KR20000061647A

KR20000061647A - Precision Robot Apparatus for Linear and Rotatory Movement

Info

Publication number: KR20000061647A
Application number: KR1019990010846A
Authority: KR
Inventors: 김소연
Original assignee: 김소연
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-25
Also published as: KR100304451B1

Abstract

PURPOSE: An apparatus for operating and rotating a precise robot is provided to promote simple assembling and improvement in reliability by simplifying the structure of a cylindrical coordinate type robot for carrying objects into a three-dimensional space. CONSTITUTION: Rotation of a robot body occurs by delivering power of a rotary shaft motor(8) to an outer wheel(37) of a ball spline nut connected to a rotary shaft reducer(9), pulleys(10,12) and a belt(11). A fixing board(17) of an outer wheel(13) rotates centering on a ball spline nut(7) of an upper fixing board(16). For movement of arms of the robot, power of a motor(23) is delivered to an arm rotary shaft reducer(24) and to a first arm(25) and a pulley(26) connected to the output of the reducer(24). A second arm(29) of the robot acts by moving a belt(31) through each pulley(28,30) with the power.

Description

Precision Robot Apparatus for Linear and Rotatory Movement

본 발명은 원통좌표계형식의 로봇에 관한 것으로, 본 발명과 같은 로봇 장치의 주된 용도는 반도체 제조공정에서의 웨이퍼 핸들링 장치로서이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a robot in cylindrical coordinate system type, and the main use of such a robot device is as a wafer handling apparatus in a semiconductor manufacturing process.

도1은 종래의 원통좌표계 로봇을 구성을 개략적으로 나타낸다. 도 1을 참조하면, 로봇의 하부 고정판(22)과 상부 고정판(24)사이에 설치된 상하방향 직동운동을 일으키는 볼스크류(1)를 회전하기 위한 모터(2)는 벨트(3)에 의해 연결된다. 상하직동 운동용 볼 스크류 너트(6)는 중간원판(7)에 결합되어 있으며, 중간원판(7)의 한쪽 끝은 볼 스크류(1)에 지지된 하중 및 운동의 균형을 맞추기 위해 스플라인(8)축과 연결되어 있다. 중간원판(7)의 중심부에는 회전축 모터(9), 회전축 풀리(10), 벨트(12), 감속기의 풀리(1Oa), 회전축 감속기(11)가 연결되어 있으며, 회전축 감속기(11) 출력측은 회전중간원통(14)과 연결되어 있다. 회전중간원통(14) 상부에는 두 팔(20,21)을 회전축상의 반경방향으로 움직이게 하는 팔회전축 모터(15), 풀리(16), 벨트(17), 풀리(18)와 감속기(19)가 서로 연결되어 있다. 팔회전축 감속기(19)의 출력축은 로봇의 제1팔(20)와 제2팔(21)이 차례대로 결합되어 있다. 로봇은 용도에 따라 복수개의 제1팔와 제2팔을 가질수 있도록 구성된다.1 schematically shows a configuration of a conventional cylindrical coordinate robot. Referring to FIG. 1, the motor 2 for rotating the ball screw 1 causing the up and down linear motion between the lower fixing plate 22 and the upper fixing plate 24 of the robot is connected by a belt 3. . Up and down linear motion ball screw nuts (6) are coupled to the intermediate disc (7), with one end of the intermediate disc (7) splines (8) to balance the load and motion supported by the ball screw (1). It is connected to the shaft. The central shaft 7 is connected to the rotary shaft motor 9, the rotary shaft pulley 10, the belt 12, the pulley 10a of the reducer, the rotary shaft reducer 11, and the output side of the rotary shaft reducer 11 is rotated. It is connected to the intermediate cylinder (14). On the upper part of the intermediate cylinder 14, the arm rotation shaft motor 15, the pulley 16, the belt 17, the pulley 18 and the reducer 19, which move the two arms 20, 21 in the radial direction on the rotation axis, Are connected to each other. The first arm 20 and the second arm 21 of the robot are sequentially coupled to the output shaft of the arm rotation shaft reducer 19. The robot is configured to have a plurality of first arms and second arms, depending on the application.

