JP2719072B2

JP2719072B2 - クリーンロボット

Info

Publication number: JP2719072B2
Application number: JP4111045A
Authority: JP
Inventors: 康宏沢田; 正輝安原; 雄策我妻
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 1998-02-25
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JPH05305594A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クリーン環境内でウエ
ハ、レチクル等の移送を行なうためのクリーンロボット
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体等の製造装置においては、カセッ
トに収納されたウエハやレチクル等を取り出したり、逆
にウエハやレチクル等をカセットに収納したりするため
に、これらを把持して移送するロボットが使用されてい
る。そして、これらのロボットはクリーン環境内で使用
される。

【０００３】従来、クリーン環境内で使用されるロボッ
トにおいては、ロボット内の駆動伝達系からの発塵をク
リーン環境内に出さないために、例えば、実公平３−４
７８３４号公報に開示されている様にケーシング内の空
気を排気手段を設け、クリーン環境外に強制的に排気す
る様にしたり、あるいは、特開昭６１−１８２７８７号
公報に開示されている様に、回転部分を磁性流体シール
で完全シールする様にしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例のうち、ケーシング内の空気を排気手段により強
制的に排気するものにおいては、強制排気用の装置を用
意しなければならず、コスト、スペースの点で問題があ
った。また、回転部分を磁性流体シールで完全シールす
るものにおいては、強制排気手段を廃止できるという利
点があるものの、メカの構造上、メカの組立調整中に回
転部分に磁性流体シールを入れるか、組立調整終了後、
もう一度メカをバラし、磁性流体シールを入れなければ
ならない。組立調整中に磁性流体シールを入れる場合に
は、組立調整が失敗したときに、高価な磁性流体シール
を無駄にすることになるとともに、組立調整中に出たゴ
ミが磁性流体シールに入って性能を低下させるという問
題点があった。また、組立終了後に、メカをバラして磁
性流体シールをいれる場合には、組立調整の手間がかか
り、ロボットのコストが高くなるという問題点があっ
た。

【０００５】また、この様な問題点の他に以下の様な問
題点がある。クリーン環境内で使用するロボットにおい
て、例えばその外部に、被搬送物であるウエハ、レチク
ル等を識別するためのセンサを取り付けようとした場
合、その配線部材をロボットのケーシング内に導くわけ
であるが、この配線部材がケーシング内に入る部分から
埃が出ない様に、この部分に何らかのシールを行うこと
が必要である。そのため、従来においては、ケーシング
に、配線用穴または、コネクタ用穴を加工し、そこに配
線部材またはコネクタを装着した後、その周囲に別体の
シール部材を取り付ける様にしており、このシール部材
と、シール部材を固定するためのネジ等の部品が必要と
なるため、部品点数が増加するという問題点もあった。

【０００６】また、更には、上記の様なロボットにおい
ては、ウエハやレチクル等の損傷を防止するために、直
線移送動作が要求されるのであるが、この様な直線移送
動作を行うロボットの従来例としては、特開平２−８２
５５０号公報や、特開平２−８３１８２号公報に開示さ
れている様にタイミングベルトを使用したものが知られ
ている。また、特開平１−１４０７３８号公報に開示さ
れている様にリンク機構を使用することによって、機構
的にロボットが直線運動をする様にしたものが知られて
いる。また、特願平３−２１５３９７号に示されている
様に、モータ、減速機をロボットの腕に直結して、制御
的にロボットが直線運動をする様にしたものも知られて
いる。

【０００７】しかしながら、これらの従来例のロボット
のうち、特開平２−８２５５０号公報や、特開平２−８
３１８２号公報や、特開平１−１４０７３８号公報に開
示されているものは、伝達機構が複雑になり、コスト的
に高くなるという問題点があった。また、特願平３−２
１５３９７号に示されているものは、ロボットの第２腕
駆動用モータが第２腕の下部に飛び出しているので、半
導体製造装置の様にスペースに制限がある場合には好ま
しくない。

【０００８】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その第１の目的は、磁性流体シール
を無駄にしたり、その性能を低下させることがなく、ま
た、メカの組立調整にも手間のかからない様なクリーン
ロボットを提供することである。また、この発明の第２
の目的は、ロボットの外部にセンサを取り付ける様な場
合でも、センサのコネクタ取り付け部分の部品点数の増
加を防止することができる様なクリーンロボットを提供
することである。

【０００９】また、この発明の第３の目的は、直線移動
が可能でありながら、機構が単純でローコスト化を図る
ことができる様なクリーンロボットを提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明のクリーンロボットは、第
１の開口穴を有する第１の中空部材と、前記第１の開口
穴を介して、前記第１の中空部材の内部に一端部を進入
させた状態で、該第１の中空部材に対して回転自在に支
持された回転軸と、該回転軸の他端部に固定され、前記
第１の開口穴と前記回転軸との間をシールするための磁
性流体を供給する第２の開口穴を有する第２の中空部材
と、前記第１の開口穴と前記回転軸との間に磁性流体が
供給された後に、前記第２の開口穴を塞ぐための蓋体と
を具備することを特徴としている。

