JP4575627B2 - ワーク搬送用ロボット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶基板製造装置や半導体製造装置等において、基板やウェーハ等のワークを搬送するために用いるワーク搬送用ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶基板製造装置や半導体製造装置においては、基板やウェハ等のワークを搬送する際にロボットを用いている。この種の目的に用いるワーク搬送用ロボットとしては、等しい長さを有して相互に回動するように連結された前段側アーム及び後段側アームと、後段側アームの先端に回動自在に取り付けられたワーク保持用ハンドとを備えて、前段側アーム及び後段側アームの回動に伴ってワーク保持用ハンドを一方向に変位させるようにしたアームロボットが多く用いられている。
【０００３】
この種のアームロボットでは、前段側アームの回動変位を、回動方向を反転させて、しかも１対２の変速比で後段側アームに伝達することにより、後段側のアームを前段側アームの回動方向と反対方向に前段側アームの回動角の２倍の角度だけ回動させる伝達機構と、後段側アームの回動変位を回動方向を反転させて２対１の変速比でワーク保持用ハンドに伝達することにより、ワーク保持用ハンドを後段側アームの回動方向と反対方向に後段側アームの回動角の１／２の角度だけ回動させる伝達機構とを必要とする。
【０００４】
この種のロボットとしては、前段側アーム及び後段側アームを中空に形成して、両アームの中空部内に収容したベルト・プーリ機構により各アーム及びハンドを駆動するようにしたベルト駆動式のものと、前段側のアーム及び後段側のアームを平行リンクにより構成して、該平行リンクの働きによりハンドを平行移動させるようにしたリンク式のものとが知られている。
【０００５】
ベルト駆動式のアームロボットは、後端部が支持フレームに回動自在に支持された前段側アームと、前段側アームの先端に後端部が回動自在に支持された後段側アームと、後段側アームの先端に回動自在に支持されたワーク保持用ハンドと、前段側のアームを回動させるアーム駆動装置と、前段側アームの中空部内に収容されて、該前段側アームの回動変位を、回動方向を反転させて１対２の変速比で後段側アームに伝達する前段側ベルト・プーリ機構と、後段側アーム内に収容されて、該後段側アームの回動変位を回動方向を反転させて２対１の変速比でハンドに伝達する後段側ベルト・プーリ機構とにより構成される。
【０００６】
またリンク式のアームロボットは、例えば特開平７−２０５０６２号公報に示されているように、前段側アーム及び後段側アームを構成する前段側及び後段側の平行リンク機構と、前段側の平行リンク機構の回動を１対２の変速比で、かつ回動方向を反転させて後段側の平行リンク機構に伝達するベルト・プーリ機構と、後段側の平行リンク機構の先端に取り付けられたワーク保持用のハンドとにより構成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ベルト・プーリ機構を用いたアームロボットは、ベルトの寿命が比較的短いため、メンテナンスの周期が短くなり、メンテナンスに要する費用が高くなるという問題があった。
【０００８】
また、半導体製造装置等に用いるワーク搬送用ロボットは、プロセスチャンバの狭い入口に向けてワークを搬送することが要求されるため、搬送動作を繰り返した際の、ハンドの到達位置の再現性を高くしておくことが必要であるが、長いベルトを用いるベルト駆動式のアームロボットでは、熱の影響でベルトが伸縮したときに、その伸縮分に相当する回転変位がワーク保持用ハンドに生じて、ハンドの向きがずれたり、動作中にベルトにかかる張力の変化によりベルトが伸縮してハンドの位置が微妙に変化したりするため、繰り返し動作時のハンドの到達位置の再現性を許容範囲内に収めるための設計が難しいという問題があった。
【０００９】
更に、リンク式のアームロボットでは、前段側アーム及び後段側アームをそれぞれ平行リンクにより構成する上に、前段側の平行リンクと後段側の平行リンクとの連結部分に回動方向の反転と１対２の変速とを行わせるためのベルト・プーリ機構を設ける必要があるため、構造が複雑になって、大形化するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、ベルト・プーリ機構を用いることなく、しかも複雑なリンク機構を用いることなく、前段側アームから後段側アームへの変位の伝達と、後段側アームからワーク保持用ハンドへの変位の伝達とを行わせることにより、ベルト・プーリ機構を用いた場合に生じる問題を回避し、装置を大形にすることなく、位置再現性が高い搬送動作を安定に行わせることができるようにしたワーク搬送用ロボットを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるワーク搬送用ロボットは、第１の軸線を中心に回動するように後端部が支持フレームに回動自在に支持された前段側アームと、第１の軸線から一定の距離Ｌを隔てた位置において該第１の軸線と平行に延びる第２の軸線に中心軸線を一致させた状態で前段側アームの先端部に取り付けられた内歯歯車と、歯数が内歯歯車の歯数の１／２に設定されて内歯歯車の内側に同心的に配置された太陽歯車と、回転中心軸線を第２の軸線に一致させて前段側アームの先端部に回転自在に支持された中間回転部材と、中間回転部材に回転自在に支持されて内歯歯車と太陽歯車とに噛み合わされた遊星歯車と、回動中心軸線を第２の軸線に一致させて後端部が前段側アームの先端部に回動自在に支持されるとともに太陽歯車に固定されて太陽歯車の回転に伴って回動させられる後段側アームと、第２の軸線から一定距離Ｌを隔てた位置において第１の軸線及び第２の軸線と平行に伸びる第３の軸線に回転中心軸線を一致させて後段側アームの先端部に回転自在に支持されたハンド支持部材と、ハンド支持部材に後端部が支持されたワーク保持用のハンドと、前段側アームを駆動して該前段側アームを第１の軸線を中心に回動させるアーム駆動装置と、支持フレームに支持されて支持フレームに対して相対的に、または支持フレームとともに第１の軸線を中心にして回動し得るように設けられたリンク支持部材と、前段側アームと平行に配置されて第１の軸線と平行に伸びる第１の枢支軸を介してリンク支持部材に一端が枢支されるとともに第１の枢支軸の軸線から一定距離Ｌを隔てた位置において第２の軸線と平行に伸びる第２の枢支軸を介して中間回転部材に他端が枢支された前段側リンク及び後段側アームと平行に配置されて第２の軸線と平行に伸びる第３の枢支軸を介して中間回転部材に一端が枢支されるとともに第３の枢支軸の軸線から一定距離Ｌを隔てた位置において第３の軸線と平行に伸びる第４の枢支軸を介してハンド支持部材に他端が枢支された後段側リンクを備えたリンク機構とを備えている。上記リンク機構は、前段側アーム及び後段側アームが相対的に回動する過程で前段側リンク及び後段側リンクが相対的に回動して第２の軸線と第２の枢支軸の軸線とを含む平面の向きを第１の軸線と第１の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つとともに、第１の軸線と第３の軸線とを含む平面の向きを第２の軸線と第２の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つように構成されていて、リンク支持部材を停止させた状態で前段側アームを回動させたときに前段側アーム及び後段側アームが、第１の軸線と第３の軸線とを含む平面を常に同じ向きに向けた状態を保って相対的に回動して、ハンド支持部材が第１の軸線と第３の軸線とを含む平面に沿って直線変位するように構成されている。
【００１２】
上記のように、前段側アームの先端部と後段側アームの後端部との間に中間回転部材を設けて、前段側アームの先端部に取り付けた内歯歯車と、後段側アームの後端部に取り付けた太陽歯車と、中間回転部材に取り付けた遊星歯車とにより内歯歯車と太陽歯車との間の変速比が１対２の遊星歯車機構を構成して、この遊星歯車機構を介して前段側アームと後段側アームとを連結すると、中間回転部材を固定した状態で、前段側アームを回動させたときに、後段側アームは前段側アームの回動方向と反対側に前段側アームの回動角度の２倍の角度だけ回動して、後段側アームの先端部が一方向に直線移動する。
【００１３】
したがって、支持フレームに支持されたリンク支持部材と中間回転部材との間を連結する前段側リンク及び中間回転部材とハンド支持部材との間を連結する後段側リンクを備えたリンク機構を設けて、前段側アーム及び後段側アームが相対的に回動する過程で前記前段側リンク及び後段側リンクが相対的に回動して第２の軸線と第２の枢支軸の軸線とを含む平面の向きを第１の軸線と第１の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つとともに、第１の軸線と第３の軸線とを含む平面の向きを第２の軸線と第２の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つようにリンク機構を構成すると、リンク支持部材を停止させた状態で前段側アームを回動させたときに前段側アーム及び後段側アームを、第１の軸線と第３の軸線とを含む平面を常に同じ向きに向けた状態を保って相対的に回動させて、ハンド支持部材を第１の軸線と第３の軸線とを含む平面に沿って直線変位させることができ、該ハンド支持部材にワーク保持用のハンドを取り付けておくことにより、ワークを一方向に直線移動させることができる。
【００１４】
上記のように、前段側アームの回動を、回動方向を反転させて後段側アームに伝達する機構として遊星歯車機構を用いると、該歯車機構は、前段側アームと後段側アームとを連結する関節部内に楽に収容できるため、ベルト・プーリ機構を用いる場合に比べてロボットをコンパクトに構成することができる。
【００１５】
更に上記のように、前段側アームの回動を後段側のアームに伝達する伝達機構として遊星歯車機構を用いると、２つのアーム内にベルト・プーリ機構を収容する必要がないため、両アームの厚み寸法を小さくして、ロボットの小形軽量化を図ることができる。
【００１６】
また上記のように構成すると、前段側アームから後段側アームへの変位の伝達機構にベルトが存在しないため、ベルトの伸縮によるハンドの位置ずれ等、ベルトを用いていたことにより生じていた従来のロボットの種々の問題を解決することができ、繰り返し動作時の位置再現性が高いワーク搬送用ロボットを得ることができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、上記後段側リンクを１対設けて、該１対の後段側リンクを、第２の軸線と第３の軸線とを含む平面を間に挟んで互いに平行に延びるように配置する。１対の後段側リンクのそれぞれの一端及び他端は中間回転部材及びハンド支持部材にそれぞれ対の第３の枢支軸及び対の第４の枢支軸を介して枢支する。
【００１８】
上記のように構成する場合、対の第３の枢支軸と該対の第３の枢支軸にそれぞれ対応する対の第４の枢支軸との間のそれぞれの距離は当然等しく設定される。
【００１９】
また対の第３の枢支軸は第２の軸線に対して対称に配置され、対の第４の枢支軸は第３の軸線に対して対称に配置される。
【００２０】
上記のように後段側リンクを１対設けて、該対の後段側リンクを平行に配置すると、ハンド支持部材の回動を円滑に行わせることができる。また後段側アームを中空に形成して、後段側リンクを後段側アームの中空部内に配置するようにすると、後段側リンクを後段側アームの外側に配置する場合と比べて、ロボットをコンパクトに構成することができる。
