WO2006109791A1

WO2006109791A1 - 多関節型ロボット

Info

Publication number: WO2006109791A1
Application number: PCT/JP2006/307626
Authority: WO
Inventors: Yasuyuki Kitahara; Shigeyuki Kaino
Original assignee: Nidec Sankyo Corporation
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2006-10-19
Also published as: US8136422B2; TW200642812A; TWI350239B; US20090095111A1; KR20080002818A

Description

明細書

多関節型ロボット

技術分野

[oooi] 本発明は、ワークをカセットにロード Zアンロードする際に用いられる多関節型ロボットに関し、特に、直線補間にて安定した動作を行うことができるものに関する。背景技術

[0002] 半導体ウェハ等の大型のワークをカセットにロード Zアンロードするには、複数のァームを互いに回転可能に連結すると共に、回転駆動源の回転力を伝達して伸縮等の動作をさせるようにした多関節型ロボットが用いられて、る。

[0003] 例えば、特許文献 1記載の SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) 型ロボットがある。これは、第 1アーム及び第 2アームが水平面内で回動することによつて、アーム体 (第 1アーム及び第 2アーム）の屈伸を実現させるものであって、また、第 2アームの先端に回転可能に保持されたハンド部をカセットに対して直進 Z後退させることで、ワークのロード Zアンロードを行うものである。

[0004] 特許文献 1記載の SCARA型ロボットによれば、円筒座標型ロボットを使用する場合と異なり、走行軸 (複数のアームが設置された基台を水平方向に走行させるレールなど）の設置スペースが不要になる、といったメリットがある。

[0005] 特許文献 1 :特開 2003— 170384号公報

特許文献 2：特開平 11一 138474号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] し力しながら、上述した従来の SCARA型ロボットでは、第 1アームと第 2アームを直線補間によって制御した場合 (すなわち、アーム上の一点を直線移動させる制御をした場合）、 2本のアームが重なることに起因して、第 2アームの角速度が急激に変化し、半導体ウェハの搬送が不安定になる虞がある。より詳細には、図 9を用いて説明する。

[0007] 図 9は、従来の SCARA型ロボット 100において、第 1アーム 101と第 2アーム 102 を直線補間によって制御する様子を説明するための説明図である。図 9 (a)において、従来の SCARA型ロボット 100は、基端部 104が基台（図示せず）に設置された第 1 アーム 101と、第 1アーム 101の先端部に連結された第 2アーム 102と、第 2アーム 1 02の先端部に連結されたハンド部 103と、力も構成されている。なお、ハンド部 103 は、ワーク (搬送対象物） 200を支持して、る。

[0008] 今、ワーク 200を a方向（X— Y座標系における X軸方向）に移動させるため、第 1ァーム 101と第 2アーム 102を直線補間によって制御する場合 (すなわち、第 2アーム 1 02の先端部 Xを a方向に直線移動させる制御をする場合)を考える。基端部 104を中心にして、第 1アーム 101を右回りに回動させつつ、第 1アーム 101の先端部を中心として、第 2アーム 102を左回りに回動させると、ワーク 200が a方向に直線移動していく。

[0009] ここで、第 1アーム 101の有効長を L1 ,第 2アーム 102の有効長を L1 とした場合

01 02

(図 9 (a)参照）、第 1アーム 101と第 2アーム 102のなす角が 0° となる姿勢は特異点となる。そして、この特異点の近傍を通過する直線補間を行う場合、すなわち図 9 (a) に示す Lが (LI -L1 )に近い値の軌跡をたどる場合は、第 1アーム 101及び第 2

01 02

アーム 102は、図 9 (a)→図 9 (b)に示すような回転をする。その後、図 9 (b) ,図 9 (c) に示すように、第 2アーム 102は、第 1アーム 101の先端部を中心として、右回りの角速度で回転するようになる。一方で、第 1アーム 101は、基端部 104を中心にして、図 9 (a)から図 9 (c)を通して常時右回りに回転して！/、る。

[0010] 図 9では、ワーク 200を安定に搬送するため、ワーク 200の a方向の搬送速度を一定にして、る（図 9 (a)→図 9 (b)と、図 9 (b)→図 9 (c)とで、ワーク 200の a方向の搬送距離 (第 2アーム 102の先端部 Xの移動距離)をほぼ同じにしている)。第 1アーム 1 01の回転角度に着目すると、図 9 (a)→図 9 (b)では約 90° — θ ( Θ はほぼ 0° と

2 1

する）、図 9 (b)→図 9 (c)では 0 + Θ となっている。そして、これらの回転角度のうち

2 3

、図 9 (a)→図 9 (b)の約 90° — Θ の方が、明らかに大きい。すなわち、第 2アーム 1

2

02の先端部 Xが特異点の近傍を通過するとき、ワーク 200の a方向の搬送速度を一定にしようとすると、第 1アームの基端部 104を特異点として、第 1アーム 101の角速度を急激に（高速に)変化させなければならない。これは、第 1アーム 101や第 2ァーム 102に振動を引き起こし、ワーク 200の搬送を不安定にさせる虞がある。

