TWI476857B

TWI476857B - Wafer handling robot

Info

Publication number: TWI476857B
Application number: TW101143202A
Authority: TW
Inventors: Fuching Wang; Zong Sian Jiang; Yaw Zen Chang
Original assignee: Hiwin Tech Corp
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2015-03-11
Also published as: TW201421604A

Description

晶圓搬運機器人

本發明係為一種產業用機器人，尤指一種應用於半導體產業的晶圓搬運機器人。

半導體製程中為了減少人力成本及提高產出，係利用多種機器人來協助搬運物件，而習知常見的晶圓搬運機器人的機構如台灣公告第483807號專利，請參閱該案圖3所示，立柱116裝載且固定於一肩座傳動件120之一旋轉部分上，而傳動件120為支撐於一線性傳動件122內以使傳動件120和立柱116沿Z軸向線性平移。詳言之，線性傳動件122包含：兩軌道127、一載架124、一滾珠螺桿126及一電動機總成128，該戴架124係分別與滾珠螺桿126及兩軌道127連結，該電動機總成128與滾珠螺桿連結、並用以轉動滾珠螺桿126，該軌道127係用以導引該戴架124線性位移，而該滾珠螺桿126用以垂直移動載架124，載架124便而帶動該立柱116沿Z軸向線性平移；而前述習知技術存在有以下問題點：

1‧藉由兩軌道及滾珠螺桿驅動立柱位移，於組立前述機構時，因為軌道與滾珠螺桿之間的組立精度會影響立柱位移時的精度，且於這麼狹小空間要校正軌道與滾珠螺桿之間的精度是非常不容易的事，所需花費時間較長，相對也增加了機器人的製造成本。

2‧因為滾珠螺桿與軌道為分離狀態，會因為長時間使用而造成滾珠螺桿與軌道之間的組立精度漸漸降低，相對影響立柱位移的精度。

3‧電動機總成所設計之位置容易造成空間浪費，無法讓機器人整體體積縮小，且也會增加機器人材料的使用。

基於上述習知技術之問題點，本發明人經過研究改良後，終有確能達成以下發明之目的之發明誕生。

即，本發明首要目的在於，開發一種便於組立的Z軸驅動機構，以降低組立成本及提升品質。

為達上述之目的，本發明係為一種晶圓搬運機器人，係包含：一基座，其包含：一底板、一立板及頂板，該立板外型為長條型板狀之型態，定義該長方向的兩端分別為第一端及第二端，該第一端及第二端分別供該底板與頂板固定而形成一U字型的結構型態，該頂板係設有一穿設孔；一立柱，係穿設於該穿設孔，並可相對該穿設孔往復位移；一線性模組，其包含：一U型軌道、第一端座、第二端座、一螺桿、一滑塊、第一迴流系統、第二迴流系統複數第一滾動件及第二滾動件，該U型軌道係沿一方向伸長，定義該方向為軸方向，該U型軌道係固定於該立板，該U型軌道的內側面設有直線狀的複數第一滾動溝，該第一端座、第二端座係分別設於該U型軌道的軸方向兩端，該螺桿係沿該軸方向延長為長條狀結構，該螺桿之軸方向兩端係分別定義為第一端及第二端，該第一端係樞設該第一端座，該第二端係樞設該第二端座，該螺桿之表面設有螺旋狀之第二滾動溝，該滑塊具有一供該螺桿穿設之貫穿孔，該貫穿孔之內緣面設有相對該第二滾動溝之第三滾動溝，該第二滾動溝與第三滾動溝係構成第一負荷路徑，該第一負荷路徑之兩端係分別與該第一迴流系統的兩端銜接構成一第一循環路徑，該第一循環路徑係設有複數該第一滾動件，該滑塊之外表面設有相對該第一滾動溝之第四滾動溝，該第一滾動溝及第四滾動溝係構成第二負荷路徑，該第二負荷路徑之兩端係分別與該第二迴流系統的兩端銜接構成一第二循環路徑，該第二循環路徑係設有複數該第二滾動件，該滑塊係與該立柱連結；一動力源，其固定於該底板，該動力源與該螺桿之一端連接並驅動該螺桿旋轉；其中，該螺桿經由該動力源驅動旋轉時，使該滑塊作線性位移並帶動該立柱相對該穿設孔位移。

