KR20140063463A - 로봇 아암, 로봇 및 로봇의 동작 방법 - Google Patents

로봇 아암, 로봇 및 로봇의 동작 방법 Download PDF

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히사야 이노우에
사토시 스에요시
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

실시형태의 일형태에 관한 로봇 아암은, 신축 아암부와, 로봇 핸드와, 벨트 구동 장치를 구비한다. 신축 아암부는, 수평 방향으로 신축가능하고, 선단부에는 풀리가 마련된다. 로봇 핸드는, 상기 풀리에 의해, 상기 신축 아암부의 선단부에 회전 가능하게 연결된다. 벨트 구동 장치는, 상기 풀리에 걸리는 벨트를 상기 로봇 핸드의 근방에 있어서 직접적으로 구동하는 구동원을 포함한다.

Description

로봇 아암, 로봇 및 로봇의 동작 방법 {ROBOT ARM, ROBOT AND ROBOT OPERATING METHOD}
개시된 실시형태는 로봇 아암, 로봇 및 로봇의 동작 방법에 관한 것이다.
종래부터, 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 워크피스(workpiece)를 반송하는 로봇으로서, 수평 다관절 로봇이 알려져 있다. 수평 다관절 로봇은, 2개의 아암(arm)이 관절을 사이에 두고 연결된 신축(伸縮) 아암부를 구비하는 로봇이며, 각 아암을 회전 동작시키는 것에 의해 신축 아암부의 선단부에 마련된 로봇 핸드(hand)를 수평 방향을 따라서 직선적으로 이동시킨다.
또한, 각 아암의 회전 동작은, 예를 들면, 구동원으로서 1개 마련된 모터의 동력을 벨트 풀리(belt-pulley) 기구를 통해 전달하고, 각 아암의 기단(基端)부에 마련된 풀리(pulley)를 회전시키는 것에 의해 실행된다.
또한, 이러한 수평 다관절 로봇에서는, 로봇 핸드의 배향(orientation)이, 각 아암의 회전 동작에 의해 변화되지 않을 것이 요구된다. 그래서, 예를 들면, 로봇 핸드의 기단(基端)부에 종동(從動) 풀리를 마련하고, 상기 종동 풀리를 상술한 벨트 풀리 기구에 연결해서 아암의 회전에 따라 회전시키는 것에 의해, 로봇 핸드의 배향을 규제하는 방법이 이용된다.
그런데, 이렇게 벨트 풀리 기구를 이용하는 경우, 벨트의 신축이나 휘어짐 등에 의해 동력 전달 강성(剛性)이 저하한다는 사실이 알려져 있다. 그래서, 상기 동력 전달 강성을 확보하기 위한 기술이 여러 가지 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
또한, 특허 문헌 1에 개시된 동력 전달 장치는, 원동(原動) 기어와 종동 기어와의 사이에 걸려 있는 벨트 부재의 일부 또는 전체를, 금속판 등의 보강 부재로 보강하는 것이다.
일본 실용 신안 공개 공보 평성02-58151호
그러나, 워크피스가 대형화되고 있는 지금, 상술한 종래 기술에서는, 워크피스의 크기에 상관없이 동력 전달 강성을 확보하고 가로 흔들림을 저감하고자 하는 관점에서 개선해야할 여지가 더 있다.
예를 들면, 상술한 종래 기술에서는, 벨트의 보강 부재로서 금속판 등이 이용되지만, 이러한 비중(比重)이 높은 보강 부재로 보강한 벨트를 수평 방향으로 배치하는 경우, 워크피스의 크기에 따라 아암이 상당한 길이를 가지면 벨트도 길어지고, 연직 방향으로 휘기 쉬워진다. 따라서, 워크피스의 크기에 상관없이 동력 전달 강성을 확보하기에는 상기 종래 기술로는 불충분하다.
또한, 폭 2m를 넘는 액정 패널용의 유리 기판이 등장한 것 등에서 볼 수 있듯이, 최근에는 워크피스의 대형화가 현저하다. 이 때문에, 종래와 비교하여, 아암은 상기 워크피스의 하중 등에 의해 수평 방향을 따라서 크게 가로 흔들림이 생기기 쉽다. 이러한 경우, 종래 기술에 의하면, 금속판을 두껍게 하는 등에 의해 보다 강하게 벨트를 보강할 필요가 있지만, 이 경우 벨트가 더 휘기 쉬워지고 비용도 커진다.
실시형태의 일형태는, 상기에 비추어 보아서 이루어진 것으로, 워크피스의 크기에 상관없이 동력 전달 강성을 확보해서 가로 흔들림을 저감할 수 있는 로봇 아암, 로봇 및 로봇의 동작 방법을 제공한다.
실시형태의 일형태에 관한 로봇 아암은, 신축 아암부와, 로봇 핸드와, 벨트 구동 장치를 구비한다. 상기 신축 아암부는, 수평 방향으로 신축가능하고, 선단부에 풀리가 마련된다. 상기 로봇 핸드는, 상기 풀리에 의해, 상기 신축 아암부의 선단부에 대하여 회전 가능하게 연결된다. 상기 벨트 구동 장치는, 상기 풀리에 걸리는 벨트를 상기 로봇 핸드의 근방에 있어서 직접적으로 구동하는 구동원을 포함한다.
실시형태의 일형태에 의하면, 워크피스의 크기에 상관없이, 동력 전달 강성을 확보해서 가로 흔들림을 저감할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 로봇의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 로봇이 신축 아암부를 신장시킬 때의 동작을 나타내는 모식 평면도이다.
도 3a는 제 1 실시형태에 따른 로봇 아암의 내부 구성을 나타내는 모식 평면도이다.
도 3b는 도 3a에 나타내는 EV1부의 확대도이다.
도 4a는 제어 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4b는 가로 흔들림 보정 정보의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 제 2 실시형태에 따른 로봇 아암의 내부 구성을 나타내는 모식 평면도이다.
