(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーム部あるいはハンド部からなる４つのリンクがそれぞれ駆動源を有し他のリンクとは互いに独立した回転運動を行う多関節ロボットにおいて、回転中心に対して偏心した位置に第１回転軸を形成して第１アーム部を構成し、前記第１回転軸の位置を搬送しようとするワークの位置に応じて前記ワークの搬送中心軌跡に対して十分な距離を保つ位置に移動させることにより、この第１回転軸位置が、前記第１アーム部より先のリンクがこの第１回転軸周りを素早く回り込むのを要する特異点となることを防止する回転テーブルと、前記第１回転軸に回転可能に保持される第２アーム部と、該第２アーム部の先端に回転可能に保持される第３アーム部と、該第３アーム部の先端に回転可能に保持される前記ハンド部とを備え、前記特異点の発生を防止しうる位置で前記第１アーム部を停止させた状態で前記第２アーム部と前記第３アーム部と前記ハンド部とをそれぞれ独立して回転制御することによって前記ハンド部を一定方向を向かせながら直線移動させることを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
前記第１アーム部又は第２アーム部を上下動可能に構成してなることを特徴とする請求項１記載の多関節ロボット。
【請求項３】
前記第１アーム部の軸間距離をＬ１、第２アーム部の軸間距離をＬ２、第３アーム部の軸間距離をＬ３としたとき、（Ｌ２−Ｌ３）≦Ｌ１と設定してなることを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多関節ロボットに関する。更に詳述すると、本発明はカセットやプロセス装置の間で半導体ウェハなどのワークを搬送する多関節ロボットの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハなどのワークをカセットからプロセス装置へ、あるいはその逆にカセットへと搬送するため、多関節ロボットが使用される。この多関節ロボットには、図８に示す２つのアーム部１０２，１０３とハンド部１０５とから形成される多関節ロボット１０１など、ワーク１１０を平行に移動させることができるように設けられるものがある。この場合の多関節ロボット１０１あるいは図９に示すような３つのアーム部１０２，１０３，１０４を有する多関節ロボット１０１は、ワーク１１０を保持するハンド部１０５を、その軸方向に直線状に移動させることにより、ワーク１１０を回転させずに搬送するようにしている。
【０００３】
このようにハンド部１０５を直線移動させる機構としては、アーム部１０２，１０３などが連動するように設けられるベルトやプーリなどの伝達機構がある。このような機構により、多関節ロボット１０１は、アーム部１０２，１０３（，１０４）などの動きに一定の制限を与えると共に、例えば多連カセットにおける各カセットなど異なる位置に載置されている各ワーク１１０，…，１１０をハンド部１０５で保持し、その位置からそのまま平行に搬送し得るように設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハンド部１０５の軸線が第１のアーム部１０２の回転中心１０６の近傍を通るような状態で当該ハンド部１０５が平行移動する場合、つまり搬送されるワーク１１０の中心軌跡が回転中心１０６の近傍を通るような場合に、第１アーム部１０２の回転中心１０６がいわゆる特異点となり、機構上各アーム部１０２，１０３の動きに負荷が生じるおそれがある。即ち、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ハンド部１０５の支持点１０７が第１アーム部１０２の回転中心（特異点）１０６の近傍を通過するときに、各アーム部１０２，１０３が回転中心（特異点）１０６の周りを１８０度程度大きく回り込む動きをしなければならなくなり、しかもワーク１１０を一定の速度で移動させようとすれば、各アーム部１０２，１０３は素早く回り込む必要があるためその動きに無理が生じてしまうおそれがある。これは、図１１に示すような３つのアーム部１０２〜１０４とハンド部１０５から構成される多関節ロボット１０１においても同様である。
【０００５】
一方、図１２に示すように、基台１０８ごとの平行移動を可能とする直動機構１０９を備えた多関節ロボット１０１も提案されており、これによればハンド部１０５が第１アーム部１０２の回転中心１０６から離された状態でワーク１１０を平行移動させることもできるようになる。したがってハンド部１０５が回転中心１０６の近傍を通過しないようにすることができ、これによって上述のような特異点が発生してしまう問題を解消することが可能である。しかし、多関節ロボット１０１を基台１０８ごと平行移動可能に設けるためには設置のためのスペースが必要となることに加え、直動機構１０９は平行移動の際に発塵し易く、クリーンルームなどで使用されるのに適していないことがあるという問題を有している。
【０００６】
