JP4545996B2 - ロボットハンドの駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットハンドの駆動装置、詳しくは、半導体ウエハ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ用ガラス基板等薄型基板を保持して移動可能なロボットハンドの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スカラロボットなど、薄型基板を保持して移動可能なハンドを有するロボットにおいて、図１８に示すような、ハンド６をハンド長手方向と一致する水平軸３１回りに回転させる垂直回転機構部３２を備えたタイプのロボットが知られている。
【０００３】
そして、従来の垂直回転機構部３２を備えたロボットは、図１８に示すようにアーム４、５を前方へ伸ばした状態でハンド６を上下反転させたり、あるいは、図１９に示すようにハンド６を第１アーム５から十分に離れた高い位置に設定することによって、ハンド６を上下反転させる際に薄型基板８がアーム４、５と干渉しないような対策が講じられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の場合、フットプリント（ロボットの公称旋回範囲）が拡大するという問題があり、また、後者の場合、基板パスラインが上昇するという問題があった。また、両者共、ダブルアーム式のロボットへの適用が困難であった。
【０００５】
本発明は上記のような従来のロボットの問題点を解決し、フットプリントの縮小化を図るとともに基板パスラインの上昇を防止し、さらにダブルアーム式ロボットに対しても容易に適用可能にすることを目的とする。
【０００６】
【課題解決するための手段】
本発明によるロボットハンドの駆動装置は、薄型基板を保持して移動可能なロボットハンドの駆動装置であって、
ハンド長手方向と直交する水平軸回りに前記ロボットハンドを回転させる垂直回転機構部と、垂直軸回りに前記ロボットハンドを回転させる水平回転機構部とを備え、
前記薄型基板を保持しているロボットハンドを前記垂直回転機構部によって回転させる間、前記薄型基板の中心位置をハンド長手方向において定位置に維持するよう前記ロボットハンドのハンド長手方向における位置を制御することを特徴とする。
【０００８】
前記水平回転機構部は前記垂直回転機構部を水平方向へ回転させることによって前記ロボットハンドを水平方向へ回転させる。
【０００９】
前記薄型基板を保持している水平状態にあるロボットハンドを前記垂直回転機構部により垂直方向へ９０°回転させて鉛直状態に変化させ、次に、この鉛直状態にあるロボットハンドを前記水平回転機構部により水平方向へ１８０°回転させて前後反転状態に変化させ、次に、この前後反転状態にあるロボットハンドを垂直方向へ９０°回転させて上下反転状態に変化させることにより、前記薄型基板を保持している水平状態にあるロボットハンドを上下反転させた状態に変化させる。
【００１０】
前記水平軸にギヤバックラッシュ抑制機構が配設される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、一実施形態に係るロボットハンドの駆動装置が組み込まれたスカラロボットの側面図、図２は、同スカラロボットの要部の概略斜視図を示す。
【００１３】
図１及び図２において、スカラロボット１は、機台２と胴体３と第２アーム４と第１アーム５とハンド６とを備える。第１アーム５及び第２アーム４の内部には、公知のプーリ、タイミングベルトなどが配備されており、ハンド６は、公知のスカラロボットのハンドと同様、基本的に、胴体部３の昇降動作及び旋回動作を基に昇降及び旋回し、また、第２アーム４及び第１アーム５の屈伸動作によって水平面上の直線軌道上を移動可能に構成されている。また、ハンド６は、本実施形態の場合、真空吸着式ハンドであり、通常の状態つまり上下反転していない状態ではその上面６ａ側でガラス基板８を吸着保持する。
【００１４】
駆動装置７はハンド６の元部６ｂに配設され、垂直回転機構部１００と水平回転機構部２００とにより構成される。
【００１５】
垂直回転機構部１００は、ハンド長手方向と直交する水平軸９回りにハンド６を回転させる機構を有し、ハンド６は、最大１８０°＋α（αはハンド６の撓みを考慮した補正角度である。）回転可能である。
【００１６】
水平回転機構部２００は、垂直軸５１回りにハンド６を回転させる機構を有し、ハンド６は、最大１８０°＋α（αはハンド６の撓みを考慮した補正角度である。）回転可能である。
【００１７】
図３は、垂直回転機構部１００及び水平回転機構部２００を正面から見た断面図、図４は、垂直回転機構部１００のハウジング内部の構成を示す平面図、図５は、垂直回転機構部２００を側面から見た断面図、図６は、ギヤバックラッシュ抑制機構の説明図をそれぞれ示す。
【００１８】
