(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
肩部ジョイントにおいて前記基部に連結されている第１のアームリンクと、
肘部ジョイントにおいて前記第１のアームリンクに連結されている第２のアームリンクと、
前記肩部ジョイント回りに前記第１のアームリンクを駆動する肩部モータであって、当該肩部モータに連結された肩部駆動軸を備えるとともに、前記第１のアームリンクに対して回転しないように連結され、
前記肘部ジョイント回りに前記第２のアームリンクを駆動する肘部モータと、
前記肘部ジョイント内に位置するとともに、前記第１のアームリンクに対して回転しないように連結された第１のエンドエフェクタ駆動プーリと、
前記第１のエンドエフェクタ駆動プーリに連結され、手首部ジョイント内に位置する第２のエンドエフェクタ駆動プーリと、
前記手首部ジョイントによって前記第２のアームリンクに連結され、前記第２のエンドエフェクタ駆動プーリにより駆動される従動両刃エンドエフェクタと、
前記肩部ジョイント内に位置し、肘部駆動軸によって前記肘部モータに連結された第１の肘部駆動プーリと、
前記肘部ジョイント内に位置するとともに前記第２のアームリンクに連結され、前記第１の肘部駆動プーリに直接連結され駆動される第２の肘部駆動プーリとを備え、
前記第１のエンドエフェクタ駆動プーリの直径と前記第２のエンドエフェクタ駆動プーリの直径の比率は１：２であり、前記従動両刃エンドエフェクタは前記第１のアームリンクに従動され、
前記第１のエンドエフェクタ駆動プーリと前記第２のエンドエフェクタ駆動プーリとの間の連結は、ロボットが、前記両アームリンクの伸縮軸に対して前記両刃エンドエフェクタを回動させることなく、前記両刃エンドエフェクタの第１の刃で第1の基体を持ち上げ、搬送して、当該搬送された第1の基体を解放する為に基部の一方側に前記両アームリンクを張り出すことができ、かつ、前記両刃エンドエフェクタの第２の刃で第２の基体を持ち上げ、搬送して、当該搬送された第２の基体を解放するために基部の他方側に前記両アームリンクを張り出すことができ、前記第1および第２の基体は前記両刃エンドエフェクタによって同時に保持されるように構成され、
前記第１のエンドエフェクタ駆動プーリは前記第１のアームリンクの内部を通って延出されるとともに前記第２の肘部駆動プーリの内部に配置されて、前記第１のエンドエフェクタ駆動プーリと前記第２の肘部駆動プーリとはそれぞれ、前記第１のエンドエフェクタ駆動プーリに支持されたボールベアリングの内側レース及び外側レースに連結されていることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記第１と第２の肘部駆動プーリは同一の直径を有し、前記第２の肘部駆動プーリが前記第２のアームリンクに連結されている請求項１記載のロボット。
【請求項３】
肘部モータと肩部モータが基部ハウジング内で同心軸上に設けられている請求項１記載のロボット。
【請求項４】
ハウジング内部からアームリンクへ信号を伝達するためのスリップリング部材を備えた請求項３記載のロボット。
【請求項５】
スリップリング部材はハウジングに設けた静止体とアームリンクに設けた可動体からなり、前記アームリンクは前記ハウジング周囲を回動することができる請求項４記載のロボット。
【請求項６】
各ジョイントが流体シールによって密封されている請求項２記載のロボット。
【請求項７】
各流体シールが磁性流体シールである請求項６記載のロボット。
【請求項８】
肩部ジョイントが第１の流体シールによって密封され、肘部ジョイントが第２の流体シールによって密封されている請求項１記載のロボット。
【請求項９】
前記手首部ジョイントが第３の流体シールによって密封されていることを特徴とする請求項８記載のロボット。
【請求項１０】
第１、第２の流体シールが磁性流体シールである請求項８記載のロボット。
【請求項１１】
各アームリンクが継ぎ目と、前記継ぎ目を封止するシールとを備えた請求項８記載のロボット。
【請求項１２】