【００２１】
上記のように、本発明においては、後段側リンクを後段側アーム内に配置するのが好ましいが、後段側リンクを後段側アームの外側に配置することを何等妨げない。
【００２２】
また後段側リンクは必ずしも１対設ける必要はなく、１つだけ設けるようにしてもよい。後段側リンクを１つだけ設ける場合、該後段側リンクは、後段側アームの中空部内に配置してもよく、後段側アームの外側に配置してもよい。
【００２３】
本発明において、リンク駆動装置を設けておくと、アーム駆動装置により前段側アームを回動させると同時に、リンク駆動装置によりリンク支持部材を回動させることにより、ハンド支持部材を第１の軸線を中心に旋回させることができるため、ワークを保持したハンドを種々の向きに向けることができる。
【００２４】
（００２８）
なお本発明は、上記のようにリンク支持部材を回転させることによりロボット全体を旋回する場合に限定されるものではなく、リンク支持部材を支持フレームに対して固定して、支持フレーム全体を回転させる機構を別途設けることにより、ロボット全体を旋回させるようにしてもよい。
【００２５】
上記ワーク保持用ハンドとしては、基部と該基部に後端部が固定された対のフィンガー部とを備えた部材により構成された公知のものを用いることができる。この場合ワーク保持用ハンドは、対のフィンガー部が第１の軸線と第３の軸線とを含む平面に対して対称な位置に配置された状態で、その基部がハンド支持部材に固定されて支持される。
【００２６】
前段側リンクを取り付け易くするため、リンク支持部材に第１の軸線から第１の枢支軸に向う方向に突出した第１の腕部を設け、中間回転部材に第２の軸線から第２の枢支軸側に向う方向に突出した第２の腕部を設けて、第１の腕部の先端部及び第２の腕部の先端部にそれぞれ第１の枢支軸及び第２の枢支軸を支持するようにするのが好ましい。
【００２７】
また遊星歯車の位置を内歯歯車及び太陽歯車の周方向に沿って微調整する遊星歯車位置調整機構を中間回転部材に設けておくのが好ましい。このような調整機構を設けておくと、遊星歯車機構のバックラッシュをなくすための調整を容易に行わせることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図１６を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態の全体的な構成を示した平面図、図２ないし図６は本発明に係わるワーク搬送用ロボットの一構成例の異なる動作状態を示す平面図、図７は図６の動作状態での同ロボットの底面図、図８は図１ないし図７に示したロボットの内部構造を示す縦断面図、図９は同ロボットの前段側アームと後段側アームとの連結部の構造を示す拡大縦断面図、図１０は同ロボットの後段側アームの先端とハンド支持部材との結合部の構造を示した拡大縦断面図、図１１は同ロボットの後段側リンクとハンド支持部材との連結部の構造を示した底面図、図１２は、同ロボットの前段側アームの先端に設ける内歯歯車の一例を示した平面図、図１３は図１２の内歯歯車の内側に同心的に配置されて後段側アームの後端部に結合される太陽歯車の一例を示した平面図、図１４は同ロボットの中間回転部材に支持されて図１２の内歯歯車及び図１３の太陽歯車に噛み合わされる遊星歯車を示した底面図、図１５は図１２の内歯歯車と図１３の太陽歯車と図１４の遊星歯車とにより構成される遊星歯車機構の構造を示す平面図、図１６は同遊星歯車機構の遊星歯車の位置を微調整する遊星歯車位置調整機構の構造を説明する展開断面図である。
【００３０】
先ず図１を参照して本発明に係わるワーク搬送用ロボットの全体的な構成を説明すると、同図において１は支持フレームと該支持フレームに支持されたアーム駆動装置及びリンク駆動装置とを備えたアーム・リンク駆動装置、２は第１の軸線Ｏ1 を中心に回動するように一端が支持フレームに回動自在に支持された前段側アーム、３は第１の軸線Ｏ1 から前段側アームの先端側に一定の距離Ｌを隔てた位置において第１の軸線Ｏ1 と平行に延びる第２の軸線Ｏ2 に中心軸線を一致させた状態で前段側アーム２の先端部に取り付けられた内歯歯車、４は歯数が内歯歯車３の歯数の１／２に設定されて内歯歯車３の内側に同心的に配置された太陽歯車である。
【００３１】
また５は回転中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させて前段側アーム２の先端に回転自在に支持された中間回転部材、６は中間回転部材５に回転自在に支持されて内歯歯車３と太陽歯車４とに噛み合わされた遊星歯車である。
【００３２】
なお遊星歯車は少なくとも一つあればよいが、図示の例では４個の遊星歯車が設けられている。
【００３３】
７は前段側アーム２の先端部に回動自在に支持された後段側アームで、この後段側アームは、その後端部が回動中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で前段側アーム２に回動自在に支持されるとともに太陽歯車４に固定されて、太陽歯車４の回転に伴って回動させられる。
【００３４】
８はハンド支持部材で、このハンド支持部材は、第２の軸線Ｏ2 から後段側アームの先端側に一定距離Ｌを隔てた位置において第１の軸線Ｏ1 及び第２の軸線Ｏ2 と平行に伸びる第３の軸線Ｏ3 に回転中心軸線を一致させた状態で後段側アーム７の先端部に回転自在に支持されている。
【００３５】
９はリンク支持部材で、このリンク支持部材は、回転中心軸線を第１の軸線Ｏ1 に一致させた状態でアーム・リンク駆動装置１に設けられた支持フレームに回転自在に支持されている。
【００３６】
１０は前段側アーム２と平行に配置された直線形の前段側リンクで、このリンクの一端は、中心軸線Ｏ1 ´が第１の軸線Ｏ1 と平行に伸びる第１の枢支軸１１を介してリンク支持部材９に枢支されている。また前段側リンク１０の他端は、第１の枢支軸１１の軸線Ｏ1 ´から前段側アームの先端側に一定距離Ｌを隔てた位置において、中心軸線Ｏ2 ´が第２の軸線Ｏ2 と平行に伸びる第２の枢支軸１２を介して、中間回転部材５に枢支されている。
【００３７】
また１３Ａ及び１３Ｂは後段側アーム７に設けられた中空部内に、該後段側アームと平行に配置された直線形の対の後段側リンクで、これらの後段側リンクの一端は、中心軸線Ｏ3A´及びＯ3B´が第２の軸線Ｏ2 と平行に伸びる対の第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂを介して中間回転部材５に枢支されている。また対の後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂの他端は、中心軸線Ｏ4A´及びＯ4B´が対の第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂの軸線Ｏ3A´及びＯ3B´から後段側アームの先端側にそれぞれ一定距離Ｌを隔てた位置において第３の軸線Ｏ3 と平行に伸びる対の第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂを介してハンド支持部材８に枢支されている。
【００３８】
対の第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂは第２の軸線Ｏ2 に対して対称に配置され、対の第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂは第３の軸線Ｏ3 に対して対称に配置されている。
【００３９】
１６は半導体ウェハや液晶基板等のワークＷ（図２ないし図６参照）を保持するワーク保持用ハンドで、ハンド支持部材８に取り付けられている。図示のワーク保持用ハンドは、基部１６ａと該基部に後端部が固定された対のフィンガー部１６b1，１６b2とを備えた部材からなっていて、対のフィンガー部１６b1，１６b2を第２の軸線Ｏ1 と第３の軸線Ｏ3 とを含む平面に対して対称な位置に配置した状態でその基部１６ａがハンド支持部材８に固定されている。
【００４０】
アーム・リンク駆動装置１に設けられるアーム駆動装置は、モータを駆動源として前段側アーム２を駆動して、該アーム２を第１の軸線Ｏ1 を中心に回動させる。
【００４１】
またアーム・リンク駆動装置１に設けられるリンク駆動装置は、アーム駆動装置のモータとは別個に設けられたモータを駆動源としてリンク支持部材９を駆動して、該リンク支持部材９を第１の軸線Ｏ1 を中心に回転させる。
【００４２】
本発明においては、第１の軸線Ｏ1 と第２の軸線Ｏ2 との間の距離と、第２の軸線Ｏ2 と第３の軸線Ｏ3 との間の距離と、第１の枢支軸１１の軸線Ｏ1 ´と第２の枢支軸１２の軸線Ｏ2 ´との間の距離と、第３の枢支軸１４Ａ，１４Ｂの軸線Ｏ3A´，Ｏ3B´と第４の枢支軸１５Ａ，１５Ｂの軸線Ｏ4A´，Ｏ4B´との間の距離が等しく設定され、前段側アーム２及び後段側アーム７が相対的に回動する過程で、第１の枢支軸１１の軸線Ｏ1 ´と第４の枢支軸の軸線Ｏ4A´及びＯ4B´と第１の軸線Ｏ1 と第３の軸線Ｏ3 とが共通の第１の平面Ａ1 −Ａ1 上に位置した状態を保ち、第２の枢支軸１２の軸線Ｏ2 ´と第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂの軸線Ｏ3A´及びＯ3B´とが第１の平面Ａ1 −Ａ1 と平行な第２の平面Ａ2 −Ａ2 上に位置した状態を保つように、第１ないし第４の枢支軸が設けられている。
【００４３】
図示の例では、図４に示すように前段側アーム２と後段側アーム７とが重なり合って第１の軸線Ｏ1 と第３の軸線Ｏ3 とが一致した状態になった時に、第１の軸線Ｏ1 と第１の枢支軸の軸線Ｏ1 ´とを含む第１の平面Ａ1 −Ａ1 が第２の軸線Ｏ2 と第３の軸線Ｏ3 とを含む平面Ａ3 −Ａ3 と直交し、かつ第２の軸線Ｏ2 と第２の枢支軸の軸線Ｏ2 ´とを含む第２の平面Ａ2 −Ａ2 が第２の軸線Ｏ2 と第３の軸線Ｏ3 とを含む平面Ａ3 −Ａ3 と直交するように、各枢支軸が設けられている。
【００４４】
このように枢支軸を設けることにより、前段側アーム２及び後段側アーム７が相対的に回動する過程で、中間回転部材５の向きをリンク支持部材９と同じ向きに保ち、ハンド支持部材８の向きを中間回転部材５と同じ向きに保つことができるため、前段側アーム２を回動させることにより、ハンド１６を一方向に直線移動させることができる。
【００４５】
本実施形態では、リンク支持部材９と中間回転部材５との間を連結する前段側リンク１０及び中間回転部材５とハンド支持部材８との間を連結する後段側リンク１３Ａ，１３Ｂにより、前段側アーム２及び後段側アーム７が回動する過程でリンク支持部材９、中間回転部材５及びハンド支持部材８の向きを一定に保持するためのリンク機構が構成されている。
【００４６】
本発明に係わるロボットにおいては、リンク支持部材９を一定の向きに向けて停止させた状態で前段側アーム２を角度θだけ回動させたときに、該前段側アームの回動が内歯歯車３と太陽歯車４と遊星歯車６とからなる遊星歯車機構を介して、１対２の変速比で後段側アーム７に伝達されるため、後段側アーム７は前段側アーム２と反対側に角度２θだけ回動する。
【００４７】
そのため、図２ないし図６に示したように、前段側アーム２及び後段側アーム７は、第１の軸線Ｏ1 と第３の軸線Ｏ3 とを含む第１の平面Ａ1 −Ａ1 を常に一定の向き（リンク支持部材９の向きにより決まる）に向けた状態を保って相対的に回動し、この回動に伴ってハンド支持部材８が第１の平面Ａ1 −Ａ1 に沿って直線変位する。
【００４８】
