JP3999712B2

JP3999712B2 - 多関節ロボット

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Publication number: JP3999712B2
Application number: JP2003274371A
Authority: JP
Inventors: 康彦橋本; 英一山木
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-07-14
Also published as: KR20050008523A; KR100592064B1; EP1498228A1; US20050011294A1; EP1498228B1; ATE372857T1; JP2005039047A; US7383751B2; DE602004008837D1; DE602004008837T2

Description

本発明は、多関節ロボットに関し、特に半導体ウェハなどの基板を搬送する多関節ロボットに関する。

図１５は、従来技術の多関節ロボット１を示す平面図である。半導体ウェハ２を搬送する従来技術の多関節ロボットのうち、３つのアーム３〜５と、ウェハ２を保持するハンド部６とを有する多関節ロボット１が開示されている。（たとえば特許文献１参照）。このような多関節ロボット１は、ハンド部６に保持したウェハ２を予め定める第１方向Ｘに直線的に移動させる。

従来技術の多関節ロボット１は、第１〜第３アーム３〜５とハンド部６とを有する。第１アーム３は、基台７に一端部３ａが連結される。第２アーム４は、第１アーム３の他端部３ｂに一端部４ａが連結される。第３アーム５は、第２アームの他端部４ｂに一端部５ａが連結される。またハンド部６は、その一端部６ａが、第３アームの他端部５ｂに連結される。

基台７は、第１角変位軸線Ｌ１を有する。第１アーム３は、第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位可能であり、第２角変位軸線Ｌ２を有する。第２アーム４は、第２角変位軸線Ｌ２まわりに角変位可能であり、第３角変位軸線Ｌ３を有する。第３アーム５は、第３角変位軸線Ｌ３まわりに角変位可能であり、第４角変位軸線Ｌ４を有する。ハンド部６は、第４角変位軸線Ｌ４まわりに角変位可能である。

第１角変位軸線Ｌ１から第２角変位軸線Ｌ２までの長さＮ１と、第２角変位軸線Ｌ２から第３角変位軸線Ｌ３までの長さＮ２と、第３角変位軸線Ｌ３から第４角変位軸線Ｌ４までの長さＮ３との比は、１：２：１に形成される。

そして、ハンド部６が第１方向Ｘに直線移動する場合に、第２アーム４を移動方向に均等に２分割する中点８が、第１角変位軸線Ｌ１に垂直な基準線９に沿って移動する。言い換えると第１アーム３と、第２アーム４と、第３アーム５と、ハンド部６との角速度比は、１：２：２：１に設定される。

特開２００１−１３７１８１号公報

図１６は、従来技術の多関節ロボット１の変形状態を示す平面図である。多関節ロボット１は、ハンド部６が基台７から最も離反した状態で、各アーム３〜５が基準線９に沿って一列に並ぶ。第１方向は、この基準線９が延びる方向と平行な方向である。ウェハ２を第１方向Ｘに沿って基台７に近接または離反移動させる場合、第１アーム３と第２アーム４との第１連結部分１１は、基台７に対して第２方向一方Ｙ１に移動する。また第２アーム４と第３アーム５との第２連結部分１２は、基台７に対して第２方向他方Ｙ２に移動する。なお、第２方向Ｙは、基準阡９と第１角変位軸線Ｌ１とを含む平面に垂直な方向である。

ハンド部６と第３アーム５との第３連結部分１３を基台７に近接させる場合には、第１連結部分１１が基準線９から第２方向一方Ｙ１に遠ざかり、第２連結部分１２が基準線９から第２方向他方Ｙ２に遠ざかる。この場合、図１６（２）〜図１６（４）に示すように、基準線９からウェハ２の外周部までの第２方向距離Ａ１，Ａ２よりも、基準線９から第１および第２連結部分１１，１２までの第２方向距離Ｂ１，Ｂ２のほうが大きくなる場合がある。この場合、多関節ロボット１は、第１連結部分１１および第２連結部分１２が第２方向両側Ｙ１，Ｙ２にそれぞれ移動しても、他の装置に干渉しないようにするために、多関節ロボット１の周囲には、第１連結部分１１および第２連結部分１２が基準線９から第２方向Ｙ１に屈曲する第２方向距離Ｂ１，Ｂ２よりも大きい領域が動作占有領域として必要となる。

図１７は、従来技術の多関節ロボット１の他の変形状態を示す平面図である。多関節ロボット１は、第１連結部分１１が第２方向一方Ｙ１に位置する左手系と、第２方向他方Ｙ２に位置する右手系とに切換可能である場合がある。しかしながら図１７（１）に示すように、第１角変位軸線Ｌ１まわりの旋回半径が最小となる状態では、右手系から左手系に切り替えることができない。

左手系から右手系に切換る場合には、図１７（１）に示す状態から、図１７（２）に示すように、各アーム３〜５を基準線９に沿って一列に配置する必要がある。したがって左手系から左手系に切り替える場合に余分な動作が生じ、短時間で右手系から左手系へ切り替えることができない。また右手系から左手系に切換る場合も同様である。

図１７（２）に示すように、右手系から左手系に切換可能な状態では、各アーム３〜５が基準線９に沿って配置され、基台７から第３連結部分１３までの第１方向距離Ｄが、最小旋回半径Ｃよりも大きくなる。したがって右手系と左手系を相互に切り替える場合には、他の装置に干渉しないようにするために、多関節ロボット１の周囲には、基台７から第３連結部分１３までの第１方向距離Ｄよりも大きい領域が動作占有領域として必要となる。

このように従来技術の多関節ロボット１では、動作占有領域が大きくなるという問題がある。たとえば空気が清浄化されたハウジング内で、上述した多関節ロボットが用いられる場合、ハウジングが大型化してしまい、空気の清浄化効率が低下するという問題がある。またハウジング内の収容空間のうち、多関節ロボットの動作領域の占める割合が大きくなり、ハウジング内に収容される他の製造処理装置の設置スペースが小さくなるという問題がある。

したがって本発明の目的は、可動時の占有領域が小さい多関節ロボットを提供することである。

本発明は、予め定められる第１角変位軸線を有し、第１角変位軸線まわりに角変位自在に設けられるベース部と、
一端部がベース部に一体に連結され、他端部に第１角変位軸線に平行な第２角変位軸線を有する第１アームと、
一端部が前記第１アームの他端部に連結され、他端部に前記第１角変位軸線に平行な第３角変位軸線を有し、前記第２角変位軸線まわりに角変位自在に設けられる第２アームと、
一端部が前記第２アームの他端部に連結され、前記第３角変位軸線まわりに角変位自在に設けられる第３アームと、
第２アームと第３アームとを連動させ、第２アームが第１アームに対して第２角変位軸線まわりに周方向一方に角変位する角度の２倍の角度で、第３アームを第２アームに対して第３角変位軸線まわりに周方向他方に角変位させる連動手段と、
ベース部を第１角変位軸線まわりに角変位するベース部駆動手段と、
第２アームを第２角変位軸線まわりに角変位するアーム駆動手段と、
第３アームに第４角変位軸線まわりに角変位自在に連結され、ワークを保持するエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタを、前記第４角変位軸線まわりに角変位するエンドエフェクタ駆動手段とを含み、
第３角変位軸線が第１角変位軸線とほぼ同じ位置に配置され、第２角変位軸線と第４角変位軸線とが第１角変位軸線に関して対称な位置となるように、第１〜第３アームが角変位した状態で、ワークを保持したエンドエフェクタの前記ワークを含む領域が、第１角変位軸線から第２角変位軸線までの距離を半径として、第１角変位軸線を一回転したときの旋回領域内に配置されるように、前記第１〜第３アームおよびエンドエフェクタの長さが選ばれていることを特徴とする多関節ロボットである。

