JPH01240291A

JPH01240291A - ロボット

Info

Publication number: JPH01240291A
Application number: JP63067631A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Akutagawa; 芥川　光雄; Takashi Kuramochi; 倉持　貴史
Original assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Current assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Priority date: 1988-03-22
Filing date: 1988-03-22
Publication date: 1989-09-25
Also published as: US4972731A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】イ、産業上の利用分野本発明はロボットに関し、特にクリーンルーム用として
好適な例えば６軸の垂直多関節ロボットに関するもので
ある。

口、従来技術半導体技術を駆使したＩＣ（集積回路）が高性能化、高
集積化の要求に応えるためには、半導体装置を製造する
過程で特にゴミや塵埃等の不純物の混入を可能な限り防
止し、半導体を高純度に保持して処理しなければならな
い。　このために従来、クリーンルーム内で半導体の処
理を人間ではなくロボットに行わせることが注目され、
現に実現されている。

このようなりリーンルーム用ロボットにおいて、そのア
ーム部内に微粒子が発生し易いが、これを排出するため
に工場内に設置されているバキューム管等を用い、アー
ム部内の微粒子をそのままアーム部外へ強制的に流出さ
せている。　しかしながら、そうした排出機構では、ロ
ボットの関節の周りの可動部においてアーム部の外側に
吸引用の配管をはわせる必要があるため、却ってロボッ
ト外で微粒子を発生させる原因になる。　しかも、上記
の如きバキューム等を使用したものは、ロボットアーム
部自体の伸縮性又は可動性を妨げることにもなる。

ハ０発明の目的本発明の目的は、ロボソ１〜のクリーン度を高め、かつ
ロボット機能も向上させることのできる構造のロボット
を提供することにある。

ニ１発明の構成即ち、本発明は、アーム部内を通して気体を導びくため
の穴がアーム部間のジヨイントに設けられ、こ冶〃の穴
を通じて前記アーム部内の微粒子を前記気体の流れと共
に外部へ排出する排出手段を有しているロボットに係る
ものである。

ポ、実施例以下、本発明の詳細な説明する。

第１図〜第７図は、本発明を６軸の垂直多関節ロボソＩ
・に適用した実施例を示すものである。

第１Ｍは本実施例によるロボットの平面図、第３図は同
ロポノｌ−の正面図であるが、まずこのロボソＩ・の各
アーム部に関連したジヨイントについて説明する。

第１のジヨイント、Ｊｌにおいては、エンコーダＥ　（
Ｊｌ）を有するモーターＭ（Ｊｌ）によって、ハーモニ
・７クドライブＨＤ（Ｊｌ＞を介して出力軸２　（Ｊｌ
　）が水平回転駆動される。　このジョイン）Ｊｌ　自
体はほぼ垂直に固定され、出力軸２（Ｊｌ）とモーター
Ｍ　（Ｊｌ　）とはタイミングヘルドＴＢ（Ｊｌ）を介
して連結されている。

第２のジヨイントＪ２は、エンコーダＥ（ＪＺ）付きの
モーターＭ（ＪＺ）の駆動力がブレーキＢ（ＪＺ）付き
の回転軸１０（ＪＺ）、タイミングプーリーＴＰＩ（Ｊ
Ｚ）、、タイミングベルトＴＢ（ＪＺ）、タイミングプ
ーリーＴＰ、（ＪＺ）、ハーモニックドライブＨＤ　（
ＪＺ）　を介して出力軸２（、ＪＺ）に伝達される。　
この出力軸２（ＪＺ）は垂直面に沿って回転駆動せしめ
られる。　このジヨイントＪ２では、後述する垂直面に
沿った回転を行う出力軸のあるジヨイントも同様である
が、アーム部１（ＪＺ）側の出力軸２（、ＪＺ）とは反
対側にハーモニックドライブＨＤ（、ＪＺ）の入力軸１
１　（ＪＺ）が配され、この入力軸１１（ＪＺ）とモー
ターＭ　（ＪＺ）の回転軸１０（ＪＺ）とが駆動伝達手
段としてのプーリーＴＰ＋　　（ＪＺ　）　、へ７Ｌ／
）ＴＢ（ＪＺ）及びプーリーＴＰ２　　（ＪＺ　）によ
って間接的に連結されている。　なお、図中の１（ＪＺ
）はジヨイントＪ２の出力軸２（ＪＺ）で垂直回転され
るアーム部である。

