(57)【要約】【課題】２軸駆動と無限旋回が可能で、かつ構成の簡素なロボットアームを提供する。【解決手段】同軸配置された第１および第２の駆動軸と、第１の駆動軸に連結され、第１の駆動軸から２方向に延びる第１および第２のアームと、第１および第２のアームの先端部に、回動可能にそれぞれ連結された第１および第２の回動出力部材と、第１のアームに対する第１の回動出力部材の回動姿勢を制御する第１の姿勢制御機構と、第２のアームに対する第２の回動出力部材の回動姿勢を制御する第２の姿勢制御機構と、第２の駆動軸に連結された操作用アームと、第１および第２の姿勢制御機構をそれぞれ操作する第１および第２の操作機構とを備える。【選択図】図１８
2010142952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸配置された第１および第２の駆動軸と、
第１の駆動軸に連結され、第１の駆動軸から２方向に延びる第１および第２のアームと、
第１および第２のアームの先端部に、回動可能にそれぞれ連結された第１および第２の回動出力部材と、
第１のアームと、第１のアームに平行な第１の平行アームと、第１の回動出力部材とを含んで平行四辺形構造を構成し、第１のアームに対する第１の回動出力部材の回動姿勢を制御する第１の姿勢制御機構と、
第２のアームと、第２のアームに平行な第２の平行アームと、第２の回動出力部材とを含んで平行四辺形構造を構成し、第２のアームに対する第２の回動出力部材の回動姿勢を制御する第２の姿勢制御機構と、
第２の駆動軸に連結された操作用アームと、
前記操作用アームの先端部に回動可能にそれぞれ連結され、第１および第２の姿勢制御機構をそれぞれ操作する第１および第２の操作機構とを備えることを特徴とするロボットアーム。
【請求項２】
第１の操作機構は、
一端側で第１のアームに回動可能に連結され、他端側で第１の平行リンクに回動可能に連結されたリンクよりなる第１のクランク部と、一端側で第１のクランク部の一端に一体に連結されて第１のアームに回動可能に連結された第１のリンク部とを有する第１のてこ部材と、
一端側で第１のリンク部の他端に回動可能に連結され、他端側で前記操作用アームに回動可能に連結された第１の連結リンクとを有し、
第２の操作機構は、
一端側で第２のアームに回動可能に連結され、他端側で第２の平行リンクに回動可能に連結されたリンクよりなる第２のクランク部と、一端側で第２のクランク部の一端に一体に連結されて第２のアームに回動可能に連結された第２のリンク部とを有する第２のてこ部材と、
一端側で第２のリンク部の他端に回動可能に連結され、他端側で前記操作用アームに回動可能に連結された第２の連結リンクとを有することを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。
【請求項３】
第１のてこ部材の第１のクランク部が第１のアームに回動可能に連結された連結点を、第１の駆動軸の回動中心から所定半径の位置に配置し、
第２のてこ部材の第２のクランク部が第２のアームに回動可能に連結された連結点を、第１の駆動軸の回動中心から前記所定半径の位置に配置したことを特徴とする請求項２に記載のロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的な角度（挟角）を変化させる一対のアームを備えたロボットアームおよびそれを備えたロボットに関し、特に駆動アームの先端側に従動側アームを装着する場合に好適なロボットアームおよびロボットに係る。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハや精密部品等のワーク（被処理物）をその製造工程に従って移送したり、所定の作業台上にローディングしたりする場合、その搬送用ロボットには、屈曲により伸縮動作をするようなロボットアームが多用されている。
【０００３】
この種のロボットアームとしては、例えば特許第２８０８８２６号公報や特開平１０−１５６７７０号公報等に記載されるように、平行な複数のリンクで構成したロボットアームの関節部に、これらハンド側の複数のリンクを互いに平行姿勢に保ちつつ同期回転させる歯車を設けて、ハンドを前後に直線的に移動させるようにしたものがある。
【０００４】
特許第２８０８８２６号公報に記載されたものでは、伸縮する一対の屈曲式の移し換えアームをそれぞれ２組の平行リンクと関節部の同期歯車機構とで構成するとともに、両移し換えアームの基端部を旋回台に支持させており、この旋回台に一対の移し換えアームを伸縮駆動するための２組のモータ、カップリングおよび伝動軸などが設けられている。また、旋回台の外周には歯車が形成されており、これに噛合する歯車を介し、旋回台に隣接する旋回用駆動モータによって旋回駆動されるようになっている。
【０００５】
また、特開平１０−１５６７７０号公報に記載されたものでは、駆動側平行リンク機構に同期歯車を有する関節を介して従動側平行リンクを装着して、それぞれ出没動作する一対のロボットアームを構成しており、両アームの駆動側平行リンク機構と駆動用モータとの間に、両アームの駆動回転角がアーム突出時には大きく、アーム没入時には小さくなるよう、すなわち、トランスファチャンバに接近する後退時の移動量を抑えるように、モータ回転角に対し回転伝達量が変化する伝達リンク機構が設けられている。
【０００６】
