(57)【要約】【課題】直動機構を用いることなくワークを出し入れすることができると共に、高速動作が可能で、かつ、低発塵、省スペース化に寄与する水平多関節ロボットおよびそれを備えた搬送装置を提供すること。【解決手段】エンドエフェクタ２０、第１アーム３０、第２アーム４０に、さらに第３アーム５０を備え、第３アーム５０を揺動回転動作させることによって、例えば、アクセス位置Ｐ１の軸線Ｐ１ａの延長線上に第３回転軸Ｎ３がくるようにしてから直線状にエンドエフェクタ２０を移動させてワークの出し入れを行う。【選択図】図１
2011119556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを一端で支持し、他端が基台に支持された水平多関節型のアーム部と、を備え、前記アーム部の回転動作によって前記ワークを所望の搬送位置まで搬送する水平多関節ロボットにおいて、
一端部に第１回転軸を有して前記エンドエフェクタを前記第１回転軸まわりに回転可能に支持する第１アームと、
一端部に第２回転軸を有して前記第１アームの他端部を前記第２回転軸まわりに回転可能に支持する第２アームと、
一端部に第３回転軸を有して前記第２アームの他端部を前記第３回転軸まわりに回転可能に支持する第３アームと、
第４回転軸を有して前記第３アームの他端部を前記第４回転軸まわりに回転可能に支持する基台と、
前記第１回転軸から前記第２回転軸までの距離と、前記第２回転軸から前記第３回転軸までの距離とが等しく、かつ前記第１アームが前記第２回転軸まわりで一方に回転する角速度に対し、前記エンドエフェクタが前記第１回転軸まわりで前記一方とは反対の方向へ１／２の角速度で回転させる連動手段と、を備え、
前記搬送位置における軸線の仮想延長線上に前記第３回転軸がくる位置まで前記第３アームを揺動回転してから前記搬送をおこなうこと、を特徴とする水平多関節ロボット。
【請求項２】
前記第３アームが前記揺動回転をおこなうときは、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームは、最小旋回姿勢となり、さらに前記最小旋回姿勢を維持しつつ、前記第２回転軸が前記第３回転軸に対して常に前記第４回転軸側になるよう前記第３回転軸上で回転することを特徴とする請求項１記載の水平多関節ロボット。
【請求項３】
前記第３アームが前記揺動回転をおこなうときは、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームは、最小旋回姿勢となったあと、前記第３アームが前記揺動回転をおこないながら、前記エンドエフェクタがスライドするように前記第１アームおよび前記第２アームが動作することを特徴とする請求項１記載の水平多関節ロボット。
【請求項４】
前記第１アームを前記第２回転軸まわりに回転させる手段を第１駆動手段、前記第２アームを前記第３回転軸まわりに回転させる手段を第２駆動手段、前記第３アームを前記第４回転軸まわりに回転させる手段を第３駆動手段、としたとき、
前記第１駆動手段と前記第２駆動手段は前記第３アームの内部に配置され、
前記第３駆動手段は前記基台の内部に配置されたことを特徴とする請求項１記載の水平多関節ロボット。
【請求項５】
前記基台に、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームと前記第３アームと前記第３駆動手段と、を上下動させる昇降手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の水平多関節ロボット。
【請求項６】
前記エンドエフェクタは、前記第１回転軸を対称軸として対称に配置された第１ハンド部と第２ハンド部とを有し、前記第１ハンド部と前記第２ハンド部のそれぞれで前記ワークを保持可能であることを特徴とする請求項１に記載の水平多関節ロボット。
【請求項７】
ワークが搬送される複数の搬送位置と、
前記ワークを保持するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを一端で支持し、他端が基台に支持された水平多関節型のアーム部と、を備え、前記アーム部の回転動作によって前記ワークを前記搬送位置まで搬送する水平多関節ロボットと、
を備えた搬送装置において、
前記複数の搬送位置のうち第１搬送位置と第２搬送位置が少なくとも横並びに配置され、
前記水平多関節ロボットが、
一端部に第１回転軸を有して前記エンドエフェクタを前記第１回転軸まわりに回転可能に支持する第１アームと、
一端部に第２回転軸を有して前記第１アームの他端部を前記第２回転軸まわりに回転可能に支持する第２アームと、
一端部に第３回転軸を有して前記第２アームの他端部を前記第３回転軸まわりに回転可能に支持する第３アームと、
第４回転軸を有して前記第３アームの他端部を前記第４回転軸まわりに回転可能に支持する基台と、
前記第１回転軸から前記第２回転軸までの距離と、前記第２回転軸から前記第３回転軸までの距離とが等しく、かつ前記第１アームが前記第２回転軸まわりで一方に回転する角速度に対し、前記エンドエフェクタが前記第１回転軸まわりで前記一方とは反対の方向へ１／２の角速度で回転させる連動手段と、を備え、
前記第４回転軸が、前記第１搬送位置と前記第２搬送位置の両方から等距離の線上に配置され、
前記第１搬送位置あるいは前記第２搬送位置における軸線の仮想延長線上に前記第３回転軸がくる位置まで前記第３アームを揺動回転してから前記搬送をおこなうこと、を特徴とする搬送装置。
【請求項８】
前記第３アームが前記揺動回転をおこなうときは、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームは、最小旋回姿勢となり、さらに前記最小旋回姿勢を維持しつつ、前記第２回転軸が前記第３回転軸に対して常に前記第４回転軸側になるよう前記第３回転軸上で回転することを特徴とする請求項７記載の搬送装置。
【請求項９】
