(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに対し回動可能に支持された第１アームの回転中心である第１関節に配置され、前記第１アームをその出力により回動させる第１減速機と、
前記第１アームへ回動可能に支持された第２アームの回転中心である第２関節に配置され、前記第２アームをその出力により回動させる第２減速機と、
前記第１減速機および前記第２減速機の入力軸へ動力を伝達する、前記ベース側に設けられたモータと、
該モータから前記第１減速機および前記第２減速機の入力軸へ動力を伝達するための動力伝達機構と、
前記第２アームへ第３関節により回動可能に支持されたフィンガと、
該フィンガの前記ベースに対する姿勢を、リンク機構により前記第１アームおよび前記第２アームの動きと無関係に保持する姿勢保持機構とを備えたロボット装置のアーム駆動機構。
【請求項２】
動力伝達機構は、
モータからの動力を第１減速機の入力軸に伝達すると同時に、前記第１減速機の中空部を貫通した伝達軸と、該伝達軸に固定されたタイミングプーリと、該タイミングプーリに係合したタイミングベルトとを介して第２減速機の入力軸に伝達することを特徴とする請求項１記載のロボット装置のアーム駆動機構。
【請求項３】
ベース側のモータが設けられた空間をアームが動作する真空領域に対してシールする磁性流体シールユニットを備えていることを特徴とする請求項１記載のロボット装置のアーム駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロボット装置のアーム駆動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のロボットの各関節角について示した説明図である。
基板等の搬送物を搭載したフィンガ１０７が、一定の姿勢を保ったまま直線軌道上を移動するためには、第１アーム１０１の回転角度θ1 と第２アーム１０２の回転角度θ2 、そしてフィンガ１０７の回転角度θ3 が、常に１：２：１の関係を保っていなければならない。
【０００３】
図６は、従来のロボット装置におけるアーム駆動機構の構造を示す機構図であり、図において、１４１および１４２は第１関節Ｊ１と第２関節Ｊ２において第１アーム１０１と第２アーム１０２を回転させるためのモータ、１３１はモータ１４１の出力軸を入力とする減速機、１３２はモータ１４２の出力軸を入力とする減速機であり、減速機１３１，１３２の出力はタイミングプーリおよびタイミングベルトを介して駆動軸１９１，１９２に回転力を伝達するように構成されている。
【０００４】
モータ１４１とモータ１４２はそれぞれ同じ回転数で逆方向の回転力を発生する。
モータ１４２の回転は、減速機１３２、伝達軸１９１を経てタイミングプーリ１５３に伝えられる。タイミングプーリ１５３からは、タイミングベルト１６１を用いてタイミングプーリ１５３と同じ直径のタイミングプーリ１５４に回転を伝え、タイミングプーリ１５４は第１関節Ｊ１において第１アーム１０１と一体となっており、これにより第１関節Ｊ１で第１アーム１０１が減速機出力と同じ回転数で回転する。
【０００５】
モータ１４１の回転は、減速機１３１、駆動軸１９２を経てタイミングプーリ１５１に伝えられる。タイミングプーリ１５１からは、タイミングベルト１６２を用いてタイミングプーリ１５１と同じ直径を有するタイミングプーリ１５２に回転を伝え、第１関節Ｊ１において第１アーム１０１とは無関係に、タイミングプーリ１５２と一体となったタイミングプーリ１５５に回転を伝える。タイミングプーリ１５５はタイミングベルト１６３を用いて、タイミングプーリ１５５の半分の直径のタイミングプーリ１５６に回転を伝え、タイミングプーリ１５６は第２関節Ｊ２において第２アーム１０２と一体になっており、これにより第２関節Ｊ２において第２アーム１０２はモータ１４１の倍の速度で回転する。モータ１４１とモータ１４２の回転数が同じであるため、第１アーム１０１と第２アーム１０２は１：−２の回転数で回転することになる。
【０００６】
フィンガ１０７は、べース１０８に固定された軸１１０と、すべて同じ直径のタイミングプーリ１５７，１５８，１５９とタイミングベルトにより連結されている。また、各タイミングプーリ１５７，１５８，１５９は各関節において自由に回転できるように回転支持されている。これによりフィンガ１０７は、各アームの回転とは無関係に、べース１０８に対して一定の姿勢を保つことになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のロボット装置では、減速機の出力側において剛性的に弱いタイミングベルトによる動力の伝達を行なっているため、前記タイミングベルトの剛性が原因となる低周波数の振動が発生し、動作の高速化に対する障害となる課題があった。