また本発明は、第１アームは、ベース部および第２アームに対して着脱可能に設けられ、
第２アームは、一端部がベース部に連結可能であって、第２アームとベース部とが連結された状態で、ベース部に対して前記第１角変位軸線まわりに角変位可能に設けられ、
連動手段は、第２アームがベース部に対して第１角変位軸線まわりに周方向一方に角変位する角度の２倍の角度で、第３アームを第２アームに対して第３角変位軸線まわりに周方向他方に角変位させることを特徴とする。

また本発明は、前記連動手段は、歯車伝達機構によってアーム駆動手段からの駆動力を第２アームおよび第３アームに伝達することを特徴とする。
また本発明は、限定された狭隘な空間に配置されことを特徴とする。

また本発明は、予め定められる雰囲気に保たれるハウジング内に配置され、半導体ウェハを搬送することを特徴とする。

本発明によれば、第２アームと第３アームとを角変位させることによって、ベース部と第３アームの他端部との距離を変更することができる。またベース部を第１角変位軸線まわりに角変位することによって、第３アームの他端部を第１角変位軸線まわりに角変位することができる。これによって第１角変位軸線に垂直な平面において、円筒座標系に従ってロボットアームの他端部を移動させる水平多関節型ロボットを実現することができる。たとえば第３アームの他端部には、ロボットハンドなどのエンドエフェクタが連結される。また第３アームの他端部には、エンドエフェクタが装着されなくてもよい。

各アームが予め定める基準線に一列に並び、基台から第３アームの他端部が最も離反した状態から、第１アームに対して第２角変位軸線まわりに周方向一方に第２アームを角変位させることによって、基準線および第１角変位軸線を含む仮想平面によって分割される２つの分割領域のうち一方の分割領域に第２アームおよび第３アームを配置して、第３アームの他端部を基準線に沿って移動させることができる。

また各アームが基準線に一列に並び、基台から第３アームの他端部が最も離反した状態から、第２角変位軸線まわりに周方向他方に第２アームを角変位させることによって、前記２つの分割領域のうち他方の分割領域に第２アームおよび第３アームを配置して、第３アームの他端部を基準線に沿って移動させることができる。

たとえば分割領域のうち、一方の分割領域に障害物および壁面がある場合などには、他方の分割領域に第２アームおよび第３アームを配置した状態で、エンドエフェクタを基準線に沿って移動させることができる。このように第２アームおよび第３アームが配置される領域を選択することによって、２つのうちいずれかの分割領域に動作占有領域が含まれることをなくすることができ、アームの占有領域を小さくすることができる。

これによって予め定められる収容空間に、ロボットとロボット以外の他の装置とが配置される場合に、ロボット以外の他の装置の設置スペースを大きくすることができる。また予め定める収容空間を小型化することができる。たとえば清浄化された空気で満たされるハウジングに、ロボットとロボット以外の他の装置とが収容される場合、ハウジングを小型化することができるので、ハウジング内を効率的に清浄化することができる。
また、第１アームが一端部から他方に延びる方向と、第２アームおよび第３アームが一端部から他端部に延びる方向との向きが逆方向となるように各アームを一列に配置すると、第１角変位軸線まわりの各アームの旋回半径が最小となる。この状態で第２アームの角変位方向を切り替えることで、第２アームおよび第３アームが配置される分割領域を切り替えることができる。すなわち動作占有領域が最小となる状態で、第２アームおよび第３アームが、一方の分割領域にある右手系と、他方の分割領域にある左手系とに切り替えることができる。これによって第２および第３アームが配置される分割領域を切り替えるために、従来技術に比べて余分な動作占有領域を必要とせず、動作占有領域を小さくすることができる。

また、エンドエフェクタを第３アームに対して第４角変位軸線まわりに角変位させることができるので、エンドエフェクタを予め定める位置に配置した場合に、エンドエフェクタの姿勢を任意に選択することができる。これによってエンドエフェクタを予め定める位置に配置したときの姿勢が予め設定される場合に対応することができ、利便性を向上することができる。

また搬送ロボット、塗装ロボットなどのエンドエフェクタを有するロボットに好適に用いることができる。
このような第１〜第３アームおよびエンドエフェクタの長さは、第３角変位軸線が第１角変位軸線とほぼ同じ位置に配置され、第２角変位軸線と第４角変位軸線とが第１角変位軸線に関して対称な位置となるように、第１〜第３アームが角変位した状態で、ワークを保持したエンドエフェクタの前記ワークを含む領域が、第１角変位軸線から第２角変位軸線までの距離を半径として、第１角変位軸線を一回転したときの旋回領域内に配置されるように選ばれる。これによって、第１〜第３アームおよびエンドエフェクタが第１角変位軸線まわりに角変位しても、旋回領域から外方へ突出する部分がなく、動作時の占有領域を小さくすることができる。

また本発明によれば、ベース部および第２アームから第１アームを取外し、第２アームをベース部に連結することによって、２つのアームを含むロボットに切り替えることができる。これによって３つのアームを有するロボットと、２つのアームを有するロボットとの各構成部品を共通化することができ、生産コストを低下することができる。また２つのアームを有するロボットから３つのアームを有するロボットに容易に変更することができるので、別途新しいロボットを導入する場合に比べて、設備費を低減することができる。

また本発明によれば、歯車伝達機構によって駆動力を伝達することによって、第２および第３アームの剛性を向上することができる。たとえば第２アームおよび第３アームを高速で各角変位軸線まわりに角変位させた場合であっても、角変位軸線まわりのぶれを少なくすることができ、移動速度を向上させることができる。

また本発明によれば、最小旋回半径となる状態から、第２アームを角変位することによって、第２アームと第３アームとを、第１アームの軸線と第１角変位軸線とを含む仮想線によって分割される一方の領域と他方の領域とのいずれかに配置可能であり、右手系と左手系とに切換可能である。適宜、右手系と左手系とに切り替えることによって、限定された狭隘な空間から逸脱することなく、多関節ロボットを動作させることができる。狭隘な空間は、たとえば、ロボットアームの最大動作可能領域よりも小さい空間である。最大動作可能領域は、ベース部から第２アームの他端部を最も離反させた状態で、第１角変位軸線まわりに回転したときに第２アームの他端部が描く円内の空間である。

また本発明によれば、アームのリーチを従来と同様に保った状態で、動作占有領域を小型化することができるので、半導体ウェハの搬送装置として好適に用いることができる。すなわちハウジング内の設置スペースが小さい場合であっても好適に用いることができる。またはハウジングを小型化することができる。

図１は、本発明の実施の一形態である多関節ロボット２０を示す平面図である。また図２は、多関節ロボット２０の側面図であり、図３は、多関節ロボットの背面図である。たとえば本発明の多関節ロボットは、シリコンウェハ、フォトマスク用各基板、液商用ガラス各基板などのワークをロボットハンドを用いて搬送する基板搬送装置となる。多関節ロボット２０は、半導体ウェハ２１を保持し、保持したウェハ２１を予め定める移動経路に沿って移動させる。

多関節ロボット２０は、基台２２と、ベース部２３と、３つのアーム２４〜２６と、ハンド部２７とを含む。基台２２は、多関節ロボット２０が収容されるハウジングに一体に固定される。基台２２は、第１角変位軸線Ｌ１を有する。ベース部２３は、基台２２に連結され、基台２２に対して第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位自在に設けられる。第１角変位軸線Ｌ１は、本実施の形態では、鉛直方向に延びる。またベース部２３は、基準線１９を有する。基準線１９は、第１角変位軸線Ｌ１に垂直に延び、ベース部２３の角変位にともなって第１角変位軸線Ｌ１まわりを角変位する。

