JP2010247250A - 多関節ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】多関節ロボットの例えば手首部において、より多くのケーブルを適切に収納及び動作時に処理し、アームを薄く、軽量化する構成を提供すること
【解決手段】基端軸からアーム１２内に配設されてきたケーブル４１ｂを収容して先端軸側へと案内するケーブルガイド７１と、先端軸で回動する部材とともに回転し、ケーブルガイド７１からのケーブル４１ｂを巻き取る巻き取り部材６２と、巻き取り部材６２とともに回転し、ケーブルガイド７１の先端を動作させるワイヤ３７と、を備えた。
【選択図】図２

Description

この発明はアーム内部において、エア配管あるいは電気配線等（以下、単に「ケーブル」という）の適切な処理が可能な多関節ロボットに関するものである。

半導体や液晶の製造装置、露光装置、及び基板検査装置において（以下、まとめて半導体製造装置と記載する）、特に半導体ウェハ、液晶、レチクルといった基板を搬送する際、一般的に水平多関節型の搬送ロボットが使用されている。この搬送ロボットは、昨今の半導体製造装置において、上部に設置したフィルタを通過した清浄なダウンフローの気流を筐体によって外部と隔離した、いわゆる局所クリーン化された筐体内に設置される。この筐体は半導体製造装置の前面に設置された基板搬送装置であり、フロントエンドと呼ばれている。このフロントエンドに設置される水平多関節ロボットには、小型でクリーンであることが求められている。また、単位時間当たりの基板の搬送枚数を増加させるため、昨今の水平多関節ロボットには複数のハンドを備えたものが要求されている。一方、ハンドには基板を保持したり基板を検知するための機能が必要であるため、水平多関節のアームにはハンドまで到達するケーブルを適切に処理する必要がある。このケーブルには圧縮エアや負圧を供給するためのエアチューブ、電気配線あるいはセンサ用の光ファイバケーブル等各種の可撓性を有する線材が含まれる。

従来、このようなケーブルを処理するため、図５に示す多関節ロボット１の手首回転部において、手首先端に装備される図示しないハンドに圧縮エアや電気を供給するための各種ケーブル２は、手首回転軸Ａを中心として、手首回転方向に弾性的に巻き回した状態でケーシング３に収容されていた。この手首回転部のケーブル２は、ケーシング３内で一端を第２アーム１２に固定されて、手首の回動により巻き回されていたので、手首の回動の度にケーブル２どうしの擦れや、ケーブル２とケーシング３との擦れが生じていたため、ケーブル２の動きが手首の回動に追従せず、ケーブル２が局部的に捩じられたり折り曲げられたりして、ケーブルの断線や配管が詰まるおそれがあった。
そこでこの課題を解決するため、図６に示すように多関節ロボット１の手首機構おいて手首回転軸Ａの近くにプーリ４を取付けた回転可能な巻き回部７を設け、このプーリ４と手首回転軸Ａに設けたプーリ５をタイミングベルト６で連結することで、手首回転軸Ａの近くに取付けられた巻き回部７が手首回転軸Ａの回転と連動させ、この巻き回部７に沿ってケーブル２を巻き回させることにより、手首部においてケーブルや配管の折れ曲がりによる断線、配管の詰まり等のトラブルを生じないように巻き回させる構成となっていた（例えば、特許文献１）。

特開２００７−２３７３４２号公報

しかしながら、従来の構成では巻き回部７をタイミングベルト６で手首回転軸Ａの回転に連動して回転運動させるので、ケーブル２を巻き回させるためのプーリ５やタイミングベルト６の収納スペースが必要となるため、手首部など限られたスペースでは、必要とする本数のケーブル２を収めることができない場合があった。
そこで本発明は、多関節ロボットの例えば手首部において、より多くのケーブルを適切に収納及び動作時に処理し、アームを薄く、軽量化する構成を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、水平多関節ロボットの手首回転軸の周りに、直動ガイドと連結したケーブルガイドによって往復運動可能な機構を設け、この直動ガイドと手首軸をワイヤで連結し、手首軸の回転に同期してケーブルガイドを往復させることにより、ケーブルに折れ曲がりを発生させることなく巻き回させる構成としている。