【００１１】また、この発明に係わるクリーンロボット
において、基台と、該基台に回転自在に支持された第１
の腕と、該第１の腕に回転自在に支持された第２の腕
と、該第２の腕に回転自在に支持された第３の腕とを具
備するクリーンロボットであって、前記第１の中空部材
とは、前記第１の腕であり、前記第２の中空部材とは、
前記第２の腕であることを特徴としている。

【００１２】また、本発明のクリーンロボットは、内部
に配置された機構部材を外部に対して密封状態とした、
クリーンロボットにおいて、外部に配設されたセンサ
と、該センサの電気配線を内部に案内するための開口穴
と、該開口穴内に装着され、前記電気配線を中継するた
めのコネクタと、前記センサを保持する機能と、前記コ
ネクタの外周部と前記開口穴の内周部との間を封止する
機能とを合わせ持つセンサ取付部材とを具備することを
特徴としている。

【００１３】また、この発明に係わるクリーンロボット
において、前記センサは、バーコードリーダーであるこ
とを特徴としている。また、本発明のクリーンロボット
は、中空状の基台と、該基台に、第１の点を支点として
第１の平面内で回転可能に支持された中空状の第１の腕
と、該第１の腕に、前記第１の点と所定距離を離間した
第２の点を支点として前記第１の平面と平行な第２の平
面内で回転可能に支持された中空状の第２の腕と、該第
２の腕に、前記第２の点と前記所定距離を離間した第３
の点を支点として前記第１の平面と平行な第３の平面内
で回転可能に支持された第３の腕と、前記基台内に配設
されたところの、第１のモータを含む第１の駆動手段で
あって、前記基台に対して、前記第１の腕を、前記第１
の点を中心に第１の回転方向に第１の角速度で回転させ
るための第１の駆動手段と、前記第１の腕内に配設され
たところの、第２のモータを含む第２の駆動手段であっ
て、前記第１の腕に対して、前記第２の腕を、前記第２
の点を中心に前記第１の回転方向とは逆の第２の回転方
向に前記第１の角速度の２倍の角速度で回転させるため
の第２の駆動手段と、前記第２の腕に対して、前記第３
の腕を、前記第３の点を中心に前記第１の回転方向に前
記第１の角速度で回転させるための第３の駆動手段と、
前記基台、前記第１の腕及び前記第２の腕内に、前記第
１の駆動手段、前記第２の駆動手段及び前記第３の駆動
手段を装着した後に、前記基台、前記第１の腕及び前記
第２の腕を夫々封止する封止部材とを具備することを特
徴としている。

【００１４】また、この発明に係わるクリーンロボット
において、前記第１の駆動手段は、前記第１のモータ
と、該第１のモータに接続され、前記第１の腕に前記第
１のモータの回転力を第１の減速比で減速して伝達する
ための第１の減速機構と、前記第１のモータの回転を制
御する第１の制御回路とを備え、前記第２の駆動手段
は、前記第２のモータと、該第２のモータに接続され、
前記第２の腕に前記第２のモータの回転力を第２の減速
比で減速して伝達するための第２の減速機構と、前記第
２のモータの回転を制御する第２の制御回路とを備える
ことを特徴としている。

【００１５】また、この発明に係わるクリーンロボット
において、前記第１の減速比は、前記第２の減速比の２
倍であることを特徴としている。また、この発明に係わ
るクリーンロボットにおいて、前記第１のモータと前記
第２のモータとは特性が同一であり、前記第１の制御手
段と前記第２の制御手段とは、夫々前記第１のモータと
前記第２のモータとを、同一の制御により同一の回転速
度で回転させることを特徴としている。

【００１６】また、この発明に係わるクリーンロボット
において、前記第１の減速比と前記第２の減速比は同一
であり、前記第１の制御回路は、前記第１の腕を前記第
１の角速度で回転させるために、前記第１のモータを第
３の角速度で回転させ、前記第２の制御回路は、前記第
２の腕を前記第２の角速度で回転させるために、前記第
３の角速度の２倍の角速度で前記第２のモータを回転さ
せることを特徴としている。

【００１７】また、この発明に係わるクリーンロボット
において、前記第３の駆動手段は、前記第１の腕上に前
記第１の点を中心に設けられた第１のプーリと、前記第
３の腕上に前記第３の点を中心に設けられ、前記第１の
プーリの直径の２倍の直径を有する第２のプーリと、前
記第１のプーリと前記第２のプーリに掛け渡されたベル
トとを備えることを特徴としている。

【００１８】また、この発明に係わるクリーンロボット
において、前記封止部材は、表面が平滑に仕上げられた
板状の部材と、磁性流体シールとに分類されることを特
徴としている。また、この発明に係わるクリーンロボッ
トにおいて、前記基台は、空気の吸排気用のフイルタを
備えることを特徴としている。

