JPH11138474A - 多関節ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーム部に無理な動きをさせることなくワー
クを直線状に移動させることができ、しかもワークを移
動させる動作中において発塵が起こり難くする。 【解決手段】 回転テーブルの回転中心１ａに対して偏
心した位置に第１回転軸２ａを形成して回転テーブルを
第１アーム部１とし、第１回転軸２ａに回転可能に保持
されるアームを第２アーム部２とし、該第２アーム部２
の先端に第３アーム部３を、該第３アーム部３の先端に
ハンド部４を回転可能に保持すると共に、第１アーム部
１、第２アーム部２、第３アーム部３、ハンド部４の回
転制御をすることにより特異点の発生を防止できるよう
にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多関節ロボットに
関する。更に詳述すると、本発明はカセットやプロセス
装置の間で半導体ウェハなどのワークを搬送する多関節
ロボットの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハなどのワークをカセットか
らプロセス装置へ、あるいはその逆にカセットへと搬送
するため、多関節ロボットが使用される。この多関節ロ
ボットには、図８に示す２つのアーム部１０２，１０３
とハンド部１０５とから形成される多関節ロボット１０
１など、ワーク１１０を平行に移動させることができる
ように設けられるものがある。この場合の多関節ロボッ
ト１０１あるいは図９に示すような３つのアーム部１０
２，１０３，１０４を有する多関節ロボット１０１は、
ワーク１１０を保持するハンド部１０５を、その軸方向
に直線状に移動させることにより、ワーク１１０を回転
させずに搬送するようにしている。

【０００３】このようにハンド部１０５を直線移動させ
る機構としては、アーム部１０２，１０３などが連動す
るように設けられるベルトやプーリなどの伝達機構があ
る。このような機構により、多関節ロボット１０１は、
アーム部１０２，１０３（，１０４）などの動きに一定
の制限を与えると共に、例えば多連カセットにおける各
カセットなど異なる位置に載置されている各ワーク１１
０，…，１１０をハンド部１０５で保持し、その位置か
らそのまま平行に搬送し得るように設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハンド
部１０５の軸線が第１のアーム部１０２の回転中心１０
６の近傍を通るような状態で当該ハンド部１０５が平行
移動する場合、つまり搬送されるワーク１１０の中心軌
跡が回転中心１０６の近傍を通るような場合に、第１ア
ーム部１０２の回転中心１０６がいわゆる特異点とな
り、機構上各アーム部１０２，１０３の動きに負荷が生
じるおそれがある。即ち、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示す
ように、ハンド部１０５の支持点１０７が第１アーム部
１０２の回転中心（特異点）１０６の近傍を通過すると
きに、各アーム部１０２，１０３が回転中心（特異点）
１０６の周りを１８０度程度大きく回り込む動きをしな
ければならなくなり、しかもワーク１１０を一定の速度
で移動させようとすれば、各アーム部１０２，１０３は
素早く回り込む必要があるためその動きに無理が生じて
しまうおそれがある。これは、図１１に示すような３つ
のアーム部１０２〜１０４とハンド部１０５から構成さ
れる多関節ロボット１０１においても同様である。

【０００５】一方、図１２に示すように、基台１０８ご
との平行移動を可能とする直動機構１０９を備えた多関
節ロボット１０１も提案されており、これによればハン
ド部１０５が第１アーム部１０２の回転中心１０６から
離された状態でワーク１１０を平行移動させることもで
きるようになる。したがってハンド部１０５が回転中心
１０６の近傍を通過しないようにすることができ、これ
によって上述のような特異点が発生してしまう問題を解
消することが可能である。しかし、多関節ロボット１０
１を基台１０８ごと平行移動可能に設けるためには設置
のためのスペースが必要となることに加え、直動機構１
０９は平行移動の際に発塵し易く、クリーンルームなど
で使用されるのに適していないことがあるという問題を
有している。

