TWI415778B - Multi - joint robots - Google Patents

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TWI415778B
TWI415778B TW097119919A TW97119919A TWI415778B TW I415778 B TWI415778 B TW I415778B TW 097119919 A TW097119919 A TW 097119919A TW 97119919 A TW97119919 A TW 97119919A TW I415778 B TWI415778 B TW I415778B
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pedestal
joint
hand
roller bearing
reducer
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TW097119919A
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Satoshi Sueyoshi
Masahiko Ookura
Tomohiro Matsuo
Original Assignee
Yaskawa Denki Seisakusho Kk
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Description

多關節機械人
本發明是關於液晶用的玻璃基板或半導體晶圓等薄板狀工件出入保管庫用的多關節機械人。
習知的多關節機械人,已提案有藉由肩關節部旋轉中心和台座旋轉中心的偏置以在轉動台座時可讓多關節機械人的旋繞半徑變小(例如,參照專利文獻1)。
習知的多關節機械人1,如第6圖所示,具備有由關節部3、4、5連結成可旋轉,由旋轉驅動源傳達旋轉力可進行所期望之動作的二組多關節臂2,構成為將設置在二組多關節臂2基端的關節部3的旋轉中心軸配置在上下(或軸方向)。
多關節機械人1,具備有二組多關節臂2,一方的臂驅動式裝置2為供給用,另一方為取出用,可同時執行工件9的供給動作和另一工件9的取出動作。
此外,習知的多關節機械人1,其由多關節臂2保持著工件9的手部8是構成為可朝圖中箭頭符號X所示的工件9取出、供給方向直線移動。
另外,習知的多關節機械人1,具備有可使設置在多關節臂2的支撐構件10上下移動的移動構件11(以下,稱移動機構11),可調整多關節臂2的上下位置。此外,上下移動機構11的台座13是設置成可轉動,可使多關 節機械人1旋繞改變方向。
再加上,習知的多關節機械人1,其台座13是設置成可朝圖中箭頭符號Y所示方向,即可朝分別正交於手部8移動方向和支撐構件10上下移動方向的方向移動在基座台14上藉此可調整上下移動機構11的位置。
此外,習知的多關節機械人1所具備的二組多關節臂2,例如是具有複數的關節部,即多關節機械人1是構成為水平關節式機械人°本實施形態的多關節臂2,具備:第一臂6(以下,稱上腕6),和與上腕6連結的第二臂7(以下,稱前腕7),及與前腕7連結可保持著工件9的手部8。
上腕6的基端是透過驅動軸連結在支撐構件10,構成可轉動的關節部3(以下,稱肩關節部3)。該肩關節部3是成為多關節臂2的基端關節部3。此外,上腕6前端和前腕7基端是透過驅動軸連結著,構成可轉動的關節部4(以下,稱肘關節部4)。另外,前腕7前端和手部8是透過驅動軸連結著,構成可轉動的關節部5(以下,稱手關節部5)。該等構件是配置成可使肩關節部3的旋轉中心軸位於同軸上成對面配置在上下方向。