３つのアーム２４〜２６の外形形状は、それぞれ長尺状に形成される。３つのアーム２４〜２６のうちの第１アーム２４は、ベース部２３に着脱自在に一体に連結される。具体的には、第１アーム２４は、基準線１９に沿って延び、第１アーム２４の長手方向一端部２８がベース部２３に連結される。第１アーム２４は、その長手方向他端部２９に第２角変位軸線Ｌ２を有する。第２角変位軸線Ｌ２は、第１角変位軸線Ｌ１と平行に延び、基準線１９に対して垂直に延びる。

３つのアーム２４〜２６のうちの第２アーム２５は、その長手方向一端部３０が第１アーム２４の長手方向他端部２９に連結される。第２アーム２５は、第１アーム２４に対して第２角変位軸線Ｌ１まわりに角変位自在に設けられる。第２アーム２５は、その長手方向他端部３１に第３角変位軸線Ｌ３を有する。第３角変位軸線Ｌ３は、第１角変位軸線Ｌ１と平行に延びる。

３つのアーム２４〜２６のうちの第３アーム２６は、その一端部３２が第２アームの長手方向他端部３１に連結される。第３アーム２６は、第２アーム２５に対して第３角変位軸線Ｌ３まわりに角変位自在に設けられる。第３アーム２６は、その長手方向他端部３３に第４角変位軸線Ｌ４を有する。第４角変位軸線Ｌ４は、第１角変位軸線Ｌ１と平行に延び、基準線１９に対して垂直に延びる。

ハンド部２７は、ウェハ２１を下方から支持して乗載する。ハンド部２７は、ロボットアームの先端に設けられるエンドエフェクタとなる。ハンド部２７は、ウェハ２１を保持する保持部分３４と、第３アーム２６に連結される連結部分３５とを有する。また本実施の形態では、ハンド部２７は、上下方向に並んで２つ設けられる。

保持部分３４は、Ｙ字状に形成され、ウェハ２１の周縁部のうち少なくとも周方向に異なる３つの部分に下方から接触する。保持部分３４は、ウェハ２１を水平に乗載する。連結部分３５は、長尺状に形成され、長手方向一端部３６が第３アーム２６の長手方向他端部３３に連結され、長手方向他端部３７が保持部分３４に一体に連結される。ハンド部２７は、第３アーム２６に対して第４角変位軸線Ｌ４まわりに角変位自在である。

第１〜第３アーム２４〜２６の長尺方向の長さは、それぞれほぼ等しく選択される。具体的には、第２角変位軸線Ｌ２と第３角変位軸線Ｌ３との間の距離である第２距離Ｒ２と、第３角変位軸線Ｌ３と第４角変位軸線Ｌ４との間の距離である第３距離Ｒ３とが等しい長さに設定される。また第１角変位軸線Ｌ１と第２角変位軸線Ｌ２との間の距離である第１距離Ｒ１は、第２および第３距離とほぼ等しい長さに設定される。すなわちＲ１≒Ｒ２＝Ｒ３に設定される。たとえば本実施の形態では、第１距離Ｒ１は、２００ｍｍ、第２距離Ｒ２および第３距離Ｒ３は、２０８ｍｍに設定される。

またハンド部２７の保持部分３４には、複数の当接片が設けられる。複数の当接片は、乗載されたウェハ２１の周縁部に接触し、ウェハ２１をウェハ半径方向内方に押圧することによって、協働してウェハ２１を挟持する。複数の当接片のうち、少なくとも１つは、乗載したウェハ２１の半径方向に変位可能に設けられる。

なお変位可能な当接片は、基準線１９に沿って変位することが好ましい。この場合、半導体ウェハ２１を基準線１９両側から押圧して挟持することができる。これによってハンド部２７が、基準線１９に沿って移動して、ウェハ２１に基準線１９に沿う慣性力が与えられたとしても、ウェハ２１がハンド部２７から脱落することを防止することができる。これによってウェハ２１を高速で移動させることができる。

図２および図３に示すように、第１アーム２４は、ベース部２３の上端部に連結される。また第２アーム２５は、第１アーム２４の上端部に連結される。また第３アーム２６は、第２アーム２５の上端部に連結される。またハンド部２７は、第３アーム２６の上端部に連結される。これによって互いに干渉することなく、各アーム２４〜２６およびハンド部２７を角変位させることができる。

図４は、多関節ロボット２０の電気的構成を示すブロック図である。多関節ロボット２０は、ベース駆動手段５０と、アーム駆動手段５１と、上下駆動手段５６と、ウェハ挟持手段５７と、ハンド駆動手段１００と、制御手段５８とを含む。ベース駆動手段５０、アーム駆動手段５１およびハンド駆動手段１００は、角変位量を調整可能な回転モータで実現される。たとえばエンコーダを内蔵するサーボモータによって実現される。

ベース駆動手段５０は、ベース部２３を基台２２に対して第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位駆動する。言い換えると第１アーム２４を基台２２に対して、第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位駆動する。ベース駆動手段５０は、ベース部２３を周方向両側に角変位可能であることが好ましい。本実施の形態では、ベース駆動手段５０は、基台２２の内部空間に設けられる。

アーム駆動手段５１は、第２アーム２５を第１アーム２４に対して、第２角変位軸線Ｌ２まわりに角変位駆動する。アーム駆動手段５１は、第２アーム２５を周方向両側に角変位可能であることが好ましい。本実施の形態では、アーム駆動手段５１は、基台２２の内部空間に設けられる。

ハンド駆動手段１００は、ハンド部２７を第３アーム２６に対して、第４角変位軸線Ｌ４まわりに角変位駆動する。ハンド駆動手段１００は、ハンド部２７を周方向両側に角変位可能であることが好ましい。本実施の形態では、ハンド駆動手段１００は、第３アーム２６の内部空間に設けられる。ハンド駆動手段１００は、エンドエフェクタであるハンド部２７を角変位するエンドエフェクタ駆動手段となる。多関節ロボット２０は、第２アーム２５の角変位に応じて、第３アーム２６を連動して角変位する連動手段５４を有する。連動手段５４は、第２アーム２５が第２角変位軸線Ｌ２まわりに角変位すると、その角変位量に連動させて第３アーム２６を第２アーム２５に対して第３角変位軸線Ｌ３まわりに角変位する。

またベース部２３は、図３に示すように、基台２２に対して第１角変位軸線Ｌ１に沿って変位可能である。すなわち本実施の形態では、ベース部２３は、上下方向に変位可能に形成される。多関節ロボット２０は、ベース部２３を第１角変位軸線Ｌ１に沿って変位駆動する上下駆動手段５６をさらに有する。ベース部２３が第１角変位軸線Ｌ１に沿って変位駆動すると、ベース部２３に連結される各アーム２４〜２６およびハンド部２７を、第１角変位軸線Ｌ１に沿う方向、すなわち上下方向に変位駆動させることができる。

多関節ロボット２０は、ウェハ２１が保持される保持位置に下方から上方に近づくことで、ウェハ２１をハンド部２７に乗載させることができる。またウェハ２１を保持した状態で、ウェハ２１を載置すべき載置位置に上方から下方に近づくことで、保持したウェハ２１を載置位置に載置させることができる。

上下駆動手段５６は、たとえばサーボモータを用いたボールねじ機構によって実現される。この場合、上下方向に延び、外周部にねじ溝が形成されて軸線まわりに回転可能なねじ棒と、ねじ棒を回転駆動するサーボモータと、ねじ棒に螺合される螺合体とを含む。螺合体には、ベース部２３が固定される。そしてねじ棒をサーボモータによって回転させることによって、螺合体とともにベース部２３を上下方向に移動させることができる。なお、上下駆動手段５６は、他の構成によって実現されてもよい。

