KR20060085211A

KR20060085211A - 산업용 로봇

Info

Publication number: KR20060085211A
Application number: KR1020060006454A
Authority: KR
Inventors: 야스노리 타케우치; 타카유키 야자와; 히로토 나카지마
Original assignee: 니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2006-07-26
Also published as: JP4719010B2; TWI398334B; KR101209299B1; JP2006224297A; TW200631743A

Abstract

간단한 구조의 이동 기구를 구비한 산업용 로봇을 제공한다.

회전 가능한 로봇 암(3)과, 이 로봇 암(3)의 선단에 설치되어 워크를 보관 유지 가능한 핸드부(4)와, 핸드부(4)와 로봇 암(3)을 구동하는 구동부(9)와, 구동부(9)를 부착하는 부착부(2A)를 구비한 지지 베이스(2)와, 상기 지지 베이스(2)를 이동시키는 평행 링크 기구(5)를 구비 것이다.

Description

산업용 로봇{INDUSTRIAL ROBOT}

도 1은 본 발명의 산업용 로봇의 제 1 실시 형태를 나타내는 측면도이다.

도 2는 같은 로봇의 매니풀레이터를 상승시킨 상태의 사시도이다.

도 3은 같은 로봇의 매니풀레이터를 하강시킨 상태의 사시도이다.

도 4는 같은 로봇의 대좌의 바닥면도이다.

도 5는 같은 로봇의 평행 링크를 일부 절개하여 나타내고, 늘어난 상태의 도이다.

도 6은 같은 로봇의 평행 링크를 구동하는 기구를 나타내는 단면도이다.

도 7은 본 발명의 산업용 로봇의 제 2 실시 형태를 나타내는 측면도이다.

도 8은 같은 로봇의 평행 링크를 일부 절개하여 나타내고, 늘어난 상태의 도이다.

도 9는 도 8의 화살표 IX 방향에서 본 제 2 암을 나타내는 도이다.

도 10은 같은 로봇의 3조의 평행 링크와 링크 구동 모터의 배치를 나타내는 도이다.

도 11은 같은 로봇의 링크 구동 모터의 구동력을 전달하는 기구를 나타내는 단면도이다

도 12는 종래의 진공 로봇의 단면도이다.

[부호의 설명]

1 진공 환경

2 지지 베이스

2A 부착부

3 로봇 암

4 핸드부

5 평행 링크 기구

6 링크 구동 모터(평행 링크 기구를 구동하는 구동원)

12 평행 링크

12a 제 1 암

12b 제 2 암

17 중간 연결축

18 연결축

산업용 로봇로서, 예를 들면 일본국 특개2001-157974호 공보에 개시된 진공 환경 내에서 사용 가능한 기판(基板) 반송 로봇이 있다.

이 기판 반송 로봇를 도 12에 나타낸다. 기대(機臺)(101)는 대기(大氣) 탱크(102)와 진공 탱크(103)로 분리되어 있고, 구동 모터(104)와 볼 나사(120)를 가지 는 이동 기구에 의해서 대기 탱크(102) 내의 구동 박스(105)를 상하이동 시킴으로써, 진공 탱크(103) 내의 회전 베이스(106)를 상하이동 시킬 수 있다. 또한, 제 3 구동 모터(107)에 의해서 제 3 축(108)을 회전시킴으로써, 회전 베이스(106)를 선회시킬 수 있다.

회전 베이스(106)에는, 제 1 암 몸체(109) 및 제 2 암 몸체(110)가 설치되어 있다. 제 1 의 구동 모터(111)에 의해서 제 1 축(112)을 회전시킴으로써, 제 1 암 몸체(109)를 회전시킬 수 있다. 또한, 제 2 구동 모터(113)에 의해서 제 2 축(114)을 회전시킴으로써, 제 2 암 몸체(110)를 회전시킬 수 있다.

제 3 축(108) 내에 제 2 축(114)이, 제 2 축(114) 내에 제 1 축(112)이 배치되어 있다. 제 3 축(108)의 외측의 공간에 대해서는, 본체 케이스 상부벽(115)으로 하우징부(116)와의 사이에 제 3 축(108)을 둘러싸도록 진공 벨로우즈(bellows)(117)를 장착함으로써, 진공 탱크(103)와 대기 탱크(102)를 분리시키고 있다. 또한, 특히 명기(明記)되어 있지 않지만, 제 3 축(108)과 제 2 축(114)과의 사이 및 제 2 축(114)과 제 1 축(112)의 사이의 공간에 대해서는, 자성 유체 씰을 설치함으로써 진공 탱크(103)와 대기 탱크(102)를 분리시키고 있는 것으로 생각된다.