多關節臂2是利用未圖示的旋轉驅動源轉動肩關節部3和關節部4和手關節部5,朝工件取出、供給方向移動手部8。此時,多關節臂2,其機構是執行伸縮動作讓手部8朝一方向直線移動於伸直上腕6和前腕7的伸長位置,及上腕6和前腕7成為摺疊狀態的收縮位置。
於此,習知的多關節機械人1是設計成於第7圖所示的多關節臂2縮回位置,可使手部8所保持的工件9中心和台座13的旋轉中心一致。再加上,將肘關節部4的旋轉中心和台座13的旋轉中心針對手部8的移動方向偏移在正交方向使肘關節部4或手部8於台座13轉動時不會突出多關節機械人1周圍所需的最小區域圓15,因此能夠縮小多關節機械人1的旋繞半徑。
此外,習知的多關節機械人,提出一種電動機的旋轉是以皮帶傳達至差動減速機,以軸承支撐差動減速機的旋轉(例如,參照專利文獻2)。
習知多關節機械人的旋繞構造,如第8圖所示,馬達102是在大致圓筒狀的旋轉構件104的外圍部附近,安裝成倒立,利用其軸和結合於減速機構103輸入的驅動輸入軸193上所安裝的帶齒皮帶輪191、192和帶齒皮帶109運作旋轉驅動力的供給。減速機構103是安裝在固定構件105,旋轉構件104頂部是利用機械人的基座台117和螺栓116形成安裝,利用底部的軸承112旋轉自如地保持在固定構件105。
〔專利文獻1〕日本特開2001-274218號公報(第4頁~第5頁、第1圖、第2圖)
〔專利文獻2〕日本特開平2-160485號公報(第2頁~第3頁、第1圖)
液晶用玻璃基板或半導體晶圓等薄板狀工件出入保管庫用的多關節機械人隨著大型化的趨勢,處理基板片數也被要求增加的同時還被要求能以短時間進行處理。因此,對於多關節機械人的要求,不管基板配置用保管庫已經變高到達天花板所造成的設備本身大型化,將工件搬出入於保管庫的傳遞路程還是以較短為佳。即,若傳遞路程是構成從幾乎可高到天花板的傳遞路程至幾乎可低到貼地的傳遞路程時,則可讓保管庫配置更多的基板,因此對於多關節機械人的要求就希望能夠有效利用高度方向。
此外,讓多關節機械人達到高速、高精度也成為大課題。另一方面,大型化的設備,為了要維持周圍的乾淨無塵環境是需要龐大的設備投資,因此就希望能夠讓保管庫配置更多的基板,增加基板處理片數。基於此,也就希望多關節機械人能夠從上述高傳遞路程至低傳遞路程朝上下方向移動。
另外,關於乾淨無塵度,為確保乾淨無塵度所使用的機械人需構成為機械人的內部不露出。因此,所使用的機械人驅動機構是要求需配置在機械人內部。
此外,液晶基板或半導體晶圓的生產片數是逐年變多,為提高生產性,對於機械人就要求需提昇搬運工件數。然而,機械人因內含機械零件所以需要維修保養,維修保養時間對於搬運工件數的影響也很大,因此就希望機械人能夠容易維修保養。關於維修保養,理所當然是會有動力 傳達用部位的更換作業,更換作業最多的是減速機的更換,如何讓該減速機的更換能夠更加容易就成為課題。特別是在台座旋繞時,立柱或多關節臂或手的力矩會作用在驅動用的減速機,因此台座旋繞軸的減速機損傷的可能性較高。
針對上述課題,習知的多關節機械人,其立柱和安裝在立柱的多關節臂及手旋繞用的台座的旋繞機構是構成為減速機直接連結在台座,所以在維修保養時為了要更換內藏的減速機,需要對立柱另外加以支撐的作業,無法容易進行維修保養,因此減速機的更換作業費時,導致生產性降低的問題。
另外,習知的多關節機械人是構成為多關節臂基端同軸配置在上下的構造。因此,配置在多關節臂基端的機構零件即馬達或皮帶輪的更換時,只能採取卸下單方多關節臂之後再進行更換的方法,所以維修保養時間就變龐大,導致生產性降低的問題。