さらに、特公平７−７３８３３号公報に記載されるいわゆるフロッグ-レッグ型のように、左右の屈曲アームの先端側アーム部分に同期歯車機構を設けるとともに両アームに跨がるキャリアハンドを装着し、両屈曲アームの基端側アーム部分を同期させながら伸縮駆動するものも知られている。このものでは、基端側のアーム部分に対し、前記先端側アーム部分とキャリアハンドが逆向きに２組装着され、キャリアハンドの一方が前に進むと他方がこれと同方向に移動しながら後退するというように、逆向きの一対のキャリアハンドによって逆位相の動作がなされるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２８０８８２６号公報
【特許文献２】特開平１０−１５６７７０号公報
【特許文献３】特公平７−７３８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、平行リンクおよび同期歯車機構を備えた従来のロボットアームにあっては、特許第２８０８８２６号公報に記載されたもののように、２つの移し換えアームを伸縮および旋回させるために、３つもの駆動モータが必要となり、搬送ロボットが大型化するばかりか、コスト高になるという問題があった。
【０００９】
特開平１０−１５６７７０号公報に記載のものでは、駆動モータが２つで済むものの、支持台が無限旋回できないという問題があった。また、駆動モータを旋回台に収納する構成であることから、支持台を無限旋回させるためにはモータの電気配線接続のためにブラシリングのような機構が必要となり、構成が複雑にならざるを得なかった。
【００１０】
一方、特公平７−７３８３３号公報に記載のものでは、没入する搬送台は中央の回転軸線に接近し得るが、中央の回転軸線を越えることができないため、搬送ロボットが旋回する場合の最外周の半径を小さくすることができないという問題があった。
【００１１】
そこで本発明は、２軸駆動と無限旋回が可能で、かつ構成の簡素なロボットアームおよびロボットを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、互いに回動可能な一方のアームおよび他方のアームと、前記一方又は他方のアームに支持された回動出力部材と、前記アームに対する該回動出力部材の回動姿勢を制御する姿勢制御機構とを備えたロボットアームにおいて、該姿勢制御機構を操作するよう前記一方のアームに回動可能に支持されたクランク部、および、一端側で該クランク部に一体に連結されて前記一方のアームに回動可能に支持されるとともに他端側で前記クランク部の回動中心から所定回動半径の節点を形成するリンク部を有するてこ部材と、該てこ部材のリンク部を前記他方のアームに回動可能に連結する連結リンクとを設け、前記一方のアームおよび前記他方のアームの相対回動により前記姿勢制御機構を操作することを特徴とするものである。
【００１３】
このロボットアームでは、一方および他方のアームが相対的に回動すると、てこ部材および連結リンクを介して姿勢制御機構が操作され、一方又は他方のアームに対する回動出力部材の回動姿勢が制御される。また、両アームの同方向および同速度の回動により、ロボットアーム全体が旋回する。この構成では、一方および他方のアームの駆動モータを旋回台に支持させたり、旋回台を旋回させるモータを別に設けたりする必要がなく、２軸駆動と無限旋回が可能で、かつ構成の簡素なロボットアームとなる。
【００１４】
また、本発明は、互いに回動可能な一方のアームおよび他方のアームと、前記アームに支持された一対の回動出力部材と、前記アームに対する該一対の回動出力部材の回動姿勢を制御する姿勢制御機構とを備えたロボットアームにおいて、該姿勢制御機構を操作するよう前記一方のアームに回動可能に支持されたクランク部、および、一端側で該クランク部に一体に連結されて前記一方のアームに回動可能に支持されるとともに他端側で前記クランク部の回動中心から所定回動半径の節点を形成するリンク部を有するてこ部材と、該てこ部材のリンク部を前記他方のアームに回動可能に連結する連結リンクとを設け、前記一方のアームおよび前記他方のアームの相対回動により前記姿勢制御機構を操作し、前記一方のアームおよび前記他方のアームの同方向および同速度の回動により旋回することを特徴とするものである。
【００１５】
このロボットアームでは、一方および他方のアームが相対的に回動すると、てこ部材および連結リンクを介して一対の姿勢制御機構が操作され、両アームに対する一対の回動出力部材の回動姿勢が制御される。また、両アームの同方向および同速度の回動により、ロボットアーム全体が旋回する。この構成では、一方および他方のアームの駆動モータを旋回台に支持させたり、旋回台を旋回させるモータを別に設けたりする必要がなく、２軸駆動と無限旋回が可能で、かつ構成の簡素なロボットアームとなる。
【００１６】
また、本発明のロボットアームにおいては、前記姿勢制御機構が、前記一対の回動出力部材の回動姿勢を制御するよう前記一方のアームおよび前記他方のアームにそれぞれ支持された一対の姿勢制御部で構成され、該一対の姿勢制御部を操作する一対のてこ部材と、各てこ部材を前記一方又は他方のアームに回動可能に連結する一対の連結リンクとが設けられたものであるのが好ましい。この構成では、一方および他方のアームの駆動モータを旋回台に支持させたり、旋回台を旋回させるモータを別に設けたりすることなく、一対のてこ部材および連結リンクによって、一対の姿勢制御部の操作と旋回とが可能となる。
【００１７】
本発明のロボットアームにおいては、あるいは、前記姿勢制御機構が、前記一対の回動出力部材の回動姿勢を制御するよう前記一方のアームおよび前記他方のアームにそれぞれ支持された一対の姿勢制御部で構成されるとともに、前記てこ部材が、該一対の姿勢制御部のうち片方の姿勢制御部を操作し、該片方の姿勢制御部への前記てこ部材の回動操作を前記一対の姿勢制御部のうち残りの姿勢制御部に伝達する操作伝達機構が設けられたものであるのが好ましい。この構成では、一方および他方のアームの駆動モータを旋回台に支持させたり、旋回台を旋回させるモータを別に設けたりすることなく、一方の姿勢制御部を操作するてこ部材の回転操作が、操作伝達機構を介して他方の姿勢制御部に伝達されることで、２軸駆動と無限旋回が可能で、構成の簡素なロボットアームとなる。
