(57)【要約】【課題】３６０度以上の回転位置決めが不要、かつ出力軸が同心となった２軸以上のロボット・マニピュレータにおいて、簡素でコンパクトな駆動伝達機構を実現する。【解決手段】出力軸が同心となった２軸以上のロボット・マニピュレータにおいて、回転駆動源の出力回転軸を出力軸と同一軸上に直列に配置し、出力軸から遠い位置にある回転駆動源の動力を、出力軸に近い側の回転駆動源を回避した形状のクランク形状のアームにより伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面内に２つの自由度を持つロボット・マニピュレータの駆動ユニットにおいて、ロボットアームを取り付けるための２つの同心回転軸を持つアーム接続出力軸と、それらを駆動する２つの回転駆動源の出力回転軸が同一軸上に配置され、ロボットアームを取り付けるためのアーム接続出力軸その１は中空軸であり、その中空部を貫通する軸に接続されて、もう一方のアーム接続出力軸その２が配置されており、２つの回転駆動源のいずれもが搬送ロボットの非可動部に設置され、ロボットアームを取り付けるためのアーム接続出力軸その２を駆動する回転駆動源その２は、もう一方の回転駆動源その１よりもアーム接続出力軸１および２に近い側に設置され、アーム接続出力軸その１を駆動する回転駆動源その１は、アーム接続出力軸１を駆動するため、回転駆動源その２を迂回した迂回用伝達部材により伝達されることを特徴とした、同心２軸駆動機構を持つロボット・マニピュレータ。
【請求項２】
前述の回転駆動源その１を設置し固定するフレームは、回転駆動源その２の外形を包括する位置と形状であり、このフレームは前述の迂回用伝達部材の動作により干渉しないよう、適切な切欠き解放部が設けられた事を特徴とした、請求項１に記載のロボット・マニピュレータ。
【請求項３】
前述の回転駆動源その１、および回転駆動源その２には位置決め機能を持つ電動モータを使用することを特徴とした請求項１、および２に記載のロボット・マニピュレータ。
【請求項４】
前述のアーム接続軸その１、およびアーム接続軸その２の各アーム接続軸両端は圧力が異なる環境、または一方が大気圧でもう一方が真空環境となる使用条件で使用するために、回転動作時でも気密性を保つための回転用シール部材を組み込んだ、請求項１、２、および３に記載のロボット・マニピュレータ。
【請求項５】
前述のアーム接続軸その１、およびアーム接続軸その２の各アーム接続軸両端は清浄度が異なる雰囲気となる使用条件で使用するために、回転動作時でも気密性を保つための回転用シール部材を組み込んだ、請求項１、２、および３に記載のロボット・マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板搬送や組立作業を行う水平多関節型のロボット・マニピュレータに適用される。
【背景技術】
【０００２】
産業界では、同一平面内に２つの自由度を持つ搬送ロボットが広く用いられている。これらのロボットはアーム構造によって、水平多関節型ロボットなどと分類され、呼ばれている。
【０００３】
たとえば半導体の製造装置の中でもクラスタータイプと呼ばれるものは、シリコンウエハなどの基板の搬送用途として、前述のタイプのロボットが広く用いられている。
それらの装置では搬送ロボットは装置の中心部に設置され、複数の搬送対象位置が搬送ロボットから見て水平面内上に放射状に設置されている。  ロボットは基板を搬送する際にはアームを伸ばして基板をアーム先端のハンド部に積載し、アームを縮め、旋回し、次の搬送先に向けてアームを伸ばし位置決めし、基板を搬送先に設置を行っている。基板はロボット本体が昇降動作を行うか、または搬送先のリフター機構の上下によって、ハンド部に基板を積載し、または設置を行う。
【０００４】
それを実現するための方法が、例えば下記の文献に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】第２５６３４０３号
【特許文献２】特許第３８６３６７１号（Ｐ３８６３６７１）
【特許文献３】特開平２−２９２１５３
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】牧野  洋著  「ロボット機構学」日刊工業新聞社  昭和６３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の水平多関節型の搬送ロボットは通常、汎用性を高めるために、旋回方向の自由度を３６０度以上、もしくは３６０度に出来るだけ近づけられるように設計されてきた。