各アームリンクが一面の壁に粒子フィルターを備えた請求項８記載のロボット。
【請求項１３】
第３の流体シールが磁性流体シールである請求項９記載のロボット。
【請求項１４】
アームリンクのある一面の壁に粒子フィルターが設けられた請求項１記載のロボット。
【請求項１５】
粒子フィルターが金属またはセラミックフィルターである請求項１４記載のロボット。
【請求項１６】
アームリンクが継ぎ目を有し閉鎖空間を形成する壁と、前記継ぎ目を封止するシールとを有する請求項１４記載のロボット。
【請求項１７】
両アームリンクが１つ以上のフィルターと、封止壁と、シールを備え、両アームリンクを真空で使用することのできる請求項１４記載のロボット。
【請求項１８】
ジョイント部の静止部に取付けた静止体と、前記ジョイント部の可動リンクに取付けた可動体とからなり、静止体と可動体とが電気的に接続するように構成されたスリップリング部材を備えた、ロボットの回転するジョイント部を通して電気信号を伝達するジョイント部電気信号伝達装置を有する請求項１記載のロボット。
【請求項１９】
ジョイント部電気信号伝達装置が静止体に接続した第１の信号ケーブルと、可動体に接続した第２の信号ケーブルとを備え、前記静止体及び可動体は回動可能かつ電導可能に連結されている請求項１８記載のロボット。
【請求項２０】
外側円筒状部材と、前記外側円筒状部材と同心軸上に外側円筒状部材内に設けられた内側円筒状部材とを有するジョイント部電気信号伝達装置を更に備え、前記ジョイント部電気信号伝達装置において、ケーブルの内側先端部が前記内側円筒状部材内部に位置し、前記ケーブルが前記外側円筒状部材内において前記内側円筒状部材の回りに渦巻状に巻かれ、前記ケーブルの外側先端部は前記外側円筒状部材を貫通して外側へ延びており、前記ジョイント部を通して電気信号を伝達する請求項１記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接駆動にて稼動する完全密封ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
部品処理ロボットは、半導体、フラットパネルディスプレイ、その他精密製品の自動製造工程において使用されている。これらの製品の多くは半導体ウエハなど非常に脆弱かつ高価な物質からなり、製造工程においては限りなく清浄な空間にて処理することが要求される。半導体製造において、原材料及び未処理の素材はわずかな汚染も許されないが、製造工程途中の素材上に刻まれた回路溝は非常に細い（０．１８〜１０ミクロン）ため、極小さな粒子にも汚染されかねず、完成した回路は不良品となる可能性がある。従って、人間が部品に接触あるいは部品を処理することから発生しかねない汚染や破損を防ぎ、清浄空間内にて正確、丁寧、精密に部品を移動させるため、密封された超清浄ロボットが用いられる。
【０００３】
しかしそのようなロボットが、金属粒子を発したり化学物質を漏出したり、あるいはウエハや基板を汚染しかねないその他の物質を生ずることがあってはならない。
【０００４】
さらに、ロボットはさまざまな製造処置を実行する際、空間内にて特定の地点間を正確に移動する必要がある。ウエハ、フラットパネル、その他の基板などは非常に壊れやすく高価なため、ロボットの動きは正確かつ丁寧でなければならない。ロボットの正確な動きを確実にし、処理部品への損傷を避けるため、バックラッシュや、ロボットの機械部品内の遊びなどは極力減じる必要がある。
【０００５】
さらに、製造工程の中には真空内での作業や危険な化学物質を要するものもあるため、ロボットは真空適合性を持ち、人間に代わって真空環境内にて部品を処理する必要がある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題を解決することを課題とし、信頼性が高く、ほぼバックラッシュなしで稼動し、粒子漏出防止のため完全密封され、真空適合性を備えた超清浄部品処理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】