【００１９】

【作用】以上の様に、この発明に係わるクリーンロボッ
トは構成されているので、第２の中空部材に、開口穴を
設け、この開口穴から、回転軸と、第１の中空部材の間
に磁性流体シールを供給することにより、メカの組調後
に磁性流体を供給することができるので、磁性流体シー
ルを無駄にしたり、その性能を低下させたりすることな
がなく、メカの組調にも手間のかからないクリーンロボ
ットを提供できる。また、磁性流体シールを供給した後
に、開口穴を蓋体によって封止することにより、第２の
中空部材の密封状態を確保することができる。

【００２０】また、センサ取付部材に、センサを保持す
る機能と、コネクタと開口穴との間の封止機能とを合わ
せ持たせることにより、封止のための部材をあらためて
設ける必要が無くなるので、部品点数を削減することが
できる。また、第１〜第３の腕を回転駆動させるための
第１〜第３の駆動手段を設け、これらの駆動手段によ
り、各腕を同一角速度または２倍の角速度という単純な
速度比で回転させれば良いので、直線移動が可能であり
ながら、機構及び制御が単純なクリーンロボットを提供
することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について、添
付図面を参照して詳細に説明する。まず、一実施例のク
リーンロボットの側断面図である図１、及び図１を左側
から見た部分断面図である図２に基づいて、クリーンロ
ボットの構成について説明する。

【００２２】図１，図２において、ロボット基台３は、
その下部に基台用フランジ１を備えており、また、上部
には、任意の数の取付レバー２を備えている。ロボット
基台３は、これらの基台用フランジ１及び、取り付けレ
バー２を介して半導体装置内にボルト等で固定されてい
る。ロボット基台３の内部には、第１腕４をこのロボッ
ト基台３に対して回転駆動するための駆動源となる第１
腕駆動用モータ６が配置されている。第１腕駆動用モー
タ６の上部の出力軸には、このモータ６の回転状態を検
出するための第１のロータリエンコーダ７が接続されて
おり、また第１腕駆動用モータ６の下部の出力軸には、
第１のプーリ８が取り付けられている。第１腕駆動用モ
ータ６に隣接した位置には、このモータ６の回転を減速
するための減速機１１が配置されており、この第１の減
速機１１の下部に位置する入力軸１１ａには、第２のプ
ーリ１０が取り付けられている。第１のプーリ８と第２
のプーリ１０の間には、第１のタイミングベルト９が掛
け渡されており、このタイミングベルト９を介して、モ
ータ６の回転力が第１の減速機１１に伝達される。第１
の減速機１１の上部に位置する出力軸１１ｂには、第３
のプーリ１２が取り付けられている。

【００２３】一方、第１腕４の下部には、固定フランジ
１５を介して、第４のプーリ１４がボルト等で固定され
ており、この第４のプーリ１４と第３のプーリ１２の間
には、第２のタイミングベルト１３が掛け渡されてい
る。従って、第１腕駆動用モータ６の回転力は、第１の
プーリ８，第１のタイミングベルト９，第２のプーリ１
０を順次介して、第１の減速機１１に伝達され、この第
１の減速機１１により所定の減速比で減速された後、第
３のプーリ１２，第２のタイミングベルト１３，第４の
プーリ１４を順次介して第１腕４に伝達される。そし
て、第１腕４が、ロボット基台３に対して水平面内で回
転駆動される。

【００２４】また、固定フランジ１５は、上端部を閉止
された略円筒形状に形成されており、その天井部の下面
には、第２腕駆動用モータ２１と、このモータ２１の下
部に直結された第２のロータリエンコーダ２２と、モー
タ２１の上部に直結された第２の減速機２３がボルト等
を介して固定されている。第２の減速機２３の出力軸２
３ａには第５のプーリ２４が固定されている。

【００２５】また、第２腕５の下部には、固定フランジ
２７を介して、第６のプーリ２６がボルト等を介して固
定されており、この第６のプーリ２６は、第１腕４の先
端部に形成された開口穴から第１腕４の内部に進入して
いる。第５のプーリ２４と第６のプーリ２６の間には第
３のタイミングベルト２５が掛け渡されており、この第
３のタイミングベルト２５により、第５のプーリ２４の
回転力が、第６のプーリ２６に伝達される。従って、第
２腕駆動用モータ２１の回転力は、第２の減速機２３に
より所定の減速比で減速された後、第５のプーリ２４，
第３のタイミングベルト２５，第６のプーリ２６を順次
介して第２腕５に伝達され、第２腕５が、第１腕４に対
して水平面内で回転駆動される。なお、第５のプーリ２
４と第６のプーリ２６の間の位置には、第３のタイミン
グベルト２５の張力を調整するために、第１のアイドル
プーリ２８が配置されている。

【００２６】固定フランジ２７と、第６のプーリ２６の
中央部には、これらを上下方向に貫通した状態で、回転
軸３２が配設されており、この回転軸３２は、固定フラ
ンジ２７及び第６のプーリ２６に対して（すなわち第２
腕５に対して）、ベアリング４１により回転自在に支持
されている。この回転軸３２の下端部は、レバー３１に
より、第１腕４の内部に固定されている。また、回転軸
３２の上端部には、第７のプーリ３３が固定されてい
る。