【００１８】
本発明のロボットアームにおいては、さらに、前記てこ部材のリンク部の長さと前記連結リンクの長さとの和が、前記一方のアームの回動中心から前記てこ部材のクランク部が支持された支持点までの半径方向距離と、前記他方のアームの回動中心から前記連結リンクが支持された支持点までの半径方向距離との和よりも大きいことが好ましい。この構成により、思案点を生じさせることなく、回動出力部材側の安定した姿勢制御を行うことができる。
【００１９】
本発明のロボットアームにおいては、前記てこ部材のクランク部を支持する支持点を、前記アームの回動中心から所定半径の位置に配置したものであるのが好ましい。この構成では、一方および他方のアーム回動半径の範囲内にてこ部材および連結リンクを容易に配置できる。
【００２０】
あるいは、前記てこ部材のクランク部を支持する支持点を、前記一方のアームおよび前記他方のアームの回動中心位置に配置するとともに、両アームに支持された前記一対の姿勢制御部にそれぞれ連結することもできる。このようにすると、一対の姿勢制御部の間において、片方の姿勢制御部における回転操作がその片方の姿勢制御部に連結されたてこ部材を介して残りの姿勢制御部にも伝達されることになり、両姿勢制御部の間における操作伝達機構がきわめて簡素に構成されることとなる。
【００２１】
また、前記てこ部材のクランク部を支持する支持点を、前記一方のアームおよび前記他方のアームの回動中心位置に配置するとともに、両アームに支持された前記一対の姿勢制御部にそれぞれ連結すると、片方の姿勢制御部に連結されたてこ部材により、もしくはこれと近接するてこ部材を介して残りの姿勢制御部にも容易に操作力を伝達することができ、両姿勢制御部の間における操作伝達機構をきわめて簡素に構成することができる。
【００２２】
本発明のロボットは、上記ロボットアームと、前記ロボットアームの前記一方のアームおよび他方のアームをそれぞれ回動させる２軸の駆動手段と、を備えたことを特徴とする。このロボットは、２軸駆動と無限旋回が可能で、かつ構成の簡素なものとなる。
【００２３】
また、本発明のロボットにおいては、前記一方のアームに対する片方の前記回動出力部材の回動に従動する一方の従動側アームと、前記他方のアームに対する残りの片方の前記回動出力部材の回動に従動する他方の従動側アームと、を備え、前記一方のアームおよび他方のアームの回動によって伸縮するロボットアームを構成したものであるのがよい。この構成では、駆動手段によって駆動されるアームの先端側に回動出力部材に従動する従動側アームが装着され、屈曲によって伸縮する構成の簡素な２軸駆動のロボットが実現できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、一方および他方のアームの相対回動によって、てこ部材および連結リンクを介して姿勢制御機構を操作し、両アームに対する一対の回動出力部材の回動姿勢を制御するようにし、更に、両アームの同方向および同速度の回動により、全体の旋回ができるようにしているので、一方および他方のアームの駆動モータを旋回台に支持させたり、旋回台を旋回させるモータを別に設けたりする必要をなくし、２軸駆動と無限旋回が可能で、かつ構成の簡素なロボットアームおよびロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るロボットアームの第１実施形態を示すその概略構成図である。
【図２】本発明に係るロボットアームの一実施形態の要部の概略構成図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその回動中心軸線に沿って切断した断面図である。
【図３】本発明に係るロボットアームの一実施形態を示すその概略構成図で、図１の状態からアームを互いに逆方向に所定角度回動させた状態を示している。
【図４】本発明に係るロボットアームの一実施形態におけるてこ部材側のアームの回転角度θに対する連結リンク側のアームの回転角度φの変化を示すグラフである。
【図５】本発明に係るロボットアームの第２実施形態を示すその概略構成図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【図７】本発明に係るロボットアームの第２実施形態のを示すその概略構成図で、図６の状態からアーム基端部を互いに逆の向きに所定角度回動させた状態を示している。
【図８】本発明に係るロボットアームの第２実施形態を示すその関節部の概略構成図である。
【図９】本発明に係るロボットアームの第２実施形態を示すその関節部の概略構成図で、図８の状態から基端側アーム部分を互いに逆向きに所定角度回動させた状態を示している。
【図１０】本発明に係るロボットアームの第３実施形態を示すその要部概略構成図である。
【図１１】本発明に係るロボットアームの第４実施形態を示すその要部概略構成図である。
【図１２】本発明に係るロボットアームの第５実施形態を示すその要部概略構成図である。
【図１３】本発明に係るロボットアームの第６実施形態を示すその要部概略構成図で、一方のアームを伸張させた状態を示している。
【図１４】第６実施形態のロボットアームの要部説明図である。
