TW564206B - Multi-joint type industrial robot and arm unit thereof - Google Patents

Description

564206 五、發明說明（1) 【發明背景】 ，發明之領^ 用機in!:::多用機械臂及此-工業 數旋轉關節連社早$。' t:之複數臂係分別由複 裝置之制迭ΐβ r舉例而§此一機械臂係用以在半導體 之衣仏過裎中傳輸半導體晶圓。 僂鲚上 , 機械臂係用於；ί有複數至f:Ϊ置之旋轉關節的工業用 半導轉a m。專輸工件，例如一半導體裝置製造設備中的 ' 具有複數關節之習知工聿用機械臂8 1 #描 繪於圖4及圖5。少丄' u辟〇 ’ 呆用执w沒in係指 設置於一固定其在工業用機械#81中，一第一馬達83係被 、 基座82 〇 —第一臂84與箆一黾、查只一防私 軸8 3 a係相連奸於# /、第馬達8 3之一驅動 設置於第一臂“二弟—臂84之一端附近。一第二馬達85係 之一驅動軸8 5 a相、鱼另付近 第二臂86與第二馬達85 達87係設置於第1於第二臂86之—端附近。-第三馬 半導體晶圓之工^之另一端附近。一用以夾取諸如一 87a係相連結於機"三馬達87之-驅動軸 第-臂“藉：第手一88之一端附近。 藉由第二馬達85 =83:旋轉力而旋轉。第二臂86 87之旋轉力而旋轉。一用。機械手88藉由第三馬達 置在機械手88之—頂 =m件存在之感測㈣係設 固定基座82上#挪里、。 9 1、9 2及9 3，田 〇又置一驅動控制哭m 八 肖以供應電力及驅動二:分別設置電規 ___ 唬至第—馬達83、第 5642〇6 五、發明說明（2) 、目/f。達85及第二馬達87。&夕卜，設置—電欖94，用以將感 J益89及驅動控制器90耦結起來。 〜在^知的工業用機械臂8 1中，電纜9 2至電纜9 4係直接 Ϊ 控制器9〇連接至臂84、臂86及機械手88上所設置的 馬達87及感测器89，以使自固定基細所引出的 二j增多。由於電物至電纜94係沿著臂84、臂86及機 i纜92:: ί:向Γ列，因此電纜92至電纜94容易斷裂且 J編4之排列變得複雜。尤其’當臂數增加時， 馬達數亦增加。因此，ή# 丨 諸如$達箄U 固疋基座引出之錢的個數及與 加。：ίίΐτ:件相連結的連結個數會正比於臂數而增 “m:業用機械臂中，電境的斷裂會更容 X生且電、、見之配置會變得更複雜。 【發明的綜合說明】 械臂本!在於提供一具有複數關節之工業用機 ::此可減少自固定基座引出之電規的個妻欠， 歧發生機會減少及讓電纜之配置變得容。 本發明一實施樣態之一工業用機 藉由複數旋轉關節來連結，夂：臂㈡f::復數臂，係 節之-馬達的-驅動力來移：Π:4由驅動各個旋轉關 設置在馬達被設置之相同臂： 馬達。控制電路分別 藉由此一配置，用以控制馬達驅動之 用以控制整個工業用機械臂之主控制：去自τ 於馬達被5又置之相同臂上’使得—用以控制馬達之信

苐7頁 564206 五、發明說明（3) 號電纜僅在馬達及控制電路之間連接，以使吾人可將信號 電纜縮短。如此一來，便不須將馬達及主控制電路之間的 信號電纜連接，而可簡化控制信號電纜之對準、減少電纜 在臂移動時的斷裂發生機會以及將電纜之總長度縮短。 【較佳實施例的詳細說明】 本發明中一多關節式工業用機械臂之一實施例係如下 描述。圖1顯示本實施例之工業用機械臂之外觀。工業用 機械臂1包含一被固定在一工廠地板上之固定基座2、一第 一旋轉關節3、藉由第一旋轉關節3而連結於固定基座2之 一第一臂4、一第二旋轉關節5、藉由第二旋轉關節5而連 結於第一臂4之一第二臂6、一第三旋轉關節7及藉由第三 旋轉關節7而連結於第二臂6之一機械手8。機械手8係用以 夾取諸如一半導體晶圓（圖中未顯示）之一工件。一用以偵 測工件之存在的感測器9係設置在機械手8之一頂端附近。 第一臂4與第一旋轉關節3係於第一臂之一基端附近相 連結，以使第一臂4可在一水平面上繞著第一旋轉關節3之 一旋轉軸旋轉。第二旋轉關節5係設置在第一臂4之一頂端 附近。第二臂6與第二旋轉關節5係於第二臂之一基端附近 相連結，以使第二臂6可在一水平面上繞著第二旋轉關節5 之一旋轉轴旋轉。第三旋轉關節7係設置在第二臂6之一頂 端附近。機械手8與第三旋轉關節7係於機械手之一基端附 近相連結，以使機械手8可在一水平面上繞著第三旋轉關 節7之一旋轉轴旋轉。 一用以控制第一旋轉關節3之驅動的第一控制電路11