【００２７】次に、第３腕３８の下部には、固定フラン
ジ３７を介して第８のプーリ３５がボルト等により固定
されており、この第８のプーリ３５は、第２腕５の先端
部に形成された開口穴から第２腕５の内部に進入してい
る。第７のプーリ３３と第８のプーリ３５の間には第４
のタイミングベルト３４が掛け渡されており、この第４
のタイミングベルト３４により、第７のプーリ３３の回
転力が、第８のプーリ３５に伝達される。なお、第７の
プーリ３３と第８のプーリ３５の間の位置には、第４の
タイミングベルト３４の張力を調整するために、第２の
アイドルプーリ３６が配置されている。

【００２８】第３腕３８は、固定フランジ３７上に固定
され、第３腕３８の上面にはレチクル・ウエハ等を把持
するフィンガー（図示せず）が固定できるようになされ
ている。なお、第１腕４は、ロボット基台３に対して第
１のベアリング４０を介して回転自在に支持されてお
り、第２腕５は第１腕４に対して第２のベアリング４１
を介して回転自在に支持されており、更に、第３腕３８
は第２腕５に対して第３のベアリング４２を介して回転
自在に支持されている。

【００２９】ロボット基台３、第１腕４、及び第２腕５
には、これらの内部に機構部品を組み込むために、開口
穴が形成されているが、ロボット内のダストを外部に出
さないために、これらの開口穴にはカバー板５１〜５４
が取付けられている。このカバー板５１〜５４の表面及
びこれらカバー板５１〜５４と接するロボット基台３、
第１腕４、第２腕５の面は平滑に仕上げられているの
で、これらロボット基台３、第１腕４、及び第２腕５
は、カバー板５１〜５４により確実に封止されている。
もちろん、カバー板５１〜５４と本体の間をゴム材、シ
リコン材等でシールしても構わない。さらに、回転部分
には、磁性流体シール４５〜４７を配置することによ
り、発塵を防いでいる。また、ロボットの機構部材の組
立調整が終了してから、回転部分に磁性流体を充填する
ために、第２腕５には、図３に示す様に、タップ穴５７
が形成されており、更に固定フランジ２７にも貫通穴５
６が形成されている。第２腕５に形成されている穴５７
がタップ穴であるは、この穴から発塵しない様に、磁性
流体を充填したあと、セットボルト５８で栓をするため
である。

【００３０】また、発塵を防止するためにロボットを密
閉すると、モータ等の発熱のため内部温度が上昇し、空
気が膨張することによって内圧が上がり、磁性流体シー
ルが破壊する可能性がある。そのため、ロボット内部と
外部で気圧が同一となるように、ロボット基台３にはフ
ィルタ５５が取り付けられている。フィルタ５５を介し
てロボットの内部と外部とで空気のやりとりをするの
で、ゴミが外に出ることはない。

【００３１】レチクル・ウエハ等の把持は、真空吸着に
よって行われる。このためのエア回路は、ロボット外部
からロボット基台３内に供給され、ロボット基台３内部
からは、エアチューブ６１が、電磁弁（不図示）（一部
は真空圧センサ６７へ分岐する）を介して、固定フラン
ジ１５の上部に形成された配管用穴から第１腕４内に進
入し、回転軸３２の配管部３２ａに接続される。回転軸
３２は中空シャフトとなっており、エアはこの回転軸３
２の中を流れる。回転軸３２の上部には、エアチューブ
６３が接続されており、このエアチューブは、カバー板
５３に取り付けられた、図４に示した様なジョイント６
４に接続されている。そして、ロボットの外部に位置す
るこのジョイント６４にはエアチューブ６５が接続され
ており、このエアチューブ６５を介して、エア回路が第
３腕３８にもたらされる。

【００３２】また、真空圧センサ６７には、図５に示し
た様に着脱可能な透明カバー６８が装着されており、動
作状態のチェックや各種の設定が行えるようになされて
いる。図６は、外部センサ７１用の配線コネクタ部分を
示したものである。この外部センサ７１は、具体的には
バーコードリーダーであり、この外部センサ７１によ
り、被搬送物に表示されているバーコードを読み取り、
被搬送物の種類を判別する用になされている。外部セン
サ７１の取付座７０の第１腕４への固定部に配線用コネ
クタ７２を取り付けることによって、コネクタの取付作
業を容易にしている。配線用コネクタ７２と外部センサ
７１の間は、コード７３によって接続されている。ま
た、コネクタ７２を取り付けるために第１腕４に形成さ
れた穴部は取付座７０によってカバーすることができる
ので、発塵に対しても有利である。尚、外部センサ７１
を使用しないときは、図７のようにカバー７０ｂを装着
し、発塵を防止する。

【００３３】次に図８は、図１を上方から見た図であ
り、図示した様な位置関係で、ロボット基台３、第１腕
４、第２腕５、第３腕３８が配置されている。次に、上
記の様に構成されたロボットの動作の原理を図９乃至図
１０に基づいて説明する。ウエハやレチクル等を搬送す
るロボットの動作パターンは、通常図９に示した直線移
動と図１０に示した回転移動の２パターンである。