図３において、水平回転機構部２００は、第１アーム５内部のプーリ（図示せず）に固着されるブラケット５２を備え、このブラケット５２にモータ５３が保持されている。モータ５３の出力軸には小径ギヤ５４が固着され、この小径ギヤ５４に大径ギヤ５５が噛み合っている。大径ギヤ５５は軸受５６を介してブラケット５２の円筒部５７の外周に回動自在に保持されている。大径ギヤ５５の上部はフランジ部６０に固着されており、フランジ部６０は垂直回転機構部１００のハウジング１０の下端部に固着されている。
【００１９】
水平回転機構部２００は、モータ５３の停止時には、小径ギヤ５４と大径ギヤ５５との噛み合いにより、垂直軸５１を回転軸とする垂直回転機構部１００のハウジング１０の回転位置を一定に保つ。モータ５３が回転すると、小径ギヤ５４を介して大径ギヤ５５が回転し、垂直軸５１回りにハウジング１０を回転させる。なお、本実施形態の水平回転機構部２００は、小径ギヤ５４と大径ギヤ５５の組み合わせであるが、他に、プーリーとベルトとの組み合わせ、又はウオーム軸とウオームホイールとの組み合わせ、又はダイレクトドライブモータによっても実現可能である。
【００２０】
図３〜図６において、垂直回転機構部１００は、ハンド６の元部６ｂに固着され、ハンド６の直線軌道（長手方向）と直交する水平軸（反転軸）９を備える。
水平軸９は、ハウジング１０に配設された軸受部１１、１２によって回転自在に保持されており、水平軸９の一端にウオームホイール１３が固着されている。ウオームホイール１３は、ハンド６の直線軌道と平行に配置されたウオーム軸１４と噛合しており、ウオーム軸１４はプーリ１５に固着されている。ハウジング１０の内部にはモータ１６が配設されている。モータ１６の出力軸にはプーリ１７が固着されており、このプーリ１７と上記プーリ１５との間にタイミングベルト１８が掛け渡されている。
【００２１】
垂直回転機構部１００において、ハンド６が図２に実線で示す通常状態に維持されているときにモータ１６を所定の期間回転させると、動力伝達機構（プーリ１７、タイミングベルト１８、プーリ１５、ウオーム軸１４及びウオームホイール１３）を介して水平軸９が回転し、ハンド６は図２に二点鎖線で示す鉛直状態へと変わることができる。その後、ハンド６が鉛直状態において１８０°垂直軸５１回りに回転した後、モータ１６を所定の期間上記回転方向と同一方向へ回転させると、動力伝達機構１７、１８、１５、１４、１３を介して水平軸９が回転し、ハンド６は通常状態に復帰することができる。ところで、ハンド６は、図６（Ａ）に示すような鉛直状態付近において、ギヤ装置１４、１３のバックラッシュによりハンド６にがたつきが発生するおそれがある。このため、ギヤバックラッシュ抑制機構を設けることが好ましい。図３に示すコイルばね４１は、第１のギヤバックラッシュ抑制機構を構成する。コイルばね４１は、水平軸９に外嵌されており、水平軸９が鉛直方向へ回転するときこの回転方向と反対方向の力を水平軸９に対して加えるよう構成され、バックラッシュを防止する。図６（Ｂ）、（Ｃ）は、第２のギヤバックラッシュ抑制機構の構成を概念的に示す。このギヤバックラッシュ抑制機構は、互いに対向配置された一対の板ばね１９、２０の間に、水平軸９と一体となって回転するロータ部２１を配して構成される。ロータ部２１は両端に板ばね１９、２０と当接可能なローラ２２、２３を備える。ロータ部２１は、ハンド６が通常状態にあるときは図６（Ｂ）に示すように二つのローラ２２、２３が一対の板ばね１９、２０から離れた状態にあり、ハンド６の回転時、ハンド６が通常状態から９０°回転する前において一対の板ばね１９、２０と当接を開始して板ばね１９、２０を弾性変形させ、ハンド６が９０°回転したとき図６（Ｃ）に示すように一対の板ばね１９、２０から十分大きな弾性復帰力（押圧力）を受けるよう動作する。これにより、バックラッシュを防止できハンド６にがたつきが発生しなくなる。上述した第１、第２のギヤバックラッシュ抑制機構は、いずれか一方のみ装備するようにしてもよいし、両方装備するようにしてもよい。
【００２２】
ハンド６の水平軸９回りの回転時、水平軸９が直線軌道上の定位置を維持しながらハンド６を回転させること、換言すると、第１アーム５及び第２アーム４を一切動かさないでハンド６のみを回転させることを積極的に除外するものではないが、ハンド６の回転時にガラス基板８が受ける風圧を考慮すると、水平軸９の直線軌道上の位置を変えながらハンド６を回転させること、換言すると、第１アーム５及び第２アーム４を動かしながらハンド６を回転させることの方が好ましい。この場合、図７に示すように、ガラス基板８の中心位置を直線軌道方向において定位置に維持するよう、第１アーム５及び第２アーム４の動作を制御する、換言すると、ハンド６の直線軌道方向における位置を制御するようにする。なお、このような制御は、図示しない制御回路による演算処理に基づいて行われる。
【００２３】
次に、上記のように構成されたスカラロボット１の一連の動作例を図８〜図１５に基づいて説明する。
【００２４】
