JP4168409B1 - 多関節ロボット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】搬送物を載置するハンド部(8)と、前記ハンド部(8)と連結され、少なくとも2つ以上の回転関節(3)、(4)、(5)を備え、前記ハンド部(8)を1方向に移動するように伸縮し、軸方向に対向するように配置された多関節アーム(1)と、前記多関節アーム(1)と上下に移動する移動機構(11)とを連結する支持部材(10)と、前記移動機構(11)に備えられた旋回機能を有する台座(13)とからなる多関節ロボット(1)において、前記移動機構(11)は、前記ハンド部(8)の移動方向と同方向にコラム(12)が配置され、前記移動機構(11)に配置された支持部材(10)は、前記ハンド部(8)の移動方向に直交する方向に突出し、前記多関節アーム(2)と連結されたものである。
【選択図】図1
Description
従来の多関節ロボット1は、図5に示すように関節部3,4,5により回転可能に連結されて回転駆動源よる回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム2を二組備えてなるもので、二組のアーム2に設けられる基端の関節部3の回転中心軸を上下(または軸方向)に配置するように構成されている。
多関節ロボット1は、二組のアーム2を備え、一方のアーム駆動型装置2を供給用、他方を取り出し用とし、ワーク9の供給動作と別のワーク9の取り出し動作とを同時に行うことを可能としている。
また、従来の多関節ロボット1は、アーム2によりワーク9を保持するハンド部8は図中矢印Xで示すワーク9の取り出し・供給方向に直線移動可能であるように構成される。
また、従来の多関節ロボット1は、アーム2が設けられている支持部材10を上下に移動させる移動部材11(以下、上下移動機構11と呼ぶ)を備えて、アーム2の上下位置を調整可能としている。また、上下移動機構11の台座13は回動可能に設けられ、多関節ロボット1を旋回して向きを変えられるようにしている。
さらに、本実施形態の多関節ロボット1では、図中矢印Yで示す方向、即ちハンド部8の移動方向と支持部材10の上下移動方向とのそれぞれに直交する方向に、台座13を基台14に対して移動可能に設けて上下移動機構11の位置を調整可能としている。
また、従来の多関節ロボット1に備えられる二組のアーム2は、例えば、複数の関節部を有するものであり、即ち多関節ロボット1は、水平多関節型ロボットとして構成される。本実施形態でのアーム2は、第一アーム6(以下、上腕6と呼ぶ)と、上腕6と連結される第二アーム7(以下、前腕7と呼ぶ)と、前腕7と連結されワーク9を保持するハンド部8とを備える。
上腕6の基端は、支持部材10に駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部3(以下、肩関節部3と呼ぶ)を構成する。この肩関節部3がアーム2の基端の関節部3となる。また、上腕6の先端と前腕7の基端とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部4(以下、肘関節部4と呼ぶ)を構成する。また、前腕7の先端とハンド部8とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な関節部5(以下、ハンド関節部5と呼ぶ)を構成する。肩関節部3の回転中心軸が同軸上であるように、上下方向に対面するように配置する。
アーム2は、図示しない回転駆動源により肩関節部3と肘関節部4とハンド関節部5とを回動させて、ハンド部8をワーク取り出し・供給方向に移動させる。この際、アーム2では、その機構上、ハンド部8が一方向を向いて、上腕6と前腕7とを伸ばしきった伸長位置と、上腕6と前腕7とを折り畳んだ状態とした縮み位置との間を直線移動するように、伸縮動作を行う。
ここで、従来の多関節ロボット1では、図6に示すアーム2の縮み位置において、ハンド部8により保持されるワーク9の中心が、台座13の回転中心と一致するものとなるように設計されている。さらに、肩関節部4の回転中心と台座13の回転中心とをハンド部8の移動方向に対して直交方向にオフセットすることで台座13を回動させる際に多関節ロボット1の周囲に必要となる最小領域円15から肘関節部4やハンド部8が突出することがないようにして、多関節ロボット1の旋回半径を小さくすることができる。