【図１５】本発明に係るロボットアームの第６実施形態を示すその要部概略構成図で、一方および他方のアームを収縮させた状態を示している。
【図１６】本発明に係るロボットアームの第６実施形態を示すその要部概略構成図で、他方のアームを伸張させた状態を示している。
【図１７】第６実施形態のロボットアームの要部変形態様の説明図である。
【図１８】本発明に係るロボットアームの第７実施形態を示すその要部概略構成図で、一方のアームを伸張させた状態を示している。
【図１９】本発明に係るロボットアームの第７実施形態を示すその要部概略構成図で、一方および他方のアームを収縮させた状態を示している。
【図２０】本発明に係るロボットアームの第７実施形態を示すその要部概略構成図で、他方のアームを伸張させた状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図４は本発明に係るロボットアームおよびロボットの第１実施形態を示す図であり、本発明を半導体ウエハ等のハンドリング用ロボットに適用した例を示している。
【００２７】
これらの図に示すように、本実施形態のロボット１０は、図中左右に位置するアーム１１、１２を有している。両アーム１１、１２の先端部には一対のハンド１３Ｌ、１３Ｒが装着されており、これらハンド１３Ｌ、１３Ｒは、搬送対象物（ワーク）である半導体ウエハ等をハンドリング可能なように、例えばそのワークの被把持部形状に対応する凹部１３ａを有している。なお、ここでハンドとは、把持のみならず、載置台のようなものをも含み、ハンドの作業内容に応じて公知の各種タイプのものを任意に使用できる（以下の実施例についても同様である）。ハンド１３Ｌ、１３Ｒが同一形状でも異なる形状でもよいことはいうまでもない。
【００２８】
アーム１１、１２は、同軸配置された２軸の駆動軸２１、２２に連結された基端部を有し、これら駆動軸２１、２２によって回動可能に支持されている。また、これら駆動軸２１、２２を介して、アーム１１、１２は図示しないそれぞれの駆動モータにより、互いに独立して駆動される。
【００２９】
また、アーム１１、１２の先端側には一対の回動出力部材１４Ａ、１４Ｂが回動可能に支持されており、アーム１１、１２の基端側には駆動軸２１、２２と同軸な連結軸１５が設けられている。そして、一対の回動出力部材１４Ａ、１４Ｂのうち片方の回動出力部材１４Ａは、片方の姿勢保持リンク１６Ａを介して、連結軸１５に一体結合された中間支点リンク１７の一端部１７ａに、残りの片方の回動出力部材１４Ｂは残りの片方の姿勢保持リンク１６Ｂを介して中間支点リンク１７の他端部１７ｂに、それぞれ連結されている。
【００３０】
前記アーム１１、１２、ハンド１３Ｌ、１３Ｒ、回動出力部材１４Ａ、１４Ｂおよび中間支点リンク１７は、中間支点リンク１７の一端側（連結軸１５の中心から姿勢保持リンク１６Ａとの連結点まで）を一辺とする平行四辺形をなす片方の姿勢制御部３１と、中間支点リンク１７の他端側（連結軸１５の中心から姿勢保持リンク１６Ｂとの連結点まで）を一辺とする平行四辺形をなす残りの片方の姿勢制御部３２とを構成しており、これら双方の姿勢制御部３１、３２によって、両回動出力部材１４Ａ、１４Ｂおよびハンド１３Ｌ、１３Ｒのアーム１１、１２に対する回動姿勢を制御する姿勢制御機構３０が構成されている。
【００３１】
この姿勢制御機構３０は、てこ部材４１および連結リンク４２からなる操作機構４０によって操作される。操作機構４０のてこ部材４１は、アーム１２（一方のアーム）に回動可能に支持されたクランク部４１ａと、一端側でこのクランク部４１ａに一体に連結されてアーム１２に回動可能に支持されたリンク部４１ｂとを有するベルクランク状となっており、リンク部４１ｂはその他端側でクランク部４１ａの回動中心から所定回動半径の節点４１ｃを形成している。また、操作機構４０の連結リンク４２は、てこ部材４１のリンク部４１ｂをアーム１１に回動可能に連結するものである。
【００３２】
ここで、てこ部材４１のリンク部４１ｂの長さと連結リンク４２の長さとの和は、アーム１２の回動中心からてこ部材４１のクランク部４１ａが支持された支持点までの半径方向距離Ｌｂと、アーム１１の回動中心から連結リンク４２が支持された支持点までの半径方向距離Ｌａとの和よりも大きくなっており、思案点が生じない機構、すなわち、操作機構４０による操作範囲で、てこ部材４１のリンク部４１ｂ、連結リンク４２およびアーム１１、１２が一直線状に重なり、姿勢が不安定となる状態が生じない機構となっている。
【００３３】
また、てこ部材４１は一対の姿勢制御部３１、３２のうち片方の姿勢制御部３２を操作するが、本実施形態の姿勢保持リンク１６Ｂはてこ部材４１のクランク部４１ａの先端に回動可能に連結された一対のリンク２３、２４からなり、クランク部４１ａと連動する一対の平行クランク機構を形成している。また、この片方の姿勢制御部３２へのてこ部材４１の回動操作は、中間支点リンク１７によって、一対の姿勢制御部３１、３２のうち残りの姿勢制御部３１に伝達されるようになっており、中間支点リンク１７は操作伝達機構を構成している。
【００３４】
図２に示すように、アーム１１、１２、中間支点リンク１７、てこ部材４１のリンク部４１ｂおよび連結リンク４２は、相互の回動が干渉しないように、これらを駆動軸２１、２２の軸方向に適宜ずらしたり、複数の回動部材を同一回動中心で結合したりして構成されている。
【００３５】
次に、その動作について説明する。
【００３６】
このように構成された本実施形態のロボットにおいては、一対のアーム１１、１２が独立して駆動されながら相対的に回動する。具体的には、例えばアーム１１、１２が図３に示す回動位置から図１に示すような回動位置に回動する場合、駆動軸２２によって一方のハンド１３Ｒを伸張させるためにアーム１２が回転方向一方側（この場合、図３中で左回転）に駆動されるとともに、アーム１１が回転方向他方側（この場合、図３中で右回転）に駆動される。