此外,習知多關節機械人的旋繞機構的構造,若是如一般的垂直多關節機械人其構造為多關節臂配置在旋繞機構上的構造時,即使是構成為底部配置有軸承但上部的力矩載重也不會產生大的作用因此不成問題,但透過台座旋繞側部的立柱時就會有較大的力矩載重作用。如此一來,因減速機的輸出平面和軸承的支撐平面並不一致,所以旋繞時的力矩載重會形成大的作用,不僅對於減速機,軸承也會造成損傷,產生維修保養困難的問題。
另外,工件的傳遞路程雖是要低,但第8圖所示的旋繞機構其內部有著不必要的空間,即使將其組合在習知多關節機械人還是無法形成低傳遞路程,因此就產生工件無法搬出入於保管庫下部的問題。
本發明是有鑑於上述問題所研創的發明,目的是提供一種能夠實現容易維修保養且低傳遞路程的多關節機械人。
為解決上述問題,本發明構成為下述。
申請專利範圍第1項所記載的發明,多關節機械人,是由:搬運物載放用的手部;與上述手部連結,至少具備2個以上的旋轉關節,可使上述手部伸縮成朝一方向移動,配置在上下方向成相向的多關節臂;安裝在立柱成可上下移動的移動機構;上述移動機構和上述多關節臂連結用的支撐構件;及在上述立柱下端部,相對於上述立柱的下端部偏置連結台座的旋繞軸,構成與上述手部的移動方向及上述多關節臂上下的方向成正交,於該多關節機械人中,具有使上述台座旋繞的減速機的輸出軸與上述台座固定用的第1固定構件,上述第1固定構件與上述減速機的輸出軸的固定面是位在以上述台座的上述旋繞軸為中心於上述減速機半徑方向的支撐配置在外側的上述台座的斜置滾輪軸承的厚度之間,並固定於第2固定構件,該第2固定構件是被配置在上述斜置滾輪軸承的外輪被固定於基座台 之底座上,上述台座的旋轉支撐是由斜置滾輪軸承執行,且台座的旋轉是由差動減速機的輸出執行,藉此即使在減速機更換時,因台座是由斜置滾輪軸承支撐,能夠不受拘束只拆卸減速機。
申請專利範圍第2項所記載的發明,上述減速機被配置在比上述斜置滾輪軸承的內徑更內側,上述多關節臂與上述立柱與上述移動機構及上述台座被以上述斜置滾輪軸承旋繞支撐的狀態,在上述減速機上方的上述台座具備可卸下上述減速機的減速機蓋。
根據申請專利範圍第1項及第2項所記載的發明時,為了對立柱和安裝在立柱的多關節臂及手部旋繞用的台座加以維修保養,在進行內設減速機更換作業時,由於是利用有別於減速機另外配置的軸承支撐著台座,因此不需要對立柱進行另外的支撐作業,能夠容易進行維修保養。
此外,能夠消除台座高度方向的閒置空間。即,手部的底面能夠配置成位於底座其高至低的位置,能夠實現低傳遞路程的工件搬運。即,手部的底面是可配置成位於底座其高至低的位置,可以實現低傳遞路程的工件搬運。
另外,即使作用著台座旋繞造成的立柱、多關節臂或手部的大力矩,但因是使用如斜置滾輪軸承對於來自任何方向的載重都可保持良好精度的軸承,以較大的旋轉半徑進行支撐,所以能夠獲得良好精度支撐的同時,在取出減速機時也不需要對立柱進行另外支撐的作業,因此能夠容易進行維修保養。
〔發明之最佳實施形態〕
以下,參照圖面對本發明實施形態進行說明。
〔實施例1〕
第1圖為本發明多關節機械人的透視圖,第2圖為本發明多關節機械人的上面圖,第3圖為本發明多關節機械人的正面圖。
本發明的多關節機械人1,為了對應未圖示保管庫的高層化,構成由可區分為複數塊的立柱12所連結形成的構造。如上述,藉由依順序連結各立柱塊16形成具有可對應保管庫高層之高度的多關節機械人1。本實施例中,多關節機械人1是構成為4個立柱塊16所連結形成的構造。各立柱塊16的兩端面是形成可使立柱塊16間連結的嵌合構造,再加上,為了讓線性導件形成的引導機構獲得的良好精度配置具有未圖示的定位孔,使用定位工具調整進行組裝。
