KR20130046439A - 반송 로봇 - Google Patents

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KR20130046439A
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이사오 카토
시게키 오노
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가와사키 쥬코교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 승강 구동 수단에 있어서 필요로 되는 승강 구동력을 저감시킬 수 있는 반송 로봇을 제공한다. 본 발명의 반송 로봇은, 제1 축선(L1) 주위에서 회전할 수 있게 구성된 제1 링크 부재(2)와, 제1 축선에 대해 소정 거리에 위치하는 제2 축선(L2) 주위에서 회전할 수 있게 구성된 제2 링크 부재(3), 제2 축선에 대해 소정 거리에 위치하는 제3 축선(L3) 주위에서 회전할 수 있으면서 물품을 보유지지할 수 있게 구성된 보유지지 부재(7), 및 적어도 보유지지 부재를 승강 구동하기 위한 승강 구동 수단(4)을 구비한다. 제1 링크 부재, 제2 링크 부재, 및 보유지지 부재가 이 순서로 연결되어 아암 링크 기구를 구성하고 있고, 승강 구동 수단이 제1 링크 부재와 보유지지 부재의 사이에 배치되어 아암 링크 기구의 일부를 구성하고 있다.

Description

반송 로봇{CONVEYANCE ROBOT}
본 발명은 물품을 반송하기 위한 반송 로봇에 관한 것으로, 특히 태양전지판용의 대형 유리기판과 같은 무거운 기판의 반송에 적합하다.
화학증착장치(CVD 장치)와 같은 기판 처리 장치에 대해, 처리해야 할 기판을 반입하고, 처리가 끝난 기판을 반출하기 위해, 각종의 반송 로봇이 이용되고 있다.
처리되는 기판의 1예로서, 태양전지판에 이용되는 각형(角形)의 유리기판 이 있는 바, 그 사이즈는 1변이 2m를 넘고 있어 대형의 중량물이다.
이와 같은 대형의 유리 기판을 수평 상태로 랙에 수용한 경우, 중력에 의해 그 중앙부가 아래 쪽으로 휘어진다. 그 때문에, 복수의 유리기판을 랙에 수용하기 위해서는 유리 기판끼리의 접촉을 방지하기 위해 상하 방향에 있어서 충분한 간격을 확보할 필요가 있다.
그 결과, 랙 전체의 높이가 높아지고, 이 높이에 대응하기 위해, 반송 로봇에서도 기판을 보유지지하기 위한 기판 보유지지 부재의 승강 동작에 대해 높이 방향으로의 충분한 이동 거리를 확보할 필요가 있다.
종래, 기판 보유지지 부재의 승강 동작에서 충분한 이동 거리를 확보하기 위하여, 기판 보유지지 부재를 승강 구동하기 위한 승강 구동 수단을 구비한 반송 로봇이 알려져 있다. 그와 같은 승강 구동 수단으로서는, 로봇 아암의 기단부가 장착된 회전 주축(主軸)을 승강시키는 것이 알려져 있다(특허문헌 1). 또한, 상하 방향으로 뻗어 있는 주상 부재와, 이 주상 부재를 따라 승강 가능한 승강 부재를 갖추고, 승강 부재에 기판 보유지지 부재를 장착한 것이 알려져 있다(특허문헌 2, 3).
특허문헌 1 : 일본국 특허공개 평5－277970호 공보
특허문헌 2 : 일본국 특허공개 제2001－274218호 공보
특허문헌 3 : WO2008/007516 A1
그러나, 앞에서 설명한 종래의 반송 로봇에서는 제1 링크 부재, 제2 링크 부재, 및 기판 보유지지 부재로 이루어지는 로봇 아암(수평 다관절 아암)의 전체를 승강시키는 구성이기 때문에, 로봇 아암의 승강 구동을 위해 큰 구동력이 필요하게 된다고 하는 문제가 있었다(특허문헌 1, 2, 3).
특히, 대형 유리기판과 같은 중량물을 반송하기 위해서는, 충분한 강성을 구비한 부재에 의해 로봇 아암을 구성할 필요가 있기 때문에, 아암 중량이 필연적으로 커지게 되어, 승강 구동 수단에 있어서 필요로 되는 승강 구동력이 더욱 더 커지게 된다.
또한, 종래의 기술에서는 로봇 아암의 승강 구동 수단을 수평면 내에서 이동시키기 위한 기구가 제1 링크 부재, 제2 링크 부재 및 기판 보유지지 부재로 이루어진 링크 기구와는 독립적으로 설치되어 있었다(인용문헌 2, 3).
그 때문에, 반송 로봇을 구성하기 위해 필요한 부재의 점수(点數)가 증가하여, 반송 로봇의 구조가 복잡화되고, 또한 반송 로봇에 의한 전유 면적(공간)이 증대하게 된다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 승강 구동 수단에 있어서 필요로 되는 승강 구동력을 저감시킬 수 있는 반송 로봇을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 반송 로봇의 승강 구동 수단을 수평면 내에서 이동시키기 위한 기구를, 로봇 구조의 복잡화를 극력 억제하면서 실현할 수 있는 반송 로봇을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 반송 로봇은, 제1 축선 주위에서 회전할 수 있게 구성된 제1 링크 부재와, 상기 제1 축선에 대해 소정 거리에 위치하는 제2 축선 주위에서 회전할 수 있게 구성된 제2 링크 부재, 상기 제2 축선에 대해 소정 거리에 위치하는 제3 축선 주위에서 회전할 수 있으면서 물품을 보유지지할 수 있게 구성된 보유지지 부재, 및 적어도 상기 보유지지 부재를 승강 구동하기 위한 승강 구동 수단을 갖추고, 상기 제1 링크 부재, 상기 제2 링크 부재, 및 상기 보유지지 부재가 이 순서로 연결되어 아암 링크 기구를 구성하고 있고, 상기 승강 구동 수단이 상기 제1 링크 부재와 상기 보유지지 부재의 사이에 배치되어 상기 아암 링크 기구의 일부를 구성하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하기는, 상기 승강 구동 수단이 상기 제2 링크 부재와 상기 보유지지 부재의 연결에 사용되고 있다.
또한 바람직하기는, 상기 승강 구동 수단이, 상기 제2 링크 부재에 고정되어 설치된 주상 부재와, 상기 주상 부재에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재를 갖추고, 상기 보유지지 부재가 상기 승강 부재에 상기 제3 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치되어 있다.
또한 바람직하기는, 상기 승강 구동 수단이, 상기 제2 링크 부재에 상기 제3 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치된 주상 부재와, 상기 주상 부재에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재를 갖추고, 상기 보유지지 부재가 상기 승강 부재에 고정되어 설치되어 있다.
또한 바람직하기는, 상기 승강 구동 수단이 상기 제1 링크 부재와 상기 제2 링크 부재의 연결에 사용되고 있다.
또한 바람직하기는, 상기 승강 구동 수단이, 상기 제1 링크에 고정되어 설치된 주상 부재와, 상기 주상 부재에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재를 갖추고, 상기 제2 링크 부재가 상기 승강 부재에 상기 제2 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치되어 있으며, 상기 보유지지 부재가 상기 제2 링크 부재에 상기 제3 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치되어 있다.
또한 바람직하기는, 상기 승강 구동 수단이, 상기 제1 링크 부재에 상기 제2 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치된 주상 부재와, 상기 주상 부재에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재를 갖추고, 상기 제2 링크 부재는 상기 승강 부재에 고정되어 설치되어 있다.
또한 바람직하기는, 상기 제1 축선과 상기 제2 축선의 상기 소정 거리가, 상기 제2 축선과 상기 제3 축선의 상기 소정 거리와 같다.