またハンド部２７は、乗載したウェハ２１を挟持するために、ウェハ挟持手段５７が設けられる。ウェハ挟持手段５７は、前述した当接片のうち、少なくとも１つの当接片をウェハ２１の半径方向に変位駆動する。たとえばウェハ挟持手段５７は、エアシリンダを含んで実現される。エアシリンダは、そのピストンロッドの先端部に当接片が連結される。エアシリンダは、基台２２から圧縮空気が供給されることによって、当接片をウェハ２１の半径方向に変位駆動する。角変位した当接片は、ウェハ２１を半径方向内方に押圧し、複数の当接片によって協働してウェハ２１を挟持する。また当接片がウェハ２１の半径方向外方に変位駆動することによって、ウェハ２１の挟持を解除することができる。

また多関節ロボット２０は、ベース駆動手段５０、アーム駆動手段５１、上下駆動手段５６、ハンド駆動手段１００およびウェハ挟持手段５７を制御する制御手段５８を有する。制御手段５８は、予め定める搬送元位置にあるウェハを保持して、予め定める搬送先位置に搬送するように、各駆動手段５０，５１，５６，１００，５７を制御する。制御手段５８は、ベース駆動手段５０、アーム駆動手段５１、ハンド駆動手段１００、上下駆動手段５６を駆動させることによって、第１角変位軸線Ｌ１を中心とする円筒座標に従ってハンド部２７を３次元の任意の位置に移動させることができる。

制御手段５８は、ベース駆動手段５０、アーム駆動手段５１、ハンド駆動手段１００、上下駆動手段５６をそれぞれ実現するサーボモータに設けられるエンコーダから各サーボモータの角度位置を取得することによって、各駆動手段５０，５１，１００，５６をフィードバック制御することができ、目的位置に精度よく位置合わせすることができる。

制御手段５８は、搬送元位置にハンド部２７を移動させる。次に搬送元位置でウェハ挟持手段５７を駆動してウェハ２１を挟持して保持する。そしてウェハ２１を保持したハンド部２７を搬送先位置に移動させ、搬送先位置でウェハ２１の保持を解除する。このようにして多関節ロボット２０は、搬送元位置から搬送先位置にウェハ２１を搬送する。

制御手段５８は、たとえばコンピュータによって実現される。制御手段は、予め定められる搬送動作プログラムを記憶する記憶部と、記憶部から搬送動作プログラムを実行して、エンコーダからの情報に基づいて各駆動手段５０，５１，５６，１００，５７を制御する演算部とを含む。たとえば、搬送動作プログラムは、入力部によって記憶部に入力される。

図５は、動力伝達機構を説明するために多関節ロボット２０を簡略化して示す断面図である。本実施の形態の多関節ロボット２０は、第１サーボモータ１５０と第２サーボモータ１５１とを有し、それらのサーボモータ１５０が、基台２２に内蔵される。また多関節ロボット２０は、第１サーボモータ１５０の動力をベース部２３に伝達する第１動力伝達手段と、第２サーボモータ１５１の動力を第２アーム２５に伝達する第２動力伝達手段２３を有する。

第１動力伝達手段５２は、歯車動力伝達機構を用いて、ベース部２３に第１サーボモータ１５０からの動力を伝達する。さらに第１動力伝達手段５２は、減速器（図示せず）を有する。

第１サーボモータ１５０は、減速器の入力部に回転力として動力を伝達する。減速器の入力部に伝達された回転力は、そのトルクが予め定める増幅比で増幅されるとともに、その回転速度が予め定める減速比で減速されて、出力部から出力される。出力部から出力された動力は、ベース用歯車群５２を介して、ベース部２３に伝達される。これによってベース部２３は、第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位し、ベース部２３に一体に固定される第１アーム２４もまた第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位する。

第２動力伝達手段５３は、歯車動力伝達機構を用いて、第２アーム２５に第２サーボモータ１５１からの動力を伝達する。さらに第２動力伝達手段５３は、減速器（図示せず）を有する。

第２サーボモータ１５１は、減速器の入力部に回転力として動力を伝達する。減速器の入力部に伝達された回転力は、そのトルクが予め定める増幅比で増幅されるとともに、その回転速度が予め定める減速比で減速されて出力部から出力される。出力部から出力された動力は、歯車群５３を介して、第２アームに伝達される。これによって第２アーム２５は、第２角変位軸線Ｌ２まわりに角変位する。

第２サーボモータ１５１からの動力を伝達する歯車群５３は、第１トルク伝達軸６０と、第１軸支歯車群６２〜６４と、第１連結軸６１とを含む。第１トルク伝達軸６０は、ベース部２３の内部空間に配置され、第１角変位軸Ｌ１に同軸となる円筒形状に形成される。第１トルク伝達軸６０は、ベース部２３に対して第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位自在に設けられる。

第１トルク伝達軸６０に形成される内部空間は、基台２２の内部空間と第１アーム２４の内部空間とを連通する。第１トルク伝達軸６０の一端部は、基台２２の内部空間に配置され、他端部は、第１アーム２４の内部空間に配置され、外周部に歯車７０が連結される。第１トルク伝達軸６０は、一端部が減速器の出力軸に噛合し、他端部の歯車７０が第１アーム一端部側の歯車６２に噛合する。この歯車７０は、第１トルク伝達軸６０に対して着脱自在に設けられる。

第１軸支歯車群６２〜６４は、第１アーム２４の内部空間に配置され、第１アーム２４に軸支される複数の歯車である。各歯車６２〜６４は、第１アーム２４の一端部から他端部に向けて並ぶ。各歯車６２〜６４は、第１アーム一端部側の歯車６２から第１アーム他端部側の歯車６４に動力伝達可能に噛合わされて配置される。

第１連結軸６１は、第１アーム２４の内部空間に配置され、第２角変位軸線Ｌ２に同軸となる円筒状に形成される。第１連結軸６１は、第１アーム２４に対して第２角変位軸線Ｌ２まわりに角変位自在に設けられる。第１連結軸６１は、軸線方向一端部が、第１アーム他端部側の歯車６４に噛合し、他端部が第２アーム２５と一体に連結される。第１連結軸６１は、第２アーム２５に対して着脱自在に設けられる。

減速器を介して第２サーボモータ５１から与えられる動力は、トルク伝達軸６０に伝達される。トルク伝達軸６０は、ベース部２３に対して、第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位する。そしてトルク伝達軸６０は、第１アーム一端部側の歯車６２に動力を伝達する。そしてトルク伝達軸６０からの回転力は、第１アーム２４に軸支される軸支歯車群に順次伝達され、第１アーム他端部側の歯車６４から第１連結軸６１に伝達される。第１連結軸６１は、第２角変位軸線Ｌ２まわりに回転し、その動力を第２アーム２５に動力を伝達する。

これによって第２アーム２５は、第１アーム２４に対して第２角変位軸線Ｌ２まわりに角変位する。なお、本実施の形態では、減速器を介して第２サーボモータ１５１からの動力を第２アーム２５に伝達したが、減速器を設けなくて動力を伝達してもよい。

連動手段５４は、歯車動力伝達機構を用いて、第３アーム２６に動力を伝達して、第２アーム２５の角変位ともに第３アーム２６を連動して角変位する。連動手段５４は、第２トルク伝達軸６５と、第２軸支歯車群６６，６７と、第２連結軸６９とを含む。

第１連結軸６１に形成される内部空間は、第１アーム２４の内部空間と第２アーム２５の内部空間とを連通する。第２トルク伝達軸６５は、第１連結軸６１の内部空間に配置され、第２角変位軸Ｌ２に同軸な円筒状に形成される。第２トルク伝達軸６５は、一端部が第１アーム２４に固定され、他端部が第２アーム２５の内部空間に配置され、外周部に歯車６８が連結される。この歯車６８は、第２トルク伝達軸６５に対して着脱自在に設けられる。

