CN111470308B - 一种夹持机械手及自动搬运装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及搬运设备技术领域，尤其涉及一种夹持机械手及自动搬运装置。该夹持机械手包括抓手、识别定位组件和尺寸切换组件，识别定位组件用于识别片盒的尺寸及定位片盒的位置；抓手用于抓取片盒,抓手具有用于抓取第一尺寸片盒的第一抓取结构和用于抓取第二尺寸片盒的第二抓取结构；尺寸切换组件用于根据片盒的尺寸调整抓手的开合度。通过在抓手上设置第一抓取结构和第二抓取结构，实现了不同尺寸片盒的抓取，结合识别定位组件和尺寸切换组件，实现抓手不同尺寸间的自动切换，无需人工干预，提高夹持机械手的兼容性，提高设备产率，降低设备数量需求，从而降低成本。自动搬运装置的搬运过程不需人工干预，提高搬运效率，实现一机多用，降低成本。

Description

一种夹持机械手及自动搬运装置

技术领域

本发明涉及搬运设备技术领域，尤其涉及一种夹持机械手及自动搬运装置。

背景技术

在电子半导体领域，晶圆是集成电路制造的基本材料，所有集成电路的设计和制造，都是以晶圆为载体。晶圆厚度一般不足1mm，重量轻，脆性大，表面洁净度要求高，因此，晶圆通常放置在晶圆片盒内完成搬移与运输工作。

目前，针对12寸片盒和8寸片盒的取放搬运均有独立的成熟产品，但是半导体厂房内会有多种尺寸规格片盒，包括8寸片盒和12寸片盒等，在实际生产中，需要分别使用与片盒规格相匹配的搬运设备完成不同规格片盒的取放与搬运，当需要搬运不同规格的片盒时还需人工手动调整，增加成本的同时也降低了产率。

因此，亟需提供一种夹持机械手及自动搬运装置，以克服现有技术中存在的不能兼容不同尺寸的片盒的自动抓取及自动搬运的技术问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种夹持机械手，该夹持机械手能够自动调整夹持开合度，以兼容不同尺寸片盒的抓取。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种夹持机械手，其特征在于，包括：

识别定位组件，用于识别片盒的尺寸及定位所述片盒的位置；

抓手，用于抓取所述片盒,所述抓手具有用于抓取第一尺寸片盒的第一抓取结构和用于抓取第二尺寸片盒的第二抓取结构；

尺寸切换组件，用于根据所述片盒的尺寸调整所述抓手的开合度。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，还包括片盒夹持检测组件，所述片盒夹持检测组件包括设置于所述抓手上的第一传感器以及第二传感器和/或第三传感器，所述第一传感器用于所述第一尺寸片盒抓取时的到位检测，所述第二传感器用于所述第二尺寸片盒水平抓取时的到位检测，所述第三传感器用于所述第二尺寸片盒竖直抓取时的到位检测。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，所述第一抓取结构包括设置在所述抓手内侧的第一夹持槽，用于夹持所述第一尺寸片盒的顶部法兰。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，所述第一抓取结构还包括设置在所述第一夹持槽中的定位块，所述定位块与所述顶部法兰上的V型槽对位适配，用于对所述第一尺寸片盒进行前后定位。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，所述第二抓取结构包括设置在所述抓手内侧的定位凸台和第二夹持槽。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，所述第二尺寸片盒上设置有限位槽，竖直抓取所述第二尺寸片盒时所述定位凸台与所述限位槽相卡接。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，所述定位凸台上设置有防滑块。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，所述第二尺寸片盒上设置有检测凸块，所述检测凸块用于触发所述第三传感器。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，所述第二尺寸片盒上设置有第一定位边和第二定位边，在水平抓取所述第二尺寸片盒时所述第一定位边卡接于所述第二夹持槽中，并能触发所述第二传感器，所述第二定位边的下表面紧贴于所述抓手的上表面。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，所述尺寸切换组件包括驱动装置和滑动组件，所述滑动组件与所述抓手连接，所述驱动装置驱动所述滑动组件滑动。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，所述识别定位组件为视觉定位组件，所述视觉定位组件能够采集所述片盒的图像并获取其位置信息。