前記第３アームが前記揺動回転をおこなうときは、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームは、最小旋回姿勢となったあと、前記第３アームが前記揺動回転をおこないながら、前記エンドエフェクタがスライドするように前記第１アームおよび前記第２アームが動作することを特徴とする請求項７記載の搬送装置。
【請求項１０】
前記搬送装置が、前記水平多関節ロボットに対して前記第１搬送位置と前記第２搬送位置とが並ぶ側とは反対側に、さらに少なくとも第３搬送位置を有する場合であって、
前記第１搬送位置あるいは前記第２搬送位置と前記第３搬送位置とがなす前記搬送装置の幅方向Ｘにおいて、
前記第４回転軸が、前記第１搬送位置あるいは前記第２搬送位置が配置された側か、前記第３搬送位置が配置された側か、のいずれかにシフトした位置に配置されたことを特徴とする請求項７記載の搬送装置。
【請求項１１】
前記第３回転軸が前記幅方向Ｘにおいて一定の範囲内にあるときのみ、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームとによる最小旋回姿勢が、前記第３回転軸まわりに回転することを許可することを特徴とする請求項７記載の搬送装置。
【請求項１２】
前記水平多関節ロボットの前記基台に、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームと前記第３アームと前記第３駆動手段と、を上下動させる昇降手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の搬送装置。
【請求項１３】
前記水平多関節ロボットの前記エンドエフェクタは、前記第１回転軸を対称軸として対称に配置された第１ハンド部と第２ハンド部とを有し、前記第１ハンド部と前記第２ハンド部のそれぞれで前記ワークを保持可能であることを特徴とする請求項７記載の搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平多関節ロボットに関する。さらに詳述すると、カセットやプロセス装置の間で半導体ウエハなどのワークを搬送する水平多関節ロボットの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置などにおいて、液晶ガラス、レチクル、半導体ウエ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搬送するために、従来より、水平多関節ロボットが使用されている。この水平多関節ロボットには、図６に示すように、エンドエフェクタ部２０と、２つのアーム部３０、４０とから形成される水平多関節ロボット１０１などがあり、ワークＷを保持するエンドエフェクタ部２０を、その軸線方向に直線状に移動させることにより、ワークＷを回転させずに搬送するようにしている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
以下、従来の水平多関節ロボット１０１の構成、動作について説明する。従来の水平多関節ロボット１０１は、ワークＷを保持するエンドフェクタ２０と、一端部３１に第１回転軸Ｎ１を有してエンドエフェクタ２０の根元部２１を第１回転軸Ｎ１まわりに回転可能に支持する第１アーム３０と、一端部４１に第２回転軸Ｎ２を有して第１アーム３０の他端部３２を第２回転軸Ｎ２まわりに回転可能に支持する第２アーム４０と、第３回転軸Ｎ３を有して第２アーム４０の他端部４２を第３回転軸Ｎ３まわりに回転可能に支持する基台６０とから構成されている。
また、図６では図示しないが、第２アーム４０に対して第１アーム３０を第２回転軸Ｎ２まわりに回転させる第１駆動手段Ｍ１と、基台６０に対して第２アーム４０を第３回転軸Ｎ３まわりに回転させる第２駆動手段Ｍ２とを備えている。
さらに、第１回転軸Ｎ１から第２回転軸Ｎ２までの距離Ｌ１と、第２回転軸Ｎ２から第３回転軸Ｎ３までの距離Ｌ２とが等しくなるように配置されており、第２アーム４０に対して第１アーム３０が第２回転軸Ｎ２まわりに周方向一方に回転する角速度Ｖ２に対して、第１アーム３０に対してエンドエフェクタ２０が第１回転軸Ｎ１まわりに周方向他方（前記周方向一方とは逆の方向）に１／２の角速度Ｖ１で回転するように、図示しないベルト、プーリなどからなる連動手段を備えている。
【０００４】
このような構成にて、第２アーム４０を第３回転軸Ｎ３のまわりに周方向一方に角速度Ｖ３で回転させ、かつ、第２アーム４０に対して第１アーム３０が第２回転軸Ｎ２まわりに周方向他方に角速度Ｖ３の２倍の角速度Ｖ２で回転させると、前記連動手段により、第１アーム３０に対してエンドエフェクタ２０は第１回転軸Ｎ１まわりに周方向に角速度Ｖ２に対して向きが反対で１／２の角速度Ｖ１で回転するので、第１回転軸Ｎ１と第３回転軸Ｎ３とを結ぶ直線に沿ってエンドエフェクタ２０が直線状に移動する。
一方、第２アーム４０を第３回転軸Ｎ３のまわりに周方向一方に角速度Ｖ３で回転させ、かつ、第２アーム４０に対して第１アーム３０を第２回転軸Ｎ２まわりに回転しないように維持して連動動作を行うと、エンドエフェクタ２０、第１アーム３０、および、第２アーム４０から成るアーム姿勢を維持した状態でアーム全体が旋回し、エンドエフェクタ２０を直線状に移動させる向きを変えることができる。
したがって、水平多関節ロボット１０１は、第３回転軸Ｎ３を中心として、放射状にエンドフェクタ２０を進退させることができる。
【０００５】
