(57)【要約】【解決手段】作動ツールをｘ、ｙ、ｚ及びθ方向に移動させるためのロボット駆動アセンブリは、３つの独立した同心入れ子管（１２、１４、１６）を備え、各管は最外側管（１２）と連係された取り付けフランジ（２０）内に配置された別々の駆動モータ（２２）に取り付けられた駆動ベルト（８０）により共通の中心軸線の回りに駆動される。モータ及びそれらが駆動する管は、外側管の上側端部に取り付けられたロボットアーム（２４）と、アームのリスト（３２）及びエルボー（３０）と、に水平回転運動を提供する。第４のモータ（１８４）は全アセンブリの垂直運動を制御する。ロボットシステムは、モータ位置調整構成と、使用の容易さを意図されて設計され、一旦適所に固定されたならばテンショナ構成部品の運動を無くすようにしたベルトテンショナ構造体（１００）と、を備える。【選択図】図１
2004528995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ツールをｘ、ｙ、ｚ及びθ方向に且つその内の一つの方向への移動を他の方向への移動とは独立して移動させるロボットシステムであって、
前方アーム部分及び後方アーム部分を該アーム部分間に配置されたエルボージョイントで回転可能に連結させた、連結水平配位式の可動アームであって、該エルボージョイントは、水平面内の回転運動を提供し、該可動アームは、垂直配置式の回転可能な第１のシリンダに取り付けられ、該第１のシリンダの中心軸線の回りの回転は、第１の駆動モータに取り付けられた第１の駆動ベルトにより駆動され、該第１のシリンダの回転は、前記可動アームを、前記中心軸線の回りの水平面内で回転させる、前記可動アームと、
前記第１のシリンダ内に同心に配置されているが該第１のシリンダから独立に回転する、垂直配位式の回転可能な第２のシリンダであって、前記中心軸線の回りの該第２のシリンダの回転は、第２の駆動モータに取り付けられている第２の駆動ベルトにより駆動され、該第２のシリンダの回転は、前記前方アームの先端部のところのリストジョイントと、これに取り付けられたツールと、を水平面内で回転移動させる、前記第２のシリンダと、
前記第１及び第２のシリンダ内に同心に配置されているが該第２のシリンダから独立に回転する、垂直配位式の回転可能な第３のシリンダであって、前記中心軸線の回りの該第３のシリンダの回転は、第３の駆動モータに取り付けられている第３の駆動ベルトにより駆動され、該第３のシリンダの回転は、前記前方アームを、前記エルボージョイントの回りで水平面内で回転させる、前記第３のシリンダと、
前記第１のシリンダの下側端部において該第１のシリンダに取り付けられているモータ取り付けフレームであって、前記中心軸線に垂直な平面において、該第１のシリンダは前記モータ取り付けフレーム内で回転自在であり、前記第１、第２及び第３の駆動モータは該モータ取り付けフレームに固定され、該モータ取り付けフレームと、前記第１のシリンダと、該第１のシリンダ内部で同心に配置されている前記第２及び第３のシリンダと、それらのシリンダに取り付けられているモータと、を垂直配位式のレールに沿って垂直に載置することができるように該モータ取り付けフレームが前記レールに可動に取り付けられている、前記モータ取り付けフレームと、
前記モータ取り付けフレームに取り付けられた第４の駆動モータであって、該第４のモータの作動が、該モータ取り付けフレームと、前記第１のシリンダと、該第１のシリンダ内部で同心に配置されている前記第２及び第３のシリンダと、それらのシリンダに取り付けられているモータと、を垂直方向に移動させるように、第４の駆動ベルトにより前記レールに作動的に取り付けられている、前記第４の駆動モータと、
を備える、ロボットシステム。
【請求項２】