第２軸支歯車群６６，６７は、第２アーム２５に内蔵され、第２アーム２５に軸支される複数の歯車である。各歯車６６，６７は、第２アーム２５の一端部から他端部に向けて並ぶ。各歯車６６，６７は、第２アーム一端部側の歯車６６から第２アーム他端部側の歯車６７に動力伝達可能に噛合わされて配置される。

第２連結軸６９は、第２アーム２５の内部空間に配置され、第３角変位軸線Ｌ２に同軸となる円筒状に形成される。第２連結軸６９は、第２アーム２５に対して第３角変位軸線Ｌ３まわりに角変位自在に設けられる。第２連結軸６９は、軸線方向一端部が、第２アーム他端部側の歯車６７に噛合し、他端部が第３アーム２５と一体に連結される。第２連結軸６９に形成される内部空間は、第２アーム２５の内部空間と第３アーム２６の内部空間とを連通する。

第１アーム２４に対して第２アーム２５が角変位すると、第２トルク伝達軸６５から回転力が、第２アーム一端部側の歯車６６に与えられ、第２アーム一端部側の歯車６６が角変位する。そして第２アーム一端部側の歯車６６に与えられた回転力は、第２アーム２５に軸支される軸支歯車群に順次伝達され、第２アーム他端部側の歯車６７から第２連結軸６９に伝達される。第２連結軸６９は、第３角変位軸線Ｌ３まわりに回転し、その動力を第３アーム２６に動力を伝達する。これによって第３アーム２６は、第２アーム２５に対して第３角変位軸線Ｌ３まわりに角変位する。

第３アーム２６の内部空間には、第３サーボモータ１１０と、第３サーボモータからハンド部に動力を伝達する歯車群７１，７４が設けられる。歯車群７１，７４は、第３サーボモータ１５０の出力軸に噛合する歯車７１と、その歯車７１に噛合する第３連結軸７４とを含む。この歯車７１は、第３アーム２６に軸支される。

第３連結軸２０１は、第３アーム２６の内部空間に配置され、第４角変位軸線Ｌ４に同軸な円筒状に形成される。第３連結軸２０１は、第３アーム２６の内部空間とハンド部２７の内部空間とを連通する。第３連結軸３０１は、第３アーム２６に対して第４角変位軸線Ｌ４まわりに角変位自在に設けられる。第３連結軸２０１は、軸線方向一端部が第３サーボモータ１５０の動力を伝達する歯車７１に噛合し、他端部がハンド部２７と一体に連結される。また第３連結軸２０１に形成される内部空間は、第３アーム２６の内部空間と、ハンド部２７の内部空間を連通する。

第３サーボモータ１５０の出力軸が角変位すると、その回転力が、歯車群２００，２０１を伝達し、その動力をハンド部２７に動力を伝達する。これによってハンド部２７は、第３アーム２６に対して第４角変位軸線Ｌ４まわりに角変位する。

第２サーボモータ１５１の角変位を停止した状態で、第１サーボモータ１５０を角変位させると、ベース部２３の角変位とともに第１アーム２４に対して第２アーム２５が周方向一方に角変位する。したがって第１サーボモータ１５０の角変位に対応して、第２アーム２５が第１アームに対して角変位することを打ち消すように、第２サーボモータ１５１を角変位させることによって、第１アームに対して、第２アームの姿勢を保った状態で、第１角変位軸線まわりに角変位させることができる。したがって第１サーボモータ１５０によって、ベース駆動手段５０を実現することができ、第１サーボモータ１５０および第２サーボモータ１５１の両方によってアーム駆動手段５１を実現することができる。また第３サーボモータ１１０によって、ハンド駆動手段１００を実現することができる。また連動手段５４を設けることによって、第３アームを変位駆動するためのサーボモータを別途必要とすることなく、第２アーム２５と第３アーム２６とを同時に連動して動作させることができる。

連動手段５４は、第２アーム２５に内蔵される各歯車６６〜６７、第２トルク伝達軸６５に連結される歯車６８および第２連結軸６９の歯車比が設定される。具体的には、第２アーム２５が第１アーム２４に対して第２角変位軸線Ｌ２まわりに周方向一方に角変位する場合、第２アーム２５の２倍の角変位量で、周方向他方に角変位するように、歯車比が設定される。

すなわち第２アーム２５が第１アーム２４に対して、第２角変位軸線Ｌ２まわりに周方向一方に角変位する角度をθ１とし、第３アーム２６が第２アーム２５に対して、第３角変位軸線Ｌ３まわりに周方向他方に角変位する角度をθ２とすると、多関節ロボット２０は、θ１：２×θ２となるように連動手段５４の歯車比が設定される。またハンド部２７を第４角変位軸線Ｌ３まわりに周方向一方に角変位する角度θ３とすると、θ１：θ３とすることで、第１アーム２４に対するハンド部２７の姿勢を一定に保つことができる。

このような関節構造を有することによって、第２アーム２５を角変位させることで、第３アームの他端部をベース部２３に対して基準線１９に沿って直線的に移動させることができる。またベース部２３を第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位することによって、第３アームの他端部を第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位することができる。これによって第１角変位軸線Ｌ１に垂直な平面において、円筒座標に従ってハンド部２７を移動させる水平多関節型ロボットを実現することができる。またハンド駆動手段１００によって、第３アーム２６に対して、ハンド部２７を第４角変位軸線Ｌ４まわりに角変位することによって、ハンド部２７の姿勢を変更することができる。さらに上下駆動手段５６によってハンド部２７を上下方向に変位することによって、ハンド部２７を３次元の任意の位置に移動させることができる。図５に示す本実施の形態では、第１サーボモータ１５０と第２サーボモータ１５１とを動作させることによって、第１アーム２４に対する第２アーム２５および第３アーム２６の姿勢を保った状態で、各アームを第１角変位軸線まわりに角変位させることができる。

以上のようにハンド部２７の姿勢を変更可能に、ハンド部２７を基準線１９に沿う方向に移動させることができるので、搬送ロボット、塗装ロボットなどのエンドエフェクタを有する多関節ロボットに好適に用いることができる。

図６は、多関節ロボット２０の動作の一例を示す平面図である。図６は、各アーム２４〜２６が基準線１９に一列に並んで基台２２からハンド部２７が最も離反した状態から、第２角変位軸線Ｌ２まわりに周方向一方に第２アーム２５が角変位する変形状態を示す。

図６（１）に示すように、多関節ロボット２０は、ハンド部２７を第１角変位軸線Ｌ１から最も離反するように、各アーム２４〜２６およびハンド部２７を角変位した状態で、各アーム２４〜２６およびハンド部２７は、基準線１９に沿って一列に並ぶ。すなわち第１〜第４角変位軸線Ｌ１〜Ｌ４が基準線１９を挿通して配置可能である。

この状態からアーム駆動手段５１によって、第２アーム２５が第１アーム２４に対して第２角変位軸線Ｌ２まわりに周方向一方に角変位する。このとき連動手段５４によって、第２アーム２５が角変位する角度の２倍の角度で、第３アーム２６が第２アーム２５に対して第３角変位軸線Ｌ３まわりに周方向他方に角変位する。またハンド駆動手段１００によって、第１アームに対してハンド部２７の姿勢を保つように第３アーム２５に対して第４角変位軸線Ｌ４まわりに周方向一方に角変位する。

これによって図６（１）〜図６（４）に示すように、ハンド部２７の姿勢を保った状態で、ハンド部２７を基準線１９に沿う第１方向Ｘに直線的に移動させることができる。また第１方向Ｘおよび第１角変位軸線Ｌ１に垂直な方向を第２方向Ｙとする。

図６に示すような場合、基準線１９および第１角変位軸線Ｌ１を含む仮想平面によって分割される２つの分割領域８０，８１のうち一方の分割領域８０に第２アーム２５および第３アーム２６を配置して、ハンド部２７を基準線１９に沿って移動させることができる。このとき２つの分割領域８０，８１のうち他方の分割領域８１には、第２アーム２５および第３アーム２６が配置されることがない。