まず、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、カセット２４内からガラス基板８を取り出すため、スカラロボット１をカセット２４に正対させる。次に、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、取り出したいガラス基板８の真下までハンド６を前進させ、ハンド６を上昇させてハンド６の上面６ａにガラス基板８を載せるとともに吸着する。次に、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ハンド６を図８（Ａ）、（Ｂ）と同じ位置まで後退させる。次に、垂直回転機構部１００によりハンド６を９０°水平軸９回りに回転させる。この回転の間、上述したように、ガラス基板８の中心位置を直線軌道方向において定位置に維持するよう、第１アーム５及び第２アーム４の動作が制御される、換言すると、ハンド６の直線軌道方向における位置が制御される。図１１（Ａ）、（Ｂ）は、この回転時、ガラス基板８が鉛直状態となったときのスカラロボット１の形態を示す。次に、水平回転機構部２００によりハンド６を１８０°垂直軸５１回りに回転させ、スカラロボット１を図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す状態、つまり、ハンド６の前後が反転した状態にする。次に、垂直回転機構部１００によりハンド６を図１０（Ａ）、（Ｂ）と略同じ水平状態に戻すように９０°水平軸９回りに回転させる。この回転の間、上述したようなハンド６を水平軸９回りに回転させたときと同様、ガラス基板８の中心位置を直線軌道方向において定位置に維持するよう、第１アーム５及び第２アーム４の動作を制御する。図１３（Ａ）、（Ｂ）は、ハンド６が水平状態に戻ったときのスカラロボット１の形態を示し、ハンド６は、図１０の状態から上下が反転した状態となり、通常状態のときに上面６ａとなる保持面が下側に位置し、この保持面で下方からガラス基板８を吸着保持する。次に、胴体３を１８０°旋回させ、スカラロボット１を図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すような形態にした後、図１５に示すように、ハンド６を前進させ載置台２５の上にガラス基板８を載せる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態に係るロボットハンド６の駆動装置７は、薄型基板（ガラス基板）８を保持して移動可能なロボットハンドの駆動装置であって、ハンド長手方向と直交する水平軸９回りにロボットハンド６を回転させる垂直回転機構部１００と、垂直軸５１回りにロボットハンド６を回転させる水平回転機構部２００とを備える。本実施形態によると、ロボット１のアーム４、５を屈状態にしたままの状態で、水平状態にあるハンド６を垂直回転機構部１００により垂直方向へ９０°回転させて鉛直状態に変化させ、次に、この鉛直状態にあるハンド６を水平回転機構部２００により水平方向へ１８０°回転させて前後反転状態に変化させ、次に、この前後反転状態にあるハンド６を垂直方向へ９０°回転させて上下反転状態に変化させることにより、薄型基板８を保持している水平状態にあるハンド６を上下反転させた状態に変化させることができ、この間薄型基板８とアーム４、５との干渉が発生しないため、フットプリントが縮小される。また、ハンド６をアーム４、５から近い高さ位置に設定しておいても、薄型基板８とアーム４、５との干渉を招くことなくハンド６を反転させることができるため、基板パスラインの上昇を防止することができる。
【００２６】
また、本実施形態は、薄型基板８を保持しているロボットハンド６を垂直回転機構部１００によって回転させる間、薄型基板８の中心位置を直線軌道方向（ハンド長手方向）において定位置に維持するようロボットハンド６の直線軌道方向（ハンド長手方向）における位置を制御する。このため、ハンド６の回転時に薄型基板８が受ける風圧を減少させることができ、ハンド６の回転速度の増大を図ることができる。
【００２７】
また、ギヤバックラッシュ抑制機構（一対の板ばね１９、２０、ロータ部２１、ローラ２２、２３、コイルばね４１）を設けることにより、ハンド６が鉛直状態付近を通過するときのギヤ装置１４、１３のバックラッシュによるハンド６のがたつきを防止することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態はガラス基板８を搬送するロボットについて説明したが、ガラス基板８の代わりに半導体ウエハなど、その他の薄型基板を搬送するロボットにも容易に適用できることは言うまでもない。また、多関節ロボットにも適用可能である。
【００２９】
図１６（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の他の実施形態を示し、本実施形態は、従来公知のダブルアーム仕様のスカラロボット２６の上側のハンド２７に垂直回転機構部１００及び水平回転機構部２００を設けたものである。垂直回転機構部１００及び水平回転機構部２００は上述した実施形態と同様に構成され動作する。
【００３０】