第１の前方アームプーリが前記第３のシリンダの頂端部に取り付けられ、駆動手段は、前記第３のシリンダの回転が前記エルボージョイントの回転を引き起こすように前記第１の前方アームプーリを、該エルボージョイント内で第２の前方アームプーリに接続し、第１のリストプーリが該第２のシリンダの頂端部に取り付けられ、駆動手段は、該第１のリストプーリを、前記エルボージョイント内で第２のリストプーリに接続し、該エルボージョイント内の第３のリストプーリは、該第２のリストプーリに作動的に接続され、駆動手段は、前記第２のシリンダの回転がリストジョイントの回転を引き起こすように、前記アームの先端部に配置された第４のリストプーリに前記第３のリストプーリを接続する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記駆動手段は、３連続３６０°ループを形成する３つのベルトであり、第１のベルトは、前記第１のエルボープーリと前記第２のエルボープーリとを接続し、第２のベルトは、前記第１のリストプーリと前記第２のリストプーリとを接続し、第３のベルトは、前記第３のリストプーリと前記第４のリストプーリとを接続する、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記第１の前方アームプーリと前記第２の前方アームプーリとの間に前記第１のループの内側に取り付けられた第１のベルトテンショナ手段と、前記第１のリストプーリと前記第２のリストプーリとの間に前記第２のループの内側に取り付けられた第２のベルトテンショナ手段と、前記第３のリストプーリと前記第４のリストプーリとの間に前記第３のループの内側に取り付けられた第３のベルトテンショナ手段とを更に備え、前記ベルトテンショナ手段の各々は、それが連係されるベルトを、該ループ上で間隔を隔てた２つのポイントにおいて外側に押すように枢動的に回転可能である、請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記ループの各々の２つの間隔を隔てたポイントは、約１８０°離れている、請求項４に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記第１、第２及び第３の駆動モータは、夫々別個の駆動モータアセンブリ内に取り付けられ、各駆動モータアセンブリは中心軸線を有し、該モータは該モータから延在するドライブシャフトを有し、該ドライブシャフトの軸線は、前記駆動モータアセンブリの軸線に間隔を隔てて平行であり、各駆動モータアセンブリは、各モータシャフトの軸線が前記第１のシリンダの中心軸線に平行である状態で前記モータ取り付けフレームの切り抜き部内に取り付けられ、それにより、取り付けられている前記モータ取り付けフレーム内の該切り抜き部内での各駆動モータアセンブリの回転が、前記モータシャフトの軸線と、前記第１のシリンダの中心軸線との間の距離を増減させる、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項７】
各モータシャフトに取り付けられているプーリは、該プーリから延在するタブを有し、各シリンダの底部に取り付けられているプーリは、該プーリから延在するタブを有し、前記モータシャフト取り付け式のプーリと、シリンダ取り付け式のプーリとは、ベルトを備えたプーリ対を構成し、該ベルトは各プーリ対を取り囲み、該モータシャフト取り付け式のプーリと、該シリンダ取り付け式のプーリとは、該モータシャフト取り付け式のプーリの各３６０°回転に対して該シリンダ取り付け式のプーリが３６０°より大きく回転し、前記モータシャフトのタブが前記シリンダのタブと接触し、該シリンダの３６０°より大きい回転の極端部の各々で完全な係止を提供する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記第１、第２及び第３の駆動モータは、夫々別個の駆動モータアセンブリ内に取り付けられ、各駆動モータアセンブリは中心軸線を有し、該モータは該モータから延在するドライブシャフトを有し、該ドライブシャフトの軸線は、前記駆動モータアセンブリの軸線及び前記第１のシリンダの中心軸線に間隔を隔てて平行であり、各駆動モータアセンブリは、各モータシャフトの軸線が前記第１のシリンダの中心軸線に平行である状態で該駆動モータアセンブリを前記モータ取り付けフレームに逆に係