[특허 문헌 1]일본국 특개 2001-157974호

그렇지만, 특허 문헌 1에 나타내는 기판 반송 로봇는, 구동 모터(104)와 볼 나사(120)를 가지는 이동 기구를 통하여 구동 박스(105)를 상하 방향으로 이동시키 고 있다.이 때문에, 이동거리(스트로크(stroke))를 길게 하면 구동 박스(105)를 지지하는 부재가 필요하게 되고, 이동하기 위한 구조가 더 복잡하게 된다는 문제가 있다. 또한, 대형화가 된다는 문제도 있다.

또한, 상술한 기판 반송 로봇에서는, 진공 환경 내에서 사용하는 경우에는, 회전 베이스(106)를 상하 이동시키는 이동거리에 적절한 자성 유체 씰이나 진공 벨로우즈(117)가 필요하기 때문에, 상하 이동거리에 비례하여 자성 유체 씰이나 진공 벨로우즈(117)를 대형화시킬 필요가 있다. 이 때문에, 로봇 전체가 대형화됨과 동시에, 고가로 된다.

또한, 진공 벨로우즈(117)는 용접에의해 제작되는 주름 상자 구조이고, 대형화에 수반하여 세정이 곤란하게 되며, 파티클(particle)의 발생(발진(發塵))이 일어나기 쉬워진다.

또한, 일반적으로 로봇 본체의 내구성보다도 진공 벨로우즈(117)의 반복 동작 내구성이 나쁘다. 이 때문에, 진공 로봇 전체적으로서의 내구성이 악화되어, 신뢰성이 악화된다.

본 발명은, 간단한 구조의 이동 기구를 구비한 산업용 로봇를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 진공 환경 내에서 사용하는 경우에 있어서, 산업용 로봇로서도 진공 로봇의 사용이 불필요한 산업용 로봇를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상하 이동거리와는 관계없이 자성 유체 씰의 설계를 가능하게 하는 산업용 로봇를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 회전 가능한 로봇 암(robot arm)과, 상기 로봇 암의 선단에 설치되고, 워크(work)를 보관유지 가능한 핸드(hand)부와, 상기 핸드부와 상기 로봇 암을 구동하는 구동부와, 상기 구동부를 설치하는 설치부를 구비한 지지 베이스와, 상기 지지 베이스를 이동시키는 평행 링크(parallel link) 기구를 구비하는 것이다.

따라서, 간단한 구조의 평행 링크 기구에 의해서 지지 베이스를 이동시키는 것으로써, 로봇 암, 핸드부 및 구동부를 이동시킬 수 있다. 또한, 구동부를 지지 베이스의 부착부에 부착함으로써, 로봇 암, 핸드부 및 구동부의 무게 중심 위치를 지지 베이스에 가깝게 하여 유지할 수 있다. 이것에 의해, 평행 링크 기구의 강성을 높게 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 산업용 로봇의 구동부가 상기 지지 베이스에 깊이 가라앉도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은, 상기 산업용 로봇의 구동부는 상기 지지 베이스를 통하여 상기 로봇 암 및 상기 핸드부는 반대측에 부착되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 상기 로봇 암이나 상기 핸드부의 무게 중심을 상기 평행 링크 기구를 지지하는 지지 베이스에 접근할 수 있어, 평행 링크 기구의 강성을 높일 수 있다.

본 발명은, 평행 링크 기구는 지지 베이스를 상하 이동시키는 것으로도 좋고, 평행 링크 기구는 지지 베이스를 평면 이동시키는 것으로도 좋다. 즉, 지지 베이스를 상하 이동시키는 것으로 로봇 암 및 핸드부를 상하 이동시키거나, 지지 베이스를 평면 이동시키는 것으로 로봇 암 및 핸드부를 평면 이동시키거나, 지지 베 이스를 상하 이동 및 평면 이동시키는 것으로 로봇 암 및 핸드부를 상하 이동 및 평면 이동시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 평행 링크 기구를 구성하는 평행 링크는, 1개의 제 1 암과 2개의 제 2 암을 가지고, 상기 제 2 암은 상기 지지 베이스 측에 배치되어, 2개의 연결축과 함께 평행사변형을 구성하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 평행 링크의 강성을 높일 수 있다.

또한, 상기 2개의 연결축 중에서, 상기 제 1 암과 제 2 암을 연결하는 연결축의 이동 궤적은, 다른 연결축의 이동 궤적보다도 수평방향에서 외측인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 평행 링크 기구가 상하 방향으로 이동할 때, 평행 링크 기구의 작동 중에 외란(外亂)이 발생하여도, 지지 베이스가 상하 방향으로 이동할 수 있다.

또한, 상기 제 1 암의 길이는, 상기 제 2 암의 길이 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 산업용 로봇은 진공 환경 내에 설치되어 작업을 행하는 것인 것이 바람직하다.