また前段側リンク１０の働きにより、前段側アーム２及び後段側アーム７の回動の過程で中間回転部材５の向きがリンク支持部材９の向きと同じ向きに保持され、更に後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂの働きによりハンド支持部材８が中間回転部材５の向きと同じ向きに保持されるため、ワークＷを保持したハンド支持部材８は、図２ないし図６に示すように、前段側アーム２及び後段側アーム７の回動に伴って、その向きを常に一定に保った状態で第１の平面Ａ1 −Ａ1 に沿って直線変位する。
【００４９】
図示の例では、平行に配置された後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂが互いに接触した状態になる位置が前段側アーム２及び後段側アーム７の回動範囲の限界位置となり、前段側アーム及び後段側アームの回動角によりハンドの変位量（ストローク）が決まるが、実用上必要なハンドの変位量を得るためには、前段側アーク２に対する後段側アーム７の回動角を例えば、９０°ないし１２０°程度確保できれば十分である。
【００５０】
図示の例では、アーム・リンク駆動装置１に設けられたアーム駆動装置により前段側アーム２を回動させるとともに、リンク駆動装置によりリンク支持部材９を回転させることができるようになっている。このように、リンク駆動装置を設けておくと、アーム駆動装置とリンク駆動装置とを同時に動作させて、前段側アーム２とリンク支持部材９とを同方向に回転させることにより、ハンド支持部材８を第１の軸線Ｏ1 を中心にして旋回させて、ハンド１６の向きを自由に変えることができる。
【００５１】
次に、図８ないし図１６を参照して、本実施形態の各部の構造を詳細に説明する。本実施形態では、第１ないし第３の軸線Ｏ1 ないしＯ3 をそれぞれ垂直方向に一致させている。
【００５２】
図８に示したように、アーム・リンク駆動装置１は、円筒状に形成されたケーシング１００を備え、このケーシングの上部に支持フレーム１０１が固定されている。支持フレーム１０１には、回転中心軸線を一致させた状態で配置されたアーム駆動用回転部材１０２とリンク駆動用回転部材１０３とが、それぞれの回転中心軸線を第１の軸線Ｏ1 に一致させた状態で支持されている。
【００５３】
図示の例では、リンク駆動用回転部材１０３がほぼ円筒状に形成された部材からなっていて、該回転部材１０３が軸受１０４を介して支持フレーム１０１に支持されている。またアーム駆動用回転部材１０２は、リンク駆動用回転部材１０３の内側に配置された軸部材からなっていて、軸受１０５及び１０６を介してリンク駆動用回転部材１０３に対して支持されている。
【００５４】
図示の例では、アーム駆動用回転部材１０２の下端外周に大歯車１０７が取り付けられ、ケーシング１００内に固定されたアーム駆動用モータ１０８の回転軸に取り付けられた小歯車１０９が大歯車１０７に噛み合わされている。したがって、アーム駆動用回転部材１０２は、モータ１０８の回転に伴って第１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心に回転駆動される。
【００５５】
またリンク駆動用回転部材１０３の下端外周に大歯車１１０が取り付けられ、ケーシング１００内に固定されたリンク駆動用モータ１１１の回転軸に取り付けられた小歯車１１２が大歯車１１０に噛み合わされている。したがって、リンク駆動用回転部材１０３は、モータ１１１の回転に伴って、第１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心に回転駆動される。
【００５６】
この例では、モータ１０８と歯車１０７及び１０９とにより、アーム駆動装置が構成され、モータ１１１と歯車１１０及び１１２とにより、リンク駆動装置が構成されている。
【００５７】
既に述べたように、ワークを保持したハンド１６を一方向に搬送する際には、リンク支持部材９を停止させた状態に保持して、モータ１０８により前段側アーム２のみを駆動する。またハンド１６の向きを変えるために、ハンド１６を第１の軸線Ｏ1 を中心に旋回させる際には、モータ１０８と１１１との双方を駆動して、前段側アーム２とリンク支持部材９とを同方向に回動させる。
【００５８】
アーム駆動用回転部材１０２の上端には、筒状のアーム取り付け部１０２ａが形成され、このアーム取り付け部１０２ａに、第１の軸線Ｏ1 と直交する平面に長手方向を沿わせた状態で配置された前段側アーム２の後端部が固定されている。図示の例では、前段側アーム２の後端部に、該アームの底面側に開口した断面円形の凹部２ａが形成され、この凹部２ａ内にアーム取付け部１０２ａが挿入されている。アーム２は、その凹部２ａの中心軸線をアーム駆動用回転部材１０２の中心軸線（第１の軸線）に一致させた状態で配置され、アーム２の後端部とアーム駆動用回転部材１０２のアーム取付け部１０２ａとがボルト２１により締結されて、アーム２の後端部がアーム駆動用回転部材１０２に固定されている。
【００５９】
またリンク駆動用回転部材１０３の上端に形成された筒状の取り付け部１０３ａにリンク支持部材９が固定されている。リンク支持部材９は、第１の軸線Ｏ1 と直交する平面に板面を沿わせた状態で、かつ前段側アーム２及び支持フレーム１０１に対して回転し得る状態で、前段側アーム２の後端部と支持フレーム１０１との間に配置された円板部９ａと、該円板部９ａの外周部から径方向の外側に突出した腕部９ｂとからなり、円板部９ａの中央に設けられた取付け孔にリンク駆動用回転部材１０３の取付け部１０３ａが嵌合されて、リンク支持部材９が位置決めされている。円板部９ａと取付け部１０３ａとがボルトにより締結されて、リンク支持部材９が回転部材１０３に固定されている。
【００６０】
リンク支持部材９の腕部９ｂの先端には、第１の軸線Ｏ1 と平行に延びる第１の枢支軸１１が、その先端を上方に向けた状態で取り付けられ、この第１の枢支軸に前段側リンク１０の一端が軸受１０ａを介して連結されている。
【００６１】
前段側アーム２は中空に形成されていて、その底面には点検用の窓が形成され、この窓は蓋板２２（図７参照）により閉じられている。
【００６２】
前段側アーム２の先端部には、リング状に形成された歯車取付け部２ｂが形成されている。歯車取付け部２ｂは、その中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で設けられていて、この歯車取付け部２ｂの下端の内周には、図１２に示したように、環状部材３ａの内周に多数の歯３ｂを刻設した内歯歯車３が、その中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で嵌合されている。図９に示されているように、内歯歯車３は、ボルト２３により歯車取付け部２ｂに固定されている。
【００６３】
歯車取付け部２ｂにはまた、回転中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で配置された中間回転部材５が軸受２５を介して回転自在に支持され、この中間回転部材５に、太陽歯車支持部材２７が軸受２８及び２９を介して回転自在に支持されている。
【００６４】
図１４に概略的に示したように、中間回転部材５は、リング状の歯車取付け部２ｂと同心的に配置されるほぼ円板状の本体部５ａと、該本体部５ａの外周部から径方向の外側に突出した腕部５ｂとを有していて、本体部５ａの中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で歯車取り付け部２ｂに軸受２５を介して支持されている。
【００６５】
腕部５ｂの先端には、軸線Ｏ2 ´が第２の軸線Ｏ2 と平行に延びる第２の枢支軸１２が、その先端を下方に向けた状態で取り付けられ、この第２の枢支軸１２の先端に前段側リンク１０の他端が軸受１０ｂを介して連結されている。
【００６６】
太陽歯車支持部材２７は、中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で配置された有底の円筒部２７ａと、円筒部２７ａの開口端（上端）に形成された外鍔部２７ｂとを一体に有していて、外鍔部２７ｂが軸受２８を介して中間回転部材５の本体部５ａに回転自在に支持されるとともに、円筒部２７ａが中間回転部材５の本体部５ａに取り付けられた後記する歯車支持部材３１の内周に軸受２９を介して支持されている。太陽歯車支持部材の円筒部２７ａの底部には、内歯歯車３の内側に同心的に配置された太陽歯車４が、その中心軸線を第２の軸線に一致させた状態で、ボルト３０（図９参照）により固定されている。図１３に示したように、太陽歯車４は、円板の外周に歯４ａを刻設した歯車からなっていて、この太陽歯車４の歯数は、内歯歯車３の歯数の１／２に設定されている。
【００６７】
中間回転部材５の本体部５ａの内歯歯車側の面には、図１４ないし図１６に示すように、４つの円弧状の歯車支持部材３１がロックボルト３２により取り付けられている。これらの歯車支持部材３１にそれぞれ９０°間隔で配置された４つの遊星歯車６が軸３３を介して回転自在に支持され、図１５に示したように、これらの遊星歯車６が内歯歯車３と太陽歯車４とに噛み合わされている。内歯歯車３と太陽歯車４と遊星歯車６とにより、遊星歯車機構が構成されている。
【００６８】
なお図１５の各部に付された斜線は、部材を区別するためのものであり、断面を示すハッチングではない。
【００６９】
図１６の展開断面図に示したように、円弧状の歯車支持部材３１のそれぞれの両端にはテーパ面３１ａが形成され、隣接する歯車支持部材のテーパ面３１ａ，３１ａ間に形成された隙間に楔状の位置調整具３４が係入されている。ロックボルト３２を貫通させるために各歯車支持部材３１に設けられたボルト挿通孔は緩めに形成されていて、ボルト３２を緩めた状態では、各歯車支持部材３１を内歯歯車３の周方向に微少量だけ変位させることができるようになっている。各歯車支持部材３１を貫通させた状態で調整ネジ３５が設けられ、各調整ネジ３５は、中間回転部材５の本体部５ａに設けられたネジ孔に螺合されている。この例では、歯車支持部材３１と、位置調整具３４と、調整ネジ３５と、ボルト３２とにより、遊星歯車の位置を調整する遊星歯車位置調整機構が構成されている。
【００７０】
各遊星歯車の位置を調整する際には、ロックボルト３２を緩めた状態で調整ネジ３５を回転させて位置調整具３４の係入量を調整することにより、各歯車支持部材３１を内歯歯車３の周方向に微少量移動させて、内歯歯車及び太陽歯車の周方向に対する各遊星歯車６の位置を微調整する。これにより、遊星歯車６と内歯歯車３及び太陽歯車４との噛み合わせ状態を調整した後、ロックボルト３２を締め付けて、歯車支持部材３１を固定する。
【００７１】
このように遊星歯車６の位置を微調整する位置調整機構を設けておくと、遊星歯車６を内歯歯車３と太陽歯車４とに噛み合わせ後、遊星歯車６と太陽歯車４及び内歯歯車３との間の噛み合わせ状態を遊びがない状態に調整することができるため、遊星歯車機構のバックラッシュをなくすための調整を容易に行うことができる。
【００７２】
図９及び図２ないし図６に現れているように、太陽歯車支持部材２７の外鍔部２７ｂには、第２の軸線Ｏ2 に対して対称に配置された２つの円弧状の長孔２７cA及び２７cBが形成され、中間回転部材５の本体部５ａに固定された第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂが、これらの長孔２７cA及び２７cBにスライド自在に嵌合されている。第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂは、第２の軸線Ｏ2 に対して対称な位置に、それぞれの軸線Ｏ3A´及びＯ3B´を第２の軸線Ｏ2 と平行な方向に向けた状態で配置されている。第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂと長孔２７cA及び２７cBとの嵌合により、太陽歯車４の回転範囲（後段側アーム７の回動範囲）がほぼ１２０°に規制されている。
