JP2021074823A - ロボットシステム、ロボットの制御方法、半導体製造システム - Google Patents

ロボットシステム、ロボットの制御方法、半導体製造システム Download PDF

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Abstract

【課題】アームのリーチを確保しつつ旋回半径を小型化する。
【解決手段】ロボット3は、旋回軸AX0周りに回転可能に設けられた第1基部リンク29と、第1中間リンク31と、ワークWを保持する第1ハンド21と、を備え、旋回軸AX0を中心とする第1径方向D1に沿って第1ハンド21を移動させる水平多関節型の第1アーム17と、旋回軸AX0周りに第1基部リンク29とは独立して回転可能に設けられた第2基部リンク39と、第2中間リンク41と、ワークWを保持する第2ハンド23と、を備え、第1径方向D1と旋回軸AX0周りに所定の角度θを有する第2径方向D2に沿って第2ハンド23を移動させる水平多関節型の第2アーム19と、第1アーム17及び第2アーム19を、旋回軸AX0周りの周方向の位置関係を保持したまま周方向に一緒に旋回させる旋回装置24と、を有する。
【選択図】図4

Description

開示の実施形態は、ロボットシステム、ロボットの制御方法、及び半導体製造システムに関する。
特許文献1には、水平多関節型の2つのアームを旋回及び伸縮させて搬送対象物の搬送を行う産業用ロボットが記載されている。
特開2011−045945号公報
ロボットシステムでは、小型化を図るべく、アームのリーチをできるだけ長く確保しつつアームの旋回半径を小さくすることが要求される。しかしながら、上記従来技術においてアームのリーチを確保しつつ旋回半径の小型化を図る場合、一方のアームを延伸させた際に他方のアームが保持するワークとの干渉が生じる可能性があり、小型化が制限されるという課題があった。
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、アームのリーチを確保しつつ旋回半径を小型化することが可能なロボットシステム、ロボットの制御方法、及び半導体製造システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、ロボットと、前記ロボットを制御するロボットコントローラと、を有し、前記ロボットは、旋回軸周りに回転可能に設けられた第1基部リンクと、前記第1基部リンクの先端部に第1回転軸周りに回転可能に連結された第1中間リンクと、前記第1中間リンクの先端部に第2回転軸周りに回転可能に連結され、前記第1基部リンク及び前記第1中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成されワークを保持する第1ハンドと、を備え、前記旋回軸を中心とする第1径方向に沿って前記第1ハンドを移動させる水平多関節型の第1アームと、前記旋回軸周りに前記第1基部リンクとは独立して回転可能に設けられた第2基部リンクと、前記第2基部リンクの先端部に第3回転軸周りに回転可能に連結された第2中間リンクと、前記第2中間リンクの先端部に第4回転軸周りに回転可能に連結され、前記第2基部リンク及び前記第2中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成され前記ワークを保持する第2ハンドと、を備え、前記第1径方向と前記旋回軸周りに所定の角度を有する第2径方向に沿って前記第2ハンドを移動させる水平多関節型の第2アームと、前記第1アーム及び前記第2アームを、前記旋回軸周りの周方向の位置関係を保持したまま前記周方向に一緒に旋回させる旋回装置と、を有するロボットシステムが適用される。
また、本発明の別の観点によれば、旋回軸周りに回転可能に設けられた第1基部リンクと、前記第1基部リンクの先端部に第1回転軸周りに回転可能に連結された第1中間リンクと、前記第1中間リンクの先端部に第2回転軸周りに回転可能に連結され、前記第1基部リンク及び前記第1中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成されワークを保持する第1ハンドと、を備え、前記旋回軸を中心とする第1径方向に沿って前記第1ハンドを移動させる水平多関節型の第1アームと、前記旋回軸周りに前記第1基部リンクとは独立して回転可能に設けられた第2基部リンクと、前記第2基部リンクの先端部に第3回転軸周りに回転可能に連結された第2中間リンクと、前記第2中間リンクの先端部に第4回転軸周りに回転可能に連結され、前記第2基部リンク及び前記第2中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成され前記ワークを保持する第2ハンドと、を備え、前記第1径方向と前記旋回軸周りに所定の角度を有する第2径方向に沿って前記第2ハンドを移動させる水平多関節型の第2アームと、前記第1アーム及び前記第2アームを、前記旋回軸周りの周方向の位置関係を保持したまま前記周方向に一緒に旋回させる旋回装置と、前記第1アーム及び前記第2アームを、前記周方向の位置関係を保持したまま前記旋回軸の軸方向と、を有するロボットの制御方法であって、前記第1アーム及び前記第2アームを前記周方向に旋回させるのと並行して前記軸方向に昇降させること、を有するロボットの制御方法が適用される。
また、本発明の別の観点によれば、半導体ウェハを搬送するロボットが配置された第1室と、前記第1室の周囲に配置され、前記半導体ウェハに所定の処理を行うための複数の第2室と、を有し、前記ロボットは、旋回軸周りに回転可能に設けられた第1基部リンクと、前記第1基部リンクの先端部に第1回転軸周りに回転可能に連結された第1中間リンクと、前記第1中間リンクの先端部に第2回転軸周りに回転可能に連結され、前記第1基部リンク及び前記第1中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成され前記半導体ウェハを保持する第1ハンドと、を備え、前記旋回軸を中心とする第1径方向に沿って前記第1ハンドを移動させる水平多関節型の第1アームと、前記旋回軸周りに前記第1基部リンクとは独立して回転可能に設けられた第2基部リンクと、前記第2基部リンクの先端部に第3回転軸周りに回転可能に連結された第2中間リンクと、前記第2中間リンクの先端部に第4回転軸周りに回転可能に連結され、前記第2基部リンク及び前記第2中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成され前記半導体ウェハを保持する第2ハンドと、を備え、前記第1径方向と前記旋回軸周りに所定の角度を有する第2径方向に沿って前記第2ハンドを移動させる水平多関節型の第2アームと、前記第1アーム及び前記第2アームを、前記旋回軸周りの周方向の位置関係を保持したまま前記周方向に一緒に旋回させる旋回装置と、を有する半導体製造システムが適用される。
本発明のロボット等によれば、アームのリーチを確保しつつ旋回半径を小型化することができる。
ロボットシステムの概略構成の一例を表す概念図である。 ロボットが第1アーム及び第2アームを縮めた状態の一例を表す上面図である。 ロボットが第1アーム及び第2アームを縮めた状態の一例を表す、図2中矢印X方向から見た側面図である。 ロボットが第1アームを伸ばした状態の一例を表す上面図である。 ロボットが第2アームを伸ばした状態の一例を表す上面図である。 ロボットの動力機構の概略構成の一例を表す概念図である。 ロボットコントローラの機能構成の一例を表すブロック図である。 ロボットコントローラが実行する制御内容の一例を表すフローチャートである。 ロボットの動作の一例を表す説明図である。 ロボットの動作の一例を表す説明図である。 ロボットの動作の一例を表す説明図である。 ロボットの動作の一例を表す説明図である。 ロボットの動作の一例を表す説明図である。 ロボットの動作の一例を表す説明図である。 ロボットの動作の一例を表す説明図である。 比較例のロボットが第1アーム及び第2アームを縮めた状態の一例を表す上面図である。 比較例のロボットが第1アームを伸ばした状態の一例を表す上面図である。 ロボットコントローラのハードウェア構成の一例を表すブロック図である。
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
<1.ロボットシステムの構成>
まず、図1を参照しつつ、本実施形態に係るロボットシステム1の構成の一例について説明する。図1は、ロボットシステム1の概略構成の一例を表す概念図である。
ロボットシステム1は、真空環境下でワークWを搬送するロボット3を備えたワーク処理システムであり、例えば半導体製造システムや液晶製造システム等、多様な用途に適用可能である。本実施形態では、ロボットシステム1が半導体ウェハに処理を行う半導体製造システムである場合について説明する。
図1に示すように、ロボットシステム1は、ロボット3と、搬送室5と、処理室7と、カセット室9とを有する。ロボットシステム1は、半導体ウェハであるワークWを1枚ごとに連続処理するマルチチャンバ方式の処理システムである。