[0011] また、第 1アーム 101の角速度を急激に（高速に)変化させるためには、特別に大きな駆動力（トルク）が必要となるが、これを実現するために高価なモータが必要となり、結果として製造コストの上昇に繋がる虞がある。

[0012] この点、特許文献 2に開示された多関節ロボットによれば、ワーク搬送中に特異点を発生させないようにすることができる。すなわち、この多関節ロボットは、回転テープルの回転中心に対して偏心した位置に第 1回転軸を形成して回転テーブルを第 1ァーム部とし、第 1回転軸に回転可能に保持されるアームを第 2アーム部とし、第 2ァーム部の先端に第 3アーム部を、第 3アーム部の先端にハンド部を回転可能に保持する共に、第 1アーム部，第 2アーム部，第 3アーム部及びノヽンド部の各々を回転制御することによって、特異点を発生させないようにしている。しかし、この「各々を回転制御すること」は、制御パラメータ数の多さに起因して複雑な制御となっており、その制御プログラムを作成するためには多大な労力を要する。

[0013] 本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな駆動力を発生する高価なモータを用いることなぐ簡易な制御によって、ワークを安定に搬送することが可能な多関節型ロボットを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0014] 以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

[0015] (1) ワークをカセットにロード Zアンロードする多関節型ロボットにおいて、ワークを保持するハンド部と、前記ハンド部を回転可能に保持するアーム部と、前記アーム部の基端側を回転可能に保持するとともに、前記アーム部の基端側の移動軌跡が、前記ロード Zアンロードする方向とは略直交する方向の直線となるように動作するリンク機構と、前記アーム部を、前記リンク機構の移動に整合させて前記ロード Zアンロードする方向に直線補間するように移動させる駆動手段と、を備えることを特徴とする多関節型ロボット。

[0016] 本発明によれば、多関節型ロボットに、ワークを保持するハンド部と、このハンド部を回転可能に保持するアーム部と、このアーム部の基端側を回転可能に保持するとともに、このアーム部の基端側の移動軌跡力ワークをカセットにロード zアンロードする方向とはほぼ直交する方向の直線となるように動作するリンク機構と、アーム部（又はアーム部の先端側）を、リンク機構の移動に整合させてワークをカセットにロード z アンロードする方向に直線補間するように移動させる駆動手段 (例えばモータ）と、を設けることとしたので、半導体ウェハなどのワークを安定に搬送することができる。すなわち、アーム部を直線補間するように移動させる場合であっても、アーム部の基端側を最適な位置に移動させることで、アーム部やリンク機構の急激な速度変動を必要としない (特異点が発生しない)。従って、アーム部やリンク機構の振動発生を防ぐことができ、ひ、てはワークを安定に搬送することができる。

[0017] また、アーム部やリンク機構の急激な速度変動を必要としな、ので、大きな駆動力を発生する高価なモータを用いることなぐワークを安定に搬送することができる。さらに、特許文献 2に開示された多関節ロボットでは、第 1アーム部，第 2アーム部，第 3 アーム部及びノ、ンド部の各々を回転制御する必要があった力本発明によれば、リンク機構，アーム部及びノヽンド部の各々を回転制御すれば足りるため、制御パラメータ数を削減することができ（その結果、制御プログラムを作成するための労力を減らすことができ）、ひいては簡単な制御によって、ワークを安定に搬送することができる。

[0018] なお、従来の SCARA型ロボット 100 (図 9参照）では、ワーク 200を一定の搬送速度で搬送しょうとすると、第 1アーム 101の急激な速度変動が必要であつたが（図 9 (b )→図 9 (c)参照）、第 1アーム 101が所定の角速度以上のスピードで回転すると、 SC ARA型ロボット 100自体が故障する可能性があるため、第 1アーム 101の速度超過を防ぐ処理が施されていた。しかし、本発明に係る多関節型ロボットによれば、このような特別な処理も不要となるため、製造コスト削減に大きく貢献することができる。

[0019] (2) 前記リンク機構は、前記多関節ロボットの基端側に位置する基台側リンク部と、前記アーム部側に位置するアーム部側リンク部と、が連結されており、前記基台側リンク部と前記アーム部側リンク部との長さが略同一であって、前記基台側リンク部と前記アーム部側リンク部との回転角度比が 1： 2であることを特徴とする（1)記載の多関節型ロボット。

[0020] 本発明によれば、上述したリンク機構は、多関節ロボットの基端側に位置する基台側リンク部と、アーム部側に位置するアーム部側リンク部と、が連結されて構成され、両者の長さが略同一であって（ほぼ等しく）、両者の回転角度比が 1： 2であることとしたから、アーム部の基端側を常時所定の直線上に適切に規制することができ、ァーム部ゃリンク機構の急激な速度変動を不要なものとし、ひ、てはワークを安定に搬送することができる。