【００３４】まず、図９（ａ）に示した初期位置から、
図９（ｂ），図９（ｃ）に示した様に、基準の直線ｉに
直交する直線ｈに沿ってハンド８０が移動する場合につ
いて説明する。ここで、前提条件として、図９（ｃ）に
示した様に第１腕４のアーム長と第２腕５のアーム長は
等しく共に長さＬであるものとする。また、第１腕４，
第２腕５，第３腕３８の夫々の回転角は、それぞれθ
１，θ２，θ３で表すものとする。このとき、θ１，θ
２，θ３が、 θ２＝１８０^o −２θ１ θ３＝２θ／２ただし、例えば、 θ１＝−６０°〜６０^o θ２＝３００°〜６０^o θ３＝１５０°〜３０^o で表される関係を保持した状態で、第１腕〜第３腕４，
５，３８が動作すれば第３腕３８の先端部、すなわちハ
ンド８０は、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示した様に直線
ｈに沿って直線移動することとなる。

【００３５】これを実現させるために、実施例のロボッ
トでは特性の等しい２つのモータを第１腕駆動用モータ
６及び第２腕駆動用モータ２１として使用し、第１腕駆
動部の減速比と第２腕駆動部の減速比の割合を２：１と
している。ちなみに、実施例では第１腕駆動部の減速比
は１／２００、第２腕駆動部の減速比は１／１００であ
る。このときの各プーリ、減速機の減速比は、図１１に
示すように任意に決めることができるが、実施例では第
１腕駆動部の減速比は第１のプーリ８と第２のプーリ１
０の間で１／１．６，第１減速機１１で１／５０，第３
のプーリ１２と第４のプーリ１４の間で１／２．５と
し、第２腕駆動部の減速比は第２減速機２３で１／１０
０，第５のプーリ２４と第６のプーリ２６の間で１／１
としている。

【００３６】すなわち、第１腕駆動用モータ６及び第２
腕駆動用モータ２１を全く同一の回転速度で逆方向に回
転させた場合、第１腕４が図９（ｃ）に示した様に原点
Ｏの回りに反時計回転方向にθ１だけ回転すると、第２
腕５は第１腕４の先端部である点Ｐ１の回りに時計回転
方向に２θ１だけ回転することとなる。これにより第３
腕３８の回転中心である点Ｐ２は直線ｈに沿って直線運
動することとなる。

【００３７】また、第３腕３８については、第７のプー
リ３３の直径を第８のプーリ３５の直径の１／２とする
ことにより、θ３＝θ２／２なる関係を満足した状態
で、第３腕を、この直線ｈに沿って移動させることがで
きる。すなわち、ハンド８０を直線ｈに沿って移動させ
ることができる。上記の様にして、ハンド８０が直線ｈ
に沿って移動されるわけであるが、第３腕３８の回転駆
動には、プーリを使用しなくてもよい。例えば、第１腕
４および第２腕５の駆動と同様に、第３腕３８にも回転
駆動装置を設け、第３腕３８を第１腕４と全く同じ回転
速度で同じ方向に回転させる様にすれば、上記のプーリ
を用いた場合と全く同様の動作をさせることが可能であ
る。

【００３８】なお、図１０に示した様な回転運動をさせ
る場合には、第１腕駆動用モータ６のみを回転させれば
よいことは言うまでもない。次に、ロボットを制御する
ための制御回路について図１２を参照して説明する。制
御部１００は、ＣＰＵ１０２，メモリ１０４，操作部１
０６，第１の制御回路１１２，第２の制御回路１１４か
ら構成されている。そして、第１腕駆動用モータ６は、
第１の制御回路１１２に接続されており、この第１の制
御回路１１２は、第１のロータリエンコーダ７から出力
される位置データ、及び第１のロータリエンコーダ７か
ら不図示のＦ／Ｖ変換器を経て出力される速度データを
もとに第１腕駆動用モータ６の回転を制御する。また、
同様に第２の制御回路１１４は、第２のロータリエンコ
ーダ２２から出力される位置データ、及び第２のロータ
リエンコーダ２２から不図示のＦ／Ｖ変換器を経て出力
される速度データをもとに第２腕駆動用モータ２１の回
転を制御する。また、第３腕５４の回転駆動のために第
３腕駆動用モータを使用する場合には、図中破線で示し
た様に第１及び第２の制御回路と同様の構成の第３の制
御回路を設ける様にすればよい。なお、第１腕駆動用モ
ータ６及び第２腕駆動用モータ２１の回転制御は公知の
数値制御により行われる。

【００３９】次に、上記の様に構成されたロボット１０
の第１腕４及び第２腕５の回転角度の制御について図１
３乃至図１７を参照して説明する。まず、目標物をある
方向にある回転角だけ短時間で回転移動させる場合に
は、時間に対する角速度変化のパターンとしては、図１
３に示した様なものが用いられる。このパターンは、一
定角速度で目標物を加速し、最大角速度に達したところ
でこの最大角速度で移動させ、その後加速時と同じ角加
速度で減速させ、目標位置に停止させるものである。通
常、ある目標物を移動させるための駆動限には、その能
力の限界があり、発生可能な最大角加速度と最大角速度
が規定されると、移動対象物を最短時間で移動させるた
めのパターンにおける最大角速度θ_Vmでの移動時間Ｔ２
及び立ち上げ時間Ｔ１及び立ち下げ時間Ｔ３は決定され
る。一実施例のロボット１０においても、第１腕４及び
第２腕５の回転動作には、上記の様な角速度パターンを
使用する。

