JPH02172689A

JPH02172689A - 回転運動を直線運動に変換するためのロボット腕

Info

Publication number: JPH02172689A
Application number: JP32475088A
Authority: JP
Inventors: C Havet Robert; ロバート　シー．アベ; G Baker David; デビット　ジー．ベイカー
Original assignee: ADE Corp
Current assignee: ADE Corp
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1990-07-04

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】［発明の分野および背景］種々のルーチン位置決めおよび配置機能を実行するため
のロボット腕、すなわちコンピュータ制御された継手型
および多関節マニプレータは当業者に既知である。１個
以上のピボットで結合された腕部材を用いかつ手または
端末エフェクタで終端するロボット腕は、各継手または
エルボにおける腕部材間の１以上の自由度内の運動を制
御するために典型的には、多数の制御モータ駆動装置を
必要とする。さらに、端部エフェクタの種々のルーチン
位置決めまたは操作作業を実施するときに端部奏効体に
対し所定の運動を提供するために、各モータはコンピュ
ータ制御により他のすべてのモータと調和されなければ
ならない。

半導体処理作業においては、単一の半導体ウェーハが、
厚さ、抵抗率、表面特性などのパラメータの複数の試験
を経由して処理されるのが代表例である。ウェーハは、
スロットを通して１個ずつかつ一回に１個ずつカセット
から取出され、試験ステーションを通過して、受入れカ
セット内に受取られるが、普通はこれが、カセットに充
満されたウェーハが全部処理されるまで続けられる。つ
工−ハをカセットから別のカセットまで種々のステーシ
ョンを通過して移動する作業は普通は自動化されていて
、各試験ステーションにおいてウェーハを正確に位置決
めしかつ試験ステーションで得られたデータが付属され
た送出しカセット内の位置にウェーハを置くために、高
度なエレベータとコンベヤベルトとを用いる。［発明の
要約］本発明が教示するところによれば、特に半導体ウ
ェーハを操作するのに適しかつ特に従来のエレベータお
よびコンベヤそ装置の一部または全部に置換って使用可
能なロボット腕が開示されている。

本発明のロボット腕は、モータ駆動による回転運動から
直線半径方向運動を形成するように多リンクまたは多腕
形ロボット腕を制御するために、単一モータ駆動装置を
使用する。別のモータ駆動装置またはクラッチ機構で、
ロボット腕をＺ方向に垂直に移動させるかまたは角度θ
だけ移動して一組のステーションにために働く。

本発明のロボット腕は典型的には第１の腕の一端に装着
された端末エフェクタまたは半部材を含み、その他端に
はピボット式に第２の腕が装着される。一方、第２の腕
の他端は、モータ駆動袋！の制御下で回転する中心軸の
まわりにピボット式に装着される。−組のプーリおよび
駆動ベルトは、第１および第２のアームと端末エフェク
タまたは手との運動と協同し、モータを駆動したときに
モータ制御により腕の組合わせが端末エフェクタの方向
を維持しながらピボットの方へ曲ったりピボットから外
へ曲っなりするようし、これにより端末エフェクタの中
心軸に対して半径方向の実質的に直線の運動を行わせる
。このような運動は特に、半導体ウェーハをカセット内
に挿入したりカセットから取出したりまたそれらを試験
ステーションの試験台上に置いたりするような作業に有
用である。

ベルトおよびプーリシステムは、駆動モータに最も近い
腕部材の回転に応答して、第２の腕に２倍の大きさの逆
方向の角回転を与え、一方、端末エフェクタには第２の
腕に対して第２の腕の角回転量の半分の大きさでそれと
は逆方向の相対回転を発生する。この結果、ロボット腕
の中心軸において制御モータまたは駆動モータにより誘
導された回転運動に応答して、意図した望ましい半径方
向直線運動を発生することが可能である。

正確なピボット運動を行わせる軸受と付帯のプーリのま
わりに巻き付けられた伸びの少ない鋼製割りだし型駆動
ベルトとを利用して、きわめて正確なロボット腕位置決
め運動が比較的容易かつ簡単に得ることが可能である。

