TW592912B - Multi-joint type industrial robot - Google Patents

Description

592912 五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術鋇域】 本發明係關於一多關節式之工業用機械臂，具有福 ”，分別由複數旋轉關節連接，其係使用於】數 说’輸送半導體設備製程中之半導體晶圓。 一、【先前技術】 具有複數旋轉關節之工業用機械臂通常用於輪送工 !且:丨”導體設備之製造裝置之半導體晶圓 :具：咖之工業用機械臂71之' = 中。在工業用機械臂71中，於組裝基台72 ·7—及圖8 73。-第-手臂74之-端部附近與第 "第—馬達 73a連結。一第二馬達75係位於第—手臂”7 —驅動軸 近。一第二手臂76係於其第一端部附近盥 —端部附 動軸75a連結。一第三馬達77係位於第馬達75之驅 附近。一機械手78，用於夾取一工件， ^ b之另一端 •係於機械手78之一端部附近輿篦一年1例如半導體晶圓， 結。 第二馬達77之驅動軸77a連 該第一手臂74係藉由第一馬達？3 第二手臂76係藉由第二馬達75之旋疋，力而旋轉。該 78係藉由第三馬達77之旋轉力而旋轉。而旋轉。該機械手 存在與否之感測器79係位於機械手78。—用於感知工件之 尚有一驅動控制器8 〇位於組裝笑f —頂端附近。 ;連接感測器79及驅

及83係分別用於提供電力及驅動^二台内。電纜81、82 73、75及77。此外，設有一電纜84用於=一至第三馬達 592912 五、發明說明（2) 動控制器8 0。 在習知之工業用機械臂71中，電纜82至84係直接從驅 動控制器80連接至位於手臂74及76及機械手78上之馬達75 與77及感測器79。當手臂46及76及機械手78旋轉時，電纜 82至84被扭曲及/或扭曲，或電纜82至84係環繞在手臂74 及76及機械手78週圍。因此，電纜8 2至84很容易斷裂，且 手臂74及76及機械手78之旋轉角度受限使得手臂74及7 6及 機械手7 8無法無限地旋轉。 三、【發明内 本發明之 節，藉此該電 手週圍，使得 械手亦可無限 依照本發 藉由複數旋轉 關節之馬達之 轉，且具有一 一控制電路供 藉由此等 之情形下藉由 無限地旋轉而 容 目的為 供一工 及扭曲 之疲勞 纜•不被扭曲 其不因電纜 地旋轉。 明之一方面之工業 關節連接， 驅動力而移 旋轉電連接 給電力至馬 組態，在手 旋轉電連接 不會扭曲或 每一個 動。每 結構， 達。 臂旋轉 結構供 損壞電 業用機械臂，具有複數關 ’且不環繞在手臂或機械 而損壞，此外，手臂及機 用機械臂具有複數手臂， 手’可藉由驅動每一旋轉 一旋轉關節可無限地旋 可無限地旋轉，其至少從 時’電力可在不使用電纜 應至馬達。因此，手臂可 纜。

五、發明說明（3) 羞一實施你丨 以下說明依照本發 圖1顯示第一實施例之工 業用機械臂之第一實施例。 業用機械臂1之部分側讳f用機械臂1之外觀。圖2顯示工 組裝基台2，其將會被 6面圖。该工業用機械臂1包含— 關節3，一第二旋轉關節^於一工廠的地板上，一第一旋轉 關節5與第一手臂4連接，——^二手臂6，藉由第二旋轉 藉由第三旋轉關節？與第二一第^三旋轉關節7及一機械手8， 夾取一半導體晶圓6〇、。手臂、6連接。該機械手8係用於 否之感測器9被置於機械手晶_之存在與 3顯不第一旋隸關 ^ 關節5及第三旋轉關節“==之組態1第二旋轉 參考圖2及圖3 乂相同的組態。 滑環1 2及一編碼器n f 疋轉關卽3包含-馬達11 ’ - 轉角度或感測第1手臂4於感測馬達11之驅動軸11&之旋 該編碼器13之旋鳇f 之旋轉角度。滑環12之旋轉軸及 整合成一體 軸=接使得該滑環12及編碼器13可被 端附近連手達11之驅動軸lla在基底 水平面 ％ —使奸第一手臂4可藉由馬達11之驅動力在一 *、、ΛΑ上沿著驅動軸1 la旋轉。由於馬達1 1之驅動軸1 1 β係 i ΐ馬、f=纜22b、23b及24b從第一手臂4之頂面至滑環a '、運11之驅動軸11 a内部成一直線。 iiH2 ’田第二旋轉關節5包含一馬達14 ’ 一滑環15及 & i b ’用於感測馬達丨4之驅動軸丨4a之旋轉角声 感測第-车辟。 ^ ^ 所一乎臂6之旋轉角度。滑環丨5之旋轉轴及該編竭器 592912