[0021] この点、従来の円筒座標系ロボットに、基台を水平方向に走行させる走行軸を設けることによって、上述した連結点を直線移動させることは可能である。しかし、走行軸を設けるとなると、その設置スペースが必要になるのみならず、レールなどの発塵部になり得る部品も必要になるため、クリーンルーム内での使用に適さない。一方で、本発明に係る多関節型ロボットによれば、レールなどの発塵部になり得る部品を必要としないため、クリーンルーム内でも適切に使用することができる。

[0022] (3) 前記リンク機構は、前記多関節型ロボットの基端側に位置する基台側リンク部と、前記アーム部側に位置するアーム部側リンク部と、が連結されており、前記基台側リンク部の長さは、前記アーム部側リンク部の長さよりも長く形成されているとともに、前記リンク機構の基台は、その中心位置が前記アーム部の基端側の移動軌跡上からずれた状態で配置されていることを特徴とする（1)記載の多関節型ロボット。

[0023] 本発明によれば、上述したリンク機構は、アーム部側に位置するアーム部側リンク部と、このアーム部側リンク部より長さが長ぐ多関節型ロボットの基端側に位置する基台側リンク部と、が連結されており、リンク機構の基台は、その中心位置がアーム部の基端側の移動軌跡上からずれた状態で配置されてヽることとしたので、ワークを安定に搬送することができる。

[0024] すなわち、アーム部を直線補間するように移動させる場合であっても、アーム部の基端側を最適な位置に移動させることで、アーム部やリンク機構の急激な速度変動を必要としない（特異点が発生しない)。従って、アーム部やリンク機構の振動発生を防ぐことができ、ひ、てはワークを安定に搬送することができる。

[0025] また、本発明は、効率性の向上と省スペース化を同時に実現しうるものとしてメリットが大きい。詳細に説明すると、近年、ワーク搬送の効率ィ匕を図るために、ワークをカセットにロード Zアンロードする方向とは直交する方向に複数のカセットを配置する場合がある。この場合、基台側リンク部やアーム部側リンク部など、各部位の長さを単純に長くすることによって対応することも可能である。しかし、各部位の長さを単純に長くしただけでは、各部位の旋回範囲が大きくなる結果、無駄な空間が生じ、近年の省スペース化要求を満たすことができない。特に、多関節型ロボットは、一般的に高コストのクリーンルーム内に設置されることが多ぐワークをカセットにロード/アンロードする方向の占有距離を、なるべく短くしたいのが実情である。そこで、本発明に係る多関節型ロボットでは、基台側リンク部の長さをアーム部側リンク部の長さよりも長くすることによって、複数並べて配置した各カセットに対応させ、効率性の向上を実現しているとともに、リンク機構の基台を、その中心位置がアーム部の基端側の移動軌跡上力ずれた状態で配置することによって、ワークをカセットにロード zアンロードする方向の占有距離を短くし、省スペース化を実現している。

[0026] また、基台側リンク部の長さをアーム部側リンク部の長さよりも長くすることで、例えば複数並べて配置した各カセットの両端のカセットに、より速く移動することができる。さらには、多関節型ロボットでは、ワークを安定に搬送するため、先端に近づくにつれて重量を軽くしたい、という要請があるが、この点、本発明に係る多関節型ロボットでは、アーム部側リンク部の長さが基台側リンク部の長さよりも短いので、ワークの安定搬送に資することになる。

[0027] なお、アーム部やリンク機構の急激な速度変動を必要としな!/、ので、大きな駆動力を発生する高価なモータを用いることなぐワークを安定に搬送することができる。さらに、特許文献 2に開示された多関節ロボットでは、第 1アーム部，第 2アーム部，第 3 アーム部及びノ、ンド部の各々を回転制御する必要があった力本発明によれば、リンク機構，アーム部及びノヽンド部の各々を回転制御すれば足りるため、軸数を削減でき、安価に製作できる。また、制御パラメータの数も減るため、制御プログラムを作成するための労力を減らすことができ、ひいては簡単な制御によって、ワークを安定に搬送することができる。

[0028] また、従来の SCARA型ロボット 100 (図 9参照）では、ワーク 200を一定の搬送速度で搬送しょうとすると、第 1アーム 101の急激な速度変動が必要であつたが（図 9 (b )→図 9 (c)参照）、第 1アーム 101が所定の角速度以上のスピードで回転すると、 SC ARA型ロボット 100自体が故障する可能性があるため、第 1アーム 101の速度超過を防ぐ処理が施されていた。しかし、本発明に係る多関節型ロボットによれば、このような特別な処理も不要となるため、製造コスト削減に大きく貢献することができる。

[0029] (4) 前記リンク機構の基台は、その中心位置が前記アーム部の基端側の移動軌跡より前記カセット側に又は前記ワークを搬出搬入する目標位置の側にずれた状態で配置されて、ることを特徴とする（3)記載の多関節型ロボット。

[0030] 本発明によれば、上述したリンク機構の基台は、その中心位置がアーム部の基端側の移動軌跡より前記カセット側に又は前記ワークを搬出搬入する目標位置の側にずれた状態で配置されていることとしたので、ワークを、カセット又は加工装置等の前記ワークを搬出搬入する目標位置の側にロード Zアンロードする方向の占有距離を短くしつつ安定に搬送することができる。また、アーム部の基端側を常時所定の直線上に適切に規制することができ、アーム部やリンク機構の急激な速度変動を不要なものとし、ひいてはワークを安定に搬送することができる。

