JP3746560B2

JP3746560B2 - ロボットハンド

Info

Publication number: JP3746560B2
Application number: JP07128296A
Authority: JP
Inventors: 秀樹田中
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JPH09234686A; KR970061465A; KR100243993B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、根元側をロボットに取り付けられ先端側で物品を保持して移動させるために用いられるロボットハンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
物品の自動搬送系においては、例えばコンベアラインにおける物品の移載や処理装置への物品の出し入れ等のためにロボットが用いられるが、これらのロボットによっで二次元又は三次元的に動かされるロボットハンドは、従来から全てソリッドの角形の板材でできていた。そして、ロボットハンドが物品を真空吸着する場合には、ソリッドの板材の一面側に、フライス盤等による機械加工によって一定幅及び深さを持つ段付き溝を切り、上段部分に別の薄板を張り付けて蓋をして、下段部分を真空引き用の空気通路にする方法でロボットハンドを製作していた。又、物品を取り扱うロボットの中には、例えば液晶ディスプレイ用ガラス基板の製造行程中に行う熱処理のように、ロボットハンドを高温の炉内に出し入れして使うようなものもあるが、このような用途に対しても、従来では同じ構造のロボットハンドが用いられていた。
【０００３】
しかしながら、上記のような従来のロボットハンドには、種々の問題、即ち、重量が重いこと、その割りに曲げ剛性が大きくならないこと、そのためロボット駆動系の動力が増加したり搬送速度の高速化が図れないこと、加工が複雑で加工費用が高くなること、機械加工を行うので加工による歪みが発生し、その歪み取りに手間がかかること、断面積が大きいため熱伝達量が多く、高温部に出し入れする場合にはロボット本体部分にまで熱が伝わりロボットに悪影響を与えること、熱応力が大きいため使用するに従って残留応力による歪みが出てくること、等の諸問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、ロボットの駆動動力を低減でき、高速搬送を可能にし、取り扱う物品の大型化に対応でき、簡単な製造方法によって製造コストを低減でき、更に、高温用途に対してもロボットに悪影響を与えことがなく、熱による変形も生じないロボットハンドを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、根元側の根元部分をロボットに取り付けられ熱処理装置内に多段に積載された板状の被処理物である物品を保持して移動させるために用いられるロボットハンドにおいて、
前記物品を保持する平坦な物品保持面を備えた断面が角形のパイプと、底に小孔が明けられた枠板と前記小孔とを介して前記角形のパイプの前記根元側に前記角形のパイプと並列に点溶接によって一体的に結合された第２パイプであって前記角形のパイプよりも順次短くなる１本以上の前記第２パイプと、を有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、上記に加えて、前記角形のパイプは、前記物品保持面に開けられた吸着用開口と、該吸着用開口に取り付けられ前記物品を吸着保持するための吸着部分と、内部空間部の空気を吸い出すために開けられた吸出用開口と、該吸出用開口と前記吸着用開口とを含む前記内部空間部を密閉するように取り付けられた密閉部材と、を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明を適用したロボットハンドの全体構造を示し、図１は平面図で図２は一部断面を含む正面及び側断面図であり、図１よりも拡大して示している。
ロボットハンドは、根元側を図において二点鎖線で示すロボットの移動体１１０の取付台１１１に取り付けられ、先端側で物品としてのガラス基板２００を保持して移動させるために用いられ、平坦な物品保持面としての上面１１を備えた断面がほぼ角形のパイプである支持部材１と、その根元側に一体的に結合され支持部材１よも順次短くなる１本以上の第２パイプとしての３本の補強部材２、３、４とを有する。本例では、補強部材２、３、４も角形パイプでできている。