【００３７】
このような動作状態においては、アーム１１、１２の回動に応じ、てこ部材４１と連結リンク４２が両アーム１１、１２に対して回動するが、てこ部材４１のクランク部４１ａと回動出力部材１４Ａ、１４Ｂおよび中間支点リンク１７との回動姿勢が常時平行に保たれることから、一対の回動出力部材１４Ａ、１４Ｂおよびハンド１３Ｌ、１３Ｒの回動姿勢は、常時互いに平行に保たれる。すなわち、アーム１１、１２のなす角度（挟角）の変化により、てこ部材４１がアーム１２に対して回動すると、姿勢制御機構３０の片方の姿勢制御部３２がてこ部材４１によって操作されるが、これと同時に、その姿勢制御部３２への回動操作が、姿勢制御部３２の一部を構成する中間支点リンク１７の他端部１７ｂから、操作伝達機構である中間支点リンク１７を介して、他の片方の姿勢制御部３１にも伝達される。したがって、片方の姿勢制御部３２において、てこ部材４１のクランク部４１ａと回動出力部材１４Ｂおよび中間支点リンク１７の他端部１７ｂとの回動姿勢が常時平行に保たれるのと同時に、他の片方の姿勢制御部３１において、中間支点リンク１７の一端部１７ａと回動出力部材１４Ａとの回動姿勢が常時てこ部材４１のクランク部４１ａに対し平行に保たれることになる。
【００３８】
また、このような動作状態においては、駆動軸２２によるアーム１２の回動角をθとし、駆動軸２１によるアーム１１の回動角をφとすると、回動出力部材１４Ａ、１４Ｂ等の回動姿勢を保ち得るように、回転角φが回転角θより小さい角度に制御される。具体的には、このφの値は回転角θに対して所定の計算式で計算された値となり、図４に示すようなグラフで表されるが、その回転角φのデータを予めデータテーブルとしてメモリに記憶させておくこともできる。
【００３９】
このようにして、図３に示すような動作開始位置への復帰状態から図１に示すような搬送状態へと動作するときには、前進する側のハンド１３Ｒは大きく前進動作するが、後退するハンド１３Ｌ側の引き戻しの動作量は小さく抑えられる。したがって、狭い作業空間内においても、所要のワーク搬送動作を行うことができる。また、図３に示すような動作開始位置への復帰状態から、図１とは逆の動作をするときには、前進する側のハンド１３Ｌは大きく前進動作するが、後退するハンド１３Ｒ側の引き戻しの動作量は同様に小さく抑えられる。
【００４０】
一方、アーム１１、１２が、駆動軸２１、２２によって駆動され、同方向に同速度で回動すると、アーム１１、１２を含む可動部分全体が、駆動軸２１、２２の回動中心軸線回りに旋回する。このとき、アーム１１、１２は相対的に回動しないので、姿勢制御機構３０の姿勢制御部３２へのてこ部材４１からの回転操作はなされない。したがって、両アーム１１、１２に対する一対の回動出力部材１４Ａ、１４Ｂおよびハンド１３Ｌ、１３Ｒの回動姿勢が保持されることになる。
【００４１】
このような本実施形態のロボットでは、全体の旋回動作のためにアーム１１、１２の駆動モータを従来のように旋回台に支持させたり、その旋回台を旋回させたりする必要がなくなり、しかも、アーム１１、１２を駆動軸２１、２２の軸回りに無限に旋回させることができる。
【００４２】
また、本実施形態は、簡素なロボットアーム１１、１２の間にてこ部材４１と連結リンク４２からなる非常に簡素な操作機構４０を構成して、２軸駆動としながらも、ハンド側の姿勢制御と全体の無限旋回を両立させているので、構成がきわめて簡素なロボットとなる。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、てこ部材４１のリンク部４１ｂの長さと連結リンク４２の長さとの和が、アーム１２の回動中心からてこ部材４１のクランク部４１ａの支持点までの半径方向距離Ｌｂと、アーム１１の回動中心から連結リンク４２の支持点までの半径方向距離Ｌａとの和よりも大きいので、思案点が生じることがなく、回動出力部材１４Ａ、１４Ｂおよびハンド１３Ｌ、１３Ｒの安定した姿勢制御を行うことができる。
（第２実施形態）
図５〜図９は本発明に係るロボットアームおよびロボットの第２実施形態を示す図であり、本発明を伸縮可能なロボットアームを用いた半導体ウエハ等のハンドリングロボットに適用した例を示している。
【００４４】
なお、本実施形態のロボットは、上述した第１実施形態の姿勢制御機構３０、操作機構４０および操作伝達機構を有しているので、これらに関しては図１〜３と同様の符号を付し、第１実施形態と相違する構成について説明する。
【００４５】
図５〜図７に示すように、本実施形態のハンドリングロボットは、それぞれ関節部５１ａ、５２ａにおいて逆方向に「く」の字形状に屈曲するアーム形状をなし、その屈曲形状の変化により伸縮する平行リンク機構からなる伸縮アーム５１、５２を備えており、更に、両アーム５１、５２の先端部に装着された所定形状のハンド５３Ａ、５３Ｂと、伸縮アーム５１、５２を駆動する２軸の駆動軸２１、２２と、を備えている。
【００４６】
平行リンクで構成された伸縮アーム５１、５２の関節構造やアーム構造は従来の構成と共通するものであってもよいので、ここでは詳述はしないが、伸縮アーム５１、５２は共に、一方の駆動軸２１で駆動されるアーム１１と、このアーム１１に対する片方の回動出力部材１４Ａの回動に従動する一方の従動側アーム６１と、他方の駆動軸２２で駆動されるアーム１２と、このアーム１２に対する残りの片方の回動出力部材１４Ｂの回動に従動する他方の従動側アーム６２とを備えており、両アーム５１、５２の回動によって伸縮するロボットアームが構成されている。