도 6은 제 3 실시형태에 따른 로봇 아암의 내부 구성을 나타내는 모식 평면도이다.
도 7은 벨트 끊김 검지 기구의 구성을 나타내는 모식 평면도이다.
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여, 본 출원에서 개시하는 로봇 아암, 로봇 및 로봇의 동작 방법의 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하에서는, 피반송물로서 유리 기판을 반송하는 기판 반송 로봇을 예로서 설명한다. 또한, 기판 반송 로봇에 대해서는, 간단히 「로봇」으로 기재한다. 또한, 엔드 이펙터(end effector)인 「로봇 핸드」에 대해서는, 간단히「핸드」로 기재한다. 또한, 유리 기판에 대해서는 「워크피스」로 기재한다.
먼저, 실시형태에 따른 로봇(10)의 구성에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 로봇(10)의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다.
또한, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 도 1에는, 연직 상방향을 정(+)방향으로 하고, 연직 하방향을 부(-)방향으로 하는 Z축을 포함하는 3차원의 직교 좌표계를 도시하고 있다. 따라서, XY 평면을 따르는 방향은 「수평 방향」을 나타낸다. 상기 직교 좌표계는, 이하의 설명에 이용하는 다른 도면에 있어서도 나타나는 경우가 있다. 또한, 이하에서는, X축의 정방향을 「전방향」으로, Y축의 정방향을 「좌방향」으로 각각 규정한다.
또한, 이하에서는, 복수개로 구성되는 구성 요소에 대해서는, 복수개 중 일부에만 부호를 부여하고, 나머지에 대해서는 부호의 부여를 생략하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 부호를 부여한 일부와 부호가 생략된 나머지는 동일한 구성인 것으로 한다.
도 1에 도시하는 예의 로봇(10)은, X축 방향을 「신축 방향」으로 하여 신축하는 한쌍의 신축 아암부(11)를 구비하는, 양팔의 수평 다관절 로봇이다. 구체적으로는, 로봇(10)은 한 쌍의 신축 아암부(11)와, 한 쌍의 핸드(12)와, 아암 베이스(13)와, 승강 받침대(14)와, 주행 받침대(15)를 구비한다.
또한, 각 신축 아암부(11)는 제 1 아암(11a)과, 제 2 아암(11b)을 구비한다. 또한, 승강 받침대(14)는 제 1 승강 아암(14a)과, 제 2 승강 아암(14b)과, 기대부(基臺部)(14c)를 구비한다. 또한, 신축 아암부(11)와, 핸드(12)를 적어도 포함하여 「로봇 아암」이 구성된다.
각 핸드(12)는 워크피스 유지용의 엔드 이펙터이며, 각 신축 아암부(11)의 선단부에 마련된다. 신축 아암부(11) 및 핸드(12)의 상세한 설명에 대해서는, 도 2 이후에 후술한다. 아암 베이스(13)는 신축 아암부(11)의 베이스부이며, 신축 아암부(11)를 수평 회전 가능하게 지지한다.
또한, 아암 베이스(13)는, 승강 받침대(14)에 연직 방향에 평행한 선회축(S)을 중심으로 선회 가능하게 연결된다. 이하에서는, 상기 선회축(S)을 중심으로 선회하는 동작을, 로봇(10)의 「선회축 동작」으로 기재하는 경우가 있다.
승강 받침대(14)는, 선단부에서 아암 베이스(13)를 선회 가능하게 지지함과 함께, 상기 아암 베이스(13)를 연직 방향에 평행한 「승강 방향」을 따라서 승강시키는 유닛이다.
제 1 승강 아암(14a)은, 그 선단부에서, 선회축(S)을 중심으로 선회 가능하게, 또한, 축(U1)을 중심으로 회전 가능하게, 아암 베이스(13)를 지지한다. 또한, 제 2 승강 아암(14b)은, 그 선단부에 있어서, 제 1 승강 아암(14a)의 기단부를 축(U2)을 중심으로 회전 가능하게 지지한다.
기대부(14c)는 주행 받침대(15)에 설치되고, 제 2 승강 아암(14b)의 기단부를 축(L)을 중심으로 회전 가능하게 지지한다. 주행 받침대(15)는 주행 받침대 운반차등으로서 구성되는 주행 기구이며, 예를 들면, 도면 중의 Y축에 평행한 주행축(SL)을 따라서 주행한다. 또한, 주행축(SL)은 직선 형상에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에서는, 상기 주행축(SL)을 따르는 주행 동작을 로봇(10)의 「주행축 동작」으로 기재하는 경우가 있다.
그리고, 로봇(10)은, 아암 베이스(13)를 축(U1)을 중심으로, 제 1 승강 아암(14a)을 축(U2)을 중심으로, 제 2 승강 아암(14b)을 축(L)을 중심으로 각각 회전시키는 것에 의해, 승강 동작을 한다.
또한, 로봇(10)에는 제어 장치(20)가 로봇(10)과 상호 통신 가능하게 접속되어 있고, 로봇(10)에 대하여, 상기 승강 동작이나 상술한 선회축 동작, 주행축 동작 및 후술하는 신축 아암부(11)의 신축 동작 등 각종 동작을 제어한다. 그리고, 상기 제어 장치(20)와 로봇(10)을 적어도 포함하여, 기판 반송 시스템(1)이 구성된다.
다음에, 도 2를 이용하여 핸드(12)를 포함시킨 신축 아암부(11)의 신축 동작에 대해서 설명한다. 도 2는 로봇(10)이 신축 아암부(11)를 신장시킬 때의 동작을 나타내는 모식 평면도이다.
또한, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 이후의 설명에서는, 한 쌍으로 양팔로서 마련된 신축 아암부(11) 중, 오른팔에 해당하는 한쪽만을 도시해서 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이 신축 아암부(11)의 제 1 아암(11a)은, 그 기단부가 아암 베이스(13)에, 축(P1)을 중심으로 회전 가능하게 연결된다. 또한, 제 2 아암(11b)은, 그 기단부가 제 1 아암(11a)의 선단부에 축(P2)을 중심으로 회전 가능하게 연결된다.