또한 바람직하기는, 동작 범위 제어 상의 가장 후퇴 위치에 있어서 물품을 보유지지한 상기 보유지지 부재, 상기 보유지지 부재에 보유지지된 상기 물품, 상기 제1 링크 부재, 상기 제2 링크 부재, 상기 승강 구동 수단을 포함하는 영역이, 상기 제1 축선으로부터 상기 물품 또는 상기 보유지지 부재의 최원점까지의 거리를 반경으로 하여 상기 제1 축선 주위에서 1회전 한 때의 선회 영역 내에 배치되도록, 상기 보유지지 부재, 상기 제1 링크 부재, 상기 제2 링크 부재, 상기 승강 구동 수단의 각 치수, 상기 승강 구동 수단의 방향이 선택되고 있다.
본 발명에 따른 반송 로봇에 의하면, 제1 링크 부재, 제2 링크 부재, 및 보유지지 부재가, 이 순서로 연결되어 아암 링크 기구를 구성하고 있고, 승강 구동 수단이 제1 링크 부재와 보유지지 부재 사이에 배치되어 아암 링크 기구의 일부를 구성하고 있는 때문에, 적어도 제1 링크 부재를, 승강 구동 수단에 의한 승강 대상으로부터 제외하는 것이 가능하기 때문에, 승강 구동 수단에 있어서 필요로 되는 승강 구동력을 저감시킬 수가 있다.
또한, 승강 구동 수단의 수평면 내에서의 이동을, 로봇 아암을 구성하는 제1 링크 부재 및/또는 제2 링크 부재의 회전 동작에 의해 실시할 수 있기 때문에, 로봇 구조의 복잡화를 극력 억제하면서 승강 구동 수단의 수평 이동을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 반송 로봇을 나타낸 도면으로, (a)는 평면도, (b)는 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 반송 로봇의 개략 구성도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 반송 로봇의 내부 구조의 개략을 나타낸 도면이다.
도 3a는 도 1에 나타낸 반송 로봇의 내부 구조의 다른 예의 개략을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 반송 로봇의 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 기판 보유지지부를, 동작 범위 제한 제어 상, 가장 후퇴시킨 상태를 나타내고, (c)는 기판 보유지지부를, 동작 범위 제한 제어 상, 가장 전진시킨 상태를 나타내며, (b)는 (a) 상태와 (c) 상태의 중간 상태를 나타내고 있다.
도 4a는 도 1에 나타낸 반송 로봇에서 기판을 보유지지한 로봇 아암의 자전 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 한쪽의 랙의 방향을 향한 상태를 나타내고, (b)는 다른 쪽의 랙의 방향을 향한 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반송 로봇을 나타낸 도면으로, (a)는 평면도, (b)는 측면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 반송 로봇의 개략 구성도이다.
도 7은 도 5에 나타낸 반송 로봇의 내부 구조의 개략을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 5에 나타낸 반송 로봇의 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a) 는 기판 보유지지부를, 동작 범위 제한 제어 상, 가장 후퇴시킨 상태를 나타내고, (c)는 기판 보유지지부를, 동작 범위 제한 제어 상, 가장 전진시킨 상태를 나타내며, (b)는 (a) 상태와 (c) 상태의 중간 상태를 나타내고 있다.
도 8a는 도 5에 나타낸 반송 로봇에서 기판을 보유지지한 로봇 아암의 자전 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 한쪽의 랙의 방향을 향한 상태를 나타내고, (b)는 다른 쪽의 랙의 방향을 향한 상태를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 반송 로봇을 나타낸 도면으로, (a)는 평면도, (b)는 측면도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 반송 로봇의 개략 구성도이다.
도 11은 도 9에 나타낸 반송 로봇의 내부 구조의 개략을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 9에 나타낸 반송 로봇의 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 기판 보유지지부를, 동작 범위 제한 제어 상, 가장 후퇴시킨 상태를 나타내고, (c)는 기판 보유지지부를, 동작 범위 제한 제어 상, 가장 전진시킨 상태를 나타내며, (b)는 (a) 상태와 (c) 상태의 중간 상태를 나타내고 있다.
도 12a는 도 9에 나타낸 반송 로봇에서 기판을 보유지지한 로봇 아암의 자전 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 한쪽의 랙의 방향을 향한 상태를 나타내고, (b)는 다른 쪽의 랙의 방향을 향한 상태를 나타낸다.
도 13은 도 9에 나타낸 실시형태의 1변형예에 따른 반송 로봇을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 반송 로봇에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 한편, 이하에서 설명하는 반송 로봇은 대형의 유리기판의 반송에 적절하고, 단일의 아암을 구비하고 있다.
먼저 처음으로, 도 1 내지 도 4a를 참조해서, 본 발명의 1실시형태에 따른 반송 로봇에 대해 설명한다.
도 1에 나타낸 실시예에 따른 반송 로봇은, 기대(1)를 갖추고 있고, 이 기대(1)에 대해 제1 링크 부재(2)의 기단부가 제1 축선(L1) 주위에서 회전할 수 있게 연결되어 있다. 제1 링크 부재(2)의 선단부에는 제2 링크 부재(3)의 기단부가, 제1 축선(L1)으로부터 소정 거리(D1)에 위치하는 제2 축선(L2) 주위에서 회전할 수 있게 연결되어 있다.
제2 링크 부재(3) 상에는 승강 구동 수단(4)이 설치되어 있고, 이 승강 구동 수단(4)은 상하 방향으로 뻗어 있는 주상 부재(5)와, 이 주상 부재(5)에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재(6)를 구비하고 있다. 승강 구동 수단(4)의 주상 부재(5)는 앞면이 개방된 중공 부재로 형성되어 있고, 그 수평 단면이 장방형을 이루고 있다. 주상 부재(5)의 하단부는, 제2 링크 부재(3) 상의, 제2 축선(L2) 보다도 선단 측의 부분에 고정되어 설치되어 있다.
승강 구동 수단(4)의 승강 부재(6)는 수평 방향으로 뻗어 있는 가늘고 긴 형상을 갖추고 있고, 승강 부재(6) 자체가 로봇 아암의 수평 방향의 실질적인 길이의 일부를 형성하고 있다. 도 1의 (a)에 도시된 것과 같이, 승강 부재(6)는 주상 부재(5)의 전면(前面)에 대해 경사 방향으로 튀어나오도록 형성되어 있다.
승강 부재(6)의 선단부의 하면에는 기판 보유지지 부재(7)의 기단부(8)가 제3 축선(L3) 주위에서 회전할 수 있게 연결되어 있다. 제3 축선(L3)은 제2 축선(L2)으로부터 소정 거리(D2)에 위치하고 있고, 이 거리(D2)는 거리(D1)와 같다.
기판 보유지지 부재(7)의 기단부(8)로부터 복수(본 예에서는 2개)의 핑거부(9)가 수평 방향으로 뻗어 있고, 핑거부(9) 상에 유리제의 기판(S)이 보유지지된다. 핑거부(9)에는 기판(S)을 흡착해서 보유지지하기 위한 수단(도시를 생략)이 설치되어 있다.
회전 축선(L1, L2, L3)은 상호 평행하면서 Z축 방향(연직 방향)으로 뻗어 있고, 기판 보유지지 부재(7)는 X축, Y축, 및 Z축 방향으로의 자유도를 갖고 변위 구동된다.
상기와 같이 본 실시형태에서는 승강 구동 수단(4)이 제2 링크 부재(3)와 기판 보유지지 부재(7) 사이에 배치되고, 아암 링크 기구의 일부를 구성하고 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 실시형태에 따른 반송 로봇은 로봇 제어수단(10)을 갖추고 있고, 이 로봇 제어수단(10)에 의해 제1 링크 구동 수단(11), 제2 링크 구동 수단(12), 승강 구동 수단(4), 손목 축 구동 수단(13)의 구동이 제어된다.
도 3에 도시된 것과 같이, 제1 링크 부재(2)의 기단부의 하면에는 제1 회전축(14)이 고정되어 설치되어 있다. 이 제1 회전축(14)은 동력 전달 기구(15)를 매개로 서보 모터(16)에 의해 회전 구동되고, 이에 의해 제1 축선(L1) 주위에서 제1 링크 부재(2)가 회전한다. 동력 전달 기구(15) 및 서보 모터(16)에 의해, 도 2에 나타낸 제1 링크 구동 수단(11)이 구성되어 있다.