【００４７】
また、従動側アーム６１、６２の先端側には、リンク５４Ａ、５４Ｂを介してハンド５３Ａ、５３Ｂが装着されており、ハンド５３Ａ、５３Ｂは、所定のワークＷをハンドリング可能な形状、例えばワークＷの被把持部形状に対応するＵ字形で、凹部を有している。さらに、図７に示すような作動開始位置への復帰状態において、駆動軸２１、２２上にリンク５４Ａ、５４Ｂが重ならないように構成されている。
【００４８】
アーム５１、５２の関節部には、基端側と先端側のアームを連動させる同期回転機構が装着されている。この同期回転機構は公知の同期歯車やタイミングプーリ等であってもよいが、例えば図８に示すように、回動出力部材１４Ａに一体に連結する第１リンク７１ａおよびこれと同一長さの第１リンク７１ｂを、これらより長い第２リンク７２ａの両端部に連結し、両第１リンク７１ａ、７１ｂを第２リンク７２ａと交差する連結用の第２リンク７２ｂで連結して構成された一方の両クランク機構７０を具備している。この一方の両クランク機構７０は、第２リンク７２ａに対し、一対の第１リンク７１ａ、７１ｂを互いに逆方向に連動して回動させるようになっている。
【００４９】
また、第１リンク７１ａの一端部に揺動自在に連結された一対の第３リンク７３ａ、７３ｂのうち、一方の第３リンク７３ａを第２リンク７２ａと一体に、他方の第３リンク７３ｂを一方の従動側アーム６１の片側のリンク６１ａと一体に結合して、更に第３リンク７３ａ、７３ｂ同士を第４リンク７４で連結することで、一方のクランク機構７０と相似形状をとり得る他方の両クランク機構８０が構成されている。この両クランク機構８０は、第１リンク７１ａに対して、第２リンク７２ａの一部である第３リンク７３ａと第３リンク７３ｂとを互いに逆方向に連動して回動させるようになっている。この他方のクランク機構８０は、図８から明らかなように、一部のリンク間の挟角αを形成する構成要素（リンク）が一方のクランク機構７０と共通している。
【００５０】
すなわち、両クランク機構７０、８０は、リンク７２ａと一つのリンク間挟角αが等しい二つの三角形状をなし、逆クランクとして作用する四節リンク機構となっており、これによってアーム５１、５２に対する回動出力部材１４Ａ、１４Ｂの回動に連動して従動側アーム６１、６２が回動できるようになっている。
【００５１】
本実施形態においては、駆動軸２１、２２（駆動手段）によって駆動されるアーム５１、５２の先端側に回動出力部材１４Ａ、１４Ｂに従動する従動側アーム６１、６２が装着され、屈曲によって伸縮するロボットアームが構成され、構成の簡素な２軸駆動のロボットが実現できる。
【００５２】
その他の作用効果は、上述の実施形態と同様である。
（第３実施形態）
図１０は本発明に係るロボットアームの第３実施形態を示す図である。
【００５３】
なお、本実施形態のロボットは、上述した第１実施形態における操作伝達機構に代えて、第１実施形態の操作機構４０と同様な操作機構４０Ａ、４０Ｂを一対のアーム１１、１２を挟んで左右逆の向きに装着し、操作機構４０Ａ、４０Ｂが全体として平行四辺形をなす４節リンク機構を構成するようにしたものである。
【００５４】
すなわち、操作機構４０Ａのてこ部材４１による片方の姿勢制御部３２への回動操作と同様の操作を、操作機構４０Ａとは左右の向きが異なる操作機構４０Ｂによって、残りの片方の姿勢制御部３１にも加えるようにして、左右一対のクランク部４１ａが絶えず平行になるようにしている。
【００５５】
このようにしても、上述の実施形態と同様な効果が期待できる。
（第４実施形態）
図１１は本発明に係るロボットアームの第４実施形態を示す図である。
【００５６】
なお、本実施形態のロボットは、上述した第３実施形態の操作機構４０Ａ、４０Ｂの連結リンク４２とアーム１１、１２とは異なる支持部９１ａ、９２ａを有するアーム９１、９２に支持させ、両アーム９１、９２のなす角度や可動範囲を支持部９１ａ、９２ａの形状によって適宜変更できるようにしたものである。
【００５７】
このようにしても、上述の実施形態と同様な効果が期待できる。
【００５８】
さらに、本実施形態においては、一対の連結リンク４２のアーム９１、９２への連結点が、一対のてこ部材４１のアーム１１、１２への支持点から離れた支持部９１ａ、９２ａ上になるように、複数のリンク連結点が分散して配置されているので、駆動軸２１、２２付近でアーム１１、１２、てこ部材４１およびリンク４２を多層に配置する必要がなく、構成が簡素となる。
【００５９】
なお、支持部９１ａ、９２ａはアームの長手方向に対し直交するよう突出したものであってもよい。
（第５実施形態）
図１２は本発明に係るロボットアームの第５実施形態を示す図である。
【００６０】
この実施形態は図１０に示した第３実施形態において、ベルクランク状のてこ部材に代えて、そのクランク部をプーリ１４１p（あるいはタイミングギア、他の伝動歯車でもよい）に変更したてこ部材１４１Ａ、１４１Ｂを採用し、それに対応してワイヤ又はベルト１３６Ａ、１３６Ｂ等を用いた姿勢制御機構１３１、１３２を構成したものである。このようにして、スカラー型ロボットにも適用できる。
【００６１】
本実施形態においても、上述の実施形態と同様な効果が期待できる。
【００６２】
なお、上述の各実施形態は２つの駆動軸が同軸配置され、一方および他方のアームの回動中心も駆動軸線と一致するものとしていたが、駆動軸とアームの回動中心をずらして配置することもできる。また、てこ部材のリンク長さと連結リンクの長さの比や、てこ部材のアームへの連結位置は任意である。