本発明によれば、ケーブルを処理するための機構が省スペースであるため、より多くのケーブルを手首部に収納できる。
本発明によれば、ケーブルガイドはアーム手首軸とワイヤで連結され、ケーブルガイドに収納された部分が手首の回動に同期して往復運動する。このためケーブルは弛むことなく、常に巻き回部に巻きつけられるので、手首の回動に伴ってケーブルに局部的な折れ曲がりや捩じれが生ずることはない。
また、ケーブルガイド部と手首軸を連結するワイヤは、細い線材にすれば、ベルトを使って巻き取り部を回転させる従来の方法と比較して、巻き回部の回転機構部を薄くすることができるため、より多くのケーブルを限られたスペースに収納できる。
本発明によれば、アームの関節部における断線あるいは折れ曲がりを確実に防止した状態で、従来の方法より多くのケーブルをアーム内部に収容できる。

本発明の水平多関節ロボットのアーム内部の平面図である。 本発明の水平多関節ロボットのアームの側断面図である。 本発明の水平多関節ロボットの平面図である。 本発明の水平多関節ロボットの側面図である。 従来のケーブル処理がなされた水平多関節ロボットである。 従来のケーブル処理がなされた水平多関節ロボットである。

以下、本発明の実施例について図面と共に詳細に説明する。本発明のケーブル処理の構造が適用される水平多関節ロボットの一例は、例えば図３および図４に示される。水平多関節ロボット１は、第１および第２アーム１１、１２、第２アーム先端に設けられた上下２段の第１および第２ハンド１３ａ、１３ｂからなる。第１アーム１１はアーム駆動ユニット１４の上部で、一定の範囲で水平方向回動可能に支持された第１アームベース１７に取付けられている。第１アームベース１７は、アーム駆動ユニット１４に回転可能に支持されている。アーム駆動ユニット１４下面のベースは、上下軸可動フレーム１５の上面で連結され、これが上下軸ユニットベース１６に取付けられた図示しない上下動機構により、一定のストロークで上下可動に支持されている。
第１アーム１１の先端には第２アーム１２の基端が一定の範囲で水平方向回動可能に支持されている。第２アーム１２の先端には第１および第２ハンド１３ａ、１３ｂが上下２段で取付けられている。第１および第２ハンド１３ａ、１３ｂも第２アーム１２の先端にそれぞれ水平回動可能に支持されている。
以上の構成により、水平多関節ロボット１は、アーム駆動ユニット１４と第１アームベース１７との間の第１関節部、第１アーム１１と第２アーム１２との間の第２関節部、第２アーム１２と上下２段のハンド１３ａ、１３ｂとの間の手首部、および上下軸可動フレーム１５と上下軸ユニットベース１６との間の上下動部の合計５自由度で構成されている。