また、液晶基板や半導体ウェハの生産枚数は、年々多くなっており、生産性を上げるためにロボットには、搬送する-プットが求められている。しかしながら、ロボットは機械部品を含んでいるためにメンテナンスが必要であり、メンテナンス時間もスループットに関わる大きなファクタとなっており、容易にメンテナンスできることが望まれている。
しかしながら、従来の多関節ロボットは、アーム基端が移動面から突出して搬送基板に対向するように配置された構造であるために、上下移動機構からの発塵を防ぐことができないことから細かな塵が基板上に堆積する等の問題が生じていた。
また、アームが上下移動機構により下方へ移動した場合、アームの支持部材は、台座と衝突するために上下移動機構の最下面まで移動することができず、可動範囲が狭くなるという問題が生じ、液晶基板や半導体ウェハを出し入れするストッカの高さが高くなるという問題が生じていた。さらに言うと、ストッカの高さは工場建物の高さに制限されるために、配置されるパネルや基板の枚数は、上下移動機構の可動範囲が狭くなることで少なくなり、生産性を低下させる問題が生じることになっている。
また、アーム基端にはモータやプーリなどがあるために、上下方向に厚い構造となっている。このために、ストッカ内の液晶基板や半導体基板を配置する間隔を広く取らざるを得なる問題が生じていた。つまり、ストッカ内に配置できるパネルや基板の枚数が少なくなることから生産性が低下すると言う問題が生じていた。これを回避するために、上下移動機構で出し入れする時にアームの高さを変えることが考えられるが、この場合は、アームを上下に移動させるシーケンスを繰り返すために時間がかかり、作業時間が長くなる等の問題が生じていた。
また、従来の多関節ロボットは、アーム基端が上下に同軸に配置された構造となっている。このために、アーム基端に配置された機構部品であるモータやプーリの交換を行うためには、片方のアームを取り外した後に交換する等の方法を取らざるを得ないため、メンテナンス時間が膨大に係り、生産性が低下するという問題が生じていた。
また、従来の多関節ロボットは、1つのコラム上を移動機構により支持部材が移動するために、ストッカが天井に届くほど高くなると、必然的にコラム長を長くする必要があり、剛性が低下するとともに、内部に配置された移動機構の案内機構もコラム長に合わせた長さにする必要がある。しかしながら、案内機構を長くする場合、案内精度が長くすることで低下するために移動機構で移動される支持部材の移動精度が低下し、アーム先端のハンド部8に載置された液晶基板や半導体ウェハの位置決め精度が低下することになり、ストッカに基板やウェハが衝突することが起こることから歩留まりの低下をまねくという問題が生じていた。
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、上下移動軸からの発塵による基板の汚染を防止するとともに、生産性を向上させた液晶用のガラス基板や半導体ウェハ等の薄板状のワークをストッカに出し入れする多関節ロボットを提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、搬送物を載置するハンド部と、前記ハンド部と連結され、少なくとも2つ以上の回転関節を備え、前記ハンド部を1方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アームと、上下に移動するようにコラムに取り付けられた上下方向に移動する移動機構と前記多関節アームとを連結する支持部材と、前記コラムの下端部に連結され、前記コラムに取り付けられた前記多関節アームを旋回する台座とからなる多関節ロボットにおいて、
前記移動機構は、前記ハンド部の上腕と前腕とを伸ばしきった伸長方向と同方向に前記コラムに配置され、前記移動機構に配置された支持部材は、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向に直交する方向かつ前記ハンド部の移動方向にオフセットし、前記ハンド部は、前記コラムへの前記台座の取り付け面と平行かつ前記移動機構の移動方向と直交するように移動し、前記支持部材に配置された肩関節の回転中心と、前記ハンド部の回転中心と、前記台座の回転中心との位置関係が、前記ハンド部を前記上腕と前記前腕とを折り畳んだ状態とした縮み位置に移動させた際に、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向および前記上腕と前記前腕とを折り畳んだ状態とした縮み方向の軸線上に一致するように前記伸張方向前方から前記肩関節の回転中心、前記台座の回転中心、前記ハンド部の回転中心の順番で配置されるように形成されたものである。
