JP5245935B2 - ロボットハンド及び移送ロボット - Google Patents

Description

本発明は、テンション（張力）をかけた状態でガラス基板等の基板（薄型基板）を保持するロボットハンド等に関する。

ガラス基板等の基板（薄型基板）を移送する際に移送ロボットが用いられており、移送ロボットにおけるロボットアームの先端部には、基板を保持するロボットハンドが設けられている。また、近年、基板のプロセス処理等の要請からロボットハンドによる保持箇所が基板の両端部に限定されることが多く、このような場合には、基板の撓みを考慮して、ロボットハンドによってテンションをかけた状態で基板を保持するようになっている。そして、前述の場合におけるロボットハンドの構成等は、次のようになる。

移送ロボットにおけるロボットアームの先端部には、ハンド本体が設けられており、このハンド本体の一端側には、基板の一端部を保持する複数の第１保持具が設けられている。また、ハンド本体の他端側には、可動フレームが第１保持具に対して接近離隔する方向へ移動可能に設けられており、可動フレームには、基板の他端部を保持する複数の第２保持具が設けられている。そして、ハンド本体の適宜位置には、第１保持具に対して離隔する方向の推力を可動フレームに与えるエアシリンダ（アクチュエータの一例）が設けられている。

従って、基板を第１基板位置から第２基板位置に移送するには、まず、ロボットアームの先端部を第１基板位置に接近させて、複数の第１保持具によって基板の一端部を保持しかつ複数の第２保持具によって基板の他端部を保持する。そして、エアシリンダの作動によって前記離隔する方向の推力を可動フレームに与えることにより、ロボットハンドによってテンションをかけた状態で基板を保持することができる。

ロボットハンドによって基板を保持した後に、ロボットアームの先端部を第２基板位置に接近させることにより、基板を第１基板位置から第２基板位置に移送する。そして、エアシリンダによる推力付与状態を解除して、複数の第１保持具による保持状態及び複数の第２保持具による保持状態を解除する。これにより、基板をロボットハンドから取り外して、一連の基板の移送作業が終了する。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。

特開２００４−７９６１５号公報 特開２００５−９６０２７号公報

ところで、基板の実際のテンションは、エアシリンダの推力と、ハンド本体に対して移動可能な可動部としての可動フレーム及び複数の第２保持具に作用する慣性力（可動部の慣性力）との和によって決定される。そのため、基板の移送中（ハンドリング時）におけるロボットアームの先端部の加速度（ロボットハンドの加速度）又は可動部の質量（可動フレーム及び複数の第２保持具の質量）が大きくなると、可動部の慣性力及び基板の実際のテンションが増大し、それに伴って、複数の第１保持具及び複数の第２保持具による保持力を大きくしなけければならず、ロボットハンドの製造コストが増大するという問題がある。また、基板の移送中におけるロボットアームの先端部の加速度が変化すると、可動部の慣性力及び基板の実際のテンションが変動して、基板がロボットハンドから落下することがあり、基板の移送作業が繁雑化するという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のロボットハンド等を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、テンション（張力）をかけた状態で基板（薄型基板）を保持するロボットハンドにおいて、ハンド本体の一端側に設けられ、基板の一端部を保持する第１保持具と、前記ハンド本体の他端側に前記第１保持具に対して接近離隔する方向へ移動可能に設けられた可動フレームと、前記可動フレームに設けられ、基板の他端部を保持する第２保持具と、前記第１保持具に対して離隔する方向の推力を前記可動フレームに与えるアクチュエータと、前記ハンド本体の他端側に前記第１保持具に対して接近離隔する方向へ移動可能に設けられ、前記可動フレーム及び前記第２保持具の重量とバランスさせるカウンタウェイトと、前記ハンド本体の一端側に設けられた第１サポートに支持され、前記カウンタウェイトと前記可動フレームを連結する第１連結部材と、前記ハンド本体の他端側に設けられた第２サポートに支持され、前記カウンタウェイトと前記可動フレーム連結する第２連結部材と、を具備したことを要旨とする。

なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、ブラケット等の介在部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。

ロボットアームの先端部に第１の特徴からなる前記ロボットハンドを装備した移送ロボットを用いて、基板を第１基板位置から第２基板位置に移送するには、まず、前記ロボットアームの先端部を前記第１基板位置に接近させて、前記第１保持具によって基板の一端部を保持しかつ前記第２保持具によって基板の他端部を保持する。そして、前記アクチュエータの作動によって前記離隔する方向の推力を前記可動フレームに与えることにより、前記ロボットハンドによってテンションをかけた状態で基板を保持することができる。