止する別個の格納式クリートにより前記モータ取り付けフレームの切り抜き部内に取り付けられ、適所に保持され、それにより、特定の駆動モータアセンブリを保持する該クリートの引っ込みが、取り付けられているところの前記モータ取り付けフレーム内の該切り抜き部内での回転を可能にして前記モータシャフトの軸線と前記第１のシリンダの中心軸線との間の距離を増減させ、各駆動モータアセンブリの該回転が、該駆動シャフトの軸線と該第１のシリンダの中心軸線との間の平行関係を変化させることなく達成され、前記クリートの引き続く締め付けが前記モータアセンブリをその新しい位置に係止する。請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項９】
フレーム内に取り付けられた同心の垂直入れ子式多スピンドルを備えたロボット駆動アセンブリであって、
前記フレームは固定表面に取り付け可能であり、各スピンドルは前記スピンドルの全てに共通した中心軸線の回りの回転態様で独立に駆動され、各スピンドルは、一連のプーリ及び駆動ベルトを通して、連結式ロボットアームの特定部分に、制御された運動を提供するように機能し、該ロボットアーム及びロボットアーム部分は、前記中心軸線の回りの回転経路に独立に移動するように作動的に接続され、該スピンドルの各々は別々のコンピュータ制御式モータにより駆動され、該モータは前記スピンドルに隣接して取り付けられ、前記フレームは垂直方向に移動可能な閉じ込められたスピンドルを備え、該フレームの垂直運動は、前記スピンドル駆動モータに隣接して取り付けられた別個のモータにより駆動され、前記ロボット駆動アセンブリは、前記ロボットアームの先端部に取り付けられた作動ツールを、前記中心軸線の回りに少なくとも３６０°の弧を介して移動させることができ、これと共に前記ロボットアームの先端部に取り付けられたツールをＸ，Ｙ，Ｚ及びθ方向に移動させることができるように前記固定表面から垂直に所定距離移動させる、ロボット駆動アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２０００年１０月２４日に出願された仮特許出願６０／２４３，１０８号に基づいて、該出願からの利益を請求する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットアーム駆動システムに係り、特に半導体製造産業でウェーハを取り扱うためのシステムに関する。
【０００３】
【従来技術】
現在のロボットアームシステムは駆動システムを備え、駆動システムは必要に応じてアームの伸長運動、アームの回動、アームの端部に設けられた把持持ツールの回動等の異なる角度方向の運動を独立的に制御して柔軟に対応し、もって、ロボットハンドに把持された把持物を操るようにしている。所定のロボットシステムは、アームを伸長したり或いはアーム及びアーム関連のアセンブリを持ち上げるための入れ子式機構も又備える。通常、アームの作動端部は、例えば、シリコンウェーハ、コンピュータハードディスク、コンパクトディスク又は他の平坦な接触検知製品等の事物を保持又は把持するための、端部エフェクター又は機械ハンドが備え付けられている。最もありふれた端部エフェクターは、ウェーハの表面と接触する１つ以上の真空出口を使用する。しかし、より最近では、エッジ把持システムが使用されるに至っている。
【０００４】
アッベ等に付与された米国特許番号４，８９７，０１５号は、モータで駆動される回転運動から直線ラインの径方向運動を生成するように多連結ロボットアームを制御するため第１のモータを使用する回転対直線運動変換ロボットアームを記載している。径方向運動無しに多連結ロボットアームを角度方向に移動させるため、第１のモータの作動から独立した動作のため追加のモータをロボットアームに連結してもよい。それらは径方向運動及び角度運動を独立に生成するので、第１及び第２のモータは、それらのいずれか一方が作動しているときにも有用なロボットアーム運動を生成する。アッベ等の特許のロボットアームは、第１のアーム部分（即ち後方アーム）及び第２のアーム部分（前方アーム）を、それらが後方アームの回転に応答して所定方向に移動するように固定した関係で枢動可能に連結する機構を用いて、直線ライン経路に沿って端部エフェクター（即ちハンド）を伸縮させる。ハンドの角度変位θを達成するため、駆動モータは、ロボットアーム構造部全体を回転させる。