【００４０】上記の様な角速度パターンで移動させた時
の時間Ｔと回転角θの関係の理想値を示したものが図１
４である。この理想曲線上の点を目標として、所定の時
間間隔ΔＴ毎に回転角θを検出し、この実際の回転角と
目標値との差をフィードバック制御することにより、移
動対象物を目標回転角だけ回転移動させることができ
る。

【００４１】ここで、前述した様に、ハンド８０を直線
移動させるためには、第１腕４を例えば反時計回転方向
にθ１だけ回転させ、第２腕５を第１腕４に対して時計
回転方向にθ２＝２θ１だけ回転させ、第３腕３８を第
２腕５に対して反時計回転方向にθ３＝θ１だけ回転さ
せる必要がある。この動作に上記の制御方法を適用する
と、そのときの回転角速度θ_V と時間Ｔの関係及び回転
角度θと時間Ｔとの関係は、図１５，図１６にそれぞれ
示した様になる。図１５に示した様に第１腕４の回転角
速度θ１_V と第２腕５の回転角速度θ２_V の比を常に
１：２とすることにより、図１６に示した様に第１腕４
の回転角度θ１と第２腕５の回転角度θ２の比が常に
１：２となる。また、第３腕３８は、第７のプーリ３３
及び第８のプーリ３５により駆動されるので、第１腕４
の回転角度θ１と第２腕５の回転角度θ２が１：２とな
る様に駆動されれば、第３腕３８は、必然的に第１腕４
と同じ方向に同じ回転角だけ回転されるので、ハンド８
０は、正確に直線運動されることとなる。

【００４２】次に、図１７に示したフローチャートに基
づいて、第１腕４及び第２腕５の具体的な回転動作につ
いて説明する。まず、作業者は、このフローチャートに
従ってロボットを作動させる前に、予めハンド８０の目
標移動位置の座標から、第１腕４及び第２腕５の回転角
度θ１，θ２、回転の立ち上げ時間Ｔ１と立ち下げ時間
Ｔ３、第１腕４及び第２腕５の最大回転角速度θ１_Vm，
θ２_Vm及びこれらの最大回転角速度での移動時間Ｔ２を
算出しておく。この予備作業の後にフローチャートの動
作に移る。

【００４３】まず、ステップＳ２０において、作業者
は、操作部１０６から図１３における立ち上げ時間Ｔ１
と立ち下げ時間Ｔ３の設定値を入力する。この値はメモ
リ１０４に記憶される。次に、ステップＳ２２におい
て、作業者は、第１腕４と第２腕５の回転角θ１，θ２
を操作部１０６から入力する。この値も同様にメモリ１
０４に記憶される。同様に、ステップＳ２４において、
作業者は、第１腕４と第２腕５の最大回転角速度θ
１_Vm，θ２_Vmを操作部１０６から入力する。そして、こ
れらの値もメモリ１０４に記憶される。これらの入力が
終了した時点では、ロボットは、ハンド８０を移動させ
る待機状態となっている。

【００４４】次に、ステップＳ２６において作業者がス
タート信号を操作部１０６から入力するとＣＰＵ１０２
は、ステップＳ２８において、回転角の大きい第２腕５
を駆動する第２腕駆動用モータ２１の目標回転角θ２′
を計算し、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０で
は、ＣＰＵ１０２は、この第２腕駆動用モータ２１の単
位時間ΔＴあたり（例えば５ｍｓｅｃあたり）の回転角
Δθ２を計算する。また、同時に、この第２腕駆動用モ
ータ２１の回転角Δθ２をｋ倍することにより第１腕駆
動用モータ６の単位時間あたりの回転角Δθ１（Δθ１
＝ｋΔθ２）を計算する。ここでｋは、第１腕駆動用モ
ータ６と第２腕駆動用モータ２１の回転角の比である。
そして、一実施例では、第２の減速機２３の減速比を第
１の減速機１１の減速比の１／２にすることにより第１
腕駆動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２１を全く同
一回転角速度で回転させれば、ハンド８０が直進移動す
る様にされている。従って、ここではｋ＝１である。た
だし、必ずしも第２の減速機２３の減速比を第１の減速
機１１の減速比の１／２にする必要はなく、これらの減
速機の減速比に応じてｋの値を変化させることにより対
応することができる。例えば、第１の減速機１１の減速
比と、第２の減速機２３の減速比が同一であった場合に
は、ｋ＝１／２とすればよい。