前記ロボットハンドによって基板を保持した後に、前記ロボットアームの先端部を前記第２基板位置に接近させることにより、基板を前記第１基板位置から前記第２基板位置に移送する。そして、前記アクチュエータによる推力付与状態を解除すると共に、前記第１保持具による保持状態及び前記第２保持具による保持状態を解除する。これにより、基板を前記ロボットハンドから取り外して、基板の一連の移送作業が終了する。

ここで、前記ハンド本体の他端側に前記カウンタウェイトが前記第１保持具に対して接近離隔する方向へ移動可能に設けられ、前記第１連結部材が前記第１サポートに支持され、前記第２連結部材が前記第２サポートに支持されているため、前記ハンド本体に対して移動可能な可動部としての前記可動フレーム及び前記第２保持具に作用する慣性力（前記可動部の慣性力）の全部又は一部を相殺することができる。

本発明の第２の特徴は、基板を移送する際に用いられる移送ロボットにおいて、第１の特徴からなるロボットハンドを具備したことを要旨とする。

第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。

本発明によれば、前記可動部の慣性力（前記可動フレーム及び前記第２保持具の慣性力）の全部又は一部を相殺することができるため、基板の移送中におけるロボットアームの先端部の加速度（前記ロボットハンドの加速度）又は前記可動部の質量（前記可動フレーム及び前記第２保持具の質量）が大きくなっても、基板の実際のテンションの増大を抑えることができ、前記第１保持具及び前記第２保持具による保持力を大きくする必要がなくなって、前記ロボットハンドの製造コストの低減を図ることができる。

また、同じ理由により、基板の移送中における前記ロボットアームの先端部の加速度が変化しても、基板の実際のテンションの変動を抑え、基板が前記ロボットハンドから落下することを確実に防止して、基板の移送作業の能率向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係るロボットハンドの正面図である。 本発明の実施形態に係るロボットハンドの側面図である。

本発明の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。

なお、図面中、「Ｕ」は、上方向を指し、「Ｄ」は、下方向を指してある。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係るロボットハンド１は、ガラス基板等の基板（薄型基板）Ｗを移送する際に用いられる移送ロボット３の主要な構成要素であって、テンション（張力）かけた状態で基板Ｗを把持（保持の一例）するものである。そして、本発明の実施形態に係るロボットハンド１の具体的な構成等は、次のようになる。

即ち、移送ロボット３における多関節構造のロボットアーム５の先端部には、四角形状のハンド本体９が少なくとも３方向の自由度を有するリスト部７を介して設けられており、このハンド本体９の一端側には、ハンド幅方向（ロボットハンド１の幅方向）Ｗへ延びた第１取付アーム１１が設けられている。また、第１取付アーム１１には、基板Ｗの一端部を把持する複数の第１クランパ１３（第１保持具の一例）がハンド幅方向Ｗに間隔を置いて設けられており、換言すれば、ハンド本体９の一端側には、複数の第１クランパ１３が第１取付アーム１１を介して設けられている。ここで、各第１クランパ１３は、クランプ・アンクランプ方向へ揺動可能なクランパジョー１５を備えている（図２参照）。

なお、第１取付アーム１１に複数の第１クランパ１３が設けられる代わりに、他の第１保持具として、基板Ｗの一端部を吸着（保持の一例）する複数の第１吸着パッド（図示省略）が設けられるようにしても構わない。

ハンド本体９の他端側（換言すれば、ハンド本体９における第１クランパ１３の反対側）には、ハンド長さ方向（ロボットハンド１の長さ方向）Ｌへ延びた一対の第１ガイドレール１７が設けられており、一対の第１ガイドレール１７には、可動フレーム１９がハンド長さ方向Ｌ（第１クランパ１３に接近離隔する方向の一例）へ移動可能に設けられており、換言すれば、ハンド本体９の他端側には、可動フレーム１９が一対の第１ガイドレール１７を介してハンド長さ方向Ｌへ移動可能に設けられている。