Ｚおよびθ方向に誘導された運動と組合せて、完全な位
置決め腕が提供される。

本発明のこれらおよび他の特徴は添付図に示す一実施例
の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。

［実施例］本発明で意図しているロボット腕では、単一モータ駆動
装置の回転運動を腕の機械式リンク機構の端部にある端
末エフェクタの半径方向運動に変換可能であり、同時に
他の制御モータまたはクラッチ機構を介して端末エフェ
クタのθおよびＺ運動すなわち回転および上下運動が発
生され、これにより単一のモータ駆動組立体から複雑な
運動を達成することが可能である。

第１図および第２図に本発明によるロボット腕が示され
ている。端末エフェクタ１２が第１の腕１４にピボット
結合され、一方第１の腕１４は第２の腕１６に結合され
る。腕１６に結合された調和駆動モータ２０により、腕
１６は軸心１８のまわりに回転駆動される。軸２２はモ
ータ２０および腕１６とを貫通しかつプーリ２４まで伸
長してプーリ２４に結合される。プーリ２４は腕１６と
軸との間で回転可能なように軸受２６で支持される。モ
ータ２０は腕１６を回転するように作動するが、軸２２
とプーリ２４とは静止したままである。

腕１４および１６は軸心２８のまわりにピボット結合さ
れる。特に、軸３０は腕１６から腕１４内の開孔を貫通
してプーリ３２まで伸長し、プーリ３２は軸３０を介し
て腕１６に固定される。プーリ３４は軸３０のまわりで
腕１４の下側に固定される。ベルト３６はプーリ２４お
よび３４のまわりに巻き付けられている。プーリ３４の
直径は、以下に説明する理由により、プーリ２４の直径
の半分である。ベルト３６に所定の張力を与えるために
アイドラプーリ３８が腕１６上に支持される。

軸受４０は軸３０およびプーリ３４をプーリ３２および
腕１６に対し回転可能に支持する。

軸心４２は腕１４の遠い端部から伸長して、ピボット点
となり、このピボット点のまわりで端末エフェクタ１２
が腕１４に対しピボット結合される。端末エフェクタ１
２は軸４４に結合され、軸４４は軸受４６を貫通し、軸
受４６は軸４４を腕１４に対し回転可能にする。端末エ
フェクタ１２の下側にプーリ４８が固定され、プーリ３
２および４８のまわりにベルト５０が巻き付けられてい
る。特にプーリ３２の直径はプーリ４８の直径の半分で
ある。実際に１−リ２４および４８の直径は同一であり
、プーリ３４および３２の直径は同一であって他のプー
リの半分となろう、軸心１８．２８および４２は等間隔
に配置されよう。

ベルト３６および５０は代表例では鋼または伸びの小さ
い高強度材料で製作される。第３図に示すように、ベル
トは穿孔５４を有するステンレス鋼製帯５２で例示され
るようなタイミングベルトまたはチェンを含んでもよく
、確実な牽引および滑りなし位置決めを可能とするため
に、穿孔５４に対して歯または対応の突起５４−がプー
リ２４．３２．３４および４８内に形成される。他の実
施例では、第４図に示すように、プーリ間にすべりなし
運動を提供するための同様な目的で、ベルトは中央背骨
５６と突起または歯５８とを含んでもよく、突起または
歯５８はプーリ２４．３２．３４および４８内に対応の
くぼみすなわち回り止め５８−を有する。正確な所定の
腕位置は、ステップモータまたはエンコーダ付サーボモ
ータ２０を用いて制御可能である。