以上のような構成の水平多関節ロボット１の第２アーム１２およびその手首部が図１および図２に示されている。水平多関節ロボット１において、図示していない上下２段の第１ハンド１３ａと第２ハンド１３ｂとにそれぞれ連結される第１手首１５ａと第２手首１５ｂは、２個の駆動モータ２１ａ，２１ｂを駆動源とし、ベルト駆動により、それぞれ個別に水平方向に回動される。
第２アーム１２の基端は第１アーム１１先端上に回転可能に設けられた第２アームベース１３に取付けられ、この第２アームベース１３は第１アーム１１先端の上面に嵌合された軸受け５１により軸承されていて、第２アーム１２が一定の範囲で水平方向回動可能に支持されている。第２アーム１２は、第２アームベース１３に同軸的に連結されたプーリ３１により、タイミングベルト３９を介して図示しないモータによって駆動される。
第１手首１５ａは、駆動モータ２１ｂのシャフトに取付けられたプーリ３２ｂと、減速機２２ｂに同軸的に直結されたプーリ３３ｂが、ベルト３７ｂを介して駆動され、減速機２２ｂと同軸的に直結されたプーリ３４ｂと、プーリ３５ｂがベルト３８ｂを介して駆動されることにより回転する。
第１手首１５ｂは、駆動モータ２１ａのシャフトに取付けられたプーリ３２ａと、減速機２２ａに同軸的に直結されたプーリ３３ａが、ベルト３７ａを介して駆動され、減速機２２ａと同軸的に直結されたプーリ３４ａと、プーリ３５ａがベルト３８ａを介して駆動されることにより回転する。
モータ２１ａ，２１ｂとプーリ３２ａ、３２ｂは第２アームベース１３に取付けられ、第２アームベース１３には第２アーム１２の回転中心に開口部があり各モータ、プーリはその開口部の周囲に配置されている。第２アームベース１３に設けられた第２アーム１２の回転中心にある開口部は、手首用ケーブル４１の挿通路であり、第１、第２手首用ケーブル４１ａ，ｂは、それぞれこの開口部に取付けられたケーブル保護パイプ６１に挿通され、第２アーム１２内で第１手首と第２手首のケーブル４１ａ、４１ｂに分岐して後述する配線処理される。

第２アーム１２の先端部では、第１手首１５ａと第２手首１５ｂが中空状（円筒状）に形成されて手首回転軸Ａを中心として回動する。これらは同軸上に配置されていて、各手首は筒状に形成されており、外側となる第２手首１５ｂの内部空間に第１手首１５ａが挿通されている。第２手首１５ｂは第２アーム１２に保持された軸受け５２により軸承されており、第１手首１５ａは第２手首１５ｂ内周に嵌合された軸受け５３と、第２アーム１２の下側に嵌合された軸受け５４により軸承されている。第１手首１５ａの内部空間は、上側の第１手首用ケーブル４１ａの挿通路である。第１手首用ケーブル４１ａは図示しない第１ハンド１３ａのために使用される。

上述のように、第１手首１５ａ、第２手首１５ｂの一端にはプーリ３５ａ、３５ｂが取付けられており、これらのプーリ３５ａ，３５ｂと減速機２２ａ、２２ｂに取付けられたプーリ３４ａ、３４ｂとの間には、タイミングベルト３８ａ，３８ｂが巻き掛けされている。そしてタイミングベルト３８ａ，３８ｂはそれぞれ第２アームベース１３に取付けられた各モータ２１ａ、２１ｂにより個別に駆動される。

次に、手首用ケーブル４１の処理について詳しく説明する。第１アーム１１内を通ってきた第１、第２手首用ケーブル４１は、第２アーム１２の回転中心に同軸的に取付けられた円環状の中空部材であるケーブル保護用パイプ６１に挿通される。ケーブル保護パイプ６１を出たケーブル４１は第１、第２手首用ケーブル４１ａと４１ｂとに分岐する。
このうち第１手首用ケーブル４１ａはそのまま第２アーム１２内で配設されて手首部へと向かい、円筒状の第１手首１５ａの下部へ潜り込み、第１手首１５ａの円筒内へと挿通される。
一方、第２手首用ケーブル４１ｂは、第２アーム１２内に基端側が固定されたケーブルガイド７１の内部に挿通される。そしてケーブルガイド７１の先端側から出た第２手首用ケーブル４１ｂは、第２手首１５ｂの外周に固定された巻き取り部材６２の外周に巻き回され、巻き取り部材６２の周壁１箇所に設けられた切り欠き窓から巻き取り部材６２の円環内部に入り固定されて、第２手首１５ｂの上面に排出される。