【０００８】
また、前記低周波数の振動が、搬送方向に対する横振れであるため、例えば半導体ウエハの搬送においては、カセット内におけるウエハとカセットとの干渉の原因にもなる課題があった。
【０００９】
さらに、動力伝達軸が減速機の出力軸側であるため、非常に大きな動力を伝達しなければならず、軸径が大きくなり、例えば真空環境下で用いられるロボットの場合、大気環境と真空環境をシールする磁性流体シールユニットが非常に大きくなり、ロボット全体としての大きさや重量が増大し、ロボットのメンテナンス性からも不利となる課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、伝達系の剛性を向上させ、高速動作を可能にし、大きさや重量を軽減できるロボット装置のアーム駆動機構を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るロボット装置のアーム駆動機構は、ベースに対し回動可能に支持された第１アームの回転中心である第１関節に配置され、前記第１アームをその出力により回動させる第１減速機と、前記第１アームへ回動可能に支持された第２アームの回転中心である第２関節に配置され、前記第２アームをその出力により回動させる第２減速機と、前記第１減速機および前記第２減速機の入力軸へ動力を伝達する、前記ベース側に設けられたモータと、該モータから前記第１減速機および前記第２減速機の入力軸へ動力を伝達するための動力伝達機構と、前記第２アームへ第３関節により回動可能に支持されたフィンガと、該フィンガの前記ベースに対する姿勢を、リンク機構により前記第１アームおよび前記第２アームの動きと無関係に保持する姿勢保持機構とを備えるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係るロボット装置のアーム駆動機構は、モータからの動力を第１減速機の入力軸に伝達すると同時に、前記第１減速機の中空部を貫通した伝達軸と、該伝達軸に固定されたタイミングプーリと、該タイミングプーリに係合したタイミングベルトとを介して第２減速機の入力軸に伝達する動力伝達機構を備えるようにしたものである。
【００１３】
この発明に係るロボット装置のアーム駆動機構は、ベース側のモータが設けられた空間をアームが動作する真空領域に対してシールする磁性流体シールユニットを備えるようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの実施の形態１のロボット装置のアーム駆動機構の全体構成を示す構造図である。図２はこの実施の形態１のロボット装置のアーム駆動機構の部分構造図である。これらの図において、１は第１アーム、２は第２アーム、４はモータ、７はフィンガ、８はベース、９はモータ４の出力軸と直結された伝達軸、Ｊ１は第１関節、Ｊ２は第２関節、Ｊ３は第３関節、３１は第１関節Ｊ１位置に配置された減速機（第１減速機）、３２は第２関節Ｊ２位置に配置された減速機（第２減速機）、５１は伝達軸９に固定されたタイミングプーリ（動力伝達機構）である。
【００１５】
図２において、１０ａは減速機３１への入力軸、１０ｂは伝達軸（動力伝達機構）、１０ｄはベース８に固定された軸（姿勢保持機構）、１０ｅは減速機３２の出力軸と一体となった軸である。１１ａ，１１ｂ，１１ｄ，１１ｅはリンク固定板（姿勢保持機構）、１１ｃはリンク固定板１１ｂとリンク固定板１１ｅとを一体的に連結した軸（姿勢保持機構）、５２は伝達軸１０ｂに固定されたタイミングプーリ（動力伝達機構）、６１はタイミングプーリ５２と減速機３２の入力軸とを連結したタイミングベルト（動力伝達機構）である。
【００１６】
次に動作について説明する。
図示していないコントローラからの指令に従いモータ４が回転すると、その回転は伝達軸９を経てタイミングプーリ５１に伝達する。さらにタイミングプーリ５１からタイミングベルトを通して、第１関節Ｊ１に配置された減速機３１への入力軸１０ａと伝達軸１０ｂに伝えられる。伝達軸１０ｂからは、タイミングプーリ５２とタイミングベルト６１を経て第２関節Ｊ２に配置された減速機３２の入力軸に回転を伝達する。この結果、第１関節Ｊ１に配置された減速機３１と第２関節Ｊ２に配置された減速機３２には同じ回転数が入力される。