[0031] この点、従来の円筒座標系ロボットに、基台を水平方向に走行させる走行軸を設けることによって、上述した連結点を直線移動させることは可能である。しかし、走行軸を設けるとなると、その設置スペースが必要になるのみならず、レールなどの発塵部になり得る部品も必要になるため、クリーンルーム内での使用に適さない。一方で、本発明に係る多関節型ロボットによれば、レールなどの発塵部になり得る部品を必要としないため、クリーンルーム内でも適切に使用することができる。

発明の効果

[0032] 以上説明したように、本発明によれば、アーム部やリンク機構の振動発生を防ぐことができ、ひいてはワークを安定に搬送することができる。また、大きな駆動力を発生する高価なモータを用いることなぐワークを安定に搬送することができる。さらに、ァーム部ゃリンク機構の速度超過を防ぐ特別な処理が不要となるため、製造コスト削減に大きく寄与することができる。

図面の簡単な説明

[0033] [図 1]本発明の実施の形態に係る多関節型ロボットの縦断面図である。

[図 2]図 1に示す多関節型ロボットの横断面図である。

[図 3]本発明の実施の形態に係る多関節型ロボットの機械動作を説明するための説明図である。

[図 4]本発明の実施の形態に係る多関節型ロボットの別の機械動作を説明するための説明図である。

[図 5]本発明の実施の形態に係る多関節型ロボットの別の機械動作を説明するための説明図である。

[図 6]本発明の他の実施の形態に係る多関節型ロボットの断面図である。

[図 7]本発明の他の実施の形態に係る多関節型ロボットの機械動作を説明するための説明図である。

[図 8]本発明の他の実施例に係る多関節型ロボットにおける連結点の直線性を説明するための説明図である。

[図 9]従来の SCARA型ロボットにおいて、第 1アームと第 2アームを直線補間によつて制御する様子を説明するための説明図である。

符号の説明

[0034] 1, 71 多関節型ロボット

2、 72 基台

3、 73 リンク機構

4、 74 基台側リンク部

5、 75 アーム部側リンク部

6 アーム部

7 ハンド部

8 昇降筒

発明を実施するための最良の形態

[0035] 以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

[0036] (実施の形態 1)

[機械構造]

図 1は、本発明の実施の形態に係る多関節型ロボット 1の縦断面図である。また、図 2は、図 1に示す多関節型ロボット 1の横断面図である。特に、図 2 (a)は、図 1における A— A'線に沿う断面図であって、図 2 (b)は、図 1における B—B'線に沿う断面図である。

[0037] 図 1及び図 2において、多関節型ロボット 1は、基台 2と、リンク機構 3と、アーム部 6と

、ハンド部 7と、力構成される。リンク機構 3は、互いに回転可能に連結された同じ長さの基台側リンク部 4とアーム部側リンク部 5を備えている。

[0038] 基台 2は、昇降モータ 20と、昇降モータ 20によって回転し、上下方向を長手方向とするガイド軸 21と、ガイド軸 21に案内されて上下方向に昇降する昇降筒 8と、を備えている。

[0039] 基台側リンク部 4は、昇降筒 8に、連結軸 8bを介して連結されており、昇降筒 8に内蔵されたリンク機構モータ 8aによって回転可能に保持されている。また、基台側リンク部 4は、昇降筒 8の昇降に伴って、基台 2に対して昇降可能となっている。

[0040] 基台側リンク部 4には、基台側プーリ 4a,アーム部側プーリ 4b,ベルト 4cが内蔵されている。そして、基台側プーリ 4aとアーム部側プーリ 4bとの径の比は 2 : 1としている。また、アーム部側プーリ 4bとアーム部側リンク部 5とは、連結軸 4dによって連結されている。従って、基台側プーリ 4aとアーム部側プーリ 4bとの回転角度比、すなわち基台側リンク部 4とアーム部側リンク部 5との回転角度比は 1 : 2となり、その結果、リンク機構 3は、基台側リンク部 4における基台側プーリ 4aの中心点（固定点 Y)と、アーム部側リンク部 5とアーム部 6とを回転可能に連結する連結軸 5aの中心点 (連結点 Z)と、が常時所定の直線上に規制されることなる。

[0041] アーム部 6は、アーム部側リンク部 5の先端に、連結軸 5aを介して連結されており、アーム部側リンク部 5に内蔵されたアーム部モータ 51によって回転可能に保持されている。なお、図 1では、説明の便宜上、アーム部モータ 51をアーム部側リンク部 5に内蔵させているが、本発明はこれに限られず、例えばアーム部モータ 51をアーム部 6 に内蔵させてもよいし、その他どこにあってもよい。ハンド部 7には、平行な 2本の上支持フレーム 7aと下支持フレーム 7b力も構成され、上支持フレーム 7a及び下支持フレーム 7bは、アーム部 6の先端に、それぞれ連結軸 6c及び連結軸 6dを介して連結され、それぞれアーム部 6に内蔵された下支持フレームモータ 6a及び上支持フレームモータ 6bによって回転可能に保持されている。 [0042] なお、昇降モータ 20, リンク機構モータ 8a,アーム部モータ 51,下支持フレームモータ 6a及び上支持フレームモータ 6bを駆動する制御信号は、オペレータが入力したプログラムに基づ、て、コンピュータ（図示せず)から適宜送信される。