此外,本發明的多關節機械人1,具備有由關節部3、4、5連結成可旋轉,由旋轉驅動源傳達有旋轉力可進行所期望動作的二組多關節臂2。此外,由多關節臂2保持著工件9的手部8是構成可朝圖中箭頭符號X所示的工件9取出、供給方向直線移動。另外,設置在二組多關節臂2基端的關節部3旋轉中心軸的關係,如第2圖所示,構成為相對於上臂21基端的關節部3在手部8移動方 向錯開位置配置下臂22基端的關節部3。
此外,又具備有可使設有多關節臂2的支撐構件10上下移動的上下移動構件11,構成可調整多關節臂2的上下位置。另外,上下移動機構11的台座13是設置成可轉動,構成可旋繞多關節機械人1改變方向。於此,上下移動機構11是和手部8的移動方向成相同方向配置,支撐構件10是從上下移動機構11針對手部8移動方向朝正交方向突出,連結在多關節臂2基端的關節部3。此外,連結在下臂的支撐構件10,如第2圖所示形成為手部8移動方向偏置形狀以在多關節臂2由上下移動機構11移動至下方時不會干涉到台座13。另外,上下移動機構11是以未圖示具有密封功能的保護蓋覆蓋著,藉此抑制來自立柱12內部的灰塵。
其次,使用第4圖說明台座13的構造。台座13的內部內包有台座13驅動用的馬達31和減速機構36。為了讓台座13的厚度形成為較薄的構成,其內部形成有加強肋51,藉此成為高剛性構造可保持著已安裝在立柱12的臂體重量。接著,針對台座13的細部構造進行說明。馬達31是以螺栓等固定在台座13,馬達31的輸出軸是旋轉自如地支撐在馬達用軸承32,輸出軸32安裝有皮帶34的一端。皮帶34的另一端是安裝在由減速機蓋45正下方配置的輸入齒輪用軸承35支撐成旋轉自如的輸入齒輪36,透過皮帶34讓馬達31的動力傳達至輸入齒輸36。輸入齒輪用軸承35的外輪是固定在軸承保持構件49,軸承 保持構件49是繫結在差動減速機37的輸出軸39。如上述將軸承保持構件49繫結在輸出軸39的構成是可讓輸出軸39兼作為軸承保持構件49的安裝底座,藉此能夠消除台座高度方向的閒置空間。即,手部的底面可配置成低至台座的高度,可以實現低傳遞路程的工件搬運。並且,差動減速機37與減速機蓋45為止的高度是以輸入齒輪用軸承35的軸承厚度和皮帶34的寬度算出,成為最小尺寸。此外,輸入齒輪36是輸入至差動減速機37。差動減速機37的固定部38是固定在底座17,差動減速機37的輸出軸39是由輸出軸固定螺栓40固定在需固定於台座13的固定構件41。差動減速機37部份的高度是以差動減速機37、輸入齒輪軸承35的軸承厚度和皮帶34的寬度算出,成為最小尺寸。
此外,為了讓台座13厚度變薄,對於台座13旋繞動作支撐用的軸承並不需要形成多段,而是以可保持來自於任何方向之載重的斜置滾輪軸承42構成。斜置滾輪軸承42的內輪,是由和台座13固定的固定構件43保持著,旋轉自如地支撐著台座13。另外,斜置滾輪軸承42的外輪是由固定在底座17的固定構件44保持成不動。為了防止旋繞時的立柱12的振動或倒下,斜置滾輪軸承42的軸向間隙,例如是以0至15μm程度負公差構成。如此一來,因斜置滾輪軸承的軸向間隙成為零所以就形成不會產生立柱12振動或倒下的構成。