為了更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之實施方式說明及圖式，然而此實施方式及圖式僅供說明及參考用，而非用以對本發明做任何限制者。

(1)‧‧‧底板

(11)‧‧‧第一穿孔

(2)‧‧‧立板

(21)‧‧‧第一固定孔

(22)‧‧‧第二穿孔

(3)‧‧‧頂板

(31)‧‧‧穿設孔

(32)‧‧‧第三穿孔

(4)‧‧‧輔助立板

(41)‧‧‧第二固定孔

(5)‧‧‧線性模組

(50)‧‧‧U型軌道

(501)‧‧‧第一滾動溝

(502)‧‧‧第三固定孔

(51)‧‧‧滑塊

(511)‧‧‧貫穿孔

(5111)‧‧‧第三滾動溝

(512)‧‧‧第四滾動溝

(513)‧‧‧第一配合面

(52)‧‧‧螺桿

(521)‧‧‧第二滾動溝

(522)‧‧‧第二端

(523)‧‧‧第一端

(53)‧‧‧第一滾動件

(54)‧‧‧第一端座

(541)‧‧‧第一通孔

(55)‧‧‧第二端座

(551)‧‧‧第二通孔

(56)‧‧‧軸承壓板

(561)‧‧‧第三通孔

(57)‧‧‧軸承

(58)‧‧‧第二滾動件

(6)‧‧‧載座

(61)‧‧‧容置孔

(62)‧‧‧第二配合面

(63)‧‧‧基座面

(7)‧‧‧底座

(71)‧‧‧第四通孔

(8)‧‧‧動力源

(81)‧‧‧心軸

(9A)‧‧‧第一皮帶輪

(9B)‧‧‧第二皮帶輪

(10)‧‧‧皮帶

(A)‧‧‧立柱

(A1)‧‧‧底端

(A2)‧‧‧頂端

(A3)‧‧‧容置空間

(A4)‧‧‧第一馬達

(A5)‧‧‧第二馬達

(G)‧‧‧螺絲

(X)‧‧‧軸方向

(F1)‧‧‧第一負荷路徑

(F2)‧‧‧第二負荷路徑

(S1)‧‧‧第一迴流系統

(S2)‧‧‧第二迴流系統

(S21)‧‧‧端蓋

(S22)‧‧‧迴流孔

第一A圖為本發明晶圓搬運機器人所使用的線性模組組合圖。

第一B圖為本發明晶圓搬運機器人所使用的線性模組剖視圖。

第二圖為本發明晶圓搬運機器人系統圖。

第三圖為本發明晶圓搬運機器人組合圖。

第四圖為本發明晶圓搬運機器人橫向剖視圖。

第五圖、第六圖為本發明晶圓搬運機器人作動狀態圖，為直向剖視圖。

以下茲配合圖式列舉一較佳實施例，用以對本發明之組成構件及功效作進一步說明，其中各圖式之簡要說明如下：第一A圖為本發明晶圓搬運機器人所使用的線性模組組合圖。

第一B圖為本發明晶圓搬運機器人所使用的線性模組剖視圖。

第二圖為本發明晶圓搬運機器人系統圖。

第三圖為本發明晶圓搬運機器人組合圖。

第四圖為本發明晶圓搬運機器人橫向剖視圖。