【０００６】そこで本発明は、アーム部に無理な動きを
させることなくワークを直線状に移動させることがで
き、しかもワークを移動させる動作中において発塵が起
こり難い多関節ロボットを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、回転テーブルの回転中心に
対して偏心した位置に第１回転軸を形成して回転テーブ
ルを第１アーム部とし、第１回転軸に回転可能に保持さ
れるアームを第２アーム部とし、該第２アーム部の先端
に第３アーム部を、該第３アーム部の先端にハンド部を
回転可能に保持すると共に、第１アーム部、第２アーム
部、第３アーム部、ハンド部の回転制御をすることによ
り特異点の発生を防止できるようにしている。

【０００８】したがって第２アーム部、第３アーム部、
ハンド部の回転運動を組み合わせることによりワークを
保持し、搬送することができる。しかもこの場合、ワー
クを保持・搬送する前に、まず第１アーム部を適宜回転
させることによって第１回転軸の位置を適宜移動させる
ことができる。よってワークが様々な位置に載置されて
いても、ワーク中心が通過する軌跡との距離が十分に保
たれるようにこの第２アーム部の回転軸を配置し、ワー
ク搬送中に特異点を発生させないようにすることができ
る。

【０００９】請求項２記載の多関節ロボットでは、第１
アーム部又は第２アーム部を上下動可能に構成してい
る。したがって多関節ロボットの動きの自由度が増え、
ワークを更に自在に搬送することができるようになる。

【００１０】請求項３記載の多関節ロボットにおいて
は、第２アーム部、第３アーム部でハンド部の直線移動
を行うと共に、ハンド部は一定方向を向くようにし、第
１アーム部の回転制御をすることにより特異点の発生を
防止するようにしている。したがってワークはハンド部
により保持されたまま平行かつ直線状に移動される。

【００１１】請求項４記載の多関節ロボットにおいて
は、第１アーム部の軸間距離をＬ１、第２アーム部の軸
間距離をＬ２、第３アーム部の軸間距離をＬ３としたと
き、（Ｌ２−Ｌ３）≦Ｌ１と設定している。したがって
第１アーム部の位置を適宜設定することにより、第１ア
ーム部の回転中心からの距離が０から最大（Ｌ１＋Ｌ２
−Ｌ３）までの間で直線移動するようにワークを搬送す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１から図６に、本発明の多関節ロボット
の一実施形態を示す。この多関節ロボット１０では、回
転テーブルの回転中心１ａに対して偏心した位置に第１
回転軸２ａを形成して回転テーブルを第１アーム部１と
し、第１回転軸２ａに回転可能に保持されるアームを第
２アーム部２とし、該第２アーム部２の先端に第３アー
ム部３を、該第３アーム部３の先端にハンド部４を回転
可能に保持している。そしてこれら第１アーム部１、第
２アーム部２、第３アーム部３、ハンド部４の回転制御
をすることにより特異点の発生を防止できるようにして
いる。以下において、特異点の発生を防止するための構
成について説明する。

【００１４】第１アーム部１は、本実施形態では回転中
心１ａに回転可能に設けられる回転テーブルから成るが
特にこれに限られることはなく、例えば固定基台に設け
られるアームから構成されることも可能である。この第
１アーム部１は回転自在であるため、第１回転軸２ａか
ら先端側の第２アーム部２、第３アーム部３及びハンド
部４を周状に移動させ、かつ任意の位置で停止させるこ
とができる。

【００１５】本実施形態の多関節ロボット１０を構成す
る第１アーム部１、第２アーム部２、第３アーム部３、
ハンド部４の４つのリンクは、それぞれ独立した駆動源
を有し、他のリンクとは互いに独立した回転運動を行う
ことができるように設けられている。したがって一つの
リンクのみが単独で運動することができるし、あるいは
複数のリンクの動きを組み合わせた動きを行うこともで
きる。駆動源は特に限定されないが、例えばステッピン
グモータ又はサーボモータであり、コンピュータなどの
制御手段により各アーム部１，２，３やハンド部４はそ
れぞれ回転制御されている。