【００１０】
支持部材１は、一対として両側から長さ方向に延設されていて、両側のそれぞれのものは、上面１１に開けられた２箇所の吸着用開口１２（図２（ｂ））と、これらの開口に取り付けられガラス基板２００を吸着するための吸着部分１３と、内部空間部１４（図２（ｂ）、（ｃ））の空気を吸い出すために開けられた吸出用開口１５（図２（ｃ））と、この開口１５と吸着用開口１２とを含む内部空間部１４を密閉するように取り付けられた密閉部材としての両端カバー１６とを有する。吸出用開口１５には、図示しない真空装置に接続されるパイプのジョイント部１７が取り付けられる。
【００１１】
補強部材２〜４は、ロボットハンドの根元側の幅が段階的ではあるが次第に大きくなるように支持部材１を補強している。これにより、ロボットハンドがロボットの取付台１１１に取り付けられて先端側に荷重がかかったり、ロボットによって高速搬送されたときに、支持部材１の撓みや振動が抑制される。なお、本例のロボットハンドでは、補強部材３が角形パイプであることを利用して、ガラス基板２００検出用センサ２０１を取付け（図５参照）、その導線をパイプの内部空間内に導設している。符号２０２はセンサ用計器である。又、符号５は枠板で、符号６、７、８はそれぞれ当て板である。
【００１２】
図３（図２（ｂ）も参照）は吸着部分の構造の一例を拡大して示している。
吸着部分１３は、支持部材１の上面１１に開けられた穴１２に、外側リング１３ａをビス１３ｂで上面１１に固定し、シール兼パッド保持用バネ板（？）１３ｃを挟んで内側リング１３ｅをビス１３ｆで取付け、吸着パッド１３ｇを内側リング１３ｅに沿わせて装着することにより構成されている。内部空間部１４内を負圧にすると、吸着パッド１３ｇの中央の穴１３ｇ−１から外部の空気が吸引され、ガラス基板２００が吸着パッド面に吸着される。このとき、パッド面から吸入する空気が角パイプの内部空間１４内を流れる。この内部空間１４は、従来の機械加工で形成した通気孔よりも十分大きな断面積を持つので、従来のものに較べて空気の流れ抵抗は大幅に低減され、殆ど無視できる程度になる。その結果、バッドの吸着力が強くなり、又真空装置の負担も軽くなる。
【００１３】
図４及び図５は支持部材とそれぞれの補強部材との結合方法を示す。
図４で二点鎖線で囲んで示しているように、ロボットハンドの根元側では、支持部材１及び補強部材２〜４は、枠板５の底５１に開けられた小孔５２を介して、枠板の底側から点溶接によって底５１と結合され、枠板を介して全体が一体化されている。枠板５より先端側の部分では、支持部材１と補強部材のうちの並設されているものとに共通するそれぞれの当て板６、７、８が当てがわれる（図１）。図５では当て板７部分を示しているが、枠板の場合と同様に、小孔７１を介して部材１、２、３が点溶接で結合されている。なお、図４の穴５３は、ロボットハンドをロボットの取付部１１１に固定するための穴である。
【００１４】
支持部材１と補強部材２〜４とを結合するには、これらの部材間を直接溶接結合してもよいが、そのようにすると溶接による歪みが発生する。上記のような溶接方法によれば、溶接歪みが全く発生しないので、歪みとりが不要になる。又、枠板５は、曲げ加工によって製作されるが、折り曲げ部５４があるために、その長さ方向の平面度が維持され、部材１〜４を同一平面上に精度良く固定することができる。
【００１５】
ロボットハンドは、市販されている材料である角形パイプを所定寸法に切断し、支持部材の両端に蓋をして、必要個所に穴開けとネジ切りをし、これらに加えて上記の曲げ及び溶接を行うことにより製造される。従って、この製造方法によれば、高価なフライス加工が不要になり、加工設備という程のものを必要とせず、容易且つ短工期でロボットハンドを製造することができる。
【００１６】
図６は、本発明のロボットハンドが取り付けられるロボットの一例を示す。