しかしながら、旋回動作角は必ずしも３６０度以上が必要になるわけではない。たとえばクラスタータイプの半導体製造装置においても、搬送時の旋回角度が１８０度以内の両端２点だけでよい場合も存在する。また、搬送時の旋回角度が１８０度以内の両端２点、およびその中間点の合計３点だけでよい場合も存在する。
本発明はこれらのように必ずしも３６０度以上、もしくはそれに近い旋回動作が不要なアプリケーションに目標を絞り込み、リーズナブル、かつ性能の高い搬送ロボットを実現するためのものである。
【０００８】
また、水平面内の位置決めを行うロボットとして、特許文献１に示されるような、水平位置決め用アクチュエータを上下対向で配置することで、水平位置決めのための同心２軸機構を実現するものもある。例えば特許文献２に示されるような、真空環境内での搬送ロボットでは、ロボットアームが収納される真空チャンバとアクチュエータの間に磁性流体シールが設置されるが、前述のようにアクチュエータを上下対向させるには、真空チャンバの上下２つの壁面を真空導入する回転シールユニットが２か所に必要となり、真空チャンバの複雑化とメンテナンスの煩雑さを招くため、好ましくない場合が多い。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は水平多関節型のロボットアームを取り付ける２軸の、アーム取付用出力軸が同心となったロボット・マニピュレータにおいて、２つの回転駆動源およびその出力軸を前述のアーム取付用出力軸と同一軸上に直列に配置し、かつひとつの回転アクチュエータの回転動力を、出力軸に近い側に設置した回転駆動源との干渉を回避するためのクランク形状のアームにより伝達することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、旋回動作範囲を360度未満に限定し、中空のアクチュエータを用いずに、同心２軸の出力軸機構を構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
回転駆動源を中空構造としないで回転駆動源を同一回転軸上に配置する方法としては、一方の回転駆動源をもう一方の回転駆動源の可動部にシリーズに設置する方法がある。しかし、この方法は可動部に設置された回転駆動源の電気ケーブル類も同時に動作させることになるための可動ケーブルのための配線取り回しが別途必要となり、信頼性が低下する原因となる。
【００１２】
したがって回転駆動源は搬送ロボットの非可動部に設置固定できれば、回転駆動源に接続される電気ケーブル類は非可動構造とすることができ、信頼性が高まることとなる。
【００１３】
従来は、一方のアクチュエータを中空構造とし、その中空部を通してもうひとつのアクチュエータの回転力を伝達する方法が取られてきた。しかしながら、一般的に中空構造のアクチュエータは比較的高価であり、バリエーションも豊富ではない。
【００１４】
そこで、本発明では旋回角を３６０度未満に限定し、２つの回転駆動源およびその出力軸を前述のアーム取付用出力軸と同一軸上に直列に配置し、かつひとつの回転アクチュエータの回転動力を、出力軸に近い側に設置した回転駆動源との干渉を回避するためのクランク形状のアームにより伝達することとしたものである。
【００１５】
この手法により、回転駆動源は中空構造のものとすることが不要となる。また、剛性の高い部材による回転動力の伝達が実現できるため、比較的伝達剛性が低いベルトなどによる駆動伝達も不要となる。またバックラッシが懸念される歯車による駆動伝達も不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の実施例（アーム伸び状態）を示した説明図である。（実施例１）
【図２】図２は本発明の実施例（アーム縮み状態）を示した説明図である。（実施例１）
【図３】図３は本発明の実施例（図２が旋回した状態）を示した説明図である。（実施例１）
【図４】図４は本発明の実施例１、および実施例２のアーム取付出力軸部の概略を示した説明図である。（実施例１および実施例２）
【図５】図５は実施例１の構造を簡易的に示した説明図である。（実施例１）
【図６】図６はロボットアーム部に
【特許文献３】に示された機構を用いて、実施例１と同様の機能を持たせたものを簡易的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
水平多関節型の２自由度のロボットアームを取り付ける、２つのアーム取付用出力軸が同心となったロボット・マニピュレータにおいて、２つの回転駆動源およびその出力軸を前述のアーム取付用出力軸と同一軸上に直列に配置し、かつひとつの回転アクチュエータの回転動力を、出力軸に近い側に設置した回転駆動源との干渉を回避するためのクランク形状のアームにより伝達する構造とした。