第３のジヨイント、Ｊ３においては、エンコーダＥ　（
、Ｌｌ　）付きのモーターＭ（、Ｊ：ｌ）の回転軸１０
（、Ｊ３）はタイミングブー’）　　ＴＰ＋　　（Ｊ：
＋）、タイミングヘルドＴＢＩ　　（Ｊｚ　）　、タイ
ミングプーリーＴＰｚ　　（Ｊ：＋　）　、ブレーキＢ
（Ｊ３）付きの回転軸１２（Ｊ、）、タイミングプーリ
ーＴＰ３（Ｊ３　）　、タイミングベルトＴＢ２（Ｊ３
）、タイミングブーリーＴＰ４　　（Ｊ３　）　、タイ
ミングプーリーＴＰ５　（Ｊ、Ｊ）、タイミングブーｌ
−Ｔ　Ｂ　、。

（Ｊ３　）　、タイミングプーリーＴＰ６（Ｊ：ｌ）、
タイミングブーリ−ＴＰＴ　　（Ｊ：ｌ　）　、タイミ
ングベルトＴＢ４　　（、Ｊｉ　’）　、タイミングプ
ーリーＴ　Ｐ　ａ（Ｊ、）を介してハーモニックドライ
ブＨＤ（Ｊ３）の入力軸１１　（Ｊ３）に連結されてい
る。　そして、ハーモニックドライブＨＤ（Ｊ３）によ
ってアーム部１（Ｊ３）側の出力軸２（Ｊ、ｌ）は垂直
面に沿って回転せしめられ、これに伴ってアーム部１（
Ｊ３）が回転せしめられる。

第４のジヨイントＪ４においては、エンコーダＥ（、Ｊ
４）付きのモーターＭ（Ｊ４）の回転軸１０（Ｊ４）は
タイミングプーリーＴＰＩ（Ｊ４）、タイミングヘルド
ＴＢ１　（Ｊ４）、タイミングプーリーＴＰ２（Ｊ４）
、ブレーキＢ（Ｊ４）付きの回転軸１２（Ｊ、）、タイ
ミングプーリーＴＰ３（Ｊ、）　、タイミングベルトＴ
Ｂ２　　（Ｊ４　）　、タイミングプーリーＴＰ、　（
Ｊ４）、タイミングプーリーＴＰ、（Ｊ４）、タイミン
グヘルドＴＢ。

（Ｊ４　）　、タイミングプーリーＴＰｂ　　ＣＪａ　
）、タイミングプーリーＴＰ？（Ｊ４）、タイミングヘ
ルドＴＢ４　（Ｊ４）、タイミングプーリーＴＰ。

（Ｊ４　）　、ヘヘルギャＢＧ（Ｊ４）を介して、ハー
モニックドライブＨＤ　（Ｊ４’）の入力軸１１（Ｊ４
）に連結されている。　ハーモニックドライブＨＤ（Ｊ
、）を介し、出力軸２（Ｊ４）が垂直面に沿って回転せ
しめられる。

第５のジヨイントＪ、によれば、エンコーダＥ（Ｊ５）
付きのモーターＭ（ＪＳ）の回転軸１０（Ｊ５）は一方
では、タイミングプーリーＴＰ。

（Ｊｓ’）　、タイミングヘルドＴＩ３＋　　（Ｊｓ　
）　、タイミングプーリーＴＰ２　　（Ｊ５）を介して
プレーギＢ（ＪＳ）に連結されている。　また他方では
、回転軸１０（Ｊ、、）はタイミングプーリーＴＰ。

（Ｊｓ’）、タイミングヘル＋−ＴＢ２　（ＪＳ　＞　
、タイミングプーリーＴＰ４　　（ＪＳ　）を介して、
ノ＼−モニソクドライブＨＤ（ＪＳ）の入力軸１１（Ｊ
ｓ）に連結されている。　ハーモニックドライブＨＤ（
Ｊ、）の出力軸２（ＪＳ）によって、アーム部１（、Ｊ
Ｓ）は垂直面に沿って回転せしめられる。

第６のジヨイントＪ６では、エンコーダＥ（Ｊ６）付き
のモーターＭ　（Ｊｌ、　）の回転軸１０（Ｊ６）はタ
イミングプーリーＴＰ１　（Ｊ６）、タイミングヘルド
ＴＢ、　　（Ｊ６）　、タイミングプーリーＴＰ２（Ｊ
ｌ、　）　、ヘベルギヤＢＧ　（Ｊ６　）を介して、ノ
＼−モニノクドライブＨＤ（Ｊ６）の出力軸１１（Ｊ６
）に連結されている。　そして、出力軸２（Ｊ６）は垂
直面に沿って回転せしめられ、最終出力軸として機能す
る。