【００１７】
フィンガ７が直線的な軌道を取るためには、第１関節Ｊ１の変位θ1 と第２関節Ｊ２の変位θ2 とは、常に１：−２になっていなければならない。この実施の形態１における搬送ロボットでは、第１関節Ｊ１に配置された減速機３１と第２関節Ｊ２に配置された減速機３２の減速比は、同じ回転数が入力された場合に互いの出力軸回転数の比が常に１：−２になるように設定されている。第１アーム１は減速機３１の出力と一体となり、第２アーム２は、減速機３２の出力軸と一体となった軸１０ｅにより回転する。これにより、第１アーム１と第２アーム２の回転角の比が１：−２となる。
【００１８】
この実施の形態１のロボットでは、減速機３１と減速機３２には、前述の通り同じ回転が入力されるため、モータ４が回転することにより、設定された減速比にしたがって、第１関節Ｊ１と第２関節Ｊ２はその回転変位を常に１：−２で動作することになり、フィンガ７は直線軌道上を移動することができる。
【００１９】
次に、フィンガ７の姿勢を一定に保つ方法について説明する。
第１関節Ｊ１において、動作中回転しないべース８に軸１０ｄを固定する。この軸１０ｄは減速機３１の中空部分を通り、リンク固定板１１ａと一体になっている。リンク固定板１１ａは第１アーム１内において、第２関節Ｊ２のリンク固定板１１ｂとの間で平行リンクを形成しており、リンク固定板１１ａとリンク固定板１１ｂは、常に一定の位置関係を保っている。
【００２０】
リンク固定板１１ｂは、第２関節Ｊ２において第１アーム１と第２アーム２に対し無関係に回転できるように支持された軸１１ｃに一体的に固定されており、軸１１ｃは第２アーム２内に配置されたリンク固定板１１ｅと固定されている。リンク固定板１１ｅは第２アーム２内において、第３関節Ｊ３のリンク固定板１１ｄとの間で平行リンクを形成しており、リンク固定板１１ｅとリンク固定板１１ｄは、常に一定の位置関係を保っている。リンク固定板１１ｄは、第３関節Ｊ３においてフィンガ７と一体になっている。
【００２１】
これによりリンク固定板１１ａとフィンガ７は常に一定の関係を保ったまま動作するように構成されており、リンク固定板１１ａは動作中回転しないようべース８に固定されているため、フィンガ７はべース８に対して、常に一定の姿勢を保つことができる。
これらの構造により、フィンガ７に搭載されたウエハ等の搬送物は、一定の姿勢を保ったまま直線的な軌道上を移動することができる。
【００２２】
以上のように、この実施の形態１によれば、伝達系の中で剛性的に弱いタイミングベルトを減速機の入力側に配置しているため、従来の配置に比較して、タイミングベルトに作用する慣性モーメントは１／減速比の二乗となり、タイミングベルト単体の共振周波数は上昇する。このため、従来、高速高精度化に対する大きな問題であった伝達系の剛性が向上するロボット装置のアーム駆動機構が得られる効果がある。
【００２３】
実施の形態２．
図３は、この実施の形態２のロボット装置のアーム駆動機構の全体構成を示す構造図である。図３において図１と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図３において、１３は大気環境と真空環境をシールする磁性流体シールユニットである。
【００２４】
この実施の形態２では、磁性流体シールユニット１３を通る回転駆動力の伝達軸９は、モータ４からの出力を減速機３１，３２の入力軸に伝達するためのものであり、その許容伝達トルクはせいぜいモータ４の最大出力トルクを上回ればよい。
【００２５】
このため従来の搬送ロボットのように減速機の出力軸からの駆動力を伝達する場合と比較すると、搬送に必要なトルクが同じと仮定した場合、伝達トルクは１／減速比となり、軸のねじれの共振周波数に影響する軸にかかる慣性モーメントは１／減速比の二乗になる。例えば、減速比を５０とした場合、伝達トルクは１／５０、慣性モーメントは１／２５００に軽減されることになる。
【００２６】
磁性流体シールユニット１３は、ロボット全体を支えるフランジや多軸化された磁性流体シールにより構成されており、ロボット全体に占める重量の割合は非常に大きい。またその大きさは、伝達軸９の径によるところが大きい。
【００２７】
この実施の形態２では、前述のように従来方式に比べ軸伝達トルクが小さくなり、軸径が細くなるため、シールユニットひいてはロボット全体の軽量化を図れるロボット装置のアーム駆動機構が得られる効果がある。