また、可動フレーム１９の他端側には、ハンド幅方向Ｗへ延びた第２取付アーム２１が設けられており、第２取付アーム２１には、基板Ｗの他端部を把持する複数の第２クランパ２３（第２保持具の一例）がハンド幅方向Ｗに間隔を置いて設けられており、換言すれば、可動フレーム１９の他端側には、複数の第２クランパ２３が第２取付アーム２１を介して設けられている。ここで、各第２クランパ２３は、クランプ・アンクランプ方向へ揺動可能なクランパジョー２５を備えている（図２参照）。

なお、第２取付アーム２１に複数の第２クランパ２３が設けられる代わりに、他の第２保持具として、基板Ｗの他端部を吸着する複数の第２吸着パッド（図示省略）が設けられるようにしても構わない。

ハンド本体９における一対の第１ガイドレール１７の近傍には、第１クランパ１３に対して離隔する方向（換言すれば、ハンド本体９の他端方向）の推力を可動フレーム１９に与えるエアシリンダ２７（アクチュエータの一例）が設けられており、このエアシリンダ２７におけるピストンロッド２９は、可動フレーム１９の適宜位置に連結してある。

ハンド本体９の他端側には、ハンド長さ方向Ｌ（換言すれば、第１ガイドレール１７の長手方向と同方向）へ延びた一対の第２ガイドレール３１Ａ及び一対の第２ガイドレール３１Ｂが設けられており、各一対の第２ガイドレール３１Ａ（３１Ｂ）には、カウンタウェイト３３Ａ（３３Ｂ）がハンド長さ方向Ｌへ移動可能に設けられており、換言すれば、ハンド本体９の他端側には、一対のカウンタウェイト３３Ａ，３３Ｂが一対の第２ガイドレール３１Ａ及び一対の第２ガイドレール３１Ｂを介してハンド長さ方向Ｌへ移動可能に設けられている。また、一対のカウンタウェイト３３Ａ，３３Ｂは、ハンド本体９に対して移動可能な可動部としての可動フレーム１９、第２取付アーム２１、及び複数の第２クランパ２３の重量とバランスさせるものであって、可動部の重量（可動フレーム１９、第２取付アーム２１、及び複数の第２クランパ２３の重量）に相当する重量を有している。

ハンド本体９の一端側には、一対の第１滑車３５Ａ，３５Ｂ（第１サポートの一例）がブラケット３７Ａ，３７Ｂを介して回転自在に設けられており、各第１滑車３５Ａ（３５Ｂ）には、カウンタウェイト３３Ａ（３３Ｂ）と可動フレーム１９を連結する第１連結ワイヤ３９Ａ（３９Ｂ）（第１連結部材の一例）が支持されている。また、ハンド本体９の他端側には、一対の第２滑車４１Ａ，４１Ｂ（第２サポートの一例）がブラケット４３Ａ，４３Ｂを介して回転自在に設けられており、各第２滑車４１Ａ（４１Ｂ）には、カウンタウェイト３３Ａ（３３Ｂ）と可動フレーム１９を連結する第２連結ワイヤ４５Ａ（４５Ｂ）（第２連結部材の一例であって、図中の太線部分）が支持されている。

なお、各第１連結ワイヤ３９Ａ（３９Ｂ）が第１滑車３５Ａ（３５Ｂ）に支持される代わりに、他の第１連結部材としてのＬ型の第１連結リンク（図示省略）が第１サポートとしての第１支持軸（図示省略）に支持されるようにしても構わない。同様に、各第２連結ワイヤ４５Ａ（４５Ｂ）が第２滑車４１Ａ（４１Ｂ）に支持される代わりに、他の第２連結部材としてのＬ型の第２連結リンク（図示省略）が第２サポートとしての第２支持軸（図示省略）に支持されるようにしても構わない。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

移送ロボット３を用いて、基板Ｗを第１基板位置から第２基板位置に移送するには、まず、ロボットアーム５の先端部を第１基板位置に接近させて、複数の第１クランパ１３によって基板Ｗの一端部を把持しかつ複数の第２クランパ２３によって基板Ｗの他端部を把持する。そして、エアシリンダ２７の作動によって前記離隔する方向の推力を可動フレーム１９に与えることにより、ロボットハンド１によってテンションをかけた状態で基板Ｗ（基板Ｗの両端部）を把持することができる。