또한, 제 2 아암(11b)의 선단부에는, 핸드(12)의 기단부가 축(P3)을 중심으로 회전 가능하게 연결된다. 상기 핸드(12)는, 프레임(12a)과, 복수개의 포크 갈래(prongs)(12b)를 구비하고 있고, 상술한 제 2 아암(11b)과 프레임(12a)이 연결된다. 또한, 프레임(12a)은 포크 갈래(12b)를 병렬로 지지한다.
또한, 제 2 아암(11b) 및 프레임(12a)은 중공(속이 빈) 구조이며, 그 내부에는 핸드(12)를 회전시키는 벨트 구동 장치가 배치된다. 이 점의 상세한 설명에 대해서는, 도 3a 이후에 후술한다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이 포크 갈래(12b)는, 워크피스(W) 유지용의 부재이며, 예를 들면, 주면(main surface)에 워크피스(W)를 탑재하는 것에 의해 워크피스(W)를 유지한다. 또한, 유지 방법은 상기 탑재예에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 워크피스(W)를 상방으로부터 흡착해도 좋다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이 로봇(10)은, 신축 아암부(11)를 신장시키는 경우, 핸드(12)의 이동 방향 및 핸드의 배향(orientation)을, 소정의 이동 방향 및 배향(도면 중에서는 X축의 정방향)으로 규제하면서 신축 아암부(11)를 신장시키는 동작을 실행한다.
구체적으로, 신축 아암부(11)를 신장시킬 경우, 로봇(10)은 제 1 아암(11a)을 축(P1)을 중심으로 반시계 방향으로 회전량 θ만큼 회전시킨다 (도면 중의 화살표(201) 참조). 또한, 이 때 제 2 아암(11b)을 제 1 아암(11a)에 대하여, 축(P2)을 중심으로 시계 방향으로 2배의 회전량 2θ만큼 회전시킨다(도면 중의 화살표(202) 참조).
또한, 핸드(12)에 대해서는, 제 2 아암(11b)에 대하여, 축(P3)을 중심으로 반시계 방향으로 회전량 θ만큼 회전시킨다(도면 중의 화살표(203) 참조). 상기의 동작들이, 핸드(12)의 이동 방향을 X축을 따라서 직선적으로, 또한, 핸드(12)의 배향(즉, 포크 갈래(12b)의 선단부의 배향)을 전방으로 규제하면서 신축 아암부(11)를 신장시키기 위한 기본적인 회전 동작이다.
종래에는, 상기 회전 동작이 아암 베이스(13)등에 배치되는 1개의 구동원으로부터의 동력을 벨트 풀리 기구에 통해 축(P2)이나 축(P3)에 전달하는 것에 의해 실행되고 있었다. 그러나, 벨트가 가지는 동력 전달 강성이 낮거나 핸드(12)가 대형의 워크피스(W)를 유지할 기회가 늘어난 것 등에 의해, 상술한 기본적인 회전 동작만으로는 도면 중에 파선(204)의 궤적으로서 나타내는 것과 같은 가로 흔들림이 발생하기 쉽다.
따라서, 본 실시형태에서는, 소정 위치에 있어서의 핸드(12)의 회전 동작을 보정해서 가로 흔들림을 저감시키고(도면 중의 화살표(205) 및 화살표(206) 참조), 핸드(12)의 이동 방향 및 그 배향이 확실하게 규제되도록 하는 방책을 취했다(도면 중의 화살표(207) 참조).
이하에서는, 이러한 방책의 구체적인 일형태로서의 제 1 ~ 제 3 실시형태를, 도 3a ~ 도 6을 이용하여 순차적으로 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 3a는 제 1 실시형태에 따른 로봇 아암의 내부 구성을 나타내는 모식 평면도이다. 또한, 도 3b는 도 3a에 나타내는 EV1부의 확대도이다. 또한, 설명의 편의상, 도 3b에는 제 2 아암(11b)의 연장 방향에 맞춰서 XY 축을 회전시킨 X'Y'축을 도시하고 있다.
도 3a에 도시하는 바와 같이, 제 1 실시형태에 따른 로봇(10)의 제 1 아암(11a)은, 그 기단부에 축(P1)을 회전축으로 하는 원동 풀리(11aa)를 구비한다. 원동 풀리(11aa)는, 아암 베이스(13)의 내부에 마련된 모터(M1)의 출력축에 연결된다. 모터(M1)는, 상기 원동 풀리(11aa)를 거쳐서 제 1 아암(11a)을 축(P1)을 중심으로 회전시키는 구동원이다.
또한, 제 2 아암(11b)은, 그 기단부에 축(P2)을 회전축으로 하는 종동 풀리(11ba)를 구비한다. 제 2 아암(11b)은, 상기 종동 풀리(11ba)를 거쳐서, 제 1 아암(11a)의 회전에 대하여 상대적 회전이 가능하게 연결된다.
또한, 종동 풀리(11ba) 및 상술한 원동 풀리(11aa)는 벨트(T1)를 거쳐서 서로 연결되어 있다. 따라서, 제 2 아암(11b)은, 상기 벨트(T1)를 거쳐서 모터(M1)의 동력의 전달을 받은 종동 풀리(11ba)에 의해 축(P2)을 중심으로 회전된다.
또한, 핸드(12)는, 제 2 아암(11b)이 그 선단부에 구비하는 풀리(12aa)를 거쳐서 축(P3)을 중심으로 회전 가능하게, 제 2 아암(11b)의 선단부에 연결된다.
또한, 도 3a에 파선의 직사각형으로 둘러싼 EV1부에 도시하는 바와 같이, 제 2 아암(11b)은 그 내부에서 핸드(12)의 근방(즉, 제2아암(11b)의 선단부)에 벨트(T2)의 각 구동원으로서 2개의 모터(M2a)(제 1 모터) 및 모터(M2b)(제 2 모터)를 배치한 벨트 구동 장치를 구비한다. 벨트 구동 장치는, 제 2 아암(11b)의 선단부의 풀리(12aa)에 걸리는 벨트(T2)를 구동하는 것에 의해, 핸드(12)를 축(P3)을 중심으로 회전시키는 기구이다.