五、發明説明 1 6之旋轉軸被連接使得該滑環1 6及編碼器1 6可被整合成一 體。該第，手臂6係與馬達14之驅動軸Ua在基底端附近連 接，使得第二手臂6可藉由馬達丨4之驅動力在一水平面上 沿著驅動軸14a旋轉。由於馬達14之驅動軸14&係空心的， 電纜23c及24c從第二手臂6之頂面至滑環15經由馬達"之 驅動軸1 4 a内部成一直線。

第三旋轉關節7包含一馬達17，一滑環以及一編碼器 19，用於感測馬達17之驅動軸17a之旋轉角度或感測機械 手8之旋轉角度。滑環18之旋轉軸及該編碼器19之旋 被連接以整合成一體。該機械手8係與馬達17之驅動軸Ha 在基底端附近連接，使得機械手8可藉由馬達丨7之驅動力 在一水平面上沿著驅動軸丨7a旋轉。由於馬達丨7之驅動 i7a係空心的，電規24d從機械手8之頂面至滑環18經由馬 達1 7之驅動軸1 7 a内部成一直線。 一控制電路20，用於控制工業用機械臂i，位於組妒 控制電路20係由一產则

潑9 Ί r產生用於驅動馬達之電力之電源供應器組成。一1 、△糸一電源電纜，直接連接於控制電路2〇與位於鈕裝』 二2^2馬^^間，其係用於供應1區動馬達11之電力。電 位於莖一主，、電源電纜，經由滑環1 2連接於控制電路20 J 之雷六 臂4上之馬達1 4間，其係用於供應驅動馬達1 4 15連接於、饥及…係電源電纜，、經由滑環12及 係°及位於第二手臂6上之馬達17間，其 、；應驅動馬達Π之電力。電纜24a、24b、24c及24(

592912 五、發明說明（5) 係訊號電親，經由滑環丨2、丨5及丨8連接於控制電路2〇及位 於機械手8上之感測器9間，其係用於傳遞對應於感測器9 之$測結果及對應於控制電路2〇及感測器9間用於致動感 測器9之電力之訊號。連接於控制電路2 〇及編碼器丨6及i 9 間用於傳遞對應於馬達1 1、丨4及丨7之驅動軸丨丨a、1 4 a及 1 7a之旋轉角度之感測訊號之訊號電纜未例示於圖中。然 而’其係經由滑環12及1 5與電纜22a、22b、23a、23b及 23c平行成一直線。來自編碼器13之感測訊號係直接輸入 至控制電路20。 圖4A係滑環12之一側視剖面圖，且圖4B係滑環12之一 平視剖面圖。如圖4 A及4 B所示，電流收集環（導電之旋轉 構件）1 22a、1 22b及1 2 2c係固定在滑環1 2之旋轉軸1 21之外 表面上。電刷（導電之固定構件）124a、1241)及124(：及端子 12 5a、125b及125c係位於滑環12之外殼123内。電刷 12 4a、124b及124c係被固定住以與電流收集環j 22a、1 22b 及122c之侧邊接觸。當旋轉軸丨被旋轉時，電刷丨24a、 124b及124c在電流收集環丨22a、122b及122c之側邊滑動並 維持電連接之狀態。 旋轉軸121係中空的軸使得電纜22b、2 3b及24b係經由 旋轉軸1 21内成一直線以連接至電流收集環丨2 2 a、1 2 2 b及 122c。在另一方面，電纜22a、23a及24a係分別電連接至 端子125a、125b及125c。藉由此等組態，該電纜22a、23a 及24a係分別電連接至電纜22b、23b及24b。旋轉軸121之 一端係與馬達11之驅動軸11 a連接使得其可藉由馬達丨丨之