また、図１７（Ａ）、（Ｂ）は、さらに他の実施形態を示し、本実施形態は、従来公知のダブルアーム仕様の直動型ロボット２８の上側のハンド２９に垂直回転機構部１００及び水平回転機構部２００を設けたものである。垂直回転機構部１００及び水平回転機構部２００は上述した実施形態と同様に構成され動作する。
【００３１】
図１６及び図１７から明らかなように、本発明は、ダブルアーム式ロボット２６、２８に対しても容易に適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によると、ハンドを最終的に反転させる際、フットプリントの縮小化を図ることができるとともに基板パスラインの上昇を防止することができる。また、ダブルアーム式ロボットに対しても容易に適用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットハンドの駆動装置が組み込まれたシングルアーム式スカラロボットの側面図である。
【図２】同スカラロボットの要部の概略斜視図である。
【図３】駆動装置（垂直回転機構部及び水平回転機構部）を正面から見た断面図である。
【図４】垂直回転機構部のハウジング内部の構成を示す平面図である。
【図５】垂直回転機構部の側面から見た断面図である。
【図６】ギヤバックラッシュ抑制機構の説明図である。
【図７】ハンドの水平軸回りの回転時のガラス基板の状態変位図である。
【図８】スカラロボットの一連の動作例を示す斜視図及び側面図である。
【図９】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す斜視図及び側面図である。
【図１０】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す斜視図及び側面図である。
【図１１】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す斜視図及び側面図である。
【図１２】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す斜視図及び側面図である。
【図１３】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す斜視図及び側面図である。
【図１４】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す斜視図である。
【図１５】同じくスカラロボットの一連の動作例を示す斜視図である。
【図１６】本発明の他の実施形態に係るダブルアーム仕様のスカラロボットの斜視図及び正面図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施形態に係るダブルアーム仕様の直動型ロボットの斜視図及び正面図である。
【図１８】従来のスカラロボットの垂直回転機構部の問題点を示す斜視図である。
【図１９】同じく従来のスカラロボットの垂直回転機構部の問題点を示す側面図である。
【符号の説明】
４、５ アーム
６ ハンド（ロボットハンド）
７ 駆動装置
８ ガラス基板（薄型基板）
９ 水平軸
１９、２０ 一対の板ばね（ギヤバックラッシュ抑制機構）
２１ ロータ部（ギヤバックラッシュ抑制機構）
２２、２３ ローラ（ギヤバックラッシュ抑制機構）
４１ コイルばね
５１ 垂直軸
１００ 垂直回転機構部
２００ 水平回転機構部

Claims (4)

1. 薄型基板を保持して移動可能なロボットハンドの駆動装置であって、
   ハンド長手方向と直交する水平軸回りに前記ロボットハンドを回転させる垂直回転機構部と、垂直軸回りに前記ロボットハンドを回転させる水平回転機構部とを備え、
   前記薄型基板を保持しているロボットハンドを前記垂直回転機構部によって回転させる間、前記薄型基板の中心位置をハンド長手方向において定位置に維持するよう前記ロボットハンドのハンド長手方向における位置を制御することを特徴とするロボットハンドの駆動装置。
2. 前記水平回転機構部は前記垂直回転機構部を水平方向へ回転させることによって前記ロボットハンドを水平方向へ回転させることを特徴とする請求項１記載のロボットハンド駆動装置。
3. 前記薄型基板を保持している水平状態にあるロボットハンドを前記垂直回転機構部により垂直方向へ９０°回転させて鉛直状態に変化させ、次に、この鉛直状態にあるロボットハンドを前記水平回転機構部により水平方向へ１８０°回転させて前後反転状態に変化させ、次に、この前後反転状態にあるロボットハンドを垂直方向へ９０°回転させて上下反転状態に変化させることにより、前記薄型基板を保持している水平状態にあるロボットハンドを上下反転させた状態に変化させることを特徴とする請求項１又は２記載のロボットハンド駆動装置。
4. 前記水平軸にギヤバックラッシュ抑制機構が配設されることを特徴とする請求項１、２又は３記載のロボットハンドの駆動装置。

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