請求項2に記載の発明は、前記移動機構が、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向と同方向にコラムに配置され、前記移動機構に配置された支持部材は、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向に直交する方向に突出し、前記多関節アームと連結されたものである。
請求項3に記載の発明は、前記移動機構により前記コラムの最下位置に移動されたときに前記台座に干渉しないように前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向にオフセットした位置に配置されたものである。
請求項4に記載の発明は、略コの字に構成され、上下に配置された前記支持部材の前記多関節アームの基端の前記回転関節の位置が、オフセットした位置に配置されたものである。
請求項5に記載の発明は、略コの字に構成され、上下に配置された前記支持部材の前記多関節アームの基端の前記回転関節の位置のいずれか一方が、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向にオフセットした位置に配置されたものである。
請求項6に記載の発明は、略コの字に構成され、上下に配置された前記支持部材の前記多関節アームの基端の前記回転関節の位置の下側に配置された前記回転関節の位置が、上側の前記回転関節の位置に対して、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向にオフセットした位置に配置されたものである。
請求項7に記載の発明は、前記移動機構が、保護カバーで覆われ、前記コラムからの発塵を抑制するシールド機能を有するものである。
請求項8に記載の発明は、前記コラムが、複数個のブロックが連結された構造にしたものである。
請求項9に記載の発明は、前記コラムのブロックには、前記移動機構を上下方向に移動する際に案内する案内機構の配置を調整する開口部を備えたものである。
請求項10に記載の発明は、前記コラムのブロックの連結部が、嵌合構造が形成されたものである。
請求項3から8に記載の発明によると、移動機構が、ハンド部の移動方向と同方向にコラムに配置され、移動機構に配置された支持部材は、ハンド部の移動方向に直交する方向に突出し、前記多関節アームと連結された構造であることから、摺動部が液晶基板や半導体ウェハに対面することがなく配置されており、摺動部からの発塵は直接液晶基板や半導体ウェハに堆積することがないことから、液晶基板や半導体ウェハの汚染を低減できるとともに、基板やウェハの生産上の歩留まりを向上させることができる。
請求項4に記載の発明によると、支持部材は、前記移動機構により前記コラムの最下位置に移動されたときに前記台座に干渉しないように前記ハンド部の移動方向にオフセットした形状に形成されたことにより、支持部材は台座と衝突することなく、上下移動機構の最下面まで移動することができ、可動範囲を広くすることができる。このため、液晶基板や半導体ウェハを出し入れするストッカの高さが高くしなくても、ストッカ下部にも液晶基板や半導体ウェハを配置できるようになり、基板やウェハの枚数は、上下移動機構の可動範囲を広くできることから、多く配置できるようになる。このようなことから工場全体の生産性は高められることになる。
請求項5から8に記載の発明によると、上下に配置された前記支持部材の前記回転関節が、相対的にオフセットした位置に配置されたことで、
請求項9から11に記載の発明によると、前記コラムは、複数個のブロックが連結された構造にしたことから、工場の天井に届くほど高いストッカにもブロックのコラムを連結することで対応できるとともに、長くなる移動機構の案内機構についても案内精度を低下することがないので、移動機構で移動される支持部材の移動精度も低下することがない。このためにハンドに載置された液晶基板や半導体ウェハの位置決め精度も低下することなく搬送され、ストッカに基板やウェハの衝突による歩留まりの低下をまねくこともない。