【００７３】
前段側アーム２の先端の歯車取り付け部２ｂの下端の開口部は着脱自在な蓋板３７により閉じられている。
【００７４】
上記のように、中間回転部材５は前段側リンク１０を介してリンク支持部材９に連結されているため、中間回転部材５は常にリンク支持部材９と同じ向きに保持される。したがってリンク支持部材９を支持フレームに対して固定した状態で前段側アーム２を回動させると、内歯歯車３の回転が太陽歯車４に伝達され、太陽歯車４が内歯歯車３と反対側に回転する。内歯歯車３の歯数と太陽歯車４の歯数とが２対１に設定されているため、太陽歯車４は、内歯歯車３の回転方向と反対方向に、内歯歯車の回転角θの２倍の角度２θだけ回転する。
【００７５】
図９に示したように、後段側アーム７の後端部には、下方に開口した断面が円形の凹部７ａが形成され、この凹部７ａの底部の中央に更に凹部７ａよりも小径の凹部７ｂが形成されている。後段側アーム７の凹部７ａに太陽歯車支持部材２７の外鍔部２７ｂが嵌合され、太陽歯車支持部材の外鍔部２７ｂの長孔２７cA及び２７cBを貫通した第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂが凹部２７ｂ内に挿入されている。後段側アーム７の後端部は、ボルト４０により太陽歯車支持部材２７の外鍔部２７ｂに締結され、これにより、後段側アーム７の後端部が太陽歯車４に結合されている。したがって、後段側アーム７は太陽歯車４の回転に伴って、第２の軸線Ｏ2 を中心に回動させられる。
【００７６】
前述のように、前段側アーム２が回動したときに、太陽歯車４は内歯歯車３の回転方向と反対の方向に、内歯歯車３の回転角の２倍の角度回転させられるため、後段側アーム７は、前段側アーム２の回動に伴って、前段側アームの回動方向と反対の方向に、前段側アームの回動角の２倍の角度回動する。
【００７７】
図１０及び図１１に示したように、後段側アーム７の先端部には、断面が円形の取り付け孔７ｃが形成され、この取り付け孔７ｃの内周には、中心軸線を第３の軸線Ｏ3 に一致させた状態で配置された断面が円形のハンド支持部材８が軸受４１を介して回転自在に支持されている。
【００７８】
図示の例では、ハンド支持部材８が大径の第１の部材８Ａと該第１の部材８Ａに重ねて配置された小径の第２の部材８Ｂとからなっていて、両部材８Ａ及び８Ｂがボルト４２により締結されて一体化されている。図１０にも示されているように、回転部材８の下端には、環状の軸支持部材４３がボルト４４により固定され、この軸支持部材４３には、対の第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂがそれぞれの先端を下方に向けた状態で支持されている。前述のように、第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂは、第３の軸線Ｏ3 に対して対称な位置に、それぞれの軸線Ｏ4A´及びＯ4B´を第３の軸線Ｏ3 と平行な方向に向けた状態で配置されている。
【００７９】
後段側アーム７内には、下方に開口した中空部７ｄが形成されていて、この中空部７ｄ内には、後段側アームと平行に延びる１対の後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂが、第２の軸線Ｏ2 と第３の軸線Ｏ3 とを含む平面の両側に位置させた状態で収容されている。これら対のリンク１３Ａ及び１３Ｂの一端は、中間回転部材５に支持された第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂに軸受１３ａを介して連結されている。また対の後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂの他端は、ハンド支持部材８に支持された対の第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂに軸受１３ｂを介して連結されている。後端側アーム７の中空部の開口部は着脱自在な蓋板４５により閉じられている。
【００８０】
上記のように、中間回転部材５とハンド支持部材８との間が後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂにより連結されているため、前端側アーム２及び後段側アーム７が回動する過程で、ハンド支持部材８は常に中間回転部材５と同じ向きに保持される。
【００８１】
中間回転部材５の回動に伴ってハンド支持部材８を円滑に回転させるためには、上記の実施形態のように、後段側リンクを２本設けて平行に配置するのが好ましいが、本発明は、このように後段側リンクを２本設ける場合に限定されるものではなく、後段側リンクを１本だけ設けるようにしてもよい。
【００８２】
またロボットをコンパクトに構成するためには、上記の実施形態のように、後段側リンクを後段側アームの中空部内に収めるようにするのが好ましいが、図１７に示すように、後段側リンク１３を後段側アーム７の外部に配置するようにしてもよい。図１７に示した例では、中間回転部材５に腕部５ｂの外に更に後段側リンク１３の一端を枢支するための腕部５ｃが設けられ、ハンド支持部材８に後段側リンク１３の他端を枢支するための腕部８ａが設けられている。後段側リンク１３は後段側アーム７と平行に配置されて、その一端は、軸線Ｏ3 ´が第２の軸線Ｏ2 と平行に延びる第３の枢支軸１４を介して腕部５ｃに枢支されている。また後段側リンク１３の他端は、軸線Ｏ4 ´が第３の軸線Ｏ3 と平行に延びる第４の枢支軸１５を介してハンド支持部材の腕部８ａに枢支されている。その他の構成は図１ないし図１６に示した実施形態と同様である。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、前段側アームの回動を、回動方向を反転させて後段側アームに伝達する機構として、両アームを連結する関節部内に楽に収容できる遊星歯車機構を用いたので、ベルト・プーリ機構を用いる場合に比べてロボットをコンパクトに構成することができる利点がある。
【００８４】
またアーム内にベルトプーリ機構を収容する必要がないため、アームの厚さを薄くして、ロボットの小形軽量化を図ることができる。
【００８５】
また本発明によれば、前段側アームから後段側アームへの変位の伝達機構にベルトが存在しないため、ベルトの伸縮によるハンドの位置ずれ等、ベルトを用いていたことにより生じていた従来のロボットの種々の問題を解決することができ、繰り返し動作時の位置再現性が高いワーク搬送用ロボットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わるワーク搬送用ロボットの一実施形態の全体的な構成を示した平面図である。
【図２】 同実施形態の一動作状態を示す平面図である。
【図３】 同実施形態の他の動作状態を示す平面図である。
【図４】 同実施形態の更に他の動作状態を示す平面図である。
【図５】 同実施形態の更に他の動作状態を示す平面図である。
【図６】 同実施形態の更に他の動作状態を示す平面図である。
【図７】 同実施形態の図６に示した動作状態での底面図である。
【図８】 同実施形態の内部構造を示した縦断面図である。
【図９】 同実施形態の前段側アームと後段側アームとの連結部の構造を示した拡大縦断面図である。
【図１０】 同実施形態の後段側アームの先端とハンド支持部材との結合部の構造を示した拡大縦断面図である。
【図１１】 同実施形態の後段側リンクとハンド支持部材との連結部の構造を示した底面図である。
【図１２】 同実施形態の前段側アームの先端に設ける内歯歯車の一例を示した平面図である。
【図１３】 図１２の内歯歯車の内側に同心的に配置されて後段側アームの後端部に結合される太陽歯車の一例を示した平面図である。
【図１４】 本実施形態において中間回転部材に支持されて図１２の内歯歯車及び図１３の太陽歯車に噛み合わされる遊星歯車を示した底面図である。
【図１５】 図１２の内歯歯車と図１３の太陽歯車と図１４の遊星歯車とにより構成される遊星歯車機構の構造を示す平面図である。
【図１６】 図１５に示した遊星歯車機構の遊星歯車の位置を微調整する遊星歯車位置調整機構の構造を説明するための展開断面図である。
【図１７】 本発明の他の実施形態の構成を示した平面図である。
【符号の説明】
１…アーム・リンク駆動装置、２…前段側アーム、３…内歯歯車、４…太陽歯車、５…中間回転部材、６…遊星歯車、７…後段側アーム、８…ハンド支持部材、９…リンク支持部材、１０…前段側リンク、１１…第１の枢支軸、１２…第２の枢支軸、１３Ａ，１３Ｂ…後段側リンク、１４Ａ，１４Ｂ…第３の枢支軸、１５Ａ，１５Ｂ…第４の枢支軸、１６…ワーク保持用ハンド、Ｏ1 …第１の軸線、Ｏ2 …第２の軸線、Ｏ3 …第３の軸線。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶基板製造装置や半導体製造装置等において、基板やウェーハ等のワークを搬送するために用いるワーク搬送用ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶基板製造装置や半導体製造装置においては、基板やウェハ等のワークを搬送する際にロボットを用いている。この種の目的に用いるワーク搬送用ロボットとしては、等しい長さを有して相互に回動するように連結された前段側アーム及び後段側アームと、後段側アームの先端に回動自在に取り付けられたワーク保持用ハンドとを備えて、前段側アーム及び後段側アームの回動に伴ってワーク保持用ハンドを一方向に変位させるようにしたアームロボットが多く用いられている。
【０００３】
この種のアームロボットでは、前段側アームの回動変位を、回動方向を反転させて、しかも１対２の変速比で後段側アームに伝達することにより、後段側のアームを前段側アームの回動方向と反対方向に前段側アームの回動角の２倍の角度だけ回動させる伝達機構と、後段側アームの回動変位を回動方向を反転させて２対１の変速比でワーク保持用ハンドに伝達することにより、ワーク保持用ハンドを後段側アームの回動方向と反対方向に後段側アームの回動角の１／２の角度だけ回動させる伝達機構とを必要とする。
【０００４】
この種のロボットとしては、前段側アーム及び後段側アームを中空に形成して、両アームの中空部内に収容したベルト・プーリ機構により各アーム及びハンドを駆動するようにしたベルト駆動式のものと、前段側のアーム及び後段側のアームを平行リンクにより構成して、該平行リンクの働きによりハンドを平行移動させるようにしたリンク式のものとが知られている。
【０００５】
ベルト駆動式のアームロボットは、後端部が支持フレームに回動自在に支持された前段側アームと、前段側アームの先端に後端部が回動自在に支持された後段側アームと、後段側アームの先端に回動自在に支持されたワーク保持用ハンドと、前段側のアームを回動させるアーム駆動装置と、前段側アームの中空部内に収容されて、該前段側アームの回動変位を、回動方向を反転させて１対２の変速比で後段側アームに伝達する前段側ベルト・プーリ機構と、後段側アーム内に収容されて、該後段側アームの回動変位を回動方向を反転させて２対１の変速比でハンドに伝達する後段側ベルト・プーリ機構とにより構成される。
【０００６】