[0043] [機械動作]

図 3は、本発明の実施の形態に係る多関節型ロボット 1の機械動作を説明するための説明図である。図 3では、ワーク（例えば、円形の半導体ウエノ、） 30を図中下のカセット力取り出して、図中上のカセットに載置する動作にっ、て説明する。

[0044] 図 3 (a)にお!/、て、ハンド部 7の上支持フレーム 7aの先端には、ワーク 30が載置されている。なお、ハンド部 7の下支持フレーム 7bは、ここでは使用しないため、図示するように折り曲げられた状態になって、る。

[0045] ハンド部 7の上支持フレーム 7aは、ワーク 30を図中下のカセットから取り出すために、その向きを保ちつつ y軸の正方向に直線移動する。より詳細に説明すると、ァーム部 6は、アーム部モータ 51によって連結点 Zを中心として右回りに回転し、ハンド部 7の上支持フレーム 7aは、上支持フレームモータ 6bによって連結軸 6cを中心として左回りに回転する。このとき、連結点 Zの移動軌跡は、ワーク 30をアンロードする方向と直交する方向（X軸方向）の直線となる。

[0046] その後、ハンド部 7の上支持フレーム 7aが所定距離だけ図中の上に移動すると、ヮーク 30の取り出しが完了する（図 3 (b) )。そして、アーム部 6が、ハンド部 7の上支持フレーム 7aと一体になつて連結点 Zを中心として右回りに所定角度回転することで、ハンド部 7の上支持フレーム 7aの向きは、下向きから上向きへ 180° 逆さになる（図 3 (c) )。なお、図 3 (b)及び図 3 (c)では、下支持フレーム 7bは、上支持フレーム 7aと重なって、上支持フレーム 7aと同じ動作を行う。

[0047] 最後に、アーム部モータ 51によってアーム部 6が連結点 Zを中心として右回りに回転し、上支持フレームモータ 6bによってハンド部 7の上支持フレーム 7aが連結軸 6c を中心として左回りに回転することで、ワーク 30が図中上のカセットに載置されることになる（図 3 (d) )。なお、図 3 (d)では、図 3 (a)と同様に、ハンド部 7の下支持フレーム 7bは、図示するように折り曲げられた状態になっている。

[0048] 図 4及び図 5は、本発明の実施の形態に係る多関節型ロボット 1の別の機械動作を説明するための説明図である。図 4及び図 5では、多関節型ロボット 1によって、ヮーク（円形の半導体ウェハ） 30をそれぞれ図中左下及び図中右下のカセットから取り出して、それぞれ図中左上及び図中右上のカセットに載置する動作にっ、て説明する

[0049] 図 4 (a)において、多関節型ロボット 1は、ハンド部 7の上支持フレーム 7aの先端にワーク 30が載置されている。以下、図 3 (b)〜図 3 (d)を用いて説明したのと同様に、アーム部モータ 51によってアーム部 6が連結点 Zを中心として右回りに回転し、上支持フレームモータ 6bによってハンド部 7の上支持フレーム 7aが連結軸 6cを中心として左回りに回転して、ワーク 30の取り出しが完了した後（図 4 (b) )、アーム部 6がハンド部 7の上支持フレーム 7aと一体になつて連結点 Zを中心として左回りに所定角度回転し、ハンド部 7の上支持フレーム 7aの向きが下向きから上向きへ 180° 逆さになる (図 4 (c) )。最後に、アーム部モータ 51によってアーム部 6が連結点 Zを中心として右回りに回転し、上支持フレームモータ 6bによってハンド部 7の上支持フレーム 7aが連結軸 6cを中心として左回りに回転することで、ワーク 30が図中左上のカセットに載置されることになる（図 4 (d) )。

[0050] 一方で、図 5 (a)において、多関節型ロボット 1は、ハンド部 7の上支持フレーム 7aの先端にワーク 30が載置されている。以下、図 3 (b)〜図 3 (d)を用いて説明したのと同様に、アーム部モータ 51によってアーム部 6が連結点 Zを中心として左回りに回転し、上支持フレームモータ 6bによってハンド部 7の上支持フレーム 7aが連結軸 6cを中心として右回りに回転して、ワーク 30の取り出しが完了した後（図 5 (b) )、アーム部 6 がハンド部 7の上支持フレーム 7aと一体になつて連結点 Zを中心として右回りに所定角度回転し、ハンド部 7の上支持フレーム 7aの向きが下向きから上向きへ 180° 逆さになる（図 5 (c) )。最後に、アーム部モータ 51によってアーム部 6が連結点 Zを中心として左回りに回転し、上支持フレームモータ 6bによってハンド部 7の上支持フレーム 7 aが連結軸 6cを中心として右回りに回転することで、ワーク 30が図中右上のカセットに載置されることになる（図 5 (d) )。