本発明のダイレクト駆動ロボットは、肩部モータ及び肘部モータがハウジング内で同心軸上に設置され、肩部モータは肩部ジョイントすなわち第１のアームリンクである上腕部を直接駆動し、肘部モータは第１の肘部駆動プーリを介して肘部ジョイントすなわち第２のアームリンクである前腕部を駆動し、第１の肘部駆動プーリと同一の直径を有する第２の肘部駆動プーリを肘部ジョイント内に備え、第１のエンドエフェクタ駆動プーリが上腕部に直結され、第１のエンドエフェクタ駆動プーリに手首部ジョイント内の第２のエンドエフェクタ駆動プーリが連結され、第１のエンドエフェクタ駆動プーリと第２のエンドエフェクタ駆動プーリの直径比率が１：２であることを特徴としたものであり、大型のダイレクト駆動モータを使用するためロボット基部内に伝動装置を設ける必要が無く、単純な駆動輪列ですみ、バックラッシュ等の必要が無く正確な動きにてエンドエフェクタをロボット中心軸から放射する半径線上に沿って往復運動させることができるという作用を有する。
【０００８】
また、本発明のロボットは肩部モータと、流体シールを介して肩部モータに連結された第１のアームリンクと、第２の流体シールを介して第１のアームリンクに連結された第２のアームリンクと、第３の流体シールを介して第２のアームリンクに連結された手首部ジョイントからなり、各アームリンクは継ぎ目と、各継ぎ目を封止するシールと、一面の壁に設けたフィルターとを備え、各流体シールが磁性流体シールであり、各フィルターが高密度粒子フィルターであることを特徴としたものであり、アームリンク内部で生じる粒子が超清浄空間内に侵入したり、ロボット外部の汚染物質がロボット内部の構成物に到達したりするのを防ぎ、また、流体シールは大気圧を維持する防壁を築くため、真空内で使用する場合でも内部構成物が真空適合性を持つ必要がなく、また、アームリンクの１面の壁に高密度フィルターを設ければ、アームリンク間の圧力差が縮小されるため、ジョイント部分をすべて薄型化することができるという作用を有する。
【０００９】
本発明のダイレクト駆動ロボットはさらに、ロボットの回転するジョイント部を通して電気信号を伝達するために、ジョイント部の静止部に設けた静止体と、可動部に設けた可動体と、静止体に連結された第１の信号ケーブルと、可動体に連結された第２の信号ケーブルとを備え、静止体及び可動体が回動可能及び電導可能に連結されているジョイント部電気信号伝達装置、及び、外筒と同心軸上に設けられた内筒と、内筒外周に渦巻状に巻かれたケーブルとを有する別のジョイント部電気信号伝達装置を備えていることを特徴としたものであり、ロボットアームが３６０度にわたって数回転回動しても制御信号ケーブルが巻きあがったり捻れたりすることなく、回転するジョイント部を通して静止したハウジングなどの構成要素と回動するアームリンクなどの構成要素との間で制御信号の伝達を行うことができるという作用を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、ロボット２０は水平方向に自由に動く人間の腕を模倣した構造になっている。ロボット２０は基部２２と、第１のアームリンクである下側アームリンク（上腕部）２６、第２のアームリンクである上側アームリンク（前腕部）２８、ハンド部に相当するエンドエフェクタ３０を有するロボットアーム２４とを備えている（以下、下側アームリンクと上腕部、上側アームリンクと前腕部はそれぞれ同一部材２６、２８を指す）。下側アームリンク２６は回動可能な肩部ジョイント３２において基部２２に連結され、上側アームリンク２８は回動可能な肘部ジョイント３４によって下側アームリンク２６に連結され、エンドエフェクタ３０は手首部ジョイント３６によって上側アームリンク２８に連結されている。
【００１１】
