに緩みが発生する。緩みが発生した後アームの駆動により締結物と被締結物の間に相対変位が発生し、締結物の微小変位によりボルトに曲げ応力を発生させる
の現象により、ボルトが破断し落下する問題が発生していた。落下したボルト等は、後工程の基板処理の段階で製造不良の原因となり、大きな問題となっていた。
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、移動軸からの発塵による基板の汚染を防止するとともに、品質を向上させた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。
請求項に記載のロボットにおいてシールカバリング構造部位の固定方法を変更しボルト固定軸中心と締結物中心のセンタリング機構を設けることで、つば付の筒状部品カラと鋳物カバの間に必ず隙間ができ非接触構造とする。

締結物と被締結物間にガスケットシールをする場合に発生する上記項目a.b.cが解決できボルトにかかる曲げ応力を低減し、ボルトの疲労破断を防止でき、ボルト頭部落下による製品不具合の発生が防止できる。

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斜視図である。図２は、本発明の多関節ロボットの上面図である。図３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を二組備えている。二組のアーム２は互いに対向して対面構造を形成している。また、アーム２によりワーク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、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、上アーム２１の基端の関節部３に対してハンド部８の移動方向にずれるように下アーム２２の基端の関節部３が配置するように構成されている。ハンド部８に載置されたワークは、支持部材１０の間を通過するように移動する。
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、上下移動機構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、上下移動機構１１は、ハンド部８の供給方向と同方向に配置され、支持部材１０は上下駆動機構１１からハンド部８の供給方向と上下駆動機構１１により移動する支持部材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。
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、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。この動作は、各関節３、４を回動することにより行われる。すなわち、肩関節部３が所定の回転角度を回転する際に肘関節部４は肩関節部３の回転角の2倍の回転角度で回転することにより、ハンド部８は一方向を向いて直線状に移動するものである。この際、上腕６および前腕７は肩関節部３および肘関節部４を中心に旋回することになる。そうすると、肩関節部３が取り付けられている支持部材１０には、旋回時の回転モーメントが作用することになり、支持部材１０に水平まわりの回転モーメントが作用し、基端部からねじられる力が作用している。

次に、支持部材１０の詳細について説明する。図４は、上アームおよび支持部材を拡大した図であり、図５は、支持部材と防塵カバの締結部の詳細を示す。支持部材１０には、肩関節部３を中心に上腕６を回動させる駆動源を備えている。この駆動源がメンテナンスされるように先端部に開口が形成され、支持部材１０の中からの粉塵を抑制する防塵カバが取り付けられている。
防塵カバ３１と支持部材10とは、ガスケット36を介してボルト33で固定されている。防塵カバ３１とガスケット３６には所定の間隔でボルト３３が貫通する穴が設けられ、穴に対向する支持部材１０の面にタップ穴が形成されている。ガスケット３６は、NBR(2)トリルゴム)等の＊＊＊＊＊材料からなり、防塵カバ３１と支持部材１０が対向するに面に沿って配置されている。また、ボルト３３で締結される部分については所定の大きさで穴加工されている。防塵カバ３１は、ボルト３３が貫通する円筒部３７およびザグリ３０が形成されている。
次に、防塵カバ３１と支持部材１０の締結方法について説明する。
防塵カバ３１の底面に不揮発性の接着剤によりガスケット３６を設置する。次に、防塵カバ３１のザグリ３０に高弾性ゴムワッシャ３５を取り
付ける。この高弾性ゴムワッシャ３５の外周面は防塵カバ３１に備えられたザグリ３０の内周面に接するように配置される。防塵カバ１０に備えられた円筒部３７の円内径は高弾性ゴムワッシャ３５に備えられた貫通円穴の内径より大きく形成されている。次に、カラ３４が高弾性ゴムワッシャ３５に挿入される。カラ３４は、つば付きの中空円筒が形成され、炭素鋼などの材料から形成される。次に、ボルト３３がカラ３４に挿入し、さらに支持部材１０と締結される。
以上の構成及び締結方法により、カラ３４とザグリ３０および円筒面３７の中心軸のセンタリングおよび外力をボルトに作用させないことが実現できる。
次に、カラ３４、ボルト３３とザグリ３０および円筒面３７の中心軸のセンタリングができることについて述べる。ザグリ３０とカラ３４の間に配置される高弾性ゴムワッシャ３５は、プレス加工等により加工され、その外径の精度はプレス金型の精度に依存しているが公差としてはプラス精度のものが形成される。一方、ザグリ３０は、高弾性ゴムワッシャ３５の全外周面がザグリ３０の全内周面に接するように、公差としてはマイナス精度になるように機械加工で形成されている。このように２つの部材は、ともに比較的精度良い形状を形成している。このことから、高弾性ゴムワッシャ３５の外周面とザグリ３０の内周面とが均一に接した状態で形成されるので、高弾性ゴムワッシャ３５とザグリ３０の円の中心軸は一致するように形成される。また、カラ３４は、高弾性ゴムワッシャ３５に挿入されるので、カラ３４と高弾性ゴムワッシャ３５の中心軸は一致するように形成される。
以上のことから、カラ３４とザグリ３０および円筒面３７の中心軸はセンタリングされることになる。このように形成されることから、カラ３４と防塵カバ３１の円筒面３７は所定のすきまをもって形成される。
次に、外力をボルトに作用させないことについて説明する。支持部材１０に発生した外力によりボルト３３が支持部材は一緒に変位する。支持部材１０と防塵カバ３１が直接ボルト３３にて固定されていれば、発生した外力がボルト３３を介し防塵カバ３１にそのまま作用され一緒に変位する。そのような場合にはボルト３３への外力負荷は発生しない。
しかし、外部への防塵を行うために支持部材１０へ防塵カバ３１がガスケット３６を介し形成されているために、支持部材１０に発生した外力は、ガスケット３６で吸収されるために防塵カバ３１は変位しないが、支持部材１０に取り付けられたボルト３３は変位する。支持部材１０と防塵カバ３１に相対的変位が発生し、カラ３４が防塵カバ３１に形成された円筒部３７とがぶつかることがある。そうすると、カラ３４およびボルト３３が損傷したり、ぶつかることによる衝撃力により、ボルト３３に緩みが生じてしまう。これを防止するために、上記したカラ３４とザグリ３０とのセンタリング機能を利用して、カラ３４と円筒面３７のすきま以下で変形する高弾性ゴム３５でボルト３３およびカラ３４の変形を吸収する。高弾性ゴムワッシャ３５は、多関節アームの重量及び加速度から支持部材１０への最大外力が算定されるので支持部材のヤング率および形状から変位量が求められる。この変位量と高弾性ゴムワッシャ３５の弾性率および形状を求めている。
以上のことから、ボルト３３およびカラ３４の変位量によって、防塵カバ３１の内周面３７にぶつかることがないので、ボルト３３の損傷および緩みが生じることがない。

尚、本発明では、上アームと下アームを有する多関節ロボットについて述べたが、上下いずれか一方のアームからなる多関節ロボットでも良いことは自明である。また、この防塵カバの締結機構を垂直面に設置した場合においても有効であ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斜視図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カバリング部カバリングシール部構造詳細図

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
１６コラムブロック
３０鋳物カバザグリ加工
３１鋳物カバ
３３ボルト
３４つば付き筒状部品（カラ）
３５高弾性ゴムワッシャ
３６ガスケット

Claims

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、防塵シール構造としたカバリングを行っている部品とその固定方法