CN1939675A - 机器人的机械手及使用该机械手的工件搬送机器人 - Google Patents

机器人的机械手及使用该机械手的工件搬送机器人 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在搬送在高温环境下进行处理的玻璃基板等工件时可高效且均匀地对机械手进行冷却、且与现有技术相比结构较轻的机械手及使用该机械手的工件搬送机器人。本发明的机器人的机械手包括：形成为具有与外部隔绝的中空部(11a)的形状、且用于承载工件的承载部(11)；将冷却介质导入承载部(11)一端侧的中空部(11a)的介质导入管(15)；以及从承载部(11)另一端侧的中空部(11a)排出冷却介质的介质排出口(17)。

Description

机器人的机械手及使用该机械手的工件搬送机器人
技术领域
本发明涉及一种在高温环境下处理玻璃基板和晶片等工件的机器人的机械手及使用该机械手的工件搬送机器人。
背景技术
一直以来，在液晶显示器、等离子显示器等平板显示器(FPD)和半导体的制造工序中，为了将作为它们的基材的平板状的玻璃和晶片等基板作为工件从某个工序向其他工序搬送，很多时候使用基板搬送机器人。另外，在该制造工序中，含有用高温的加热炉进行加工处理的工序。例如，在制造玻璃基板时，有时设置下述工序：从工序间搬送用箱盒中取出玻璃基板，在玻璃基板的表面涂布药液，然后搬入高温的加热炉中，在高温下使药液熔融，从而在玻璃基板的表面形成制膜。在该工序中，因为玻璃基板在高温加热炉内进行处理，故利用通常的玻璃基板搬送用机械手将在高温下完成制膜处理的玻璃基板连续地搬送到下一工序的处理装置。进行这种搬送时，机械手因搬送制膜后的玻璃基板而在加热炉内达到高温，若利用该机械手将后面需要加工的玻璃基板取出而涂布药液，则因机械手的热量可能会使涂布在玻璃基板上的药液产生不均，且由于进行连续搬送，故机械手高温化后机械手本身可能会在高温的加热炉内产生变形。
为了应对这种问题，提出了一种将循环有冷却介质的管体延接在机械手的周围，在高温环境下一边对机械手进行冷却一边搬送玻璃基板的机器人的机械手(参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利特开2002-346965号公报
但是，在专利文献1的机器人的机械手中，在冷却介质从管体的上游部向下游部循环的期间，冷却介质的温度上升，存在不能对下游部的机械手充分冷却而对上游部的机械手过度冷却的不良状况。另外，只是与循环有冷却介质的管体接触的部分被冷却，存在不能对机械手整体进行充分冷却的不良状况。
即，不仅在机械手的冷却介质上游部和下游部之间存在冷却不均的问题，而且在机械手的与管体接触的部分和其他部分之间也存在冷却不均的问题。另外，由于冷却不均，也存在机械手本身易于扭曲、变形的问题。
另外，在专利文献1的机器人的机械手中，在由实心材料切削加工形成的机械手的周围延设有由热导率高的金属等构成的管体，故致使机械手比较重，存在对机械手的运转性能和工作效率造成恶劣影响的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种在搬送在高温环境下进行处理的玻璃基板等工件时可高效且均匀地对机械手进行冷却、且与现有技术相比结构较轻的机器人的机械手及使用该机械手的工件搬送机器人。
为了达到上述目的，本发明的机器人的机械手，其特征在于，包括：形成为具有与外部隔绝的中空部的形状、且用于承载工件的承载部；将冷却介质导入所述承载部一端侧的所述中空部的介质导入管；以及从所述承载部另一端侧的所述中空部排出所述冷却介质的介质排出口。
采用本发明，通过介质导入管将冷却介质向与外部隔绝的承载部一端侧的中空部导入，且从设在中空部另一端侧的介质排出口将使用后的冷却介质排出，因此，冷却介质从承载部的中空部的一端侧向另一端侧流动，可对承载部从其内侧的中空部进行均匀且高效的冷却。