第１図および第２図に示すプーリおよびベルトの配置で
示されるリンク機構は、軸心１８のまわりの回転運動を
、端末エフェクタ１２の、特に軸心１８を通過する軸線
６０に沿った直線運動に変換する。特にモータ２０によ
る腕１６の軸心１８のまわりの回転は、ベルト３６によ
り結合されたプーリ２４および３４を介してかつそれら
の直径比により、腕１６および１４間に大きさが２倍で
かつ方向が逆の相対運動を形成しよう、この結果、軸心
４２は実質的に真直な線６０に沿って軸心１８に近づい
たりまたそれから離れなりして移動可能となる。ベルト
５０を介したプーリ３２および４８間の機械的連結の協
働により、腕１６の回転と共にそれに対応して腕１４が
回転され、かつ端末エフェクタ１２を腕１４に対し相対
的に回転させるが、端末エフェクタ１２の回転は腕１４
が腕１６に対する回転方向とは逆方向でありがっ回転の
大きさはそれらの回転の大きさの２倍である。

この結果、腕１６が回転しても端末エフェクタ１２の角
位置は一定に保持され、端末エフェクタ１２は同じ方向
を向きながら軸線６０に沿って出入り運動をする。

こうして、本発明のロボット腕は、第５図に示すように
、モータ２０の制御下で行われる端末エフェクタ１２の
出入り直線運動と、モータ２０内のクラッチ機構かまた
は補助の２およびθ方向モータ駆動装置６６および６８
のいずれかの制御下で行われるロボット腕組立体全体の
上下運動および回転運動と、を用いてウェーハ６２をカ
セット６４から取出すのに利用可能である。こうして、
ウェーハ６２はカセット６４から取出され、上昇および
／または回転されて試験台７０の上に載せられ、そこか
ら既知の検出技術を用いて種々のつ工−ハパラメータが
検出可能である。このように処理されたウェーハは、ロ
ボット腕システムにより同一のカセットまたは他のカセ
ット６４内に戻すことが可能である。

要約すると、ピボット結合された第１および第２の腕の
端部に配置されかつそれらにピボット結合されたロボッ
ト腕の手または端末エフェクタが、腕全体の遠い端部に
おける単一の回転アクチュエータに応答して直線運動を
なす、異なる寸法からなる一連のベルトおよびプーリは
、単一の回転アクチュエータに応答して、直線運動また
は半径方向運動を発生するように、２つの腕と手との運
動を調和させる。ロボット腕は特に、半導体ウェーハを
貯蔵カセットと試験台との間に移動するような半導体ウ
ェーハハンドリングシステムに適用され、この適用例に
おいてはロボット腕はＺおよびθ運動駆動装置に結合さ
れる。