【００１６】また第２アーム部２が第１回転軸２ａに関
節構造によって回転可能に保持されているのと同様に、
第３アーム部３、ハンド部４はそれぞれ第２回転軸３
ａ、第３回転軸４ａに回転可能に保持されている。それ
ぞれのリンクの長さについては、図２に示すように、第
１アーム部１の軸間距離をＬ１、第２アーム部２の軸間
距離をＬ２、第３アーム部３の軸間距離をＬ３としてい
る。またハンド部４の先端にはワーク２０を搬送するた
めの搬送手段、例えば半導体ウェハを搬送するような場
合にあっては下面から吸着して保持するための手段が設
けられている。なお、第３回転軸４ａからこの吸着手段
の中心までの長さがＬ４とされている。

【００１７】更に本実施形態の多関節ロボット１０で
は、図３に示すように、アーム部２，３及びハンド部４
を一体的に上下動可能に構成している。したがってこの
多関節ロボット１０における自由度は計５とされ、鉛直
方向を含む自在な動きが可能となるように設けられてい
る。この第２アーム部２の代わりに、第１アーム部１を
上下動可能に構成しても同様の効果を得ることができ
る。なお図２や図３において、符号１１はワーク２０の
ローテーションを行うアライナ、符号１２はワーク２０
の端部に設けられるノッチ（図示省略）を検出するため
の検出手段をそれぞれ示している。

【００１８】次に、例えば図４に示すような多連のカセ
ット２１，…，２１に載置されたワーク２０，…，２０
をこの多関節ロボット１０を用いて取り出す場合につい
て説明する。ここで、図示するように回転中心１ａを通
るワーク搬送方向に平行な中心線Ｃを仮想し、更にワー
ク中心２０ａからこの中心線Ｃまでの距離を以下オフセ
ット長さＤと呼ぶ。

【００１９】ワーク２０を取り出す場合、まず第１アー
ム部１の回転制御を行い、第２アーム部２、第３アーム
部３及びハンド部４をワーク２０の位置に対して好適と
なるような位置に移動させる。この場合の好適位置と
は、特異点の発生を防止し得る位置のことであり、具体
的には図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すような各位置のことを
指す。即ち、図５の各形態において、第２アーム部２の
回転軸である第１回転軸２ａは、搬送しようとするワー
ク２０の中心軌跡に対して十分な距離を保つような位置
に移動されており、例えば図５（Ａ）のように第１アー
ム部１から離れて位置するワーク２０に対しては当該ワ
ーク２０寄りに移動される一方、図５（Ｃ）のような第
１アーム部１寄りのワーク２０に対しては、図中下側と
なる位置まで移動され、ワーク２０の中心軌跡との距離
を十分に保つようにしている。これと同様にして、図４
に示す場合においても、第１回転軸２ａは第１アーム部
１の回転により各ワーク２０，…，２０に対する好適位
置まで移動される。なお、図中下側のカセット２１から
ワーク２０を取り出す際には、アーム部２，３及びハン
ド部４を図４の中心線Ｃに関し線対称となるように位置
させれば良いことはいうまでもない。また、図中符号２
２はプロセス装置を示している。

【００２０】このようにして第１回転軸２ａを好適位置
まで移動させた後は、第１アーム部１を当該位置で停止
させ、第２アーム部２、第３アーム部３及びハンド部４
によってワーク２０をカセット２１から取り出す。この
とき、第２アーム部２、第３アーム部３でハンド部４の
直線移動を行うと共に、ハンド部４は一定方向を向くよ
うにしながらワーク２０を取り出すようにしている。即
ち、この多関節ロボット１０を用いてワーク２０を搬送
する場合、各リンクの回転運動を組み合わせて当該ワー
ク２０を直線状に移動させると共に、ワーク搬送方向に
対するハンド部４の長手軸線の傾きを０に保ち、ワーク
２０を平行かつ直線状に移動させるようにしている。