로봇의 상하직동축의 운동은 풀리(4,5)와 벨트(3)에 의해 상하직동축 모터(2)와 연결된 볼 스크류(1)를 회전시키면 볼스크류너트(6)에 연결된 중간원판(7)과 중간원판(7)에 결합된 원통(13)과 상하직동 운동을 한다. 이에 따라 중간 원판(7)상에 연결된 회전축 모터(9)를 비롯한 회전운동수단과 팔회전축, 제1팔(20)와 제2팔(21)도 함께 상하 운동을 하게 된다.The movement of the vertical axis of the robot is performed by rotating the ball screw (1) connected to the vertical axis motor (2) by the pulley (4, 5) and the belt (3) and the intermediate disk (7) connected to the ball screw nut (6). ) And up and down linear motion with the cylinder (13) coupled to the intermediate plate (7). Accordingly, the rotary motion means including the rotary shaft motor 9 connected to the intermediate disk 7 and the arm rotary shaft, the first arm 20 and the second arm 21 also move up and down together.

로봇몸체의 회전운동은 회전축 모터(9)를 돌리면 연결된 풀리(10,10a)와 벨트(12)를 거쳐 회전축 감속기(11)의 출력축과 연결된 중간원통(14)이 회전하게 되며, 이에 따라 중간원통(14)과 연결된 로봇의 제1팔(20)와 제2팔(21)이 함께 회전운동을 하게 된다.The rotation of the robot body rotates the rotary shaft motor 9 so that the intermediate cylinder 14 connected to the output shaft of the rotary shaft reducer 11 rotates through the connected pulleys 10 and 10a and the belt 12. The first arm 20 and the second arm 21 of the robot connected with 14 are rotated together.

로봇의 팔 운동은 팔회전축 모터(15)의 동력이 팔회전축 벨트(17)로 연결된 풀리(16)과 풀리(18)를 거쳐 전달되어 팔회전축 감속기(19)가 회전하며, 팔 내부에 위치한 벨트등에 의해 회전동력이 로봇 제1팔(20)과 제2팔(21)에 전달되며, 팔내부의 기구적인 구속력에 의해 원통좌표계의 반경 방향으로 직선운동을 하게 된다.Arm movement of the robot is transmitted through the pulley 16 and the pulley 18, the power of the arm rotation shaft motor 15 is connected to the arm rotation shaft belt 17, the arm rotation shaft reducer 19 is rotated, the belt located inside the arm Rotational power is transmitted to the robot first arm 20 and the second arm 21 by, for example, a linear movement in the radial direction of the cylindrical coordinate system by the mechanical constraint force inside the arm.

그러나, 상술한 바와 같이 종래의 반도체장비용 로봇은 상하직동운동축과 회전운동축이 분리되어 이들을 연결하기 위한 구조가 복잡하며, 따라서 많은 공간을 차지하고, 부품의 숫자도 많아지게 된다. 또한, 볼스크류(1)인 직동축과 스플라인(6)을 평행하게 위치해야 하는 바, 이들 사이에 정밀한 평행도를 유지하면서 조립하기가 매우 힘들며, 평행 조립이 제대로 이루어지지 않았을 경우에는 볼스크류너트(6)의 상하운동시 끼임현상이 발생하여 마찰 발생으로 인한 이상소음, 볼스크류의 깍임, 그리고 모터 정격 토오크보다 필요 이상으로 모터 토오크가 커져야하는 현상이 발생한다.However, as described above, the conventional robot for semiconductor equipment separates the up-and-down linear motion axis and the rotational motion axis, and the structure for connecting them is complicated, thus taking up a lot of space and increasing the number of parts. In addition, the ball screw 1, the linear drive shaft and the spline (6) should be located in parallel, it is very difficult to assemble while maintaining a precise parallelism between them, if the parallel assembly is not properly made ball screw nut ( The pinch phenomenon occurs during up and down movement of 6), abnormal noise due to friction, chipping of the ball screw, and the motor torque should be larger than necessary than the rated torque of the motor.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점들을 개선하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 물체를 3차원 공간상의 임의의 위치로 이송 할 수 있는 원통좌표계 형식의 로봇의 구조를 단순화하여 조립을 간단하게 하고, 신뢰성을 높이는 것이 목적이다. 본 발명의 다른 목적은 작동시 마찰을 최소화하여 마모, 소음, 백래쉬를 최소화 할 수 있는 구조와 중량물 취급에 적합한 로봇을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the present invention simplifies the assembly and simplify the structure of the robot of the cylindrical coordinate system that can move the object to any position in the three-dimensional space, The purpose is to raise. Another object of the present invention is to provide a robot that is suitable for handling heavy materials and structures that can minimize friction during operation to minimize wear, noise, and backlash.