따라서, 평행 링크 기구는 진공 환경 내에 설치 가능하다. 평행 링크 기구가 진공 환경 내에 설치되어 있으므로, 진공 벨로우즈를 이용하지 않고 진공 환경 내를 밀봉할 수 있다. 또한, 지지 베이스의 상하 이동거리와는 관계없이 자성 유체 씰을 설계할 수 있다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 나타내는 최선의 형태에 근거하여 상세하게 설명한다.

도 1 ~ 도 6에, 본 발명의 산업용 로봇의 제 1 실시 형태를 나타낸다. 산업용 로봇은, 예를 들면 진공 환경(1) 내에서 도시하지 않는 워크를 반송하는 진공 환경 내 워크 반송 로봇이다. 산업용 로봇은, 진공 환경(1) 내에 설치되어 작업을 실시하는 것으로, 지지 베이스(2)에 설치되어 회전 가능한 로봇 암(3)과, 이 로봇 암(3)의 선단에 설치되고, 워크를 보관 유지 가능한 핸드부(4)와, 지지 베이스(2)를 이동시키는 평행 링크 기구(5)를 구비하고 있다. 평행 링크 기구(5)는, 지지 베이스(2)를, 도 1에 있어서 상하방향으로 이동시키는 이동 기구이다. 또한, 평행 링크 기구(5)를 구동하는 구동원(6)은, 진공 환경(1)의 외부에 배치되어 있다.

본 실시 형태에서는, 1개의 제 1 로봇 암(3A)의 양단에 2개의 제 2 로봇 암(3B)을 연결하여, 각 제 2 로봇 암(3B)의 선단에 핸드부(4)를 연결하고 있다.

산업용 로봇이 설치되어 있는 대좌(臺座)(7) 위는 도시하지 않는 격벽으로 덮여 있거, 격벽 내는 진공 환경(1)으로 되어 있다. 즉, 지지 베이스(2)와, 로봇 암(3)과, 핸드부(4)와, 이들 구동 기구로 구성되는 매니풀레이터(manipulator)(8)가 진공 환경(1) 내에서 평행 링크 기구(5)에 의해서 기구적으로 지지되어 있다. 로봇 암(3) 및 핸드부(4)를 구동하는 복수의 도시하지 않는 모터 등을 포함한 구동부(9)는 지지 베이스(2)의 바닥면에 배치되어, 하우징(housing)(9)에 덮여 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 하우징(90) 내로부터는, 회전축(81)이, 지지 베이스(2)를 관통하여 연장되도록 형성되어 있고, 회전축(81)을 통하여, 하우징(90) 내의 모터의 구동력을 로봇 암(3)이나 핸드부(4)에 전달하도록 하고 있다. 이 와 같이, 로봇 암(3)이나 핸드부(4)를 구동하는 구동부(9)의 일부가 지지 베이스(2)에 형성된 부착부(2A)로서의 구멍을 관통하고, 구동부(9)가 지지 베이스(2)의 바닥면에 부척되어 있으므로, 로봇 암(3)이나 핸드부(4)나 구동부의 무게 중심 위치를 평행 링크 기구(5)를 지지하는 지지 베이스(2)에 접근함으로써 평행 링크 기구(5)(평행 링크(12))의 강성을 높일 수 있도록 하고 있다.

또한, 지지 베이스(2)에 탑재되는 매니풀레이터(8)는, 그 무게 중심 위치를 내린다, 즉, 그 무게 중심 위치를 지지 베이스(2)에 접근할 수 있고, 예를 들면, 동작 시에 진동이 발생한 경우에서도, 그 진동을 억제할 수 있도록 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 매니풀레이터(8)가 진공 환경 내에 배치되어 있지만, 모터의 배선은 하우징(90)의 바닥면에 설치된 플렉서블 튜브(flexible tube)(10) 내를 통과하여 도시하지 않는 제어부에 접속되어 있다. 이 때문에, 플렉서블 튜브(10) 내 및 하우징(90) 내는 대기 환경(11)이 된다.

그렇지만, 지지 베이스(2)와 하우징(90)과의 사이, 하우징(90)과 플렉서블 튜브(10)와의 사이는, 예를 들면 도시하지 않는 O링에 의해서 진공 씰 되어 있다. 또한, 하우징(90) 내의 모터의 구동력을 로봇 암(3)이나 핸드부(4)에 전달하기 위해서 하우징(90) 내로부터 지지 베이스(2)를 관통하여 연장되는 회전축(81)과 그 대향 부재와의 사이는 도시하지 않는 자성 유체 씰에 의해서 진공 씰 되어 있다.