基部２２は回転軸を駆動する複数のモータを備えている。肩部ジョイント３２の回転を制御する回転軸は下側アームリンク２６に直接連結され、肘部ジョイント３４の回転を制御するもう一つの回転軸はプーリによって上側アームリンク２８に連結され、肘部ジョイント３４内のプーリが、エンドエフェクタ３０の回転を制御する。上記構造では、マイクロコンピュータなどの外部制御装置が各モータを制御してロボットアーム２４を操作し、肩部ジョイント３２が回転し、エンドエフェクタ３０が肩部ジョイント３２の中心（ロボットの中心軸に相当する）から放射する半径線上に沿って往復運動する。半導体製造分野において必要とされるエンドエフェクタの動きは前記半径線上の直線運動のみであるので、エンドエフェクタ３０は常にロボット基部中心から外部ワークステーション又はその他の地点まで、移動する際前記半径直線上に沿うよう調整される。
【００１２】
エンドエフェクタ３０は手首部ジョイント３６回りを回動可能な中央板３８を有し、手首部ジョイント３６の半径線上を両外側に向けて延びているエンドエフェクタブレード１４０は内端部１４２において中央板３８に結合されている。各エンドエフェクタブレード１４０は半導体ウエハ、フラットパネルディスプレイ、基体その他の物品を持ち上げ搬送することができる。上記のようなエンドエフェクタ３０は“両刃”エンドエフェクタとして知られているタイプのものである。
【００１３】
図２に示すように、ロボット基部２２は、肘部モータ５０及び肩部モータ７０を包含し保護する円筒形モータハウジング４０を有する。肘部モータ５０はロボット基部に取付けられた底板５２に設置され、肘部駆動軸６２が肘部モータ５０に連結されている。ホーミングフラッグ５４はモータ及び駆動軸がホームポジションに到達したことを検知する。スリップリング台５８及び軸結合部６０にスリップリング部材５６が装着され、制御信号が部材を通過できるようになっている。本装置を組み立てると、肘部駆動軸６２はハウジング４０を貫通して上方に突出し、図３に示す第１の肘部駆動プーリ９０に連結している。
【００１４】
肩部モータ７０はハウジング４０内にて、肘部モータ５０の上方に設置され、肘部駆動軸６２が貫通する大きな中心孔を有している。肩部駆動軸８２はホーミングフラッグ７４及び軸結合部７２を備え肩部モータ７０に連結されており、軸結合部７２及び肩部駆動軸８２はともに、肘部駆動軸６２が貫通するための大きな中心孔８０を有している。肘部駆動軸６２と肩部駆動軸８２の間には、ボールベアリング７６が滑入され、肘部駆動軸６２を支えている。又、同様に肘部駆動軸６２と肩部駆動軸８２との間には内側磁性流体ロータリーシール４０４も滑入されている。上記構成により、肩部モータ７０は上腕部２６を直接駆動し、ロボット２０の中心軸回りを回動させる。
【００１５】
ハウジング４０の上端縁部４２上に固定されているフィードスルー７８は、ベローズ及び外側磁性流体ロータリーシール４０５に対する密封面として働いている。この外側磁性流体ロータリーシール４０５は、上記の内側磁性流体ロータリーシール４０４と共に、真空−大気圧間の気圧差防壁及び肩部ジョイントへの粒子の侵入を防ぐ防壁として働く。組み立てられたハウジング４０は、粒子又は汚染物質の侵入及び漏出を防ぐために密封された外部ハウジング内に、Ｚ軸モータ及びボールスクリューによりＺ軸方向に上下動されつつ組込まれる。
【００１６】
図３に本ダイレクト駆動ロボットのロボットアーム２４の分解図を示す。ロボットアーム２４がロボット基部に組み立てられると、スプラッシュガード９２は図２に示した肩部駆動軸８２上に結合され、第１の肘部駆動プーリ９０は肘部駆動軸６２上に固着されている。第１の肘部駆動プーリ９０は１対の駆動バンド９６により第２の肘部駆動プーリ９４に連結されている。第２の肘部駆動プーリ９４は一般に、中央に円状空洞９５を有する円筒形状で、上腕部２６の肘凹部２９内に設置される。ボールベアリング１０４の外側レースは第２の肘部駆動プーリ９４及びベアリングクランプ１０８間にて挟持され、内側レースは第１のエンドエフェクタ駆動プーリ１０６及び下側アームリンク２６の肘側端部内の円盤状ボス１１０間にて挟持されている（図１１参照）。第１と第２の肘部駆動プーリの直径はほぼ同一、すなわちほぼ１：１の比率を有する。駆動バンド９６はメタルバンド、あるいは金属及び粘弾性物質の積層バンドからなる。両駆動バンド９６は片方の先端部９８をそれぞれプーリ９０、９４のいずれかの周囲に約３２０度にわたって巻き付けられ、一点にピン１００で留められている。各駆動バンド９６のもう片方の先端部９８は、それぞれ反対側のプーリの一点に同様にピン１００で留められている。駆動バンド９６の張力はバンド張力調節部材１５０により調節される。前記張力は、孔１５２から測定機器を挿入して測定する。