【０００５】
ゲノブ等に付与された米国特許番号５，００７，７８４号は、２つの反対方向に延びるハンドを有する端部エフェクターを備えるロボットアームを記載している。それらハンドの各々は、標本を拾い上げたり輸送したりすることができる。端部エフェクター構造部は、第２のリンク又は前方アームの先端部の回りに枢動可能に中央に取り付けられている、中央部分を有する。
【０００６】
アッベ及びゲノブ等の特許のロボットアーム構造は、端部エフェクターの各々が、ハンドを制限された数の角度位置の様々に異なる位置で伸縮することを可能にするため、１つのモータでハンドを伸縮させ、他の異なるモータでロボットアーム構造部全体を回転させるように使用することにより標本を拾い上げ、輸送する点で同様に作動する。
【０００７】
バッチ等に付与された米国特許番号５，７４１，１１３号は、ハンドチェンジの延長として曲線経路に沿ったロボットアームハンドの運動を可能にするため、統合化された作動を可能にする２つのモータを使用する多連結ロボットアーム機構に関している。第１のモータは、後方アーム及び前方アームの先端部及び基端部を夫々通って延在する、エルボー軸の回りに前方アームを回転させる。第２のモータは、後方アームの基端部を通って延在する肩軸の回りに後方アームを回転させる。機械的連結部は、後方アーム及び前方アームを連結させる。機械的連結部は、能動駆動リンクと、受動駆動リンクとを形成する。能動駆動リンクは、前方アームを第１のモータに応答してエルボー軸の回りに回転させるため、第１のモータと前方アームとを作動的に接続する。受動駆動リンクは、ハンドを、エルボー軸の回りの前方アームの回転に応答してリスト軸の回りに回転させるため前方アームと該ハンドとを作動的に接続する。リスト軸は、前方アーム及びハンドの末端及び基端部を通って、各々延在する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
２つの主要な問題が、現在のところ利用可能なロボットに関して存在する。第１には、ベースプレートの下方にモータを備えたロボットは、非常に制限された径方向運動及び角度運動しか実行しない。第２には、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びθの運動を可能とするロボットは、駆動モータを、ベース取り付けフランジの上方及びアームジョイントのところに載せており、高慣性で動きの遅い応答並びに磨耗傾向のあるユニットを生じさせ、その結果、アーム付近で微粒子を発生する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、各アーム構成要素の完全に独立した運動を可能にすると共に駆動モータの全てをシステムのベースプレートの下方に維持する構成を提供する。これは、より良好にバランスされた、遙かにクリーンで効率的な構成を提供し、遙かに構造上強度の高いアセンブリを提供する。新しいモータ取り付け構成は、駆動ベルトの簡易な張力調整、並びに、駆動モータ又はベルトが故障した場合になされなければならない、それらの容易且つ迅速な再配置を可能にする。
【００１０】
当該設計は共通の中心軸線を備えた多同心スピンドルを組み込んでおり、該スピンドルの全ては単一フレーム上に取り付けられている。各スピンドルは別々に駆動され、各々は異なる連結部又はアーム部を制御する。この同心アセンブリの故に、駆動アセンブリは、組み立てるのが容易となり、部品がより少なくて済み、構築する上でコストが少なくなり、より低い慣性を有し、磨耗が減少され、ロボットの作動がより静かとなり、電子制御ユニットからの信号により迅速に応答する。
【００１１】
本発明の別の独自の態様は、入れ子式スピンドルの各々に対して多回の回転ハードストップを提供する、機械的構成である。