여기에서, 벨트 구동 장치에 대해서 자세하게 기술한다. 도 3b에 도시하는 바와 같이, 벨트 구동 장치는 2개의 모터(M2a, M2b)와, 2개의 볼 나사(제 1 볼 나사(B2a) 및 제 2 볼 나사(B2b))를 구비한다.
모터(M2a) 및 모터(M2b)는, 각각의 출력축(O1) 및 출력축(O2)이 제 2 아암(11b)의 연장 방향(도면 중의 X'축 방향)을 따르도록 배치된다. 그리고, 상기 출력축(O1) 및 출력축(O2)에는, 볼 나사(B2a) 및 볼 나사(B2b)가 각각 연결된다.
또한, 이렇게 출력축(O1) 및 출력축(O2)을 제 2 아암(11b)의 연장 방향을 따르게 하여 모터(M2a) 및 모터(M2b)를 배치하는 것에 의해, 적어도 제 2 아암(11b)의 두께를 얇게 할 수 있다. 즉, 로봇(10)의 소형화 및 작업 공간의 협소화에 이바지할 수 있다.
또한, 풀리(12aa)에 걸리는 벨트(T2)의 일단은, 볼 나사(B2a)의 너트(N2a)에 고정된다. 또한, 벨트(T2)의 타단은, 볼 나사(B2b)의 너트(N2b)에 고정된다.
그리고, 상기 구성에 있어서, 모터(M2a) 및 모터(M2b)가 각각 독립적으로 구동 제어되고, 풀리(12aa)의 회전량이나 회전 방향(도면 중의 화살표(305) 참조), 벨트(T2)의 장력이 조정된다.
구체적으로는, 예를 들면, 모터(M2a)의 구동에 의한 너트(N2a)의 화살표(301) 방향으로의 이동과, 모터(M2b)의 구동에 의한 너트(N2b)의 화살표(304) 방향으로의 이동을 조합하는 것에 의해, 풀리(12aa)를 축(P3)을 중심으로 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다.
이 때, 예를 들면, 화살표(301)의 힘을 1로 한 경우에, 화살표(304)의 힘이 1-α(α는 1보다 작은 양의 수)가 되도록 모터(M2a) 및 모터(M2b)를 각각 구동 제어하면, 풀리(12aa)의 반시계 방향의 회전량을, 벨트(T2)의 장력을 약하게 하면서 돌아가는 것이 가능하게 변화시킬 수 있다.
또한, 화살표(301)의 힘을 1로 한 경우, 화살표(304)의 힘이 1+α가 되도록 모터(M2a) 및 모터(M2b)를 각각 구동 제어하면, 풀리(12aa)의 반시계 방향의 회전량을, 벨트(T2)의 장력을 강화해서 회전이 억제되는 것 같이 변화시킬 수 있다.
또한, 풀리(12aa)의 시계 방향의 회전은, 반시계 방향의 경우와 같이, 너트(N2b)의 화살표(303) 방향으로의 이동과, 너트(N2a)의 화살표(302) 방향으로의 이동을 조합하는 것에 의해 실행할 수 있다.
또한, 너트(N2a)의 화살표(301) 방향으로의 이동과, 너트(N2b)의 화살표(303) 방향으로의 이동을 조합하는 것에 의해, 벨트(T2)의 장력을 용이하게 높일 수 있다.
이러한 모터(M2a) 및 모터(M2b)의 독립적인 구동 제어는, 제어 장치(20)에 의해 실행된다. 여기에서, 도 4a를 이용하여 제어 장치(20)의 구성에 대해서 설명한다. 도 4a는 제어 장치(20)의 구성을 나타내는 블럭도이다.
또한, 도 4a에서는 제어 장치(20)의 특징을 설명하기 위해서 필요한 구성 요소만을 나타내고 있고, 일반적인 구성 요소에 관해서는 기재를 생략하고 있다.
도 4a에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(20)는 제어부(21)와, 기억부(22)를 구비한다. 또한, 제어부(21)는 아암 구동 제어부(21a)와, 핸드 구동 제어부(21b)와, 조정부(21c)를 구비한다. 기억부(22)는 가로 흔들림 보정 정보(22a)를 기억한다.
제어부(21)는 제어 장치(20)의 전체 제어를 실행한다. 아암 구동 제어부(21a)는 제 1 아암(11a)의 구동원인 모터(M1)의 구동 제어를 실행한다.
핸드 구동 제어부(21b)는 모터(M2a) 및 모터(M2b)를 각각 독립적으로 구동 제어한다. 조정부(21c)는, 가로 흔들림 보정 정보(22a)에 미리 설정된 가로 흔들림량에 따른 보정값에 근거하여 핸드 구동 제어부(21b)에 의한 모터(M2a) 및 모터(M2b)의 구동 제어를 조정한다.
기억부(22)는, 하드 디스크 드라이브나 비휘발성 메모리 등의 기억 디바이스이며, 가로 흔들림 보정 정보(22a)를 기억한다.
가로 흔들림 보정 정보(22a)에 대해서 도 4b를 이용하여 설명한다. 도 4b는 가로 흔들림 보정 정보(22a)의 일례를 도시하는 도면이다. 또한, 도 4b는 가로축에 핸드(12)의 가로 흔들림량을, 세로축에 회전량을 각각 나타내고 있다. 또한, 파선의 커브 및 중앙부의 3개의 화살표는, 도 2에 나타낸 파선(204) 및 화살표(205 ~ 207)에 대응하고 있다.
가로 흔들림 보정 정보(22a)는, 예를 들면, 로봇(10)의 제조 공정에서의 평가 시험 등에 의해 추출되어 미리 설정된, 회전량 마다의 가로 흔들림량에 따른 보정값의 집합이다.