一方、図７に示すように、カセットやプロセス装置等の、複数のアクセス位置（搬送位置）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４等があり、各々、ワークＷを出し入れする軸線Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、Ｐ４ａ等が平行に配置されている場合、基台６０ごとの平行移動が可能となる直動機構７０を備えた水平多関節ロボット１０１が提案されている。これによれば、例えば、ロボットの中心、すなわち、第２アーム４０の第３回転軸Ｎ３から離れたアクセス位置Ｐ２の軸線Ｐ２ａに沿って直線状にエンドエフェクタ２０を移動させてワークＷの出し入れを行うためには、あらかじめ直動機構７０によってアクセス位置Ｐ２の軸線Ｐ２ａの延長線上に第２アーム４０の第３回転軸Ｎ３が来るように、水平多関節ロボット１０１を平行移動させればよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−２３７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のように直動機構を備えた水平多関節ロボットでは、直動機構は、一般には、ボールネジやベルト、リニアガイド等を備えており、平行移動の際にここから発塵し易く、半導体ウエハなどの製造環境であるクリーンルームなどでは使用されるのに適さないことがあるという問題を有している。一方で、半導体の製造上、搬送効率を改善し、生産性の向上を図ることも重要であり、半導体ウエハなどの搬送を行う水平多関節ロボットに対しては、動作速度の高速化が求められるが、高速動作と発塵の低減は相反する課題となっている。
また、クリーンルームなどでは、半導体製造装置の省スペース化が必要となっており、半導体製造装置に使用される水平多関節ロボットや、それを備えた搬送装置にも省スペース化が要求されている。しかし、従来のように直動機構を備えた水平多関節ロボットでは直動機構を設置するために広いスペースが必要になり、搬送装置の小型化が難しくなるという課題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、水平多関節ロボットを平行移動させる直動機構を用いることなく、第２アーム回転軸から離れたアクセス位置の軸線に沿って直線状にエンドエフェクタ部を移動させてワークを出し入れすることができると共に、高速動作が可能で、かつ、動作中における発塵が起こり難い水平多関節ロボットを提供することを目的とする。また、省スペース化にも寄与する水平多関節ロボットおよびそれを備えた搬送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
すなわち、ワークを保持するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを一端で支持し、他端が基台に支持された水平多関節型のアーム部と、を備え、前記アーム部の回転動作によって前記ワークを所望の搬送位置まで搬送する水平多関節ロボットにおいて、一端部に第１回転軸を有して前記エンドエフェクタを前記第１回転軸まわりに回転可能に支持する第１アームと、一端部に第２回転軸を有して前記第１アームの他端部を前記第２回転軸まわりに回転可能に支持する第２アームと、一端部に第３回転軸を有して前記第２アームの他端部を前記第３回転軸まわりに回転可能に支持する第３アームと、第４回転軸を有して前記第３アームの他端部を前記第４回転軸まわりに回転可能に支持する基台と、前記第１回転軸から前記第２回転軸までの距離と、前記第２回転軸から前記第３回転軸までの距離とが等しく、かつ前記第１アームが前記第２回転軸まわりで一方に回転する角速度に対し、前記エンドエフェクタが前記第１回転軸まわりで前記一方とは反対の方向へ１／２の角速度で回転させる連動手段と、を備え、前記搬送位置における軸線の仮想延長線上に前記第３回転軸がくる位置まで前記第３アームを揺動回転してから前記搬送をおこなうこと、を特徴とする水平多関節ロボットとするものである。
また、前記第３アームが前記揺動回転をおこなうときは、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームは、最小旋回姿勢となり、さらに前記最小旋回姿勢を維持しつつ、前記第２回転軸が前記第３回転軸に対して常に前記第４回転軸側になるよう前記第３回転軸上で回転するように構成するものである。
また、前記第３アームが前記揺動回転をおこなうときは、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームは、最小旋回姿勢となったあと、前記第３アームが前記揺動回転をおこないながら、前記エンドエフェクタがスライドするように前記第１アームおよび前記第２アームが動作するように構成するものである。
また、前記第１アームを前記第２回転軸まわりに回転させる手段を第１駆動手段、前記第２アームを前記第３回転軸まわりに回転させる手段を第２駆動手段、前記第３アームを前記第４回転軸まわりに回転させる手段を第３駆動手段、としたとき、前記第１駆動手段と前記第２駆動手段は前記第３アームの内部に配置され、前記第３駆動手段は前記基台の内部に配置されるように構成するものである。
また、前記基台に、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームと前記第３アームと前記第３駆動手段と、を上下動させる昇降手段を備えるよう構成するものである。
また、前記エンドエフェクタは、前記第１回転軸を対称軸として対称に配置された第１ハンド部と第２ハンド部とを有し、前記第１ハンド部と前記第２ハンド部のそれぞれで前記ワークを保持可能であるよう構成するものである。