（第６実施形態）
図１３〜図１７は本発明に係るロボットアームの第６実施形態を示す図である。
【００６３】
本実施形態のロボットは、姿勢制御機構および操作機構がそれぞれ上述の実施形態とは異なる。
【００６４】
本実施形態においては、図１３および図１４に示すように、てこ部材１４１が、クランク部１４１ａ、リンク部１４１ｂおよびこれらを連結して駆動軸２２に回動自在に支持された支点部１４１ｃで構成され、この支点部１４１ｃの中心（支持点）を一方および他方のアーム１１１、１１２の回動中心位置に配置したものとなっており、そのクランク部１４１ａは両アーム１１１、１１２に支持された一対の姿勢制御部１３１、１３２の平行リンク１３６Ａ、１３６Ｂにそれぞれ連結されている。ここで、アーム１１１、１１２は駆動軸２１、２２によって互いに独立して駆動され、駆動軸２１、２２が相対回転するときてこ部材１４１のリンク部１４１ｂと各アーム１１１、１１２とのなす角度が変化し得るよう、てこ部材１４１が回動操作されるようになっている。なお、図１３は一方のハンド１３Ｌを装着した先端側のアーム１１５Ａおよび基端側のアーム１１１を伸張させた状態を、図１６は他方のハンド１３Ｒを装着した先端側のアーム１１５Ｂおよび基端側のアーム１１２を伸張させた状態を、それぞれ示しており、図１５はハンド１３Ｌ、１３Ｒをホームポジションに位置させた待機状態を示している。
【００６５】
姿勢制御部１３１、１３２は、てこ部材１４１のクランク部１４１ａに連結する平行リンク１３６Ａ、１３６Ｂと、アーム１１１、１１２、てこ部材１４１および回動出力部材１１４とで平行クランク機構を構成したもので、各アーム１１１、１１２に対するてこ部材１４１のクランク部１４１ａの傾きが、各アーム１１１、１１２に対する回動出力部材１１４の傾きと常に同一になるようになっている。また、回動出力部材１１４は、アーム１１１、１１２の先端に固定された姿勢保持用の固定歯車１１３に噛合すると共に先端側のアーム１１５Ａ、１１５Ｂを駆動する可動歯車１１４ａと、可動歯車１１４ａを支持する可動キャリア１１４ｂとを有するもので、そのキャリア１１４ｂは各アーム１１１、１１２の先端に回動可能に支持されている。
【００６６】
てこ部材１４１は姿勢制御部１３１、１３２を操作する一対のてこ部材を一体化したものである。そして、そのてこ部材１４１を操作する操作機構１４０は、アーム１１１、１１２又は駆動軸２１、２２に一体に連結された操作部１１１ａ、１１２ａと、リンク１４２Ａ、１４２ＢおよびＴ字形の連結リンク１４３を含んで構成されており、アーム１１１、１１２がこの操作機構１４０を介してそれぞれてこ部材１４１のリンク部１４１ｂに連結されている。なお、図１３において、１１６Ａ、１１６Ｂは、先端側のアーム１１５Ａ、１１５Ｂに対しそれぞれ平行に配置された平行リンクである。また、本実施形態においては、図１３中の右側のハンド１３Ｒおよびアーム１１５Ｂ、１１６Ｂが左側のハンド１３Ｌおよびアーム１１５Ａ、１１６Ａよりも上側に配置されており、この上下の配置によって、両ハンド１３Ｌ、１３Ｒはホームポジションにおいて上下に重なるようになっている。
【００６７】
本実施形態においては、一対の姿勢制御部１３１、１３２のうち一方の姿勢制御部１３１に連結されたてこ部材１４１を近接する他方のてこ部材と兼用しているので、一方の姿勢制御部１３１への操作入力を他方の姿勢制御部１３２にも容易に伝達でき、両姿勢制御部１３１、１３２の間の操作伝達機構をきわめて簡素に構成することができる。
【００６８】
なお、上述のてこ部材に代えて、てこ部材１４１のクランク部１４１ａを２つのクランク部としたてこ部材を採用することもできる。例えば、図１７に示すように、一方のクランク部１４１ａにリンク１３６Ａが連結され、このクランク部１４１ａに対し角度ψをなす他方のクランク部１４１ｄにリンク１３６Ｂが連結されたものが考えられる。なお、図１７において、支点部１４１ｃは駆動軸２１の外側に両駆動軸２１、２２と同軸に配置されている。
【００６９】
このように構成することにより、アーム１１１、１１２の向き（相対角度）や、２つのハンド１３Ｌ、１３Ｒのそれぞれの姿勢（回動角度）を任意に設定することができる。
（第７実施形態）
図１８〜図２０は本発明に係るロボットアームの第７実施形態を示す図である。なお、図１８は一方のハンド１３Ｌを装着した先端側アーム１１５Ａおよび基端側アーム１１１を伸張させた状態を、図２０は他方のハンド１３Ｒを装着した先端側アーム１１５Ｂおよび基端側アーム１１２を伸張させた状態を、それぞれ示しており、図１９はハンド１３Ｌ、１３Ｒをホームポジションに位置させた待機状態を示している。
【００７０】
本実施形態のロボットは、ロボットアームの基本構成が上述の実施形態とは異なり、駆動軸２１で駆動される基端側アーム１１１は略同長の第１アーム部１１１ｆと第２アーム部１１１ｓとを一直線に配置したものとなっている。ただし、これら基端側の第１アーム部１１１ｆおよび第２アーム部１１１ｓの先端側には、上述の実施形態と同様に、それぞれ姿勢保持用の固定歯車１１３と、この固定歯車１１３に噛合する可動歯車１１４ａを可動キャリア１１４ｂで保持した回動出力部材１１４とが装着されており、可動歯車１１３と一体的に回動するようこの歯車１１３にそれぞれ一端側で連結された先端側のアーム部材１１５Ａ、１１５Ｂと、このアーム部材１１５Ａ、１１５Ｂの他端側に支持されたハンド１３Ｌ、１３Ｒとがそれぞれ設けられている。
【００７１】
一方、駆動軸２２で駆動される操作用のアーム１１２は一対のアーム部１１２ａ、１１２ｂを所定交差角をなして連結した「く」の字形の屈曲形状になっており、この操作用のアーム１１２にはリンク１２１Ｌ、１２１Ｒを介して、姿勢制御機構１３１、１３２が連結されている。