564206 五、發明說明（4) 係設置於固定基底2之一上表面上。一用以控制第二旋轉 關節5之驅動的第二控制電路丨2係設置於第一臂4上。一用 以控制第三旋轉關節7之驅動的第三控制電路〗3係設置於 第二臂6上。控制電路丨丨至^係分別由一備有當作數種功 能性元件之中央處理單元（CPU ;central prQcessing uni t)之微電腦系統、一用以記憶一預定控制程式之唯讀 s己憶體（ROM，read on 1 y memory)及一用以記憶諸如臂之 旋轉角度之數種控制資料之隨機存取記憶體“龍· ； rand〇m access memory)酉己置而成〇 圖2顯示在關節處分解的工業機械臂丨。第一臂4係自 固定基底2在第一旋轉關節3處卸離。第二臂6係自第一臂& 在第二旋轉關節5處卸離。機械手8係自第二臂6在第三旋 轉關節7處卸離。 第一旋轉關節3包含一滑動環3丨、一編碼器32、一馬 達3 3、一安裝設置在固定基座2上之一第一單元之連結器 34及一安裝設置在第一臂4上之_第二單元之連結器35。 連結器34係固定在馬達33之一驅動軸331上（見圖3)，且其 藉由馬達33之驅動軸之旋轉而旋轉。另一方面，連社哭& 係固定在第-臂4之-底部表面（第二主面）上。藉；將連 =34及35相連結，第一臂4可藉由第一旋轉關節3來 疋基座2相連結。 當馬達33在連結器34及35之連結下被驅動時’第— 4將會對應於馬達33驅動力而移動（旋轉）之第一旋轉關 旋轉。用以驅動馬達33之電力係從第一控制電路"經―^

第9頁 564206 五、發明說明（5) 3 t供給。編碼器32會债測馬達33驅動軸的-旋轉角 旋轉角’而經一信號電境24將-對應於第，

至第=^偵測信號輸出。用以將偵測信號傳： 至苐一控制電路1丨的信號電纔24係終 ，J = 之下，用以自編碼器傳輪偵= 至主與控習 門連：二 纜可被縮短。料，在編碼器及控制電路之 門連=號電線絕不會繞著旋轉關節自行扭轉或繞線之 52 地，第二旋轉關節5包含一滑動環51、一編碼哭 主一馬達5 V '安裝設置於第一臂4之-頂部*面（第。— 之一第一單το的連結器54及一安裝設置於第 底J表面(第二主面)上之—第二單元的連結器55J 庫=連結器54及55之連結下被驅動時，第二臂6會對田 驅動：ΪΓ驅：力所移動之第二旋轉關節5而旋轉。用以 认。^達 電力係從第二控制電路12經-電繞25來佴 ^ '、扁碼器52偵測馬達53之驅動軸之一旋轉角’亦即第二 轉角測二一:號一 ^ 第三旋轉關節7包含一滑動環71、一編碼器72、一 d、—安裝設置於第二臂6之一頂部表面（ = 部i ^單元的連結器74及一安袭設置於機械手8之一底 及“之漣i一第二單元的連結器75。當馬達73在連結器74 所移2 被驅動時，機械手8會對應於馬達73驅動力 第二旋轉關節7而旋轉。用以驅動馬達73之電力 係Μ三控制電㈣經-錢27來供給。編碼的侦電則力馬

第10頁 564206 五、發明說明（6) 達7 3之驅動轴之一旋， —信號電纜28將一對岸於機機械手8之旋轉角，而經 輪出。 祛械手8之旋轉角的一侦測信號 第一臂4係自固定基座2扁 二臂6在第二旋轉關節處5卸離旋；關=離，而 在弟二奴轉關節處5卸離，而 第一 #6係自弟—臂4 7卸離。第—臂4至少與馬 哲械手8在第三旋轉關節處 52成為一體。第二臂厂至少、上二控制電路12及編碼器 編石馬器72成為-體。連結器以3及4第三控制電路13及 連結器35、55及75具有相 及同的外形。 及74相連結。當具有 ：碑：：與連結器34、54 臂單元可作為上述成為一體之及一控制電路之一 臂“寺，工業用機械臂〗之成為—體：及一成：：體之第二 的第：臂6、可彼此交換或與另-臂單元交換成為一體 用以控制整個工鞏用德只辟 、 置於固定基座2之一内側”。主主控制1路2〇係設 產生控制信號之微電腦李％ 工1 “路2 0係藉由一用以 之電源供應器來=生電力來驅動馬達 繞22供應至控制電路11至13。控制；號：ί2主0經由電力電 經由控制信號電_輸至控制電