また、ワークが搬送される複数の搬送位置と、前記ワークを保持するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを一端で支持し、他端が基台に支持された水平多関節型のアーム部と、を備え、前記アーム部の回転動作によって前記ワークを前記搬送位置まで搬送する水平多関節ロボットと、を備えた搬送装置において、前記複数の搬送位置のうち第１搬送位置と第２搬送位置が少なくとも横並びに配置され、前記水平多関節ロボットが、一端部に第１回転軸を有して前記エンドエフェクタを前記第１回転軸まわりに回転可能に支持する第１アームと、一端部に第２回転軸を有して前記第１アームの他端部を前記第２回転軸まわりに回転可能に支持する第２アームと、一端部に第３回転軸を有して前記第２アームの他端部を前記第３回転軸まわりに回転可能に支持する第３アームと、第４回転軸を有して前記第３アームの他端部を前記第４回転軸まわりに回転可能に支持する基台と、前記第１回転軸から前記第２回転軸までの距離と、前記第２回転軸から前記第３回転軸までの距離とが等しく、かつ前記第１アームが前記第２回転軸まわりで一方に回転する角速度に対し、前記エンドエフェクタが前記第１回転軸まわりで前記一方とは反対の方向へ１／２の角速度で回転させる連動手段と、を備え、前記第４回転軸が、前記第１搬送位置と前記第２搬送位置の両方から等距離の線上に配置され、前記第１搬送位置あるいは前記第２搬送位置における軸線の仮想延長線上に前記第３回転軸がくる位置まで前記第３アームを揺動回転してから前記搬送をおこなうように構成した搬送装置とするものである。
また、前記第３アームが前記揺動回転をおこなうときは、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームは、最小旋回姿勢となり、さらに前記最小旋回姿勢を維持しつつ、前記第２回転軸が前記第３回転軸に対して常に前記第４回転軸側になるよう前記第３回転軸上で回転するよう構成するものである。
また、前記第３アームが前記揺動回転をおこなうときは、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームは、最小旋回姿勢となったあと、前記第３アームが前記揺動回転をおこないながら、前記エンドエフェクタがスライドするように前記第１アームおよび前記第２アームが動作するよう構成するものである。
また、前記搬送装置が、前記水平多関節ロボットに対して前記第１搬送位置と前記第２搬送位置とが並ぶ側とは反対側に、さらに少なくとも第３搬送位置を有する場合であって、前記第１搬送位置あるいは前記第２搬送位置と前記第３搬送位置とがなす前記搬送装置の幅方向Ｘにおいて、前記第４回転軸が、前記第１搬送位置あるいは前記第２搬送位置が配置された側か、前記第３搬送位置が配置された側か、のいずれかにシフトした位置に配置されるよう構成するものである。
また、前記第３回転軸が前記幅方向Ｘにおいて一定の範囲内にあるときのみ、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームとによる最小旋回姿勢が、前記第３回転軸まわりに回転することを許可するよう構成するものである。
また、前記水平多関節ロボットの前記基台に、前記エンドエフェクタと前記第１アームと前記第２アームと前記第３アームと前記第３駆動手段と、を上下動させる昇降手段を備えるよう構成するものである。
また、前記水平多関節ロボットの前記エンドエフェクタは、前記第１回転軸を対称軸として対称に配置された第１ハンド部と第２ハンド部とを有し、前記第１ハンド部と前記第２ハンド部のそれぞれで前記ワークを保持可能であるよう構成するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、ロボット中心から離れたアクセス位置（搬送位置）に対して、水平多関節ロボット全体を平行移動させる直動機構を用いる必要がなく、第３アームを揺動動作することによって、アクセス位置の軸線に沿って直線状にエンドエフェクタを移動させてワークの出し入れを行うことができる水平多関節ロボットおよび搬送装置とすることができる。したがって、ロボットおよび搬送装置の設置に広いスペースを必要とせず、しかも、ロボットの設置も容易で、オーバーホールなどロボットの交換が短時間でできるという利点もある。さらに、ロボットからの発塵が少なく、クリーンな環境を維持できるという効果がある。
また、本発明によると、上述の効果にくわえて、第３アームが揺動回転をおこなうときは、エンドエフェクタと第１アームと第２アームは最小旋回姿勢となり、さらに第２回転軸が常に第３回転軸に対して第４回転軸側になるよう第３回転軸上で旋回してから揺動回転をおこない、さらにその揺動回転をおこないつつ第２回転軸が常に第３回転軸に対して第４回転軸側になるよう第３回転軸上で旋回しながら動作するので、第２回転軸すなわちアームの肘の部分による干渉領域が実質的に無くなるので、さらにロボットに必要なスペースが小さくなり、それを備えた搬送装置も小型化できる。
また、本発明によると、上述の効果にくわえて、第３アームが揺動回転をおこなうときは、エンドエフェクタと第１アームと第２アームは、最小旋回姿勢となったあと、第３アームが揺動回転をおこないながら、エンドエフェクタがスライドするように第１アームおよび第２アームが動作するので、さらにロボットに必要なスペースが小さくなる。
また、本発明によると、上述の効果にくわえて、重量物である、モータや減速機よりなる第１駆動手段、第２駆動手段、および、第３駆動手段を第３アーム内、あるいは、基台内部に配置することで、アームの先端側を軽量化し，アーム全体の低イナーシャ化を図ることができるので、水平多関節ロボットの動作速度の高速化が可能となり、ひいては、半導体製造の生産性の向上に貢献することができる。
また、本発明によると、上述の効果にくわえて、エンドエフェクタ、第１アーム、および、第２アームを含む、第３アームと、前記第３駆動手段とを一体に上下動可能する昇降手段を有しているので、水平多関節ロボットの動きの自由度が増え、ワークをさらに自在に搬送することができる。
また、本発明によると、上述の効果にくわえて、ワークを保持する部分として、第１ハンド部と第２ハンド部の２つを有し、ワークを２枚同時に搭載可能であるため、カセット等でのワークの交換を短時間で行うことができ、搬送効率が向上するという効果がある。