首先，請參閱第一A、B圖為本發明的線性模組系統圖及組合圖，及第二圖為本發明晶圓搬運機器人系統圖，圖式係說明線性模組(5)包含：一U型軌道(50)、第一端座(54)、第二端座(55)、一螺桿(52)、一滑塊(51)、第一迴流系統(S1)、第二迴流系統(S2)複數第一滾動件(53)及第二滾動件，該U型軌道(50)係沿一方向伸長，定義該方向為軸方向(X)，該U型軌道(50)的內側面設有直線狀的複數第一滾動溝(501)，該第一端座(54)、第二端座(55)係分別設於該U型軌道(50)的軸方向(X)兩端，該第一端座(54)係設有一供軸承(57)設置的第一通孔 (541)，該第二端座(55)係設有一供軸承(57)設置的第二通孔(551)，該螺桿(52)係沿該軸方向(X)延長為長條狀結構，該螺桿(52)之軸方向(X)兩端係分別定義為第一端(523)及第二端(522)，該第一端(523)係套設於該第一端座(54)的軸承(57)，該第二端(522)係套設於該第二端座(55)的軸承(57)，使該螺桿(52)可相對於該第一端座(54)、第二端座(55)轉動，該螺桿(52)之表面設有螺旋狀之第二滾動溝(521)，該滑塊(51)具有一供該螺桿(52)穿設之貫穿孔(511)，該貫穿孔(511)之內緣面設有相對該第二滾動溝(521)之第三滾動溝(5111)，該第二滾動溝(521)與第三滾動溝(5111)係構成第一負荷路徑(F1)，該第一負荷路徑(F1)之兩端係分別與該第一迴流系統(S1)的兩端銜接構成一第一循環路徑，該第一循環路徑係設有複數該第一滾動件(53)，該滑塊(51)之外表面設有兩相對該第一滾動溝(501)之第四滾動溝(512)，該第一滾動溝(501)及第四滾動溝(512)係構成第二負荷路徑(F2)，該第二負荷路(F2)徑之兩端係分別與該第二迴流系統(S2)的兩端銜接構成一第二循環路徑(以下說明第二循環路徑的構成：該第二迴流系統(S2)包含：第一A圖揭示的設置於該滑塊(51)兩端的端蓋(S21)，該端蓋(S21)上設有複數U型迴流道(未顯示)；及第一B圖所揭示設置於該滑塊(51)的迴流孔(S22)，一該端蓋(S21)的迴流道兩端係分別與該第二負荷路徑(F2)及該迴流孔(S22)銜接，另一該端蓋(S21)的迴流道兩端係分別與該第二負荷路徑(F2)及該迴流孔(S22)銜接，而構該第二循環路徑)，該第二循環路徑係設有複數該第二滾動件(58)；由第一A圖即可得知，本發明藉由該線性模組(5)取代以往的軌道及滾珠螺桿的配置，而該線性模組(5)因為整合了導引軌道及驅動滑塊的螺桿，故於線性模組(5)組立時，即可校正導引軌道、滑塊及螺桿之間的相對精度，而不須像【先前技術】所提需再機器人中進行校正，如此亦可簡化機器人的內部結構設計，以降低材料的使用及加工的成本，故可說是一舉數得；接著，以下說明本發明線性模組與機器人之間的組立方式及其運作型態：請參閱第二圖至第六圖所示，係為該線性模組(5)與機器人之基座結構的圖式，該基座包含：一底板(1)、一立板(2)及頂板(3)，該立板(2)外型為長條型板狀之型態，該立板(2)的長方向兩端分別與該底板(1)與頂板(3)結合，而形成一ㄇ字型的結構型態，該頂板(3)係設有一穿設孔(31)，於本實施例，該底板(1)與頂板(3)係分別設有第一穿孔(11)及第三穿孔(32)，