제2 링크 부재(3)의 기단부의 하면에는 제2 회전축(17)이 고정 설치되어 있고, 이 제2 회전축(17)은 중공의 제1 링크 부재(2)의 선단부 상면에 형성된 구멍에 회전할 수 있게 삽입되어 있다. 이 제2 회전축(17)은 제1 링크 부재(2) 내의 동력 전달 기구(18)를 매개로 서보 모터(19)에 의해 회전 구동 되고, 이에 의해 제2 축선(L2) 주위에서 제2 링크 부재(3)가 회전한다. 동력 전달 기구(18) 및 서보 모터(19)에 의해, 도 2에 나타낸 제2 링크 구동 수단(12)이 구성되어 있다.
제2 링크 부재(3)의 선단측의 부분의 상면에 승강 구동 수단(4)이 고정되어 설치되어 있다. 승강 구동 수단(4)은 승강 부재(6)를 승강시키기 위한 구동 기구(직동 기구)를 갖추고 있고, 이 구동 기구로서는 각종의 기구를 채용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 중공 부재로 형성한 주상 부재(5)의 내부의 상단 및 하단에 1쌍의 풀리(20, 21)를 설치하고, 그 사이에 벨트(22)를 걸쳐 놓으며, 이 벨트(22)에 승강 부재(6)의 기단부를 고정한다. 그리고, 서보 모터(23)에 의해 풀리(20)을 회전 구동함으로써, 벨트(22)와 함께 승강 부재(6)를 승강시킨다.
기판 보유지지 부재(7)의 기단부의 상면에는 제3 회전축(손목 축)(24)이 고정 설치되어 있고, 이 제3 회전축(24)은 중공의 승강 부재(6)의 선단부 하면에 형성된 구멍에 회전할 수 있게 삽입되어 있다. 이 제3 회전축(24)은 승강 부재(6) 내의 동력 전달 기구(25)를 매개로 서보 모터(26)에 의해 회전 구동되고, 이에 의해 제3 축선(L3) 주위에서 기판 보유지지 부재(7)가 회전한다. 동력 전달 기구(25) 및 서보 모터(26)에 의해 도 2에 나타낸 손목 축 구동 수단(13)이 구성되어 있다.
동력 전달 기구(15, 18, 25)에는 감속기를 구비한 기어 동력 전달 기구가 이용된다. 서보 모터(16, 19, 26)의 동력이 감속기의 입력 측에 전달되고, 그 토크가 미리 정해진 증폭비로 증폭됨과 더불어 그 회전 속도가 미리 정해진 감속비로 감속되어, 감속기의 출력 측으로부터 출력된다. 이와 같이 해서 감속기의 출력 측으로부터 출력된 동력에 의해 각 회전축(14, 17, 24)의 각각이 회전 구동된다. 이에 의해, 제1 링크 부재(2), 제2 링크 부재(3), 및 기판 보유지지 부재(7)의 각각이 회전 구동된다.
한편, 변형예로서는 다이렉트 드라이브 모터에 의해 각 회전축(14, 17, 24)을 회전 구동하도록 하여도 된다.
도 3a에 도시된 것과 같이, 승강 구동 수단(4)에 있어서 구동 기구(직동 기구)의 다른 예로서는, 각 변위량을 조정할 수 있는 회전 모터를 이용한 볼나사 기구(30)에 의해 실현할 수도 있다. 이 볼나사 기구(30)는 나사 봉(31)과, 이 나사 봉(31)에 나사결합되는 나사 결합체(32), 나사 봉(31)을 회전 구동시키는 회전 모터(33), 및 이 회전 모터(33)의 동력을 나사 봉(31)에 전달하는 동력 전달 기구(34)를 포함하고, 나사 결합체(32)에 승강 부재(6)의 기단부가 고정된다.
또한, 도 3a에 나타낸 예에서는, 제1 링크 부재(2)를 회전 구동시키는 서보 모터(16) 및 동력 전달 기구(15)가 제1 링크 부재(2)의 내부에 배치되어 있고, 동력 전달 기구(15)와 제1 회전축(14) 사이에는 감속기(35)가 설치되어 있다.
마찬가지로, 도 3a에 나타낸 예에서는, 제2 링크 부재(3)를 회전 구동시키는 서보 모터(19) 및 동력 전달 기구(18)가 제2 링크 부재(3)의 내부에 배치되어 있고, 동력 전달 기구(18)와 제2 회전축(17) 사이에는 감속기(36)가 설치되어 있다. 더욱이, 제3 회전축(손목 축)(24)과 동력 전달 기구(25) 사이에도 감속기(37)가 설치되어 있다.
로봇 제어수단(10)은 제1 링크 구동 수단(11), 제2 링크 구동 수단(12), 승강 구동 수단(4), 및 손목 축 구동 수단(13)의 각각의 서보 모터(16, 19, 23, 26)의 엔코더로부터, 각 서보 모터(16, 19, 23, 26)의 각도 위치를 취득함으로써, 각 구동 수단(11, 12, 4, 13)을 피드백 제어할 수가 있다. 이에 의해, 기판 보유지지 부재(7)를 목적 위치에 정밀하게 위치맞춤 할 수가 있게 된다.
다음에, 도 4를 참조해서 본 실시형태에 따른 반송 로봇의 동작에 대해 설명한다.
도 4의 (a)에 나타낸, 기판 보유지지 부재(7)를, 동작 범위 제한 제어 상(즉, 동작 범위 소프트웨어 리미트 상, 또는 통상 동작 범위 상), 가장 후퇴 시킨 위치로부터, 제1 축선(L1)을 중심으로 해서, 제1 링크 부재(2)를, 위쪽에서 보아 시계 회전 방향으로 회전시킨다. 그러면, 제1 링크 부재(2)의 회전에 연동해서, 제2 축선(L2)을 중심으로 하여 제2 링크 부재(3)가 위쪽에서 보아 반시계 회전 방향으로 회전한다(도 4의 (b), (c)). 이때, 기판 보유지지 부재(7)도, 제3 축선(L3)을 중심으로 해서, 위쪽에서 보아 시계 회전 방향으로 회전하여, 기판 보유지지 부재(7)의 방향이 일정하게 유지된다.
도 4의 (a), (b), (c)로부터 알 수 있는 바와 같이, 기판 보유지지 부재(7)의 전후 동작에 즈음하여, 제3 축선(L3)은 제1 축선(L1)을 통과하는 공통의 직선(M)을 따라 이동한다. 이 공통의 직선(M)은 기판 보유지지 부재(7)의 중심선에 대응하고, 기판 보유지지 부재(7)에 보유지지된 기판(S)의 중심이 공통의 직선(M)을 따라 이동한다.
한편, 기판(S)을 기판 보유지지 부재(7)에서 보유지지한 로봇 아암을 자전시키는 경우에는, 도 4의 (a)에 나타낸 상태에서, 도 4a의 (a), (b)에 도시된 것과 같이, 제1 축선(L1) 주위에서 제1 링크 부재(2)를 회전시킨다. 이에 의해, 다른 위치에 배치된 복수의 랙(40)으로부터 기판(S)을 반송 또는 반출할 수가 있다. 여기서, 기판(S)은 중량물이므로, 그 중심을 가능한 한 제1 축선(L1)에 가깝게 하는 것으로, 기판(S)을 보유지지한 로봇 아암의 자전 시에 필요로 되는 동력을 저감시킬 수 있음과 더불어, 자전 시에 기판(S) 및 이를 보유지지하는 로봇 아암이 점유하는 회전 점유 면적(rotation exclusive area)을 최소화할 수가 있다.