【００４５】次にステップＳ３２において、ＣＰＵは、
第１腕駆動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２１を単
位時間内にこれらの回転角Δθ１及びΔθ２だけ回転さ
せるための加速度を計算し、これらの加速度で第１腕駆
動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２０，３８を回転
させる。そして単位時間ΔＴ毎の回転角度を第１及び第
２のロータリエンコーダ７，２２で検出しながら、第１
腕駆動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２１を回転さ
せる。そして、ステップＳ３４では、目標回転角まで第
１腕駆動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２１が回転
したか否かが判定され、目標回転角に達していない時に
は、ステップＳ３０とステップＳ３２を繰り返す。ステ
ップＳ３４において、第１腕駆動用モータ６及び第２腕
駆動用モータ２１が目標回転角θ１′，θ２′に達した
と判断されると、ステップＳ３６に進み、各モータを停
止させ、動作を終了する。

【００４６】なお、ロボットに図１０に示した様な回転
運動を行わせる場合には、作業者は操作部１０６から回
転運動を行わせる指令を入力する。ＣＰＵ１０６は、こ
の指令をメモリ１０４に記憶させると共に、第１の制御
回路１１２に指令を送り、第１腕駆動用モータ６を所定
回転速度で、所定回転数だけ回転させハンド８０を所望
の位置に位置決めする。

【００４７】なお、本発明は、その主旨を逸脱しない範
囲で、上記実施例を修正または変形したものに適用可能
である。例えば、クリーンロボットに限られることな
く、広く一般産業用ロボットしても使用可能である。ま
た、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適
用しても、１つの機器から成る装置に適用しても良い。

【００４８】また、本発明はシステム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることは言うまでもない。

【００４９】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のクリーンロ
ボットによれば、第２の中空部材に、開口穴を設け、こ
の開口穴から、回転軸と、第１の中空部材の間に磁性流
体シールを供給することにより、メカの組調後に磁性流
体を供給することができるので、磁性流体シールを無駄
にしたり、その性能を低下させたりすることながなく、
メカの組調にも手間のかからないクリーンロボットを提
供できる。また、磁性流体シールを供給した後に、開口
穴を蓋体によって封止することにより、第２の中空部材
の密封状態を確保することができる。

【００５０】また、センサ取付部材に、センサを保持す
る機能と、コネクタと開口穴との間の封止機能とを合わ
せ持たせることにより、封止のための部材をあらためて
設ける必要が無くなるので、部品点数を削減することが
できる。また、第１〜第３の腕を回転駆動させるための
第１〜第３の駆動手段を設け、これらの駆動手段によ
り、各腕を同一角速度または２倍の角速度という単純な
速度比で回転させれば良いので、直線移動が可能であり
ながら、機構及び制御が単純なクリーンロボットを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のクリーンロボットの構成を示した側
断面図である。

【図２】図１を左側から見た部分断面図である。

【図３】第１腕と第２腕の回転部分を拡大して示した図
である。

【図４】エア・ジョイントの拡大図である。

【図５】真空圧センサを示した図である。

【図６】外部センサの取り付け部とコネクタ部を拡大し
て示した図である。

【図７】外部センサが不要のときにカバーを取り付けた
状態を示した図である。

【図８】クリーンロボットを上方から見た図である。

【図９】ハンドの直線移送動作を示した図である。

【図１０】ハンドの回転運動を示した図である。

【図１１】減速比の組み合わせを示した図である。

【図１２】クリーンロボットの制御部の構成を示した図
である。

【図１３】回転角速度と時間の関係を示した図である。

【図１４】回転角度と時間の関係を示した図である。

【図１５】第１及び２腕の回転角速度と時間の関係を示
した図である。

【図１６】第１及び２腕の回転角度と時間の関係を示し
た図である。

【図１７】ハンドの直進動作をさせるためのフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１基台用フランジ２取り付けレバー３ロボット基台４第１腕５第２腕６第１腕駆動用モータ７第１のロータリーエンコーダ８第１のプーリ９第１のタイミングベルト１０第２のプーリ１１第１の減速機１２第３のプーリ１３第２のタイミングベルト１４第４のプーリ１５固定フランジ２１第２腕駆動用モータ２２第２のロータリーエンコーダ２３第２の減速機２４第５のプーリ２６第６のプーリ２７固定フランジ２８第１のアイドルプーリ３２回転軸３３第７のプーリ３５第８のプーリ３６第２のアイドルプーリ３７固定フランジ３８第３腕４０第１のベアリング４１第２のベアリング４２第３のベアリング４３ベアリング４５〜４７磁性流体シール５１〜５４カバー板５５フイルタ５６貫通穴５７穴５８セットボルト６１エアチューブ６３エアチューブ６４ジョイント６５エアチューブ６７真空圧センサ６８透明カバー７０取り付け座７１外部センサ７２コネクタ７３コード８０ハンド