搬送室5(第1室の一例)は、上方から見た形状が例えば略六角形状であり、ロボット3が配置されている。搬送室5の周囲には、搬送室5を囲むように処理室7とカセット室9が配置されている。処理室7(第2室の一例)ではワークWに対して所定の処理が行われ、カセット室9ではワークWの搬入、搬出が行われる。搬送室5は、所定の大きさで開口する複数の接続口5aを有し、処理室7は、所定の大きさで開口する接続口7aをそれぞれ有し、カセット室9は、所定の大きさで開口する接続口9aをそれぞれ有する。接続口5a,7a同士と接続口5a,9a同士は、開閉自在なゲートバルブ11によってそれぞれ接続されている。また、カセット室9には、外部に開口する開口部9bが設けられており、開閉自在なゲートバルブ13によって封止されている。このような構成により、搬送室5、処理室7、カセット室9は、互いに気密に保持することが可能である。
搬送室5及び各処理室7は、大気圧よりも低い所定の圧力に減圧された状態(真空状態ともいう)とされる。カセット室9は、真空状態と大気圧状態が適宜繰り返される。すなわち、ゲートバルブ13を開放して外部からワークカセット15を搬入する際には、カセット室9は大気圧状態にされる。一方、ゲートバルブ11を開放して搬送室5と接続する際には、カセット室9は搬送室5と同程度の圧力まで減圧されて真空状態とされる。ワークカセット15には等間隔に支持棚(図示省略)が設けられており、処理前あるいは処理後のワークWが多段に格納されている。
ロボット3は、水平多関節型の第1アーム17及び第2アーム19を有するスカラーロボットであり、搬送室5の略中央位置に配置されている。第1アーム17は先端に第1ハンド21を有し、第2アーム19は先端に第2ハンド23を有する。ロボット3は、第1アーム17及び第2アーム19を旋回及び伸縮させることにより、第1ハンド21及び第2ハンド23にワークWを載せて所望の位置に搬送する。具体的には、ロボット3は、旋回装置24(後述の図6参照)により、第1アーム17及び第2アーム19の両方を縮ませた状態で一緒に旋回させる。また、ロボット3は、所定のゲートバルブ11が開放された状態で、第1アーム17又は第2アーム19を伸縮させて、第1ハンド21又は第2ハンド23を接続口5a,7a,9aを介して処理室7又はカセット室9に出し入れさせる。このとき、第1ハンド21又は第2ハンド23にワークWを載せることにより、処理室7又はカセット室9からワークWを取り出す。また、第1ハンド21又は第2ハンド23からワークWを降ろすことにより、処理室7又はカセット室9にワークWを差し入れる。
また、ロボット3は、昇降装置25(後述の図6参照)により、第1アーム17及び第2アーム19を上下方向に移動させる。これにより、例えば第1ハンド21及び第2ハンド23を昇降させて、処理室7の処理棚7b(後述の図9等参照)やワークカセット15の支持棚等に対してワークWを持ち上げたり置いたりすることが可能である。また、例えば所定の処理室7の接続口7aと接続された接続口5aや、ワークカセット15における特定の位置の支持棚等に対し、第1ハンド21及び第2ハンド23を昇降させて高さ位置を調整することが可能である。
また、搬送室5は、隣接する接続口5a,5aの間に壁部26を有する。この壁部26は、ロボット3が第1アーム17の第1ハンド21の移動方向(第1径方向D1。後述の図2及び図4参照)及び第2アーム19の第2ハンド23の移動方向(第2径方向D2。後述の図2及び図5参照)のいずれか一方の方向の正面に処理室7又はカセット室9が位置する角度に旋回された状態において、ロボット3の他方の方向の正面に位置するように配置されている。言い換えると、処理室7の配置の角度間隔(例えば60度)が、第1径方向D1と第2径方向D2との角度差θ(例えば30度)と異なる構成となっている。例えば図1に示す例では、ロボット3が第1アーム17の第1ハンド21の移動方向(第1径方向D1)の正面に処理室7が位置する角度に旋回されており、この状態において、第2アーム19の第2ハンド23の移動方向(第2径方向D2)の正面には壁部26が位置している。仮に、この状態でロボット3が第2アーム19を伸ばすと第2ハンド23が壁部26に当接することとなる。
なお、上述したロボットシステム1の構成は一例であり、上述の内容に限定されるものではない。例えば、搬送室5の形状は六角形以外の多角形(例えば三角形、四角形、五角形、八角形等)でもよい。この場合、処理室7やカセット室9の数や配置は、搬送室5の形状に応じて適宜変更される。
<2.ロボットの外観構造>
次に、図2〜図5を参照しつつ、ロボット3の外観構造の一例について説明する。図2は、ロボット3が第1アーム17及び第2アーム19を縮めた状態の一例を表す上面図、図3はロボット3が第1アーム17及び第2アーム19を縮めた状態の一例を表す、図2中矢印X方向から見た側面図、図4はロボット3が第1アーム17を伸ばした状態の一例を表す上面図、図5はロボット3が第2アーム19を伸ばした状態の一例を表す上面図である。
図2及び図3に示すように、ロボット3は、ベース部27と、第1アーム17と、第2アーム19とを有する。ベース部27は、略円筒状の部材であり、第1アーム17及び第2アーム19を旋回及び伸縮可能に支持する。ベース部27は、第1アーム17の伸縮動作、第2アーム19の伸縮動作、並びに、旋回装置24による第1アーム17及び第2アーム19の旋回動作の駆動源である3つのモータ等を内蔵する(後述の図6参照)。
第1アーム17は、第1基部リンク29と、第1中間リンク31と、第1ハンド21とを有し、旋回軸AX0を中心とする第1径方向D1に沿って第1ハンド21を移動させる水平多関節型のアームである。第1基部リンク29は、ベース部27の上部(詳細には第2アーム19の第2基部リンク39の上部。図3参照)に旋回軸AX0周りに回転可能に設けられている。第1中間リンク31は、第1基部リンク29の先端部に連結部材33を介して第1回転軸AX1周りに回転可能に連結されている。図3に示すように、第1基部リンク29と第1中間リンク31との間には、連結部材33により、第2アーム19の第2中間リンク41、連結部材45、及び、第2ハンド23(第2ハンド23に載せられたワークWを含む)の高さ方向寸法よりも若干量大きな隙間が設けられている。第1ハンド21は、第1中間リンク31の先端部に連結部材35を介して第2回転軸AX2周りに回転可能に連結されている。第1ハンド21の先端部には、処理室7の処理棚7b(後述の図9等参照)やワークカセット15の支持棚等に対してワークWを持ち上げたり置いたりするための切り欠き37が形成されている。
第2アーム19は、第2基部リンク39と、第2中間リンク41と、第2ハンド23とを有し、旋回軸AX0を中心とする第2径方向D2に沿って第2ハンド23を移動させる水平多関節型のアームである。第2径方向D2は、第1径方向D1との間に旋回軸AX0周りの周方向に所定の角度θを有する。角度θは、後述する昇降装置25(図6参照)により、ロボット3を第1ハンド21と第2ハンド23との上下方向のオフセット距離d(図3参照)だけ昇降させるのに要する時間の間に、第1アーム17及び第2アーム19を旋回可能な範囲の角度差として設定されている(例えば30度。但し30度以外でもよい)。
第2基部リンク39は、ベース部27の上部に旋回軸AX0周りに回転可能に設けられている。第2中間リンク41は、第2基部リンク39の先端部に連結部材43を介して第3回転軸AX3周りに回転可能に連結されている。図3に示すように、第2基部リンク39と第2中間リンク41との間には、連結部材43により、第1アーム17の第1基部リンク29の高さ方向寸法よりも若干量大きな隙間が設けられている。第2ハンド23は、第2中間リンク41の先端部に連結部材45を介して第4回転軸AX4周りに回転可能に連結されている。第2ハンド23の先端部には、処理室7の処理棚7b(後述の図9等参照)やワークカセット15の支持棚等に対してワークWを持ち上げたり置いたりするための切り欠き47が形成されている。
第1アーム17及び第2アーム19は、旋回装置24により旋回される際に、後述するロボットコントローラ113(図7参照)により図2に示す旋回姿勢とされる。この旋回姿勢では、第1アーム17は、旋回軸AX0の軸方向から見て、第1ハンド21の第2回転軸AX2が旋回軸AX0に対して第1ハンド21の先端側とは反対側に位置する姿勢とされる。また、第2アーム19は、旋回軸AX0の軸方向から見て、第2ハンド23の第4回転軸AX4が旋回軸AX0に対して第2ハンド23の先端側とは反対側に位置する姿勢とされる。また旋回姿勢では、第1アーム17及び第2アーム19は、旋回軸AX0の軸方向から見て、第2回転軸AX2が周方向において第4回転軸AX4と第3回転軸AX3の間に位置し、第4回転軸AX4が周方向において第2回転軸AX2と第1回転軸AX1の間に位置する姿勢とされる。
また図2に示すように、第1アーム17及び第2アーム19は、旋回姿勢では旋回円TC内に収まるように縮められる。なお、旋回円TCは、ロボット3が第1アーム17及び第2アーム19を縮めて旋回軸AX0周りに旋回させる際に、旋回軸AX0から半径方向に最も離れた部位(例えば第1基部リンク29又は第2基部リンク39の外周側の端部)の旋回軌跡である。第1ハンド21は、旋回姿勢において第1径方向D1に沿った向きで配置される。第1ハンド21の延設方向(第1径方向D1)の長さは、旋回軸AX0と第1基部リンク29の外周側の端部との半径方向の距離(旋回円TCの旋回半径rと略同じ)の略2倍である。すなわち、第1ハンド21の長さは、旋回円TCの直径と略一致する。同様に、第2ハンド23は、旋回姿勢において第2径方向D2に沿った向きで配置される。第2ハンド23の延設方向(第2径方向D2)の長さは、旋回軸AX0と第2基部リンク39の外周側の端部との半径方向の距離(旋回円TCの旋回半径rと略同じ)の略2倍である。すなわち、第2ハンド23の長さは、旋回円TCの直径と略一致する。