本実施例においては、上記した６つの各ジヨイントＪ＋
　〜Ｊ６を具体的には、第１図及び第３図に示す如くに
組合わせて、例えばクリーンルーム用の垂直多関節ロホ
ソ１へを構成している。　第７図には、その組合わせの
概略を示している。　ここで図中、各ジョイン１へに関
連した出力軸側の各アーム部を１　　（Ｊｌ　）、１　
　（Ｊ２）、１　　（Ｊ３）、１　　（Ｊ４）、１　　
（ＪＳ）として表している。　また、第３ジヨイントＪ
３と第４ジヨイントＪ４とは一ヒ下方向に一部分が重な
り合っている。　また、このロボットのＭ面左端位置に
は、全体のバランスをとるためのカウンターウェイトＣ
Ｗが設置されている。　なお、各モーターＭ　（Ｊｌ　
）〜Ｍ（Ｊ６）は夫々、独立して作動させて〆よいし、
或いはタイミングをとって連動させてもよい。

以上に説明した本実施例によるクリーンルーム用多関節
ロボットにおいて、注目すべき構成は、各アーム部間の
ジヨイントに■、■、■、■で示すエア通過穴が夫々形
成され、これらの穴を通してロボットアーム部内を通し
たエアの流れＡＦを一点鎖線のように生ぜしめ、このエ
ア流に乗せてアーム部内の微粒子を外部へ排出している
ことである。

第２図には、ジョイン１−ＪＳにおけるエア通過穴のを
拡大して示したが、アーム部１（ＪＳ）−１（Ｊ、）間
のジヨイントＪ５において、アーム部１（ＪＳ）外から
取り込まれたエアＡＦはヘベルギヤＢＧ（Ｊ６）のシャ
フトの周囲を通って、ジヨイントＪｓの出力軸２（Ｊｓ
）貫通した通過穴■に至り、ここからアーム部１（Ｊ４
’）内へ入る。　第１図中の■、■、第３図中の■も上
記の■と同様のエア通過穴として形成されているので、
エア流ＡＦはアーム部１（Ｊ４）から１（Ｊ３）−１（
Ｊ２）−１（Ｊ、’）へと順次送り込まれ、最終的には
モータＭ　（Ｊｌ　）の周囲からヘ−スＢのファン■に
達し、このファンによって外部へ排出される。

従って、ファン■の作動によって、ロボットアーム部内
の全体が負圧となり、これに伴なって上記のエア流ＡＦ
が各ジヨイントの通過穴を通して生じるので、アーム部
内でジヨイント部及びベルト等により生じた微粒子はす
べてアーム部内から外部ダクトへと効果的に排出するこ
とができ、口ポットのクリーン度を高めることができる
。　　これに対し従来の方法では、アーム部外へ微粒子
を吸引した直後に落下環によりアーム部上及び半導体製
品上に蓄積したり、−或いはクリーンルーム内にまき散
らず恐れがあるが、本実施例ではそのようなことは防止
できる。　なお、本実施例による上記排出機構では、フ
ァン■以ｔＬの吸引経路は既存のバキューム設備を用い
てよいし、或いは既存のダウンフローに乗せてもよいが
、いずれにしてもファン■による微粒子排出時に粒子か
まい上ることはない。

本実施例のロボットは、アーム部内の微粒子を効果的に
排出できるようにしたので、特にジヨイントＪ１．．Ｊ
２に関する配線ケーブルをアーム部内に通しても差し支
えない。　即ち、第５図及び第６図には、ジヨイントＪ
＋　と、Ｊ２の出力軸２（Ｊｌ　）、２　（Ｊ２　）　
　の周りには配線ケーブル■を配置しているが、各ケー
ブル間の摩擦等で生した微粒子も上記したエア流ＡＦに
乗ってファン■側へと導びくことができる。　　しかも
この場合、各ケーブル■は図示の如きカール特性（Ａの
部分）をもたせ、下端はジヨイントＪ１のフレーム部Ｆ
に固定し、上端は出力軸２　　（Ｊｌ　）の穴Ｃを通し
て出力軸２（Ｊｚ）に固定金具りによって固定をしてい
る。　カール部Ａは、隣接するケーブル間では上下に位
置を交互にずらせるようにしている。