【００１７】
上側アームリンク２８はベアリングクランプ１０８に固定されているため、第２の肘部駆動プーリ９４が回動すればそれと共に上側アームリンク２８も回動する。上記構成により、第１の肘部駆動プーリ９０の回転運動は駆動バンド９６を介して直に第２の肘部駆動プーリ９４に伝わり、同プーリ及び上側アームリンク２８を回転させる。
【００１８】
肩部カバー板１０２は第１の肘部駆動プーリ９０及び肩部ジョイント３２を被覆保護し、汚染物質の侵入及びジョイント部からの粒子漏出を防いでいる。
【００１９】
第１のエンドエフェクタ駆動プーリ１０６は、ベアリングクランプ１０８及び上側アームリンク２８の肘側端部１２６内に設けられた孔１１２を貫通している。一対のエンドエフェクタ駆動バンド１１４は上記駆動バンド９６と同様の方法で、第１のエンドエフェクタ駆動プーリ１０６及び第２のエンドエフェクタ駆動プ−リ１２０の一点にピンにて止着されている。第２のエンドエフェクタ駆動プーリ１２０は一般に、中央に円状空洞４０１を有する円筒形状である。ボールベアリング１３０の外側レースは第２のエンドエフェクタ駆動プーリ１２０及び外側ベアリングクランプ１３６間にて挟持され、ボールベアリング１３０の内側レースは内側ベアリングクランプ１３２及び上側アームリンク２８の手首側端部１２４内の円盤状ボス１２２間にて挟持されている（図１１参照）。第２のエンドエフェクタ駆動プーリ１２０は、エンドエフェクタ駆動バンド１１４によって第１のエンドエフェクタ駆動プーリ１０６に連結されている。
【００２０】
第１のエンドエフェクタ駆動プーリ１０６の直径は、第２のエンドエフェクタ駆動プーリ１２０の半分、すなわちプーリ１０６、１２０の直径比は１：２である。
【００２１】
前腕部カバー１３４は、前腕部２８上を覆いプーリ及び駆動バンドを内包し、粒子の漏出及び汚染物質の侵入を防いでいる。エンドエフェクタ３０には締金板１３８が設けられ、エンドエフェクタ３０を第２のエンドエフェクタ駆動プーリ１２０上に保持している。
【００２２】
又、図１１に示すように、下側アームリンク２６と第２の肘部駆動プーリ９４との間に磁性流体ロータリーシール４０２を設ければ、粒子又は汚染物質の肘部ジョイント３４内への侵入又はジョイントからの漏出を防ぐことができ好適である。同様に、上側アームリンク２８と第２のエンドエフェクタ駆動プーリ１２０との間に磁性流体ロータリーシール４０３を設けてもよい。
【００２３】
下側アームリンク２６と上側アームリンク２８とは同一の長さを有している。
【００２４】
長さとはすなわち、各アームリンクがそれぞれその両端に有しているジョイント間の距離を意味する。
【００２５】
上記構造では、肩部モータ７０が肩部ジョイント３２に直結し、肘部モータ５０は肩部ジョイント３２内の第１の肘部駆動プーリ９０に連結されており、肘部ジョイント３４内の第２の肘部駆動プーリ９４と１：１の比率で駆動される。従って、肩部モータ７０が静止しているとき、肘部モータ５０が一回転すれば肘部ジョイント３４も一回転する。
【００２６】
さらに、前腕部２８内の第２のエンドエフェクタ駆動プーリ１２０は、第１のエンドエフェクタ駆動プーリ１０６の直径の２倍の直径を有し、前腕部２８に対して回転運動を行うようにエンドエフェクタ３０を駆動する。上記構造では、肩部モータ７０と肘部モータ５０が同じ割合で反対の方向に回動すると、エンドエフェクタ３０は前記半径線延長上に沿って駆動され、エンドエフェクタ３０の長手方向の中心軸の延長線は常に肩部中心軸を通ることになる。
【００２７】
図４、５に上記エンドエフェクタ３０の前記半径延長線上の直線運動を示す。