이들 때문에, 매니풀레이터(8)가 배치되는 진공 환경(1)과 모터가 배치되는 대기 환경(11)과는 확실히 분리되어 있다. 또한, 지지 베이스(2)를 관통하여 연장되는 상기 회전축(81)은 그 축선방향으로 이동하는 것은 아니기 때문에, 종래와 같 이, 축 방향으로 이동하는 회전축을 진공 씰 하는 경우에 비하여, 자성 유체 씰의 범위를 좁게 할 수 있다. 또, 도 2 및 도 3에서는 플렉서블 튜브(10)의 기재를 생략하고 있다.

본 실시 형태에 있어서, 평행 링크 기구(5)는, 예를 들면 3조(組)의 평행 링크(12)로 구성되고, 이들은 1개의 링크 구동 모터(구동원)(6)에 의해서 구동되고 있다. 다만, 평행 링크(12)의 수는 3조로 한정하는 것은 아니다. 평행 링크(12)는, 대좌(7) 위의 지지체(13)와 지지 베이스(2)를 연결하고, 매니풀레이터(8)를 기구적으로 구속하고 있다. 3조의 평행 링크(12)는, 위로부터 보아서 지지 베이스(2)나 하우징(90)을 둘러싸도록 120도 간격으로 배치되어 있다.

평행 링크(12)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 대좌(7) 측의 1개의 제 1 암(12a)과 지지 베이스(2) 측의 2개의 제 2 암(12b)을 가지고 있다. 2개의 제 2 암(12b)은, 2 개의 연결 축으로 한 중간 연결축(17), 연결축(18)과 함께, 평행 사변형을 구성하여, 그 강성을 높이도록 하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제 1 암(12a)의 길이(La)는, 제 2 암(12b)의 길이(Lb)보다도 짧게 되어 있다.

또한, 제 1 암(12a)과 제 2 암(12b)을 연결하는 중간연결축(17)의 이동 궤적은, 도 1에 도시된 바와 같이, 연결축(18)의 이동 궤적보다도, 수평방향에서 외측으로 되도록 하고 있다.

이것에 의해, 평행 링크(12)의 동작 범위에 있어서, 제 2 암(12b)과 지지 베이스(2)와의 이루는 각도(α)의 각도 변화를 작게 함과 동시에, 그 각도(α)는 예각인 각도 범위를 유지하고 있다. 이와 같이, 예각인 각도를 유지함으로써, 평행 링크 기구(5)가 상하 방향으로 이동할 때, 평행 링크(12)의 이동 중에 외란이 발생하여도, 지지 베이스(2)가 상하 방향으로 안정하게 이동할 수 있도록 되어 있다.

또, 제 1 암(12a)의 길이(La) 와 제 2 암(12b) 와의 길이(Lb)는 같아도 좋다.

제 1 암(12a)의 하단은, 지지체(13)에 대기용 베어링(14) 및 진공용 베어링(15)을 통하여 회전이 자유롭게 지지되어 있는 링크 구동축(16)에 고정되어 있다.

본 실시 형태에 있어서, 3개의 링크 구동축(16)은, 위에서 보아 지지 베이스(2)나 하우징(90)을 둘러싸도록 120도 간격으로 배치되어 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 링크 구동축(16)은, 대좌(7)보다 높은 위치에 배치되어 있다. 즉, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 암(12a)과 제 2 암(12b)이 겹치도록 하여 접혀지고, 제 1 암(12a)이 기울기가 하부로 향하게 되며, 중간 연결축(17)이 대좌(7)에 접한 위치가 최하강위치가 되도록 한 높이를 확보하고 있다. 바꾸어 말하면, 링크 구동축(16)의 높이는, 하우징(90)의 수납 스페이스를 확보하도록 하고 있다.

평행 링크(12)의 스트로크(상하 방향으로의 이동거리)는, 링크 길이(La, Lb)와 링크 동작각(θ)과의 곱으로 구해지지만, 제 1 암(12a)의 이동 범위를 크게 취해지도록 되어 있으므로, 짧은 링크 길이(La, Lb)로, 소정의 스트로크를 확보할 수 있도록 되어 있다. 이 때문에, ①평행 링크(12)의 강성이 올라가고, ②구동 모터(6)의 토크(torque)가 작아져, 감속기를 소형화할 수 있으며, ③매니풀레이터(8)의 점유 스페이스를 작게 할 수 있도록 되어 있다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 암(12a)의 상단은, 중간 연결축(17)의 중앙에 고정되어 있다. 제 2 암(12b)의 하단은, 중간 연결축(17)의 양단에 진공용 베어링(15)을 통하여 회전이 자유롭게 연결되어 있다. 또한, 제 2 암(12b)의 상단은, 지지 베이스(2)의 볼록부(2a)를 관통하고 있는 연결축(18)의 양단에 진공용 베어링(15)을 통하여 회전이 자유롭게 연결되어 있다. 즉, 제 1 암(12a)은 1자유도, 제 2 암(12b)도 1자유도로 구성되어 있어, 매니풀레이터(8)는 3조의 평행 링크(12)에 의해서 기구적으로 상하 방향으로 구속되고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제 1 암(12a), 제 2 암(12b), 중간 연결축(17), 연결축(18)은, 예를 들면 파이프 형상을 이루고 있어, 일정한 강성을 유지하면서, 경량화를 도모하도록 하고 있다.