도 1은 종래의 원통좌표계 로봇의 구성을 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional cylindrical coordinate robot;

도 2는 본 발명에 따른 원통좌표계 로봇의 구성을 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the configuration of a cylindrical coordinate robot according to the present invention.

본 발명에 따른 원통좌표계 로봇의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명한다.An embodiment of a cylindrical coordinate system robot according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도2를 참조하면, 로봇 베이스(21)의 중앙에 볼스크류(1)의 한쪽 끝이 고정되어 있다. 볼스크류(1)에는 볼스크류(1)상에서 회전하면서 상하로 움직이는 볼스크류너트(2)가 있다. 볼스크류너트 외륜(36)은 볼스크류너트(2)를 중심으로 회전하는 구조이다. 볼스플라인너트(7)는 동일한 볼스크류(1)의 홈을 따라 축방향으로 이동하는 구조이다. 볼스프라인 너트 외륜(37)은 볼스플라인 너트(7)를 중심으로 회전한다.2, one end of the ball screw 1 is fixed to the center of the robot base 21. The ball screw 1 has a ball screw nut 2 that moves up and down while rotating on the ball screw 1. The ball screw nut outer ring 36 rotates about the ball screw nut 2. The ball spline nut 7 has a structure moving along the groove of the same ball screw 1 in the axial direction. The ball spline nut outer ring 37 rotates about the ball spline nut 7.

상하직동축 상부 고정대(16)는 볼스프라인 너트(7)에 고정되어 있고, 상하직동축 하부고정대(15)는 볼스크류너트 외륜(36)에 고정되어 있다. 상하직동축 상부 고정대(16)와 상하직동축 하부 고정대(15) 사이의 상하직동축 고정 커버(38)에 의해 고정되어 상하직동 운동이 일체가 되어 움직인다.The upper and lower direct shaft upper fixing member 16 is fixed to the ball spline nut 7, and the upper and lower direct shaft lower fixing member 15 is fixed to the ball screw nut outer ring 36. It is fixed by the up-and-down coaxial fixing cover 38 between the up-and-down coaxial upper holder 16 and the up-and-down coaxial lower holder 15 so that the up-and-down linear movement is integrated.

상하직동축 고정 커버(38)에 고정된 상하 안내 블럭(13)은 바깥 커버(22)에 고정된 상하 안내 레일(14)과 연결되어 로봇의 상하운동시 흔들림을 방지할 수 있는 구조이다. 바깥 커버(22)는 로봇 베이스(21)에 고정되게 연결되어 있다.The vertical guide block 13 fixed to the vertical coaxial fixing cover 38 is connected to the vertical guide rail 14 fixed to the outer cover 22 to prevent shaking during vertical movement of the robot. The outer cover 22 is fixedly connected to the robot base 21.

상하직동축 하부 고정대(15)에 고정된 상하직동축 모터(3)가 볼스크류너트(2)를 회전시켜 상하직동축 전체가 상하운동을 하는 구조이다. 상하직동축 모터(3)축에 고정된 모터풀리(4)와 볼스크류너트(2)에 고정된 풀리(6) 사이의 벨트(5)가 상하직동축 모터(3)의 동력을 볼스크류너트(2)에 전달한다.The up and down coaxial motor 3 fixed to the up and down coaxial lower stand 15 rotates the ball screw nut 2 so that the entire up and down coaxial shaft moves up and down. The belt 5 between the motor pulley 4 fixed to the up and down coaxial motor 3 and the pulley 6 fixed to the ball screw nut 2 supplies the power of the up and down coaxial motor 3 to the ball screw nut. (2) to pass.

상하직동축 상부 고정대(16)에 고정된 회전축 모터(8)는 회전축 감속기(9), 회전축 풀리(10), 회전축 벨트(11)와 연결되어 볼스플라인 너트 외륜(37)에 고정된 풀리(12)에 동력을 전달한다. 회전축 모터(8)는 볼스플라인 너트 외륜(37)을 회전시켜, 볼스플라인너트 외륜(37)에 고정된 회전축 하부 고정대(17)를 회전하게 한다. 회전축 바깥 커버(18)는 회전축 하부 고정대(17)에 고정되어 있고, 회전축 상부 커버(19)는 회전축 바깥커버(18)에 고정되어 있다. 회전축의 흔들림을 방지하기 위해 회전축 바깥 커버(18)와 상하직동축 상부 고정대(16) 사이에 회전축 지지베어링(20)이 있다.The rotary shaft motor 8 fixed to the upper and lower coaxial upper stator 16 is connected to the rotary shaft reducer 9, the rotary shaft pulley 10, and the rotary shaft belt 11, and the pulley 12 fixed to the ball spline nut outer ring 37. Power). The rotary shaft motor 8 rotates the ball spline nut outer ring 37 to rotate the lower shaft support 17 fixed to the ball spline nut outer ring 37. The rotary shaft outer cover 18 is fixed to the rotary shaft lower holder 17, and the rotary shaft upper cover 19 is fixed to the rotary shaft outer cover 18. In order to prevent shaking of the rotating shaft, there is a rotating shaft support bearing 20 between the rotating shaft outer cover 18 and the upper and lower vertical shaft upper support 16.