そこで本発明は、アーム部に無理な動きをさせることなくワークを直線状に移動させることができ、しかもワークを移動させる動作中において発塵が起こり難い多関節ロボットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、アーム部あるいはハンド部からなる４つのリンクがそれぞれ駆動源を有し他のリンクとは互いに独立した回転運動を行う多関節ロボットにおいて、回転中心に対して偏心した位置に第１回転軸を形成して第１アーム部を構成し、第１回転軸の位置を搬送しようとするワークの位置に応じてワークの搬送中心軌跡に対して十分な距離を保つ位置に移動させることにより、この第１回転軸位置が、前記第１アーム部より先のリンクがこの第１回転軸周りを素早く回り込むのを要する特異点となることを防止する回転テーブルと、第１回転軸に回転可能に保持される第２アーム部と、該第２アーム部の先端に回転可能に保持される第３アーム部と、該第３アーム部の先端に回転可能に保持されるハンド部とを特異点の発生を防止しうる位置で第１アーム部を停止させた状態で第２アーム部と第３アーム部と前記ハンド部とをそれぞれ独立して回転制御することによって前記ハンド部を一定方向を向かせながら直線移動させるようにしている。
【０００８】
したがって第２アーム部、第３アーム部、ハンド部の回転運動を組み合わせることによりワークを保持し、搬送することができる。しかもこの場合、ワークを保持・搬送する前に、まず第１アーム部を適宜回転させることによって第１回転軸の位置を適宜移動させることができる。よってワークが様々な位置に載置されていても、ワーク中心が通過する軌跡との距離が十分に保たれるようにこの第２アーム部の回転軸を配置し、ワーク搬送中に特異点を発生させないようにすることができる。
また、請求項１記載の多関節ロボットにおいては、第２アーム部、第３アーム部でハンド部の直線移動を行うと共に、ハンド部は一定方向を向くようにし、第１アーム部の回転制御をすることにより特異点の発生を防止するようにしているので、ワークはハンド部により保持されたまま平行かつ直線状に移動される。
【０００９】
請求項２記載の多関節ロボットでは、第１アーム部又は第２アーム部を上下動可能に構成している。したがって多関節ロボットの動きの自由度が増え、ワークを更に自在に搬送することができるようになる。
【００１１】
請求項４記載の多関節ロボットにおいては、第１アーム部の軸間距離をＬ１、第２アーム部の軸間距離をＬ２、第３アーム部の軸間距離をＬ３としたとき、（Ｌ２−Ｌ３）≦Ｌ１と設定している。したがって第１アーム部の位置を適宜設定することにより、第１アーム部の回転中心からの距離が０から最大（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）までの間で直線移動するようにワークを搬送することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１から図６に、本発明の多関節ロボットの一実施形態を示す。この多関節ロボット１０では、回転テーブルの回転中心１ａに対して偏心した位置に第１回転軸２ａを形成して回転テーブルを第１アーム部１とし、第１回転軸２ａに回転可能に保持されるアームを第２アーム部２とし、該第２アーム部２の先端に第３アーム部３を、該第３アーム部３の先端にハンド部４を回転可能に保持している。そしてこれら第１アーム部１、第２アーム部２、第３アーム部３、ハンド部４の回転制御をすることにより特異点の発生を防止できるようにしている。以下において、特異点の発生を防止するための構成について説明する。
【００１４】
第１アーム部１は、本実施形態では回転中心１ａに回転可能に設けられる回転テーブルから成るが特にこれに限られることはなく、例えば固定基台に設けられるアームから構成されることも可能である。この第１アーム部１は回転自在であるため、第１回転軸２ａから先端側の第２アーム部２、第３アーム部３及びハンド部４を周状に移動させ、かつ任意の位置で停止させることができる。
【００１５】
本実施形態の多関節ロボット１０を構成する第１アーム部１、第２アーム部２、第３アーム部３、ハンド部４の４つのリンクは、それぞれ独立した駆動源を有し、他のリンクとは互いに独立した回転運動を行うことができるように設けられている。したがって一つのリンクのみが単独で運動することができるし、あるいは複数のリンクの動きを組み合わせた動きを行うこともできる。駆動源は特に限定されないが、例えばステッピングモータ又はサーボモータであり、コンピュータなどの制御手段により各アーム部１，２，３やハンド部４はそれぞれ回転制御されている。
【００１６】
また第２アーム部２が第１回転軸２ａに関節構造によって回転可能に保持されているのと同様に、第３アーム部３、ハンド部４はそれぞれ第２回転軸３ａ、第３回転軸４ａに回転可能に保持されている。それぞれのリンクの長さについては、図２に示すように、第１アーム部１の軸間距離をＬ１、第２アーム部２の軸間距離をＬ２、第３アーム部３の軸間距離をＬ３としている。またハンド部４の先端にはワーク２０を搬送するための搬送手段、例えば半導体ウェハを搬送するような場合にあっては下面から吸着して保持するための手段が設けられている。なお、第３回転軸４ａからこの吸着手段の中心までの長さがＬ４とされている。