예를 들면, 도 4b에는, 핸드(12)의 회전량이 4분의 1θ인 때에 핸드(12)의 가로 흔들림량이 마이너스 방향으로 크게 흔들리는(즉, 신축 아암부(11)에 대한 핸드(12)의 상대적인 회전이 크게 지연된) 예를 나타내고 있다. 이와 같은 경우, 가로 흔들림 보정 정보(22a)에는, 예를 들면, 상기 타이밍에서 풀리(12aa)의 회전량 또는 벨트(T2)의 장력을 플러스 방향으로 보정하는 보정값이 설정된다.
그리고, 실제의 핸드(12)의 회전량이 4분의 1θ인 때에, 상기 플러스 방향으로의 보정값에 의해 풀리(12aa)의 회전량 또는 벨트(T2)의 장력을 조정하도록, 모터(M2a) 및 모터(M2b)가 각각 구동 제어된다.
또한, 도 4b에는, 핸드(12)의 회전량이 4분의 3θ인 때에 핸드(12)의 가로 흔들림량이 플러스 방향으로 크게 흔들리는(즉, 신축아암부(11)에 대한 핸드(12)의 상대적인 회전이 크게 진행된) 예를 나타내고 있다. 이와 같은 경우, 가로 흔들림 보정 정보(22a)에는, 예를 들면, 상기 타이밍에서 풀리(12aa)의 회전량 또는 벨트(T2)의 장력을 마이너스 방향으로 보정하는 보정값이 설정된다.
그리고, 실제의 핸드(12)의 회전량이 4분의 3θ인 때에, 상기 마이너스 방향으로의 보정값에 의해 풀리(12aa)의 회전량 또는 벨트(T2)의 장력을 조정하도록, 모터(M2a) 및 모터(M2b)가 각각 구동 제어된다.
또한, 도 4b에 나타낸 것은 어디까지나 일례이며, 예를 들면, 가로 흔들림 보정 정보(22a)가, 로봇(10)의 실제 운용에 있어서 반복 검출된 실제의 가로 흔들림량에 근거하는 학습 정보라도 좋다. 이와 같은 경우, 예를 들면, 핸드(12)의 선단부 등에 가로 흔들림량을 계측하는 센서를 마련하는 것에 의해 실제의 핸드(12)의 회전량에 따른 가로 흔들림량을 검출하고, 그 검출값에 근거하여 보정값을 순차적으로 갱신하면 좋다.
이상, 설명한 벨트 구동 장치에 의해, 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다. 먼저, 풀리(12aa)를 회전시키는 벨트(T2)의 구동원을 핸드(12)의 근방에 설치하는 것으로, 벨트(T2)의 길이가 짧아도 된다. 이에 따라, 동력 전달 강성의 저하를 초래하기 어렵게 할 수 있다. 또한, 상기 벨트(T2)를, 모터(M2a) 및 모터(M2b)에 의해 직접적으로 구동하므로, 워크피스(W)의 크기에 상관없이, 동력 전달 강성을 확보해서 가로 흔들림을 저감할 수 있다.
또한, 벨트(T2)의 양단은 너트(N2a) 및 너트(N2b)를 거치고, 각각 볼 나사(B2a) 및 볼 나사(B2b)에 가이드(guide)되면서 이동한다. 따라서, 벨트(T2)를 정밀도 좋게 움직일 수 있으므로, 워크피스(W)의 크기에 상관없는 동력 전달 강성의 확보에 이바지할 수 있다.
또한, 벨트(T2)를 양단으로부터, 각각 독립적으로 구동 제어되는 모터(M2a) 및 모터(M2b)에 의해 구동할 수 있으므로, 풀리(12aa)의 회전량이나 벨트(T2)의 장력 등을 자세하게 조정할 수 있다. 따라서, 워크피스(W)가 대형으로, 가로 흔들림이 커지는 경우라도, 동력 전달 강성을 확보해서 가로 흔들림을 저감할 수 있다.
또한, 출력축(O1) 및 출력축(O2)을 제 2 아암(11b)의 연장 방향을 따르게 하여 모터(M2a) 및 모터(M2b)를 배치하므로, 적어도 제 2 아암(11b)의 두께를 얇게 할 수 있다. 즉, 로봇(10)의 소형화 및 작업 공간의 협소화에 이바지할 수 있다.
상술한 것 같이, 제 1 실시형태에 따른 로봇 아암은, 신축 아암부(11)와, 핸드(로봇 핸드)(12)와, 벨트 구동 장치를 구비한다. 신축 아암부(11)는, 수평 방향으로 신축하고, 선단부에는 풀리를 가진다. 핸드(12)는, 상기 풀리를 거치고, 상기 신축 아암부(11)의 선단부에 대하여 회전 가능하게 연결된다. 벨트 구동 장치는, 상기 풀리에 걸리는 벨트를 상기 핸드의 근방에서 직접적으로 구동하는 구동원을 포함한다.
따라서, 제 1 실시형태에 따른 로봇 아암에 의하면, 워크피스의 크기에 상관없이, 동력 전달 강성을 확보해서 가로 흔들림을 저감할 수 있다.
그런데, 상술한 제 1 실시형태에서는, 벨트 구동 장치에 있어서의 벨트의 양단에 각각 개별의 구동원을 연결하고, 이들 구동원을 각각 독립적으로 제어하는 것으로 벨트의 장력을 조정하는 경우에 대해서 설명했지만, 아이들 풀리(Idle pulley)를 마련하는 구성으로 해도 좋다. 이하에서는, 이러한 경우를 제 2 실시형태로 하고, 도 5를 이용하여 설명한다.
(제 2 실시형태)
도 5는 제 2 실시형태에 따른 로봇 아암의 내부 구성을 나타내는 모식 평면도이다. 또한, 제 2 실시형태에서는, 도 5에 나타내는 신축 아암부(11')의 내부 구성만이 제 1 실시형태와 다르기 때문에, 신축 아암부(11')만을 도시하고 있다.