【００２８】
実施の形態３．
図４は、この実施の形態３のロボット装置のアーム駆動機構の全体構成を示す構造図である。なお、図４において図１および図２と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図において、３はモータ４の出力軸を入力とする減速機、６０ａはリンク固定板６１ｄとリンク固定板６１ｅとを一体的に連結している連結軸、６０ｂは平歯車（回転数変換機構，第２アーム回動用リンク機構）６２を第２アーム２へ固定している固定軸（第２アーム回動用リンク機構）、６０ｃはリンク固定板６１ｇをベース８へ固定している固定軸（姿勢保持機構）、６０ｄはリンク固定板６１ｈとリンク固定板６１ｉとを一体的に連結している連結軸、６１ａおよび６１ｂはリンク固定板（第１アーム回動用リンク機構）、６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆはリンク固定板（第２アーム回動用リンク機構）、６１ｇ，６１ｈ，６１ｉ，６１ｊはリンク固定板（姿勢保持機構）である。リンク固定板６１ｆはその周囲にギア歯部が形成されており、前記ギア歯部により平歯車６２と係合している。また、リンク固定板６１ｆと平歯車６２のピッチ円径は２：１に設定されている。
【００２９】
次に、図示していないコントローラからの指令によりモータ４が回転した際の各関節の動きについて説明する。
先ず、第１関節Ｊ１における第１アーム１は、減速機３の出力軸と直結された伝達軸９と一体になったリンク固定板６１ａと、リンク固定板６１ａと平行リンクを形成するリンク固定板６１ｂにより回転力が伝達され、伝達軸９と同じ回転数で回転する。
【００３０】
次に、第２関節Ｊ２における第２アーム２の回転について説明する。
先ず、減速機３の伝達軸９と一体となったリンク固定板６１ｃと、該リンク固定板６１ｃと平行リンクを形成するリンク固定板６１ｄと、第１関節Ｊ１において第１アーム１とは無関係に回転支持された連結軸６０ａとを介して、前記リンク固定板６１ｄと一体になったリンク固定板６１ｅへ回転を伝達する。
リンク固定板６１ｅと、第２関節Ｊ２近傍に配置されたリンク固定板６１ｆで平行リンクを形成することにより、軸６０ａの回転はリンク固定板６１ｆに伝達される。
【００３１】
リンク固定板６１ｆの外周には平歯車６２と噛合うようにギア歯部が形成されており、リンク固定板６１ｆと平歯車６２のピッチ円径は２：１に設定されているため、リンク固定板６１ｆと平歯車６２の噛み合いにより、平歯車６２はリンク固定板６１ｆの回転変位に対して−２倍の回転変位で回転する。
【００３２】
平歯車６２と一体となった固定軸６０ｂは第２アーム２に固定されているため、第２関節Ｊ２において第２アーム２は減速機３の出力軸と直結された伝達軸９の回転に対して−２倍の回転変位で回転することになり、同時に第１関節Ｊ１における第１アーム１の−２倍の回転変位で回転することになる。
【００３３】
最後に第３関節Ｊ３におけるフィンガ７の回転について説明する。フィンガ７を第３関節Ｊ３において一定の姿勢に保つ構造は、第１関節Ｊ１において減速機３の出力軸と直結された伝達軸９の回転とは無関係なべース８に固定された固定軸６０ｃと一体的に構成されたリンク固定板６１ｇ、該リンク固定板６１ｇと平行リンクを形成するリンク固定板６１ｈ、該リンク固定板６１ｈと一体的に連結軸６０ｄにより固定されたリンク固定板６１ｉ、該リンク固定板６１ｉと平行リンクを形成するリンク固定板６１ｊによって構成されている。
【００３４】
フィンガ７は、第３関節Ｊ３においてリンク固定板６１ｊと一体となって回転する。リンク固定板６１ｇとリンク固定板６１ｈ、リンク固定板６１ｉとリンク固定板６１ｊはそれぞれが平行リンクを形成し、またリンク固定板６１ｈとリンク固定板６１ｉは一体となって回転するため、リンク固定板６１ｇとリンク固定板６１ｊに固定されたフィンガ７は同じ回転運動をすることになり、リンク固定板６１ｇがべース８に固定されていることから、フィンガ７はべース８に対して常に同じ一定の姿勢を保つことができる。
【００３５】
以上説明したように、この実施の形態３によれば、第１アーム１と第２アーム２はその回転変位が常に１：−２に保たれ、またフィンガ７の姿勢が一定に保たれるため、モータ４の回転は減速機３を介して各軸に伝達され、ウエハ等の搬送物を直線的な軌道で搬送することができるロボット装置のアーム駆動機構が得られる効果がある。
【００３６】