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五、發明說明（6) 驅動力與驅動軸11 a —起旋轉。 至編碼器13之旋轉軸（未圖示），疋軸121之另一端係連接 當馬達η被驅動以將第—手糸與滑環12成-整體。 τ ^ 予臂4旋轉時，湣瑷1 2之旌 轉軸121係旋轉與第一手臂4相鬥从& α哀之疋 牙4相冋的角度，原因在於驅動軸 11 a之頂端係與第一手臂4連接且 俨1 9 ♦ #綠紅#杜要1動轴lla之底端係與滑 衣12之鉍轉軸121連接。連接點，例如在電流收集環 122a、122b及122c上之電纜2“、23b及2灶之焊接處，係 ，轉-與對應於第-手，4之旋轉之第一手臂4之旋轉角度 相同之旋轉角度。換言之，在電流收集環ma、mb及 lj2c ^之電纜22b、23b及24b之連接點可被視為固定在第 手#4上。在另一方面，電纜22b、23b及24b之另一端係 連接至固定在第一手臂4上之第二旋轉關節5之滑環丨5。因 此’在電流收集環1 2 2 a、1 2 2 b及1 2 2 c上之電繞2 2 b、2 3 b及 2 4b之連接點之相對應於之電纜22b、23b及241)至滑環15之 相對位置並未改變，即使當第一手臂4旋轉時亦同。結 果’電纜22b、23b及24b不會扭曲亦不會環繞在第一手臂4 週邊’即使當第一手臂4旋轉時亦同。電缆22b、23b及24b 永遠不會因第一手臂4而損壞。 滑環15及17分別具有與圖4A及4B中顯示之滑環12大體 上相同的組態。因此，滑環丨5及丨7之組態未例示。如前文 參照圖2所述，電纜23b及24b係分別經由滑環15電連接至 電纜23c及24c。可很容易地了解電纜23c及24c不會扭曲亦 不會環繞在第二手臂6週邊，即使當第二手臂6旋轉時亦 同。相似地，電纜24c係經由滑環18電連接至電纜24d。可

第11頁 592912 五、發明說明（7) 很容易地了解電纜2 4d不會知λ介丁人 邊，即使當機械手8旋^^ 會環繞在機械手8週 藉由此專組態’電力可你批矣丨 “及17，且感測訊號及電力==2°供應至馬達"、 控制電路20及感測器9間傳遞 衣5m時於 『及機械手8之旋轉角度不受限制，故 限=手 第一貫施你1 . =下說明依照本發明之工業用械臂 例。圖5顯示第二實施例之工 /之弟一貫施 圖。 系用機械臂1之部分側視剖面 一第一手臂4， 一第二手臂6， 及一機械手8， 用於感測半導 该，業用機械臂1包含一組裝基台2 ‘ 2 =第—旋轉關節3與組裝基台2連^接 ^ i —第二旋轉關節5與第一手臂4連接 ^曰m第二旋轉關節7與第二手臂6連接。一用 日日=之存在與否之感測器9被置於機械手8上。 -旋轉施例中，該第一旋轉關節3包含-馬達η， 11 a之旋轉Λ 編碼器13。，用於感測馬達11之驅動轴