또한, 도 5는 제 1 실시형태에서 나타낸 도 3b에 대응하고 있다. 이 때문에, 제 1 실시형태와는 다른 구성 요소에 대해서 주로 언급하는 것으로 하고, 설명이 중복되는 동일한 구성 요소에 대해서는 그 설명을 간략화하거나, 생략하는 경우가 있다. 이 점에 대해서는, 도 6을 이용하여 후술하는 제 3 실시형태에 있어서도 마찬가지로 한다.
도 5에 도시하는 바와 같이 제 2 실시형태에 따른 신축 아암부(11')의 제 2 아암(11b')은, 핸드(12)의 근방에 벨트(T2)의 구동원인 모터(M2a) 및 모터(M2b)를 배치한 벨트 구동 장치를 구비한다. 모터(M2a) 및 모터(M2b)는, 각각의 출력축(O1) 및 출력축(O2)이, 도면 중의 Z 축 방향을 따르도록 배치된다. 또한, 부호를 부여하여 도시하지 않지만, 출력축(O1) 및 출력축(O2)에는 각각 풀리가 연결되어 있다.
또한, 신축 아암부(11')의 제 2 아암(11b')은, 상기 제 2 아암(11b')의 연장 방향에 풀리(12aa)의 쌍(짝)으로서 마련되고, 축(P4)을 중심으로 회전하는 별도의 풀리(11bb)(이하, 쌍 풀리라고 한다)를 구비한다. 또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 2 아암(11b')의 기단부의 축(P2)을 중심으로 회전하는 종동 풀리(11ba)가 상기 쌍 풀리(11bb) 대신에 사용되어 좋다.
또한, 모터(M2a) 및 모터(M2b)의 근방(즉, 제2아암(11b')의 선단부)에는, 각각 한 쌍의 아이들 풀리(IP)가 배치된다.
그리고, 도 5에 도시하는 바와 같이 벨트(T2)는, 풀리(12aa) 및 쌍 풀리(11bb)의 사이를 주회(周回)하도록, 모터(M2a)의 풀리, 모터(M2b)의 풀리 및 아이들 풀리(IP) 모두를 경유하여 걸린다.
이러한 구성에 의해, 모터(M2a)의 풀리 및 모터(M2b)의 풀리가 각각 시계 방향으로 회전하는 것으로(도면 중의 화살표(501) 및 화살표(502) 참조), 아이들 풀리(IP)에 의해 벨트(T2)의 장력을 유지하면서, 풀리(12aa)를 축(P3)을 중심으로 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다(도면 중의 화살표(503) 참조). 또한, 풀리(12aa)를 시계 방향으로 회전시키기 위해서는, 모터(M2a) 및 모터(M2b)를 역회전시키면 된다.
이러한 제 2 실시형태에 따른 로봇 아암에 의하면, 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다. 먼저, 구동원을 핸드(12)의 근방에 마련하고, 쌍 풀리(11bb)를 상기 구동원에 보다 접근시켜서 배치하는 것으로, 풀리(12aa) 및 쌍 풀리(11bb)의 사이를 주회하는 벨트(T2)의 길이를 짧게 할 수 있다. 이에 따라, 동력 전달 강성의 저하를 초래하기 어렵게 할 수 있다.
또한, 아이들 풀리(IP)에 의해 벨트(T2)의 장력을 유지하면서, 풀리(12aa)를 회전시킬 수 있으므로, 워크피스의 크기에 상관없이, 동력 전달 강성을 확보해서 가로 흔들림을 저감할 수 있다.
또한, 벨트(T2)를 풀리(12aa) 및 쌍 풀리(11bb)의 사이에서 무한 주회시킬 수 있으므로, 필요에 따라서 핸드(12)를 선회시키는 동작이 가능해진다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이 구동원인 모터(M2a) 및 모터(M2b)를 풀리(12aa) 및 쌍 풀리(11bb)의 사이에 배치하므로, 벨트 구동 장치를 컴팩트하게 구성할 수 있다.
또한, 도 5에 나타낸 예에서는, 각각 출력축(O1) 및 출력축(O2)을 도면 중의 Z 축 방향을 따르게 하여 모터(M2a) 및 모터(M2b)를 배치했지만, 상기 출력축(O1) 및 출력축(O2)을, 도면 중의 X'축 방향, 즉, 제 2 아암(11b')의 연장 방향을 따르게 하여, 기어(gear) 등에 의해 회전 방향을 변환하는 것으로 해도 좋다.
이러한 경우에는, 제 2 아암(11b')의 두께를 얇게 할 수 있다. 즉, 로봇(10)의 소형화 및 작업 공간의 협소화에 이바지할 수 있다.
그런데, 상술한 제 1 실시형태에서는, 벨트 구동 장치에 있어서의 벨트의 양단에 각각 개별의 구동원을 연결하고, 이들 구동원을 각각 독립적으로 제어하는 경우에 대해서 설명했지만, 벨트의 일단에만 구동원을 마련하는 구성으로 해도 좋다. 이하에서는, 이와 같은 경우를 제 3 실시형태로 하고, 도 6을 이용하여 설명한다.
(제 3 실시형태)
도 6은 제 3 실시형태에 따른 로봇 아암의 내부 구성을 나타내는 모식 평면도이다. 또한, 제 3 실시형태에서는, 도 6에 나타내는 신축 아암부(11")의 내부 구성만이 제 1 실시형태와 다르기 때문에, 신축 아암부(11")만을 도시하고 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이 제 3 실시형태에 따른 신축 아암부(11")의 제 2 아암(11b")은, 핸드(12)의 근방에 벨트(T2)의 구동원으로서 1개의 모터(M2a)를 배치한 벨트 구동 장치를 구비한다.
모터(M2a)는, 출력축(O1)이, 제 2 아암(11b")의 연장 방향(도면 중의 X'축 방향)을 따르도록 배치된다. 그리고, 상기 출력축(O1)에는, 볼 나사(B2a) 및 풀리(11bc)가 연결된다.