ケーブルガイド７１の先端は、往復運動可能な直動ガイド７２に連結され、ガイドの可動部材７３は、ワイヤ３７に連結されている。第２アーム１２の先端の第２手首１５ｂの外周には、ワイヤ３７を保持するとともに、第２手首１５ｂが回転したときにワイヤ３７が上下に踊らないように案内するガイド３５が取付けられている。
第２アーム１２の基端側におけるプーリ３２ａ，３２ｂのまわりには、第２アーム１２の回転軸を中心とする円周上にガイド３４が複数配置され、第２アーム１２に固定されたシャフト３６に回転可能な状態で挿入されている。これらガイド３４と上記ガイド３５との間にワイヤ３７が巻き掛けされており、第２手首１５ｂの回動に同期してワイヤ３７が回転する。ワイヤ３７はガイドの可動部材７３を動作させ、ガイドの可動部材７３がケーブルガイド７１を直線動作させる。
従って、例えば図１において反時計回りに第２手首１５ｂが回動すると、第２手首用ケーブル４１ｂは巻き取り部材６２の外周に巻き込まれ、同時にワイヤ３７も反時計回りに回転してケーブルガイド７１の先端が第２アーム１２先端側に移動するようこれを動作させる。また、第２手首１５ｂが時計回りに回動すると、第２手首用ケーブル４１ｂは巻き取り部材６２の外周への巻き込みがゆるくなるが、同時にワイヤ３７の作用によりケーブルガイド７１の先端を第２アーム基端側へ移動させるので、第２手首用ケーブル４１ｂを弛ませること無く処理する。

１ 水平多関節ロボット
２ ケーブル
３ ケーシング
４ プーリ
５ プーリ
６ タイミングベルト
７ 巻き回部
１１ 第１アーム
１２ 第２アーム
１３ 第２アームベース
１３ａ 第１ハンド
１３ｂ 第２ハンド
１４ アーム駆動ユニット
１５ 上下軸可動フレーム
１５ａ 第１手首
１５ｂ 第２手首
１６ 上下軸ユニットベース
１７ 第１アームベース
２１ａ 第２手首の駆動用モータ
２１ｂ 第１手首の駆動用モータ
２２ａ 第２手首の減速機
２２ｂ 第１手首の減速機
３１、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ プーリ
３４ ガイド
３５ ガイド
３６ シャフト
３７ ワイヤ
３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ タイミングベルト
４１ 手首用ケーブル
４１ａ 第１手首用ケーブル
４１ｂ 第２手首用ケーブル
５１、５２、５３、５４ 軸受け
６１ ケーブル保護パイプ
６２ ケーブル巻き取り部材
７１ ケーブルガイド
７２ 直動ガイド
７３ ガイドの可動部材
Ａ 手首回転軸

Claims (6)

1. 基端軸で回動するアームと、前記アームに収納され前記アームの先端軸で回動する部材へと配設されるケーブルと、を備える多関節ロボットにおいて、
   前記基端軸から前記アーム内に配設されてきた前記ケーブルを収容して前記先端軸側へと案内するケーブルガイドと、
   前記先端軸で回動する部材とともに回転し、前記ケーブルガイドからの前記ケーブルを巻き取る巻き取り部材と、
   前記巻き取り部材とともに回転し、前記ケーブルガイドの先端を動作させるワイヤと、
   を備えたことを特徴とする多関節ロボット。
2. 前記ケーブルガイドは、前記アーム内に設置された直動ガイドによって前記ケーブルガイドの先端が案内されることを特徴とする請求項１記載の多関節ロボット。
3. 前記ワイヤは、前記アーム内に設けられた複数のガイドによって前記アームの内壁に沿うように張られることを特徴とする請求項１記載の多関節ロボット。
4. 前記アームの先端軸で回答する部材は、基板を保持するハンドであることを特徴とする請求項１記載の多関節ロボット。
5. 請求項１記載の多関節ロボットを備えたことを特徴とする基板搬送装置。
6. 請求項５記載の基板搬送装置を備えたことを特徴とする半導体製造装置。

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