【００２１】また、図４及び図５に示す実施形態では、
ワーク２０をカセット２１から搬送する動作中に第２ア
ーム部２と第３アーム部３とが交差することはないが、
これらを交差させるようにしながらワーク２０を搬送す
る別の実施形態も可能である。これは、図６（Ａ），
（Ｂ）に示すように、ワーク２０を搬送する途中で第３
アーム部３を第２アーム部２に重ね合わせ、更に回転さ
せるようにして引き続きワーク２０を搬送するものであ
る。このように場合において、各アーム部の軸間距離Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３の長さについて特に限定されることはな
いが、図６（Ｂ）に示すようにオフセット長さＤが０の
状態でワーク２０を搬送するときには、（Ｌ２−Ｌ３）
≦Ｌ１となるように設定することが必要である。この場
合、第１回転軸２ａの位置を適宜設定することにより、
オフセット長さＤが０から最大（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）ま
での間で直線移動するようにワーク２０を搬送すること
が可能である。

【００２２】以上のように構成された多関節ロボット１
０によると、まず第１回転軸２ａをワーク２０の中心軌
跡との距離が十分に保たれる好適位置まで移動させるよ
うにしているので、ワーク中心２０ａを第１回転軸２ａ
から離れた位置で直線移動させることができる。したが
ってワーク２０を直線移動させる際に特異点が発生し難
く、ワーク２０を一定速度で搬送する際にも各リンクに
無理な動きを生じさせないようにすることができる。ま
た上述した別の実施形態によればオフセット距離Ｄが０
から最大（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）離れた中心軌跡上におい
てワーク２０を搬送することができるし、また第１の実
施形態によればこれより更に離れた中心軌跡上を搬送す
ることが可能である。

【００２３】しかも、本実施形態での第１アーム部１は
回転テーブルにより形成されているため、第２アーム部
２などを回転移動させる際に塵埃が発生し難く、かつ設
置スペースも少なくて済む。

【００２４】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば本実施形態では、ハンド部４を直線運動さ
せる際に当該ハンド部４の長手軸線とワーク搬送方向と
を一致させるようにしていたが、図７に示すように、ワ
ーク搬送方向に対しハンド部４の軸線４ｃを傾けるよう
にしたまま移動させることにより、上述の実施形態より
も更に離れた位置にあるワーク２０を取り出し、搬送す
ることが可能である。ただしこの場合において、ハンド
部４とカセット２１とが干渉し合わないようにしなけれ
ばならないことはもとより、ワーク２０を回転させずに
搬送するには軸線４ｃの傾きを一定としたまま移動させ
ることを要するのはいうまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の発明の多関節ロボットでは、第１アーム部、第
２アーム部、第３アーム部及びハンド部の各リンクによ
りワークを搬送し得る連鎖を形成すると共に、各リンク
を互いに独立回転可能に回転制御し、更に第１アーム部
を回転させることにより第２アーム部の回転軸である第
１回転軸を周状に移動させ得るので、ワークを搬送する
際の特異点の発生を防止することができる。これによ
り、アーム部などに無理な動きをさせることなく、複数
位置に載置された各ワークを直線移動させることがで
き、更にはワーク移動速度を一定に保つことも可能であ
る。

【００２６】しかも本発明の多関節ロボットは、第１ア
ーム部が回転テーブルにより形成されているため動作中
において発塵が起こり難く、省スペース化も図られるの
で、クリーンルームなどにおける使用にも適している。

【００２７】また請求項２記載の発明の多関節ロボット
では、第１アーム部又は第２アーム部を上下動可能に構
成しているので、多関節ロボットの動きの自由度が増
え、ワークを更に自在に搬送することができる。