또한, 볼 나사(B2a)에 대해서는, 볼 나사(B2b)가 역방향의 나사 방향을 가지고 병설된다. 또한, 상기 볼 나사(B2b)에는 풀리(11bd)가 연결되어 있고, 벨트(T3)를 거쳐서 볼 나사(B2a) 측의 풀리(11bc)와 서로 연결되는 것으로, 볼 나사(B2b)를 볼 나사(B2a)의 회전에 따라 회전 가능하게 한다.
그리고, 상기 구성에 있어서 모터(M2a)를 구동하는 것에 의해, 너트(N2a) 및 너트(N2b)는 언제나 역방향으로 이동하고, 풀리(12aa)를 한쪽 방향으로 회전시킨다.
구체적으로는, 도 6에 도시하는 바와 같이 모터(M2a)가 너트(N2a)를 화살표(601) 방향으로 이동시킨 경우, 볼 나사(B2b)는 볼 나사(B2a)의 회전에 따라 회전해서 너트(N2b)를 화살표(602) 방향에 이동시키고, 풀리(12aa)를 축(P3)을 중심으로 반시계 방향으로 회전시킨다. 또한, 풀리(12aa)를 시계 방향으로 회전시키기 위해서는, 모터(M2a)를 역회전시키면 된다.
이러한 제 3 실시형태에 따른 로봇 아암에 의하면, 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다. 먼저, 풀리(12aa)를 회전시키는 벨트(T2)의 구동원을 핸드(12)의 근방에 설치하는 것으로, 벨트(T2)의 길이가 짧아도 된다. 이에 따라, 동력 전달 강성의 저하를 초래하기 어렵게 할 수 있다. 또한, 상기 벨트(T2)를 모터(M2a)에 의해 직접적으로 구동하므로, 워크피스(W)의 크기에 상관없이, 동력 전달 강성을 확보해서 가로 흔들림을 저감할 수 있다.
또한, 벨트(T2)의 양단은 너트(N2a) 및 너트(N2b)를 거치고, 각각 볼 나사(B2a) 및 볼 나사(B2b)에 가이드되면서 이동한다. 따라서, 벨트(T2)를, 장력을 유지하면서 정밀도 좋게 움직일 수 있으므로, 워크피스(W)의 크기에 상관없는 동력 전달 강성의 확보에 이바지할 수 있다.
또한, 출력축(O1)을 제 2 아암(11b")의 연장 방향을 따르게 하여 모터(M2a)를 배치하므로, 적어도 제 2 아암(11b")의 두께를 얇게 할 수 있다. 즉, 로봇(10)의 소형화 및 작업 공간의 협소화에 이바지할 수 있다.
(기타의 변형예)
그런데, 상술한 각 실시형태는 모두, 핸드를 회전시키는 벨트를 직접적으로 구동하는 모터를 구비하는 점에서 공통되고 있지만, 이 점을 이용하여, 상기 벨트의 벨트 끊김을 검지하는 벨트 끊김 검지 기구를 마련하는 것으로 해도 좋다.
이와 같은 변형예에 대해서 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은 벨트 끊김 검지 기구(30)의 구성을 포함하는 제2아암부(11''')를 나타내는 모식 평면도이다. 또한, 도 7은 제 1 실시형태의 설명에서 이용한 도 3b에 대응시키고 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이 벨트 끊김 검지 기구(30)는, 모터(M2a) 및 모터(M2b)에 각각 접속되는 부하 검출부(30a)를 포함하여 구성된다. 부하 검출부(30a)는, 모터(M2a) 및 모터(M2b) 각각에 작용하는 부하의 변화를 검출하는 유닛이다.
여기에서, 벨트(T2)가 끊기지 않은 상태에서는, 상기 벨트(T2)를 직접적으로 구동하는 모터(M2a) 및 모터(M2b)에 대해서는, 핸드(12)가 정지 상태라도, 가동 상태라도, 적어도 부하가 작용하고 있다.
상술한 점을 이용하여, 벨트 끊김 검지 기구(30)는, 모터(M2a) 및 모터(M2b)가 거의 동시에 무부하 상태(즉, 부하가 0인 상태)에 가까워지는 변화를 나타내고 있는 것이 부하 검출부(30a)에 의해 검출되면, 이를 벨트(T2)의 벨트 끊김으로서 검지한다.
이에 따라, 벨트 끊김에 의해 핸드(12)가 제어를 잃는 사태를 빠른 시기에 발견하고 대처하는 것이 가능해지므로, 간접적으로 동력 전달 강성의 확보 및 가로 흔들림의 저감에 이바지할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시형태에서는, 양팔 로봇을 예로 들어서 설명했지만, 로봇의 팔의 수를 한정하는 것은 아니고, 한팔 로봇, 또는, 양팔 이상의 복수의 팔을 갖는 로봇에 적용하는 것으로 해도 좋다.
또한, 상술한 각 실시형태에서는, 신축 아암부가 2개의 아암을 연결하는 것에 의해 구성되는 경우를 예로 들어서 설명했지만, 연결되는 아암의 개수를 한정하는 것은 아니다.
또한, 상술한 각 실시형태에서는, 로봇이 주행 받침대 운반차에 설치되어서 주행축 동작을 하는 것으로 했지만, 결정된 궤도에 따라 이동 가능하면, 주행 기구의 종류가 한정되는 것은 아니다.
또한, 상술한 각 실시형태에서는, 피반송물인 워크피스가 유리 기판인 경우를 예로 들어서 설명했지만, 워크피스의 종류를 한정하는 것은 아니다.
또한, 상술한 각 실시형태에서는, 로봇이 기판 반송 로봇일 경우를 예로 들어서 설명했지만, 수평 다관절 로봇이면 좋고, 로봇의 용도를 한정하는 것은 아니다.
다른 효과나 변형예는, 당업자에 의해 용이하게 도출될 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 보다 광범위한 형태는, 이상과 같이 나타내고, 또한 기술한 특정한 상세한 설명 및 대표적인 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 첨부의 특허 청구의 범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 총괄적인 발명의 개념의 정신 또는 범위로부터 일탈하지 않고, 여러 가지 변경이 가능하다.