なお、第1ハンド21及び第2ハンド23について、切り欠き37,47が形成された先端側の部分のみをハンドといい、第1中間リンク31及び第2中間リンク41と回転可能に連結される基端側の部分についてはリンクという場合もあるが、本実施形態では、基端側の部分から先端側の部分までを含めて第1ハンド21及び第2ハンド23という。
図2に示すように、第1基部リンク29と第1中間リンク31とは、旋回軸AX0と第1回転軸AX1との距離L1が第1回転軸AX1と第2回転軸AX2との距離L2と略等しくなるように構成されている。また、第1アーム17は、旋回姿勢では、旋回軸AX0と第1回転軸AX1との距離L1と、第1回転軸AX1と第2回転軸AX2との距離L2と、第2回転軸AX2と旋回軸AX0との距離L3とが、それぞれ略等しくなる姿勢とされる。すなわち、この状態では旋回軸AX0、第1回転軸AX1、第2回転軸AX2は上方から見て略正三角形の頂点を構成しており、第1基部リンク29、第1中間リンク31、第1ハンド21の各々の交差角度はそれぞれ略60度となっている。
また、第2基部リンク39と第2中間リンク41とは、旋回軸AX0と第3回転軸AX3との距離L4が第3回転軸AX3と第4回転軸AX4との距離L5と略等しくなるように構成されている。また、第2アーム19は、旋回姿勢では、旋回軸AX0と第3回転軸AX3との距離L4と、第3回転軸AX3と第4回転軸AX4との距離L5と、第4回転軸AX4と旋回軸AX0との距離L6とが、それぞれ略等しくなる姿勢とされる。すなわち、この状態では旋回軸AX0、第3回転軸AX3、第4回転軸AX4は上方から見て略正三角形の頂点を構成しており、第2基部リンク39、第2中間リンク41、第2ハンド23の各々の交差角度はそれぞれ略60度となっている。
なお、本明細書では、第1アーム17及び第2アーム19を旋回軸AX0周りに一緒に回転させることを「旋回」という。一方、第1アーム17又は第2アーム19を伸縮動作させる際の、第1基部リンク29の旋回軸AX0周りの回転、第1中間リンク31の第1回転軸AX1周りの回転、第1ハンド21の第2回転軸AX2周りの回転、第2基部リンク39の旋回軸AX0周りの回転、第2中間リンク41の第3回転軸AX3周りの回転、及び、第2ハンド23の第4回転軸AX4周りの回転を「回転」として、区別している。
図2及び図4に示すように、第1アーム17は第1ハンド21を第1径方向D1に沿って移動させることで、第1ハンド21に載せたワークWを第1径方向D1に沿って搬送する。本実施形態では、前述のように旋回軸AX0と第1回転軸AX1との距離L1が第1回転軸AX1と第2回転軸AX2との距離L2と略等しいことにより、第1アーム17のプーリ比を適宜の値に調整することで、第1アーム17の伸縮動作において第1ハンド21を第1径方向D1に沿った延在方向のまま第1径方向D1に沿って直進させることが可能である。なお、距離L1と距離L2が異なる構成としてもよい。この場合でも、第1アーム17のプーリ比を適宜の値に調整することで、第1ハンド21の基端部の軌道は第1径方向D1と一致しない場合でも(基端部の軌道は第1径方向D1に対して平行であればよく、オフセットした位置でもよい)、ワークWが載置される先端部の軌道は第1径方向D1に沿った略直線状とすることが可能である。「第1ハンド21を第1径方向D1に沿って移動させる」ことにはこのような場合も含まれる。
ここで、第1アーム17の連結部材33と第2アーム19の第2ハンド23とは同じ高さに位置することから、第2ハンド23にワークWを載せた状態で、例えば第1基部リンク29、第1中間リンク31及び第1ハンド21が第1径方向D1に沿って一直線上となるまで第1基部リンク29を回転させると、連結部材33とワークWとが干渉する。そこで、図4に示すように、第1アーム17を伸ばす際に、連結部材33と第2ハンド23に載せたワークWとが干渉しないぎりぎりの角度(第1径方向D1との角度差θ1)までしか第1基部リンク29が回転しないように、第1基部リンク29の回転角度範囲が設定されている。以下、この状態の第1アーム17の姿勢(図4の姿勢)を「延伸姿勢」ともいう。この延伸姿勢でのリーチが第1アーム17の最大リーチとなる。
図2及び図5に示すように、第2アーム19は第2ハンド23を第2径方向D2に沿って移動させることで、第2ハンド23に載せたワークWを第2径方向D2に沿って搬送する。本実施形態では、前述のように旋回軸AX0と第3回転軸AX3との距離L4が第3回転軸AX3と第4回転軸AX4との距離L5と略等しいことにより、第2アーム19のプーリ比を適宜の値に調整することで、第2アーム19の伸縮動作において第2ハンド23を第2径方向D2に沿った延在方向のまま第2径方向D2に沿って直進させることが可能である。なお、距離L4と距離L5が異なる構成としてもよい。この場合でも、第2アーム19のプーリ比を適宜の値に調整することで、第2ハンド23の基端部の軌道は第2径方向D2と一致しない場合でも(基端部の軌道は第2径方向D2に対して平行であればよく、オフセットした位置でもよい)、ワークWが載置される先端部の軌道は第2径方向D2に沿った略直線状とすることが可能である。「第2ハンド23を第2径方向D2に沿って移動させる」ことにはこのような場合も含まれる。
ここで、第2アーム19を構成する各部材は第1アーム17の第1ハンド21と異なる高さ(この例では低い位置)に位置することから、第1ハンド21にワークWを載せた状態で、例えば第2基部リンク39、第2中間リンク41及び第2ハンド23を第2径方向D2に沿って一直線上となるまで第2基部リンク39を回転させても、第2アーム19とワークWとは干渉しない。したがって、第2アーム19をそのように伸ばしてもよいが、ここでは第2アーム19と第1アーム17のリーチを統一するために、図5に示すように、第2アーム19を伸ばす際に第2基部リンク39が所定の角度(第2径方向D2との角度差θ2)までしか回転しないように、第2基部リンク39の回転角度範囲が設定されている。なお、θ2は例えばθ1と同じ角度である。以下、この状態の第2アーム19の姿勢(図5の姿勢)を「延伸姿勢」ともいう。この延伸姿勢でのリーチが第2アーム19の最大リーチとなる。
<3.ロボットの動力機構>
次に、図6を参照しつつ、ロボット3の動力機構の一例について説明する。図6は、ロボット3の動力機構の概略構成の一例を表す概念図である。なお、図6ではシール部材等の図示は適宜省略している。
図6に示すように、第1アーム17は、第1基部リンク29の内部に配置されるプーリ49,51及びベルト53と、第1中間リンク31の内部に配置されるプーリ55,57及びベルト59とを有する。プーリ49は、第1基部リンク29の基端部に配置され、プーリ51は、第1基部リンク29の先端部に配置されている。ベルト53は、プーリ49,51に架け渡されている。プーリ55は、第1中間リンク31の基端部に配置され、プーリ57は、第1中間リンク31の先端部に配置されている。ベルト59は、プーリ55,57に架け渡されている。
同様に、第2アーム19は、第2基部リンク39の内部に配置されるプーリ61,63及びベルト65と、第2中間リンク41の内部に配置されるプーリ67,69及びベルト71とを有する。プーリ61は、第2基部リンク39の基端部に配置され、プーリ63は、第2基部リンク39の先端部に配置されている。ベルト65は、プーリ61,63に架け渡されている。プーリ67は、第2中間リンク41の基端部に配置され、プーリ69は、第2中間リンク41の先端部に配置されている。ベルト71は、プーリ67,69に架け渡されている。
なお、ベルト53,59,65,71は、鋼板等の金属で形成されてもよいし、ゴムや樹脂等で形成されてもよい。また、ベルト53,59,65,71は、歯付きベルトであってもよいし、歯のない平ベルトやVベルト等であってもよい。また、プーリ49,51,55,57,61,63,67,69は、歯付きプーリであってもよいし、歯のない平プーリやVプーリ等であってもよい。
ロボット3は、第1旋回軸部材73と、第2旋回軸部材75と、第3旋回軸部材77とを有する。第1旋回軸部材73は、旋回軸AX0周りに回転可能に支持された中実又は中空の軸部材である。第2旋回軸部材75は、第1旋回軸部材73の径方向外側に同心状に配置され、旋回軸AX0周りに回転可能に支持された中空の軸部材である。第3旋回軸部材77は、第2旋回軸部材75の径方向外側に同心状に配置され、旋回軸AX0周りに回転可能に支持された中空の軸部材である。第1旋回軸部材73、第2旋回軸部材75及び第3旋回軸部材77は、それぞれ別のモータに連結されており、互いに相対回転可能となっている。
第1旋回軸部材73の上端は、第1基部リンク29の基端部に固定されている。第3旋回軸部材77の上端は、第2基部リンク39の基端部に固定されている。第2旋回軸部材75の上端側には、プーリ49,61が固定されている。プーリ49は、プーリ61よりも上側に配置されている。