本発明の更なる態様は、ベルトに、対称的な外側への力を分配し、従来技術のシステムに示された駆動ベルトの滑りを無くすベルトテンショナ機構である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、ロボット駆動アセンブリ１０は、中央に入れ子になった１組のスピンドル１２、１４、１６を備えており、そのうちの下側部分は、ボディ（ｚボディ）１８内に取り付けられている。ｚボディの下側表面は、モータ取り付けフランジ２０であり、該フランジ内には、駆動モータセンブリ２２が配置、固定されている。モータアセンブリ２２は、後述されるように、スピンドル１２、１４、１６を駆動する。図６、図７を参照すると、ロボットアーム２４は、下側アーム即ち後方アーム２６と、可動エルボージョイント３０及びリストジョイント３２を備える前方アーム２８とを備える。ロボットアーム２４は、外側スピンドル１２の頂部に取り付けられている。ロボット駆動アセンブリ１０は、半シェルフレームアセンブリ３４内に配置されており、該アセンブリは、アセンブリ１０を昇降させ、該アセンブリ１０をテーブル又はプラットフォーム３６に取り付けるための手段を備えている。
【００１３】
図１は、スピンドル及び駆動アセンブリを示している。中空管を備えたスピンドル１２、１４、１６は、各スピンドル１２、１４、１６を中心軸線３８を中心として独立的に回転することができるように、中心軸線３８の回りに同心的に配置されている。肩スピンドル１２として示された第１のスピンドルは、下側即ち後方アーム２６の肩端部４０においてロボットアーム２４に制御された回転運動を提供する。エルボースピンドル１４として示された第２のスピンドルは、下側アーム２６及び前方アーム２８の接合部である、ロボットアーム２４のエルボー３０において、ロボット前方アーム３８に制御された回転運動を提供する。リストスピンドル１６として示された第３のスピンドルは、前方アーム２８の先端部にある、ロボットアーム２４のリストジョイント３２に、制御された回転運動を提供する。
【００１４】
入れ子スピンドル１２、１４、１６の下側端部近傍の一部は、そのモータ取り付けフランジ２０を備えたｚボディ１８により取り囲まれている。これらのスピンドルは中心軸線の回りに回転自在であるが、互いにめり込ませて伸縮させることができないように、それらはｚボディ１８及びベアリング４２により機械的に拘束されている。スピンドル対の各々の間で頂部及び底部に取り付けられたベアリングリング（ボールベアリング又はローラベアリング）４２により、スピンドル１２、１４、１６の独立した回転運動が可能とされている。ベアリング４２は、肩スピンドル１２の外側壁と接触しているｚボディの頂部及び底部においても与えられている。
【００１５】
各々のスピンドル１２、１４、１６の底部に取り付けられているものは、駆動ベルトを巻き掛けるためのプーリである。この駆動ベルトは回転運動をプーリに、次いでスピンドルに伝達し、該回転運動は、幾つかの個別の駆動モータ２２により、各スピンドルに対して夫々発生される。また、エルボー及びリストのスピンドル１４、６の頂部に取り付けられているものは、各スピンドルの回転運動をロボットアーム２４の適切な部分に伝達するためのプーリである。より詳しくは、肩スピンドル１２の底部に取り付けられているものは、下側肩プーリ４４であり、エルボースピンドル１４の底部に取り付けられているものは、下側エルボープーリ４８であり、又、リストスピンドル１６の底部に取り付けられているものは、下側リストプーリ４６である。同様に、エルボースピンドル１４の頂部に取り付けられているものは、上側エルボープーリ５２であり、リストスピンドル１６の頂部に取り付けられているものは上側リストプーリ５０である。
【００１６】