【００２８】
図４は、ロボットアーム２４が一部収縮した状態を示し、図５はロボットアーム２４が伸びきった状態を示している。肩部モータと肘部モータが同じ割合で反対の方向に回動すると、同時に複数の動きが生じる。上腕部２６が反時計回りに回動するよう肩部ジョイント３２を回動させると、上腕部２６は図５に示す位置まで移動する。同時に肘部ジョイント３４が同じ割合で反対方向、つまり時計回りに回動するので、前腕部２８は上腕部２６に対し時計回りに移動する。さらに、エンドエフェクタ３０は前腕部２８に対し反時計回りに、但し肩部ジョイント３２及び肘部ジョイント３４の半分の割合で回動する。従って、エンドエフェクタ３０は半径線１５０に沿って外側に移動し、同半径線１５０上に常に沿うよう調整される。上記のようにエンドエフェクタ３０を半径延長線上で直線運動させるには、図４、図５に図示した二点間の移動の際、上腕部２６と前腕部２８との間に形成される角度Ａの増加量と、前腕部２８とエンドエフェクタ３０との間に形成される角度Ｂの増加量との割合が２：１となるようにすればよい。上記２：１の比率での角度変化は、エンドエフェクタ駆動プーリ１２０と第１のエンドエフェクタ駆動プーリ１０６の直径比率を２：１にすることで可能となる。
【００２９】
尚、エンドエフェクタ３０は上記のように直線運動だけではなく、例えば肩部モータ及び肘部モータを同じ割合で同方向に回転させるなど、肩部モータ及び肘部モータの回転角度、回転方向を種々に組み合わせることによって、その他多様に動くことができる。
【００３０】
本装置では、アームリンク内及び／又はロボット内でタイミングベルト及び／又は歯車装置を使用する従来例で生じるはね返り、がた等が起こらない。又、大型のダイレクト駆動モータを使用するため基部内に伝動装置を設ける必要が無く、駆動輪列も単純である。本駆動機構は信頼性及び耐久性が高く、ブラシの不要なサーボモータを利用すればさらに信頼性を高めることもできる。
【００３１】
本発明において、肩部ジョイント３２、肘部ジョイント３４、手首部ジョイント３６、及び肘部駆動軸６２と肩部駆動軸８２間の空隙など、回転するジョイント部分は全て、フェロフルイドシールとしても知られている磁性流体ロータリーシールか、又は同様の流体ロータリーシールによって密封されている。
図６は、上側アームリンク２００と下側アームリンク２１０間の、密封された可動ジョイント部分の説明図である。モータ４０６から延びた回転軸７が下側アームリンク２１０内を貫通し上側アームリンク２００を駆動する。下側アームリンク２１０上方に位置する上側アームリンク２００を回動させるために、両アームリンクはわずかな間隙２２０により隔てられている。真空ロボットでは、間隙２２０内が真空であるのに対し、アームリンク２００、２１０内は大気圧下の状態である。従って、大気がアームリンク内から漏出したり、モータ４０６やアームリンク構成物からの粒子が超清浄真空空間内へ侵入したりするのを防ぐため、回転軸７及び下側アームリンク２１０の壁の間を流体ロータリーシールユニット５により密封する必要がある。
【００３２】
流体ロータリーシールユニット５は、回転軸７を囲むハウジング１２とボールベアリング１４を含む。これによりアームリンク内の空間を外部の真空空間から完全に密封し、適度の大気圧下に保つことができる。
【００３３】
図６に示すように、磁性流体（フェロフルイド）ロータリーシール５内にて、磁性流体リング１８は回転軸７と静止したハウジング１２間の空隙を埋めている。磁性流体リング１８は強力磁石１６により一定地点に保持され、回転軸７の回動を可能にするとともに空隙を密封し、腐食物質の侵入や汚染物質粒子の漏出を防いでいる。磁性流体はまた粘着力により、モータやプーリから伝わる残余振動の衝撃緩衝材としても働く。
【００３４】
アームリンクの内部空間からのガスや粒子の漏出、及びアームリンク内へのこれらの侵入を防ぐためには、さらに静止シールが用いられる。例えば肩部カバー板１０２周囲に静止Ｏリングなどを使用する。あるいは、アームリンクを形成している金属板の継ぎ目の密封にはヴァリアン社（カリフォルニア、メンロパーク）のコンフラット（ＣＯＮＦＬＡＴ）フランジシールなどのフランジシールを用いる。