第1基部リンク29の先端部の底面には、固定軸79が固定されている。固定軸79の下端側には、プーリ51が回転可能に支持されている。固定軸79の上端側には、プーリ55が固定されている。プーリ51には、連結部材33を介して第1中間リンク31の基端部が固定されている。第1中間リンク31の先端部の底面には、固定軸81が固定されている。固定軸81には、プーリ57が回転可能に支持されている。プーリ57には、連結部材35を介して第1ハンド21の基端部が固定されている。プーリ49,51,55,57のそれぞれの直径(プーリ径)は、前述のように第1ハンド21が第1径方向D1に沿った延在方向のまま第1径方向D1に沿って直進するように、適宜の比率(プーリ比)に設定されている。
同様に、第2基部リンク39の先端部の底面には、固定軸83が固定されている。固定軸83の下端側には、プーリ63が回転可能に支持されている。固定軸83の上端側には、プーリ67が固定されている。プーリ63には、連結部材43を介して第2中間リンク41の基端部が固定されている。第2中間リンク41の先端部の底面には、固定軸85が固定されている。固定軸85には、プーリ69が回転可能に支持されている。プーリ69には、連結部材45を介して第2ハンド23の基端部が固定されている。プーリ61,63,67,69のそれぞれの直径(プーリ径)は、前述のように第2ハンド23が第2径方向D2に沿った延在方向のまま第2径方向D2に沿って直進するように、適宜の比率(プーリ比)に設定されている。
第1旋回軸部材73の下端にはマグネット87が設けられている。マグネット87の径方向外側には、マグネット87と対向するように固定子コイル89が設けられている。固定子コイル89は、円筒状のフレーム88の内周面に固定されている。フレーム88の反負荷側(図6中下側)には、第1ブラケット90が固定されている。第1ブラケット90は、第1旋回軸部材73を回転可能に支持する軸受92を支持している。マグネット87、固定子コイル89、フレーム88、第1ブラケット90、及び軸受92等が、第1モータ91を構成する。
同様に、第2旋回軸部材75の下端にはマグネット93が設けられている。マグネット93の径方向外側には、マグネット93と対向するように固定子コイル95が設けられている。固定子コイル95は、円筒状のフレーム94の内周面に固定されている。フレーム94の反負荷側(図6中下側)には、第2ブラケット96が固定されている。第2ブラケット96は、第2旋回軸部材75を回転可能に支持する軸受98を支持している。マグネット93、固定子コイル95、フレーム94、第2ブラケット96、及び軸受98等が、第2モータ97を構成する。
同様に、第3旋回軸部材77の下端にはマグネット99が設けられている。マグネット99の径方向外側には、マグネット99と対向するように固定子コイル101が設けられている。固定子コイル101は、円筒状のフレーム100の内周面に固定されている。フレーム100の反負荷側(図6中下側)には、第3ブラケット102が固定されており、フレーム100の負荷側(図6中上側)には、負荷側カバー105が固定されている。第3ブラケット102は、第3旋回軸部材77を回転可能に支持する軸受104を支持している。マグネット99、固定子コイル101、フレーム100、第3ブラケット102、及び軸受104等が、第3モータ103を構成する。
第1モータ91、第2モータ97、及び第3モータ103は、ベース部27の内側において、第3モータ103が上端、第1モータ91が下端、第2モータ97がそれらの中間に位置するように配置されている。
第2モータ97が停止して第2旋回軸部材75が静止している状態で、第1モータ91が駆動して第1旋回軸部材73が旋回軸AX0周りに回転すると、第1アーム17が伸縮する。また、第2モータ97が停止して第2旋回軸部材75が静止している状態で、第3モータ103が駆動して第3旋回軸部材77が旋回軸AX0周りに回転すると、第2アーム19が伸縮する。なお、第2モータ97が停止して第2旋回軸部材75が静止している状態で、第1モータ91及び第3モータ103が同時に駆動して第1旋回軸部材73及び第3旋回軸部材77が旋回軸AX0周りに同時に回転すると、第1アーム17及び第2アーム19が同時に伸縮する。
また、第1モータ91、第2モータ97及び第3モータ103が同時に駆動して第1旋回軸部材73、第2旋回軸部材75及び第3旋回軸部材77が同じ回転速度で同じ回転方向に同じ角度だけ回転すると、第1アーム17及び第2アーム19は互いに伸縮動作を行うことなく、互いの旋回軸AX0周りの周方向の位置関係を保持したまま、旋回軸AX0周りに旋回する。この旋回動作は、第1アーム17及び第2アーム19を共に前述した旋回姿勢とした上で行われる。なお、「旋回軸AX0周りの周方向の位置関係を保持したまま」とは、第1ハンド21の移動方向(第1径方向D1)と第2ハンド23の移動方向(第2径方向D2)との角度差θを維持したまま、且つ、第1径方向D1に対する第1アーム17の各部材29,31,21の配置方向(角度)と、第2径方向D2に対する第2アーム19の各部材39,41,23の配置方向(角度)を図2に示す旋回姿勢の状態にそれぞれ維持したまま、という意味である。なお、第1モータ91、第2モータ97、第3モータ103、第1旋回軸部材73、第2旋回軸部材75、及び、第3旋回軸部材77等が旋回装置24を構成する。
ロボット3は、第1アーム17及び第2アーム19を周方向の位置関係を保持したまま旋回軸AX0の軸方向(上下方向)に一緒に昇降させる昇降装置25を有する。図6に示すように、昇降装置25は、スライダ107と、送りねじ109と、昇降モータ111と、リニアガイド112等を有する。昇降モータ111は、支持部材27aによりベース部27の内部におけるモータ91,97,103の側方に設置されている。送りねじ109は、図示しない軸受により、支持部材27a及びベース部27の上端部に対して回転可能に支持されている。モータ91,97,103は、リニアガイド112によりベース部27に対して上下方向に移動可能に設けられている。昇降モータ111の下側に配置された出力軸にはプーリ106が設けられ、送りねじ109の下端部にはプーリ108が設けられている。ベルト110は、プーリ106,108に架け渡されている。昇降モータ111は、プーリ106,108及びベルト110により送りねじ109を回転させる。スライダ107は、モータ91,97,103の少なくとも1つに連結されており、送りねじ109の回転により上下方向に移動する。このようにして、昇降モータ111の駆動により、第1アーム17及び第2アーム19が、第1モータ91、第2モータ97及び第3モータ103等と共に旋回軸AX0の軸方向に昇降する。なお、昇降装置25の設置位置はモータ91,97,103の側方に限るものではなく、例えばモータ91,97,103の下方に設置してもよい。また、昇降装置25をベース部27の外部に設置してもよい。
なお、ロボット3が真空状態の搬送室5に配置されることにより、真空空間に連通する各モータ91,97,103の内部空間は真空状態となる。一方、各モータ91,97,103の外部空間である、昇降装置25やリニアガイド112等が配置されるベース部27の内部空間は、大気圧状態となる。
<4.ロボットコントローラの機能構成>
次に、図7を参照しつつ、ロボットコントローラの機能構成の一例について説明する。図7は、ロボットコントローラの機能構成の一例を表すブロック図である。
ロボットシステム1は、ロボット3を制御するロボットコントローラ113を有する。ロボットコントローラ113は、例えばモーションコントローラ、パーソナルコンピュータ(PC)、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)、サーボアンプ等により構成される。ロボットコントローラ113は、第1動作制御部115と、第2動作制御部117と、第3動作制御部119とを有する。
第1動作制御部115は、第1アーム17の伸縮動作を制御する。すなわち、第1動作制御部115は、第2モータ97の停止状態で第1モータ91を駆動させることにより、第1アーム17を伸縮させて第1ハンド21を第1径方向D1に沿って移動させる。
第2動作制御部117は、第1アーム17及び第2アーム19の旋回動作と昇降動作を制御する。すなわち、第2動作制御部117は、第1アーム17及び第2アーム19を周方向に旋回させるのと同時並行して軸方向に昇降させるように、旋回装置24及び昇降装置25を制御する。また、第2動作制御部117は、第1ハンド21と第2ハンド23を同一方向のエリア(例えば同じ処理室7の接続口7a)に出し入れする場合には、第1アーム17及び第2アーム19を第1径方向D1と第2径方向D2との角度差である所定の角度θだけ旋回させるのと同時並行して軸方向に昇降させる。また、第2動作制御部117は、第1ハンド21と第2ハンド23を同一高さのエリア(例えば同じ処理室7の接続口7a)に出し入れする場合には、第1アーム17及び第2アーム19を第1径方向D1と第2径方向D2との角度差θだけ旋回させるのと同時並行して軸方向に第1ハンド21と第2ハンド23のオフセット距離dだけ昇降させる。
具体的には、第2動作制御部117は、第1モータ91、第2モータ97及び第3モータ103を同時に駆動させることにより、第1アーム17及び第2アーム19を、旋回軸AX0周りの周方向の位置関係を保持したまま周方向に一緒に所定の角度θだけ旋回させる。また第2動作制御部117は、この旋回動作と同時平行して、昇降モータ111を駆動させて、第1アーム17及び第2アーム19を旋回軸AX0の軸方向に所定距離(例えば第1ハンド21と第2ハンド23のオフセット距離d)だけ昇降させる。なお、角度θの旋回動作に要する時間は、所定距離の昇降動作に要する時間以下となっている。