이는 장척(長尺)이면서 높은 강성을 구비하고 있기 때문에 그 중량이 큰 승강 구동 수단(4)에서도 마찬가지이다. 그래서, 본 실시형태에서는, 승강 구동 수단(4)을 도 4의 (a)에 나타낸 위치로 퇴피시키는 것에 의해, 기판(S)의 중심이 제1 축선(L1)에 가까움과 더불어, 승강 구동 수단(4)을 극력 제1 축선(L1)에 가까워지게 해서 그 선회 반경을 최소화하는 것을 가능하게 하고 있다.
도 4a에 도시된 것과 같이, 본 실시형태에서는 동작 범위 제어 상의 가장 후퇴한 위치에 있어서 기판(S)을 보유지지한 기판 보유지지 부재(7), 기판 보유지지 부재(7)에 보유지지된 기판(S), 제1 링크 부재(2), 제2 링크 부재(3), 승강 구동 수단(4)을 포함하는 영역이, 제1 축선(L1)으로부터 기판(S) 또는 기판 보유지지 부재(7)의 최원점(最遠点)까지의 거리를 반경으로 해서 제1 축선(L1) 주위에서 1회전 한 때의 선회 영역(R) 내에 배치되도록, 기판 보유지지 부재(7), 제1 링크 부재(2), 제2 링크 부재(3), 승강 구동 수단(4)의 각 치수, 승강 구동 수단(4)의 방향이 선택되고 있다.
상기 구성으로 이루어진 본 실시형태에 의하면, 제2 링크 부재(3)와 기판 보유지지 부재(7) 사이에 승강 구동 수단(4)을 배치하도록 하였기 때문에, 승강 구동 수단(4)에 의해 승강시키는 부분이, 로봇 아암 전체가 아니라, 승강 부재(6)에 장착된 기판 보유지지 부재(7)만이다. 이 때문에, 승강 구동 수단(4)의 승강 부재(6)에 관한 하중이 감소하여, 승강 구동 수단(4)에 있어서 필요로 되는 구동력을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 승강 구동 수단(4)을 수평면 내에서 이동시키기 위한 수단으로서, 로봇 아암의 일부인 제1 링크 부재(2) 및 제2 링크 부재(3)를 이용하고 있기 때문에, 로봇 구조의 복잡화를 극력 억제하면서 승강 구동 수단(4)의 수평 이동을 가능하게 하고 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 제2 링크 부재(3)상의, 제2 축선(L2) 보다도 선단측의 부분에 승강 구동 수단(4)을 설치하였기 때문에, 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이, 기판 보유지지 부재(7)를, 동작 범위 제한 제어 상, 가장 후퇴시킨 상태에서, 기판(S) 및 기판 보유지지 부재(7)의 간섭을 정확히 회피할 수 있는 위치로 오도록 승강 구동 수단(4)을 설치하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에서는, 기판(S)을 보유지지한 로봇 아암의 자전(自轉) 시에 있어서 그 중심을 가능한 한 제1 축선(L1)에 가깝게 함과 더불어, 승강 구동 수단(4)의 선회 반경도 최소화하는 것으로, 자전 시에 필요로 되는 동력을 저감시킬 수 있음과 더불어, 자전 시에 기판(S) 및 이를 보유지지하는 로봇 아암이 전유하는 회전 전유 면적을 최소화하는 것이 가능하다.
특히, 본 실시형태에서는, 승강 구동 수단(4)의 주상 부재(5)가 사각형 단면을 갖추고 있고, 그 사각형 단면의 1변과 기판(S)의 1변이 평행하게 되도록 승강 구동 수단(4)을 배치하고 있다. 이 때문에, 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이, 승강 구동 수단(4)과 기판(S)을 극력 접근시킬 수가 있기 때문에, 제2 링크 부재(3) 상의 승강 구동 수단(4)의 위치에 관해, 제2 축선(L2)에 가까운 위치에 배치하면서 기판(S)을 극력 후퇴시키는 것이 가능하다. 이에 의해, 자전 시에 기판(S) 및 이를 보유지지하는 로봇 아암이 전유하는 회전 전유 면적을 더욱 최소화하는 것이 가능하다.
또한, 제1 링크 부재(2)의 동작과 제2 링크 부재(3)의 동작의 합성 동작에 의해 승강 구동 수단(4)을 후퇴 위치(도 4의 (a))로 이동시키도록 하였기 때문에, 합성 동작 중, 승강 구동 수단(4)이 제1 축선(L1)으로부터의 거리가 짧아지게 되도록 하면서 이동시킬 수 있다. 이 때문에, 1개의 링크 부재에 의해 원호 형상으로 이동시키는 경우에 비해, 기판(S)의 방향을 일정하게 유지하면서 승강 구동 수단(4)의 이동 거리 자체를 짧게 할 수 있음과 더불어, 중량물인 승강 구동 수단(4)이 제1 축선(L1)으로부터의 거리를 줄이면서 이동시킬 수 있기 때문에 이동에 요하는 구동력을 저감하는 것이 가능하다.
또한, 제2 링크 부재(3)상의, 제2 축선(L2) 보다도 선단측의 부분에 승강 구동 수단(4)을 설치하였기 때문에, 도 4의 (c)에 도시된 것과 같이, 로봇 아암을 늘린 상태에서, 승강 구동 수단(4)을 공통의 직선(M) 상에 위치시킬 수가 있다. 이 때문에, 아암을 늘린 상태에서, 승강 구동 수단(4)의 중량이 아암을 비트는 방향(롤 방향)으로 작용하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 승강 구동 수단(4)의 주상 부재(5)의 측면에 승강 부재(6)를 배치해서, 주상 부재(5)의 측면을 따라 승강 부재(6)와 함께 기판 보유지지 부재(7)가 승강할 수 있도록 하였기 때문에, 종래의 반송 로봇에서의 팬토그래프식(pantographic type)의 승강 수단에 비해 기판 보유지지 부재(7)의 최하 위치를 보다 낮게 할 수가 있다.
다음에, 도 5 내지 도 8a를 참조해서, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반송 로봇에 대해 설명한다.
도 5에 나타낸 실시형태에 따른 반송 로봇은, 기대(1A)를 갖추고 있고, 이 기대(1A)에 대해 제1 링크 부재(2A)의 기단부가 제1 축선(L1) 주위에서 회전할 수 있게 연결되어 있다. 제1 링크 부재(2A)의 선단부에는 제2 링크 부재(3A)의 기단부가 제1 축선(L1)으로부터 소정 거리(D1)에 위치하는 제2 축선(L2) 주위에서 회전할 수 있게 연결되어 있다.
한편, 본 실시형태에서의 제2 링크 부재(3A)는 도 1에 나타낸 실시형태에서의 제2 링크 부재(3)보다도 길고, 제1 링크 부재(2A)와 같은 길이를 갖고 있다.
제2 링크 부재(3A)의 선단부에는 승강 구동 수단(4A)이 설치되어 있고, 이 승강 구동 수단(4A)은 상하 방향으로 뻗어 있는 주상 부재(5A)와, 이 주상 부재(5A)에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재(6A)를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는 승강 부재(6A)가 기판 보유지지 부재(7A)의 기단부(8A)와 일체적으로 형성되어 있다.
승강 구동 수단(4A)의 주상 부재(5A)는 전면(前面)이 개방된 중공 부재로 형성되어 있고, 그 수평 단면이 장방형을 이루고 있다. 주상 부재(5A)의 하단부는 제2 링크 부재(3A)의 선단부에서, 제3 축선(L3) 주위에서 회전할 수 있게 설치되어 있다. 제3 축선(L3)은 제2 축선(L2)으로부터 소정 거리(D2)에 위치하고 있고, 이 거리(D2)는 거리(D1)와 같다.
기판 보유지지 부재(7A)의 기단부(8A)로부터 복수(본 예에서는 2개)의 핑거부(9A)가 수평 방향으로 뻗어 있고, 핑거부(9A) 상에 유리제의 기판(S)이 보유지지된다. 핑거부(9A)에는 기판(S)을 흡착해서 보유지지하기 위한 수단(도시를 생략)이 설치되어 있다.