また、本発明によると、上述した水平多関節ロボットを、複数の搬送位置のうち第１搬送位置と第２搬送位置が少なくとも横並びに配置された搬送装置であって、水平多関節ロボットに対して第１搬送位置と第２搬送位置とが並ぶ側とは反対側に、さらに少なくとも第３搬送位置を有する搬送装置に設置した場合、第１搬送位置あるいは第２搬送位置と第３搬送位置とがなす搬送装置の幅方向Ｘにおいて、第４回転軸を、第１搬送位置あるいは第２搬送位置が配置された側か第３搬送位置が配置された側かのいずれかにシフトした位置に配置したので、搬送装置全体を小型化できる。
また、本発明によると、第３回転軸が前記幅方向Ｘにおいて一定の範囲内にあるときのみ、エンドエフェクタと第１アームと第２アームとによる最小旋回姿勢が、第３回転軸まわりに回転することを許可するので、ロボット周辺の機器とアームが干渉する可能性を低くでき、安全にワークを搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例を示す水平多関節ロボットの平面図
【図２】図１の水平多関節ロボットの動力伝達機構を説明するために簡略化して示す縦断面図
【図３】図１の水平多関節ロボットにより搬送位置からワークを取り出す様子を示す平面図
【図４】図１の水平多関節ロボットの昇降手段を説明するために簡略化して示す基台の縦断面図
【図５】本発明の第２実施例を示す水平多関節ロボットの平面図
【図６】従来の水平多関節ロボットの平面図
【図７】直動機構を備えた従来の水平多関節ロボットが搬送位置のワークを取り出す様子を示す平面図
【図８】図１の水平多関節ロボットの第３アームが揺動回転をおこなうときを示す平面図
【図９】第３アーム５０が揺動回転をおこなうときの図８とは別の動作を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第１実施例を示す水平多関節ロボットの平面図である。また、図２は、図１の水平多関節ロボットの動力伝達機構を説明するために簡略化して示す縦断面図である。
図において、水平多関節ロボット１０は、ワークＷを保持するエンドフェクタ２０と、一端部３１に第１回転軸Ｎ１を有してエンドエフェクタ２０の根元部２１を第１回転軸Ｎ１まわりに回転可能に支持する第１アーム３０と、一端部４１に第２回転軸Ｎ２を有して第１アーム３０の他端部３２を第２回転軸Ｎ２まわりに回転可能に支持する第２アーム４０と、一端部５１に第３回転軸Ｎ３を有して第２アーム４０の他端部４２を第３回転軸Ｎ３まわりに回転可能に支持する第３アーム５０と、第４回転軸Ｎ４を有して第３アーム５０の他端部５２を第４回転軸Ｎ４まわりに回転可能に支持する基台６０とから構成されている。
また、図２が示すように、水平多関節ロボット１０は、第２アーム４０に対して第１アーム３０を第２回転軸Ｎ２まわりに回転させる第１駆動手段Ｍ１と、第３アーム５０に対して第２アーム３０を第３回転軸Ｎ３まわりに回転させる第２駆動手段Ｍ２と、基台６０に対して第３アーム５０を第４回転軸Ｎ４まわりに回転させる第３駆動手段Ｍ３とを備えている。
さらに、第１回転軸Ｎ１から第２回転軸Ｎ２までの距離Ｌ１と、第２回転軸Ｎ２から第３回転軸Ｎ３までの距離Ｌ２とが等しくなるように配置されている。
また、モータＭ１１と減速機Ｍ１２とで構成された第１駆動手段Ｍ１と、モータＭ２１と減速機Ｍ２２とで構成された第２駆動手段Ｍ２は、第３アーム４０の内部に配置されており、モータＭ３１と減速機Ｍ３２とで構成された第３駆動手段Ｍ３は基台６０の内部に配置されている。
なお、重量物であるモータや減速機よりなる第１駆動手段Ｍ１と第２駆動手段Ｍ２を第３アーム４０内に、第３駆動手段Ｍ３を基台内部に配置することで、アームの先端側を軽量化し，アーム全体の低イナーシャ化を図ることができるので、本実施例ではこのように構成している。
【００１３】
本実施例の水平多関節ロボットは、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０の動作について、第１回転軸Ｎ１と第３回転軸Ｎ３とを結ぶ直線に沿ってエンドエフェクタ２０が直線状に移動するように構成されている。これを実現させる構成について、以下説明する。
図２が示すように、第３回転軸Ｎ３部に、第２駆動手段Ｍ２から動力を伝達される中空状の第２の回転入力軸５６と、第２の回転入力軸５６の内部に同心状に配置されて、第１駆動手段Ｍ１から動力を伝達される第１の回転入力軸５５を備えており、第２の回転入力軸５６の端部には第２アーム４０が固定されており、第１の回転入力軸５５の端部には駆動プーリ４３２を備えている。第１の回転入力軸５５は、第２アーム４０の一端側４２に配置され、第２アーム４０に対して回転自在に取り付けられている。
第２アーム４０の他端側４１には、連結軸４４が第１アーム３０の内部に突出して固定されると共に、連結軸４４に対して従動プーリ４３１が回転自在に取り付けられている。駆動プーリ４３２と従動プーリ４３１との直径比は、１：１なる関係で設けてあり、駆動プーリ４３２と従動プーリ４３１との間にはタイミングベルト４３３が巻き掛けてある。
また、従動プーリ４３１の上端には第１アーム３０の一端側３２が固定されており、第１アーム３０の内部に突出した連結軸４４の上端部には駆動プーリ３３２が固定され、第１アーム３０に対して、駆動プーリ３３２が相対的に回転するようになっている。第１アーム３０の他端側３１には、連結軸３４が固定されると共に、連結軸３４に対して従動プーリ３３１が回転自在に取り付けられている。駆動プーリ３３２と従動プーリ３３１との直径比は、１：２なる関係で設けてあり、駆動プーリ３３２と従動プーリ３３１との間にはタイミングベルト３３３が巻き掛けてある。
また、従動プーリ３３１の上端にはエンドエフェクタ２０が固定されており、第１アーム３０に対して、エンドエフェクタ２０が相対的に回転するようになっている。
【００１４】
以上の構造において、第２の回転入力軸５６を第１の回転入力軸５５に対して相対的に回転させて、第２アーム４０を回転させると、駆動プーリ４３２は第１アーム４０に対して相対的に回転し、この駆動プーリ４３２の相対回転は、タイミングベルト４３３を介して従動プーリ４３１を回転させて第１アーム３０が回転する。第１アーム３０が回転することで、第１アーム３０と駆動プーリ３３２との間で相対回転が生じ、この相対回転はタイミングベルト３３３を介して従動プーリ３３１を回転させてエンドエフェクタ２０が回転する。