作为上述夹持机械手的优选技术方案，还包括声呐传感器，所述声呐传感器用于检测所述片盒是否存在。

本发明的另一个目的在于提供一种自动搬运装置，能实现不同尺寸片盒的搬运，且搬运过程不需人工干预，提高了搬运效率，节约了成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种自动搬运装置，包括支架、安装在所述支架上的密封腔体、安装在所述密封腔体上的机械臂及安装在所述机械臂末端的以上所述的夹持机械手。

作为上述自动搬运装置的优选技术方案，所述密封腔体为两个，两个所述密封腔体关于所述支架中心呈对称分布。

作为上述自动搬运装置的优选技术方案，所述机械臂为360°自由机械臂。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：

本发明提供的夹持机械手，通过在抓手上设置第一抓取结构和第二抓取结构，实现了不同尺寸片盒的抓取，结合识别定位组件和尺寸切换组件，实现抓手不同尺寸间的自动切换，无需人工干预，提高夹持机械手的兼容性，显著提高设备产率，降低设备数量需求，节省空间，从而降低成本。

本发明提供的自动搬运装置，搬运过程不需人工干预，显著提高了搬运效率，实现一机多用，降低了成本。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的自动搬运装置的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的夹持机械手的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的夹持机械手的局部结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的第一尺寸片盒的俯视图；

图5是本发明具体实施方式提供的第二尺寸片盒水平放置时的结构示意图；

图6是本发明具体实施方式提供的第二尺寸片盒水平放置时的另一角度的结构示意图；

图7是本发明具体实施方式提供的第二尺寸片盒竖直放置时的结构示意图；

图8是本发明具体实施方式提供的第二尺寸片盒竖直放置时的另一角度的结构示意图；

图9是本发明具体实施方式提供的夹持机械手抓取第一尺寸片盒时的结构示意图；

图10是本发明具体实施方式提供的夹持机械手竖直抓取第二尺寸片盒时的结构示意图；

图11是本发明具体实施方式提供的夹持机械手水平抓取第二尺寸片盒时的结构示意图。

图中：

1-抓手；11-第一夹持槽；12-定位块；13-定位凸台；14-第二夹持槽；15-防滑块；16-防滑条；17-第一传感器；18-第二传感器；19-第三传感器；

2-识别定位组件；3-执行器；4-驱动装置；5-转接板；6-U形板；7-导轨；8-滑臂；9-L形板；10-声呐传感器；

100-第一尺寸片盒；101-顶部法兰；102-V型槽；

200-第二尺寸片盒；201-限位槽；202-检测凸块；203-第一定位边；204-第二定位边；

300-支架；400-密封腔体；500-机械臂；600-夹持机械手。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

本实施方式提供了一种自动搬运装置，能实现不同尺寸片盒的自动搬运，搬运过程不需人工干预，提高了搬运效率，且整体布局结构紧凑，小空间实现多功能，一机多用，降低成本。

如图1所示，本实施方式提供的自动搬运装置，包括支架300、安装在支架300上的密封腔体400、安装在密封腔体400上的机械臂500及安装在机械臂500末端的夹持机械手600。其中，支架300的底部设置有滚轮，方便自动搬运装置的移动。密封腔体400用于实现片盒的密封，防止片盒在运输过程中对硅片产生污染。本实施方式中的密封腔体400可以为两个，两个密封腔体400关于支架300中心呈对称分布，提高片盒的运输量及运输稳定性。机械臂500为360°自由机械臂，即机械臂500能在空间自由实现360°的旋转运动，提高抓取灵活性。夹持机械手600设置在机械臂500的末端，用于片盒的夹持抓取。具体而言，如图2所示，机械臂500的末端设置有执行器3，夹持机械手600通过该执行器3与机械臂500连接。