Si統::置電路 η 至控一。舉: = = 匯流排纜線所形成。在本實施例之敘述中，所謂「電二接 第11頁 564206 五、發明說明（7) 係一捆複數電線。 ^本實施例中，用以驅動第二旋轉關節5及第三旋轉關 節7之馬達5 3及馬達7 3之控制電路1 2及控制電路1 3係分別 成置於第# 4及第二臂6上。藉由此一配置，自編碼器5 2 及72引出及用以傳輸臂4及6旋轉角所對應之偵測信號的信 號電纜26及28，係分別終止於臂4及6上之控制電路12及 13。換言之，不需要將信號電纜26及28對準至主控制電路 圖3顯示第一旋轉關節3之一部份的配置圖。如圖3所 不，馬達33之驅動軸331係直接與編碼器32之一旋轉軸321 及滑動環31之一旋轉軸311連結，俾能以驅動軸331之旋 來轉動旋轉軸3 1 1及3 2 1。驅動軸3 3 1及旋轉軸3 2 i及3丨j係 中空軸，以使控制信號電纜21之一部份及電力電纜22之^ ::於其中對準。於軸311之内側對準之控制信號電規2「 之線路係被連接至固定於滑動環31之旋轉軸31丨之一外 面上的電流集環312a。於軸311之内側對準之電力電臂 ^線路係被連接至固定於旋轉轴31 i之—外側面上的^产 :環3i2b。圖3中，*簡化㈣，僅分別描纷出一電流隼L ^3l2a 及312b。 另-方面’自設置於固定基座2之内側的主控制電路 直接引出的控制信號電纜21之另一部份及電力電纜。 =份’係被置放入滑動環31之-外殼313之一内側。 自:控制電路2。引出之控制信號電規21的線路係與設置於 卜双313之一内部表面之電刷314a連接，而電刷^“鱼、

564206 五、發明說明（8) 流集環31 2a接觸。自主控制電路2〇引出之電力電纜22的線 路係與設置於外殼3 1 3之一内部表面之電刷3 1 4b連接，而 電刷3 14b與電流集環3 12b接觸。當旋轉軸311轉動時，電 刷3 14a及3 14b分別在電流集環3 12a及3 12b之一外部表面上 滑動，而將電接觸維持住。因此，當旋轉軸3丨1轉動後， 自主控制電路2 0直接引出的控制信號電纜2 1部分及電力電 續：22部分，係透過電刷314a及314b及電流集環312a及312b 與在旋轉軸3 11内部對準之控制信號電纜部分2丨及電力電 纜2 2部分電連接。 部分與電流集環3 1 2 a及3 1 2 b連接之控制信號電纜2 1及 電力電纜2 2係穿過滑動環3 1之旋轉軸3 11、編碼器3 2之旋 轉軸321及馬達33之驅動軸331而對準，俾能與連結器34之 連接頭341及342相連接。舉例而言，連接頭341及342為連 接至連結為3 5之母連接頭3 5 1及3 5 2的公連接頭。連結器3 4 具有一内凹的連結結構343，且連接頭341 '配°置° 内凹連結結麵之一中間部分。連結器35具有 連結結構353，且連接頭351及352係配置在外凸連社社槿 353之-中間部分。當連結器35與連結器以相連結日厂連 接頭341及342係分別與連接頭351及3 5 2連接。 341、342、351及352分別具有複數個對應於控 ' 21及電力電纜22之線路個數的接點。 彳。就電、、見 在第-臂4之内冑，控制信號電纜。 連接頭351及352係被分成兩條路。換古 电/見以在 電規21及電力電㈣被連接至連接° /控制信號 受貝及352 〇 —組控制 564206 五、發明說明（9) k號電纜21及電力電纜22(就一條路而言）係從第一臂4之 内部引出且與第二控制電路丨2 (見圖1或2 )連接。另一組控 制k號電纜21及電力電纜22(就另一條路而言）係在第一臂 4之内部對準。藉由此一配置，即使第一臂4由馬達3 3之驅 動而旋轉日可’控制^號電纜2丨及電力電纜2 2絕不會扭轉。 、參照圖2，在第二旋轉關節5的部分，在第一臂4中對 準之:部份控制信號電纜21及一部份電力電纜22，更經由 滑動壞5 1内所設置之電刷及電流集環（未顯示，然實質上 相同於電刷3148及3141}及電流集環3128及31213)連接至滑 動環、編碼器52及馬達53之車由（未顯示，然實質上相同 ^軸31 1 321及331)内部的控制信號電欖21及電力電纜 i 制唬電纜21及部分的電力電 =22係連接至連結器54之連接頭 連接頭341及342 )。當連紝哭μ和志 …貝貝祁IJ於 哭π々、击^ / :運、，、口為55與連結器54連結時，連結 電連接至連結㈣之連同;I連接頭351及352 )係 電鐵η部分及電力電缓22部分m準的控制信號 頭。 丨刀安連接至連結器55之連接 在第二臂6之内部，控制信號 連接頭係被分成兩條路。換令電、'見2 1及電力電纜22在 電力電纜22分別與連結器55 :拯兩組控制信號電纜21及 電纜21及電力電纜22(就一條 要^連接。—組控制信號 引出且與第三控制電路13連接。舌」係從第二臂6之内部 電力電纜22(就另一條路而—組控制信號電纜21及 係在第二臂6之内部對準。