本発明の多関節ロボット1は、図示しないストッカの高層化に対応するために複数ブロックに分けられたコラム12が連結された構造となっている。このように各コラムブロック16を順次連結することで高層に対応した高さをもつ多関節ロボット1を形成している。本実施例では、4つのコラムブロック16が連結された構造となっている。各コラムブロック16の両端面は、コラムブロック16間が連結されるように嵌合構造となっており、さらに、リニアガイドからなる案内機構を精度良く配置するために図示しない位置決め穴を有し、位置決め冶具を用いて調整することで組み立てられる。
また、本発明の多関節ロボット1は、関節部3,4,5により回転可能に連結されて回転駆動源よる回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム2を二組備えている。また、アーム2によりワーク9を保持するハンド部8は図中矢印Xで示すワーク9の取り出し・供給方向に直線移動可能であるように構成される。また、二組のアーム2に設けられる基端の関節部3の回転中心軸の関係は、図2に示すように、上アーム21の基端の関節部3に対してハンド部8の移動方向にずれるように下アーム22の基端の関節部3が配置するように構成されている。
また、アーム2が設けられている支持部材10を上下に移動させる上下移動部材11を備えて、アーム2の上下位置を調整可能としている。また、上下移動機構11の台座13は回動可能に設けられ、多関節ロボット1を旋回して向きを変えられるようにしている。ここで、上下移動機構11は、ハンド部8の移動方向と同方向に配置され、支持部材10は上下駆動機構11からハンド部8の移動方向に対して直交する方向に突出し、アーム2の基端の関節部3に連結されている。また、下アーム22に連結する支持部材10は、アーム2が上下移動機構11により下方へ移動した際に、台座13に干渉しないように図2に示すようにハンド部8の移動方向にオフセットした形状を形成している。また、上下移動機構11は、図示しないシールド機能を有する保護カバーで覆われ、コラム12内部からの発塵を抑制している。
本発明が特許文献1と異なる部分は、上下移動機構がハンド部の移動方向と同方向に配置され、上下移動機構とアーム2の基端の関節部とを連結する支持部材10がハンド部の移動方向に直交するように突出し、かつ下アーム22と連結する支持部材10が台座13に干渉しないようにハンド部の移動方向にオフセットしたように形成された部分である。
上腕6の基端は、支持部材10に駆動軸を介して連結されて、回動可能な肩関節部3を構成する。この肩関節部3がアーム2の基端の関節部3となる。また、上腕6の先端と前腕7の基端とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な肘関節部4を構成する。また、前腕7の先端とハンド部8とが駆動軸を介して連結されて、回動可能なハンド関節部5を構成する。
アーム2は、図示しない回転駆動源により肩関節部3と肘関節部4とハンド関節部5とを回動させて、ハンド部8をワーク取り出し・供給方向に移動させる。この際、アーム2では、その機構上、ハンド部8が一方向を向いて、上腕6と前腕7とを伸ばしきった伸長位置と、上腕6と前腕7とを折り畳んだ状態とした縮み位置との間を直線移動するように、伸縮動作を行う。
ここでは、図面が煩雑になるのを避けるために下アームを用いて説明したが、上アーム21についても同様に、ワーク9の中心は台座13の回転中心と一致するように設計されており、肩関節部3、ハンド関節部5と台座13の回転中心の位置関係も下アームと同じ構成である。
次に上下方向の動作について説明する。アーム2は、支持部材10に取り付けられ、上下移動機構11に上下方向に図示しないコントローラの指令により移動する。図3に示すように下方に移動する際には、支持部材10が台座13に衝突しないようにハンド8の移動方向にオフセットした形状を形成していることから支持部材10は、上下移動機構11の最下点の移動位置まで下降することが可能である。
尚、本発明では、上アームと下アームを有する多関節ロボットについて述べたが、上下いずれか一方のアームからなる多関節ロボットでも良いことは自明である。また、肩関節、肘関節とハンド関節の回転関節を有する多関節ロボットについて述べたが、ハンド関節部が固定された多関節ロボットについても同様な作用および効果を有することは当然である。
2 アーム
21 上アーム
22 下アーム
3 肩関節部
4 肘関節部
5 ハンド関節部
6 上腕
7 前腕
8 ハンド部
9 ワーク
10 支持部材
11 上下移動機構
12 コラム
13 台座
14 基台
15 最小領域円
16 コラムブロック
Claims (10)