회전축선(L1, L2, L3)은 서로 평행하면서 Z축 방향(연직 방향)으로 뻗어 있고, 기판 보유지지 부재(7A)는 X축, Y축, 및 Z축의 방향으로의 자유도를 갖고 변위구동된다.
상기와 같이 본 실시형태에서는 승강 구동 수단(4A)이 제2 링크 부재(3A)와 기판 보유지지 부재(7A) 사이에 배치되고, 아암 링크 기구의 일부를 구성하고 있다. 또한, 승강 구동 수단(4A)의 주상 부재(5A)가 제2 링크 부재(3A)의 선단부에서 회전할 수 있게 설치되어 있고, 주상 부재(5A)가 기판 보유지지 부재(7A)의 회전축으로서 기능한다.
도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 본 실시형태에 따른 반송 로봇은 로봇 제어수단(10A)을 갖추고 있고, 이 로봇 제어수단(10A)에 의해 제1 링크 구동 수단(11A), 제2 링크 구동 수단(12A), 승강 구동 수단(4A), 손목 축 구동 수단(13A)의 구동이 제어된다.
도 7에 도시된 것과 같이, 제1 링크 부재(2A)의 기단부의 하면에는 제1 회전축(14A)이 고정되어 설치되어 있다. 이 제1 회전축(14A)은 동력 전달 기구(15A)를 매개로 서보 모터(16A)에 의해 회전 구동하고, 이에 의해 제1 축선(L1) 주위에서 제1 링크 부재(2A)가 회전한다. 동력 전달 기구(15A) 및 서보 모터(16A)에 의해, 도 6에 나타낸 제1 링크 구동 수단(11A)이 구성되어 있다.
제2 링크 부재(3A)의 기단부의 하면에는 제2 회전축(17A)이 고정되게 설치되어 있고, 이 제2 회전축(17A)은 중공의 제1 링크 부재(2A)의 선단부 상면에 형성된 구멍에 회전할 수 있게 삽입되어 있다. 이 제2 회전축(17A)은 제1 링크 부재(2A) 내의 동력 전달 기구(18A)를 매개로 서보 모터(19A)에 의해 회전 구동되고, 이에 의해 제2 축선(L2) 주위에서 제2 링크 부재(3A)가 회전한다. 동력 전달 기구(18A) 및 서보 모터(19A)에 의해, 도 6에 나타낸 제2 링크 구동 수단(12A)이 구성되어 있다.
승강 구동 수단(4A)의 주상 부재(5A)의 하단부에는 제3 회전축(손목 축)(24A)이 고정되게 설치되어 있고, 이 제3 회전축(24A)은 중공의 제2 링크 부재(3A)의 선단부 상면에 형성된 구멍에 회전할 수 있게 삽입되어 있다. 이 제3 회전축(24A)은 제2 링크 부재(3A) 내의 동력 전달 기구(25A)를 매개로 서보 모터(26A)에 의해 회전 구동되고, 이에 의해 제3 축선(L3) 주위에서 승강 구동 수단(4A)이 회전한다. 동력 전달 기구(25A) 및 서보 모터(26A)에 의해 도 6에 나타낸 손목 축 구동 수단(13A)이 구성되어 있다.
승강 구동 수단(4A)은 승강 부재(6A)를 승강시키기 위한 구동 기구(직동 기구)를 갖추고 있고, 이 구동 기구로서는 각종의 기구를 채용할 수 있다. 본 실시형태에서는 중공 부재로 형성한 주상 부재(5A)의 내부의 상단 및 하단에 1쌍의 풀리(20A, 21A)를 설치하고, 그 사이에 벨트(22A)를 걸쳐 놓으며, 이 벨트(22A)에 기판 보유지지 부재(7A)와 일체적으로 형성된 승강 부재(6A)를 고정한다. 그리고, 서보 모터(23A)에 의해 풀리(20A)를 회전 구동함으로써, 벨트(22A)와 함께 승강 부재(6A) 및 기판 보유지지 부재(7A)를 승강시킨다.
동력 전달 기구(15A, 18A, 25A)에는 감속기를 구비한 기어 동력 전달 기구가 이용된다. 서보 모터(16A, 19A, 26A)의 동력이 감속기의 입력 측에 전달되고, 그 토크가 미리 정해진 증폭비로 증폭됨과 더불어 그 회전 속도가 미리 정해진 감속비로 감속되어, 감속기의 출력 측으로부터 출력된다. 이와 같이 해서 감속기의 출력 측으로부터 출력된 동력에 의해 각 회전축(14A, 17A, 24A)의 각각이 회전 구동된다. 이에 의해, 제1 링크 부재(2A), 제2 링크 부재(3A), 및 기판 보유지지 부재(7A)의 각각이 회전 구동된다.
한편, 변형예로서는 다이렉트 드라이브 모터에 의해 각 회전축(14A, 17A, 24A)을 회전 구동하도록 하여도 된다.
승강 구동 수단(4A)에 있어서 구동 기구(직동 기구)의 다른 예로서는, 각변위량(角變位量)을 조정할 수 있는 회전 모터를 이용한 볼나사 기구에 의해 실현하는 것도 가능하다. 이 볼나사 기구는 나사 봉과, 이 나사 봉에 나사결합되는 나사 결합체, 및 나사 봉을 회전 구동하는 회전 모터를 포함하고, 나사 결합체에 승강 부재(6A)가 고정된다.
로봇 제어수단(10A)은 제1 링크 구동 수단(11A), 제2 링크 구동 수단(12A), 손목 축 구동 수단(13A), 및 승강 구동 수단(4A)의 각각의 서보 모터(16A, 19A, 26A, 23A)의 엔코더로부터 각 서보 모터(16A, 19A, 26A, 23A)의 각도 위치를 취득함으로써, 각 구동 수단(11A, 12A, 13A, 4A)을 피드백 제어할 수가 있다. 이에 의해, 기판 보유지지 부재(7A)를 목적 위치에 정밀도 좋게 위치맞춤 할 수가 있게 된다.
다음에, 도 8을 참조해서, 본 실시형태에 따른 반송 로봇의 동작에 대해 설명한다.
도 8의 (a)에 나타낸 기판 보유지지 부재(7A)를, 동작 범위 제한 제어 상, 가장 후퇴시킨 위치로부터, 제1 축선(L1)을 중심으로 해서, 제1 링크 부재(2A)를 위쪽에서 보아 시계 회전 방향으로 회전시킨다. 그러면, 제1 링크 부재(2A)의 회전에 연동해서, 제2 축선(L2)을 중심으로 해서, 제2 링크 부재(3A)가 위쪽에서 보아 반시계 회전 방향으로 회전한다(도 8의 (b), (c)). 이때, 승강 구동 수단(4A)이 기판 보유지지 부재(7A)와 함께 제3 축선(L3)을 중심으로 해서, 위쪽에서 보아 시계 회전 방향으로 회전하여, 기판 보유지지 부재(7A)의 방향이 일정하게 유지되게 된다.
도 8의 (a), (b), (c)에서 알 수 있듯이, 기판 보유지지 부재(7A)의 전후 동작에 즈음하여, 제3 축선(L3)은 제1 축선(L1)을 통과하는 공통의 직선(M)을 따라 이동한다. 이 공통의 직선(M)은 기판 보유지지 부재(7A)의 중심선에 대략 일치하고 있고, 기판 보유지지 부재(7A)에 보유지지된 기판(S)의 중심이 공통의 직선(M)을 따라 이동한다.