如图2和图3所示，本实施方式提供的夹持机械手600包括抓手1、识别定位组件2和尺寸切换组件。其中，识别定位组件2设置于抓手1靠近执行器3的一端，用于识别片盒的尺寸及定位片盒的位置。抓手1为夹持机械手600的工作端，抓手1用于抓取片盒，抓手1具有用于抓取第一尺寸片盒100的第一抓取结构和用于抓取第二尺寸片盒200的第二抓取结构。尺寸切换组件与抓手1相连接，尺寸切换组件能够根据片盒的尺寸调整抓手1的开合度，以适应不同尺寸的片盒。

尺寸切换组件包括驱动装置4和滑动组件，驱动装置4通过与执行器3固定连接的转接板5与U形板6固定连接，滑动组件与抓手1连接，驱动装置4驱动滑动组件滑动，实现抓手1的开合运动。具体地，滑动组件包括导轨7和滑臂8，导轨7设置在驱动装置4的外壳上，滑臂8与导轨7滑动连接，抓手1与滑臂8连接，抓手1在驱动装置4的驱动作用下沿导轨7直线运动实现开合动作，完成对片盒的夹持。抓手1与滑臂8可以一体成型，也可以分体连接，本实施方式不做具体限制。可以理解的是，本实施方式中所说的抓手1指的是包含有相对设置的两个侧臂的整体。

识别定位组件2安装在U形板6的下方，本实施方式中优选为视觉定位组件，视觉定位组件能够采集片盒的图像并获取其位置信息。

本实施方式提供的夹持机械手600还包括声呐传感器10，U形板6上固定连接有L形板9，声呐传感器10安装在L形板9上，用于对抓取工位是否有片盒进行检测。当需要搬运片盒时，先通过声呐传感器10检测片盒是否存在，若存在，则识别定位组件2开始工作，判断片盒的尺寸及位置，并将检测信号发送至控制器，控制器通过驱动装置4调整抓手1的开合度，实现对相应尺寸片盒的抓取。驱动装置4内部还可以设置力传感器进行力反馈，用于判断片盒是否夹紧。

在本实施方式中，以8寸片盒和12寸片盒为例进行说明，即第一尺寸片盒100指的是12寸片盒，参见图4，第二尺寸片盒200指的是8寸片盒，参见图5-图8。可以理解的是，片盒尺寸并不局限于上述两种，本实施方式提供的自动搬运装置还可以适用于车间中其他规格尺寸的片盒，此处不再一一列举。

本实施方式提供的夹持机械手600还包括片盒夹持检测组件，用于检测判断片盒是否夹持到位。片盒夹持检测组件包括设置于抓手1上的第一传感器17以及第二传感器18和/或第三传感器19，第一传感器17用于第一尺寸片盒100是否抓取到位的检测，第二传感器18用于第二尺寸片盒200水平抓取时的到位检测，第三传感器19用于第二尺寸片盒200竖直抓取时的到位检测。第二传感器18和第三传感器19的设置与否由实际的抓取方式决定。通过设置片盒夹持检测组件，对片盒的夹持状态进行检测，消除片盒因未夹牢而掉落的风险，从而提高夹持机械手600的夹持可靠性。

针对第一尺寸片盒100(12寸片盒)的抓取，结合图3和图4所示，抓手1上的第一抓取结构包括设置在抓手1内侧的第一夹持槽11，第一夹持槽11与第一尺寸片盒100的顶部法兰101相适配，抓手1通过第一夹持槽11夹持第一尺寸片盒100的顶部法兰101，从而实现对第一尺寸片盒100的抓取。

更进一步地，第一抓取结构还包括设置在第一夹持槽11中的定位块12，定位块12与第一尺寸片盒100顶部法兰101上的V型槽102对位适配，用于对第一尺寸片盒100进行前后定位，防止片盒在搬运过程中因外界干扰导致晃动。抓手1上在第一夹持槽11处还设置有上述第一传感器17，用于第一尺寸片盒100的在位检测。