- 搬送物を載置するハンド部(8)と、前記ハンド部(8)と連結され、少なくとも2つ以上の回転関節(3)(4)(5)を備え、前記ハンド部(8)を1方向に移動するように伸縮し、上下方向に対向するように配置された多関節アーム(21)(22)と、上下に移動するようにコラム(12)に取り付けられた上下方向に移動する移動機構(11)と前記多関節アーム(21)(22)とを連結する支持部材(10)と、前記コラム(12)の下端部に連結され、前記コラム(12)に取り付けられた前記多関節アーム(21)(22)を旋回する台座(13)とからなる多関節ロボットにおいて、
前記移動機構(11)は、前記ハンド部(8)の上腕(6)と前腕(7)とを伸ばしきった伸長方向と同方向に前記コラム(12)に配置され、前記移動機構(11)に配置された支持部材(10)は、前記ハンド部(8)の前記上腕(6)と前記前腕(7)とを伸ばしきった伸長方向に直交する方向かつ前記ハンド部(8)の移動方向にオフセットし、前記ハンド部(8)は、前記コラム(12)への前記台座(13)の取り付け面と平行かつ前記移動機構(11)の移動方向と直交するように移動し、前記支持部材(10)に配置された肩関節(3)の回転中心と、前記ハンド部(8)の回転中心と、前記台座の回転中心との位置関係が、前記ハンド部(8)を前記上腕(6)と前記前腕(7)とを折り畳んだ状態とした縮み位置に移動させた際に、前記ハンド部(8)の前記上腕(6)と前記前腕(7)とを伸ばしきった伸長方向および前記上腕(6)と前記前腕(7)とを折り畳んだ状態とした縮み方向の軸線上に一致するように前記伸張方向前方から前記肩関節(3)の回転中心、前記台座の回転中心、前記ハンド部(8)の回転中心の順番で配置されるように形成されたことを特徴とする多関節ロボット。 - 前記移動機構は、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向と同方向にコラムに配置され、前記移動機構に配置された支持部材は、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向に直交する方向に突出し、前記多関節アームと連結されたことを特徴とする請求項1記載の多関節ロボット。
- 前記移動機構により前記コラムの最下位置に移動されたときに前記台座に干渉しないように前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向にオフセットした位置に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の多関節ロボット。
- 略コの字に構成され、上下に配置された前記支持部材の前記多関節アームの基端の前記回転関節の位置が、オフセットした位置に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の多関節ロボット。
- 略コの字に構成され、上下に配置された前記支持部材の前記多関節アームの基端の前記回転関節の位置のいずれか一方が、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向にオフセットした位置に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の多関節ロボット。
- 略コの字に構成され、上下に配置された前記支持部材の前記多関節アームの基端の前記回転関節の位置の下側に配置された前記回転関節の位置が、上側の前記回転関節の位置に対して、前記ハンド部の前記上腕と前記前腕とを伸ばしきった伸長方向にオフセットした位置に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の多関節ロボット。
- 前記移動機構は、保護カバーで覆われ、前記コラムからの発塵を抑制するシールド機能を有することを特徴とする請求項1に記載の多関節ロボット。
- 前記コラムは、複数個のブロックが連結された構造にしたことを特徴とする請求項1記載の多関節ロボット。
- 前記コラムのブロックには、前記移動機構を上下方向に移動する際に案内する案内機構の配置を調整する開口部を備えたことを特徴とする請求項8に記載の多関節ロボット。
- 前記コラムのブロックの連結部は、嵌合構造が形成されたことを特徴とする請求項8に記載の多関節ロボット。
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