このとき、第２アーム４０内の駆動プーリ４３２と従動プーリ４３１との直径比は１：１なる関係で、第１アーム３０内の駆動プーリ３３２と従動プーリ３３１との直径比は１：２なる関係で設けてあるので、第１の回転入力軸５５の回転に対して第２の回転入力軸５６、すなわち、第２アーム４０を同一速度で逆方向に回転させると、駆動プーリ４３２は第２アーム４０に対して相対的に２倍の回転量だけ回転することになるので、第１アーム３０は第２アーム４０に対して逆方向に２倍の回転量だけ回転し、エンドエフェクタ２０は第１アーム３０に対して逆方向に１/２倍の回転量だけ回転する。
すなわち、駆動プーリ３３２と、従動プーリ３３１と、タイミングベルト３３３とから構成される連動手段３３によって、第２アーム４０に対して第１アーム３０が第２回転軸Ｎ２まわりに周方向一方に回転する角速度Ｖ２に対して、第１アーム３０に対してエンドエフェクタ２０が第１回転軸Ｎ１まわりに周方向他方に１／２の角速度Ｖ１で回転するので、第１回転軸Ｎ１と第３回転軸Ｎ３とを結ぶ直線に沿ってエンドエフェクタ２０が直線状に移動する。
【００１５】
一方、第１の回転入力軸５５の回転に対して第２の回転入力軸５６、すなわち、第２アーム４０を同一速度で同じ方向に回転させると、駆動プーリ４３２は第２アーム４０に対して相対的に回転しないので、第１アーム３０は第２アーム４０に対して回転せず、エンドエフェクタ２０も第１アーム３０に対して回転しない。このようにして、第２アーム４０を第３回転軸Ｎ３のまわりに周方向一方に角速度Ｖ３で回転させ、かつ、第２アーム４０に対して第１アーム３０を第２回転軸Ｎ２まわりに回転しないように維持して連動動作を行うと、エンドエフェクタ２０、第1アーム３０、および、第２アーム４０から成るアーム姿勢を維持した状態でアーム全体が旋回し、エンドエフェクタ２０を直線状に移動させる向きを変えることができる。
【００１６】
次に、第３駆動手段Ｍ３によって揺動回転動作をおこなう第３アーム５０について説明する。第３駆動手段Ｍ３によって、基台６０に対して第３アーム５０を第４回転軸Ｎ４まわりに回転させると、第３アーム５０の一端部５１に位置する第３回転軸Ｎ３が第４回転軸Ｎ４まわりに円弧状の揺動動作を行うこととなり、この円弧状の軌跡上で、第１回転軸Ｎ１と第３回転軸Ｎ３とを結ぶ直線に沿ってエンドエフェクタ２０が直線状に移動することとなる。なお、本実施例では第３アーム５０が円弧状の揺動動作を行う例を記載しているが、第３アーム５０は円弧のように一定の範囲内だけではなく、３６０°の回転をするようにしてもよい。ここで、図１が示すように、例えばアクセス位置（搬送位置）Ｐ１にワークＷを搬出入しようとする場合、少なくとも「アクセス位置（搬送位置）Ｐ１からワークＷを直線状に搬出しなくてはならない位置Ｐ１’」と「アクセス位置（搬送位置）Ｐ１」とを結んだ仮想線の延長線上に、第３回転軸Ｎ３がくる位置まで第３アーム５０を揺動回転してから搬送をおこなう。位置Ｐ１’は、例えば、アクセス位置Ｐ１がワークを収容するカセットのように一方向からしかワークを出し入れできない場合や、アクセス位置Ｐ１の周囲に障害物などがある場合など、ワークＷを直線状に搬送しなければならない、アクセス位置Ｐ１からの最低限の位置である。図１では、同様に、アクセス位置Ｐ５にアクセスする場合も示している。
以下、例えば、アクセス位置（搬送位置）Ｐ１からＰ１’を結ぶ仮想線を、Ｐ１におけるワークＷを出し入れする軸線Ｐ１ａと呼ぶ。
【００１７】
図３は、カセットやプロセス装置等の、複数のアクセス位置（搬送位置）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４等があり、各々、ワークＷを出し入れする軸線Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、Ｐ４ａ等が平行に配置されている搬送装置を示す平面図であって、これに本実施例の水平多関節ロボットが配置されている。プロセス装置とは、例えば半導体、液晶、太陽電池といったものを製造するためのエリアで、エッチング、ＣＶＤ、露光、洗浄などを行なうための領域である。図３では、一定の間隔でＰ１とＰ２が横並びに配置され、水平多関節ロボットを挟むようにして、Ｐ１とＰ２側とは反対側に、Ｐ３とＰ４が横並びに配置されている。図３の場合、Ｐ１ａとＰ３ａ、Ｐ２ａとＰ４ａは、それぞれ同一線上にあるが、特にこれに限らず、後述するように、第３回転軸Ｎ３が、必要なアクセス位置（搬送位置）の各々の軸線の延長線上に到達できる範囲に必要なアクセス位置が配置されていればよい。また、Ｐ１とＰ２が配置されている側とＰ３とＰ４が配置されている側とは、少なくとも、後述する最小旋回姿勢でエンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０とが回転することができる程度に離れている。また、当然ながら、Ｐ１とＰ２が配置されている側とＰ３とＰ４が配置されている側とは、第３アーム５０の揺動回転の妨げにならない程度にも離れている。さらに、後述するように、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０が最小旋回姿勢をなした状態で第３アーム５０によって揺動するとき周辺機器と干渉がない程度にも離れている。
【００１８】