該立板(2)的兩端係分別設有複數第一固定孔(21)，而該底板(1)與立板(2)的組立係藉由一螺絲(G)穿設於該第一穿孔(11)後，該螺絲(G)再與該立板(2)之第一固定孔(21)鎖固，以將該底板(1)與立板(2)做結合，該頂板(3)與立板(2)的組立係藉由一螺絲(G)穿設於該第三穿孔(32)後，該螺絲(G)再與該立板(2)之第一固定孔(21)鎖固，以將該頂板(3)與立板(2)做結合；另外，為了強化該基座的剛性，本實施例於該立板(2)對面設有一輔助立板(4)，而該輔助立板(4)亦藉由螺絲(G)穿設於該底板(1)與頂板(3)之第一穿孔(11)及第三穿孔(32)後，該螺絲(G)再與該輔助立板(4)所設置的第二固定孔(41)鎖固，以將該輔助立板(4)、頂板(3)與底板(1)做結合；另，該立板(2)係設有複數個第二穿孔(22)，該U型軌道(50)係設有相對該第二穿孔(22)的第三固定孔(502)，而該U型軌道(50)係藉由複數個螺絲(G)穿過該第二穿孔(22)後，該螺絲(G)再與該U型軌道(50)的第三固定孔(502)鎖固，以將該線性模組(5)固定於該立柱(2)；一立柱(A)，係穿設於該穿設孔(31)，並可相對該穿設孔(31)往復位移，該立柱(A)具有底端(A1)及頂端(A2)，該底端(A1)係凹設有一容置空間(A3)，該容置空間(A3)上方係設有第一馬達(A4)及第二馬達(A5)，該第一馬達(A4)及第二馬達(A5)係堆疊設置，且該第一馬達(A4)及第二馬達(A5)的驅動軸係凸伸至該頂端(A2)，用以與手臂(未顯示)做連結並能驅動該手臂取物及搬運物的功能；一載座(6)，其設有一基座面(63)、貫穿該基座面(63)的容置孔(61)及一第二配合面(62)，該基座面(63)係與該立柱(A)之底端(A1)連結(其連結方式可使用螺絲將兩者鎖固結合)，該底端(A1)與該基座面(63)結合後，該容置孔(61)係相對該容置空間(A3)設置，該第二配合面(62)係與該滑塊(51)所設之第一配合面(513)作連結(其連結方式可使用螺絲將兩者鎖固結合)；一動力源(8)，其與一底座(7)連結後，該底座(7)係固定於該底板(1)，該動力源(8)具有一軸心(81)，該軸心(81)設有一第一皮帶輪(9A)，該螺桿(52)之第一端(523)設有第二皮帶輪(9B)，該第一皮帶輪(9A)與第二皮帶輪(9B)係藉由一皮帶(10)套設聯結，而藉由動力源(8)輸出動力以驅動該螺桿(52)旋轉；最後，請參閱第五圖及第六圖所示，係為機器人運作之狀態圖，當該動力源(8)給予螺桿(52)一動力時使該螺桿(52)旋轉，而帶動該滑塊(51)相對該U型軌道(50)作線性位移，且該滑塊(51)係帶動該戴座(6)及立柱(A)朝軸方向(X)位移，值得說明的是，本發明的動力源(8)係相對該容置空間( A3)及容置孔(61)設置，故當該立柱(A)縮於該基座內部時，該動力源(8)有局部會容置於該容置空間(A3)及容置孔(61)，如此，即可縮小該基座整體的體積，並簡化該基座的結構設計。