したがって一方の分割領域８０を第２アーム２５および第３アーム２６が移動するので、他方の分割領域８１に障害物などがある場合であっても、第２アーム２５および第３アーム２６が接触することがない。言い換えると多関節ロボット２０の動作占有領域を第２方向他方Ｙ２に小さくすることができる。このように一方の分割領域８０に第２アーム２５および第３アーム２６が配置される状態を右手系と称する場合がある。

図７は、多関節ロボット２０の他の動作の一例を示す平面図である。図７は、各アーム２４〜２６が基準線１９に一列に並んで基台２２からハンド部２７が最も離反した状態から、第２角変位軸線Ｌ２まわりに周方向他方に第２アーム２５が角変位する変形状態を示す。

この場合、図６と同様に、前記２つの分割領域８０，８１のうち他方の領域８１に第２アーム２５および第３アーム２６を配置して、ハンド部２７を基準線１９に沿って移動させることができる。このように他方の分割領域８１に第２アーム２５および第３アーム２６が配置される状態を左手系と称する場合がある。

図６および図７に示すように、第２アーム２５の角変位方向を切り替えることによって、２つの分割領域８０，８１のうちのいずれかの分割領域に各アーム２４〜２６の動作占有領域が含まれることをなくすることができる。

図８は、多関節ロボット２０の旋回半径が最小となるように、第１〜第３アーム２４〜２６およびハンド部２７を屈曲させた状態を示す平面図である。多関節ロボット２０の第１角変位軸線Ｌ１まわりの旋回半径が最小となる状態は、各アーム２４〜２６およびハンド部２７が基準線１９に沿って一列に並び、第１アーム２４の一端部２８から他端部２９に延びる方向Ｃ１と、第２アーム２５の一端部３０から他端部３１に延びる方向および第３アーム２６が一端部３６から他端部３７に延びる方向Ｃ２との向きが逆となる状態である。

言い換えると各角変位軸線Ｌ１〜Ｌ４が基準線１９に沿って並び、第３角変位軸線Ｌ３が第１角変位軸線Ｌ１とほぼ同じ位置に配置され、第２角変位軸線Ｌ２と第４角変位軸線Ｌ４とが第１角変位軸線Ｌ１に関して対称な位置となるように、各アーム２４〜２６が角変位した状態である。

さらに第１角変位軸線Ｌ１に垂直な仮想平面において、保持したウェハ２１を含むハンド部２７のウェハ保持ハンド領域８３が、第１角変位軸線Ｌ１から第２角変位軸線Ｌ２までの距離Ｅを半径として、第１角変位軸線Ｌ１を一回転する旋回領域８２の内に配置されるように、各アーム２４〜２６およびハンド部２７の長さが決定される。

このような状態となるように、各アーム２４〜２６およびハンド部２７が角変位された場合、多関節ロボット２０は、第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位したとしても、前記旋回領域８２の外方に移動することがない。

図９は、多関節ロボット２０のさらに他の動作の一例を示す平面図である。図９は、搬送元位置８４に配置されるウェハ２１を搬送先位置８５に配置する場合であって、搬送先位置８５が、搬送先位置８４に対して第１角変位軸線まわりに９０度角変位した位置に配置される場合における多関節ロボット２０の動作の一例を示す。

制御手段５８は、ベース駆動手段５０によって、第１アーム２３が搬送元位置８４に向かうように角変位する。そしてアーム駆動手段５１によって、第２アーム２５および第３アーム２６が一方の分割領域８０に配置される状態、すなわち右手系の状態を保ち、ハンド部２７を搬送先位置８４に移動させる。そして図９（１）に示すように、ハンド部２７が搬送元位置８４に移動すると、ウェハ挟持手段５７によって、ウェハ２１を保持する。

制御手段５８は、ウェハ２１をハンド部２７に保持させると、アーム駆動手段５１によって、ハンド部２７を基台２２に向けて直線移動させる。このとき図９（１）〜図９（３）に示すように、各アーム２４〜２６は、右手系の状態に保った状態で角変位される。したがって第２アーム２５および第３アーム２６は、他方の分割領域８１、すなわち図９（１）〜図９（３）に示す基準線１９の左側の領域に移動することなく、ウェハ２１を保持して搬送することができる。

制御手段５８は、図９（４）に示すように、旋回半径が最小となる状態に第２および第３アーム２５，２６を角変位させた後、ベース駆動手段５０によって、図９（５）に示すように、第１アーム２３が搬送先位置８５に向くように、ベース部２３を角変位する。

次に制御手段５８は、アーム駆動手段５１によって、ハンド部２７を搬送先位置８５に直線移動させる。このとき図９（６）〜図９（８）に示すように、第２アーム２５および第３アーム２６が他方の分割領域８１に配置される状態、すなわち左手系の状態を保ち、ハンド部２７を搬送先位置８５に直線移動させる。したがって第２アーム２５および第３アーム２６は、一方の分割領域８０、すなわち図９（５）〜図９（８）に示す基準線１９の下側の領域に移動することなく、ウェハ２１を保持して搬送することができる。

これによって多関節ロボット２０は、図９に斜線で示す基台２２よりも左側の領域９０および図９に斜線で示す基台２２よりも下側の領域９１に、第２アーム２５および第３アーム２６が、配置されることがない。これによって動作占有領域を小さくすることができる。

さらに図９（４）〜図９（５）に示すように、各アーム２４〜２６およびハンド部２７が基準線１９に沿って一列に並び、かつハンド部２７が基台２２に近接した状態で、旋回半径が最小となるので、右手系から左手系への切換を容易に行うことができる。

これに対して従来技術の場合には、旋回半径が最小となる状態から、図１７（２）に示すように、第３アーム５とハンド部６との連結部分１２を基台７から第１方向に離反させて、各アーム３〜５を基準線９に沿って配置した後でないと、右手系から左手系または左手系から右手系に切り替えることができず、余分な動作が必要となる。

また右手系から左手系または左手系から右手系に切り替える場合には、図１７（２）に示すように、第１方向距離Ｄの領域が必要である。すなわち目標とする移動位置に対して、基台を挟んで反対側に余分な動作占有領域が必要となる。さらに右手系から左手系に変換したとしても、第２アームまたは第３アームが分割領域の両方に配置されており、本発明の実施の一形態の多関節ロボットに比べて動作占有領域が大きくなる。

このように本発明の多関節ロボット２０は、従来技術の多関節ロボット１に比べて、動作占有領域を小さくすることができるとともに、右手系から左手系へ切り替えにおける動作を短縮化することができ、かつ切換に必要な動作占有面積を小さくすることができる。

また本発明の多関節ロボット２０は、３つのアームを有して構成される。したがってウェハ２１を搬送する距離が決定されている場合、２つのアームを有する場合に比べて、アームの長さを短くすることができる。これによって動作占有領域を小さくすることができる。

逆に各アームの長さが決定されている場合には、２つのアームを有する場合に比べて、ウェハ２１の搬送距離を大きくすることができる。また基台２２を移動させる走向レールを有する他の多関節ロボットに比べて、フットプリントを小さくすることができるとともに、発塵の可能性を低減することができる。このように本発明の多関節ロボット２０は、動作占有領域およびフットプリントを小さくし、さらに発塵の可能性を低減することによって、半導体ウェハ２１の搬送に好適に用いることができる。

また本発明の多関節ロボット２０は、第２アーム２５および第３アーム２６を連動して角変位することができるので、駆動手段の数を低減することができる。これによって生産コストを低下することができる。また基台２２に駆動手段が内蔵されることによって、各アーム２４〜２６のいずれかにアーム駆動手段５１を内蔵する必要がなく、各アーム２４〜２６を小型化および軽量化することができる。