在本发明的机器人的机械手中，在从所述承载部前端到基端的所述中空部中最好设置有至少一个以上的所述介质导入管的介质喷出口。
采用本发明，由于在从承载部前端到基端的中空部中设置有一个以上的介质导入管的介质喷出口，因此，在中空部内分散地设置有多个因喷出使用前的冷的冷却介质而冷却效率高的介质喷出口的周边区域，从而可对中空部内进行均匀且高效的冷却，进而可对机械手的承载部进行均匀且高效的冷却。
另外，在本发明的机器人的机械手中，最好所述介质导入管设置有多个，各介质导入管的长度不同，且在各介质导入管的前端设置有所述介质喷出口。
采用本发明，因为从设于长度不同的多个介质导入管前端的介质喷出口高效地喷出冷却介质，所以可根据介质导入管的长度在中空部内分散地配置冷却效率高的介质喷出口的周边区域。因此，可对机械手的承载部进行高效且均匀的冷却。
在本发明的机器人的机械手中，最好作为所述冷却介质使用气体，在所述承载部的基端或其附近设置有所述介质排出口，且经由除尘过滤器将所述冷却介质向所述中空部的外部排出。
采用本发明，从承载部的基端部或其附近将使用后的冷却介质作为除尘后的清洁气体排出，因此，承载在靠近机械手前端侧的承载部上的工件不会被排出的使用后的冷却介质所污染。
在本发明的机器人的机械手中，所述介质排出口最好与将所述冷却介质向所述机器人的工作区域的外部排出的介质排出管连通地连接。
采用本发明，从介质排出口将使用后的冷却介质导入介质排出管，并排出到机器人的工作区域的外部，因此，在工作区域内搬送的工件不会被使用后的冷却介质所污染。
在本发明的机器人的机械手中，所述承载部最好由碳纤维与耐热性树脂的混合材料形成。此时，由于碳纤维的导热性良好，故可对承载部利用其中空部侧的冷却介质高效地进行冷却。
另外，在本发明的机器人的机械手中，最好在所述承载部的面向所述中空部的外部的表面上设置有铝层。此时，设置在承载部表面的铝层对来自外部的热量进行反射，可防止承载部变成高温，进一步提高中空部内的冷却介质的冷却效率。
在本发明的机器人的机械手中，所述承载部的厚度最好从基端向前端逐渐减薄。采用本发明，由于承载部的基端侧较厚而前端侧较薄，故可提高基端部的刚性，进而可防止承载部在承受较大工件载荷的基端侧挠曲。另外，可确保在基端侧配置多个介质导入管的中空部的空间。
本发明的工件搬送机器人，其特征在于，包括工件承载用机械手及压送装置，所述工件承载用机械手包括：形成为具有与外部隔绝的中空部的形状、且用于承载工件的承载部；将冷却介质导入所述承载部一端侧的所述中空部的介质导入管；以及从所述承载部另一端侧的所述中空部排出所述冷却介质的介质排出口，所述压送装置将所述冷却介质向所述介质导入管压送。
采用本发明，将冷却介质向介质导入管压送，通过该介质导入管将冷却介质向工件承载用机械手的与外部隔绝的中空部的一端侧导入，且从设在中空部另一端侧的介质排出口将使用后的冷却介质排出，从而从内部侧对机械手进行整体冷却，因而可对机械手高效且均匀地进行冷却。
在本发明的工件搬送机器人中，最好在所述介质导入管与所述压送装置之间设置有除尘过滤器。此时，尘埃不会进入到介质导入管和介质排出口等的冷却介质流路及工件承载用机械手的中空部中而残留堆积，可防止介质的流路堵塞、以及尘埃向机械手外排出。
采用本发明的机器人的机械手及使用该机械手的工件搬送机器人，在承载部上设置有：与高温下的外部隔绝的中空部、将冷却介质导入承载部一端侧的中空部的介质导入管、以及从承载部另一端侧的中空部排出所述冷却介质的介质排出口，将冷却介质向一端侧的中空部导入，且从中空部的另一端侧将冷却介质排出，因此，冷却介质从承载部的中空部的一端侧向另一端侧流动，可对承载部从其内侧的中空部进行均匀的冷却。
另外，在本发明的机器人的机械手中，由于在从承载部前端到基端的中空部内设置有至少一个以上的介质导入管的介质喷出口，因此，在中空部内分散地设置有多个冷却效率高的介质喷出口的周边区域，从而可对承载部的中空部内进行均匀且高效的冷却，进而可对承载部进行均匀且高效的冷却。而且，由于进行均匀的冷却，故可防止机械手本身的扭曲和变形。