第3動作制御部119は、第2アーム19の伸縮動作を制御する。すなわち、第3動作制御部119は、第2モータ97の停止状態で第3モータ103を駆動させることにより、第2アーム19を伸縮させて第2ハンド23を第2径方向D2に沿って移動させる。
なお、ロボットコントローラ113は、ロボット3の上記以外の動作についても制御する。例えば、第1アーム17及び第2アーム19の旋回動作と昇降動作を別々に実行する。例えば、処理室7の処理棚7b(後述の図9等参照)やワークカセット15の支持棚等に対してワークWを持ち上げたり置いたりするために、第1ハンド21及び第2ハンド23を所定距離だけ昇降させる動作等を行う。また、上記第2動作制御部117による昇降動作において、第1ハンド21と第2ハンド23のオフセット距離dに対して上記ワークWを持ち上げたり置いたりするための所定距離を増減させてもよい。また、第1ハンド21と第2ハンド23を異なる高さのエリア(例えばワークカセット15における異なる支持棚等)に出し入れする場合には、上記第2動作制御部117による昇降動作において、オフセット距離dに対して上記異なる高さ分の距離を増減させてもよい。
なお、ロボットコントローラ113は、1つの制御装置としてもよいし、複数の制御装置で構成してもよい。複数の制御装置とする場合には、例えば位置指令を出力する上位コントローラと、各モータ91,97,103,111に電力を供給するサーボアンプ等とを別体として構成してもよい。
なお、上述した第1動作制御部115、第2動作制御部117、第3動作制御部119等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部(例えば1つの処理部)で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、ロボットコントローラ113の各処理部は、各モータ91,97,103,111に駆動電力を給電する部分(サーボアンプ等)のみ実際の装置により実装され、その他の機能は後述するCPU901(図18参照)が実行するプログラムにより実装されてもよいし、その一部又は全部がASICやFPGA、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。
<5.ロボットコントローラの制御内容及びロボットの動作>
次に、図8及び図9〜図15により、ワークWを処理室7に搬入する際にロボットコントローラ113が実行する制御内容の一例及びロボット3の動作の一例について説明する。図8は、ロボットコントローラ113が実行する制御内容の一例を表すフローチャートである。図9〜図15は、ロボット3の動作の一例を表す説明図である。
図8に示すように、ステップS10では、ロボットコントローラ113は、第1アーム17及び第2アーム19を旋回軸AX0周りに旋回させると共に、昇降装置25により第1アーム17及び第2アーム19を昇降させることにより、第1ハンド21を所定のエリアの正面に移動させる。なお、「所定のエリア」とは、この例では例えば所定の処理室7の接続口7aと接続された接続口5aのことをいう。なお、ワークカセット15における特定の支持棚等でもよい。
図9に、ステップS10におけるロボット3の動作の一例を示す。なお、図9では搬送室5や接続口5aの図示を省略している(図10〜図15も同様)。図9に示す例では、ロボット3は、第1ハンド21及び第2ハンド23の両方にワークWをそれぞれ載せた状態で、第1アーム17及び第2アーム19の両方を旋回姿勢としている。そして、ロボット3は、第1アーム17及び第2アーム19を旋回及び昇降させて、第1ハンド21を処理室7の接続口7aの正面に移動させる。すなわち、ロボット3は、第1径方向D1上に処理室7の接続口7aが位置するように第1アーム17及び第2アーム19を旋回させて、第1ハンド21の高さ位置が処理室7の接続口7aの高さ位置と略一致するように第1アーム17及び第2アーム19を昇降させる。
図8に戻り、ステップS20では、ロボットコントローラ113は、第1動作制御部115により、第1アーム17を伸縮させて第1ハンド21を所定のエリアに出し入れさせる。具体的には、第1アーム17を伸ばしてワークWを載せた第1ハンド21を接続口5a,7aを介して処理室7に進入させ、ワークWを処理棚7bに載置する。その後、第1アーム17を縮めてワークWを降ろした第1ハンド21を処理室7から後退させ、第1アーム17を旋回姿勢に戻す。
図10及び図11に、ステップS20におけるロボット3の動作の一例を示す。図10に示すように、ロボット3は、第1アーム17を例えば前述の延伸姿勢となるまで伸ばすことにより、ワークWを載せた第1ハンド21を第1径方向D1に沿って移動させ、接続口7aを介して処理室7に進入させ、ワークWを処理棚7bに載置する。その後、図11に示すように、ロボット3は、第1アーム17を縮めてワークWを降ろした第1ハンド21を処理室7から第1径方向D1に沿って後退させ、第1アーム17を旋回姿勢に戻す。
図8に戻り、ステップS30では、ロボットコントローラ113は、第2動作制御部117により、第1アーム17及び第2アーム19を周方向に旋回させるのと同時並行して軸方向に昇降させる。具体的には、第1アーム17及び第2アーム19を旋回軸AX0周りに第1径方向D1と第2径方向D2との角度差である所定の角度θだけ旋回させつつ、同時並行して、第1アーム17及び第2アーム19を旋回軸AX0の軸方向に沿って第1ハンド21と第2ハンド23のオフセット距離dだけ上昇させて、第2ハンド23を所定のエリア(この例では所定の処理室7の接続口7aと接続された接続口5a)の正面に移動させる。すなわち、ロボット3は、第2径方向D2上に処理室7の接続口7aが位置するように第1アーム17及び第2アーム19を旋回させて、第2ハンド23の高さ位置が処理室7の接続口7aの高さ位置と略一致するように第1アーム17及び第2アーム19をオフセット距離dだけ上昇させる。
図12及び図13に、ステップS30におけるロボット3の動作の一例を示す。なお、図12では例えば処理室7の処理棚7bがワークWが載置されていないものに交換されている。また図13は、図12中矢印Y方向から見た側面図である。図12に示すように、ロボット3は、第1アーム17及び第2アーム19を旋回及び昇降させて、第2ハンド23を処理室7の接続口7aの正面に移動させる。すなわち、ロボット3は、図12に示すように、第2径方向D2上に処理室7の接続口7aが位置するように第1アーム17及び第2アーム19を旋回させると共に、並行して、図13に示すように、第2ハンド23の高さ位置が処理室7の接続口7aの高さ位置と略一致するように第1アーム17及び第2アーム19をオフセット距離dだけ上昇させる。
なお、上記ステップS30での昇降動作において、オフセット距離dに対して上記ワークWを処理棚7bから持ち上げたり置いたりするための所定距離を増減させてもよい。また、例えば第1ハンド21と第2ハンド23を異なる高さのエリア(例えば同じ処理室7における異なる高さの接続口7a等)に出し入れする場合には、上記ステップS30での昇降動作において、オフセット距離dに対して上記異なる高さ分の距離を増減させてもよい。
図8に戻り、ステップS40では、ロボットコントローラ113は、第3動作制御部119により、第2アーム19を伸縮させて第2ハンド23を所定のエリアに出し入れさせる。具体的には、第2アーム19を伸ばしてワークWを載せた第2ハンド23を接続口5a,7aを介して処理室7に進入させ、ワークWを処理棚7bに載置する。その後、第2アーム19を縮めてワークWを降ろした第2ハンド23を処理室7から後退させ、第2アーム19を旋回姿勢に戻す。
図14及び図15に、ステップS40におけるロボット3の動作の一例を示す。図14に示すように、ロボット3は、第2アーム19を例えば前述の延伸姿勢となるまで伸ばすことにより、ワークWを載せた第2ハンド23を第2径方向D2に沿って移動させ、接続口7aを介して処理室7に進入させ、ワークWを処理棚7bに載置する。その後、図15に示すように、ロボット3は、第2アーム19を縮めてワークWを降ろした第2ハンド23を処理室7から第2径方向D2に沿って後退させ、第2アーム19を旋回姿勢に戻す。
図8に戻り、ステップS50では、ロボットコントローラ113は、ロボットシステム1において実行されるワークWに対する連続処理が完了したか否かを判定する。処理を完了していない場合には(ステップS50:NO)、先のステップS10に戻る。処理を完了している場合には(ステップS50:YES)、本フローを終了する。
なお、以上ではワークWを処理室7に搬入する際の制御内容及び動作を一例として説明したが、カセット室9(ワークカセット15)やその他のエリアに搬入する場合も同様である。また、ワークWを処理室7やその他のエリアから搬出する際の制御内容及び動作も同様である。
<6.実施形態の効果>