接著,針對斜置滾輪軸承42和差動減速機37的關係 進行說明。當以差動減速機37的輸入齒輪36的旋轉中心為旋繞中心時,差動減速機37的輸出軸39是以旋繞中心為中心,旋轉成為具有比輸入齒輪36旋轉半徑還外側的旋轉半徑。此外,斜置滾輪軸承42是以旋繞中心為中心,旋轉其內輪成為具有比差動減速機37的輸出軸39旋轉半徑還外側的旋轉半徑。如上述,斜置滾輪軸承42和差動減速機37的旋轉中心相同,斜置滾輪軸承42是配置成具有比差動減速機37外側的旋轉半徑。另外,高度方向,差動減速機37的輸出軸39和台座13兩者固定用的固定構件41的固定面高度是配置成位於斜置滾輪軸承42大致高度中心。即,如此一來,就能夠讓立柱或上下移動機構、上下臂的力矩載重由大的斜置滾輪軸承支撐著,藉由將高度設定成輸出軸的固定面位於斜置滾輪軸承大致高度中心,能夠抑制台座驅動時的扭曲。
構成如上述時,台座13的旋轉支撐是由斜置滾輪軸承42執行,台座13的旋轉是由差動減速機37的輸出執行,如此一來例如即使在減速機37更換時,因台座13是由斜置滾輪軸承42支撐著,所以就能夠不受拘束只拆卸減速機37。
本發明和專利文獻1不同的部份,在於本發明為相對於上臂基端的關節部在手部移動方向錯開位置配置下臂基端的關節部之構成,同時台座的旋轉支撐是由斜置滾輪軸承執行,台座的旋轉是由差動減速機的輸出執行的部份。
其次,使用第1圖對動作進行說明。本發明的多關節 機械人1所具備的二組多關節臂2,例如具有複數的關節部,即,多關節機械人1是水平多關節機械人的構成。本實施形態的多關節臂2具備和習知多關節臂2相同的構造。
上腕6的基端是透過驅動軸連結於支撐構件10,構成可轉動的肩關節部3。該肩關節部3是成為多關節臂2基端的關節部3。此外,上腕6的前端和前腕7的基端是透過驅動軸形成連結著,構成可轉動的肘關節部4。另外,前腕7的前端和手部8是透過驅動軸形成連結著,構成可轉動的手關節部5。
多關節臂2是利用未圖示的旋轉驅動源轉動肩關節部3和肘關節部4和手關節部5,使手部8朝工件取出、供應方向移動。此時,多關節臂2,其機構是讓手部8朝一方向進行伸縮動作,使其在伸直上腕6和前腕7的伸長位置,及上腕6和前腕7成為摺疊狀態的縮回位置之間直線移動。
於此,針對本實施例的多關節機械人1的旋繞半徑是使用下臂22進行說明。於第5圖所示的下臂22縮回位置,由手部8保持的工件9其中心是設計成和台座13旋轉中心一致。再加上,肩關節部3的旋轉中心和手關節部5的旋轉中心和台座13的旋轉中心是偏置成一致位於手部8移動方向軸線上,使肘關節部4或手部8於台座13轉動時不會突出多關節機械人1周圍所需的最小區域圓15,因此就能夠縮小多關節機械人1的旋繞半徑。
於此,為了避免圖面變繁雜而使用下臂進行了說明,但對於上臂21也是相同,工件9的中心是設計成和台座13旋轉中心一致,肩關節部3、手關節部5和台座13的旋轉中心位置關係也是和下臂相同構成。
其次,針對上下方向的動作進行說明。多關節臂2是安裝在支撐構件10,根據未圖示的控制器指令由上下移動機構11朝上下方向移動。如第3圖所示,在朝下方移動時,因支撐構件10是以不干涉到台座13的形態構成為手部8移動方向偏置形狀,所以支撐構件10可下降至上下移動機構11最下點的移動位置。
接著,使用第4圖對減速機的更換作業進行說明。首先,鬆脫拿掉蓋用螺栓46卸下減速機蓋45。如此一來,就可確認出被固定在輸入齒輪用軸承35及台座13的固定構件41。其次,鬆脫拿掉輸入齒輪36的固定螺栓47,將輸入齒輪36和皮帶部份分開。如此一來,就能夠卸下皮帶34。接著,鬆脫拿掉輸出軸螺栓40,卸下被固定在台座的固定構件41。如此一來,就能夠讓差動齒輪減速機37的輸出軸39成為不受拘束可自由取出的狀態。其次,鬆脫拿掉差動齒輪減速機37其固定部38所繫結的固定部用螺栓48,將差動齒輪減速機37的固定部38從底座17卸下。如此一來,就能夠不受拘束地將差動齒輪減速機37從台座13取出。