【００２８】更に請求項３記載の発明の多関節ロボット
では、第２アーム部、第３アーム部でハンド部の直線移
動を行うと共に、ハンド部が一定方向を向くようにして
いるので、ワークを回転させずに平行かつ直線状に搬送
することができる。しかも第１アーム部の回転制御をす
ることにより特異点の発生を防止するようにしているの
で、複数位置に載置された各ワークを、アーム部などに
無理な動きをさせることなく移動させ得る。

【００２９】また、請求項４記載の発明の多関節ロボッ
トでは、各アーム部の軸間距離について、（Ｌ２−Ｌ
３）≦Ｌ１となるように設定しているので、第１アーム
部の位置を適宜設定することにより第１アーム部の回転
中心からの距離０から最大（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）までの
間で直線移動するようにワークを搬送することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多関節ロボットの一実施形態を示す平
面図である。

【図２】多関節ロボットの各アーム部及びハンド部の一
形態を示す平面図である。

【図３】アーム部などが上下動可能に設けられた多関節
ロボットを示す側面図である。

【図４】多関節ロボットによりカセットに載置されたワ
ークを取り出す様子を示す平面図である。

【図５】多関節ロボットによりワークを搬送する各形態
を示す平面図であり、（Ａ）〜（Ｃ）によりオフセット
長さＤの違いを表す。

【図６】多関節ロボットによりワークを搬送する際の別
形態を示す平面図であり、（Ａ）はオフセット長さＤが
ある場合、（Ｂ）はオフセット長さＤが０のときを表
す。

【図７】多関節ロボットによりカセットに載置されたワ
ークを取り出す際の別の形態を示す平面図である。

【図８】従来の多関節ロボットを示す平面図である。

【図９】従来の３アーム型多関節ロボットを示す平面図
である。

【図１０】図８に示した多関節ロボットによりワークを
特異点近傍で搬送する様子を示す平面図であり、（Ａ）
から（Ｃ）まで順に搬送経過を示す。

【図１１】図９に示した多関節ロボットによりワークを
特異点近傍で搬送する様子を示す平面図であり、（Ａ）
から（Ｃ）まで順に搬送経過を示す。

【図１２】直動機構を備えた従来の多関節ロボットを示
す平面図である。

【符号の説明】

１ 回転テーブル １ａ 回転中心 ２ 第２アーム部 ２ａ 第１回転軸 ３ 第３アーム部 ４ ハンド部 １０ 多関節ロボット Ｌ１ 第１アーム部の軸間距離 Ｌ２ 第２アーム部の軸間距離 Ｌ３ 第３アーム部の軸間距離

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転テーブルの回転中心に対して偏心し
   た位置に第１回転軸を形成して前記回転テーブルを第１
   アーム部とし、前記第１回転軸に回転可能に保持される
   アームを第２アーム部とし、該第２アーム部の先端に第
   ３アーム部を、該第３アーム部の先端にハンド部を回転
   可能に保持すると共に、前記第１アーム部、第２アーム
   部、第３アーム部、ハンド部の回転制御をすることによ
   り特異点の発生を防止することを特徴とする多関節ロボ
   ット。
2. 【請求項２】 前記第１アーム部又は第２アーム部を上
   下動可能に構成してなることを特徴とする請求項１記載
   の多関節ロボット。
3. 【請求項３】 前記第２アーム部、第３アーム部で前記
   ハンド部の直線移動を行うと共に、前記ハンド部は一定
   方向を向くようにし、前記第１アーム部の回転制御をす
   ることにより特異点の発生を防止するようにしてなるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の多関節ロボッ
   ト。
4. 【請求項４】 前記第１アーム部の軸間距離をＬ１、第
   ２アーム部の軸間距離をＬ２、第３アーム部の軸間距離
   をＬ３としたとき、（Ｌ２−Ｌ３）≦Ｌ１と設定してな
   ることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の多
   関節ロボット。