상술한 바와 같이, 평행 링크 기구(5)는, 다음과 같이 동작한다.

링크 구동축(16)이 회전하고 있지 않는 상태(최하강위치)에서는, 도 1에 실선으로 나타내는 바와 같이, 제 1 암(12a)의 기울기가 하부로 향하고 있어, 제 2 암(12b)이 겹치도록 하여 평행 링크(12)가 접혀져 있다. 이 상태로부터, 링크 구동축(16)이 회전하여 제 1 암(12a)이 들어 올려지면, 제 2 암(12b)의 절곡 각도가 감소하고, 평행 링크(12)가 늘어나 지지 베이스(2)를 들어 올린다(도 2의 2점 쇄선 위치). 그리고, 링크 구동축(16)이 역전(逆轉)하면, 연장되어 있던 평행 링크(12)가 접혀져 지지 베이스(2)를 하강시킨다(도 1의 실선 위치).

링크 구동 모터(6)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 진공 환경(1)의 외부에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 대좌(7)의 구멍(7a)을 덮는 커버(19) 내에 링 크 구동 모터(6)를 설치함으로써, 링크 구동 모터(6)를 대좌(7)의 하측의 대기 환경(11)(진공 환경(1)의 외부) 배치로 하고 있다. 링크 구동 모터(6)의 구동력은 풀리(20) → 타이밍 벨트(21) → 타이밍 풀리(22) → 회전 샤프트(23) → 베벨 기어(24) → 베벨 기어(25) → 대기 베어링 감속기(26) → 링크 구동축(16)으로 전달된다. 타이밍 풀리(22), 회전 샤프트(23), 베벨 기어(24, 25), 대기 베어링 감속기(26)는, 각 평행 링크(12)마다 설치되어 있다. 타이밍 벨트(21)는 3 조의 평행 링크(12)의 타이밍 풀리(22)에 감겨 걸려져 있고, 1개의 링크 구동 모터(6)에 의해서 3조의 평행 링크(12)를 동시에 같은 각도만 구동시킬 수 있다. 타이밍 벨트(21)는, 2개의 아이들러(idler) 풀리(27)(도 4 참조)에 의해서 텐션(tension)을 걸 수 있는 느슨함 발생 방지가 도모되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 링크 구동 모터(6)는 대기 환경(11)에 배치되어 있으므로, 링크 구동 모터(6)의 구동력의 전달 경로도 대기 환경(11) 이 된다. 대기 환경(11) 측의 지지체(13)와 링크 구동축(16)과의 사이에는 자성 유체 씰(28)이 설치되어 있고, 진공 환경(1)과 대기 환경(11)을 분리하고 있다. 이와 같이, 평행 링크(12)의 링크 구동축(16)에 자성 유체 씰(28)을 설치함으로써, 도 12에 나타내는 로봇에 필요하게 되어 있던 진공 벨로우즈를 사용하지 않아도 상하 방향으로 이동하는 이동 기구의 진공 씰을 행할 수 있다.

링크 구동 모터(6)를 커버(19)내에 배치함으로써, 링크 구동 모터(6)를 대좌(7) 위에 돌출시키도록 배치하는 것이 가능하게 되어, 빈 공간을 유효하게 이용하여 링크 구동 모터(6)를 배치할 수 있다.

이 산업용 로봇에서는, 링크 구동 모터(6)에 의해 3조의 평행 링크(12)를 동시에 작동시킴으로써,지지 베이스(2)의 자세를 수평으로 유지한 채로 진공 환경(1) 내에서 매니풀레이터(8)를 상하방향으로 이동시킬 수 있다.즉, 도 12에 나타내는 로봇에서는 필요했던 진공 벨로우즈를 이용하지 않고, 진공 환경(1) 내에서 매니풀레이터(8)를 상하 이동시킬 수 있다. 또한, 평행 링크 기구(5)에 의해서 매니풀레이터(8)를 상하 이동시키기 위해, 도 12에 나타내는 로봇과 같이 회전축을 그 대향 부재에 대해서 축방향으로 이동시킬 필요가 없기 때문에, 진공 환경(1)과 대기 환경(11)을 분리하는 자성 유체 씰(28)을 매니풀레이터(8)의 상하 방향에서의 이동거리와는 관계없는 것으로 설계할 수 있다. 이들 때문에, 장치 전체의 대형화를 억제할 수 있고, 또한 저가격화를 실현할 수 있다.