第14頁 564206 五、發明說明（10) 控制分力電 ^ σ卩份電力電纜2 2，更經由滑動援7 置之電刷及電流集環(未顯示，然實質上相同於電刷 a及31413及電流集環312a及3 12b)連接至滑動if71 3^：3^ 。卩的控制信號電纜2 1及電力電纜2 2。在細& 對準之部分的控制信號電肋及部分的電力$ =轴内 42 )。，連結器75與連結器?4連結時，連結器==及 顯不，然實質相同於連接i及35 = 器74之連接頭，以使在轴内對準之部分的以= 及部分的電力電㈣電連接至連結器75之=號電； :信號糊及電力電侧系分別電連接=-= =。連接至連結器75之連接頭之控制信號 連結器75引出且沿著機械手心 万句對旱俾旎與感測器g連接。 係從·^置ί因ΐ ί工業用機械臂1而言，控制信號及電力 控制ΐ』1上Λ以控制整個工業用機械臂1之主 匕控制k號電纜2 1及電力電纜2 2傳輸及# 二路11至第三控制電路13。馬達3; 5= (丁、刀別在控制電路11至13之控制下驅動。第_臂4、第二 Γ及由機於械Λδ f分別由對應於控制信號之預定旋轉角而轉 :出信號電境21及電力電規22從固定基座2 電繞與電纜之對準可被簡化，且電纜之斷裂

第15頁 5642〇6 、發明說明（Η) $少發生且電纜的總長度可被縮短。此外，用以控制馬達 政^3及73之驅動的第一電路1 1至第三電路丨3係與主控制 電路20分開，以使固定基座2之尺寸可被縮小。 =上述實施例中’第-臂4及第二臂6之長 ί。本發明中，吾人可依場合需要任意地來決定臂之長 連結號^21及電力2係在 2 i φ f及75地刀1^ 。因此，僅有一組控制信號電續 ^及電力電纜22自各個固定基座9 ^ ^

嬙奸#。 ，也 从Z、第一臂4、第二臂6及 掩械手8引出。儘管當臂及用以 ^ 土 a ^ ^ ^ ^動旋轉關節之馬達數目 立曰加，電纜及自各個臂引出之 五人7 ★ 电系見數目仍為相同。因此， 嬙H、辟 ^ 之疑轉關節之一任意工業用 铖械臂，而不會增加電纜及自固 目。 口疋基座引出之電纜的數 2 〇 〇 1 - 3 0 5 7 0 4號為基礎 隨圖形以實施例的方式 該項技術者當明白各種 非這些變化例及修正例 立應該為本發明所涵

本發明係以曰本專利申請案第 案，其内容在此以參考方式併A。 儘管本發明已完全藉由相關附 進行描述，然吾人應了解的是熟習 不同的變化例及修正例。因此，除 超出本發明之範圍，否則它們的建 蓋0

564206 圖式簡單說明 圖1係一立體圖，顯示本發明一實施例之一多關節式 工業用機械臂的外觀； 圖2係一侧視圖，顯示本實施例之一多關節式工業用 機械臂在旋轉關節處的分解狀態； 圖3係一橫剖面圖，顯示本實施例之一多關節式工業 用機械臂之一第一旋轉關節之一部份的線路配置； 圖4係一立體視圖，顯示一習知工業用機械臂之外 觀；及 圖5係一局部剖面側視圖，顯示習知工業用機械臂之 一線路配置。 【符號說明】 1工業用機械臂 2固定基座 3第一旋轉關節 4第一臂 5第.二旋轉關節 6第二臂 7第三旋轉關節 8機械手 9感測器 11第一控制電路 1 2第二控制電路 1 3第三控制電路