这样，采用本发明，通过与现有技术相比轻且简单的构成即可实现在搬送在高温环境下进行处理的工件时可均匀且高效地对整个机械手进行冷却的机器人的机械手及使用该机械手的工件搬送机器人。
附图说明
图1表示本发明实施例的工件搬送机器人的概略结构，(A)是俯视图，(B)是侧向剖视图。
图2是本发明实施例的机械手的俯视剖视图。
图3中，(A)是本发明实施例的承载部的俯视剖视图(局部剖视图)，(B)是侧向剖视图。
图4是本发明另一实施例的机械手的主要部分放大图。
符号说明
1工件搬送机器人            2基座                3、4、5关节部
6第一机臂                  7第二机臂            8压缩机
9空气过滤器                10机械手             11承载部
11a中空部                  12连接部             12a连接部中空部
13介质压送管               14介质排出管
15a、15b、15c、15d  介质导入管
16a、16b、16c、16d  介质喷出口
17介质排出口               18吸附衬垫           19传感器
20吸附衬垫用配管           21排气过滤器
W工件(玻璃基板)
具体实施方式
下面参照附图对用于实施本发明的较佳形态进行说明。
图1表示本发明实施例的工件搬送机器人的概略结构，图1(A)是俯视图，图1(B)是侧向剖视图。该工件搬送机器人1包括：用于使工件相对高温环境的加热炉搬入及搬出的搬送***、以及用于对机械手进行冷却的机械手冷却***。另外，本实施例的工件搬送机器人1在要求一定清洁度的平板显示器(FPD)的制造工序中使用，用于搬送作为工件的玻璃基板W。
(搬送***的概略结构)
首先对搬送***进行说明。工件搬送机器人1(以下仅称为“机器人1”)包括：能以基座2上的关节部3为中心旋转的第一机臂6；可旋转地连接在该第一机臂6前端侧的关节部4上的第二机臂7；以及可旋转地连接在第二机臂7前端部的关节部5上的机械手10。
各关节部3～5内置有皮带轮，且关节部3、4间和关节部4、5间分别用同步皮带连接，设置成使机械手10始终朝向一定方向在直线上移动。并且，机械手10可相对未图示的加热炉进入及退出，在加热炉与未图示的箱盒之间承载着玻璃基板W进行搬送。
如后面所述，机械手10由碳纤维与耐热性树脂的混合材料形成，具有用于对以下详述的机械手进行冷却的机械手冷却机构。另一方面，基座2、第一机臂6及第二机臂7在与加热炉相邻的工作区域内进行动作。这些配置在工作区域内的构成不需要进行特殊的耐热加工，由在常温下使用的铝合金等材料形成。
在本实施例中，机器人1形成为由上述进行搬送动作的搬送***构成的水平多关节型机器人，但本发明并不限定为适用这种水平多关节型机器人，可广泛适用于在高温环境下搬送工件的机器人的机械手。另外，作为工件并不限定为玻璃基板，也可作为工件搬送半导体的晶片等。
(机械手冷却***的概略结构)
机器人1的冷却***是一系列的冷却介质的路径，具有：从工作区域的外侧压送冷却介质的装置、机械手10内的冷却机构、以及将使用后的冷却介质排出的排出装置。另外，图中的箭头表示冷却介质的流动方向，图1B中的箭头X表示大气吸气方向(冷却介质的压送方向)，箭头Y表示使用后的冷却介质的排出方向。另外，对于机械手10内的冷却机构将会在后面叙述。
机器人1作为冷却介质使用常温下的大气，作为压送冷却介质的压送装置具有压送空气的压缩机8，在压缩机8的机械手10侧设置有空气过滤器9。
空气过滤器9用于从压缩机8压送来的空气中除去尘埃和水分，得到清洁且干燥的空气。并且，压缩机8及空气过滤器9连接在介质压送管13上。