[0051] 以上、図 4及び図 5を用いて多関節型ロボット 1の別の機械動作を説明したが、連結点 Zを X線上で移動させることによって、例えば図中左下のカセットから図中右上のカセットにワーク 30を搬送することも可能である。より詳細には、多関節型ロボット 1 が図 4 (b)の形態である場合において、連結点 Zを X軸の正方向に直線移動させるとともに、アーム部 6を、連結点 Zを中心として回転させ、ハンド部 7を、連結軸 6cを中心として回転させればよい。その結果、図 4 (b)の形態であった多関節型ロボット 1は、図 5 (c)の形態になる。このように、多関節型ロボット 1の形態を、図 4 (a)→図 4 (b) →図 5 (c)→図 5 (d) t 、う流れで変形させることによって、図中左下のカセットから図中右上のカセットにワーク 30を搬送することが可能になる。

[0052] このように、図 3〜図 5によれば、アーム部 6とリンク機構 3 (基台側リンク部 4とアーム部側リンク部 5)とを直線補間によって制御する場合であっても、アーム部 6の連結点 Zを最適な位置に移動させることで、アーム部 6やリンク機構 3の急激な速度変動を必要としない (特異点が発生しない)ことが分かる。すなわち、図 4 (a)→図 4 (b)の直線補間，図 4 (c)→図 4 (d)の直線補間，図 5 (a)→図 5 (b)の直線補間，図 5 (c)→図 5 ( d)の直線補間，図 3 (a)→図 3 (b)の直線補間，図 3 (c)→図 3 (d)の直線補間において、従来の多関節ロボットが持っていた特異点は発生しない。従って、アーム部 6ゃリンク機構 3の振動発生を防ぐことができ、ひ、てはワーク 30を安定に搬送することができる。

[0053] また、図 3〜図 5によれば、基台側リンク部 4と、アーム部 6と、ハンド部 7の各々を回転制御することによって (換言すれば、リンク機構 3のうちアーム部側リンク部 5については特に回転制御しないことによって）、簡単な制御で、ワークを安定に搬送することができる。

[0054] (実施の形態 2)

[0055] 以下、本発明の他の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態において、上述した実施の形態と同じ構成には同じ符号を付記する。

[0056] [機械構造]

図 6は、本発明の他の実施の形態に係る多関節型ロボット 71の断面図である。特に、図 6 (a)は、多関節型ロボット 71の平面断面図であり、図 6 (b)は、多関節型ロボット 1の縦断面図である。

[0057] 図 6 (a)及び図 6 (b)において、多関節型ロボット 71は、基台 2と、リンク機構 73と、アーム部 6と、ハンド部 7と、力も構成される。リンク機構 73は、互いに回転可能に連結された基台側リンク部 74とアーム部側リンク部 75を備えている。

[0058] 基台 2は、昇降モータ（図示せず)の回転によって上下方向に昇降する昇降筒 8と、を備えている。なお、昇降筒 8は、図中の上下方向を長手方向とするガイド軸（図示せず）に案内されて昇降する。

[0059] 基台側リンク部 74は、昇降筒 8に、連結軸 8bを介して連結されており、昇降筒 8に内蔵されたリンク機構モータ 8aによって回転可能に保持されている。また、基台側リンク部 74は、昇降筒 8の昇降に伴って、基台 2に対して昇降可能となっている。

[0060] 基台側リンク部 74には、基台側プーリ 74a,アーム部側プーリ 74b,ベルト 74cが内蔵されている。また、アーム部側プーリ 74bとアーム部側リンク部 75とは、連結軸 74d によって連結されている。従って、基台側プーリ 74aとアーム部側プーリ 74bとの回転角度比、すなわち基台側リンク部 74とアーム部側リンク部 75との回転角度比を適宜調節することによって、リンク機構 73は、アーム部側リンク部 75とアーム部 6とを回転可能に連結する連結軸 75aの中心点 (連結点 Z)の移動軌跡が、所定の直線上に規制されること〖こなる。

[0061] アーム部 6は、アーム部側リンク部 75の先端に、連結軸 75aを介して連結されており、アーム部側リンク部 75に内蔵されたアーム部モータ 751によって回転可能に保持されている。なお、図 6では、説明の便宜上、アーム部モータ 751をアーム部側リンク部 75に内蔵させている力本発明はこれに限られず、例えばアーム部モータ 751をアーム部 6に内蔵させてもよいし、その他如何なる場所にあってもよい。

[0062] ハンド部 7には、平行な 2本の上支持フレーム 7aと下支持フレーム 7bから構成され、上支持フレーム 7a及び下支持フレーム 7bは、アーム部 6の先端に、それぞれ連結軸 6c及び連結軸 6dを介して連結され、それぞれアーム部 6に内蔵された下支持フレームモータ 6a及び上支持フレームモータ 6bによって回転可能に保持されている。