第17頁 564206 圖式簡單說明 2 0主控制電路 2 1控制信號電纜 2 2 電力電纜 2 3 電力電纜 24信號電纜 2 5電力電纜 2 6信號電纜 2 7 電力電纜

2 8信號電纜 31滑動環 3 2 編碼器 3 3 馬達

3 4 連結器 3 5 連結器 51滑動環 5 2 編碼器 5 3 馬·達 5 4 連結器 5 5 連結器 71滑動環 7 2 編碼器 73 馬達 74連結器 7 5連結器 第18頁 564206 圖式簡單說明

8 1工業用機械臂 8 2 固定基座 8 3第一馬達 8 3 a 驅動轴 84第一臂 8 5 第二馬達 8 5 a 驅動轴 8 6第二臂 8 7 馬達 8 7 a 驅動轴 8 8機械手 8 9感測器 9 0 驅動控制器 91電纜

92 電纜 9 3 電纜 9 4 電，纜 3 1 1旋轉軸 3 1 2 a 電流集壞 312b 電流集環 3 1 3 外殼 314a 電刷 314b 電刷 3 2 1 旋轉軸

第19頁 564206 圖式簡單說明 3 3 1 驅動軸 3 4 1連接頭 342連接頭 3 4 3 内凹連結結構 3 5 1連接頭 3 5 2連接頭 3 5 3 外凸連結結構

第20頁

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 …L劈，種業々用機械臂’其具有由複數旋轉關節連結 之複 σ 4等臂可藉由一驅動各旋轉關節之馬達之一 驅動力而移動，其改良的部分包含： ％心 控，電路，用以控制設置於各該等臂上之馬苴 上該等控制電路分別設置於該等馬達被設置之相同臂 2 · 士如4申凊專利範圍第1項之工業用機械臂，更包含·· 幽’用/卿整個該工業用機械臂； 之間連接，；輸；制f路及該等控制電路 寻氮技制该專馬達之控制信號； ϋ 電、、見，分別於該主控制電路及該等控制電路t n 連接：用以供給將該等馬達驅動之電力；路之間 各個移= 應於該等馬達之驅動力所引起之 各個命μ Γ。、5虎傳輸至該等控制電路；其中 、彳§ 5虎電纜終止於各個該等臂。 編碼如哭申，請專利範圍第1項之工業用機械臂，更包含·· 中帛於偵測該等馬達之驅動轴之旋轉角度；其 4“如編二器直分別設置於該等馬達被設置之相同臂上。 二主控Λ，圍第3項之工業用機械臂，更包含： 控制信號電辨’：：控制整個該工業用機械臂； 之間連接，用以；輸二：：：主控制電路及該等控制電路 電力電境，= = : = 制冤路及该專控制電路之間 564206 六、申請專利範圍 連接，用以供給驅動該等馬達之電力；及 信號電纜，用以將該等編碼器之偵測信號傳輸至該等 控制電路；其中 各個該等信號電纜終止於各個該等臂。 5. 如申請專利範圍第4項之工業用機械臂，更包含： 一第一旋轉關節，用以旋轉連結該工業用機械臂之一 固定基座及一第一臂； 一第二旋轉關節，用以旋轉連結該第一臂及一第二 臂；以及 一第三旋轉關節，用以旋轉連結該第二臂及一機械 手；其中 各該等旋轉關節具有一滑動環，用以電連接從該主控 制電路而來之各個該等控制信號電纜及電力電纜；及一可 卸離之連結器，用以將各個該等旋轉關節分成兩個部分； 及 該等控制信號電纜及該等電力電纜係於該等旋轉關節 之中空部及該等臂之内部對準。 6. 一種工業用機械臂之臂單元，一任意機械臂藉此 可由一任意數目之臂所組成，該臂單元包含： 一臂，具有一旋轉關節，該臂單元藉此可與另一臂連 結； 一馬達，用以驅動該旋轉關節； 一控制電路，用以控制該馬達之驅動；及 一編碼器，用以偵測該馬達之一驅動軸之一旋轉角

   第22頁 564206 六、申請專利範圍 度；其中 該馬達、該控制電路及該編碼器係設置於該臂上，用 以形成一單元，俾能與另一任意單元連結。