このロボット１００は、移動体１１０と、これを矢印Ａで示すように水平往復移動させる水平移動機構部１２０と、水平移動機構部１２０を矢印Ｂで示す方向に垂直往復移動動させる昇降機構部１３０と、これらの全体を旋回させる旋回駆動部１４０とを備え、三次元動作をするロボットである。支持部材１等を備えたロボットハンド１０は、水平移動機構部１２０の移動体１１０に取り付けられている。このようなロボットは、図示しない制御装置により、予め定められたプログラムとセンサ検知によって自動的に動作する。図において実線及び二点鎖線の水平往復機構部１２０の位置は、それぞれ最上位置及び最下位置を示す。
【００１７】
本発明のロボットハンド１０の支持部材１は角形パイプでできていて軽量であるため、動作時の慣性力が小さい。一方、断面積二次モーメントＩはそれ程低下しない。例えば、物品としてガラス基板を取り扱うロボットハンドでは、支持部材１を５０ｍｍ幅×６ｍｍ高さ×１ｍｍ厚み程度の断面形状として形成できるが、これを従来のソリッドのものと比較すると、断面積Ａは０．３６になるがＩは０．７１６になる。何れも同材料で形成できるので、本発明の支持部材１は、従来のものに較べて、重量が大幅に軽くなる割りに曲げ剛性はそれ程低下しない。慣性力による荷重は自重に比例し、これに伴う片持ちはりのたわみは荷重に比例して曲げ剛性に反比例するから、結局、本発明の支持部材の変形量は従来のものに較べて１／２程度になる。その結果、従来よりもロボットハンドの高速搬送が可能になる。
【００１８】
又ロボットハンド１０は、補強部材２〜４によって、支持端側である根元側ほど幅広になっているので、根元側の曲げ応力の増加や先端たわみの増加が抑制される。従って、大サイズのガラス基板の搬送が可能になる。
【００１９】
図７は、本発明のロボットハンドを装着したロボットが適用される装置の一例であるガラス基板の熱処理装置の本体部の概略構造を示す。
熱処理装置であるオーブンは、断熱壁３００、これに囲われた熱処理室３０１、その内部に例えば４０枚程度のガラス基板を上下方向に狭い間隔で積層支持できるゴンドラ３０２、基板入口３０３、基板出口３０４、熱風循環ダクト３０５、ゴンドラの昇降及びガラス基板を支持する支持板の旋回を駆動・制御する駆動制御機構部３０６、図示しないヒータやファン等からなる熱風供給装置等を備えている。
【００２０】
図６に示すロボット１００は、図示していないが図において左右の出入口側にそれぞれ１台づつ配設されている。例えばその入口側のものは、それぞれの駆動部が作動することによって次のような動作をする。即ち、最下部で退避位置にある移動体１１０及びロボットハンド１０が前進し、水平移動機構部１２０が上昇し、図示しないコンベアラインから送られて来た未熱処理ガラス基板を支持部材１の吸着パッド１３ｇで吸着支持し、上方の基板入口３０３の上段又は下段の高さまで到達すると、移動体１１０及びロボットハンド１０が退避し、ロボットハンド１０の先端が基板入口３０３に対面するよう全体が例えば９０°又は１８０°回転し、移動体１１０が前進して支持部材１及び支持したガラス基板を入口３０３からオーブン内に挿入し、ガラス基板の吸着を解除して少し下降して基板をゴンドラのガラス基板支持板上に乗せ、移動体１１０が退避して支持部材１をオーブン外に出し、全体が９０°又は１８０°回転し、水平移動機構部１２０が下降して初期位置に復帰するという動作を行う。ガラス基板の取り出し側のロボットも類似の動作を行う。
【００２１】
このような用途のロボットでは、ロボットハンドが３００°Ｃ程度にもなる高温のオーブン内に入れられるので、伝熱によって支持部材１及び補強部材２〜３も相当高温になる。ところが、これらの部材が角形パイプでできていて、従来のソリッドのものに較べると熱の通過する断面積が大幅に小さくなっているため、熱抵抗が大きくロボットハンドの根元側に伝達される熱量は小さい。その結果、耐熱性のないロボット部品のあるロボットハンドの根元側位置は高温にならず、これらの部品が熱による影響を受けることがない。
【００２２】