旋轉軸係、查又。一疑轉變壓器3 1之旋轉軸及編碼器1 3之 成一體。、在一起使得旋轉變壓器3 1與編碼器1 3係整合 合成一㉟目，地，該第二旋轉關節5包含一馬達1 4，一整 包含一，ΐ ^疑轉變壓器3 2及編碼器1 6。該第三旋轉關節7 1 9。馬逵\ 1 7，及一整合成一體之旋轉變壓器3 3及編螞器 堤11、14及17且編碼器13、16及19分別具有與前述 592912 五、發明說明（8) 之第一實施例相同的組態。 一電纜4 1係一電源電纜，直接連接於控制電路2 〇與位 於組裝基台2上之馬達1 1間，其係用於供應驅動馬達1 1之 電力。電纜4 2係電源電纜，用於供應電力至工業用機械臂 1之每一部位（主要是馬達1 4及1 7 )。一電纜4 3係一串列訊 號傳輸電纜，用於傳遞控制訊號至工業用機械臂1之每〆 部位（主要是調變/解調器52及53)，及用於傳遞來自編石馬 器1 3、1 6及1 9及感測器9之感測訊號至控制電路2 0。 電纜42及43係分別連接至一調變/解調器51。該調變/ 解調器51將電力調變成可藉由旋轉變壓器31、32及33傳遞 之驅動電力傳遞訊號。該調變/解調器5 1亦將控制訊號調 變成可藉由旋轉變壓器3 1、32及33傳遞之控制資訊傳遞訊 號。電纜44a、44b、44c及44d係訊號傳遞電纜，用於傳遞 藉由調變/解調器5 1調變之驅動電力傳遞訊號。電纜4 5 a、 45b、4 5c及4 5d係訊號傳遞電缆，用於傳遞藉由調變/解調 器51調變之控制資訊傳遞訊號。電纜45a、45b、45c及45d 亦傳遞感測結果傳遞訊號，將會於後文_說明。 電纜44b及4 5b係從第一手臂4之一頂面經由馬達11之 驅動軸1 la内連接至旋轉變壓器31。電纜44c及4 5c係從第 二手臂6之一頂面經由馬達1 4之驅動軸1 4a内連接至旋轉變 壓器32。電纜44d及45d係經由馬達17之驅動軸17a經由機 械手8之一頂面連接至旋轉變壓器33。 調變/解調器5 2將控制資訊傳遞訊號解調成一控制訊 號。接著’調變/解調器5 2藉由使用解調控制訊號將驅動

592912 五、發明說明（9) :二：遞：號解調成驅動電力’且該調變/解調器52將對 ί果值、《6 ^ 4旋轉角度之編碼器1 6之感測訊號調變成感 /、、，’σ專遞訊號，其可藉由旋轉變壓器31而傳遞。 =地’㈣/解調器53將控制資訊傳遞訊號解調成 。接著’調變/解調器53藉由使用解調控制訊號 ΙΓΪ 傳遞訊號解調成驅動電力，且該解調之驅動電 力係彳，、應至馬達14。此外，調變/解調器53將對應於第二 ^臂6。旋轉角度之編碼g 19之感測訊號調變成感測結果傳 遞訊號，其可藉由旋轉變壓器3丨及3 2而傳遞。 調變/解調器54將控制資訊傳遞訊號解調成控制訊 號。接著，調變/解調器54藉由使用解調控制訊號將驅動 電力傳遞訊號解調成驅動電力，且該解調之驅動電力係供 應至感測器9。此外，調變/解調器5 4將對應於半導體晶圓 是否存在之感測器9之感測訊號調變成感測結果傳遞訊 號’其可藉由旋轉變壓器31、32及33而傳遞。 « 調變/解調器51將來自調變/解調器52、53及54之感測 結果傳遞訊號解調成來自感測器9及編碼器1 6及1 9之感測 訊號，且該解調之感測訊號係輸入至控制電路2 〇。控制電 路2 0藉由使用該感測訊號而控制工業用機械臂1。編碼器 1 3之感測訊號係直接輸入至控制電路2 〇。 圖6顯示旋轉變壓器3 1之一組態。一固定主線圈3 1 2及 連接至固定主線圈312之端子31 3a及31 3b係位於外殼31 1之 底部。一旋轉第二線圈3 1 5係固定在旋轉變壓器31之旋轉 軸3 1 4上。藉由此等組態，固定主線圈3 1 2及旋轉第二線圈