한편, 기판(S)을 기판 보유지지 부재(7A)로 보유지지한 로봇 아암을 자전시키는 경우에는, 도 8의 (a)에 나타낸 상태에서, 도 8a의 (a), (b)에 도시된 것과 같이, 제1 축선(L1) 주위에서 제1 링크 부재(2A)를 회전시킨다. 이에 의해, 다른 위치에 배치된 복수의 랙(40)으로부터 기판(S)을 반송 또는 반출할 수가 있다. 여기서, 기판(S)은 중량물이므로, 그 중심을 가능한 한 제1 축선(L1)에 가깝게 하는 것으로, 기판(S)을 보유지지한 로봇 아암의 자전 시에 필요로 되는 동력을 저감시킬 수 있음과 더불어, 자전 시에 기판(S) 및 이를 보유지지하는 로봇 아암이 전유하는 회전 전유 면적을 최소화할 수가 있다. 이는 마찬가지로 중량물인 승강 구동 수단(4)에서도 마찬가지이다. 그래서, 본 실시형태에서는 승강 구동 수단(4)을 도 8의 (a)에 나타낸 위치로 퇴피시키는 것에 의해, 기판(S)의 중심이 제1 축선(L1)에 가까움과 더불어, 승강 구동 수단(4)의 선회 반경을 최소화하는 것을 가능하게 하고 있다.
도 8a에 도시된 것과 같이, 본 실시형태에서는, 동작 범위 제어 상의 가장 후퇴한 위치에 있어서 기판(S)을 보유지지한 기판 보유지지 부재(7A), 기판 보유지지 부재(7A)에 보유지지된 기판(S), 제1 링크 부재(2A), 제2 링크 부재(3A), 승강 구동 수단(4A)을 포함하는 영역이, 제1 축선(L1)으로부터 기판(S) 또는 기판 보유지지 부재(7A)의 최원점까지의 거리를 반경으로 하여 제1 축선(L1) 주위에서 1회전 한 때의 선회 영역(R) 내에 배치되도록, 기판 보유지지 부재(7A), 제1 링크 부재(2A), 제2 링크 부재(3A), 승강 구동 수단(4A)의 각 치수, 승강 구동 수단(4A)의 방향이 선택되고 있다.
상기 구성으로 이루어진 본 실시형태에 의하면, 제2 링크 부재(3A)와 기판 보유지지 부재(7A)의 사이에 승강 구동 수단(4A)을 배치하도록 하였기 때문에, 승강 구동 수단(4A)에 의해 승강시키는 부분이, 로봇 아암 전체가 아니라, 승강 부재(6A)와 일체로 형성된 기판 보유지지 부재(7A)만이다. 이 때문에, 승강 구동 수단(4A)의 승강 부재(6A)에 걸리는 하중이 감소하여, 승강 구동 수단(4A)에 있어서 필요로 되는 구동력을 저감할 수 있다.
특히 본 실시형태에서는, 도 1에 나타낸 상기 실시형태와는 달리, 승강 구동 수단(4A)을 제2 링크 부재(3A)에 대해 회전할 수 있게 설치함과 더불어, 기판 보유지지 부재(7A)를 승강 구동장치(4A)에 직접 설치하도록 하였기 때문에, 손목 축 구동 수단(13A)을 승강 대상으로부터 제외할 수가 있어, 승강 구동 수단(4A)의 필요 구동력을 더욱 저감할 수가 있다.
또한, 본 실시형태에서는 기판(S)을 보유지지한 로봇 아암의 자전 시에 있어서 그 중심을 가능한 한 제1 축선(L1)에 가깝게 함과 더불어, 승강 구동 수단(4)의 선회 반경도 최소화하는 것으로, 자전 시에 필요로 되는 동력을 저감시키는 것이 가능함과 더불어, 자전 시에 기판(S) 및 이를 보유지지하는 로봇 아암이 전유하는 회전 전유 면적을 최소화할 수가 있다.
또한, 본 실시형태에서는 승강 구동 수단(4A)을 수평면 내에서 이동시키기 위한 수단으로서, 로봇 아암의 일부인 제1 링크 부재(2A) 및 제2 링크 부재(3A)를 이용하고 있는 때문에, 로봇 구조의 복잡화를 극력 억제하면서 승강 구동 수단(4A)의 수평 이동을 가능하게 하고 있다.
또한, 제1 링크 부재(2A)의 동작과 제2 링크 부재(3A)의 동작의 합성 동작에 의해 승강 구동 수단(4)을 후퇴 위치(도 8의 (a))로 이동시키도록 하였기 때문에, 합성 동작 중, 승강 구동 수단(4)이 제1 축선(L1)으로부터의 거리가 짧아지게 되도록 하면서 이동할 수 있다. 이 때문에, 1개의 링크 부재에 의해 원호형상으로 이동시키는 경우에 비해, 기판(S)의 방향을 일정하게 유지한 채로 승강 구동 수단(4A)의 이동 거리 자체를 짧게 할 수가 있음과 더불어, 중량물인 승강 구동 수단(4)이 제1 축선(L1)으로부터의 거리를 줄이면서 이동할 수 있기 때문에, 이동에 요하는 구동력을 저감할 수 있다.
또한, 제2 링크 부재(3A)의 선단부에 승강 구동 수단(4A)을 설치하는 것에 의해, 도 8의 (c)에 도시된 것과 같이, 로봇 아암을 늘린 상태에서 승강 구동 수단(4A)을 공통의 직선(M) 상에 위치시킬 수가 있다. 이 때문에, 아암을 늘린 상태에서 승강 구동 수단(4A)의 중량이 아암을 비트는 방향(롤 방향; roll direction)으로 작용하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 기판 반송 동작의 전체에 걸쳐 승강 구동 수단(4A)이 공통의 직선(M) 상에 위치하고 있고, 승강 구동 수단(4A)은 직선적으로 이동하기 때문에, 반송 시의 요동의 발생을 억제할 수가 있다.
또한, 승강 구동 수단(4A)의 주상 부재(5A)의 측면에 승강 부재(6A)를 배치해서, 주상 부재(5A)의 측면을 따라 승강 부재(6A)와 함께 기판 보유지지 부재(7A)가 승강할 수 있도록 하였기 때문에, 종래의 반송 로봇에서의 팬토그래프식의 승강 수단에 비해, 기판 보유지지 부재(7A)의 최하 위치를 보다 낮게 할 수가 있다.
다음에, 도 9 내지 도 12a를 참조해서, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 반송 로봇에 대해 설명한다.
도 9에 나타낸 실시형태에 따른 반송 로봇은, 기대(1B)를 갖추고 있고, 이 기대(1B)에 대해, 제1 링크 부재(2B)의 기단부가 제1 축선(L1) 주위에서 회전할 수 있게 연결되어 있다.
제1 링크 부재(2B)의 선단부에는 승강 구동 수단(4B)이 설치되어 있고, 이 승강 구동 수단(4B)은 상하 방향으로 뻗어 있는 주상 부재(5B)와, 이 주상 부재(5B)에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재(6B)를 구비하고 있다. 승강 구동 수단(4B)의 주상 부재(5B)는 앞면이 개방된 중공 부재로 형성되어 있고, 그 수평 단면이 장방형을 이루고 있다. 주상 부재(5B)의 하단부는 제1 링크 부재(2B)의 선단부의 상면에 고정되어 설치되어 있다.
승강 구동 수단(4B)의 승강 부재(6B)에는 제2 링크 부재(3B)의 기단부가 제1 축선(L1)으로부터 소정 거리(D1)에 위치하는 제2 축선(L2) 주위에서 회전할 수 있게 연결되어 있다. 승강 부재(6B)는 수평 방향으로 뻗으면서 굴곡된 길게 나온 형상을 갖추고 있다.
제2 링크 부재(3B)의 선단부의 하면에는 기판 보유지지 부재(7B)의 기단부가 제3 축선(L3) 주위에서 회전할 수 있게 연결되어 있다. 제3 축선(L3)은 제2 축선(L2)으로부터 소정 거리(D2)에 위치하고 있고, 이 거리(D2)는 거리(D1)와 같다.
기판 보유지지 부재(7B)의 기단부(8B)로부터 복수(본 예에서는 2개)의 핑거부(9B)가 수평 방향으로 뻗어 있고, 핑거부(9B)의 위에 유리제의 기판(S)이 보유지지된다. 핑거부(9B)에는 기판(S)을 흡착해서 보유지지하기 위한 수단(도시를 생략)이 설치되어 있다.