為求清楚說明本發明之實施特點，以下說明本發明較習用進步之處及實用方式：

1.藉由該線性模組的應用，於線性模組組立於該基座前即可先行校正該螺桿及U型軌道的精度，以節省校正精度時的時間，而線性模組獨立校正完精度後，即可直接將該線性模組固定於該立柱，並將該載座與該滑塊結合即可完成該基座的組立。

2.線性模組為模組化產品，故當其中有元件損壞時，即可迅速的替換整個模組，且不須再次校正相關元件的精度，故非常符合半導體產業快速維修的需求，以降低半導體商停機時所造成的損失。

3.當該立柱縮於該基座內部時，該動力源有局部會容置於該容置空間及容置孔，如此，即可縮小該基座整體的體積，並簡化該基座的結構設計。

綜所上述，所以本發明之『具有產業之可利用性』應已毋庸置疑，除此之外，在本案實施例所揭露出的特徵技術，於申請之前並未曾見於諸刊物，亦未曾被公開使用，不但具有如上所述功效增進之事實，更具有不可輕忽的附加功效，是故，本發明的『新穎性』以及『進步性』都已符合專利法規，爰依法提出發明專利之申請，祈請惠予審查並早日賜准專利，實感德便。

以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡數值之變化與等效元件之置換，仍應隸屬本發明之範疇。

(1)‧‧‧底板

(11)‧‧‧第一穿孔

(2)‧‧‧立板

(3)‧‧‧頂板

(31)‧‧‧穿設孔

(32)‧‧‧第三穿孔

(4)‧‧‧輔助立板

(41)‧‧‧第二固定孔

(50)‧‧‧U型軌道

(51)‧‧‧滑塊

(511)‧‧‧貫穿孔

(513)‧‧‧第一配合面

(52)‧‧‧螺桿

(521)‧‧‧第二滾動溝

(522)‧‧‧第二端

(523)‧‧‧第一端

(53)‧‧‧第一滾動件

(54)‧‧‧第一端座

(541)‧‧‧第一通孔

(55)‧‧‧第二端座

(551)‧‧‧第二通孔

(56)‧‧‧軸承壓板

(561)‧‧‧第三通孔

(57)‧‧‧軸承

(6)‧‧‧載座

(61)‧‧‧容置孔

(62)‧‧‧第二配合面

(63)‧‧‧基座面

(7)‧‧‧底座

(71)‧‧‧第四通孔

(8)‧‧‧動力源

(81)‧‧‧心軸

(9A)‧‧‧第一皮帶輪

(9B)‧‧‧第二皮帶輪

(10)‧‧‧皮帶

(A)‧‧‧立柱

(A1)‧‧‧底端

(A2)‧‧‧頂端

(A3)‧‧‧容置空間

(A4)‧‧‧第一馬達

(A5)‧‧‧第二馬達

(G)‧‧‧螺絲

(X)‧‧‧軸方向

Claims

一種晶圓搬運機器人，係包含：一基座，其包含：一底板、一立板、一立柱及頂板，該立板外型為長條型板狀之型態，該立板的長方向兩端分別與該底板與頂板結合，而形成一ㄇ字型的結構型態，該頂板係設有一穿設孔；該立柱，係穿設於該穿設孔，並可相對該穿設孔往復位移；一線性模組，其包含：一U型軌道、第一端座、第二端座、一螺桿、一滑塊、第一迴流系統、第二迴流系統、複數第一滾動件及第二滾動件，該U型軌道係沿一方向伸長，定義該方向為軸方向，該U型軌道係固定於該立板，該U型軌道的內側面設有直線狀的複數第一滾動溝，該第一端座、第二端座係分別設於該U型軌道的軸方向兩端，該螺桿係沿該軸方向延長為長條狀結構，該螺桿之軸方向兩端係分別定義為第一端及第二端，該第一端係樞設該第一端座，該第二端係樞設該第二端座，該螺桿之表面設有螺旋狀之第二滾動溝，該滑塊具有一供該螺桿穿設之貫穿孔，該貫穿孔之內緣面設有相對該第二滾動溝之第三滾動溝，該第二滾動溝與第三滾動溝係構成第一負荷路徑，該第一負荷路徑之兩端係分別與該第一迴流系統的兩端銜接構成一第一循環路徑，該第一循環路徑係設有複數該第一滾動件，該滑塊之外表面設有相對該第一滾動溝之第四滾動溝，該第一滾動溝及第四滾動溝係構成第二負荷路徑，該第二負荷路徑之兩端係分別與該第二迴流系統的兩端銜接構成一第二循環路徑，該第二循環路徑係設有複數該第二滾動件，該滑塊係與該立柱連結；一動力源，其固定於該底板，該動力源與該螺桿之一端連接並驅動該螺桿旋轉；其中，該螺桿經由該動力源驅動旋轉時，使該滑塊作線性位移並帶動該立柱相對該穿設孔位移。
如請求項1所述之晶圓搬運機器人，其中，該立板對面設有一輔助立板。
如請求項1所述之晶圓搬運機器人，其中，更包含一載座，其設有一基座面、貫穿該基座面的容置孔及一第二配合面，該基座面係與該立柱之底端連結，該容置孔係相對該立柱所設之容置空間設置，該第二配合面係與該滑塊所設之第一配合面作連結。
如請求項1所述之晶圓搬運機器人，其中，該動力源具有一軸心，該軸心設有一第一皮帶輪，該螺桿之第一端設有第二皮帶輪，該第一皮帶輪與第二皮帶輪係藉由一皮帶套設聯結。
如請求項1或4所述之晶圓搬運機器人，其中，該動力源係相對該容置空間及容置孔設置，該立柱縮於該基座內部時，該動力源有局部會容置於該容置空間及容置孔。