図３の場合、Ｐ１やＰ２と干渉する恐れがあるので、水平多関節ロボットの第３アーム５０は、第４回転軸Ｎ４を中心として１８０°以下の揺動回転となるよう制御される。さらに、第４回転軸Ｎ４は、軸線Ｐ１ａとＰ２ａから等距離の位置に配置される。つまり、第４回転軸Ｎ４は、Ｐ１とＰ２の両方から等距離の線上に配置される。また、第３アーム５０が第４回転軸Ｎ４を中心として１８０°以下の揺動回転となるよう制御される場合、第４回転軸Ｎ４は、Ｐ１あるいはＰ２と、Ｐ３あるいはＰ４と、がなす搬送装置の幅方向Ｘにおいて、Ｐ１あるいはＰ２が配置された側か、Ｐ３あるいはＰ４が配置された側か、のいずれかに接近した（シフトした）位置に配置するとよい。シフトする位置は、第３アーム５０が揺動回転しても幅方向Ｘにおいて周辺機器と干渉がないこと、また、後述するように、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０が最小旋回姿勢をなした状態で第３アーム５０によって揺動するとき周辺機器と干渉がないこと、を満たす限り、Ｐ１あるいはＰ２が配置された側か、Ｐ３あるいはＰ４が配置された側か、のいずれかに接近（シフト）させてよい。図３の場合、Ｐ１あるいはＰ２が配置された側に第４回転軸Ｎ４がシフトしている。このように水平多関節ロボットを配置すると、搬送装置の幅方向Ｘを短くすることができるし、第３アーム５０がＰ１乃至Ｐ４に干渉するおそれが無い。
したがって、例えば水平多関節ロボットがＰ１にアクセスする場合、まず、第３回転軸Ｎ３が、アクセス位置（搬送位置）Ｐ１の軸線Ｐ１ａ上に来るように、第３アーム５０を揺動回転させ、その後、第１回転軸Ｎ１と第３回転軸Ｎ３とを結ぶ直線が軸線Ｐ１ａに沿うようにエンドエフェクタ２０の向きを変え、軸線Ｐ１ａに沿ってエンドエフェクタ２０を直線状に移動してワークの出し入れを行う。
【００１９】
さらに、本実施例の場合、第３アーム５０を揺動回転させるときは、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０は最小旋回姿勢となり、さらに第２回転軸Ｎ２が常に第３回転軸Ｎ３に対して第４回転軸Ｎ４側になるよう最小旋回姿勢を第３回転軸Ｎ３上で旋回させながらおこなう。以下、このことについて説明する。
図８は水平多関節ロボットの第３アーム５０が揺動回転をおこなうときを示す搬送装置の平面図である。図８の（Ａ）と（Ｂ）は、Ｐ１にアクセスした後にＰ２へアクセスする場合のアームの状態Ｒ１〜Ｒ５の変化を示している。（Ａ）はＲ１〜Ｒ２、（Ｂ）はＲ２〜Ｒ５の変化を示している。
まず、Ｒ１の状態で示すようにＰ１へのアクセスを行なう。その後、Ｒ２に示すようにエンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０は最小旋回姿勢となる。最小旋回姿勢とは、第３回転軸Ｎ３を中心としてエンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０が回転するときに最低限必要となる旋回直径Ｄをなす姿勢のことである。エンドエフェクタ２０がワークＷを保持している場合、ワークＷがこの旋回直径に影響する場合もある。その後、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０は、最小旋回姿勢のまま、第２回転軸Ｎ２が、第３回転軸Ｎ３から見て、第４回転軸Ｎ４側になるよう第３回転軸Ｎ３を中心に回転する（Ｒ２’の状態）。その後、第３アーム５０が揺動回転を開始するが、揺動回転中においても、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０は、最小旋回姿勢を第３回転軸Ｎ３上で維持するとともに、第２回転軸Ｎ２が第３回転軸Ｎ３から見て、常に第４回転軸Ｎ４側になるよう第３回転軸Ｎ３を中心に微量ながら回転しながら揺動される（Ｒ３の状態）。その後、第３回転軸Ｎ３がＰ２の軸線Ｐ２ａ上にくると、第３アーム５０は揺動回転を停止し、さらにエンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０は、最小旋回姿勢のまま、第１回転軸Ｎ１と第３回転軸Ｎ３とを結ぶ直線が軸線Ｐ２ａに沿うように（エンドエフェクタ２０の向きを変えるように）、第３回転軸Ｎ３を中心に回転する（Ｒ４の状態）。そして、Ｐ２へのアクセスを行なう（Ｒ５の状態）。
以上のように水平多関節ロボットが動作することで、いわゆるアームの肘にあたる第２回転軸Ｎ２の部分が、Ｐ３やＰ４側に突出して動作することがない。つまりロボットが必要な動作範囲を大きく広げてしまうことがないので、少なくとも搬送装置の幅方向Ｘの寸法を小さくできる。
【００２０】
ここで、第３アーム５０を揺動回転させるときの動作について、上記とは異なる場合について説明する。上述したように、第３アーム５０を揺動回転させるときは、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０は最小旋回姿勢となり、さらに第２回転軸Ｎ２が常に第３回転軸Ｎ３に対して第４回転軸Ｎ４側になるよう最小旋回姿勢を第３回転軸Ｎ３上で旋回させながらおこなう動作について説明したが、この動作を以下のような動作に代えても良い。
図９は水平多関節ロボットの第３アーム５０が揺動回転をおこなうときの、図８で説明した動作とは別の動作を示す搬送装置の平面図である。図９は図８と同様に、ロボットがＰ１にアクセスした後にＰ２へアクセスしようとする場合のアームの状態を示している。
まず、図８と同様に、Ｒ１に示すようにＰ１へのアクセスを行なう。その後、これも図８と同様に、Ｒ２に示すようにエンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０は最小旋回姿勢となる。しかし、図８とは異なり、その後、第３アーム５０が揺動回転を開始すると同時に、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０はエンドエフェクタ２０を伸縮させるように動作を開始する。つまり、見かけ上、エンドエフェクタ２０がスライドするように、第１アーム３０と第２アーム４０を動作させる。このときの途中の動作を示すのがＲ６の状態である。Ｒ６の状態では、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０が、揺動回転の動作開始前の最小旋回姿勢ではなく、第３回転軸Ｎ３から見て、エンドエフェクタ２０を伸ばす方向に動作していることを示している。Ｒ６の状態の後、さらに第３アーム５０が揺動回転すると、第１アーム３０と第２アーム４０は、エンドエフェクタ２０を縮める方向に動作し、Ｒ４の状態となる。Ｒ４の状態は、図８のＲ４の状態と同じである。その後、図８と同様に、図８のＲ５の状態となってＰ２へアクセスする。