针对第二尺寸片盒200(8寸片盒)的抓取，8寸片盒在机台和货架两个工位的放置方向不同。具体为，在机台侧，如图5和图6所示，第二尺寸片盒200水平放置，即硅片水平布置；在货架侧，如图7和图8所示，第二尺寸片盒200竖直放置，即硅片竖直布置。因此夹持机械手600需要能够实现两种工况下第二尺寸片盒200的抓取动作。

继续参见图3所示，抓手1上的第二抓取结构包括设置在抓手1内侧的定位凸台13和第二夹持槽14，定位凸台13为竖直抓取第二尺寸片盒200时对片盒定位，第二夹持槽14为水平抓取第二尺寸片盒200时对片盒定位。

具体而言，如图6和图8所示，第二尺寸片盒200上设置有第一定位边203和第二定位边204，在水平抓取第二尺寸片盒200时，第一定位边203卡接于第二夹持槽14中，且第二夹持槽14中设置有上述第二传感器18。第二传感器18用于对第一定位边203进行检测，若第一定位边203卡入到位，则第一定位边203触发第二传感器18，表示抓取到位。抓手1水平抓取第二尺寸片盒200时，第二定位边204的下表面紧贴于抓手1的上表面，用于抓取定位。

具体而言，第二尺寸片盒200上设置有限位槽201，限位槽201位于第二定位边204一侧，在竖直抓取第二尺寸片盒200时，抓手1上的定位凸台13与限位槽201相卡接。更优地，定位凸台13上设置有防滑块15，示例性的可以为塑料挡块。塑料挡块可以增大片盒与抓手1之间的摩擦力，同时对片盒起到一定的保护作用。塑料挡块与第二尺寸片盒200上的限位槽201相匹配，实现第二尺寸片盒200的定位。

第二尺寸片盒200上还设置有检测凸块202，用于触发抓手1末端安装的第三传感器19。

本实施方式中的第一传感器17、第二传感器18和第三传感器19可以为光电传感器、在位传感器或其他可以检测物体是否存在的传感器。

为提高夹持机械手600的抓取可靠性，抓手内侧还可以设置防滑条16，其材质可以是橡胶、塑料等，以提高夹持片盒时的摩擦力，从而提高抓取搬运时的可靠稳定性。

下面分别对第一尺寸片盒100和第二尺寸片盒200的抓取过程进行说明。

如图9所示，夹持机械手600抓取第一尺寸片盒100的过程如下：

抓手1在驱动装置4的驱动下，左右两侧的侧臂同时打开预设距离，然后抓手1伸入第一尺寸片盒100的顶部法兰101处，抓手1减小开合度，使法兰的两侧完全***抓手1的第一夹持槽11内部，且定位块12位于法兰的V型槽102内，对第一尺寸片盒100进行前后定位，然后抬起抓手1，抓手1继续减小开合度，直至抓手1两侧的第一传感器17触发，表明抓取到位，即抓手1将第一尺寸片盒100夹紧，完成第一尺寸片盒100的抓取动作。

如图10所示，夹持机械手600抓取竖直放置的第二尺寸片盒200的过程如下：

抓手1在驱动装置4的驱动下，左右两侧的侧臂同时打开至最大距离，然后抓手1伸入第二尺寸片盒200两侧，通过抓手1上的与定位凸台13连接的防滑块15对第二尺寸片盒200的限位槽201进行前后定位，然后抓手1将第二尺寸片盒200抬起，此时第二尺寸片盒200的检测凸块202触发抓手1上的第三传感器19，表明抓取到位，即抓手1将第二尺寸片盒200夹紧，完成第二尺寸片盒200竖直放置状态的抓取动作。