このようにすれば、アーム部作動時にケーブル■がアー
ム部内で互いに擦れ合うことが少なくなり、カール部へ
により常にケーブルが緊張せしめられていて軸２　　（
Ｊｌ　）に対しても干渉することも少なくなるから、ケ
ーブル■に原因する微粒子の発生を非常に僅かに抑える
ことができる。　これは、出力軸２　　（Ｊｌ　）やフ
レームＦの表面にフッ素系樹脂をコーティングしておけ
ば、更に減少させることができる。　また、ケーブル■
がアーム部内に通されていることから、外部での引き回
しは不要となり、かつそれによる悪影響を防くこともで
きる。

また、本実施例では、例えば第４図に示すように、ベル
トやプーリー等の側面を覆うカバー１２を固定するに際
し、その気密性を保持すべくウレタンゴム等のパツキン
１３を介してカバー１２を固定している（図中の１４は
ビス孔である。）。　従って、アーム部（ここでは１（
Ｊ２））内で発生した微粒子はロボット外へは漏出する
ことなく上述のエア流ＡＦのみによって排出することが
できる。

こうした気密シール構造は他の箇所にも同様に適用でき
、例えば上記のモータＭ　（Ｊｌ　）やＭ　（Ｊ５　）
等の周辺域にあるカバーも同様に構成してよい。

なお、上記したへヘルギャ、モーター、ヘルド等から発
生ずる微粒子の処理の方法として、上記の内部に設けた
穴のかわりに〜チューブを外部へ設ける等によって工場
内に設置されているバキューム及びファン等によって内
部で発生した微粒子を排出することも考えられる。　但
し、この場合、チューブが曲げられ、又はひっばられる
等によって、かえって微粒子を増すような環境になりか
ねない。

また、本実施例のロボットによれば、各出力軸のすべて
にハーモニックドライブを用いているため、パンクラッ
シュをなくし、位置決め精度を向上させることができる
。　但し、一部にへヘルギャＢＧ　（Ｊ４）　、ＢＧ　
（Ｊ６）を使用しているが、これは各ハーモニックドラ
イブＨＤ　（Ｊ４　）、ＨＤ　ＣＪｂ　）の入力端で用
いているので、精度が良好に保持され、問題は生じない
。　ハーモニックドライブを夫々用いていることは、減
速比を大きくとることができ、従って、同しペイロード
（可搬重量）に対してモーターのパワーを小さくでき、
この分ロボットの重量自体を軽減可能となる。

また、これまで考えられたロボットではモーター自体の
重量も負荷トルクとして計算に入れていたが、本実施例
ではそれが不要となることである。

即ち、出力軸とは反対側にハーモニックドライブの入力
軸を配し、これに対し別位置のモーターの駆動力をタイ
ミングヘルドを介して伝達しているので、ハーモニック
ドライブと千〜ターとを引き離すことができ、モーター
の重量を考慮することなくモーターのトルクの計算が可
能となる。　しく１３）かも、駆動に使用するモーターやブレーキ等の重量物を
駆動されるアーム部よりロボット支柱側（即ち、アーム
部の回転軸の反対側）へ寄せること、従って重量を両側
へ分配することができるから、モーターのトルクを小さ
くできるだけでなく、カウンターウェイトＣＷ（第１図
、第３図参照）を軽量化若しくは省略することができ、
これによってロボット全体の総重量も軽減し、移動ロボ
ットとしても好適である。　また、慣性力が減少し、ブ
レーキをかけた場合にすくにアーム部の作動を停止する
ことができ、動作の迅速化、正確化に有利である。　加
えて、バランスが良く軽量であることから、電源をオフ
してもアーム部が倒れにくい。

以上、本発明を例示したが、上述の実施例は本発明の技
術的思想に基づいて更に変形が可能である。

例えば、上述したエア通過穴の位置、個数、更には排出
手段（ファン等）も種々変更してよいし、上述した各ア
ーム部又はジヨイントの構造をはしく１４）め、動力伝達手段、各部材の種類、配置等は種々変更し
てよい。　また、ロボットは上述の垂直多関節タイプだ
けでなく、水平多関節ロボットとして構成しても、本発
明を適用することができる。

へ３発明の作用効果本発明は上述した如く、アーム部内の微粒子をジヨイン
トの穴を通して外部へ排出しているので、アーム部内の
微粒子をまき散らす等なしに効果的に排出し、クリーン
度を高めることができる。