第14頁 592912 五、發明說明（10) 315係藉由電磁交互感應而電連接。該旋轉變壓器31具有 一多通道組態，藉此兩種不同形式之訊號可同時傳遞。 由於固定主線圈312及旋轉第二線圈315係藉由電磁交 互感應而電連接，該驅動電力傳遞訊號及控制資訊傳遞訊 號必為交流的電流訊號或脈衝電流訊號。調變/解調器5 j 將電力調變成交流或脈衝驅動電力傳遞訊號。此外，調變 /解調器5 1將控制訊號調變成交流或脈衝控制資訊傳遞訊 號。 - - 每一調變/解調器5 2、5 3及5 4將交流或脈衝驅動電力 傳遞訊號解調成電力且將交流或脈衝控制資訊傳遞訊號解 調成控制訊號。每一調變/解調器52及53具有，例如，一 開關電路，用於切換供應至馬達14及17之電力之開及關。 邊開關電路係由分別具有，例如，對應於調變/解調器5 2 及5 3或馬達1 4及1 7之識別碼，之控制訊號控制。 旋轉軸3 14具有一空洞，由此，電纜44b及45b被連接 至旋轉第二線圈315。電纜44b及45b係更進一步地在馬達 11之驅動軸11a内之空洞中成一直線。電纜44a及45a，未 顯不於圖中，將會連接至端子31 3a及31扑，使得電纜44& 及44b、45a及45b會被電連接。旋轉軸314之一端係與馬達 11之驅動軸lla連接以彼此相對旋轉。旋轉軸314之另一端 係和與旋轉變壓器31結合成一體之編碼器13之旋轉軸連

592912 在於馬達11之驅動軸丨丨a之頂端係與第一手臂4連接且驅動 軸lj a之底端係與旋轉變壓器3丨之旋轉軸3丨4相連接。在旋 轉第二線圈31 5上之電纜44b及45b之連接點係與對應於第 一手臂4之旋轉之旋轉軸3 1 4旋轉相同的旋轉角度。換言 之、，在，轉第二線圈315上之電纜44 b及45b之連接點可被 視為固定在第一手臂4上。在另一方面，電纜44b及45b之 另了端，連接至固定在第一手臂4上之第二旋轉關節5之旋 轉變壓器32。因此，在旋轉第二線圈315上之電纜44b及 45b之連接點之對應於電纜44b及45b之連接點至旋轉變壓 器3 2之固定主線圈之端子之相對位置未改變，即使在第一 手臂4旋轉時亦同。結果，電纜44b及45b不會扭曲亦不會 環繞在第一手臂4週邊，即使當第一手臂4旋轉時亦同。 。旋轉變壓器32及33分別具有大體上與圖6所示之旋轉 變壓器3 1相同的組態。因此，旋轉變壓器3 2及3 3之組態未 例示。如前文參考圖5所述，電纜44b及45b係分別經由旋 轉變Μ器3 2電連接至電繞4 4 c及4 5 c。可很容易地了解電緵 44c及4 5c不會扭曲亦不會環繞在第二手臂6週邊，即使當 第二手臂6旋轉時亦同。相似地，電纜44C及45c係經由旋 轉變壓器3 3電連接至電、纟覽4 4 d及4 5 d。可很容易地了解電規 44d及4 5d不會扭曲亦不會環繞在機械手8週邊，即使當機 械手8旋轉時亦同。 藉由此等組態，電力可從控制電路2 〇供應至馬達1 j、 1 4及1 7及感測器9，且感測訊號可在旋轉變壓器3 1、3 2及 3 3之旋轉軸旋轉時在控制電路2 0及感測器9及編碼器1 3、

第16頁 592912 五、發明說明（12) 制於該實施例，在不超出本發明之精神及以下之申請專利 範圍之情況，可作種種變化實施。 1 6及1 9間傳遞。此外，第〜 之方疋轉角度不受限制，故它 本發明係基於日本專利 曰本，在此做為參考。 在以上詳細說明中所提 僅為了易於說明本發明之技 手臂4、第二手臂6及機械手8 們可無限地旋轉。 申請案2001-31938 5，申請於 出之具體的實施態樣或實施例 術内容，本發明旅非狹義地限