介质压送管13导入机器人1内部，用于向机械手10压送作为冷却介质的清洁且干燥的空气。介质压送管13以不与搬送***的驱动干涉的形态从基座2经由第一机臂6、第二机臂7及关节部3～5连接在机械手10的承载部11上。在本实施例中，介质压送管13经由设于关节部3～5的未图示的皮带轮中央的空孔地进行配置以避免与同步皮带的干涉。
本实施例的机器人1为了保持平板显示器(FPD)的制造工序所要求的清洁度，以与介质压送管13相同的不与搬送***干涉的形态设置有介质排出管14，以将对机械手10进行冷却后的使用后的冷却介质排出到工作区域外侧。另外，在介质排出管14的终端安装有过滤器14a时，也可将作为使用后的冷却介质的空气向工作区域内排气。此时，因为可在工作区域的远离工件搬送区域的区域设置排气部，故不会使清洁环境恶化。
在本实施例中，作为冷却介质及压送冷却介质的装置使用压缩空气(大气)及对其进行压缩的压缩机8，但也可代替这种情况，将各种气体或水等液体作为冷却介质进行压送。例如，若使用高压贮罐内的压缩氮，则氮气化时被冷却，因此可得到良好的冷却介质。此时的氮较清洁，故也可省去空气过滤器9。
另外，若从工厂用的压缩空气供给***引入压缩空气，则机器人1不需设置独立的压缩机8，因此可更加经济化。另外，也可将机械手冷却***形成为闭合体系，将介质压送管13和介质排出管14通过冷却机连接。另外，介质压送管13根据需要也可用绝热材料包覆。
(冷却机械手的构成)
下面参照图2及图3对本实施例的机械手10及其冷却机构进行说明。图2是本实施例的机械手的俯视剖视图。图3(A)是本实施例的机械手的承载部的俯视局部剖视图，图3(B)是侧向剖视图。另外，在图3(A)、图3(B)中，箭头X表示冷却介质的压送方向，箭头Y表示使用后的冷却介质的排出方向。
机械手10将作为工件的玻璃基板W承载在承载部11上，用于将玻璃基板W相对加热炉搬入及搬出。机械手10由承载工件的四个承载部11和连接部12构成，承载部11由连接部12一体地连接、支撑。另外，在连接部12的大致中央部设置有关节部5，该关节部5将机械手10相对第二机臂7可旋转地予以支撑。另外，在本实施例中，承载玻璃基板W的承载部11设置有四个，但可根据所搬送的玻璃基板W的尺寸设置两个以上的适当数量。
承载部11由碳纤维与耐热性树脂的混合材料形成为内部中空的长尺形状，其内部的中空部11a形成为与外部环境隔绝的密闭状态。在该承载部11内侧的中空部11a中设置有导入来自介质压送管13的冷却介质的介质导入管15。介质导入管15的前端具有介质喷出口16。另外，在承载部11的基端设置有从中空部11a将使用后的冷却介质排出的介质排出口17。
如图2所示，介质导入管15作为长度不同的介质导入管15a、15b、15c、15d在各承载部11中各设置四根。介质导入管15a、15b、15c、15d在承载部11的基端与介质压送管13连接，从介质压送管13分支。另外，在介质导入管15a、15b、15c、15d的前端设置有介质喷出口16a、16b、16c、16d。
由于介质导入管15a、15b、15c、15d的长度不同，故介质喷出口16a、16b、16c、16d在中空部11a内大致等间隔地配置。这样，由于介质喷出口等间隔地配置，故可在中空部11a内均匀且高效地进行冷却，进而可将承载部11从中空部11a侧均匀且高效地冷却。
在本实施例中，通过使介质导入管15分支且使其长度不同，而将介质喷出口16大致等间隔地配置，但也可将介质导入管15不从介质压送管13分支而形成为一根，且从其基端到前端之间等间隔地设置多个介质喷出口16。这样，若将介质喷出口16等间隔地配置多个，则同样可得到均匀且高效的冷却效果。
而且，内部具有这种冷却机构的承载部11由导热性能良好的碳纤维与耐热性树脂的混合材料形成，故可对承载部利用导入其中空部11a内的冷却介质进行有效的冷却。