회전 축선(L1, L2, L3)은 서로 평행하면서 Z축 방향(연직 방향)으로 뻗어 있고, 기판 보유지지 부재(7B)는 X축, Y축, 및 Z축 방향으로의 자유도를 갖고서 변위 구동된다.
상기와 같이 본 실시형태에서는 승강 구동 수단(4B)이 제1 링크 부재(2B)와 제2 링크 부재(3B) 사이에 배치되고, 아암 링크 기구의 일부를 구성하고 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이, 본 실시형태에 따른 반송 로봇은 로봇 제어수단(10B)을 갖추고 있고, 이 로봇 제어수단(10B)에 의해 제1 링크 구동 수단(11B), 제2 링크 구동 수단(12B), 승강 구동 수단(4B), 손목 축 구동 수단(13B)의 구동이 제어된다.
도 11에 도시된 것과 같이, 제1 링크 부재(2B)의 기단부의 하면에는 제1 회전축(14B)이 고정되어 설치되어 있다. 이 제1 회전축(14B)은 동력 전달 기구(15B)를 매개로 서보 모터(16B)에 의해 회전 구동되고, 이에 의해 제1 축선(L1) 주위에서 제1 링크 부재(2B)가 회전한다. 동력 전달 기구(15B) 및 서보 모터(16B)에 의해 도 10에 나타낸 제1 링크 구동 수단(11B)이 구성되어 있다.
제1 링크 부재(2B)의 선단부의 상면에 승강 구동 수단(4B)이 고정되어 설치되어 있다. 승강 구동 수단(4B)은 승강 부재(6B)를 승강시키기 위한 구동 기구(직동 기구)를 갖추고 있고, 이 구동 기구로서는 각종의 기구를 채용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 중공 부재로 형성한 주상 부재(5B)의 내부의 상단 및 하단에 1쌍의 풀리(20B, 21B)를 설치하고, 이들 풀리 주위에 벨트(22B)가 감겨지며, 이 벨트(22B)에 승강 부재(6B)의 기단부를 고정한다. 그리고, 서보 모터(23B)에 의해 풀리(20B)를 회전 구동함으로써, 벨트(22B)와 함께 승강 부재(6B)를 승강시킨다.
제2 링크 부재(3B)의 기단부의 상면에는 제2 회전축(17B)이 고정되어 설치되어 있고, 이 제2 회전축(17B)은 중공의 승강 부재(6B)의 선단부 하면에 형성된 구멍에 회전할 수 있게 삽입되어 있다. 이 제2 회전축(17B)은 승강 부재(6B) 내의 동력 전달 기구(18B)를 매개로 서보 모터(19B)에 의해 회전 구동되고, 이에 의해 제2 축선(L2) 주위에서 제2 링크 부재(3B)가 회전한다. 동력 전달 기구(18B) 및 서보 모터(19B)에 의해 도 10에 나타낸 제2 링크 구동 수단(12B)이 구성되어 있다.
기판 보유지지 부재(7B)의 기단부의 상면에는 제3 회전축(손목 축)(24B)이 고정되게 설치되어 있고, 이 제3 회전축(24B)은 제2 링크 부재(3B)의 선단부 하면에 형성된 구멍에 회전할 수 있게 삽입되어 있다. 이 제3 회전축(24B)은 제2 링크 부재(3B) 내의 동력 전달 기구(25B)를 매개로 서보 모터(26B)에 의해 회전 구동하게 되고, 이에 의해 제3 축선(L3) 주위에서 기판 보유지지 부재(7B)가 회전한다. 동력 전달 기구(25B) 및 서보 모터(26B)에 의해 도 10에 나타낸 손목 축 구동 수단(13B)이 구성되어 있다.
동력 전달 기구(15B, 18B, 25B)에는 감속기를 구비한 기어 동력 전달 기구가 이용된다. 서보 모터(16B, 19B, 26B)의 동력이 감속기의 입력 측에 전달되고, 그 토크가 미리 정해진 증폭비로 증폭됨과 더불어, 그 회전 속도가 미리 정해진 감속비로 감속되어 감속기의 출력 측으로부터 출력된다. 이와 같이 해서 감속기의 출력 측으로부터 출력된 동력에 의해, 각 회전축(14B, 17B, 24B)의 각각이 회전 구동된다. 이에 의해, 제1 링크 부재(2B), 제2 링크 부재(3B), 및 기판 보유지지 부재(7B)의 각각이 회전 구동된다.
한편, 변형예로서는 다이렉트 드라이브 모터에 의해 각 회전축(14B, 17B, 24B)을 회전 구동하도록 하여도 된다.
승강 구동 수단(4B)에서의 구동 기구(직동 기구)의 다른 예로서는 각변위량을 조정할 수 있는 회전 모터를 이용한 볼나사 기구에 의해 실현할 수도 있다. 이 볼나사 기구는 나사 봉과, 이 나사 봉에 나사결합되는 나사 결합체, 및 나사 봉을 회전 구동하는 회전 모터를 포함하고, 나사 결합체에 승강 부재(6B)의 기단부가 고정된다.
로봇 제어수단(10B)은 제1 링크 구동 수단(11B), 승강 구동 수단(4B), 제2 링크 구동 수단(12B), 및 손목 축 구동 수단(13B)의 각각의 서보 모터(16B, 23B, 19B, 26B)의 엔코더로부터 각 서보 모터(16B, 23B, 19B, 26B)의 각도 위치를 취득함으로써, 각 구동 수단(11B, 4B, 12B, 13B)을 피드백 제어할 수가 있다. 이에 의해, 기판 보유지지 부재(7B)를 목적 위치에 정밀하게 위치맞춤 할 수가 있게 된다.
다음에, 도 12를 참조해서 본 실시형태에 따른 반송 로봇의 동작에 대해 설명한다.
도 12의 (a)에 나타낸 기판 보유지지 부재(7B)를, 동작 범위 제한 제어 상, 가장 후퇴시킨 위치로부터, 제1 축선(L1)을 중심으로 해서, 제1 링크 부재(2B)를 위쪽에서 보아 시계 회전 방향으로 승강 구동 수단(4B)과 함께 회전시킨다. 그러면, 제1 링크 부재(2B)의 회전에 연동해서, 제2 축선(L2)을 중심으로 해서 제2 링크 부재(3B)가 위쪽에서 보아 반시계 회전 방향으로 회전한다(도 12의 (b), (c)). 이때, 기판 보유지지 부재(7B)도 제3 축선(L3)을 중심으로 해서 위쪽에서 보아 시계 회전 방향으로 회전하여, 기판 보유지지 부재(7B)의 방향이 일정하게 유지된다.
도 12의 (a), (b), (c)로부터 알 수 있듯이, 기판 보유지지 부재(7B)의 전후 동작에 즈음하여, 제3 축선(L3)은 제1 축선(L1)을 통과하는 공통의 직선(M)을 따라 이동한다. 이 공통의 직선(M)은 기판 보유지지 부재(7B)의 중심선에 대략 일치하고 있고, 기판 보유지지 부재(7B)에 보유지지된 기판(S)의 중심이 공통의 직선(M)을 따라 이동한다.
한편, 기판 보유지지 부재(7B)로 기판(S)을 보유지지한 로봇 아암을 자전시키는 경우에는, 도 12의 (a)에 나타낸 상태에서, 도 12a의 (a), (b)에 도시된 것과 같이, 제1 축선(L1) 주위에서 제1 링크 부재(2B)를 회전시킨다. 이에 의해, 다른 위치에 배치된 복수의 랙(40)으로부터 기판(S)을 반송 또는 반출하는 것이 가능하다. 여기서, 기판(S)은 중량물이므로, 그 중심을 가능한 한 제1 축선(L1)에 가깝게 하는 것으로, 기판(S)을 보유지지한 로봇 아암의 자전 시에 필요로 되는 동력을 저감시키는 것이 가능함과 더불어, 자전 시에 기판(S) 및 이를 보유지지하는 로봇 아암이 전유하는 회전 전유 면적을 최소화할 수가 있다. 그래서, 본 실시형태에서는 승강 구동 수단(4B)을 도 12의 (a)에 나타낸 위치로 퇴피시키는 것에 의해, 기판(S)의 중심이 제1 축선(L1)에 가깝게 됨과 더불어, 승강 구동 수단(4)의 선회 반경을 최소화하는 것을 가능하게 하고 있다.