以上のように水平多関節ロボットを動作させると、図８のような動作の場合よりも、さらに搬送装置の幅方向Ｘの寸法を小さくできるが、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０を揺動回転と同期させる必要があるので、ロボットを動作させるためのプログラムの演算が複雑になる。
【００２１】
さらに本実施例では、第３回転軸Ｎ３が、搬送装置の幅方向Ｘにおいて、一定の範囲内にあるときのみ、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０とによる最小旋回姿勢が、第３回転軸Ｎ３まわりに回転することを許可するようにしている。一定の範囲は、図３において斜線部のところを示している。この一定の範囲は、エンドエフェクタ２０と第１アーム３０と第２アーム４０による最小旋回姿勢が第３回転軸Ｎ３で回転したとしても周囲の機器に干渉するおそれがない位置を考えることによって決定する。このようにロボットを動作させることにより、周囲との干渉の発生をより避けることができる。なお、実際のロボットの制御は、第３アーム５０の第４回転軸Ｎ４での角度を図示しないコントローラで監視することでおこなうとよい。
【００２２】
さらに、本実施例の水平多関節ロボット１０では、図４に示すように、エンドエフェクタ２０、第１アーム３０、および、第２アーム４０、第３アーム５０と、第３駆動手段Ｍ３とを、ボールネジ６２と第４駆動手段Ｍ４等から構成される昇降手段６１によって、一体に上下動可能に構成している。このように構成することで、水平多関節ロボット１０の動きの自由度が増え、ワークＷをさらに自在に搬送することができる。
【実施例２】
【００２３】
図５は、本発明の第２実施例を示す水平多関節ロボット１０の平面図である。本実施例が、上述の第１実施例と異なる部分は、エンドエフェクタ２０であり、その他の構成は同じである。図において、エンドエフェクタ２０は、ワークＷを保持する第１ハンド部２２１と第２ハンド部２２２を有し、第１ハンド部２２１と第２ハンド部２２２は、第１回転軸Ｎ１を対称軸として対称に配置されている。
このような構成にすると、水平多関節ロボット１０はワークＷを２枚同時に搭載が可能となり、カセット等でワークＷの交換を行う際に、それを短時間で行うことができ、搬送効率が向上するという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
なお、本実施例では、カセットやプロセス装置の間で半導体ウエハなどのワークを搬送する水平多関節ロボットに関して述べたが、エンドエフェクタやアームのサイズアップ、あるいは、高剛性化等を図れば、液晶パネル等の大型のワークの搬送にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１０    水平多関節ロボット
２０    エンドエフェクタ
２１    エンドエフェクタの根元部
２２１  エンドエフェクタの第１ハンド部
２２２  エンドエフェクタの第２ハンド部
３０    第１アーム
３１    第１アームの一端部
３２    第１アームの他端部
３３１  従動プーリ
３３２  駆動プーリ
３３３  タイミングベルト
３４    連結軸
４０    第２アーム
４１    第２アームの一端部
４２    第２アームの他端部
４３１  従動プーリ
４３２  駆動プーリ
４３３  タイミングベルト
４４    連結軸
５０    第３アーム
５１    第３アームの一端部
５２    第３アームの他端部
５３１  従動プーリ
５３２  駆動プーリ
５３３  タイミングベルト
５４１  従動プーリ
５４２  駆動プーリ
５４３  タイミングベルト
５５    第１の入力軸
５６    第２の入力軸
６０    基台
６２    ボールネジ
６３１  従動プーリ
６３２  駆動プーリ
６３３  タイミングベルト
７０    直動機構
１０１  従来の水平多関節ロボット
Ｗ      ワーク
Ｎ１    第１回転軸
Ｎ２    第２回転軸
Ｎ３    第３回転軸
Ｎ４    第４回転軸
Ｌ１    第１回転軸Ｎ１から第２回転軸Ｎ２までの距離
Ｌ２    第２回転軸Ｎ２から第３回転軸Ｎ３までの距離
Ｍ１    第１駆動手段
Ｍ１１  第１駆動手段を構成するモータ
Ｍ１２  第１駆動手段を構成する減速機
Ｍ２    第２駆動手段
Ｍ２１  第２駆動手段を構成するモータ
Ｍ２２  第２駆動手段を構成する減速機
Ｍ３    第３駆動手段
Ｍ３１  第３駆動手段を構成するモータ
Ｍ３２  第３駆動手段を構成する減速機
Ｍ４    第４駆動手段
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  アクセス位置（搬送位置）
Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ３ａ、Ｐ４ａ  ワークを出し入れする方向の軸線
【図１】
2011119556.tif 000003
【図２】
2011119556.tif 000004
【図３】
2011119556.tif 000005
【図４】
2011119556.tif 000006
【図５】
2011119556.tif 000007
【図６】
2011119556.tif 000008
【図７】
2011119556.tif 000009
【図８】
2011119556.tif 000010
【図９】
2011119556.tif 000011