上記の本発明のロボット腕は、回転運動特にはＺおよび
θ方向運動を発生するのに使用される回転運動を利用し
て、それを端末エフェクタの直線運動に変換するための
簡単でかつ有効な制御機構を提供する。上記説明の実施
例は単なる例示にすぎず、本発明の真の範囲は特許請求
の範囲に示すとおりである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるロボット腕の略立面図；第２図は
第１図のロボット腕の斜視図；第３図および第４図は本
発明のロボット腕内に使用されるプーリベルトの他の実
施例の図；第５図は半導体ウェーハをウェーハカセット
と試験ステーションの試験台との間で移動するのに応用
された本発明のロボット腕の略図である。１２・・・手または端末エフェクタ、１４・・・前腕、１６・・・腕、１８．２８．４２・・・ピボット点、２４．３２．３４．４８・　・・プーリ、３６．５０・
・・ベルト、３８・・・アイドラホイール、５４・・・穿孔、５４　・・短突起（スタップ）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）機械式手と；機械式前腕と；機械式腕と；前記手
を前記前腕に対しピボット式に支持するための第１のピ
ボット手段と；前記前腕を前記腕にピボット式に支持す
るための第２のピボット手段と；前記腕を前記第２のピ
ボット手段とは別個の中心ピボットのまわりに回転させ
るための中心ピボット手段と；前記アームの前記中心ピ
ボットのまわりの回転に応答して、前記手および前腕が
前記第１および第２のピボット手段のまわりにそれぞれ
機械的に調和回転するようにし、これにより前記腕の所
定の角度位置を維持しながら前記回転により前記手を直
線状に運動させる調和回転発生手段と；からなる回転運
動を直線運動に変換するためのロボット腕。
（２）前記調和回転発生手段が機械式結合手段を含む請
求項１記載のロボット腕。
（３）前記機械式結合手段がベルトおよびプーリ機構を
含む請求項２記載のロボット腕。
（４）前記ベルトおよびプーリ機構が、前記遠隔のピボ
ットによりピボット運動が与えられかつ前記調和回転発
生手段に対し固定され、第１の直径を有する第１のプー
リ手段と；前記第１のプーリ手段の直径の半分の直径を
有しかつ前記第２のピボット手段のまわりに回転するよ
うに前記前腕に固定された第２のプーリ手段と；前記第
２のピボット手段のまわりに配置されかつ前記腕に固定
された第３のプーリ手段と；前記手と共に前記第１のピ
ボット手段のまわりに回転するように前記手に固定され
、前記第３のプーリ手段の直径の２倍の直径を有する第
４のプーリ手段と；前記第１および第２のプーリ手段を
結合する第１のベルトと；前記第３および第４のプーリ
手段を結合する第２のベルトと；をさらに含む請求項３
記載のロボット腕；
（５）前記第１および第２のベルトに割り出し突起が設
けられかつ前記第１、第２、第３および第４のプーリ手
段が相補の回り止めくぼみを有した請求項４記載のロボ
ット腕。
（６）前記第１および第２のベルトが割り出し穿孔を有
しかつ前記第１、第２、第３および第４のプーリ手段が
相補の突起を有した請求項４記載のロボット腕。
（７）前記第１および第２のベルトのためのアイドラホ
ィール手段をさらに含む請求項４記載のロボット腕。
（８）前記中心ピボットと前記第２のピボット手段との
間の距離が前記第２のピボット手段と前記第１のピボッ
ト手段との間の距離に等しいところの請求項１記載のロ
ボット腕。
（９）前記手のＺおよびθ運動の少なくとも１つを発生
するための手段をさらに含む請求項１記載のロボット腕
。
（１０）第１のピボット点のまわりに回転可能な第１の
腕；前記第１の腕上で前記第１のピボット点から遠隔の
第２のピボット点のまわりに回転可能な第２の腕；前記
第２の腕上で前記第１のピボット点から遠隔の第３のピ
ボット点のまわりに回転可能な端末エフェクタ；および
前記第２の腕に対する前記端末エフェクタの、前記第１
の腕に対する前記第２の腕の、および前記第１のピボッ
ト点のまわりの前記第１の腕の調和回転を発生させ、こ
れにより前記第１のピボットのまわりの前記第１の腕の
回転に応答して前記端末エフェクタに移動運動が与えら
れるようにした調和回転を発生させるための調和回転発
生手段；とからなるロボット腕。
（１１）前記調和回転発生手段が、前記第２の腕を前記
第１の腕に対して、前記第１のピボット点のまわりの回
転速度の２倍の回転速度で、前記第２のピボット点のま