また、ロボ・７ト外部での配線、配管等の引き回しも減
らせ、ロボットの機能も良好にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明を６軸の垂直多関節ロボットに
適用した実施例を示すものであって、第１図はロボット
の平面図、第２図は同ロボットの一部拡大平面図、第３図は同ロボ
ットの正面図、第４図は第３図の一部分にカバーを設けるときの拡大図
、第５図は出力軸にケーブルを配した断面図、第６図は第
５図の■−Ｖ＋線断面図、第７図は各ジヨイントの組合わせを概略図示した図である。なお、図面に示す符号において、］、（Ｊｌ　）、１　　（Ｊｚ）、１　　（Ｊ３）、１
　　（Ｊ４　）　、Ｉ　　（Ｊｓ　）　−−−−−−−
−アーム部２　（Ｊ、＞、２　（Ｊｌ）、２　（Ｊ３）
、２　（Ｊ４）、２　（ＪＳ）、２（Ｊ６）、−一−−
−−−−−−−出力軸１０　（Ｊｌ）、１０　（Ｊ３）、１０　（Ｊ４）、１
０　（ＪＳ）、１０　（Ｊｌ、−−−〜−−−−−−−
回転軸１１　　（Ｊｌ）、１１　　（Ｊ３）、１１　　
（Ｊ、）、１１　　（ＪＳ　）、Ｉ　Ｌ　（Ｊ６　）　
、−−−−−−−−−−一人力軸ＨＤ　（Ｊｌ　）　、
ＨＤ　（Ｊｌ　）　、ＨＤ　（Ｊ３）、ＨＤ　ＣＪａ　
）　、ＨＤ　（ＪＳ）、ＨＤ　（Ｊ６）、−一−−−−
−−−−−ハーモニックドライブＭ（、ＪＩ）、Ｍ（Ｊ
ｌ）、Ｍ（Ｊ３）、Ｍ　（Ｊ４）　、Ｍ　（Ｊｓ　）　
、Ｍ　（Ｊ６　）、−−−−−−−−−一−モーターＴＰ、　　（Ｊｌ）、ＴＰ２　（Ｊｌ）　　、ＴＰＩ　
　　（Ｊｉ　　）　　、ＴＰ２　　（Ｊ３　）　　、Ｔ
Ｐ：＋　　（Ｊ’＋　　）　　、ＴＰ４　　（Ｊ３　　
）　　、ＴＰ５　　（Ｊ３　）　　、ＴＰ６　（Ｊ３　
　）、ＴＰ７　　ＣＪ３　）　　、ＴＰＩＩ　　（Ｊ３
　　）　　、ＴＰ　＋　　（Ｊ４　　）　　、ＴＰ２　
　（Ｊイ　）、ＴＰＩ（Ｊ４）、ＴＰ、（Ｊ４）、Ｔｐ、　（Ｊ４　）　　、ＴＰ６　（Ｊ４　　）、ＴＰ
７　（Ｊ４　　）、Ｔｐａ　　（Ｊ４　’）　　、ＴＰ
Ｉ　　（Ｊｓ　　）　　、’ＴＰ、ｚ　　（Ｊｓ　　）
　　、ＴＰｚ　　（Ｊｓ　　）　　、ＴＰ４　　（ＪＳ
　　）　　、ＴＰ　＋　　ＣＪｂ　　）　　、ＴＰ２　
　（Ｊ６　）　　、−−−−−・−−−−一タイミング
プーリ−ＴＢ　　（Ｊｌ　＞　、ＴＢＩ　　（Ｊ：！　
）、ＴＢ２　　（Ｊ３　）　、ＴＢ３　（Ｊ３）、ＴＢ
４　（Ｊ３　）　、ＴＢ、　　（Ｊ４　）、ＴＢ２　　
（Ｊ４　）　、ＴＢ３　　（Ｊ４　）、ＴＢ４　　ＣＪ
ａ　）　、ＴＢＩ　　（Ｊ、）、ＴＢ２　　（ＪＳ　）
　、ＴＢＩ　　（Ｊ６　）、−−−−−−−−−〜−タ
イミングヘルドＢＧ　　（Ｊ４　　）　　、ＢＧ　　（
Ｊ６　　）−−−−−−−−−−−ベヘルギャＪｌ、Ｊ２　　、Ｊ：ｌ　　、Ｊ４　　、ＪＳ　　、Ｊ
６−−−−−−−−−−ジヨイントＡ　Ｆ−−−−−−−−−−−−−エア流■、■、■、
■、−一一−−−＝−−−−−−−エア通過穴■−−−
一−−−−−−−−−−−ファン■−−−〜−−−−−
−−−−ケーブルである。代理人　弁理士　　逢　坂　　宏第７図

Claims

【特許請求の範囲】

１、アーム部内を通して気体を導びくための穴がアーム
部間のジョイントに設けられ、この穴を通じて前記アー
ム部内の微粒子を前記気体の流れと共に外部へ排出する
排出手段を有しているロボット。