【実施例１】
【００１８】
図１〜図５は、本発明装置の実施例１を示している。図１〜図３は同じ実施例の構成のものが動作した場合の状態の違いを示している。１１は円形薄型の搬送対象物であり、水平多関節構造のロボットアームを動作させることで、搬送を行うものである。なお、本実施例では、ロボット本体には上下に昇降駆動する昇降機構を持たず、搬送先に設置されたリフター機構によって１１の搬送対象物の受け渡しを行う。
【００１９】
本実施例のロボットアームは一般的な水平多関節タイプのアーム構成としている。機構の詳細説明は省略するが、３のアーム接続用出力軸その１、および４のアーム接続用出力軸その２を同じ角速度で動作させた場合に旋回動作が行われ、３のアーム接続用出力軸その１を動作させず、４のアーム接続用出力軸その２を動作させた場合は、ロボットアームが伸縮動作を行うものとなっている。
【００２０】
図１はロボットアームを伸ばした姿勢状態を表したものである。図２は図１の状態から、３のアーム接続用出力軸その１を固定して、４のアーム接続用出力軸その２を動作させることにより、１２のロボットのエンドエフェクタの位置を縮めた状態を示したものである。
【００２１】
図３では図２の状態から、３のアーム接続用出力軸その１、および４のアーム接続用出力軸その２を同じ角速度で動作させることで、アームを伸縮させず、旋回動作を行った状態を示したものである。
【００２２】
図１から図３で示されているように、２の回転駆動源（電動サーボモータ）その１および、７と８の電動サーボモータその１の固定用フレームその１とその２に対して、５の電動サーボモータその１迂回用クランク形状アームが干渉することなく、ロボットアームの伸縮、および旋回動作を実現している。
【００２３】
また、本実施例により、３のアーム接続出力軸その１、および４のアーム接続出力軸その２は同心同軸を実現することができている。図１〜図３では、説明を容易にするために、旋回角度はおよそ９０度で記載されているが、本実施例の形状の場合には、旋回角度は１８０度以上を実現でき、設計を最適化すれば、２７０度の旋回も実現可能である。
【実施例２】
【００２４】
図４は図１、２、３、５のアーム接続用出力軸の部分にアームを支持するための５２、および５３の軸受ユニットを簡略に示したものである。
【００２５】
前述の実施例１では、ロボットの使用環境に言及していないが、図４に示すように、１０４、および１０５の回転シール機構を併用すれば、真空環境や気密隔離環境など、圧力差や気密区分の異なる環境において、ロボットアームとアクチュエータの設置場所を分離することが可能になる。
【００２６】
本実施例では、図４の上部が真空環境、下部が大気圧環境となることを想定しており、ロボットアーム部分は真空環境内、アクチュエータ部は大気圧の環境にそれぞれ設置される。
回転シール機構は真空と大気圧のような圧力雰囲気の異なる空間を遮断する用途の他に、圧力は同じであるが清浄な雰囲気とさほど清浄でない雰囲気を遮断し隔離する用途としても使用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
水平面内の伸縮、および旋回の動作が実現できるロボットアームを駆動するアクチュエータユニットが提供でき、半導体製造装置やバイオ、医薬品などのハンドリング用ロボットとして利用できる。
【符号の説明】
【００２８】
１    回転駆動源（電動サーボモータ）その１
２    回転駆動源（電動サーボモータ）その２
３    アーム接続出力軸その１
４    アーム接続出力軸その２
５    電動サーボモータその１迂回用クランク形状アーム
６  取付固定フランジ
７  電動サーボモータその１固定用フレームその１
８  電動サーボモータその１固定用フレームその２
９  アームその２
１０  アームその１
１１  搬送対象物
１２  エンドエフェクタ
２０  アーム取付出力軸部
５１  動力伝達用カップリング
５２  玉軸受
５３  玉軸受
１０１  アーム接続用出力軸その２
１０２  アーム接続用出力軸その１
１０４  磁性流体シールその２
１０５  磁性流体シールその１
１０６  Oリング
１０７  軸受ケース
１０８  軸の回転中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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