またリンク式のアームロボットは、例えば特開平７−２０５０６２号公報に示されているように、前段側アーム及び後段側アームを構成する前段側及び後段側の平行リンク機構と、前段側の平行リンク機構の回動を１対２の変速比で、かつ回動方向を反転させて後段側の平行リンク機構に伝達するベルト・プーリ機構と、後段側の平行リンク機構の先端に取り付けられたワーク保持用のハンドとにより構成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ベルト・プーリ機構を用いたアームロボットは、ベルトの寿命が比較的短いため、メンテナンスの周期が短くなり、メンテナンスに要する費用が高くなるという問題があった。
【０００８】
また、半導体製造装置等に用いるワーク搬送用ロボットは、プロセスチャンバの狭い入口に向けてワークを搬送することが要求されるため、搬送動作を繰り返した際の、ハンドの到達位置の再現性を高くしておくことが必要であるが、長いベルトを用いるベルト駆動式のアームロボットでは、熱の影響でベルトが伸縮したときに、その伸縮分に相当する回転変位がワーク保持用ハンドに生じて、ハンドの向きがずれたり、動作中にベルトにかかる張力の変化によりベルトが伸縮してハンドの位置が微妙に変化したりするため、繰り返し動作時のハンドの到達位置の再現性を許容範囲内に収めるための設計が難しいという問題があった。
【０００９】
更に、リンク式のアームロボットでは、前段側アーム及び後段側アームをそれぞれ平行リンクにより構成する上に、前段側の平行リンクと後段側の平行リンクとの連結部分に回動方向の反転と１対２の変速とを行わせるためのベルト・プーリ機構を設ける必要があるため、構造が複雑になって、大形化するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、ベルト・プーリ機構を用いることなく、しかも複雑なリンク機構を用いることなく、前段側アームから後段側アームへの変位の伝達と、後段側アームからワーク保持用ハンドへの変位の伝達とを行わせることにより、ベルト・プーリ機構を用いた場合に生じる問題を回避し、装置を大形にすることなく、位置再現性が高い搬送動作を安定に行わせることができるようにしたワーク搬送用ロボットを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるワーク搬送用ロボットは、第１の軸線を中心に回動するように後端部が支持フレームに回動自在に支持された前段側アームと、第１の軸線から一定の距離Ｌを隔てた位置において該第１の軸線と平行に延びる第２の軸線に中心軸線を一致させた状態で前段側アームの先端部に取り付けられた内歯歯車と、歯数が内歯歯車の歯数の１／２に設定されて内歯歯車の内側に同心的に配置された太陽歯車と、回転中心軸線を第２の軸線に一致させて前段側アームの先端部に回転自在に支持された中間回転部材と、中間回転部材に回転自在に支持されて内歯歯車と太陽歯車とに噛み合わされた遊星歯車と、回動中心軸線を第２の軸線に一致させて後端部が前段側アームの先端部に回動自在に支持されるとともに太陽歯車に固定されて太陽歯車の回転に伴って回動させられる後段側アームと、第２の軸線から一定距離Ｌを隔てた位置において第１の軸線及び第２の軸線と平行に伸びる第３の軸線に回転中心軸線を一致させて後段側アームの先端部に回転自在に支持されたハンド支持部材と、ハンド支持部材に後端部が支持されたワーク保持用のハンドと、前段側アームを駆動して該前段側アームを第１の軸線を中心に回動させるアーム駆動装置と、支持フレームに支持されて支持フレームに対して相対的に、または支持フレームとともに第１の軸線を中心にして回動し得るように設けられたリンク支持部材と、前段側アームと平行に配置されて第１の軸線と平行に伸びる第１の枢支軸を介してリンク支持部材に一端が枢支されるとともに第１の枢支軸の軸線から一定距離Ｌを隔てた位置において第２の軸線と平行に伸びる第２の枢支軸を介して中間回転部材に他端が枢支された前段側リンク及び後段側アームと平行に配置されて第２の軸線と平行に伸びる第３の枢支軸を介して中間回転部材に一端が枢支されるとともに第３の枢支軸の軸線から一定距離Ｌを隔てた位置において第３の軸線と平行に伸びる第４の枢支軸を介してハンド支持部材に他端が枢支された後段側リンクを備えたリンク機構とを備えている。上記リンク機構は、前段側アーム及び後段側アームが相対的に回動する過程で前段側リンク及び後段側リンクが相対的に回動して第２の軸線と第２の枢支軸の軸線とを含む平面の向きを第１の軸線と第１の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つとともに、第１の軸線と第３の軸線とを含む平面の向きを第２の軸線と第２の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つように構成されていて、リンク支持部材を停止させた状態で前段側アームを回動させたときに前段側アーム及び後段側アームが、第１の軸線と第３の軸線とを含む平面を常に同じ向きに向けた状態を保って相対的に回動して、ハンド支持部材が第１の軸線と第３の軸線とを含む平面に沿って直線変位するように構成されている。
【００１２】
上記のように、前段側アームの先端部と後段側アームの後端部との間に中間回転部材を設けて、前段側アームの先端部に取り付けた内歯歯車と、後段側アームの後端部に取り付けた太陽歯車と、中間回転部材に取り付けた遊星歯車とにより内歯歯車と太陽歯車との間の変速比が１対２の遊星歯車機構を構成して、この遊星歯車機構を介して前段側アームと後段側アームとを連結すると、中間回転部材を固定した状態で、前段側アームを回動させたときに、後段側アームは前段側アームの回動方向と反対側に前段側アームの回動角度の２倍の角度だけ回動して、後段側アームの先端部が一方向に直線移動する。
【００１３】
したがって、支持フレームに支持されたリンク支持部材と中間回転部材との間を連結する前段側リンク及び中間回転部材とハンド支持部材との間を連結する後段側リンクを備えたリンク機構を設けて、前段側アーム及び後段側アームが相対的に回動する過程で前記前段側リンク及び後段側リンクが相対的に回動して第２の軸線と第２の枢支軸の軸線とを含む平面の向きを第１の軸線と第１の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つとともに、第１の軸線と第３の軸線とを含む平面の向きを第２の軸線と第２の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つようにリンク機構を構成すると、リンク支持部材を停止させた状態で前段側アームを回動させたときに前段側アーム及び後段側アームを、第１の軸線と第３の軸線とを含む平面を常に同じ向きに向けた状態を保って相対的に回動させて、ハンド支持部材を第１の軸線と第３の軸線とを含む平面に沿って直線変位させることができ、該ハンド支持部材にワーク保持用のハンドを取り付けておくことにより、ワークを一方向に直線移動させることができる。
【００１４】
上記のように、前段側アームの回動を、回動方向を反転させて後段側アームに伝達する機構として遊星歯車機構を用いると、該歯車機構は、前段側アームと後段側アームとを連結する関節部内に楽に収容できるため、ベルト・プーリ機構を用いる場合に比べてロボットをコンパクトに構成することができる。
【００１５】
更に上記のように、前段側アームの回動を後段側のアームに伝達する伝達機構として遊星歯車機構を用いると、２つのアーム内にベルト・プーリ機構を収容する必要がないため、両アームの厚み寸法を小さくして、ロボットの小形軽量化を図ることができる。
【００１６】
また上記のように構成すると、前段側アームから後段側アームへの変位の伝達機構にベルトが存在しないため、ベルトの伸縮によるハンドの位置ずれ等、ベルトを用いていたことにより生じていた従来のロボットの種々の問題を解決することができ、繰り返し動作時の位置再現性が高いワーク搬送用ロボットを得ることができる。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、上記後段側リンクを１対設けて、該１対の後段側リンクを、第２の軸線と第３の軸線とを含む平面を間に挟んで互いに平行に延びるように配置する。１対の後段側リンクのそれぞれの一端及び他端は中間回転部材及びハンド支持部材にそれぞれ対の第３の枢支軸及び対の第４の枢支軸を介して枢支する。
【００１８】
上記のように構成する場合、対の第３の枢支軸と該対の第３の枢支軸にそれぞれ対応する対の第４の枢支軸との間のそれぞれの距離は当然等しく設定される。
【００１９】
また対の第３の枢支軸は第２の軸線に対して対称に配置され、対の第４の枢支軸は第３の軸線に対して対称に配置される。
【００２０】
上記のように後段側リンクを１対設けて、該対の後段側リンクを平行に配置すると、ハンド支持部材の回動を円滑に行わせることができる。また後段側アームを中空に形成して、後段側リンクを後段側アームの中空部内に配置するようにすると、後段側リンクを後段側アームの外側に配置する場合と比べて、ロボットをコンパクトに構成することができる。
【００２１】
上記のように、本発明においては、後段側リンクを後段側アーム内に配置するのが好ましいが、後段側リンクを後段側アームの外側に配置することを何等妨げない。
【００２２】
また後段側リンクは必ずしも１対設ける必要はなく、１つだけ設けるようにしてもよい。後段側リンクを１つだけ設ける場合、該後段側リンクは、後段側アームの中空部内に配置してもよく、後段側アームの外側に配置してもよい。
【００２３】
本発明において、リンク駆動装置を設けておくと、アーム駆動装置により前段側アームを回動させると同時に、リンク駆動装置によりリンク支持部材を回動させることにより、ハンド支持部材を第１の軸線を中心に旋回させることができるため、ワークを保持したハンドを種々の向きに向けることができる。
【００２４】
（００２８）
なお本発明は、上記のようにリンク支持部材を回転させることによりロボット全体を旋回する場合に限定されるものではなく、リンク支持部材を支持フレームに対して固定して、支持フレーム全体を回転させる機構を別途設けることにより、ロボット全体を旋回させるようにしてもよい。
【００２５】
上記ワーク保持用ハンドとしては、基部と該基部に後端部が固定された対のフィンガー部とを備えた部材により構成された公知のものを用いることができる。この場合ワーク保持用ハンドは、対のフィンガー部が第１の軸線と第３の軸線とを含む平面に対して対称な位置に配置された状態で、その基部がハンド支持部材に固定されて支持される。
【００２６】
前段側リンクを取り付け易くするため、リンク支持部材に第１の軸線から第１の枢支軸に向う方向に突出した第１の腕部を設け、中間回転部材に第２の軸線から第２の枢支軸側に向う方向に突出した第２の腕部を設けて、第１の腕部の先端部及び第２の腕部の先端部にそれぞれ第１の枢支軸及び第２の枢支軸を支持するようにするのが好ましい。
【００２７】