【００３５】
これまで、ロボットを用いた清浄環境での製造工程では、粒子をロボット内部に閉じ込め、かつ汚染物質の侵入を防ぐために、固体シールが用いられてきたが、ロボットアームのジョイント部に流体ロータリーシールを用いることには大きな利点がある。ロボットアームリンク内部で生じる粒子が超清浄空間内に侵入したり、ロボット外部の腐食性物質がロボット内部の構成物に達することを防ぐほか、真空内で使用する場合、上記シールが大気圧を維持する防壁を築くため、内部構成物が真空適合性を持つ必要がない。上記シールは、回転するジョイント部分では可動シールとして、また、継ぎ目や空隙を有するアームリンクのその他あらゆる箇所にて静止シールとして使用することができる。
【００３６】
上記に述べたロボットは完全に密封されているが、実施形態によっては通気孔を設けたアームリンクを用いてもよい。図３、７に示すように、各アームリンク（上腕部２６及び前腕部２８）には、底壁２６’（“タブ”とも呼ばれる）に高密度金属又はセラミックのフィルター１７０、１７２が設けられている。フィルターは、粒子のアームリンクへの侵入及びアームリンクからの漏出を防ぐ緻密な防壁として働くとともに、両アームリンク間の圧力差を僅小に保つので、可動ジョイント部の密封のための磁性流体ロータリーシール５を薄型かつ一段構造のものとすることができる。これにより、例えばアームリンク間のジョイント部分をすべて、特に手首部ジョイント３６を薄型化することができるという利点が生まれる。流体シールはベアリング部分を流入する化学物質から防護し、フィルターはアームリンク内部から漏出する粒子による汚染を防止する。
【００３７】
既に述べたように、肘部モータ５０と軸結合部６０との間にはスリップリング部材５６が連結されている（図２）。図８は、アームリンクなどの回動する構成要素から、ロボット基部などの静止した構成要素に電気信号を送信するために用いるスリップリング部材を示したものである。ロボット２０は静止部分のハウジング４０と動体部分の上腕部２６を有している。スリップリング部材５６はハウジング４０内に、上腕部２６の回転軸中心線上に装着されている。制御ケーブル２５６は上腕部２６内部を通り、ケーブル内の信号をハウジング内の電子部品に連絡する。制御ケーブル２５６は真空防壁２５４を貫通しスリップリング部材５６の回転体( 可動体) ２５０に機械的かつ電気的に接続されている。スリップリング部材５６の静止体２５２はロボット基部２２に装着されている。又スリップリング部材５６は、静止体２５２の上面２５８に形成された同心円状接触子と、回転体２５０に形成されかつ前記接触子に接触するワイパーとを有している。
【００３８】
上腕部２６と一体的関係にある回転体２５０が回動するとワイパーが前記接触子を横切り、回動可能な電導路を提供する。従って、上腕部２６が回動しても基部２２内でワイヤが巻き上がったり、曲がりすぎたり、ねじれたり、巻き付いたりする恐れがない。
【００３９】
この他にも、マーキュリースリップリングなど、別タイプのスリップリング部材を用いてもよい。
【００４０】
ロボットの回転するジョイント内を通して電気信号を伝達する別の方法を図９、１０に示す。図９、１０は静止した外筒３００及び回動する内筒３１０を示している。この外筒３００は例えば、回動する軸やプーリなどを包含し同心軸上に装備された前腕部などであり、内筒３１０は静止した外筒３００内部で回動する。内筒３１０を駆動する回転軸３３０は、下方へ延びモータやその他の装置に連結されている。帯状のケーブル３２０が外筒３００に設けられた孔３４０を通して内筒３１０の周囲に緩やかに巻き付けられコイル３６０を形成している。コイル３６０はケーブル３２０をおよそ３周巻き付けたもので、先端部３５０は内筒３１０に設けられた孔３７０を貫通し、先端部３５０及び後端部３８０は回路又はセンサーに接続されている。
【００４１】