第17頁 592912 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 圖1係一透視圖，顯示一依照本發明之工業用機械臂 之一第一實施例之外觀； 圖2係第一實施例之工業用機械臂之部分剖視圖； 圖3係第一實施例之工業用機械臂之一第一旋轉關節 之一部分之組態； 圖4A係第一實施例中之滑環之一組態之側視剖面圖； 圖4B係第一實施例中之滑環之平視剖面圖·； 圖5係本發明之第二實施例之工業用機械臂之部分側 視剖面圖； 圖6係第二實施例之旋轉變壓器之一組態之側視剖面 圖， 圖7係一透視圖，顯示一習知之工業用機械臂之外 觀；及 圖8係一部分侧面剖視圖，顯示該習知之工業用機械 臂之連接組態。 元件符號說明： 1〜工業用機械臂 2〜組裝基台 3〜第一旋轉關節 4〜第一手臂 6 第二旋轉關節 第二手臂

第18頁 592912 圖式簡單說明 7〜 第三旋轉關節 8〜 機械手 9〜 感測器 11’ i馬達 11a 〜驅動軸 1 2〜滑環 1 3〜編碼器 14 - -馬達 14a 〜驅動軸 1 5〜滑環 16 - <編碼 1 7〜馬達 17a 〜驅動軸 1 8〜滑環 19 - ^編碼器 2 0〜控制電路 21 - 、電纜 22a 、22b 、 23a 、 23b 31 - 、旋轉變壓器 32 、3 3〜旋轉變壓器 41， 、42、43〜電纜 46〜手臂 51 、52、53、54 〜調； 6 0〜半導體晶圓 23c 、 24c 、 24b 、 24d 〜電纜 調變/解調器

第19頁 592912 圖式簡單說明 電缆 1 2 2 c〜電流收集環 124c 125c 電刷 端子 71〜習知之工業用機械臂 72〜組裝基台 7 3〜第一馬達 7 3 a〜驅動軸 74〜第一手臂 7 5〜第二馬達 7 5 a〜驅動轴 76〜第二手臂 77〜第三馬達 7 7 a〜驅動軸 7 8〜機械手 7 9〜感測器 80〜驅動控制器 81 > 82 ^ 83 ^ 84 1 2 1〜旋轉軸 122a 、 122b 1 2 3〜外殼 124a 、 124b 125a 、 125b 3 11〜外殼 3 1 2〜固定主線圈 313a 、 313b〜端子 3 1 4〜旋轉軸 3 1 5〜旋轉第二線圈

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Claims (1)

1. 592912 _案號 91123883 六、申請專利範圍 陽件:二Uli A) …、一種工業用機械臂，包含藉由複數旋 轉關節連接，每一個手臂可藉由驅動每一旋轉關節之馬達 之驅動力而移動，且每一旋轉關節可無限地旋轉，其中每 一旋轉關節尚包含： 一旋轉變壓器，其可無限地旋轉，至少用於從一控制 電路供給電力至馬達；及 工 一編碼器’用於感測每一手臂之旋轉角度； 其中該編碼器之一旋轉軸係與該旋轉變壓器之一 軸整合成一體；且 該旋轉變壓器尚使用於從編碼器傳遞感測訊號至該控 制電路，其中該旋轉變壓器更具有： 動；及 -旋轉之第二線圈’其可對應於手f之旋轉而轉 動 靜止之主線圈，其不對應於手臂之 旋轉而轉 其中藉由靜止之主線圈及旋轉之箆_ 磁交互感應而實現電連接。 —、、、圈間之電 2、如申請專利範圍第1項之工業用機械 含·· 〜句，其中尚包 鲁 複數調變/解調器，用於將來自控制電路之。 控制電路傳遞之控制訊號調變成其他可藉ώ +電力及從 田方疋轉#厭55夕 電磁交互感應而電連接之訊號，及用於將調變 I坠& 解調成電力及控制訊號。 < 之其他訊號