[0063] なお、図示しない昇降モータ，リンク機構モータ 8a,アーム部モータ 751,下支持フレームモータ 6a及び上支持フレームモータ 6bを駆動する制御信号は、オペレータが入力したプログラムに基づ!/、て、コンピュータ (図示せず)から適宜送信される。

[0064] [機械動作] 図 7は、本発明の他の実施の形態に係る多関節型ロボット 71の機械動作を説明するための説明図である。図 7では、ワーク（例えば、円形の半導体ウエノ、） 30をカセット 40a力ら取り出して、図中右方向に 3Pだけ離れたカセット 40dに載置する動作について説明する。そして、図 7では、ワーク 30をカセット 40aから取り出す様子（図中左側の多関節型ロボット 71)と、ワーク 30をカセット 40dに載置する手前の様子（図中右側の多関節型ロボット 71')と、を示している。ここで、カセット 40a〜40dは、ワーク 30 を搬出搬入する目標位置であり、このような搬入搬出位置を定義するものであれば、カセットの他、加工装置等であってもよい。

[0065] なお、図 7では、基台側リンク部 74の長さを Ll、アーム部側リンク部 75の長さを L2 、アーム部 6の長さを Lとし、 4個のカセット 40a〜40dの間隔は、それぞれ Pとしてい

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る。また、基台側リンク部 74のアーム側（図 6参照）の半径を Rとしている。さらに、多関節型ロボット 71では、カセット 40a〜40dに対してロード/アンロードできる領域として、最大でおよそ 2 X (L1 +L2)を実用領域としている。

[0066] 図 7において、図中左側の多関節型ロボット 71の上支持フレーム 7aの先端には、ヮーク 30が載置されている。なお、ハンド部 7の下支持フレーム 7bは、ここでは使用しなヽため、図示するように折り曲げられた状態になって、る。

[0067] ハンド部 7の上支持フレーム 7aは、ワーク 30をカセット 40aから取り出すために、その向きを保ちつつ y軸の正方向に直線移動する。より詳細に説明すると、アーム部 6 は、アーム部モータ 751 (図 6参照）によって連結点 Zを中心として右回り（時計回り）に回転し、ハンド部 7の上支持フレーム 7aは、上支持フレームモータ 6bによって連結軸 6cを中心として左回り（反時計回り）に回転する。このとき、連結点 Zの移動軌跡は、ワーク 30をアンロードする方向と直交する方向（X軸の正方向）の直線となる。ハンド部 7の上支持フレーム 7aが所定距離だけ y軸の正方向に移動すると、カセット 40aからワーク 30の取り出しが完了する。

[0068] 次に、このワーク 30をカセット 40dにロードすることを考える。まず、連結点 Zを X軸の正方向に直線移動させる。このとき、連結点 Zを中心としてアーム部 6を回転させ、連結軸 6cを中心としてハンド部 7を回転させつつ、連結点 Zを直線移動させる。その結果、上支持フレーム 7aをカセット 40dの手前まで移動させることができる（図中右側の多関節型ロボット 71'参照)。なお、図中右側の多関節型ロボット 71'では、下支持フレーム 7bは上支持フレーム 7aと重なって!/、る。

[0069] その後、アーム部 6は、アーム部モータ 751によってアーム部 6が連結点 Zを中心として右回りに回転し、上支持フレームモータ 6bによってハンド部 7の上支持フレーム 7 aが連結軸 6cを中心として左回りに回転することで、ハンド部 7の上支持フレーム 7a がカセット 40d内に進入する。このとき、連結点 Zの移動軌跡は、ワーク 30をロードする方向と直交する方向（X軸の負方向）の直線となる。ハンド部 7の上支持フレーム 7a が所定距離だけ y軸の負方向に移動した後、ワーク 30がカセット 40dに載置される。

[0070] このように、図 7によれば、アーム部 6とリンク機構 73 (基台側リンク部 74とアーム部側リンク部 75)とを直線補間によって制御する場合であっても、アーム部 6の連結点 Z を最適な位置に移動させることで、アーム部 6やリンク機構 73の急激な速度変動を必要としなヽ（特異点が発生しな、）ことが分かる。ワーク 30をカセット 40aから取り出す際の直線補間、ワーク 30をカセット 40dに載置させる際の直線補間において、従来の多関節ロボットが持っていた特異点は発生しない。従って、アーム部 6やリンク機構