ロボットハンド１によって基板Ｗを把持した後に、ロボットアーム５の先端部を第２基板位置に接近させることにより、基板Ｗを第１基板位置から第２基板位置に移送する。そして、エアシリンダ２７による推力付与状態を解除して、複数の第１クランパ１３による把持状態及び複数の第２クランパ２３による把持状態を解除する。これにより、基板Ｗをロボットハンド１から取り外して、移送ロボット３を用いた基板Ｗの一連の移送作業が終了する。

ここで、ハンド本体９の他端側に一対のカウンタウェイト３３Ａ，３３Ｂが一対の第２ガイドレール３１Ａ及び一対の第２ガイドレール３１Ｂを介してハンド長さ方向Ｌへ移動可能に設けられ、各第１連結ワイヤ３９Ａ（３９Ｂ）が第１滑車３５Ａ（３５Ｂ）に支持され、各第２連結ワイヤ４５Ａ（４５Ｂ）が第２滑車４１Ａ（４１Ｂ）に支持されているため、ハンド本体９に対して移動可能な可動部としての可動フレーム１９、第２取付アーム２１、及び複数の第２クランパ２３に作用する慣性力（可動部の慣性力）を相殺することができる。

従って、本発明の実施形態によれば、可動部の慣性力（可動フレーム１９、第２取付アーム２１、及び複数の第２クランパ２３の慣性力）を相殺することができるため、基板Ｗの移送中におけるロボットアーム５の先端部の加速度（ロボットハンド１の加速度）又は可動部の質量（可動フレーム１９、第２取付アーム２１、及び複数の第２クランパ２３の質量）が大きくなっても、基板Ｗの実際のテンションの増大を十分に抑えることができ、複数の第１クランパ１３及び複数の第２クランパ２３による把持力（保持力の一例）を大きくする必要がなくなって、ロボットハンド１の製造コストの低減を図ることができる。

また、同じ理由により、基板Ｗの移送中におけるロボットアーム５の先端部の加速度が変化しても、基板Ｗの実際のテンションの変動を十分に抑え、基板Ｗがロボットハンド１から落下することを確実に防止して、基板Ｗの移送作業の能率向上を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

Ｗ 基板（薄型基板）
１ ロボットハンド
３ 移送ロボット
５ ロボットアーム
７ リスト部
９ ハンド本体
１１ 第１取付アーム
１３ 第１クランパ
１５ クランパジョー
１７ 第１ガイドレール
１９ 可動フレーム
２１ 第２取付アーム
２３ 第２クランパ
２５ クランパジョー
２７ エアシリンダ
２９ ピストンロッド
３１Ａ 第２ガイドレール
３１Ｂ 第２ガイドレール
３３Ａ，３３Ｂ カウンタウェイト
３５Ａ，３５Ｂ 第１滑車
３９Ａ，３９Ｂ 第１連結ワイヤ
４１Ａ，４１Ｂ 第２滑車
４５Ａ，４５Ｂ 第２連結ワイヤ

Claims (4)

1. テンションをかけた状態で基板を保持するロボットハンドにおいて、
   ハンド本体の一端側に設けられ、基板の一端部を保持する第１保持具と、
   前記ハンド本体の他端側に前記第１保持具に対して接近離隔する方向へ移動可能に設けられた可動フレームと、
   前記可動フレームに設けられ、基板の他端部を保持する第２保持具と、
   前記第１保持具に対して離隔する方向の推力を前記可動フレームに与えるアクチュエータと、
   前記ハンド本体の他端側に前記第１保持具に対して接近離隔する方向へ移動可能に設けられ、前記可動フレーム及び前記第２保持具の重量とバランスさせるカウンタウェイトと、
   前記ハンド本体の一端側に設けられた第１サポートに支持され、前記カウンタウェイトと前記可動フレームを連結する第１連結部材と、
   前記ハンド本体の他端側に設けられた第２サポートに支持され、前記カウンタウェイトと前記可動フレーム連結する第２連結部材と、を具備したことを特徴とするロボットハンド。
2. 前記カウンタウェイトは、前記可動フレーム及び前記第２保持具の重量に相当する重量を有していることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記第１連結部材及び前記第２連結部材は、可撓性を有した第１連結ワイヤ及び第２連結ワイヤであって、前記第１サポート及び前記第２サポートは、前記ハンド本体に回転自在に設けられた第１滑車及び第２滑車であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットハンド。
4. 基板を移送する際に用いられる移送ロボットにおいて、
   請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載のロボットハンドを具備したことを特徴とする移送ロボット。

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