本実施の形態では、歯車を用いたいわゆるギアトレインによって、アーム駆動手段５１からの動力を第２アーム２５、第３アーム２６およびハンド部２７に伝達する。これによってベルトを用いたベルト動力伝達機構の場合比べて、各アーム２４〜２６の剛性を向上することができる。たとえばベルト動力伝達機構では、各アーム２４〜２６を急速移動または急速停止させた場合に、ベルトの伸びによって、アーム２４〜２６に角変位方向のぶれが生じる可能性が大きい。これによって正確な位置決めができない場合がある。またウェハ２１の保持不良の原因となる場合がある。

これに対して本発明では、可及的にバックラッシが少ない状態で歯車をかみ合わせることによって、ベルトに比べてアームのぶれを低減することができる。アームが３つである場合には、ぶれの影響が大きくなるが、歯車を用いることによってそのぶれを低減することができる。

またハンド部２７のエアシリンダに圧縮空気を供給するハーネスが多関節ロボット２０を挿通する。具体的には、ハーネスは、基台２２から第１トルク伝達軸６０、第１アーム２５、第２トルク伝達軸６５、第２アーム２６、第３トルク伝達軸７０、第３アーム２７、第３連結軸７４を挿通してエアシリンダに接続される。ハーネスがアーム内に内蔵されることによって、発塵の可能性をさらに低下することができる。また第２アーム２５が角変位するにあたって、上述のような関節構造とすることによって、従来技術に比べてハーネスの移動代を短くすることができ、ハーネスの長さを短くすることができる。

また図８に示すように、第１アーム２４が一端部２８から他端部２９に延びる方向Ｃ１と、第２アーム２５が一端部３０から他端部３１に延びる方向および第３アーム２６が一端部３２から他端部３３に延びる方向Ｃ２との向きが逆方向となるように各アーム２４〜２６が基準線１９に沿って一列となるように角変位した状態で、旋回半径Ｅが最小となるように、第１〜第３アーム２４〜２６およびハンド部２７の長さが決定される。

これによって図９に示すように、ハンド部２７を移動中に、右手系から左手系に切換えた場合であっても、従来技術のように動作占有領域が大きくなることがない。したがって第２アーム２５と第３アーム２６とが配置される分割領域を切り替えるために、余分な動作占有領域を必要とせず、従来技術に比べて動作占有領域を小さくすることができる。さらに図１７（２）に示すような従来技術の動作を必要とせず、短時間でウェハ２１を目標位置に搬送することができる。

以上のように本発明の実施の一形態によれば、各アーム２４〜２６の動作占有領域を小さくすることができる。これによって予め定められるハウジングの収容空間に、ロボットとロボット以外の他の装置とが配置される場合に、ロボット以外の他の装置の設置スペースを大きくすることができる。また予め定める収容空間を小型化することができ、ハウジング内を効率的に清浄化することができる。

図１０は、本発明の多関節ロボット２０の他の使用状態を示す平面図であり、図１１は、多関節ロボット２０の他の使用状態を示す側面図である。本発明の実施の一形態の多関節ロボット２０は、ベース部２３および第２アーム２５から第１アーム２４を取外して、第２アーム２５をベース部２３に連結することができる。

このように第１アーム２４を取外すことによって、第２アーム２５および第３アーム２６を有する多関節ロボットを実現することができる。この場合、第２アーム２５は、ベース部２３に着脱自在に一体に連結される。具体的には、第２アーム２５は、長手方向一端部３０がベース部２３に連結される。第２アーム２５は、基台２２に対して第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位自在にベース部２３に連結される。また、第２アーム２５に連結される第３アーム２６および第３アーム２６に連結されるハンド部２７は、上述した構成と同様である。

第２アーム２５は、ベース部駆動手段５０によってベース部２３とともに、基台２２に対して第１角変位軸線Ｌ１まわりを角変位する。また第２アーム２５は、アーム駆動手段５１によってベース部２３に対して第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位する。

図１２は、動力伝達機構を説明するために他の使用例の多関節ロボット２０を簡略化して示す断面図である。他の使用例の多関節ロボット２０は、第２アーム２５とベース部２３との連結状態が、図５に示す場合と異なる。

具体的には、第２アーム２５の一端部がベース部２３に一体に連結される。そして第１トルク伝達軸６０は、基台２２の内部空間と、第２アーム２５の内部空間とを連通する。第１トルク伝達軸６０の外周部には、第２アーム２５の内部空間に配置される歯車６８が連結される。第２アームは、第２角変位軸線Ｌ２が第１角変位軸線Ｌ１と同軸となる状態で、ベース部２３に連結される。また第１トルク伝達軸６０は、第２角変位軸線Ｌ２まわりに角変位自在に設けられる。

第２サーボモータ１５０によって第１トルク伝達軸６０が第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位する場合には、第１トルク伝達軸６０から第２アーム内の歯車６８、６６，６７を開して、第２連結軸６９に回転力が伝達される。回転力が伝達されて第２連結軸６９が角変位することによって、第３アーム２６が第２アーム２５に対して第３角変位軸線Ｌ３まわりに角変位する。

このような歯車伝達機構とすることによって第３アーム２６は、第２アームの２倍の角変位量で、第２アームが角変位する周方向と反対方向に角変位する。したがって各アーム内の歯車を変更することなく、第１アーム２４を着脱するだけで、３つのアームを有する多関節ロボットと、２つのアームを有する多関節ロボットに容易に変更することができ、利便性を向上することができる。

たとえば２つのアームを有する多関節ロボットと３つのアームを有する多関節ロボットとで、各構成部品を共通化することができ、生産コストを低減することができる。また多関節ロボットを設置したあとで、アームの数を容易に変更することができ、別途多関節ロボットを設置しなおす必要がない。

図１３および図１４は、多関節ロボット２０の他の動作状態を示す図である。多関節ロボット２０は、塵や埃などがない清浄な状態に保たれたハウジング１０５内の清浄領域１０１に配置される。多関節ロボット２０は、清浄領域１０１内で、カセットの保持位置１０３にあるウェハ２１を取出し、予め定められる処理位置１０２にウェハを搬送する。処理位置１０２に搬送されたウェハ２１は、処理装置によってプロセス処理、たとえばエッチング処理が施される。

また多関節ロボット２０は、プロセス処理されて処理位置１０２に保持されるウェハ２１を保持し、カセットの保持位置１０３に再び収容する。カセットは、フープ１０４に収容される。フープ１０４は、その内部空間にカセットを有し、内部空間と外部空間を開放および遮蔽可能に形成される。フープ１０４は、内部空間と外部空間とを遮蔽した状態で、ハウジング１０５に隣接して連結される。そして開放状態とすることで、フープ１０４の内部空間を清浄領域１０１に開放する。本実施の形態では、複数、たとえば３つのフープ１０４が並んでハウジングに連結される。

図１４（１）に示すように、多関節ロボット２０は、複数のうち１つのフープ１０４のカセットに収容されるウェハ２１を取出す。多関節ロボット２０の制御手段５８は、フープ１０４に予め定められる移動方向１０６に沿ってハンド部２７が移動するように、アーム駆動手段５０およびハンド駆動手段１００を制御する。すなわちハウジング１０５に対するハンド部２７の姿勢を保ち、言い換えると、基台２２に対するハンド部２７の姿勢を変更して、ウェハ２１の保持位置１０３に近接移動する。

そしてウェハ２１を保持した後、図１４（２）〜（３）、図１５（１）〜図１５（３）に示すように、予め定める経路に従ってウェハ２１を処理位置１０２に移動させる。このときハンド駆動手段１００によって、ハンド部２７の基台２２に対する姿勢を変更しながら、ウェハ２１を搬送することによって、さらに小さい動作占有領域１０７で動作させることができる。また処理位置１０２にあるウェハ２１をカセットの保持位置１０３に搬送する場合も同様である。