상술한 산업용 로봇에서는, 회전 가능한 로봇 암(3)과 이 로봇 암(3)의 선단에 설치되고, 워크를 보관 유지 가능한 핸드부(4)와, 핸드부(4)와 로봇 암(3)을 구동하는 구동부(9)와, 구동부를 부착하는 부착부(2A)를 구비한 지지 베이스(2)와, 지지 베이스(2)를 이동시키는 평행 링크 기구(5)를 구비하고 있다.

이 때문에, 산업용 로봇의 소형화가 가능하게 됨과 동시에, 제조 비용을 싸게 할 수 있다. 또한, 같은 로봇 사이즈이면 지지 베이스(2)의 상하 방향에서의 스트로크를 크게 할 수 있다. 또한, 지지 베이스(2)의 상하 방향에서의 스트로크를 크게 하여도 로봇 사이즈는 그다지 커지지 않기 때문에, 지지 베이스(2)의 상하 방향에서의 스트로크가 큰 로봇의 제조에 적절하다.

또한, 지지 베이스(2)의 이동에 평행 링크 기구(5)를 사용하고 있으므로, 지 지 베이스(2)의 상하 방향에서의 스트로크(이동거리)가 크고 염가의 로봇을 제공할 수 있다.

또한, 상술한 산업용 로봇에서는, 진공 벨로우즈를 사용하지 않는 것으로, 진공 벨로우즈에 기인하는 파티클의 발생을 방지할 수 있고, 또한 장치 전체의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 지지 베이스(2)의 상하 방향에서의 이동거리와는 관계없이 자성 유체 씰(28)을 설계할 수 있어, 로봇의 한층 더 소형화를 도모할 수 있음과 동시에, 제조 비용을 더욱 싸게 할 수 있다.

상술한 산업용 로봇으로서는, 예를 들면 진공 스칼라(scalar) 로봇, 진공 암 로봇 등의 어느 것으로도 좋고, 평행 링크 기구(5)에 의해서 매니풀레이터(8)를 상하 이동함으로써, 소형화할 수 있으며, 또한, 상하 방향에서의 이동거리가 큰 염가의 진공 로봇의 제작이 가능하게 된다.

또, 상술한 형태는 본 발명의 바람직한 형태의 일례이지만 이것으로 한정되지 않고 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형 실시 가능하다.

예를 들면, 상술한 설명에서는, 평행 링크(12)의 제 1 암(12a)과 제 2 암(12b)을 각각 1자유도로 하고, 지지 베이스(2)를 상하 방향에서만 이동 가능하게 구속하고 있었지만, 반드시 이 구성으로 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 평행 링크 기구(5)에 의해서, 지지 베이스(2)를 평면 이동(수평 방향에서의 이동) 시키도록 하여도 좋다. 즉, 상하 방향에서 수평 방향을 더한 방향에서도 이동 가능하게 하여도 좋고, 혹은 수평 방향에서만 이동 가능하게 하여도 좋다.

상하 방향과 수평 방향의 합성 방향에서 지지 베이스(2)를 이동 가능하게 한 산업용 로봇의 예를 도 7 ~ 도 11에 나타낸다. 또, 지지 베이스(2)를 상하 방향과 수평 방향의 합성 방향(경사 방향)으로 이동시키는 것은 물론, 상하 방향에서만 이동(수평 방향의 이동거리가 0)시키는 것도, 수평 방향에서만 이동(상하 방향에 희 이동거리가 0)시킬 수도 있다.

본 실시 형태에 있어서, 평행 링크 기구(5)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 3조의 평행 링크(12)로 구성되고, 이들은 3조의 링크 구동 모터(구동원)(6)에 따라서 구동되고 있다. 즉, 각 평행 링크(12)는 전용 링크 구동 모터(6)에 의해서 각각 독립하게 구동된다. 다만, 평행 링크(12) 및 링크 구동 모터(6)의 수는 3개로 한정하는 것은 아니다. 평행 링크(12)는, 대좌(7) 위의 지지체(13)와 지지 베이스(2)를 연결하고, 매니풀레이터(8)를 기구적으로 구속하고 있다. 3조의 평행 링크(12)는, 위에서 보아 지지 베이스(2)나 하우징(90)을 둘러싸도록 120도 간격으로 배치되어 있다.