1: 기판 반송 시스템 10: 로봇 11: 신축 아암부
11a: 제 1 아암 11aa: 원동 풀리 11b: 제 2 아암
11ba: 종동 풀리 11bb: 쌍 풀리 11bc, 11bd: 풀리
12: 핸드 12a: 프레임 12aa: 풀리
12b: 포크 갈래 13: 아암 베이스 14: 승강 받침대
14a: 제 1 승강 아암 14b: 제 2 승강 아암 14c: 기대부
15: 주행 받침대 20: 제어 장치 21: 제어부
21a: 아암 구동 제어부 21b: 핸드 구동 제어부 21c: 조정부
22: 기억부 22a: 가로 흔들림 보정 정보
30: 벨트 끊김 검지 기구 30a: 부하 검출부 B2a, B2b: 볼 나사
IP: 아이들 풀리 L: 축 M1, M2a, M2b:모터
N2a, N2b: 너트 O1, O2: 출력축 P1 ~ P4: 축
S: 선회축 SL: 주행축 U1, U2: 축
T1 ~ T3: 벨트 W: 워크

Claims (11)

  1. 수평 방향으로 신축가능하고, 선단부에는 풀리가 마련된 신축 아암부와,
    상기 신축 아암부의 상기 선단부에 상기 풀리를 거쳐서 회전 가능하게 연결되는 로봇 핸드와,
    상기 풀리에 걸리는 벨트를 상기 로봇 핸드의 근방에서 직접적으로 구동하는 하나 이상의 구동원을 포함하는 벨트 구동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 아암.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신축 아암부는,
    아암 베이스에 회전 가능하게 연결되는 기단(基端)부를 갖는 제 1 아암과,
    상기 제 1 아암의 선단부에 회전 가능하게 연결되는 기단부와, 상기 로봇 핸드가 회전 가능하게 연결되는 선단부를 갖는 제 2 아암을 구비하고,
    상기 벨트 구동 장치는,
    상기 제 2 아암의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇 아암.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 벨트 구동 장치는,
    상기 구동원인 모터를 하나 이상 가지고,
    상기 모터의 각각은,
    출력축이 상기 제 2 아암의 연장 방향을 따르도록 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇 아암.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모터의 각각의 상기 출력축는 볼 나사가 연결되고,
    상기 벨트는, 그 일단부가 상기 볼 나사의 너트에 고정되는 것에 의해 상기 모터의 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 아암.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 벨트 구동 장치는,
    상기 벨트의 일단에 연결되는 제 1 모터와,
    상기 벨트의 타단에 연결되는 제 2 모터를 상기 구동원으로서 구비하고,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터가 각각 독립해서 구동 제어되는 것에 의해, 상기 벨트의 장력 또는 상기 풀리의 회전량이 조정되는 것을 특징으로 하는 로봇 아암.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 벨트 구동 장치는,
    상기 벨트의 일단에 연결되는 제 1 모터와,
    상기 벨트의 타단에 연결되는 제 2 모터를 상기 구동원으로서 구비하고,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터가 각각 독립해서 구동 제어되는 것에 의해, 상기 벨트의 장력 또는 상기 풀리의 회전량이 조정되는 것을 특징으로 하는 로봇 아암.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 벨트 구동 장치는,
    상기 구동원인 제 1 모터 및 제 2 모터와,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터 각각의 근방에 마련되는 복수개의 아이들 풀리와,
    상기 제 2 아암의 연장 방향에 상기 풀리의 쌍(짝)으로서 마련되는 별도의 풀리를 구비하고,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터는,
    상기 풀리와 상기 별도의 풀리와의 사이에 마련되고,
    상기 벨트는,
    상기 제 1 모터의 출력축, 상기 제 2 모터의 출력축 및 상기 아이들 풀리 모두를 경유하면서 상기 풀리 및 상기 별도의 풀리의 사이를 주회하도록, 상기 풀리 및 상기 별도의 풀리를 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 로봇 아암.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 벨트 구동 장치는,
    출력축이 상기 제 2 아암의 연장 방향을 따르도록 배치되고, 상기 구동원인 하나의 모터와,
    상기 모터의 상기 출력축에 연결되고, 상기 벨트의 일단에 연결되는 제 1 볼 나사와,
    상기 제 1 볼 나사에 역방향의 나사 방향을 가져서 상기 제 1 볼 나사의 회전에 따라 회전 가능하게 마련되고, 상기 벨트의 타단이 연결된 제 2 볼 나사를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 아암.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동원 각각에 작용하는 부하의 변화를 검출하는 부하 검출부를 포함하고,
    상기 구동원 모두가 거의 동시에 무부하 상태에 가까워지는 변화를 나타내고 있는 것이 상기 부하 검출부에 의해 검출되면, 상기 벨트의 벨트 끊김으로서 검지하는 벨트 끊김 검지 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 아암.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 로봇 아암을 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  11. 수평 방향으로 신축가능하고, 선단부에는 풀리가 마련된 신축 아암부와, 상기 신축 아암부의 선단부에 상기 풀리를 거쳐 회전 가능하게 연결되는 로봇 핸드와, 상기 풀리에 걸리는 벨트의 일단에 연결되고, 상기 밸트를 상기 로봇 핸드의 근방에서 직접적으로 구동하는 제 1 모터와, 상기 벨트의 타단에 연결되는 제 2 모터를 포함하는 벨트 구동 장치를 구비하는 로봇 아암을 구비한 로봇의 동작 방법에 있어서,
    상기 로봇 핸드의 가로 흔들림량에 따른 보정값에 근거하여, 상기 제 1 모터와 상기 제 2 모터를 각각 독립적으로 구동 제어하는 것에 의해, 상기 벨트의 장력 또는 상기 풀리의 회전량을 조정하는 조정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇의 동작 방법.
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