如以上所述的順序,能夠順利取出差動齒輪減速機。此時,因台座是由斜置滾輪軸承支撐著,所以安裝在台座 的立柱及上下移動機構並不需具備特別的器具,就能夠進行作業。
此外,針對馬達的更換,同樣地只要卸下配置在馬達上部的外罩就能夠容易進行更換作業。
1‧‧‧多關節機械人
2‧‧‧多關節臂
21‧‧‧上臂
22‧‧‧下臂
3‧‧‧肩關節部
5‧‧‧手關節部
6‧‧‧上腕
7‧‧‧前腕
8‧‧‧手部
9‧‧‧工件
10‧‧‧支撐構件
11‧‧‧上下移動機構
12‧‧‧立柱
13‧‧‧台座
14‧‧‧基座台
15‧‧‧最小區域圓
16‧‧‧立柱塊
17‧‧‧底座
31‧‧‧馬達
32‧‧‧輸出軸
33‧‧‧馬達用軸承
34‧‧‧皮帶
35‧‧‧輸入齒輪用軸承
36‧‧‧輸入齒輪
37‧‧‧差動減速機
38‧‧‧固定部
39‧‧‧輸出軸
40‧‧‧輸出軸固定螺栓
41‧‧‧固定構件
42‧‧‧斜置滾輪軸承
43‧‧‧固定構件
44‧‧‧固定構件
45‧‧‧減速機蓋
46‧‧‧蓋用螺栓
47‧‧‧固定螺栓
48‧‧‧固定部用螺栓
49‧‧‧軸承保持構件
50‧‧‧開口部
51‧‧‧加強肋
第1圖為表示本發明實施例的多關節機械人透視圖。
第2圖為表示本發明實施例的多關節機械人上面圖。
第3圖為表示本發明實施例的多關節機械人正面圖。
第4圖為表示示本發明實施例的台座側剖面圖。
第5圖為表示本發明實施例的多關節機械人旋繞半徑圖。
第6圖為習知的多關節機械人透視圖。
第7圖為表示習知的多關節機械人旋繞半徑圖。
第8圖為表示習知的多關節機械人旋繞構造正面圖。
12‧‧‧立柱
13‧‧‧台座
16‧‧‧立柱塊
31‧‧‧馬達
32‧‧‧輸出軸
33‧‧‧馬達用軸承
34‧‧‧皮帶
35‧‧‧輸入齒輪用軸承
36‧‧‧輸入齒輪
37‧‧‧差動減速機
38‧‧‧固定部
39‧‧‧輸出軸
40‧‧‧輸出軸固定螺栓
41‧‧‧固定構件
42‧‧‧斜置滾輪軸承
43‧‧‧固定構件
44‧‧‧固定構件
45‧‧‧減速機蓋
46‧‧‧蓋用螺栓
47‧‧‧固定螺栓
48‧‧‧固定部用螺栓
49‧‧‧軸承保持構件
50‧‧‧開口部
51‧‧‧加強肋

Claims (2)

  1. 一種多關節機械人,是由:搬運物載放用的手部;與上述手部連結,至少具備2個以上的旋轉關節,可使上述手部伸縮成朝一方向移動,配置在上下方向成相向的多關節臂;安裝在立柱成可上下移動的移動機構;上述移動機構和上述多關節臂連結用的支撐構件;及在上述立柱下端部,相對於上述立柱的下端部偏置連結台座的旋繞軸,構成與上述手部的移動方向及上述多關節臂上下的方向成正交,其特徵為:具有使上述台座旋繞的減速機的輸出軸與上述台座固定用的第1固定構件,上述第1固定構件與上述減速機的輸出軸的固定面是位在以上述台座的上述旋繞軸為中心於上述減速機半徑方向的支撐配置在外側的上述台座的斜置滾輪軸承的厚度之間,並固定於第2固定構件,該第2固定構件是被配置在上述斜置滾輪軸承的外輪被固定於基座台之底座上,上述台座的旋轉支撐是由斜置滾輪軸承執行,且台座的旋轉是由差動減速機的輸出執行,藉此即使在減速機更換時,因台座是由斜置滾輪軸承所支撐,能夠不受拘束地僅拆卸減速機。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的多關節機械人,其中,上述減速機被配置在比上述斜置滾輪軸承的內徑更內側,上述多關節臂與上述立柱與上述移動機構及上述台座被以上述斜置滾輪軸承旋繞支撐的狀態,在上述減速機上方的上述台座具備可卸下上述減速機的減速機蓋。
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