【００７２】
各姿勢制御機構１３１、１３２は、上述のてこ部材と同様なベルクランク状のてこ部材１４１Ｌ、１４１Ｒと、アーム１１１の第１アーム部１１１ｆおよび第２アーム部１１１ｓに対し平行に配置された平行リンク１４２Ａ、１４２Ｂと、先端側アーム部材１１５Ａ、１１５Ｂに対し平行に配置された平行リンク１１６Ａ、１１６Ｂとを含んで構成されており、基端側のアーム部１１１ｆ、１１１ｓと、先端側アーム部材１１５と、姿勢制御機構１３１、１３２とは、全体として左右一対の「く」の字形の屈曲アームを構成している。
【００７３】
また、てこ部材１４１Ｌ、１４１Ｒは第１アーム部１１１ｆおよび第２アーム部１１１ｓにそれぞれ回動中心軸線から所定距離を隔てた支持点で回動可能に支持されており、図１９に示すように、各てこ部材１４１Ｌ、１４１Ｒは、姿勢制御機構１３１、１３２を操作するよう一方のアーム１１１に回動可能に支持されたクランク部１４１ａと、一端側でそのクランク部１４１ａに一体に連結されてアーム１１１に回動可能に支持されるとともに、他端側でクランク部１４１ａの回動中心から所定回動半径の位置にリンク１２１との連結をなす節点を形成するリンク部１４１ｂとを有している。
【００７４】
本実施形態においても、上述の実施形態と同様な効果が期待できる。すなわち、基端側のアーム１１１と操作用のアーム１１２とが相対的に回動すると、てこ部材１４１および連結リンク１２１を介して姿勢制御機構１３１、１３２が操作され、両アーム１１１、１１２に対する一対の回動出力部材１１４およびこれと一体的に回動する先端側アーム部材１１５Ａ、１１５Ｂとの回動姿勢が制御される。また、両アーム１１１、１１２の同方向および同速度の回動により、ロボットアーム全体が旋回する。この構成では、一方および他方のアーム１１１、１１２の駆動モータを旋回台に支持させたり、旋回台を旋回させるモータを別に設けたりする必要がないのに加え、２軸駆動と無限旋回が可能で、かつ構成の簡素なロボットアームとなるものである。
【００７５】
なお、上述の各実施形態は２つの駆動軸が同軸配置され、一方および他方のアームの回動中心も駆動軸線と一致するものとしていたが、駆動軸とアームの回動中心をずらして配置することもできる。また、てこ部材のリンク長さと連結リンクの長さの比や、てこ部材のアームへの連結位置は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のロボットアームは、半導体ウエハや精密部品等のワーク（被処理物）をその製造工程に従って移送したり、所定の作業台上にローディングしたりする場合に、利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１１、１２、９１、９２、１１１、１１２    アーム
１３Ｌ、１３Ｒ    ハンド
１３ａ    凹部
１４Ａ、１４Ｂ    回動出力部材
１６Ａ、１６Ｂ    姿勢保持リンク
１７    中間支点リンク（連結リンク）
１７ａ    一端部
１７ｂ    他端部
２１、２２    駆動軸
２３、２４    リンク
３０、１３０    姿勢制御機構
３１、３２、１３１、１３２    一対の姿勢制御部
４０、４０Ａ、４０Ｂ    操作機構
４１、１４１、１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｌ、１４１Ｒ    てこ部材
４１ａ、１４１ａ    クランク部
４１ｂ、１４１ｂ    リンク部
４１ｃ    節点
４２、１４２    連結リンク
５１、５２    伸縮アーム
５３Ａ、５３Ｂ    ハンド
５３ａ    凹部
５４Ａ、５４Ｂ    リンク
６１、６２    従動側アーム
６１ａ    リンク
６２    従動側アーム
７０、８０    両クランク機構
９１ａ、９２ａ    支持部
１１１、１１２    アーム
１１１ａ、１１２ａ    操作部
１１１ｆ    第１アーム部
１１１ｓ    第２アーム部
１１２ａ、１１２ｂ    アーム部
１１３    固定歯車
１１４    回動出力部材
１２１Ｌ、１２１Ｒ    リンク
１３１、１３２    姿勢制御機構
１４０    操作機構
１４１ｃ    支点部
１４２Ａ、１４２Ｂ    リンク
１４３    連結リンク
【図１】
2010142952.tif 000003
【図２】
2010142952.tif 000004
【図３】
2010142952.tif 000005
【図４】
2010142952.tif 000006
【図５】
2010142952.tif 000007
【図６】
2010142952.tif 000008
【図７】
2010142952.tif 000009
【図８】
2010142952.tif 000010
【図９】
2010142952.tif 000011
【図１０】
2010142952.tif 000012
【図１１】
2010142952.tif 000013
【図１２】
2010142952.tif 000014
【図１３】
2010142952.tif 000015
【図１４】
2010142952.tif 000016
【図１５】
2010142952.tif 000017
【図１６】
2010142952.tif 000018
【図１７】
2010142952.tif 000019
【図１８】
2010142952.tif 000020
【図１９】
2010142952.tif 000021
【図２０】
2010142952.tif 000022