在承载部11的面向外部的表面上设置有铝层(未图示)。设置在承载部表面的铝层对从外部照射的热量进行反射，可提高承载部11的耐热性，防止承载部变成高温，可进一步提高导入到中空部11a内的冷却介质的冷却效率。另外，在将铝层形成在承载部上时，可采用真空蒸镀或贴箔等适当方法形成。
承载部11形成为厚度从基端向前端逐渐减薄的锥形，其宽度方向的截面大致形成为长方形，承载玻璃基板W的上表面11b形成为平板状。因此，由于承载部11的基端厚而前端薄，故可提高基端部分的刚性。由此，在力矩最大的基端部分可确保足够的刚性。另外，前端侧比基端侧轻，故承载部的重心靠近基端侧，且可实现承载部整体的轻量化。由于这些原因，机器人1的共振频率提高，故可提高动作速度。
由于承载部11的基端厚而前端薄，故即使前端侧因工件的重量而向下方挠曲，也可防止其与下面的承载部11或工件等干涉。另外，承载玻璃基板W的上表面11b形成为平板状，故可稳定地保持玻璃基板W。
另外，可以在较厚的承载部11的基端侧沿厚度方向重叠配置多个介质导入管15。此时，因为可以增设介质导入管15，故可得到更加良好的冷却效率。
连接部12用于连接、保持四个承载部11的基端，与承载部11相同由碳纤维与耐热性树脂的混合材料形成，形成为与承载部11独立的密闭结构的箱形。连接部12的内部形成有中空部12a，与承载部11连接的介质压送管13、介质排出管14、以及后述的吸附衬垫用配管20和传感器19的配线等通过该中空部12a。另外，输送使用前的冷却介质的介质压送管13和介质排出管14以不接触的形态分开配置，介质压送管13根据需要可用绝热材料包覆。
连接部12的中央部通过关节部5与第二机臂7连接。关节部5形成为密封结构，使介质压送管13、介质排出管14、以及后述的吸附衬垫用配管20和传感器19的配线通过，且使第二机臂7侧与连接部中空部12a不连通。因此，高温空气不会从机械手10侧经由第二机臂7向工件搬送机器人本体内部传送。
在承载部11的上表面11b设置有用于吸附保持工件的吸附衬垫18、以及扫描确认玻璃基板W相对机械手10的位置的传感器19。
在工件承载在承载部11上时，吸附衬垫18对工件进行吸附并予以稳定地保持。吸附衬垫用配管20从承载部11的内侧与吸附衬垫18连接。吸附衬垫用配管20从承载部11经由连接部12导入机器人1的内部，并与未图示的吸附驱动源连接。
在玻璃基板W承载在承载部11上时，为了使机械手10与工件正对，传感器19对工件进行扫描以确认工件和机械手10的相对位置。传感器19的配线(未图示)与吸附衬垫用配管20相同，从承载部11经由连接部12导入机器人1的内部，并与未图示的机器人的动作控制部连接。
(机械手冷却动作)
下面对如此构成的工件搬送机器人的机械手的冷却动作进行说明。
首先，从工作区域外的压缩机8及空气过滤器9向介质压送管13压送作为冷却介质的清洁且干燥的空气。干燥空气经由机器人1内的介质压送管13在机械手10的连接部12向各承载部11分流、压送。并且，在承载部11的基端附近向介质导入管15a～15d分流，向承载部11的中空部11a压送。
如图2所示，压送到介质导入管15a～15d的干燥空气从各介质喷出口16a～16d向中空部11a喷出。在此，如图中的箭头A所示，从介质喷出口16a喷出的干燥空气对承载部11的前端附近进行冷却，并流向承载部11的基端。另外，从介质喷出口16b喷出的干燥空气(图中的箭头B)对该介质喷出口的周边区域进行冷却，并流向承载部11的基端。同样地，分别从介质喷出口16c、16d喷出的干燥空气(图中的箭头C、D)对各自介质喷出口的周边区域进行冷却，并导向承载部11基端的介质排出口17。如此使用后的干燥空气(图中的箭头E)经由介质排出管14向工作区域外排出。
这样，干燥空气由压缩机8连续地压送，且在对各介质喷出口16a～16d的周边区域进行冷却后从介质排出口17排出，从而形成冷却介质的循环。该冷却介质的循环形成为在中空部11a内始终从承载部11的前端侧向基端侧流动。