以上説明したように、本実施形態のロボットシステム1は、ロボット3と、ロボット3を制御するロボットコントローラ113と、を有し、ロボット3は、旋回軸AX0周りに回転可能に設けられた第1基部リンク29と、第1基部リンク29の先端部に第1回転軸AX1周りに回転可能に連結された第1中間リンク31と、第1中間リンク31の先端部に第2回転軸AX2周りに回転可能に連結され、第1基部リンク29及び第1中間リンク31の各々よりも延設方向に長く形成されワークWを保持する第1ハンド21と、を備え、旋回軸AX0を中心とする第1径方向D1に沿って第1ハンド21を移動させる水平多関節型の第1アーム17と、旋回軸AX0周りに第1基部リンク29とは独立して回転可能に設けられた第2基部リンク39と、第2基部リンク39の先端部に第3回転軸AX3周りに回転可能に連結された第2中間リンク41と、第2中間リンク41の先端部に第4回転軸AX4周りに回転可能に連結され、第2基部リンク39及び第2中間リンク41の各々よりも延設方向に長く形成されワークWを保持する第2ハンド23と、を備え、第1径方向D1と旋回軸AX0周りに所定の角度θを有する第2径方向D2に沿って第2ハンド23を移動させる水平多関節型の第2アーム19と、第1アーム17及び第2アーム19を、旋回軸AX0周りの周方向の位置関係を保持したまま周方向に一緒に旋回させる旋回装置24と、を有する。
本実施形態の効果について比較例を用いて説明する。図16及び図17に、比較例のロボット300の構造の一例を示す。図16は、ロボット300が第1アーム17及び第2アーム19を縮めた状態の一例を表す上面図、図17はロボット300が第1アーム17を伸ばした状態の一例を表す上面図である。なお、これら図16及び図17において、上記実施形態に係るロボット3と同様の構成には同符号を付し説明を省略する。
比較例のロボット300が上記実施形態のロボット3と異なる点は、第1アーム17による第1ハンド21の移動方向と第2アーム19による第2ハンド23の移動方向とが同一の径方向(径方向D0)である点である。このため、図16に示すように、第1アーム17及び第2アーム19が旋回姿勢とされた際には、第1ハンド21の略全体と第2ハンド23の略全体とが旋回軸AX0の軸方向(上下方向)に重なっている。図17に示すように、第1アーム17は第1ハンド21を径方向D0に沿って移動させることで、第1ハンド21に載せたワークWを径方向D0に沿って搬送する。この第1アーム17の伸縮動作において、第1ハンド21は径方向D0に沿った延在方向のまま径方向D0に沿って直進する。同様に、図示は省略するが、第2アーム19も第2ハンド23を径方向D0に沿って移動させることで、第2ハンド23に載せたワークWを径方向D0に沿って搬送する。この第2アーム19の伸縮動作において、第2ハンド23は径方向D0に沿った延在方向のまま径方向D0に沿って直進する。なお、第1ハンド21及び第2ハンド23の移動方向が同一方向である点以外については、上記実施形態に係るロボット3と略同様の構成である。
ロボット300においても、上記実施形態に係るロボット3と同様に、第2ハンド23にワークWを載せた状態で第1アーム17を所定量以上に伸ばすと、連結部材33とワークWとが干渉する。そこで、図17に示すように、第1アーム17を伸ばす際に、連結部材33と第2ハンド23に載せたワークWとが干渉しないぎりぎりの角度(径方向D0との角度差θ0)までしか第1基部リンク29が回転しないように、第1基部リンク29の回転角度範囲が設定される。ロボット300の第1ハンド21と第2ハンド23の向きは同じ方向であることから、角度差θ0は上記実施形態における角度差θ1に比べて大きくなり、第1基部リンク29の回転可能な角度範囲は小さくなる。その結果、各アーム17,19のリーチが制限されるという課題がある。
本実施形態では、第1アーム17による第1ハンド21の移動方向(第1径方向D1)と第2アーム19による第2ハンド23の移動方向(第2径方向D2)とを所定角度θだけ異ならせることにより、図4に示すように、第1アーム17を延伸させた際に第2アーム19が保持するワークWと干渉することを回避又は抑制しやすくなる。すなわち、角度差θ1は上記角度差θ0よりも小さくなり、第1基部リンク29の回転可能な角度範囲を大きくすることができる。その結果、第1アーム17のリーチを増大することができる。なお、図17にリーチの比較のために本実施形態に係るロボット3の第1アーム17の延伸姿勢を点線で示す。これにより、各アーム17,19のリーチをできるだけ長く確保しつつ、アーム17,19の旋回半径rをできるだけ小型化することができる。すなわち、リーチの最大化と旋回半径の最小化を両立することが可能となる。
また、本実施形態では特に、ロボットシステム1は、第1アーム17及び第2アーム19を、周方向の位置関係を保持したまま旋回軸AX0の軸方向に一緒に昇降させる昇降装置25をさらに有し、ロボットコントローラ113は、第1アーム17及び第2アーム19を周方向に旋回させるのと並行して軸方向に昇降させるように、旋回装置24及び昇降装置25を制御する。
これにより、第1アーム17及び第2アーム19の旋回動作と昇降動作を別々に実行する場合に比べて、タクトタイムを短縮することができる。
また、本実施形態では特に、ロボットコントローラ113は、第1径方向D1に沿って第1ハンド21を移動させるように第1アーム17を伸縮させる第1動作制御部115と、第1アーム17及び第2アーム19を周方向に旋回させるのと並行して軸方向に昇降させるように、旋回装置24及び昇降装置25を制御する第2動作制御部117と、第2径方向D2に沿って第2ハンド23を移動させるように第2アーム19を伸縮させる第3動作制御部119と、を有する。
これにより、タクトタイムの短縮を図りつつ、第1ハンド21と第2ハンド23を同一のエリアに出し入れさせることができる。
また、本実施形態では特に、第2動作制御部117は、第1アーム17及び第2アーム19を第1径方向D1と第2径方向D2との角度差である所定の角度θだけ旋回させるのと並行して軸方向に昇降させるように、旋回装置24及び昇降装置25を制御する。
本実施形態では、第1アーム17による第1ハンド21の移動方向(第1径方向D1)と第2アーム19による第2ハンド23の移動方向(第2径方向D2)とを所定角度θだけ異ならせるため、第1ハンド21と第2ハンド23を同一のエリアに出し入れするためには、第1アーム17及び第2アーム19を所定の角度θだけ旋回させる必要がある。一方で、ロボット3がワークWを搬送する際には、例えば所定のエリアにワークWを持ち上げたり置いたりする場合等、第1アーム17及び第2アーム19(第1ハンド21及び第2ハンド23)の昇降動作が行われる。本実施形態では、上記旋回動作を昇降動作と同時並行して実行させることにより、タクトタイムが延びることを防止できる。
また、本実施形態では特に、第1ハンド21と第2ハンド23は、軸方向にオフセットして配置されており、第2動作制御部117は、第1アーム17及び第2アーム19を周方向に旋回させるのと並行して軸方向にオフセットの距離だけ昇降させるように、旋回装置24及び昇降装置25を制御する。
本実施形態では、第1アーム17による第1ハンド21の移動方向(第1径方向D1)と第2アーム19による第2ハンド23の移動方向(第2径方向D2)とを所定角度θだけ異ならせるため、第1ハンド21と第2ハンド23を同一のエリアに出し入れするためには、第1アーム17及び第2アーム19を所定の角度θだけ旋回させる必要がある。一方で、第1ハンド21と第2ハンド23は軸方向にオフセットして配置されるため、第1ハンド21と第2ハンド23を同一のエリアに出し入れするためには、第1アーム17及び第2アーム19をオフセットの距離だけ昇降させる必要がある。本実施形態では、上記旋回動作を昇降動作と同時並行して実行させることにより(言い換えると、所定の角度θを昇降中に旋回できる範囲の角度差とすることにより)、タクトタイムが延びることを防止できる。
また、本実施形態では特に、ロボットコントローラ113は、旋回装置24により第1アーム17及び第2アーム19を旋回させる際に、第1アーム17及び第2アーム19を、第1ハンド21の第2回転軸AX2が旋回軸AX0に対して第1ハンド21の先端側とは反対側に位置し、且つ、第2ハンド23の第4回転軸AX4が旋回軸AX0に対して第2ハンド23の先端側とは反対側に位置する旋回姿勢とする。
これにより、第1アーム17と第2アーム19を一緒に旋回させる際の旋回姿勢の半径(旋回半径r)を小型化することができる。
また、本実施形態では特に、ロボットコントローラ113は、旋回姿勢において、第2回転軸AX2を周方向において第3回転軸AX3と第4回転軸AX4の間に位置させ、第4回転軸AX4を周方向において第1回転軸AX1と第2回転軸AX2の間に位置させる。
本実施形態では、第1アーム17及び第2アーム19を縮めて旋回姿勢とした際に、第1アーム17と第2アーム19の少なくとも一部が軸方向に重なって配置される。これにより、例えば第1アーム17と第2アーム19とを軸方向に垂直な面方向に並列配置する場合に比べて、旋回半径rをより小型化することができる。
また、本実施形態では特に、ロボットコントローラ113は、旋回姿勢において、第1ハンド21を第1径方向D1に沿った向きで配置し、第2ハンド23を第2径方向D2に沿った向きで配置する。
本実施形態では、第1アーム17と第2アーム19を縮めて旋回姿勢とした状態において、第1ハンド21の向きと第2ハンド23の向きが異なるように配置される。これにより、一方のアーム(例えば第2アーム19)を縮めた状態でワークWを保持している際に、他方のアーム(例えば第1アーム17)を延伸させた場合に、一方のアームのハンド(例えば第2ハンド23)の向きと他方のアーム(例えば第1アーム17)の延伸方向とが異なるため、アームとワークWとの干渉をより一層回避し易くできる。また、旋回姿勢とした際に、第1ハンド21と第2ハンド23の少なくとも一部が軸方向に重なって配置されるので、例えば第1ハンド21と第2ハンド23とを軸方向に垂直な面方向に並列配置する場合に比べて、旋回半径rをより小型化することができる。