また、伝達機構に従来の樹脂性のタイミングベルトではなく、金属製のリンク機構を用いるため、伝達系の剛性を強化できるロボット装置のアーム駆動機構が得られる効果がある。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ベースに対し回動可能に支持された第１アームの回転中心である第１関節に配置され、前記第１アームをその出力により回動させる第１減速機と、前記第１アームへ回動可能に支持された第２アームの回転中心である第２関節に配置され、前記第２アームをその出力により回動させる第２減速機と、前記ベース側に設けられたモータから前記第１減速機および前記第２減速機の入力軸へ動力を伝達するための動力伝達機構と、前記第２アームへ第３関節により回動可能に支持されたフィンガと、該フィンガの前記ベースに対する姿勢を、リンク機構により前記第１アームおよび前記第２アームの動きと無関係に保持する姿勢保持機構とを備えるように構成したので、前記動力伝達機構における共振周波数が高くなり、高速、高精度化に対する伝達系の剛性が向上し、動作時の低周波数の振動がなくなり、高速動作を行うことができ、アクセス時間の短縮が可能になる効果がある。
【００３８】
この発明によれば、モータからの動力を第１減速機の入力軸に伝達すると同時に、前記第１減速機の中空部を貫通した伝達軸と、該伝達軸に固定されたタイミングプーリと、該タイミングプーリに係合したタイミングベルトとを介して前記モータからの動力を第２減速機の入力軸に伝達する動力伝達機構を備えるように構成したので、前記モータからの動力を第２減速機の入力軸に伝達する伝達機構を含む動力伝達機構における共振周波数が高くなり、高速、高精度化に対する伝達系の剛性が向上し、動作時の低周波数の振動がなくなり、高速動作を行うことができ、アクセス時間の短縮が可能になる効果がある。
【００３９】
この発明によれば、ベース側のモータが設けられた空間をアームが動作する真空領域に対してシールする磁性流体シールユニットを備えるように構成したので、磁性流体シールユニットを通る回転力伝達軸は、減速機の出力側ではなく前記のモータの出力側となるため、前記回転力伝達軸にかかる伝達トルクが小さくなり、前記回転力伝達軸の軸径を細くすることができるため、磁性流体シールユニット全体の小型化が実現でき、ロボット全体重量に占める磁性流体シールユニットの重量の割合が非常に大きいことから、ロボット全体の軽量化を図れる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるロボット装置のアーム駆動機構の全体構成を示す構造図である。
【図２】  この発明の実施の形態１によるロボット装置のアーム駆動機構の部分構造図である。
【図３】  この発明の実施の形態２によるロボット装置のアーム駆動機構の全体構成を示す構造図である。
【図４】  この発明の実施の形態３によるロボット装置のアーム駆動機構の全体構成を示す構造図である。
【図５】  従来のロボットの各関節角について示した説明図である。
【図６】  従来のロボット装置におけるアーム駆動機構の構造を示す機構図である。
【符号の説明】
１  第１アーム、２  第２アーム、４  モータ、７  フィンガ、８  ベース、１０ｂ  伝達軸（動力伝達機構）、１０ｄ，１１ｃ  軸（姿勢保持機構）、１１ａ，１１ｂ，１１ｅ，１１ｄ，６１ｇ，６１ｈ，６１ｉ，６１ｊ  リンク固定板（姿勢保持機構）、１３  磁性流体シールユニット、３１  減速機（第１減速機）、３２  減速機（第２減速機）、５１，５２  タイミングプーリ（動力伝達機構）、６０ｂ  固定軸（第２アーム回動用リンク機構）、６０ｃ  固定軸（姿勢保持機構）、６１  タイミングベルト（動力伝達機構）、６１ａ，６１ｂ  リンク固定板（第１アーム回動用リンク機構）、６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ、６１ｆ  リンク固定板（第２アーム回動用リンク機構）、６２  平歯車（回転数変換機構，第２アーム回動用リンク機構）、Ｊ１  第１関節、Ｊ２  第２関節、Ｊ３  第３関節。
【図１】
0003725355.tif 000002
【図２】
0003725355.tif 000003
【図３】
0003725355.tif 000004
【図４】
0003725355.tif 000005
【図５】
0003725355.tif 000006
【図６】
0003725355.tif 000007