また遊星歯車の位置を内歯歯車及び太陽歯車の周方向に沿って微調整する遊星歯車位置調整機構を中間回転部材に設けておくのが好ましい。このような調整機構を設けておくと、遊星歯車機構のバックラッシュをなくすための調整を容易に行わせることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図１６を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態の全体的な構成を示した平面図、図２ないし図６は本発明に係わるワーク搬送用ロボットの一構成例の異なる動作状態を示す平面図、図７は図６の動作状態での同ロボットの底面図、図８は図１ないし図７に示したロボットの内部構造を示す縦断面図、図９は同ロボットの前段側アームと後段側アームとの連結部の構造を示す拡大縦断面図、図１０は同ロボットの後段側アームの先端とハンド支持部材との結合部の構造を示した拡大縦断面図、図１１は同ロボットの後段側リンクとハンド支持部材との連結部の構造を示した底面図、図１２は、同ロボットの前段側アームの先端に設ける内歯歯車の一例を示した平面図、図１３は図１２の内歯歯車の内側に同心的に配置されて後段側アームの後端部に結合される太陽歯車の一例を示した平面図、図１４は同ロボットの中間回転部材に支持されて図１２の内歯歯車及び図１３の太陽歯車に噛み合わされる遊星歯車を示した底面図、図１５は図１２の内歯歯車と図１３の太陽歯車と図１４の遊星歯車とにより構成される遊星歯車機構の構造を示す平面図、図１６は同遊星歯車機構の遊星歯車の位置を微調整する遊星歯車位置調整機構の構造を説明する展開断面図である。
【００３０】
先ず図１を参照して本発明に係わるワーク搬送用ロボットの全体的な構成を説明すると、同図において１は支持フレームと該支持フレームに支持されたアーム駆動装置及びリンク駆動装置とを備えたアーム・リンク駆動装置、２は第１の軸線Ｏ1 を中心に回動するように一端が支持フレームに回動自在に支持された前段側アーム、３は第１の軸線Ｏ1 から前段側アームの先端側に一定の距離Ｌを隔てた位置において第１の軸線Ｏ1 と平行に延びる第２の軸線Ｏ2 に中心軸線を一致させた状態で前段側アーム２の先端部に取り付けられた内歯歯車、４は歯数が内歯歯車３の歯数の１／２に設定されて内歯歯車３の内側に同心的に配置された太陽歯車である。
【００３１】
また５は回転中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させて前段側アーム２の先端に回転自在に支持された中間回転部材、６は中間回転部材５に回転自在に支持されて内歯歯車３と太陽歯車４とに噛み合わされた遊星歯車である。
【００３２】
なお遊星歯車は少なくとも一つあればよいが、図示の例では４個の遊星歯車が設けられている。
【００３３】
７は前段側アーム２の先端部に回動自在に支持された後段側アームで、この後段側アームは、その後端部が回動中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で前段側アーム２に回動自在に支持されるとともに太陽歯車４に固定されて、太陽歯車４の回転に伴って回動させられる。
【００３４】
８はハンド支持部材で、このハンド支持部材は、第２の軸線Ｏ2 から後段側アームの先端側に一定距離Ｌを隔てた位置において第１の軸線Ｏ1 及び第２の軸線Ｏ2 と平行に伸びる第３の軸線Ｏ3 に回転中心軸線を一致させた状態で後段側アーム７の先端部に回転自在に支持されている。
【００３５】
９はリンク支持部材で、このリンク支持部材は、回転中心軸線を第１の軸線Ｏ1 に一致させた状態でアーム・リンク駆動装置１に設けられた支持フレームに回転自在に支持されている。
【００３６】
１０は前段側アーム２と平行に配置された直線形の前段側リンクで、このリンクの一端は、中心軸線Ｏ1 ´が第１の軸線Ｏ1 と平行に伸びる第１の枢支軸１１を介してリンク支持部材９に枢支されている。また前段側リンク１０の他端は、第１の枢支軸１１の軸線Ｏ1 ´から前段側アームの先端側に一定距離Ｌを隔てた位置において、中心軸線Ｏ2 ´が第２の軸線Ｏ2 と平行に伸びる第２の枢支軸１２を介して、中間回転部材５に枢支されている。
【００３７】
また１３Ａ及び１３Ｂは後段側アーム７に設けられた中空部内に、該後段側アームと平行に配置された直線形の対の後段側リンクで、これらの後段側リンクの一端は、中心軸線Ｏ3A´及びＯ3B´が第２の軸線Ｏ2 と平行に伸びる対の第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂを介して中間回転部材５に枢支されている。また対の後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂの他端は、中心軸線Ｏ4A´及びＯ4B´が対の第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂの軸線Ｏ3A´及びＯ3B´から後段側アームの先端側にそれぞれ一定距離Ｌを隔てた位置において第３の軸線Ｏ3 と平行に伸びる対の第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂを介してハンド支持部材８に枢支されている。
【００３８】
対の第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂは第２の軸線Ｏ2 に対して対称に配置され、対の第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂは第３の軸線Ｏ3 に対して対称に配置されている。
【００３９】
１６は半導体ウェハや液晶基板等のワークＷ（図２ないし図６参照）を保持するワーク保持用ハンドで、ハンド支持部材８に取り付けられている。図示のワーク保持用ハンドは、基部１６ａと該基部に後端部が固定された対のフィンガー部１６b1，１６b2とを備えた部材からなっていて、対のフィンガー部１６b1，１６b2を第２の軸線Ｏ1 と第３の軸線Ｏ3 とを含む平面に対して対称な位置に配置した状態でその基部１６ａがハンド支持部材８に固定されている。
【００４０】
アーム・リンク駆動装置１に設けられるアーム駆動装置は、モータを駆動源として前段側アーム２を駆動して、該アーム２を第１の軸線Ｏ1 を中心に回動させる。
【００４１】
またアーム・リンク駆動装置１に設けられるリンク駆動装置は、アーム駆動装置のモータとは別個に設けられたモータを駆動源としてリンク支持部材９を駆動して、該リンク支持部材９を第１の軸線Ｏ1 を中心に回転させる。
【００４２】
本発明においては、第１の軸線Ｏ1 と第２の軸線Ｏ2 との間の距離と、第２の軸線Ｏ2 と第３の軸線Ｏ3 との間の距離と、第１の枢支軸１１の軸線Ｏ1 ´と第２の枢支軸１２の軸線Ｏ2 ´との間の距離と、第３の枢支軸１４Ａ，１４Ｂの軸線Ｏ3A´，Ｏ3B´と第４の枢支軸１５Ａ，１５Ｂの軸線Ｏ4A´，Ｏ4B´との間の距離が等しく設定され、前段側アーム２及び後段側アーム７が相対的に回動する過程で、第１の枢支軸１１の軸線Ｏ1 ´と第４の枢支軸の軸線Ｏ4A´及びＯ4B´と第１の軸線Ｏ1 と第３の軸線Ｏ3 とが共通の第１の平面Ａ1 −Ａ1 上に位置した状態を保ち、第２の枢支軸１２の軸線Ｏ2 ´と第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂの軸線Ｏ3A´及びＯ3B´とが第１の平面Ａ1 −Ａ1 と平行な第２の平面Ａ2 −Ａ2 上に位置した状態を保つように、第１ないし第４の枢支軸が設けられている。
【００４３】
図示の例では、図４に示すように前段側アーム２と後段側アーム７とが重なり合って第１の軸線Ｏ1 と第３の軸線Ｏ3 とが一致した状態になった時に、第１の軸線Ｏ1 と第１の枢支軸の軸線Ｏ1 ´とを含む第１の平面Ａ1 −Ａ1 が第２の軸線Ｏ2 と第３の軸線Ｏ3 とを含む平面Ａ3 −Ａ3 と直交し、かつ第２の軸線Ｏ2 と第２の枢支軸の軸線Ｏ2 ´とを含む第２の平面Ａ2 −Ａ2 が第２の軸線Ｏ2 と第３の軸線Ｏ3 とを含む平面Ａ3 −Ａ3 と直交するように、各枢支軸が設けられている。
【００４４】
このように枢支軸を設けることにより、前段側アーム２及び後段側アーム７が相対的に回動する過程で、中間回転部材５の向きをリンク支持部材９と同じ向きに保ち、ハンド支持部材８の向きを中間回転部材５と同じ向きに保つことができるため、前段側アーム２を回動させることにより、ハンド１６を一方向に直線移動させることができる。
【００４５】
本実施形態では、リンク支持部材９と中間回転部材５との間を連結する前段側リンク１０及び中間回転部材５とハンド支持部材８との間を連結する後段側リンク１３Ａ，１３Ｂにより、前段側アーム２及び後段側アーム７が回動する過程でリンク支持部材９、中間回転部材５及びハンド支持部材８の向きを一定に保持するためのリンク機構が構成されている。
【００４６】
本発明に係わるロボットにおいては、リンク支持部材９を一定の向きに向けて停止させた状態で前段側アーム２を角度θだけ回動させたときに、該前段側アームの回動が内歯歯車３と太陽歯車４と遊星歯車６とからなる遊星歯車機構を介して、１対２の変速比で後段側アーム７に伝達されるため、後段側アーム７は前段側アーム２と反対側に角度２θだけ回動する。
【００４７】
そのため、図２ないし図６に示したように、前段側アーム２及び後段側アーム７は、第１の軸線Ｏ1 と第３の軸線Ｏ3 とを含む第１の平面Ａ1 −Ａ1 を常に一定の向き（リンク支持部材９の向きにより決まる）に向けた状態を保って相対的に回動し、この回動に伴ってハンド支持部材８が第１の平面Ａ1 −Ａ1 に沿って直線変位する。
【００４８】
また前段側リンク１０の働きにより、前段側アーム２及び後段側アーム７の回動の過程で中間回転部材５の向きがリンク支持部材９の向きと同じ向きに保持され、更に後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂの働きによりハンド支持部材８が中間回転部材５の向きと同じ向きに保持されるため、ワークＷを保持したハンド支持部材８は、図２ないし図６に示すように、前段側アーム２及び後段側アーム７の回動に伴って、その向きを常に一定に保った状態で第１の平面Ａ1 −Ａ1 に沿って直線変位する。
【００４９】
図示の例では、平行に配置された後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂが互いに接触した状態になる位置が前段側アーム２及び後段側アーム７の回動範囲の限界位置となり、前段側アーム及び後段側アームの回動角によりハンドの変位量（ストローク）が決まるが、実用上必要なハンドの変位量を得るためには、前段側アーク２に対する後段側アーム７の回動角を例えば、９０°ないし１２０°程度確保できれば十分である。
【００５０】
図示の例では、アーム・リンク駆動装置１に設けられたアーム駆動装置により前段側アーム２を回動させるとともに、リンク駆動装置によりリンク支持部材９を回転させることができるようになっている。このように、リンク駆動装置を設けておくと、アーム駆動装置とリンク駆動装置とを同時に動作させて、前段側アーム２とリンク支持部材９とを同方向に回転させることにより、ハンド支持部材８を第１の軸線Ｏ1 を中心にして旋回させて、ハンド１６の向きを自由に変えることができる。
【００５１】
次に、図８ないし図１６を参照して、本実施形態の各部の構造を詳細に説明する。本実施形態では、第１ないし第３の軸線Ｏ1 ないしＯ3 をそれぞれ垂直方向に一致させている。
【００５２】
図８に示したように、アーム・リンク駆動装置１は、円筒状に形成されたケーシング１００を備え、このケーシングの上部に支持フレーム１０１が固定されている。支持フレーム１０１には、回転中心軸線を一致させた状態で配置されたアーム駆動用回転部材１０２とリンク駆動用回転部材１０３とが、それぞれの回転中心軸線を第１の軸線Ｏ1 に一致させた状態で支持されている。
【００５３】
図示の例では、リンク駆動用回転部材１０３がほぼ円筒状に形成された部材からなっていて、該回転部材１０３が軸受１０４を介して支持フレーム１０１に支持されている。またアーム駆動用回転部材１０２は、リンク駆動用回転部材１０３の内側に配置された軸部材からなっていて、軸受１０５及び１０６を介してリンク駆動用回転部材１０３に対して支持されている。