また、本実施形態では特に、第1アーム17は、旋回軸AX0と第1回転軸AX1との距離L1が第1回転軸AX1と第2回転軸AX2との距離L2と略等しくなるように構成されており、第2アーム19は、旋回軸AX0と第3回転軸AX3との距離L4が第3回転軸AX3と第4回転軸AX4との距離L5と略等しくなるように構成されている。
これにより、第1アーム17を伸縮させる際に、第1ハンド21を第1径方向D1に沿って直進させることができる。同様に、第2アーム19を伸縮させる際に、第2ハンド23を第2径方向D2に沿って直進させることができる。その結果、ワークWを横ぶれ等なく安定して搬送できると共に、搬送距離及び搬送時間を最短化できる。
また、本実施形態では特に、ロボットコントローラ113は、旋回姿勢において、旋回軸AX0と第1回転軸AX1との距離L1、第1回転軸AX1と第2回転軸AX2との距離L2、第2回転軸AX2と旋回軸AX0との距離L3をそれぞれ略等しくさせると共に、旋回軸AX0と第3回転軸AX3との距離L4、第3回転軸AX3と第4回転軸AX4との距離L5、第4回転軸AX4と旋回軸AX0との距離L6をそれぞれ略等しくさせる。
これにより、各アーム17,19のリーチを最大化しつつ旋回半径rを最小化することが可能となる。
また、本実施形態では特に、第1ハンド21の延設方向の長さは、旋回軸AX0と第1基部リンク29の外周側の端部との距離の略2倍であり、第2ハンド23の延設方向の長さは、旋回軸AX0と第2基部リンク39の外周側の端部との距離の略2倍である。
これにより、第1ハンド21及び第2ハンド23の長さを、旋回姿勢のアーム17,19の旋回軌跡である旋回円TCの直径と略同じ長さ(旋回円TCを使い切る長さ)とすることができる。したがって、各アーム17,19のリーチをできるだけ長く確保できるように最大化を図ることができる。
また、本実施形態では特に、ロボット3は、第1アーム17の伸縮動作、第2アーム19の伸縮動作、旋回装置24による第1アーム17及び第2アーム19の旋回動作の駆動源である3つのモータ91,97,103を内蔵したベース部27を有する。
第1アーム17及び第2アーム19の伸縮動作及び旋回動作の駆動源であるモータ91,97,103を、各アーム17,19に設けずにベース部27内に配置することで、第1アーム17及び第2アーム19には動力を伝達する機構(プーリやベルト等)を配置すれば足りることとなり、アーム17,19をコンパクト化(薄型化)できる。
また、本実施形態では特に、ロボットシステム1は、ロボット3が配置された搬送室5と、搬送室5の周囲に配置された複数の処理室7と、をさらに有し、搬送室5は、第1径方向D1及び第2径方向D2のいずれか一方の方向の正面に複数の処理室7のいずれかが位置する角度に旋回されたロボット3の他方の方向の正面に位置する壁部26を有する。
本実施形態では、第1径方向D1と第2径方向D2との角度差θを、処理室7の配置の制約を受けることなく設計できるので、設計の自由度を向上できる。
また、本実施形態では特に、搬送室5及び処理室7は、大気圧よりも低い圧力に減圧されている。
これにより、例えば半導体製造装置や液晶製造装置等、真空環境下でワークWへの処理及びワークWの搬送を行う製造工程等に本実施形態のロボットシステム1を適用することができる。
<7.コントローラのハードウェア構成例>
次に、図18を参照しつつ、上記で説明したCPU901が実行するプログラムにより実装された各動作制御部115,117,119等による処理を実現するロボットコントローラ113のハードウェア構成例について説明する。なお、図18中では、ロボットコントローラ113の各モータ91,97,103,111に駆動電力を給電する機能に係る構成を適宜省略して図示している。
図18に示すように、ロボットコントローラ113は、例えば、CPU901と、ROM903と、RAM905と、ASIC又はFPGA等の特定の用途向けに構築された専用集積回路907と、入力装置913と、出力装置915と、記録装置917と、ドライブ919と、接続ポート921と、通信装置923とを有する。これらの構成は、バス909や入出力インターフェース911を介し相互に信号を伝達可能に接続されている。
プログラムは、例えば、ROM903やRAM905、ハードディスク等により構成される記録装置917等に記録しておくことができる。
また、プログラムは、例えば、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、各種のCD・MOディスク・DVD等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体925に、一時的又は非一時的(永続的)に記録しておくこともできる。このような記録媒体925は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することもできる。この場合、これらの記録媒体925に記録されたプログラムは、ドライブ919により読み出されて、入出力インターフェース911やバス909等を介し上記記録装置917に記録されてもよい。
また、プログラムは、例えば、ダウンロードサイト・他のコンピュータ・他の記録装置等(図示せず)に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、LANやインターネット等のネットワークNWを介し転送され、通信装置923がこのプログラムを受信する。そして、通信装置923が受信したプログラムは、入出力インターフェース911やバス909等を介し上記記録装置917に記録されてもよい。
また、プログラムは、例えば、適宜の外部接続機器927に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、適宜の接続ポート921を介し転送され、入出力インターフェース911やバス909等を介し上記記録装置917に記録されてもよい。
そして、CPU901が、上記記録装置917に記録されたプログラムに従い各種の処理を実行することにより、上記の第1動作制御部115、第2動作制御部117、第3動作制御部119等による処理が実現される。この際、CPU901は、例えば、上記記録装置917からプログラムを直接読み出して実行してもよいし、RAM905に一旦ロードした上で実行してもよい。更にCPU901は、例えば、プログラムを通信装置923やドライブ919、接続ポート921を介し受信する場合、受信したプログラムを記録装置917に記録せずに直接実行してもよい。
また、CPU901は、必要に応じて、例えばマウス・キーボード・マイク(図示せず)等の入力装置913から入力する信号や情報に基づいて各種の処理を行ってもよい。
そして、CPU901は、上記の処理を実行した結果を、例えば表示装置や音声出力装置等の出力装置915から出力してもよく、さらにCPU901は、必要に応じてこの処理結果を通信装置923や接続ポート921を介し送信してもよく、上記記録装置917や記録媒体925に記録させてもよい。
なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。
また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさ、形状、位置等が「同一」「同じ」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「同じ」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
1 ロボットシステム
3 ロボット
5 搬送室(第1室)
7 処理室(第2室)
17 第1アーム
19 第2アーム
21 第1ハンド
23 第2ハンド
24 旋回装置
25 昇降装置
26 壁部
29 第1基部リンク
31 第1中間リンク
39 第2基部リンク
41 第2中間リンク
91 第1モータ
97 第2モータ
103 第3モータ
113 ロボットコントローラ
AX0 旋回軸
AX1 第1回転軸
AX2 第2回転軸
AX3 第3回転軸
AX4 第4回転軸
D1 第1径方向
D2 第2径方向
d オフセット距離
L1〜L6 距離
r 旋回半径
W ワーク
θ 所定の角度

Claims (16)

  1. ロボットと、
    前記ロボットを制御するロボットコントローラと、を有し、
    前記ロボットは、
    旋回軸周りに回転可能に設けられた第1基部リンクと、前記第1基部リンクの先端部に第1回転軸周りに回転可能に連結された第1中間リンクと、前記第1中間リンクの先端部に第2回転軸周りに回転可能に連結され、前記第1基部リンク及び前記第1中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成されワークを保持する第1ハンドと、を備え、前記旋回軸を中心とする第1径方向に沿って前記第1ハンドを移動させる水平多関節型の第1アームと、