如图11所示，夹持机械手600抓取水平放置的第二尺寸片盒200的过程如下：

抓手1在驱动装置4的驱动下，左右两侧的侧臂同时打开设定距离，然后抓手1伸入第二尺寸片盒200两侧，此时抓手1抬高，使第二尺寸片盒200的第二定位边204贴紧抓手1的上表面，抓手1末端的第二夹持槽14对第二尺寸片盒200的第一定位边203进行定位，此时位于抓手1末端的第二传感器18被触发，表明抓取到位，即抓手1将第二尺寸片盒200夹紧，完成第二尺寸片盒200水平放置状态的抓取动作。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种夹持机械手，其特征在于，包括：

识别定位组件(2)，用于识别片盒的尺寸及定位所述片盒的位置；

抓手(1)，用于抓取所述片盒，所述抓手(1)具有用于抓取第一尺寸片盒(100)的第一抓取结构和用于抓取第二尺寸片盒(200)的第二抓取结构；所述第一抓取结构包括设置在所述抓手(1)内侧的第一夹持槽(11)；所述第二抓取结构包括设置在所述抓手(1)内侧的定位凸台(13)和第二夹持槽(14)；

尺寸切换组件，用于根据所述片盒的尺寸调整所述抓手(1)的开合度；

片盒夹持检测组件，所述片盒夹持检测组件包括设置于所述抓手(1)上的第一传感器(17)以及第二传感器(18)和第三传感器(19)，所述第一传感器(17)用于所述第一尺寸片盒(100)抓取时的到位检测，所述第二传感器(18)用于所述第二尺寸片盒(200)水平抓取时的到位检测，所述第三传感器(19)用于所述第二尺寸片盒(200)竖直抓取时的到位检测。

2.根据权利要求1所述的夹持机械手，其特征在于，所述第一抓取结构还包括设置在所述第一夹持槽(11)中的定位块(12)，所述定位块(12)与所述第一尺寸片盒(100)的顶部法兰(101)上的V型槽(102)对位适配，用于对所述第一尺寸片盒(100)进行前后定位。

3.根据权利要求1所述的夹持机械手，其特征在于，所述第二尺寸片盒(200)上设置有限位槽(201)，竖直抓取所述第二尺寸片盒(200)时所述定位凸台(13)与所述限位槽(201)相卡接。

4.根据权利要求1所述的夹持机械手，其特征在于，所述定位凸台(13)上设置有防滑块(15)。

5.根据权利要求4所述的夹持机械手，其特征在于，所述第二尺寸片盒(200)上设置有检测凸块(202)，所述检测凸块(202)用于触发所述第三传感器(19)。

6.根据权利要求1所述的夹持机械手，其特征在于，所述第二尺寸片盒(200)上设置有第一定位边(203)和第二定位边(204)，在水平抓取所述第二尺寸片盒(200)时所述第一定位边(203)卡接于所述第二夹持槽(14)中，并能触发所述第二传感器(18)，所述第二定位边(204)的下表面紧贴于所述抓手(1)的上表面。

7.根据权利要求1所述的夹持机械手，其特征在于，所述尺寸切换组件包括驱动装置(4)和滑动组件，所述滑动组件与所述抓手(1)连接，所述驱动装置(4)驱动所述滑动组件滑动。

8.根据权利要求1所述的夹持机械手，其特征在于，所述识别定位组件(2)为视觉定位组件，所述视觉定位组件能够采集所述片盒的图像并获取其位置信息。

9.根据权利要求1所述的夹持机械手，其特征在于，还包括声呐传感器(10)，所述声呐传感器(10)用于检测所述片盒是否存在。

10.一种自动搬运装置，其特征在于，包括支架(300)、安装在所述支架(300)上的密封腔体(400)、安装在所述密封腔体(400)上的机械臂(500)及安装在所述机械臂(500)末端的如权利要求1-9任一项所述的夹持机械手(600)。

11.根据权利要求10所述的自动搬运装置，其特征在于，所述密封腔体(400)为两个，两个所述密封腔体(400)关于所述支架(300)中心呈对称分布。

12.根据权利要求10所述的自动搬运装置，其特征在于，所述机械臂(500)为360°自由机械臂。

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