또한, 링크 구동 모터(6)는, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 진공 환경(1)의 외부에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 대좌(7)의 구멍(7a)을 덮는 커버(19) 내에 링크 구동 모터(6)를 설치함으로써, 링크 구동 모터(6)를 대좌(7)의 하측의 대기 환경(11)(진공 환경(1)의 외부)에 배치하고 있다. 링크 구동 모터(6)의 구동력은 풀리(20) → 타이밍 벨트(21) → 타이밍 풀리(22) → 회전 샤프트(23) → 베벨 기어(24) → 베벨 기어(25) → 대기 베어링 감속기(26) → 링크 구동축(16)으로 전달된다. 이 전달 경로는 각 평행 링크(12)마다 설치되어 있다. 따라서, 3개의 링크 구동 모터(6)를 각각 독립하게 제어함으로써, 각 평행 링크(12)의 링크 구동축(16)을 독립하게 제어할 수 있어, 각 평행 링크(12)를 독립하게 오르내림(신축)할 수 있다.

링크 구동 모터(6)는 대기 환경(11)에 배치되어 있으므로, 링크 구동 모터(6)의 구동력의 전달 경로도 대기 환경(11)이 된다. 대기 환경(11) 측의 지지체(13)와 링크 구동축(16)과의 사이에는 자성 유체 씰(28)이 설치되어 있어 진공 환경(1)과 대기 환경(11)를 분리하고 있다. 이와 같이, 평행 링크(12)의 링크 구동축(16)에 자성 유체 씰(28)을 설치함으로써, 도 12에 나타내는 로봇에 필요하게 되어 있던 진공 벨로우즈를 사용하지 않아도 진공 씰을 실시할 수 있다.

링크 구동 모터(6)를 커버(19) 내에 배치함으로써, 링크 구동 모터(6)를 대좌(7) 위에 돌출시키도록 배치하는 것이 가능하게 되어, 빈 공간을 유효하게 이용하여 링크 구동 모터(6)를 배치할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 평행 링크(12)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 1개의 제 1 암(12a)과 2개의 제 2 암(12b)을 가지고 있다. 제 1 암(12a)의 하단은, 지지체(13)에 대기용 베어링(14) 및 진공용 베어링(15)을 통하여 회전이 자유롭게 지지를 받고 있는 링크 구동축(16)에 고정 되어 있다. 또한, 제 1 암(12a)의 상단은, 중간 연결축(17)의 중앙에 고정되어 있다. 제 2 암(12b)의 하단은, 중간 연결축(17)의 양단에, 회전 중심축의 방향이 직교하는 2개의 진공용 베어링(15,15)을 통하여 회전이 자유롭게 연결되어 있다. 또한, 제 2 암(12b)의 상단은, 지지 베이스(2)의 볼록부(2a)를 관통하고 있는 연결축(18)의 양단에, 회전 중심축의 방향이 직 교 하는 2개의 진공용 베어링(15,15)을 통하여 회전이 자유롭게 연결되어 있다. 즉, 제 1 암(12a)은 1자유도, 제 2 암(12b)은 2자유도로 구성되어 있고, 매니풀레이터(8)는 3조의 평행 링크(12)에 의해서 기구적으로 구속되어 있다. 3조의 평행 링크(12)의 제 1 암(12a)을 대응하는 링크 구동 모터(6)로 각각 독립하게 제어함으로써, 기구적으로 매니풀레이터(8)를 상하 방향, 수평 방향, 이들의 합성 방향으로 이동시킬 수 있다.

링크 구동축(16)이 회전하고 있지 않는 상태에서는, 도 7에 실선으로 나타내는 바와 같이, 제 1 암(12a)이 수평으로 향하여 있고(최하단 위치), 평행 링크(12)가 접혀져 있다. 이 상태로부터, 3개의 링크 구동 모터(6)가 동시에 작동하여 3조의 평행 링크(12)의 제 1 암(12a)이 동시에 같은 각도로 들어 올려지면, 제 2 암(12b)의 절곡 각도가 감소하고, 평행 링크(12)가 늘어나서 지지 베이스(2)를 그 수평 자세를 유지한 채로 들어 올린다(도 7의 2점차선). 그리고, 3 개의 링크 구동 모터(6)가 동시에 역전하면, 늘어나 있던 3조의 평행 링크(12)가 동시에 접혀져서 지지 베이스(2)를 그 수평 자세를 유지한 채로 하강시킨다(도 7의 실선). 즉, 매니풀레이터(8)가 상하 방향으로 이동한다.

도 7에 나타내는 산업용 로봇에서는, 회전 가능한 로봇 암(3)과 이 로봇 암(3)의 선단에 설치되고, 워크를 보관 유지 가능한 핸드부(4)와, 핸드부(4)와 로봇 암(3)을 구동하는 구동부(9)와, 구동부(9)를 부착하는 부착부(2A)를 구비한 지지 베이스(2)와, 지지 베이스(2)를 이동시키는 평행 링크 기구(5)를 구비하고 있다.