    前記旋回軸周りに前記第1基部リンクとは独立して回転可能に設けられた第2基部リンクと、前記第2基部リンクの先端部に第3回転軸周りに回転可能に連結された第2中間リンクと、前記第2中間リンクの先端部に第4回転軸周りに回転可能に連結され、前記第2基部リンク及び前記第2中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成され前記ワークを保持する第2ハンドと、を備え、前記第1径方向と前記旋回軸周りに所定の角度を有する第2径方向に沿って前記第2ハンドを移動させる水平多関節型の第2アームと、
    前記第1アーム及び前記第2アームを、前記旋回軸周りの周方向の位置関係を保持したまま前記周方向に一緒に旋回させる旋回装置と、を有する、
    ことを特徴とするロボットシステム。
  2. 前記第1アーム及び前記第2アームを、前記周方向の位置関係を保持したまま前記旋回軸の軸方向に一緒に昇降させる昇降装置をさらに有し、
    前記ロボットコントローラは、
    前記第1アーム及び前記第2アームを前記周方向に旋回させるのと並行して前記軸方向に昇降させるように、前記旋回装置及び前記昇降装置を制御する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。
  3. 前記ロボットコントローラは、
    前記第1径方向に沿って前記第1ハンドを移動させるように前記第1アームを伸縮させる第1動作制御部と、
    前記第1アーム及び前記第2アームを前記周方向に旋回させるのと並行して前記軸方向に昇降させるように、前記旋回装置及び前記昇降装置を制御する第2動作制御部と、
    前記第2径方向に沿って前記第2ハンドを移動させるように前記第2アームを伸縮させる第3動作制御部と、を有する、
    ことを特徴とする請求項2に記載のロボットシステム。
  4. 前記第2動作制御部は、
    前記第1アーム及び前記第2アームを前記第1径方向と前記第2径方向との角度差である前記所定の角度だけ旋回させるのと並行して前記軸方向に昇降させるように、前記旋回装置及び前記昇降装置を制御する、
    ことを特徴とする請求項3に記載のロボットシステム。
  5. 前記第1ハンドと前記第2ハンドは、
    前記軸方向にオフセットして配置されており、
    前記第2動作制御部は、
    前記第1アーム及び前記第2アームを前記周方向に旋回させるのと並行して前記軸方向に前記オフセットの距離だけ昇降させるように、前記旋回装置及び前記昇降装置を制御する、
    ことを特徴とする請求項3又は4に記載のロボットシステム。
  6. 前記ロボットコントローラは、
    前記旋回装置により前記第1アーム及び前記第2アームを旋回させる際に、前記第1アーム及び前記第2アームを、前記第1ハンドの前記第2回転軸が前記旋回軸に対して前記第1ハンドの先端側とは反対側に位置し、且つ、前記第2ハンドの前記第4回転軸が前記旋回軸に対して前記第2ハンドの先端側とは反対側に位置する旋回姿勢とする、
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のロボットシステム。
  7. 前記ロボットコントローラは、
    前記旋回姿勢において、前記第2回転軸を前記周方向において前記第3回転軸と前記第4回転軸の間に位置させ、前記第4回転軸を前記周方向において前記第1回転軸と前記第2回転軸の間に位置させる、
    ことを特徴とする請求項6に記載のロボットシステム。
  8. 前記ロボットコントローラは、
    前記旋回姿勢において、前記第1ハンドを前記第1径方向に沿った向きで配置し、前記第2ハンドを前記第2径方向に沿った向きで配置する、
    ことを特徴とする請求項7に記載のロボットシステム。
  9. 前記第1アームは、
    前記旋回軸と前記第1回転軸との距離が前記第1回転軸と前記第2回転軸との距離と略等しくなるように構成されており、
    前記第2アームは、
    前記旋回軸と前記第3回転軸との距離が前記第3回転軸と前記第4回転軸との距離と略等しくなるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項7又は8に記載のロボットシステム。
  10. 前記ロボットコントローラは、
    前記旋回姿勢において、
    前記旋回軸と前記第1回転軸との距離、前記第1回転軸と前記第2回転軸との距離、前記第2回転軸と前記旋回軸との距離をそれぞれ略等しくさせると共に、
    前記旋回軸と前記第3回転軸との距離、前記第3回転軸と前記第4回転軸との距離、前記第4回転軸と前記旋回軸との距離をそれぞれ略等しくさせる、
    ことを特徴とする請求項9に記載のロボットシステム。
  11. 前記第1ハンドの延設方向の長さは、
    前記旋回軸と前記第1基部リンクの外周側の端部との距離の略2倍であり、
    前記第2ハンドの延設方向の長さは、
    前記旋回軸と前記第2基部リンクの外周側の端部との距離の略2倍である、
    ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のロボットシステム。
  12. 前記ロボットは、
    前記第1アームの伸縮動作、前記第2アームの伸縮動作、前記旋回装置による前記第1アーム及び前記第2アームの旋回動作の駆動源である3つのモータを内蔵したベース部を有する、
    ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のロボットシステム。
  13. 前記ロボットが配置された第1室と、
    前記第1室の周囲に配置された複数の第2室と、をさらに有し、
    前記第1室は、
    前記第1径方向及び前記第2径方向のいずれか一方の方向の正面に前記複数の第2室のいずれかが位置する角度に旋回された前記ロボットの他方の方向の正面に位置する壁部を有する、
    ことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載のロボットシステム。
  14. 前記第1室及び前記第2室は、
    大気圧よりも低い圧力に減圧されている、
    ことを特徴とする請求項13に記載のロボットシステム。
  15. 旋回軸周りに回転可能に設けられた第1基部リンクと、前記第1基部リンクの先端部に第1回転軸周りに回転可能に連結された第1中間リンクと、前記第1中間リンクの先端部に第2回転軸周りに回転可能に連結され、前記第1基部リンク及び前記第1中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成されワークを保持する第1ハンドと、を備え、前記旋回軸を中心とする第1径方向に沿って前記第1ハンドを移動させる水平多関節型の第1アームと、
    前記旋回軸周りに前記第1基部リンクとは独立して回転可能に設けられた第2基部リンクと、前記第2基部リンクの先端部に第3回転軸周りに回転可能に連結された第2中間リンクと、前記第2中間リンクの先端部に第4回転軸周りに回転可能に連結され、前記第2基部リンク及び前記第2中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成され前記ワークを保持する第2ハンドと、を備え、前記第1径方向と前記旋回軸周りに所定の角度を有する第2径方向に沿って前記第2ハンドを移動させる水平多関節型の第2アームと、
    前記第1アーム及び前記第2アームを、前記旋回軸周りの周方向の位置関係を保持したまま前記周方向に一緒に旋回させる旋回装置と、
    前記第1アーム及び前記第2アームを、前記周方向の位置関係を保持したまま前記旋回軸の軸方向に一緒に昇降させる昇降装置と、を有するロボットの制御方法であって、
    前記第1アーム及び前記第2アームを前記周方向に旋回させるのと並行して前記軸方向に昇降させること、を有する
    ことを特徴とするロボットの制御方法。
  16. 半導体ウェハを搬送するロボットが配置された第1室と、
    前記第1室の周囲に配置され、前記半導体ウェハに所定の処理を行うための複数の第2室と、を有し、
    前記ロボットは、
    旋回軸周りに回転可能に設けられた第1基部リンクと、前記第1基部リンクの先端部に第1回転軸周りに回転可能に連結された第1中間リンクと、前記第1中間リンクの先端部に第2回転軸周りに回転可能に連結され、前記第1基部リンク及び前記第1中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成され前記半導体ウェハを保持する第1ハンドと、を備え、前記旋回軸を中心とする第1径方向に沿って前記第1ハンドを移動させる水平多関節型の第1アームと、
    前記旋回軸周りに前記第1基部リンクとは独立して回転可能に設けられた第2基部リンクと、前記第2基部リンクの先端部に第3回転軸周りに回転可能に連結された第2中間リンクと、前記第2中間リンクの先端部に第4回転軸周りに回転可能に連結され、前記第2基部リンク及び前記第2中間リンクの各々よりも延設方向に長く形成され前記半導体ウェハを保持する第2ハンドと、を備え、前記第1径方向と前記旋回軸周りに所定の角度を有する第2径方向に沿って前記第2ハンドを移動させる水平多関節型の第2アームと、
    前記第1アーム及び前記第2アームを、前記旋回軸周りの周方向の位置関係を保持したまま前記周方向に一緒に旋回させる旋回装置と、を有する、
    ことを特徴とする半導体製造システム。
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