도 12a에 도시된 것과 같이, 본 실시형태에서는 동작 범위 제어 상의 가장 후퇴한 위치에 있어서 기판(S)을 보유지지한 기판 보유지지 부재(7B), 기판 보유지지 부재(7B)에 보유지지된 기판(S), 제1 링크 부재(2B), 제2 링크 부재(3B), 승강 구동 수단(4B)을 포함하는 영역이, 제1 축선(L1)으로부터 기판(S) 또는 기판 보유지지 부재(7B)의 최원점까지의 거리를 반경으로 해서 제1 축선(L1) 주위에서 1회전한 때의 선회 영역(R) 내에 배치되도록, 기판 보유지지 부재(7B), 제1 링크 부재(2B), 제2 링크 부재(3B), 승강 구동 수단(4B)의 각 치수, 승강 구동 수단(4B)의 방향이 선택되고 있다.
상기 구성으로 이루어진 본 실시형태에 의하면, 제1 링크 부재(2B)와 제2 링크 부재(3B) 사이에 승강 구동 수단(4B)을 배치하도록 하였기 때문에, 승강 구동 수단(4B)에 의해 승강시키는 부분이 로봇 아암 전체가 아니라, 승강 부재(6)에 장착된 제2링크(3B) 및 기판 보유지지 부재(7B)만이다. 이 때문에, 승강 구동 수단(4B)의 승강 부재(6B)에 걸리는 하중이 감소하여, 승강 구동 수단(4B)에 있어서 필요로 되는 구동력을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 기판(S)을 보유지지한 로봇 아암의 자전 시에 있어서 그 중심을 가능한 한 제1 축선(L1)에 가깝게 함과 더불어, 승강 구동 수단(4)의 선회 반경도 최소화하는 것으로, 자전 시에 필요로 되는 동력을 저감시키는 것이 가능함과 더불어, 자전 시에 기판(S) 및 이를 보유지지하는 로봇 아암이 전유하는 회전 전유 면적을 최소화할 수가 있다.
또한, 본 실시형태에서는 승강 구동 수단(4B)을 수평면 내에서 이동시키기 위한 수단으로서, 로봇 아암의 일부인 제1 링크 부재(2B)를 이용하고 있기 때문에, 로봇 구조의 복잡화를 극력 억제하면서 승강 구동 수단(4B)의 수평 이동을 가능하게 하고 있다.
또한, 승강 구동 수단(4B)의 주상 부재(5B)의 측면에 승강 부재(6B)를 배치해서, 주상 부재(5B)의 측면을 따라 승강 부재(6B)와 함께 기판 보유지지 부재(7B)가 승강할 수 있도록 하였기 때문에, 종래의 반송 로봇에서의 팬토그래프식의 승강 수단에 비해 기판 보유지지 부재(7B)의 최하 위치를 보다 낮게 할 수가 있다.
다음에, 도 9 내지 도 12a에 나타낸 상기 실시형태의 1변형례로서는 도 13에 도시된 것과 같이, 승강 구동 수단(4B)의 주상 부재(5B)를 제1 링크 부재(2B)에 제2 축선(L2) 주위에서 회전할 수 있게 설치함과 더불어, 제2 링크 부재(3B)를 승강 부재(6B)에 고정하여 설치하도록 하여도 된다.
도 13에 나타낸 변형예에서는 주상 부재(5B)의 하단에 제2 회전축(17B)이 설치되어 있고, 이 제2 회전축(17B)을 회전시키는 제2 링크 구동 수단(12B)이 제1 링크 부재(2B)의 내부에 배치되어 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명하였으나, 상기 실시형태는 본 발명의 범위 내에서 적절히 변경할 수가 있다. 예컨대, 상기 각 실시형태에서는 각 회전축에 각 서보모터를 설치해서 개별로 구동할 수 있도록 하고 있지만, 이에 대신해서 회전축끼리의 사이에 벨트를 걸쳐 놓아 한쪽의 회전축의 회전력이 다른 쪽의 회전축에 전달되도록 해서, 다른 쪽의 회전축의 서보모터를 생략하여도 된다. 또한, 승강 구동 수단에서의 구동 기구는, 랙 피니온(rack pinion), 리니어 모터, 또는 실린더 등의 직동 기구이어도 된다.

Claims (9)

  1. 제1 축선 주위에서 회전할 수 있게 구성된 제1 링크 부재와,
    상기 제1 축선에 대해 소정 거리에 위치하는 제2 축선 주위에서 회전할 수 있게 구성된 제2 링크 부재,
    상기 제2 축선에 대해 소정 거리에 위치하는 제3 축선 주위에서 회전할 수 있으면서 물품을 보유지지할 수 있게 구성된 보유지지 부재, 및
    적어도 상기 보유지지 부재를 승강 구동하기 위한 승강 구동 수단을 갖추고,
    상기 제1 링크 부재, 상기 제2 링크 부재, 및 상기 보유지지 부재가 이 순서로 연결되어 아암 링크 기구를 구성하고 있고, 상기 승강 구동 수단이 상기 제1 링크 부재와 상기 보유지지 부재의 사이에 배치되어 상기 아암 링크 기구의 일부를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승강 구동 수단이 상기 제2 링크 부재와 상기 보유지지 부재의 연결에 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 승강 구동 수단이, 상기 제2 링크 부재에 고정되어 설치된 주상 부재와, 상기 주상 부재에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재를 갖추고, 상기 보유지지 부재가 상기 승강 부재에 상기 제3 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 승강 구동 수단이, 상기 제2 링크 부재에 상기 제3 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치된 주상 부재와, 상기 주상 부재에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재를 갖추고, 상기 보유지지 부재가 상기 승강 부재에 고정되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 승강 구동 수단이 상기 제1 링크 부재와 상기 제2 링크 부재의 연결에 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 승강 구동 수단이, 상기 제1 링크에 고정되어 설치된 주상 부재와, 상기 주상 부재에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재를 갖추고, 상기 제2 링크 부재가 상기 승강 부재에 상기 제2 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치되어 있으며, 상기 보유지지 부재가 상기 제2 링크 부재에 상기 제3 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 승강 구동 수단이, 상기 제1 링크 부재에 상기 제2 축선 주위에서 회전할 수 있게 설치된 주상 부재와, 상기 주상 부재에 대해 승강할 수 있게 설치된 승강 부재를 갖추고, 상기 제2 링크 부재는 상기 승강 부재에 고정되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 축선과 상기 제2 축선의 상기 소정 거리가, 상기 제2 축선과 상기 제3 축선의 상기 소정 거리와 같은 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    동작 범위 제어 상의 가장 후퇴한 위치에 있어서 물품을 보유지지한 상기 보유지지 부재, 상기 보유지지 부재에 보유지지된 상기 물품, 상기 제1 링크 부재, 상기 제2 링크 부재, 상기 승강 구동 수단을 포함하는 영역이, 상기 제1 축선으로부터 상기 물품 또는 상기 보유지지 부재의 최원점까지의 거리를 반경으로 하여 상기 제1 축선 주위에서 1회전 한 때의 선회 영역 내에 배치되도록, 상기 보유지지 부재, 상기 제1 링크 부재, 상기 제2 링크 부재, 상기 승강 구동 수단의 각 치수, 상기 승강 구동 수단의 방향이 선택되고 있는 것을 특징으로 하는 반송 로봇.
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