【００１７】
更に本実施形態の多関節ロボット１０では、図３に示すように、アーム部２，３及びハンド部４を一体的に上下動可能に構成している。したがってこの多関節ロボット１０における自由度は計５とされ、鉛直方向を含む自在な動きが可能となるように設けられている。この第２アーム部２の代わりに、第１アーム部１を上下動可能に構成しても同様の効果を得ることができる。なお図２や図３において、符号１１はワーク２０のローテーションを行うアライナ、符号１２はワーク２０の端部に設けられるノッチ（図示省略）を検出するための検出手段をそれぞれ示している。
【００１８】
次に、例えば図４に示すような多連のカセット２１，…，２１に載置されたワーク２０，…，２０をこの多関節ロボット１０を用いて取り出す場合について説明する。ここで、図示するように回転中心１ａを通るワーク搬送方向に平行な中心線Ｃを仮想し、更にワーク中心２０ａからこの中心線Ｃまでの距離を以下オフセット長さＤと呼ぶ。
【００１９】
ワーク２０を取り出す場合、まず第１アーム部１の回転制御を行い、第２アーム部２、第３アーム部３及びハンド部４をワーク２０の位置に対して好適となるような位置に移動させる。この場合の好適位置とは、特異点の発生を防止し得る位置のことであり、具体的には図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すような各位置のことを指す。即ち、図５の各形態において、第２アーム部２の回転軸である第１回転軸２ａは、搬送しようとするワーク２０の中心軌跡に対して十分な距離を保つような位置に移動されており、例えば図５（Ａ）のように第１アーム部１から離れて位置するワーク２０に対しては当該ワーク２０寄りに移動される一方、図５（Ｃ）のような第１アーム部１寄りのワーク２０に対しては、図中下側となる位置まで移動され、ワーク２０の中心軌跡との距離を十分に保つようにしている。これと同様にして、図４に示す場合においても、第１回転軸２ａは第１アーム部１の回転により各ワーク２０，…，２０に対する好適位置まで移動される。なお、図中下側のカセット２１からワーク２０を取り出す際には、アーム部２，３及びハンド部４を図４の中心線Ｃに関し線対称となるように位置させれば良いことはいうまでもない。また、図中符号２２はプロセス装置を示している。
【００２０】
このようにして第１回転軸２ａを好適位置まで移動させた後は、第１アーム部１を当該位置で停止させ、第２アーム部２、第３アーム部３及びハンド部４によってワーク２０をカセット２１から取り出す。このとき、第２アーム部２、第３アーム部３でハンド部４の直線移動を行うと共に、ハンド部４は一定方向を向くようにしながらワーク２０を取り出すようにしている。即ち、この多関節ロボット１０を用いてワーク２０を搬送する場合、各リンクの回転運動を組み合わせて当該ワーク２０を直線状に移動させると共に、ワーク搬送方向に対するハンド部４の長手軸線の傾きを０に保ち、ワーク２０を平行かつ直線状に移動させるようにしている。
【００２１】
また、図４及び図５に示す実施形態では、ワーク２０をカセット２１から搬送する動作中に第２アーム部２と第３アーム部３とが交差することはないが、これらを交差させるようにしながらワーク２０を搬送する別の実施形態も可能である。これは、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、ワーク２０を搬送する途中で第３アーム部３を第２アーム部２に重ね合わせ、更に回転させるようにして引き続きワーク２０を搬送するものである。このように場合において、各アーム部の軸間距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の長さについて特に限定されることはないが、図６（Ｂ）に示すようにオフセット長さＤが０の状態でワーク２０を搬送するときには、（Ｌ２−Ｌ３）≦Ｌ１となるように設定することが必要である。この場合、第１回転軸２ａの位置を適宜設定することにより、オフセット長さＤが０から最大（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）までの間で直線移動するようにワーク２０を搬送することが可能である。
【００２２】
以上のように構成された多関節ロボット１０によると、まず第１回転軸２ａをワーク２０の中心軌跡との距離が十分に保たれる好適位置まで移動させるようにしているので、ワーク中心２０ａを第１回転軸２ａから離れた位置で直線移動させることができる。したがってワーク２０を直線移動させる際に特異点が発生し難く、ワーク２０を一定速度で搬送する際にも各リンクに無理な動きを生じさせないようにすることができる。また上述した別の実施形態によればオフセット距離Ｄが０から最大（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）離れた中心軌跡上においてワーク２０を搬送することができるし、また第１の実施形態によればこれより更に離れた中心軌跡上を搬送することが可能である。
【００２３】
しかも、本実施形態での第１アーム部１は回転テーブルにより形成されているため、第２アーム部２などを回転移動させる際に塵埃が発生し難く、かつ設置スペースも少なくて済む。