회전축 상부 커버(19) 상에는 로봇 제1팔(25)이 부착되어 있으며, 로봇 제1팔(25)위에 로봇 제2팔(29)이 연결되어 있다. 로봇 제1팔(25)에는 팔회전축 감속기(24)가 결합되어 있다. 팔회전축 감속기(24)는 팔회전축 모터(23)와 직결되어 있다. 팔회전축 감속기(24)에 고정된 팔 회전축 풀리(26)는 벨트(27)에 의해 풀리(28)에 연결되어 있고, 풀리(28)에 연결된 로봇 제2팔의 풀리(30)은 벨트(31)에 의해 연결되어 있다.The robot first arm 25 is attached to the upper axis of the rotary shaft 19, and the robot second arm 29 is connected to the robot first arm 25. An arm rotation shaft reducer 24 is coupled to the robot first arm 25. The arm rotary shaft reducer 24 is directly connected to the arm rotary shaft motor 23. The arm rotation shaft pulley 26 fixed to the arm rotation shaft reducer 24 is connected to the pulley 28 by a belt 27, and the pulley 30 of the robot second arm connected to the pulley 28 is a belt 31. Are connected by

이 로봇은 용도에 따라 더블 암(double arm)구조를 가질 수 있으며, 이 경우 또다른 제1팔(34)과 제2팔(35)을 회전축 상부 커버(19)에 연결시킬 수 있다.The robot may have a double arm structure according to the use, and in this case, the other first arm 34 and the second arm 35 may be connected to the rotary shaft upper cover 19.

회전축 상부 커버(19)에 회전축 바깥 커버(18)가 연결되어 로봇 내부에서 발생한 먼지의 외부 방출과, 로봇 외부로부터 들어올수 있는 수분이나 화학약품등의 침투를 막는다.The rotary shaft outer cover 18 is connected to the rotary shaft upper cover 19 to prevent the external discharge of dust generated inside the robot and the penetration of moisture or chemicals that may enter from the robot's exterior.

로봇 몸통의 상하직동운동은 상하 직동축 하부 고정대(15)에 고정된 상하직동축모터(3)의 동력이 풀리(4)와 풀리(6)을 연결하는 상하 직동축 벨트(5)를 통해 볼스크류너트(2)에 전달되어 일어난다. 이때, 볼스크류너트(2)는 볼스크류(1)를 따라 회전하면서 상하 직동운동을 하게 되며, 이 직동운동은 볼스크류너트(2)의 외륜(36)에 고정된 상하직동축 하부 고정대(15)와 상하직동축 상부 고정대(16)를 고정하고 있는 상하직동축 커버(38)를 한꺼번에 상하운동을 하게 한다. 또한 상하직동축 상부 고정대(16)의 상부에 있는 로봇의 회전운동 부위와 로봇 팔등을 한꺼번에 상하운동을 하게 한다.Up and down linear motion of the robot body is a ball through the vertical linear shaft (5) is connected to the pulley (4) and the pulley (6) by the power of the vertical linear shaft motor (3) fixed to the upper and lower linear shaft lower support (15) It is delivered to the screw nut 2 and occurs. At this time, the ball screw nut (2) is to move up and down linear movement while rotating along the ball screw (1), this linear movement is fixed up and down linear shaft lower fixed to the outer ring (36) of the ball screw nut (15) ) Up and down coaxial upper cover (38) fixing the upper and lower coaxial upper support 16 to the vertical movement at once. In addition, the upper and lower coaxial upper portion of the upper support 16, the robot's rotational movement and the robot arm, such as to move up and down at once.