本実施の形態では、上述したように３つのアームを有するので、ハンド部を移動可能な移動範囲が２つのアームを有する場合に比べて大きい。これによって複数のフープ１０４がハウジング１０５に連結される場合であっても、任意のフープ１０４のカセットに収容されるウェハ２１を処理位置に搬送することができる。

これに対して２つのアームを有する多関節ロボットを用いた場合には、各アームの長さが長くなり、動作占有領域が大きくなる。また２つのアームと基台を移動させる移動機構を有する場合には、動作占有領域とともにフットプリントが大きくなるという問題がある。本発明の多関節ロボットは、動作占有領域およびフットプリントを小さくすることができる。

またウェハ２１の目標処理数、処理工程の変更に応じて、ハウジングに連結されるフープ１０４の数が低減される場合がある。この場合、ハンド部２７が移動すべき移動距離が短くなる。この場合には、第１アームを取外すことで、第２アームと第３アームを有する多関節ロボットに容易に変更することができる。これによって別途多関節ロボットを準備することなく、ハウジングに連結されるフープ数の変更に柔軟に対応することができる。

またハンド部２７を第３アーム２６に対して角変位させることができるので、ハンド部２７を予め定める位置に配置した場合に、ハンド部２７の姿勢を任意に選択することができる。これによってハンド部２７を予め定める位置に配置したときの姿勢が予め設定される場合に対応することができ、利便性を向上することができる。

またハウジング内の空間は、狭隘な空間であって、ハウジングの壁面にアームが衝突することを防ぐために、基台と搬送先と搬送元との位置に基づいて、多関節ロボットを右手系および左手系に随時変更する必要がある。本実施の形態では、右手系と左手系に切換可能な状態で、ベース部２３を第１角変位軸線Ｌ１まわりに角変位させることができ、動作占有領域を小さくすることができる。

上述した本発明の形態は、実施の一形態であって発明に範囲内において構成を変更することができる。ハンド部２７を有してウェハ２１を搬送する多関節ロボットの形態を説明したが他の用途に用いられてもよい。たとえばハンド部に換えて他のエンドエフェクタを装着することによって、接着装置または塗装装置など他の装置として実現することができる。このように本発明は、エンドエフェクタを変位駆動する多関節アクチュエータの関節構造に用いることができ、占有動作範囲を小さくすることができる。なお、本発明の多関節ロボットは、上述したように占有動作範囲を小さくすることができるので、ハウジング内の空間のように、限定された狭隘な空間に配置することができる。狭隘な空間は、たとえば、ロボットアームの最大動作可能領域よりも小さい空間である。最大動作可能領域は、ベース部から第２アームの他端部を最も離反させた状態で、第１角変位軸線まわりに回転したときに第２アームの他端部が描く円内の空間である。また上述したように第２角変位軸線Ｌ２と第３角変位軸線Ｌ３との間の距離である第２距離Ｒ２と、第３角変位軸線Ｌ３と第４角変位軸線Ｌ４との間の距離である第３距離Ｒ３とが等しい長さに設定されればよく、第１角変位軸線Ｌ１と第２角変位軸線Ｌ２との長さは、第２および第３距離Ｒ２、Ｒ３に対して少々ずれていてもよい。また本実施の形態では、第１角変位軸線Ｌ１は、鉛直方向に延びるとしたが、その他の方向に延びてもよい。

また本実施の形態では、ハンド部２７を角変位駆動するハンド駆動手段１００が設けられたが、前記連動手段と同様にして第３アームの角変位に連動して、ハンド部２７を角変位してもよい。

本発明の実施の一形態である多関節ロボット２０を示す平面図である。多関節ロボット２０の側面図である。多関節ロボットの背面図である。多関節ロボット２０の電気的構成を示すブロック図である。動力伝達機構を説明するために多関節ロボット２０を簡略化して示す断面図である。多関節ロボット２０の動作の一例を示す平面図である。多関節ロボット２０の他の動作の一例を示す平面図である。多関節ロボット２０の旋回半径が最小となるように、第１〜第３アームおよびハンド部を屈曲させた状態を示す平面図である。多関節ロボット２０のさらに他の動作の一例を示す平面図である。本発明の多関節ロボット２０の他の使用状態を示す平面図である。多関節ロボット２０の他の使用状態を示す側面図である。動力伝達機構を説明するために他の使用例の多関節ロボット２０を簡略化して示す断面図である。多関節ロボット２０の他の動作状態を示す図である。多関節ロボット２０の他の動作状態を示す図である。従来技術の多関節ロボット１を示す平面図である。従来技術の多関節ロボット１の変形状態を示す平面図である。従来技術の多関節ロボット１の他の変形状態を示す平面図である。

符号の説明

１９基準直線
２０多関節ロボット
２１半導体ウェハ
２２基台
２３ベース部
２４第１アーム
２５第２アーム
２６第３アーム
２７ハンド部
５０ベース駆動手段
５１アーム駆動手段
５４連動手段
Ｌ１第１角変位軸線
Ｌ２第２角変位軸線
Ｌ３第３角変位軸線
Ｌ４第４角変位軸線

Claims

予め定められる第１角変位軸線を有し、第１角変位軸線まわりに角変位自在に設けられるベース部と、
一端部がベース部に一体に連結され、他端部に第１角変位軸線に平行な第２角変位軸線を有する第１アームと、
一端部が前記第１アームの他端部に連結され、他端部に前記第１角変位軸線に平行な第３角変位軸線を有し、前記第２角変位軸線まわりに角変位自在に設けられる第２アームと、
一端部が前記第２アームの他端部に連結され、前記第３角変位軸線まわりに角変位自在に設けられる第３アームと、
第２アームと第３アームとを連動させ、第２アームが第１アームに対して第２角変位軸線まわりに周方向一方に角変位する角度の２倍の角度で、第３アームを第２アームに対して第３角変位軸線まわりに周方向他方に角変位させる連動手段と、
ベース部を第１角変位軸線まわりに角変位するベース部駆動手段と、
第２アームを第２角変位軸線まわりに角変位するアーム駆動手段と、
第３アームに第４角変位軸線まわりに角変位自在に連結され、ワークを保持するエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタを、前記第４角変位軸線まわりに角変位するエンドエフェクタ駆動手段とを含み、
第３角変位軸線が第１角変位軸線とほぼ同じ位置に配置され、第２角変位軸線と第４角変位軸線とが第１角変位軸線に関して対称な位置となるように、第１〜第３アームが角変位した状態で、ワークを保持したエンドエフェクタの前記ワークを含む領域が、第１角変位軸線から第２角変位軸線までの距離を半径として、第１角変位軸線を一回転したときの旋回領域内に配置されるように、前記第１〜第３アームおよびエンドエフェクタの長さが選ばれていることを特徴とする多関節ロボット。
第１アームは、ベース部および第２アームに対して着脱可能に設けられ、
第２アームは、一端部がベース部に連結可能であって、第２アームとベース部とが連結された状態で、ベース部に対して前記第１角変位軸線まわりに角変位可能に設けられ、
連動手段は、第２アームがベース部に対して第１角変位軸線まわりに周方向一方に角変位する角度の２倍の角度で、第３アームを第２アームに対して第３角変位軸線まわりに周方向他方に角変位させることを特徴とする請求項１記載の多関節ロボット。
前記連動手段は、歯車伝達機構によってアーム駆動手段からの駆動力を第２アームおよび第３アームに伝達することを特徴とする請求項１または２記載の多関節ロボット。
限定された狭隘な空間に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多関節ロボット。
予め定められる雰囲気に保たれるハウジング内に配置され、半導体ウェハを搬送することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多関節ロボット。