73の振動発生を防ぐことができ、ひ、てはワーク 30を安定に搬送することができる。

[0071] また、図 7に示すように、基台側リンク部 74の長さ L1を、アーム部側リンク部 75の長さ L2よりも長くするとともに、リンク機構 73の基台 2を、その中心位置がアーム部の基端側 (連結点 Z)の移動軌跡より（カセット 40a〜40dに載置された)ワーク 30側ワークを、即ちカセット 40a〜40d又は加工装置等のワーク 30を搬出搬入する目標位置の側に Aだけずれた状態で配置している。従って、例えば、本実施の形態において、多関節型ロボット 71を 4個並べられた 4連カセットに対応させて、効率性の向上を図るとともに、ワーク 30をカセット 40a〜40dにロード Zアンロードする方向（y軸の方向）の占有距離を短くし、省スペース化を実現することができる。なお、リンク機構 73の基台 2の中心位置をカセット又は加工装置等のワーク 30を搬出搬入する目標位置の側にずらす距離 Aは、多関節ロボット 71の配置される工程によりスペースを最適とする位置に設定することができる。例えば、図 7において、カセット 40a〜40dと対向する図中の上側にカ卩ェ装置や別のカセットが配列配置される場合は、 Aを矢印 Yの方向へずらしてもよい。即ち、カセット 40a〜40d及び上側の加工装置や別のカセットとの間でワーク 30の搬送を行なう場合は、リンク機構 73の基台 72の中心位置は図中の上下いずれの方向にずらしても同様の省スペース効果を得ることができる。また、必要により Aをゼロとしてもよい。

[0072] さらに、 L1 >L2としていること力ら、カセット 40aからカセット 40dまで速く移動することができ、時間的な効率性を向上させることができるとともに、基台側リンク部 74よりもアーム部側リンク部 75の方が軽重量となるので、振動を防いでワーク搬送の安定ィ匕を図ることができる。

[0073] なお、図 7によれば、基台側リンク部 74と、アーム部 6と、ハンド部 7の各々を回転制御することによって (換言すれば、リンク機構 73のうちアーム部側リンク部 75については特に回転制御しないことによって）、簡単な制御で、ワークを安定に搬送することができる。また、本実施の形態では、 4個並べられた 4連カセットを示している力これに限定されるものでなぐ 4個以上であってもよいし、または 3個以下の場合であってもよい。

[0074] [実施例]

図 8は、本発明の他の実施例に係る多関節型ロボット 71における連結点 Zの直線性を説明するための説明図である。特に、図 8 (a)は、多関節型ロボット 71の平面図であり、図 8 (b)は、連結点 Zを X軸の正方向に移動させたときの y軸方向の誤差を示している。

[0075] なお、図 8 (a)において、上述した実用領域 2 X (L1 +L2)は、約 ± 670mmである。従って、この実用領域内での誤差がある程度小さければ、多関節型ロボット 71が実用的なものになる。

[0076] 図 8 (b)によれば、 X座標が 100mm以下の場合には、ほとんど誤差は生じていない 1S X座標が 100mmより大きくなると、多少誤差が生じている。しかし、実用領域約 670〜670mmにおいては、その誤差は最大でも約 3mm程度であり、これは実用的な観点からは無視できる程度のものである。従って、多関節型ロボット 71は、実用性を備えたものといえる。なお、上記約— 670〜670mmは、 1例であり実用のカセットの配置やワークをカセットにロード Zアンロードする方向のスペースに応じて変更可能である。産業上の利用可能性

本発明に係る多関節型ロボットは、大きな駆動力を発生する高価なモータを用いることなぐ簡易な制御によって、半導体ウェハなどのワークを安定に搬送することが可能なものとして有用である。

さらに、本発明に係る多関節型ロボットは、半導体ウェハなどのワークを安定に搬送するとともに、設置場所の省スペース化を図ることが可能なものとして有用である。

Claims

請求の範囲

[1] ワークをカセットにロード Zアンロードする多関節型ロボットにおいて、

ワークを保持するハンド部と、

前記ハンド部を回転可能に保持するアーム部と、

前記アーム部の基端側を回転可能に保持するとともに、前記アーム部の基端側の移動軌跡力前記ロード Zアンロードする方向とは略直交する方向の直線となるように動作するリンク機構と、

前記アーム部を、前記リンク機構の移動に整合させて前記ロード Zアンロードする方向に直線補間するように移動させる駆動手段と、を備えることを特徴とする多関節型ロボット。

[2] 前記リンク機構は、前記多関節ロボットの基端側に位置する基台側リンク部と、前記アーム部側に位置するアーム部側リンク部と、が連結されており、

前記基台側リンク部と前記アーム部側リンク部との長さが略同一であって、前記基台側リンク部と前記アーム部側リンク部との回転角度比が 1： 2であることを特徴とする請求項 1記載の多関節型ロボット。

[3] 前記リンク機構は、前記多関節型ロボットの基端側に位置する基台側リンク部と、前記アーム部側に位置するアーム部側リンク部と、が連結されており、

前記基台側リンク部の長さは、前記アーム部側リンク部の長さよりも長く形成されているとともに、前記リンク機構の基台は、その中心位置が前記アーム部の基端側の移動軌跡上力ずれた状態で配置されていることを特徴とする請求項 1記載の多関節型ロボット。

[4] 前記リンク機構の基台は、その中心位置が前記アーム部の基端側の移動軌跡より前記カセット側に又は前記ワークを搬出搬入する目標位置の側にずれた状態で配置されていることを特徴とする請求項 3記載の多関節型ロボット。