在本发明中，由于上述的从承载部11的前端侧向基端侧流动的冷却介质的循环，承载部11的中空部11a被冷却，因此，可将承载部11整体从中空部11a侧进行高效冷却。另外，分别对分散配置的介质喷出口16a～16d的附近区域进行冷却，从而可对承载部11从前端到基端均匀冷却。
另外，这种干燥空气(冷却介质)的循环量可通过适当控制压缩机8(压送装置)的压力来进行调节，从而可适当调节冷却能力。因此，也可在承载部11上设置温度传感器，针对承载部11的温度来控制冷却能力。
(其他实施例)
下面对本发明的另一实施例进行说明。图4是该另一实施例的机械手的主要部分放大图。另外，对于与上述实施例相同的构成标记同一符号，省略其说明。
本实施例与上述实施例的不同之处在于：代替介质排出管14及其前端的过滤器14a，从设于连接部12的排气过滤器21直接将使用后的干燥空气E排出。
在本实施例中，在连接部12的与安装承载部11的一侧相反的一侧设置有用于除去尘埃的排气过滤器21。另外，承载部11的介质排出口17由与连接部中空部12a连通的短管形成。如图中的箭头F所示，该介质排出口17的管子设置成将使用后的干燥空气向排气过滤器21侧排出。另外，介质排出口17也可是单纯的孔。
由于压送干燥空气、且连接部12的关节部5是密封结构，故利用上述构成从承载部11排出的干燥空气F沿连接部12的长度方向流向排气过滤器21，如图中的箭头G所示，并从排气过滤器21向与承载部11相反的方向排出。
在本实施例中，在承载部11的中空部11a中也可得到良好的冷却效果。而且，可利用从介质排出口17排出的空气(图中的箭头F)对连接部12进行冷却。因此，整个机械手10可得到更好的冷却效果。
另外，不需要将介质排出管14从关节部5导入机器人1的本体内，可使复杂的配管简化。在本实施例中，由于冷却介质的排气G从排气过滤器21向与承载部11上承载的工件W相反的方向排出，故工件不会受到污染。

Claims (10)

1、一种机器人的机械手，其特征在于，包括：
形成为具有与外部隔绝的中空部的形状、且用于承载工件的承载部；
将冷却介质导入所述承载部一端侧的所述中空部的介质导入管；以及
从所述承载部另一端侧的所述中空部排出所述冷却介质的介质排出口。
2、如权利要求1所述的机器人的机械手，其特征在于，在从所述承载部前端到基端的所述中空部内设置有至少一个以上的所述介质导入管的介质喷出口。
3、如权利要求2所述的机器人的机械手，其特征在于，所述介质导入管设置有多个，各介质导入管的长度不同，且在各介质导入管的前端设置有所述介质喷出口。
4、如权利要求1所述的机器人的机械手，其特征在于，作为所述冷却介质使用气体，在所述承载部的基端或其附近设置有所述介质排出口，且经由除尘过滤器将所述冷却介质向所述中空部的外部排出。
5、如权利要求1所述的机器人的机械手，其特征在于，所述介质排出口与将所述冷却介质向所述机器人的工作区域的外部排出的介质排出管连通地连接。
6、如权利要求1至5中任一项所述的机器人的机械手，其特征在于，所述承载部由碳纤维与耐热性树脂的混合材料形成。
7、如权利要求6所述的机器人的机械手，其特征在于，在所述承载部的面向所述中空部的外部的表面上设置有铝层。
8、如权利要求6所述的机器人的机械手，其特征在于，所述承载部的厚度从基端向前端逐渐减薄。
9、一种工件搬送机器人，其特征在于，包括工件承载用机械手及压送装置，
所述工件承载用机械手包括：形成为具有与外部隔绝的中空部的形状、且用于承载工件的承载部；将冷却介质导入所述承载部一端侧的所述中空部的介质导入管；以及从所述承载部另一端侧的所述中空部排出所述冷却介质的介质排出口，
所述压送装置将所述冷却介质向所述介质导入管压送。
10、如权利要求9所述的工件搬送机器人，其特征在于，在所述介质导入管与所述压送装置之间设置有除尘过滤器。
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