なお以上では、支持部材に吸着パッドを設け、物品であるガラス基板を吸着パッドの上に載せて吸着することにより、これを位置ずれしないように保持する例を示したが、吸着パッドが下向きに物品を吸着して保持する構造であってもよい。又、物品を上に載せる場合には、ロボットハンドは必ずしも吸着パッドを備えている必要はない。更に、本発明のロボットハンドは、常温環境のみで使用されてもよいことは勿論である。又以上では、支持部材１が完全な角形のパイプである例を示したが、角部が丸くなっていたり、多少湾曲しているものも断面がほぼ角形のパイプとして使用可能である。補強部材２、３、４についても角形パイプである例を示したが、これらの部材には物品吸着面がないため、例えば通常の円形断面のパイプを使用することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、ロボットハンドを平坦な物品保持面を備えた断面がほぼ角形のパイプで構成するので、ロボットハンドを軽量化でき、これを駆動するロボットの動力を低減させることができる。又、軽量化の割りに曲げ剛性が低下しないので、ロボットハンドの高速搬送が可能になり、更に、振動等の減少によって位置精度の向上を図ることができる。
【００２４】
請求項２の発明においては、上記に加えて、角形パイプに物品吸着機能を持たせるので、物品の位置ずれを防止しこれを確実に保持できる。そして、角形パイプの内部空間部を吸着のための真空引き用の空気流路にするので、流れ抵抗が殆ど無視できる程度になり、吸着性能の向上と真空装置の能力低減を図ることができる。
【００２５】
請求項１の発明においては、又、角形パイプに対して、根元側に幅広になるように１本又は複数本の第２パイプを一体的に結合するので、ロボットハンドの根元側の強度が先端側より大きくなる。その結果、物品を保持したときや搬送時にロボットハンドの先端側のたわみ量が小さくなってロボットハンドの振動が抑制され、より大型の物品を搬送することができる。又、第２パイプも広い内部空間を有するので、この中にセンサ等の導線を通すことができ、第２パイプを導線の保護管として利用することができる。
【００２６】
請求項１の発明においては、更に、熱処理装置内に多段に積載された板状の被処理物をロボットハンドの搬送対象にするので、角形パイプ構造によるロボットハンドの位置精度の向上と共に、その熱的特性が効果的に利用される。即ち、角形パイプ構造では、従来のソリッド構造のものに較べて、断面積に対する断面係数の比率が格段に大きくなるので、ロボットハンドが高温環境に繰り返し曝されても、従来のもののように残留応力による歪みの発生がない。又、断面積が小さいため伝熱熱量が小さくなり、熱がロボットハンドの根元部分まで伝わらない。その結果、ロボットハンドが取り付けられるロボットに熱的影響を与えず、ロボットの安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したロボットハンドの一例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は上記ロボットハンドの一部断面を示す正面図、（ｂ）は吸着部分の側断面図、（ｃ）は空気吸出部分の側断面図である。
【図３】上記ロボットハンドの吸着部分の断面図である。
【図４】上記ロボットハンドの根元側接合部分の底面図である。
【図５】上記ロボットハンドの先端側接合部分を示し、（ａ）は底面図で（ｂ）は断面図である。
【図６】上記ロボットハンドが取り付けられるロボットの一例を示す説明図である。
【図７】上記ロボットが用いられる装置の一例であるオーブンの断面図である。
【符号の説明】
１支持部材（断面がほぼ角形のパイプ）
２、３、４補強部材（第２パイプ）
１１上面（物品保持面）
１２吸着用開口
１３吸着部分
１４内部空間部
１５吸出用開口
１６両端カバー（密閉部材）
１００ロボット
２００ガラス基板（物品）
３００オーブン（熱処理装置）

Claims

根元側の根元部分をロボットに取り付けられ熱処理装置内に多段に積載された板状の被処理物である物品を保持して移動させるために用いられるロボットハンドにおいて、
前記物品を保持する平坦な物品保持面を備えた断面が角形のパイプと、底に小孔が明けられた枠板と前記小孔とを介して前記角形のパイプの前記根元側に前記角形のパイプと並列に点溶接によって一体的に結合された第２パイプであって前記角形のパイプよりも順次短くなる１本以上の前記第２パイプと、を有することを特徴とするロボットハンド。
前記角形のパイプは、前記物品保持面に開けられた吸着用開口と、該吸着用開口に取り付けられ前記物品を吸着保持するための吸着部分と、内部空間部の空気を吸い出すために開けられた吸出用開口と、該吸出用開口と前記吸着用開口とを含む前記内部空間部を密閉するように取り付けられた密閉部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。