JP4168410B2 - 多関節ロボット - Google Patents

Description

本発明は、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に関する。

従来の多関節ロボットしては、肩関節部の回転中心と台座の回転中心とをオフセットすることで台座を回動させる際に多関節ロボットの旋回半径を小さくするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
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。
特開２００１−２７４２１８（第４頁〜５頁、図１、図２）

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は大型化が進み、処理する基板の枚数も増えるとともに短時間で処理することが求められ、さらには基板の歩留まりを上げるためにロボットからの発塵を極力抑えることが要求されている。このためロボットには、基板を配置するストッカが天井に届くほどの高さになるまで設備自体が大型化するにも関わらず、高速、高精度、低発塵を実現することが大きな課題となっている。一方、大型化する設備は、周囲のクリーン度を清浄に保つために多額の設備投資が必要となっており、そのためにストッカにはより多くの基板を配置させ、処理することが望まれている。また、多関節ロボットにはフットプリントを小さくして、工場に配置する装置との干渉がないように旋回半径を小さくすることも望まれている。
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、搬送スルー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。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
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、
前記ハンド部は、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方向を向いて、上腕と前腕とを伸ばしきった伸長位置と、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との間を直線移動し、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、前記多関節アームと連結され、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２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３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５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６に記載の発明は、前記支持部材に配置された前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、台座の回転中心とが、互いに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オフセットするように形成されたものである。
請求項７に記載の発明は、前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、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、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関して前記伸張方向前方から前記回転関節の回転中心、台座の回転中心、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、前記移動機構の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１および６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２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３から５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７および８に記載の発明によると、前記支持部材に配置された前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、台座の回転中心とがハンド部の移動方向の軸線上に一致するようにオフセットするように形成されたことで、ハンドが液晶基板や半導体ウェハを引き込んだ位置に来た場合、台座の回転機能により旋回しても基板やウェハの旋回半径から突出することなく旋回できるので、フットプリントを小さくして、工場に配置する装置との干渉がないようにロボットを配置できる。
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。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の多関節ロボットの斜視図である。図２は、本発明の多関節ロボットの上面図である。図３は本発明の多関節ロボットの正面図である。
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。

次に、動作について説明する。本発明の多関節ロボット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、従来のアーム２の構造と同様な構造を備えている。
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、本実施例の多関節ロボット１の旋回半径について下アーム２２を用いて説明する。図４に示すアーム２２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３の回転中心と、ハンド関節部５の回転中心と、台座１３の回転中心とがハンド部８の移動方向の軸線上に一致するよう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。
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。

このようなハンド部に物品を載置して搬送することによって物品の入れ替え作業をすることができるので、厚板や箱状の物品の搬送作業という用途にも適用できる。

本発明の実施例を示す多関節ロボットの斜視図 本発明の実施例を示す多関節ロボットの上面図 本発明の実施例を示す多関節ロボットの正面図 本発明の実施例を示す多関節ロボットの旋回半径を示す図 従来の多関節ロボットの斜視図 従来の多関節ロボットの旋回半径を示す図

符号の説明

１ 多関節ロボット
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)

1. 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、
   前記ハンド部（８）は、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、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との間を直線移動し、前記移動機構（１１）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、前記多関節アーム（２１）（２２）と連結され、前記移動機構（１１）により前記コラム（１２）の最下位置に移動されたときに前記台座（１３）に干渉しないように前記ハンド部（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にオフセットした位置に配置されたことを特徴とする多関節ロボット。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 前記支持部材に配置された前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、台座の回転中心とが、互いに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オフセットするように形成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。
7. 前記回転関節の回転中心と、ハンド部の回転中心と、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、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関して前記伸張方向前方から前記回転関節の回転中心、台座の回転中心、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ことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
8. 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。
9. 前記コラムのブロックには、前記移動機構の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。
10. 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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