로봇 몸통의 회전운동은 상하직동축 상부 고정대(16)에 고정된 회전축 모터(8)의 동력이 회전축 감속기(9), 풀리(10) 벨트((11), 풀리(12)에 연결된 볼스플라인 너트 외륜(37)에 전달되어 일어난다. 볼스플라인 너트 외륜(13)에 고정된 회전축 하부 고정대(17)는 상하직동축 상부 고정대(16)에 고정된 볼스플라인 너트(7)를 중심으로 회전운동을 하게 된다.Rotational movement of the robot body is a ball spline nut connected to the rotary shaft reducer (9), pulley (10) belt (11), pulley (12) by the power of the rotary shaft motor (8) fixed to the upper and lower coaxial upper stator (16). It is transmitted to the outer ring 37 and occurs .. The ball shaft spline nut 17 fixed to the outer ring 13 makes a rotary motion about the ball spline nut 7 fixed to the upper and lower coaxial upper stem 16. do.

로봇의 팔 운동은 팔회전축 모터(23)의 동력이 팔회전축 감속기(24)에 전달되어감속기 출력측에 연결된 로봇 제1팔(25)과 풀리(26)에 전달된다. 이 전달동력은 풀리(28), 풀리(30)를 각각 거쳐 벨트(31)를 움직이게 함으로써 로봇 제2팔(29)이 동작하게된다.The arm motion of the robot is transmitted to the arm rotation shaft reducer 24, the power of the arm rotation shaft motor 23 is transmitted to the robot first arm 25 and the pulley 26 connected to the reducer output side. This transmission power causes the robot second arm 29 to operate by moving the belt 31 via the pulley 28 and the pulley 30, respectively.

상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예의 일예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용범위는 상기한 실시예들에 한정되는 것은 아니며 동일사상의 범주내에서 적절하게 변경가능하다.The above-described embodiment is merely an example of a preferred embodiment of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and may be appropriately changed within the scope of the same idea.

본 발명은 하나의 볼스크류축 상에서 상하 직동운동과 로봇 몸통의 회전운동이 동일축상에서 할 수 있어, 구조가 간단하고, 차지하는 공간이 작은 원통좌표계형 로봇에 적합하다. 로봇의 상하 직동운동은 로봇중심의 볼 스크류상에서 일어나고, 볼 스크류의 양쪽에 가이드 레일이 로봇의 동작시 흔들림을 방지할 수 있는 견고한 구조이다. 로봇의 회전운동은 볼스프라인을 중심으로 볼스플라인 외륜과 회전축 지지베어링에 의해 견고한 구조이다. 또한 로봇 팔의 모듈화가 가능한 구조로 되어 있어 조립, 유지와 보수가 편리하다.According to the present invention, the up-and-down linear motion and the rotational motion of the robot body can be performed on the same axis on one ball screw shaft, so that the structure is simple and it is suitable for a cylindrical coordinate robot having a small space. The up and down linear motion of the robot occurs on the ball screw in the center of the robot, and the guide rails on both sides of the ball screw have a rigid structure that can prevent shaking during the operation of the robot. The rotational motion of the robot is solid by the ball spline outer ring and the rotating shaft support bearing around the ball spline. In addition, the robot arm can be modularized for easy assembly, maintenance and repair.

Claims

In the cylindrical coordinate robot,

A robot base;

A ball screw fixed at one end to a center of the base;

Linear motion means for performing a vertical motion of the robot by rotating the nut on the ball screw;

Precision robot consisting of a means for rotating the body around the ball spline fitted to the ball screw.

According to claim 1, wherein the linear motion means,

The motor is installed on the fixed base fixed to the outer ring of the ball screw nut, and the belt connecting the output shaft pulley of this motor and the pull screw of the ball screw nut is interlocked so that the ball screw rotates.

According to claim 1, wherein the rotation means,

Power is transmitted to the ball spline's outer ring by a motor installed in the fixed bracket fixed to the ball spline, and a pulley of the ball spline outer ring connected to the motor, and the robot fixed to the stator fixed to the ball spline outer ring centered on the ball spline Structure that the body is configured to rotate.

The structure according to claim 1, wherein the fixing member fixed to the ball spline, the fixing member fixed to the outer ring of the ball screw nut, and the vertical linear shaft fixing cover for fixing the two fixing members perform a linear motion together, and to prevent vibration during the vertical linear motion. Guide structure between the upper and lower linear shaft fixed cover and the robot outer cover.

The structure according to claim 1, wherein there is a rotating shaft support bearing for supporting a robot rotating body fixed to a ball spline outer ring that rotates about a ball spline.

The precision robot of claim 1, further comprising a robotic arm structure modularized to attach the arm and the arm drive means of the robot.