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ１６Ｊ 15/43 Ｆ１６Ｊ 15/40 Ａ (56)参考文献特開平２−224988（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−277286（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−205786（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の開口穴を有する第１の中空部材
と、前記第１の開口穴を介して、前記第１の中空部材の内部
に一端部を進入させた状態で、該第１の中空部材に対し
て回転自在に支持された回転軸と、該回転軸の他端部に固定され、前記第１の開口穴と前記
回転軸との間をシールするための磁性流体を供給する第
２の開口穴を有する第２の中空部材と、前記第１の開口穴と前記回転軸との間に磁性流体が供給
された後に、前記第２の開口穴を塞ぐための蓋体とを具
備することを特徴とするクリーンロボット。
【請求項２】基台と、該基台に回転自在に支持された
第１の腕と、該第１の腕に回転自在に支持された第２の
腕と、該第２の腕に回転自在に支持された第３の腕とを
具備するクリーンロボットであって、前記第１の中空部
材とは、前記第１の腕であり、前記第２の中空部材と
は、前記第２の腕であることを特徴とする請求項１に記
載のクリーンロボット。
【請求項３】内部に配置された機構部材を外部に対し
て密封状態とした、クリーンロボットにおいて、外部に配設されたセンサと、該センサの電気配線を内部に案内するための開口穴と、該開口穴内に装着され、前記電気配線を中継するための
コネクタと、前記センサを保持する機能と、前記コネクタの外周部と
前記開口穴の内周部との間を封止する機能とを合わせ持
つセンサ取付部材とを具備することを特徴とするクリー
ンロボット。
【請求項４】前記センサは、バーコードリーダーであ
ることを特徴とする請求項３に記載のクリーンロボッ
ト。
【請求項５】中空状の基台と、該基台に、第１の点を支点として第１の平面内で回転可
能に支持された中空状の第１の腕と、該第１の腕に、前記第１の点と所定距離を離間した第２
の点を支点として前記第１の平面と平行な第２の平面内
で回転可能に支持された中空状の第２の腕と、該第２の腕に、前記第２の点と前記所定距離を離間した
第３の点を支点として前記第１の平面と平行な第３の平
面内で回転可能に支持された第３の腕と、前記基台内に配設されたところの、第１のモータを含む
第１の駆動手段であって、前記基台に対して、前記第１
の腕を、前記第１の点を中心に第１の回転方向に第１の
角速度で回転させるための第１の駆動手段と、前記第１の腕内に配設されたところの、第２のモータを
含む第２の駆動手段であって、前記第１の腕に対して、
前記第２の腕を、前記第２の点を中心に前記第１の回転
方向とは逆の第２の回転方向に前記第１の角速度の２倍
の角速度で回転させるための第２の駆動手段と、前記第２の腕に対して、前記第３の腕を、前記第３の点
を中心に前記第１の回転方向に前記第１の角速度で回転
させるための第３の駆動手段と、前記基台、前記第１の腕及び前記第２の腕内に、前記第
１の駆動手段、前記第２の駆動手段及び前記第３の駆動
手段を装着した後に、前記基台、前記第１の腕及び前記
第２の腕を夫々封止する封止部材とを具備することを特
徴とするクリーンロボット。
【請求項６】前記第１の駆動手段は、前記第１のモー
タと、該第１のモータに接続され、前記第１の腕に前記
第１のモータの回転力を第１の減速比で減速して伝達す
るための第１の減速機構と、前記第１のモータの回転を
制御する第１の制御回路とを備え、前記第２の駆動手段は、前記第２のモータと、該第２の
モータに接続され、前記第２の腕に前記第２のモータの
回転力を第２の減速比で減速して伝達するための第２の
減速機構と、前記第２のモータの回転を制御する第２の
制御回路とを備えることを特徴とする請求項５に記載の
クリーンロボット。
【請求項７】前記第１の減速比は、前記第２の減速比
の２倍であることを特徴とする請求項６に記載のクリー
ンロボット。
【請求項８】前記第１のモータと前記第２のモータと
は特性が同一であり、前記第１の制御回路と前記第２の
制御回路とは、夫々前記第１のモータと前記第２のモー
タとを、同一の制御により同一の回転速度で回転させる
ことを特徴とする請求項７に記載のクリーンロボット。
【請求項９】前記第１の減速比と前記第２の減速比は
同一であり、前記第１の制御回路は、前記第１の腕を前
記第１の角速度で回転させるために、前記第１のモータ
を第３の角速度で回転させ、前記第２の制御回路は、前
記第２の腕を前記第２の角速度で回転させるために、前
記第３の角速度の２倍の角速度で前記第２のモータを回
転させることを特徴とする請求項６に記載のクリーンロ
ボット。
【請求項１０】前記第３の駆動手段は、前記第１の腕
上に前記第１の点を中心に設けられた第１のプーリと、
前記第３の腕上に前記第３の点を中心に設けられ、前記
第１のプーリの直径の２倍の直径を有する第２のプーリ
と、前記第１のプーリと前記第２のプーリに掛け渡され
たベルトとを備えることを特徴とする請求項５に記載の
クリーンロボット。
【請求項１１】前記封止部材は、表面が平滑に仕上げ
られた板状の部材と、磁性流体シールとに分類されるこ
とを特徴とする請求項５に記載のクリーンロボット。
【請求項１２】前記基台は、空気の吸排気用のフィル
タを備えることを特徴とする請求項５に記載のクリーン
ロボット。