【００２４】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では、ハンド部４を直線運動させる際に当該ハンド部４の長手軸線とワーク搬送方向とを一致させるようにしていたが、図７に示すように、ワーク搬送方向に対しハンド部４の軸線４ｃを傾けるようにしたまま移動させることにより、上述の実施形態よりも更に離れた位置にあるワーク２０を取り出し、搬送することが可能である。ただしこの場合において、ハンド部４とカセット２１とが干渉し合わないようにしなければならないことはもとより、ワーク２０を回転させずに搬送するには軸線４ｃの傾きを一定としたまま移動させることを要するのはいうまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項１記載の発明の多関節ロボットでは、第１アーム部を構成する回転テーブルの回転中心に対して偏心した位置に第１回転軸を形成して、この第１回転軸の位置を搬送しようとするワークの位置に応じてワークの搬送中心軌跡に対して十分な距離を保ち特異点が発生しない位置に移動させるようにしているので、アーム部などに無理な動きをさせることなく、複数位置に載置された各ワークを直線移動させることができ、更にはワーク移動速度を一定に保つことも可能である。
【００２６】
しかも本発明の多関節ロボットは、第１アーム部が回転テーブルにより形成されているため動作中において発塵が起こり難く、省スペース化も図られるので、クリーンルームなどにおける使用にも適している。
更に請求項１記載の発明の多関節ロボットでは、第２アーム部、第３アーム部でハンド部の直線移動を行うと共に、ハンド部が一定方向を向くようにしているので、ワークを回転させずに平行かつ直線状に搬送することができる。しかも第１アーム部の回転制御をすることにより特異点の発生を防止するようにしているので、複数位置に載置された各ワークを、アーム部などに無理な動きをさせることなく移動させ得る。
【００２７】
また請求項２記載の発明の多関節ロボットでは、第１アーム部又は第２アーム部を上下動可能に構成しているので、多関節ロボットの動きの自由度が増え、ワークを更に自在に搬送することができる。
【００２９】
また、請求項４記載の発明の多関節ロボットでは、各アーム部の軸間距離について、（Ｌ２−Ｌ３）≦Ｌ１となるように設定しているので、第１アーム部の位置を適宜設定することにより第１アーム部の回転中心からの距離０から最大（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）までの間で直線移動するようにワークを搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多関節ロボットの一実施形態を示す平面図である。
【図２】多関節ロボットの各アーム部及びハンド部の一形態を示す平面図である。
【図３】アーム部などが上下動可能に設けられた多関節ロボットを示す側面図である。
【図４】多関節ロボットによりカセットに載置されたワークを取り出す様子を示す平面図である。
【図５】多関節ロボットによりワークを搬送する各形態を示す平面図であり、（Ａ）〜（Ｃ）によりオフセット長さＤの違いを表す。
【図６】多関節ロボットによりワークを搬送する際の別形態を示す平面図であり、（Ａ）はオフセット長さＤがある場合、（Ｂ）はオフセット長さＤが０のときを表す。
【図７】多関節ロボットによりカセットに載置されたワークを取り出す際の別の形態を示す平面図である。
【図８】従来の多関節ロボットを示す平面図である。
【図９】従来の３アーム型多関節ロボットを示す平面図である。
【図１０】図８に示した多関節ロボットによりワークを特異点近傍で搬送する様子を示す平面図であり、（Ａ）から（Ｃ）まで順に搬送経過を示す。
【図１１】図９に示した多関節ロボットによりワークを特異点近傍で搬送する様子を示す平面図であり、（Ａ）から（Ｃ）まで順に搬送経過を示す。
【図１２】直動機構を備えた従来の多関節ロボットを示す平面図である。
【符号の説明】
１  回転テーブル
１ａ  回転中心
２  第２アーム部
２ａ  第１回転軸
３  第３アーム部
４  ハンド部
１０  多関節ロボット
Ｌ１  第１アーム部の軸間距離
Ｌ２  第２アーム部の軸間距離
Ｌ３  第３アーム部の軸間距離
【図１】
0003539537.tif 000002
【図２】
0003539537.tif 000003
【図３】
0003539537.tif 000004
【図４】
0003539537.tif 000005
【図５】
0003539537.tif 000006
【図６】
0003539537.tif 000007
【図７】
0003539537.tif 000008
【図８】
0003539537.tif 000009
【図９】
0003539537.tif 000010
【図１０】
0003539537.tif 000011
【図１１】
0003539537.tif 000012
【図１２】
0003539537.tif 000013