わりに回転させるための手段と、および前記端末エフェ
クタを前記第２の腕に対して、前記第２の腕の前記第２
のピボット点を介した前記第１の腕のまわりの回転速度
の半分に等しい速度で、前記第３のピボット点のまわり
に回転させるための手段と、を含み、これにより前記端
末エフェクタが前記第１の腕の前記第１のピボット点の
まわりの回転と同一速度でかつ同一方向に回転する請求
項１０記載のロボット腕。
（１２）前記第２のピボット点が前記第１および第２の
腕のそれぞれに沿って前記第１および第３のピボット点
から等距離に配置された請求項１０記載のロボット腕。
（１３）前記端末エフェクタのＺおよびθ運動の少なく
とも１つを発生するための手段をさらに含む請求項１０
記載のロボット腕。
（１４）近い端部と遠い端部とを有する機械式前腕；機
械式腕；前記前腕を前記腕に対して前記近い端部のまわ
りにピボット式に支持するための第１のピボット手段；
前記第１のピボット手段とは別個のピボットのまわりに
前記腕を回転させるための第２のピボット手段；前記第
２のピボット手段のまわりの前記腕の回転に応答して前
記前腕に前記第１のピボット手段のまわりの調和回転を
機械的に発生させ、これにより前記回転と共に前記遠い
端部を直線状に運動させる調和回転発生手段；とからな
る回転運動を直線運動に変換するためのロボット腕。
（１５）前記調和回転発生手段が機械式結合手段を含む
請求項１４記載のロボット腕。
（１６）前記機械式結合手段がベルトおよびプーリ機構
を含む請求項１５記載のロボット腕。
（１７）前記ベルトおよびプーリ機構が、前記第２のピ
ボット手段によりピボット運動が与えられかつ前記調和
回転発生手段に対し固定された第１の直径を有する第１
のプーリと；前記第１のプーリ手段の直径の半分の直径
を有しかつ前記第１のピボット手段のまわりに回転する
ように前記近い端部において前記前腕に固定された第２
のプーリ手段と；前記第１および第２のプーリ手段とを
結合するベルトと；をさらに含む請求項１５記載のロボ
ット腕。
（１８）前記第１および第２のベルトに割り出し突起が
設けられかつ前記第１および第２のプーリ手段が相補の
回り止めくぼみを有した請求項１７記載のロボット腕。
（１９）前記ベルトが割り出し穿孔を有しかつ前記第１
および第２のプーリ手段が相補の突起を有した請求項１
７記載のロボット腕。
（２０）前記ベルトのためのアイドラホィール手段をさ
らに含む請求項１７記載のロボット腕。
（２１）前記第２のピボット手段と前記第１のピボット
手段との間の距離が前記第１のピボット手段と前記遠い
端部との間の距離に等しいところの請求項１記載のロボ
ット腕。
（２２）前記遠い端部のＺおよびθ運動の少なくとも１
つを発生するための手段をさらに含む請求項１４記載の
ロボット腕、
（２３）第１のピボット点のまわりに回転可能な第１の
腕と；前記第１の腕上で前記第１のピボット点から遠隔
の第２のピボット点のまわりに回転可能で、前記第２の
ピボット点から離れた遠隔端部を有する第２の腕と；前
記第１の腕に対する前記第２の腕、および前記第１のピ
ボット点のまわりの前記第１の腕の調和回転を発生させ
、これにより前記第１のピボットのまわりの前記第１の
腕の回転に応答して前記端末遠隔端部に移動運動が与え
られるようにした調和回転発生手段と；からなるロボッ
ト腕。
（２４）前記調和回転発生手段が、前記第１の腕に対し
て前記第１のピボット点のまわりの回転速度の２倍の回
転速度で前記第２のピボット点のまわりに前記第２の腕
を回転させるための手段を含む請求項２３記載のロボッ
ト腕。
（２５）前記第２のピボット点が前記第１および第２の
腕のそれぞれに沿って前記第１のピボット点および前記
遠隔端部から等距離に配置された請求項２３記載のロボ
ット腕。
（２６）前記遠隔端部のＺおよびθ運動の少なくとも１
つを発生するための手段をさらに含む請求項２３記載の
ロボット腕。
（２７）前記調和回転発生手段が、前記遠隔端部と前記
第１のピボット点とを通過する一定角度の直線に沿って
前記遠隔端部を移動させる請求項２３記載のロボット腕
。
（２８）前記第１のピボット手段のＺおよびθ運動の少
なくとも１つを発生させ、これにより前記直線の対応運
動を発生させるための手段をさらに含む請求項２７記載
のロボット腕。
（２９）前記ベルトがタイミングベルトまたはタイミン
グチェンを含む請求項４記載のロボット腕。
（３０）前記ベルトがタイミングベルトまたはチェンを
含む請求項１７記載のロボット腕。