【００５４】
図示の例では、アーム駆動用回転部材１０２の下端外周に大歯車１０７が取り付けられ、ケーシング１００内に固定されたアーム駆動用モータ１０８の回転軸に取り付けられた小歯車１０９が大歯車１０７に噛み合わされている。したがって、アーム駆動用回転部材１０２は、モータ１０８の回転に伴って第１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心に回転駆動される。
【００５５】
またリンク駆動用回転部材１０３の下端外周に大歯車１１０が取り付けられ、ケーシング１００内に固定されたリンク駆動用モータ１１１の回転軸に取り付けられた小歯車１１２が大歯車１１０に噛み合わされている。したがって、リンク駆動用回転部材１０３は、モータ１１１の回転に伴って、第１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心に回転駆動される。
【００５６】
この例では、モータ１０８と歯車１０７及び１０９とにより、アーム駆動装置が構成され、モータ１１１と歯車１１０及び１１２とにより、リンク駆動装置が構成されている。
【００５７】
既に述べたように、ワークを保持したハンド１６を一方向に搬送する際には、リンク支持部材９を停止させた状態に保持して、モータ１０８により前段側アーム２のみを駆動する。またハンド１６の向きを変えるために、ハンド１６を第１の軸線Ｏ1 を中心に旋回させる際には、モータ１０８と１１１との双方を駆動して、前段側アーム２とリンク支持部材９とを同方向に回動させる。
【００５８】
アーム駆動用回転部材１０２の上端には、筒状のアーム取り付け部１０２ａが形成され、このアーム取り付け部１０２ａに、第１の軸線Ｏ1 と直交する平面に長手方向を沿わせた状態で配置された前段側アーム２の後端部が固定されている。図示の例では、前段側アーム２の後端部に、該アームの底面側に開口した断面円形の凹部２ａが形成され、この凹部２ａ内にアーム取付け部１０２ａが挿入されている。アーム２は、その凹部２ａの中心軸線をアーム駆動用回転部材１０２の中心軸線（第１の軸線）に一致させた状態で配置され、アーム２の後端部とアーム駆動用回転部材１０２のアーム取付け部１０２ａとがボルト２１により締結されて、アーム２の後端部がアーム駆動用回転部材１０２に固定されている。
【００５９】
またリンク駆動用回転部材１０３の上端に形成された筒状の取り付け部１０３ａにリンク支持部材９が固定されている。リンク支持部材９は、第１の軸線Ｏ1 と直交する平面に板面を沿わせた状態で、かつ前段側アーム２及び支持フレーム１０１に対して回転し得る状態で、前段側アーム２の後端部と支持フレーム１０１との間に配置された円板部９ａと、該円板部９ａの外周部から径方向の外側に突出した腕部９ｂとからなり、円板部９ａの中央に設けられた取付け孔にリンク駆動用回転部材１０３の取付け部１０３ａが嵌合されて、リンク支持部材９が位置決めされている。円板部９ａと取付け部１０３ａとがボルトにより締結されて、リンク支持部材９が回転部材１０３に固定されている。
【００６０】
リンク支持部材９の腕部９ｂの先端には、第１の軸線Ｏ1 と平行に延びる第１の枢支軸１１が、その先端を上方に向けた状態で取り付けられ、この第１の枢支軸に前段側リンク１０の一端が軸受１０ａを介して連結されている。
【００６１】
前段側アーム２は中空に形成されていて、その底面には点検用の窓が形成され、この窓は蓋板２２（図７参照）により閉じられている。
【００６２】
前段側アーム２の先端部には、リング状に形成された歯車取付け部２ｂが形成されている。歯車取付け部２ｂは、その中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で設けられていて、この歯車取付け部２ｂの下端の内周には、図１２に示したように、環状部材３ａの内周に多数の歯３ｂを刻設した内歯歯車３が、その中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で嵌合されている。図９に示されているように、内歯歯車３は、ボルト２３により歯車取付け部２ｂに固定されている。
【００６３】
歯車取付け部２ｂにはまた、回転中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で配置された中間回転部材５が軸受２５を介して回転自在に支持され、この中間回転部材５に、太陽歯車支持部材２７が軸受２８及び２９を介して回転自在に支持されている。
【００６４】
図１４に概略的に示したように、中間回転部材５は、リング状の歯車取付け部２ｂと同心的に配置されるほぼ円板状の本体部５ａと、該本体部５ａの外周部から径方向の外側に突出した腕部５ｂとを有していて、本体部５ａの中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で歯車取り付け部２ｂに軸受２５を介して支持されている。
【００６５】
腕部５ｂの先端には、軸線Ｏ2 ´が第２の軸線Ｏ2 と平行に延びる第２の枢支軸１２が、その先端を下方に向けた状態で取り付けられ、この第２の枢支軸１２の先端に前段側リンク１０の他端が軸受１０ｂを介して連結されている。
【００６６】
太陽歯車支持部材２７は、中心軸線を第２の軸線Ｏ2 に一致させた状態で配置された有底の円筒部２７ａと、円筒部２７ａの開口端（上端）に形成された外鍔部２７ｂとを一体に有していて、外鍔部２７ｂが軸受２８を介して中間回転部材５の本体部５ａに回転自在に支持されるとともに、円筒部２７ａが中間回転部材５の本体部５ａに取り付けられた後記する歯車支持部材３１の内周に軸受２９を介して支持されている。太陽歯車支持部材の円筒部２７ａの底部には、内歯歯車３の内側に同心的に配置された太陽歯車４が、その中心軸線を第２の軸線に一致させた状態で、ボルト３０（図９参照）により固定されている。図１３に示したように、太陽歯車４は、円板の外周に歯４ａを刻設した歯車からなっていて、この太陽歯車４の歯数は、内歯歯車３の歯数の１／２に設定されている。
【００６７】
中間回転部材５の本体部５ａの内歯歯車側の面には、図１４ないし図１６に示すように、４つの円弧状の歯車支持部材３１がロックボルト３２により取り付けられている。これらの歯車支持部材３１にそれぞれ９０°間隔で配置された４つの遊星歯車６が軸３３を介して回転自在に支持され、図１５に示したように、これらの遊星歯車６が内歯歯車３と太陽歯車４とに噛み合わされている。内歯歯車３と太陽歯車４と遊星歯車６とにより、遊星歯車機構が構成されている。
【００６８】
なお図１５の各部に付された斜線は、部材を区別するためのものであり、断面を示すハッチングではない。
【００６９】
図１６の展開断面図に示したように、円弧状の歯車支持部材３１のそれぞれの両端にはテーパ面３１ａが形成され、隣接する歯車支持部材のテーパ面３１ａ，３１ａ間に形成された隙間に楔状の位置調整具３４が係入されている。ロックボルト３２を貫通させるために各歯車支持部材３１に設けられたボルト挿通孔は緩めに形成されていて、ボルト３２を緩めた状態では、各歯車支持部材３１を内歯歯車３の周方向に微少量だけ変位させることができるようになっている。各歯車支持部材３１を貫通させた状態で調整ネジ３５が設けられ、各調整ネジ３５は、中間回転部材５の本体部５ａに設けられたネジ孔に螺合されている。この例では、歯車支持部材３１と、位置調整具３４と、調整ネジ３５と、ボルト３２とにより、遊星歯車の位置を調整する遊星歯車位置調整機構が構成されている。
【００７０】
各遊星歯車の位置を調整する際には、ロックボルト３２を緩めた状態で調整ネジ３５を回転させて位置調整具３４の係入量を調整することにより、各歯車支持部材３１を内歯歯車３の周方向に微少量移動させて、内歯歯車及び太陽歯車の周方向に対する各遊星歯車６の位置を微調整する。これにより、遊星歯車６と内歯歯車３及び太陽歯車４との噛み合わせ状態を調整した後、ロックボルト３２を締め付けて、歯車支持部材３１を固定する。
【００７１】
このように遊星歯車６の位置を微調整する位置調整機構を設けておくと、遊星歯車６を内歯歯車３と太陽歯車４とに噛み合わせ後、遊星歯車６と太陽歯車４及び内歯歯車３との間の噛み合わせ状態を遊びがない状態に調整することができるため、遊星歯車機構のバックラッシュをなくすための調整を容易に行うことができる。
【００７２】
図９及び図２ないし図６に現れているように、太陽歯車支持部材２７の外鍔部２７ｂには、第２の軸線Ｏ2 に対して対称に配置された２つの円弧状の長孔２７cA及び２７cBが形成され、中間回転部材５の本体部５ａに固定された第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂが、これらの長孔２７cA及び２７cBにスライド自在に嵌合されている。第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂは、第２の軸線Ｏ2 に対して対称な位置に、それぞれの軸線Ｏ3A´及びＯ3B´を第２の軸線Ｏ2 と平行な方向に向けた状態で配置されている。第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂと長孔２７cA及び２７cBとの嵌合により、太陽歯車４の回転範囲（後段側アーム７の回動範囲）がほぼ１２０°に規制されている。
【００７３】
前段側アーム２の先端の歯車取り付け部２ｂの下端の開口部は着脱自在な蓋板３７により閉じられている。
【００７４】
上記のように、中間回転部材５は前段側リンク１０を介してリンク支持部材９に連結されているため、中間回転部材５は常にリンク支持部材９と同じ向きに保持される。したがってリンク支持部材９を支持フレームに対して固定した状態で前段側アーム２を回動させると、内歯歯車３の回転が太陽歯車４に伝達され、太陽歯車４が内歯歯車３と反対側に回転する。内歯歯車３の歯数と太陽歯車４の歯数とが２対１に設定されているため、太陽歯車４は、内歯歯車３の回転方向と反対方向に、内歯歯車の回転角θの２倍の角度２θだけ回転する。
【００７５】
図９に示したように、後段側アーム７の後端部には、下方に開口した断面が円形の凹部７ａが形成され、この凹部７ａの底部の中央に更に凹部７ａよりも小径の凹部７ｂが形成されている。後段側アーム７の凹部７ａに太陽歯車支持部材２７の外鍔部２７ｂが嵌合され、太陽歯車支持部材の外鍔部２７ｂの長孔２７cA及び２７cBを貫通した第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂが凹部２７ｂ内に挿入されている。後段側アーム７の後端部は、ボルト４０により太陽歯車支持部材２７の外鍔部２７ｂに締結され、これにより、後段側アーム７の後端部が太陽歯車４に結合されている。したがって、後段側アーム７は太陽歯車４の回転に伴って、第２の軸線Ｏ2 を中心に回動させられる。
【００７６】
前述のように、前段側アーム２が回動したときに、太陽歯車４は内歯歯車３の回転方向と反対の方向に、内歯歯車３の回転角の２倍の角度回転させられるため、後段側アーム７は、前段側アーム２の回動に伴って、前段側アームの回動方向と反対の方向に、前段側アームの回動角の２倍の角度回動する。
【００７７】
図１０及び図１１に示したように、後段側アーム７の先端部には、断面が円形の取り付け孔７ｃが形成され、この取り付け孔７ｃの内周には、中心軸線を第３の軸線Ｏ3 に一致させた状態で配置された断面が円形のハンド支持部材８が軸受４１を介して回転自在に支持されている。
【００７８】