또한, 지지 베이스(2)의 이동에 평행 링크 기구(5)를 사용하고 있으므로, 지지 베이스(2)의 상하 방향에서의 스트로크(이동거리)가 크고 염가의 로봇을 제공할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 대해서는, 3 개의 링크 구동 모터(6)를 독립하게 작동시킴으로써, 매니풀레이터(8)를 그 높이가 변하지 않게 수평으로 이동시키거나 기울기를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.

도 7의 산업용 로봇으로도, 도 1의 산업용 로봇과 마찬가지로, 진공 벨로우즈를 불필요하게 할 수 있고, 또한, 자성 유체 씰(28)을 매니풀레이터(8)의 이동거리와는 관계없는 것으로 설계할 수 있다. 이들 때문에, 장치 전체의 대형화를 억제할 수 있고, 또한 저가격화를 실현할 수 있다. 또한, 진공 벨로우즈를 불필요하게 할 수 있는 것에 의해, 진공 벨로우즈에 기인하는 파티클의 발생을 방지할 수 있고, 또한 장치 전체의 신뢰성을 향상 향상시킬 수 있다. 또한, 평행 링크 기구(5)에 의해서 매니풀레이터(8)을 이동함으로써, 소형화할 수 있고, 또한, 이동거리가 크고 염가의 진공 로봇의 제작이 가능하게 된다.

또한, 상술의 설명에서는, 링크 구동 모터(6)의 구동력을 타이밍 벨트(21)을 사용하여 전달하고 있었지만, 반드시 이 구성으로 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 타이밍 벨트(21)를 바꿔서, 회전축 등을 사용하여 구동력을 전달하도록 하여도 좋다.

또한, 상술한 설명에서는, 자성 유체 씰(28)을 사용하여 진공 씰을 행하였지만, 자성 유체 씰(28) 이외의 방법으로 진공 씰을 행하여도 좋다.

또한, 본 실시 형태에서는, 산업용 로봇은, 진공 환경 내에서 도시하지 않는 워크를 반송하는 진공 환경 내 워크 반송 로봇이지만, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 대기 환경 중에서 이용하여도 좋다.

또한, 지지 베이스에 형성된 부착부(2A)는, 본 실시 형태와 같은 바닥이 없는 구멍 형성에 한정되지 않고, 바닥을 포함하는 형성으로도 좋다. 또한, 지지 베이스(2)가 하우징(90)의 기능을 겸용하도록 형성되어도 좋다.

본 발명은, 회전 가능한 로봇 암과, 상기 로봇 암의 선단에 설치되고, 워크를 보관 유지 가능한 핸드부와, 상기 핸드부와 상기 로봇 암을 구동하는 구동부와, 상기 구동부를 부착하는 부착부를 구비한 지지 베이스와, 상기 지지 베이스를 이동시키는 평행 링크 기구를 구비한 것이다. 이것에 의해, 간단한 구조의 평행 링크 기구에 의해 지지 베이스를 이동시킴으로써, 로봇 암, 핸드부 및 구동부를 이동시킬 수 있다. 또한, 구동부를 지지 베이스의 부착부에 부착시킴으로써, 로봇 암, 핸드부 및 구동부의 무게 중심을 지지 베이스에 가깝게 보관 유지할 수 있다. 이것에 의해, 평행 링크 기구의 강성을 높일 수 있다.

Claims

회전 가능한 로봇 암(robot arm)과, 상기 로봇 암의 선단에 설치되고, 워크(work)를 보관유지 가능한 핸드(hand)부와, 상기 핸드부와 상기 로봇 암을 구동하는 구동부와, 상기 구동부를 설치하는 설치부를 구비한 지지 베이스와, 상기 지지 베이스를 이동시키는 평행 링크(parallel link) 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 산업용 로봇의 구동부는 상기 지지 베이스에 깊이 가라앉도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 산업용 로봇의 구동부는 상기 지지 베이스를 통하여 상기 로봇 암 및 상기 핸드부는 반대측에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 1항 내지 제 3항에 있어서,

상기 평행 링크 기구는, 상기 지지 베이스를 상하 이동시키는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평행 링크 기구는, 상기 지지 베이스를 평면 이동되는 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 1 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평행 링크 기구를 구성하는 평행 링크는, 1개의 제 1 암과 2개의 제 2 암을 가지고, 상기 제 2 암은 상기 지지 베이스 측에 배치되며, 2개의 연결축과 함께 평행 사변형을 구성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 6항에 있어서,

상기 2개의 연결축 중에서, 상기 제 1 암과 제 2 암을 연결하는 연결축의 이동 궤적은, 다른 연결축의 이동 궤적보다도 수평방향에서 외측인 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 1 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 암의 길이는, 상기 제 2 암의 길이 이하인 것을 특징으로 하는 산업용 로봇.
제 1 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 산업용 로봇는 진공 환경 내에 설치되어 작업을 행하는 것인 것을 특징 으로 하는 산업용 로봇.