尚、ケーブル３２０は摩耗に強く真空適合性があれば、コード回線やその他のワイヤーハーネスなど、適当なものを用いればよい。
【００４２】
上記構造では、回転軸３３０がケーブル３２０を通過する信号に影響することなく自由に数回転回動することができる。回転軸が回動するとき、ケーブル３２０はわずかに曲がるのみでほとんど動かない。ケーブル３２０は回転軸が数回回動できる十分な長さを持ち、きつく巻き付けられることはないため、耐久期間が長い。ロボットに３６０度又はそれ以上の回転能力があれば、特定のワークステーションまで近い進路をとることができるため、３２０度又はそれ以下の回転しかできないロボットに比べ、上記構成は大きな利点となる。
【００４３】
上記構造は、肩、肘、手首などロボットの回転するジョイント部であればどこであっても同様に使用することができる。
【００４４】
尚、本発明は上記に述べた実施形態以外のものも含み、これらも本発明の範囲内と解釈すべきである。
【００４５】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、大型のダイレクト駆動モータを使用するためロボット基部内に伝動装置を設ける必要が無く、単純な駆動輪列により、バックラッシュ等の必要が無く正確な動きにて、エンドエフェクタをロボット中心軸から放射する半径線上に沿って往復運動させることができる。
【００４６】
また、本発明によれば、アームリンク内部で生じる粒子が超清浄空間内に侵入したり、ロボット外部の汚染物質がロボット内部の構成物に到達したりすることがなく、また、流体シールは大気圧を維持する防壁を築くため、真空内で使用する場合でも内部構成物が真空適合性を持つ必要がない。また、アームリンクの１面の壁に高密度フィルターを設ければ、アームリンク間の圧力差が縮小されるため、ジョイント部分をすべて薄型化することができる。
【００４７】
さらに本発明によれば、ロボットアームが３６０度にわたって数回転回動しても制御信号ケーブルが巻きあがったり捻れたりすることなく、回転するジョイント部を通して静止したハウジングなどの構成要素と回動するアームリンクなどの構成要素との間で制御信号の伝達を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボットの概略斜視図。
【図２】ロボット基部の分解側斜視図。
【図３】ロボットアームの分解側斜視図。
【図４】部分的に延ばした状態のロボットアームを示す平面図。
【図５】ほぼ完全に延ばした状態のロボットアームを示す平面図。
【図６】回転するロボットジョイントを接合する流体シールを示す側断面図。
【図７】フィルターを設けたロボットアームリンクを示す側断面図。
【図８】ロボットの回転するジョイント部を通して信号を伝達する方法を示す概略側面図。
【図９】ロボットの回転するジョイント部を通して信号を伝達する別の方法を示す概略平面図。
【図１０】図９の方法を示す部分側断面図。
【図１１】完全に延ばした状態のロボットアームを示す側断面図。
【符号の説明】
２０  ロボット
２２  基部
２６  下側アームリンク（第１のアームリンク）
２８  上側アームリンク（第２のアームリンク）
３０  エンドエフェクタ
３２  肩部ジョイント
３４  肘部ジョイント
３６  手首部ジョイント
４０  ハウジング
５０  肘部モータ
５６  スリップリング部材
７０  肩部モータ
９０  第１の肘部駆動プーリ
９４  第２の肘部駆動プーリ
１０６  第１のエンドエフェクタ駆動プーリ
１２０  第２のエンドエフェクタ駆動プーリ
１７０、１７２  フィルター
２５０  可動体
２５２  静止体
２５６  制御信号ケーブル
３００  外筒
３１０  内筒
３２０  ケーブル
３５０  ケーブル内側先端部
３８０  ケーブル外側先端部
４０２、４０３、４０４、４０５  流体シ−ル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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