図示の例では、ハンド支持部材８が大径の第１の部材８Ａと該第１の部材８Ａに重ねて配置された小径の第２の部材８Ｂとからなっていて、両部材８Ａ及び８Ｂがボルト４２により締結されて一体化されている。図１０にも示されているように、回転部材８の下端には、環状の軸支持部材４３がボルト４４により固定され、この軸支持部材４３には、対の第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂがそれぞれの先端を下方に向けた状態で支持されている。前述のように、第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂは、第３の軸線Ｏ3 に対して対称な位置に、それぞれの軸線Ｏ4A´及びＯ4B´を第３の軸線Ｏ3 と平行な方向に向けた状態で配置されている。
【００７９】
後段側アーム７内には、下方に開口した中空部７ｄが形成されていて、この中空部７ｄ内には、後段側アームと平行に延びる１対の後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂが、第２の軸線Ｏ2 と第３の軸線Ｏ3 とを含む平面の両側に位置させた状態で収容されている。これら対のリンク１３Ａ及び１３Ｂの一端は、中間回転部材５に支持された第３の枢支軸１４Ａ及び１４Ｂに軸受１３ａを介して連結されている。また対の後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂの他端は、ハンド支持部材８に支持された対の第４の枢支軸１５Ａ及び１５Ｂに軸受１３ｂを介して連結されている。後端側アーム７の中空部の開口部は着脱自在な蓋板４５により閉じられている。
【００８０】
上記のように、中間回転部材５とハンド支持部材８との間が後段側リンク１３Ａ及び１３Ｂにより連結されているため、前端側アーム２及び後段側アーム７が回動する過程で、ハンド支持部材８は常に中間回転部材５と同じ向きに保持される。
【００８１】
中間回転部材５の回動に伴ってハンド支持部材８を円滑に回転させるためには、上記の実施形態のように、後段側リンクを２本設けて平行に配置するのが好ましいが、本発明は、このように後段側リンクを２本設ける場合に限定されるものではなく、後段側リンクを１本だけ設けるようにしてもよい。
【００８２】
またロボットをコンパクトに構成するためには、上記の実施形態のように、後段側リンクを後段側アームの中空部内に収めるようにするのが好ましいが、図１７に示すように、後段側リンク１３を後段側アーム７の外部に配置するようにしてもよい。図１７に示した例では、中間回転部材５に腕部５ｂの外に更に後段側リンク１３の一端を枢支するための腕部５ｃが設けられ、ハンド支持部材８に後段側リンク１３の他端を枢支するための腕部８ａが設けられている。後段側リンク１３は後段側アーム７と平行に配置されて、その一端は、軸線Ｏ3 ´が第２の軸線Ｏ2 と平行に延びる第３の枢支軸１４を介して腕部５ｃに枢支されている。また後段側リンク１３の他端は、軸線Ｏ4 ´が第３の軸線Ｏ3 と平行に延びる第４の枢支軸１５を介してハンド支持部材の腕部８ａに枢支されている。その他の構成は図１ないし図１６に示した実施形態と同様である。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、前段側アームの回動を、回動方向を反転させて後段側アームに伝達する機構として、両アームを連結する関節部内に楽に収容できる遊星歯車機構を用いたので、ベルト・プーリ機構を用いる場合に比べてロボットをコンパクトに構成することができる利点がある。
【００８４】
またアーム内にベルトプーリ機構を収容する必要がないため、アームの厚さを薄くして、ロボットの小形軽量化を図ることができる。
【００８５】
また本発明によれば、前段側アームから後段側アームへの変位の伝達機構にベルトが存在しないため、ベルトの伸縮によるハンドの位置ずれ等、ベルトを用いていたことにより生じていた従来のロボットの種々の問題を解決することができ、繰り返し動作時の位置再現性が高いワーク搬送用ロボットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わるワーク搬送用ロボットの一実施形態の全体的な構成を示した平面図である。
【図２】 同実施形態の一動作状態を示す平面図である。
【図３】 同実施形態の他の動作状態を示す平面図である。
【図４】 同実施形態の更に他の動作状態を示す平面図である。
【図５】 同実施形態の更に他の動作状態を示す平面図である。
【図６】 同実施形態の更に他の動作状態を示す平面図である。
【図７】 同実施形態の図６に示した動作状態での底面図である。
【図８】 同実施形態の内部構造を示した縦断面図である。
【図９】 同実施形態の前段側アームと後段側アームとの連結部の構造を示した拡大縦断面図である。
【図１０】 同実施形態の後段側アームの先端とハンド支持部材との結合部の構造を示した拡大縦断面図である。
【図１１】 同実施形態の後段側リンクとハンド支持部材との連結部の構造を示した底面図である。
【図１２】 同実施形態の前段側アームの先端に設ける内歯歯車の一例を示した平面図である。
【図１３】 図１２の内歯歯車の内側に同心的に配置されて後段側アームの後端部に結合される太陽歯車の一例を示した平面図である。
【図１４】 本実施形態において中間回転部材に支持されて図１２の内歯歯車及び図１３の太陽歯車に噛み合わされる遊星歯車を示した底面図である。
【図１５】 図１２の内歯歯車と図１３の太陽歯車と図１４の遊星歯車とにより構成される遊星歯車機構の構造を示す平面図である。
【図１６】 図１５に示した遊星歯車機構の遊星歯車の位置を微調整する遊星歯車位置調整機構の構造を説明するための展開断面図である。
【図１７】 本発明の他の実施形態の構成を示した平面図である。
【符号の説明】
１…アーム・リンク駆動装置、２…前段側アーム、３…内歯歯車、４…太陽歯車、５…中間回転部材、６…遊星歯車、７…後段側アーム、８…ハンド支持部材、９…リンク支持部材、１０…前段側リンク、１１…第１の枢支軸、１２…第２の枢支軸、１３Ａ，１３Ｂ…後段側リンク、１４Ａ，１４Ｂ…第３の枢支軸、１５Ａ，１５Ｂ…第４の枢支軸、１６…ワーク保持用ハンド、Ｏ1 …第１の軸線、Ｏ2 …第２の軸線、Ｏ3 …第３の軸線。
Claims (9)
- 第１の軸線を中心に回動するように後端部が支持フレームに回動自在に支持された前段側アームと、
前記第１の軸線から一定の距離Ｌを隔てた位置において該第１の軸線と平行に延びる第２の軸線に中心軸線を一致させた状態で前記前段側アームの先端部に取り付けられた内歯歯車と、
歯数が前記内歯歯車の歯数の１／２に設定されて前記内歯歯車の内側に同心的に配置された太陽歯車と、
回転中心軸線を前記第２の軸線に一致させて前記前段側アームの先端部に回転自在に支持された中間回転部材と、
前記中間回転部材に回転自在に支持されて前記内歯歯車と太陽歯車とに噛み合わされた遊星歯車と、
回動中心軸線を前記第２の軸線に一致させて後端部が前記前段側アームの先端部に回動自在に支持されるとともに前記太陽歯車に固定されて前記太陽歯車の回転に伴って回動させられる後段側アームと、
前記第２の軸線から一定距離Ｌを隔てた位置において前記第１の軸線及び第２の軸線と平行に伸びる第３の軸線に回転中心軸線を一致させて前記後段側アームの先端部に回転自在に支持されたハンド支持部材と、
前記ハンド支持部材に後端部が支持されたワーク保持用のハンドと、
前記前段側アームを駆動して該前段側アームを前記第１の軸線を中心に回動させるアーム駆動装置と、
前記支持フレームに支持されて前記支持フレームに対して相対的に、または前記支持フレームとともに前記第１の軸線を中心にして回動し得るように設けられたリンク支持部材と、
前記前段側アームと平行に配置されて前記第１の軸線と平行に伸びる第１の枢支軸を介して前記リンク支持部材に一端が枢支されるとともに前記第１の枢支軸の軸線から前記一定距離Ｌを隔てた位置において前記第２の軸線と平行に伸びる第２の枢支軸を介して前記中間回転部材に他端が枢支された前段側リンク及び前記後段側アームと平行に配置されて前記第２の軸線と平行に伸びる第３の枢支軸を介して前記中間回転部材に一端が枢支されるとともに前記第３の枢支軸の軸線から前記一定距離Ｌを隔てた位置において前記第３の軸線と平行に伸びる第４の枢支軸を介して前記ハンド支持部材に他端が枢支された後段側リンクを備えたリンク機構と、
を具備し、
前記前段側アーム及び後段側アームが相対的に回動する過程で前記前段側リンク及び後段側リンクが相対的に回動して前記第２の軸線と第２の枢支軸の軸線とを含む平面の向きを前記第１の軸線と第１の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つとともに、前記第１の軸線と前記第３の軸線とを含む平面の向きを前記第２の軸線と前記第２の枢支軸の軸線とを含む平面と同じ向きに保つように前記リンク機構が構成され、
前記リンク支持部材を停止させた状態で前記前段側アームを回動させたときに前記前段側アーム及び後段側アームが、前記第１の軸線と第３の軸線とを含む平面を常に同じ向きに向けた状態を保って相対的に回動して、前記ハンド支持部材が前記第１の軸線と第３の軸線とを含む平面に沿って直線変位するように構成されているワーク搬送用ロボット。 - 前記リンク支持部材は、回転中心軸線を前記第１の軸線に一致させた状態で前記支持フレームに回転自在に支持され、
前記リンク支持部材を駆動して該リンク支持部材を前記第１の軸線を中心に回転させるリンク駆動装置が設けられている請求項１に記載のワーク搬送用ロボット。 - 前記リンク支持部材は前記支持フレームに固定され、前記支持フレームを前記第１の軸線を中心に回転させる機構が設けられている請求項１に記載のワーク搬送用ロボット。
- 前記後段側リンクは１対設けられていて、該１対の後段側リンクが、前記第２の軸線と第３の軸線とを含む平面を間に挟んで互いに平行に延びるように配置され、
前記対の後段側リンクのそれぞれの一端を前記中間回転部材に枢支する対の第３の枢支軸は、前記第２の軸線に対して対称な位置に配置され、
前記対の後段側リンクのそれぞれの他端をハンド支持用回転部材に枢支する対の第４の枢支軸は、前記第３の軸線に対して対称な位置に配置されている請求項１，２または３に記載のワーク搬送用ロボット。 - 前記後段側リンクは、一つだけ設けられて、前記後段側アームの側方に配置されている請求項１，２または３に記載のワーク搬送用ロボット。
- 前記後段側アームは中空に形成され、
前記後段側リンクは前記後段側アームの中空部内に配置されている請求項１ないし４のいずれか一つに記載のワーク搬送用ロボット。 - 前記ワーク保持用ハンドは、基部と該基部に後端部が固定された対のフィンガー部とを備えた部材からなっていて、前記対のフィンガー部が前記第１の軸線と第３の軸線とを含む平面に対して対称な位置に配置された状態で前記基部が前記ハンド支持部材に固定されて支持されている請求項１ないし６のいずれか一つに記載のワーク搬送用ロボット。
- 前記リンク支持部材は前記第１の軸線から前記第１の枢支軸に向う方向に突出した第１の腕部を有し、前記中間回転部材は前記第２の軸線から前記第２の枢支軸側に向う方向に突出した第２の腕部を有し、前記第１の腕部の先端部及び前記第２の腕部の先端部にそれぞれ前記第１の枢支軸及び前記第２の枢支軸が支持されている請求項１ないし７のいずれか一つに記載のワーク搬送用ロボット。
- 前記遊星歯車の位置を前記内歯歯車及び太陽歯車の周方向に沿って微調整する遊星歯車位置調整機構が前記中間回転部材に設けられている請求項１ないし８のいずれか一つに記載のワーク搬送用ロボット。
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