図２は、図１の２−２線から見たｚボディモータ取り付け部２０の上面図である。モータ取り付けフランジは、３つの駆動モータ２２及びｚ移動モータ１８２を受け入れ保持するための４つのフレーム切抜き即ち開口５４と実質的に面一である。特に、ｚボディ１８内の４つの切り抜き部５４の各々における係合表面と各モータアセンブリ２２、１８２のモータ組み立て取り付け環状リング又は取り付け延長部５６とからなる独自の詳細な構成物６０は、ベルト張力に係わらず、取り付けクリート６８が緩められた場合でさえ、スピンドル軸線３８に平行にモータアセンブリ中心軸線を保持する。この特徴は、クリート６８が緩んでいる状態でのベルトの張力調整を可能にする。ベルト張力のセッティングは、クリートが適所に係止されているときと同じ値のままである。図２、図３及び図１６に示されたように、モータ組み立て取り付け環状リングは、位置決めカラー５６としても言及され、２つの特徴、即ち、クォータートロイダル頂部と、非円形開口５４の垂直壁表面における取り付け溝６０に載っている底部上のモータ軸線に垂直な平坦表面と、を持っている。クリート６８は、位置決めカラー５６に対して固定され、所望の位置に駆動モータ２２、１８２を係止する。位置決めカラー５６において中心から外したモータシャフト６２の配置は、クリート６８を緩め、位置決めカラーを非円形開口５４に回転させる機会をオペレータに提供し、かくして、モータシャフト及びそれに取り付けられたプーリを移動させてスピンドルプーリ又はＺドライブに接続するベルトを容易に張力調整することができるようにする。クリート６８を所定位置に再固定することは、シャフトに関して新しい所望の位置にモータを係止させ、夫々のプーリ上で駆動ベルトを適切に張ることになる。上述した形状の重要な特徴は、モータアセンブリを回転させることによりベルトの張力を調整するようにクリート６８を緩めてもモータセンブリの軸線が維持されるということである。このため、モータ軸線は、スピンドル軸線に平行に留まり、当該ベルトが、そのプーリ上で適正に走ることを可能にし、ベルトのリセットされた張力は、引き続いてクリート６８を締めることによっては変化しない。この特徴は、クリート６８の形状及びそれがｚボディに取り付けられている仕方によって更に容易に実現される。クリート６８は、その取り付け表面の一つと、ｚボディと緊密に接触しているクリート６８の反対側端部のタブとによって、拘束されている。ボルトがクリート６８上で緩められた場合、それは、モータ軸線に平行なピンの回りに回転させることを除いて、移動することが可能にされていない。
【００１７】
図１、図３及び図２８を参照すると、３つの同一駆動モータアセンブリ２２は、当該アセンブリを構成するためにそれらの取り付けカラー５６を備えて設けることができることが見て取れる。なお、図２は、設置された駆動モータの一つだけを示している。しかし、３つの駆動モータ２２が３つのスピンドルを駆動するため要求されるということが認められる。加えて、Ｚ駆動モータアセンブリ１８２が示されている。このことは、図示の実施形態において、適切な取り付けリング５６の使用が適切なスピンドルプーリ４４、４６、４８と直列にモータプーリを配置するように、位置決めカラー５６がモータアセンブリ上での配置を３回繰り返されるために可能となる。図１は、モータプーリ６６が肩プーリと整列されるように、下側取り付け延長部５６を使用して取り付けられた駆動モータアセンブリ２２を示している。図１は、モータプーリ６６と下側肩プーリ４４とを接続する駆動ベルト８０も示している。図３は、リストスピンドル１６を駆動するための構成である、モータ取り付け溝６０とクリート６８との間で保持される中央取り付け延長部５６を示している。上側取り付け延長部５６が取り付けフレーム２０とクリート６８との間で保持されたならば、駆動モータ２２が、エルボースピンドル１４を駆動するために整列されるであろう。
【００１８】
好ましい駆動モータ２３は、所望の回転速度を提供するため、調和駆動ギア減速機構を組み込んでいる。より詳しくは、好ましい駆動モータ２３は、モータシャフト６２に取り付けられた絶対デジタルエンコーダーを備えたサーボモータであり、サーボモータは多数の異なる供給源から販売されている。これらの駆動モータ２３は、コンピュータベースの制御システムにより作動するモータコントローラに順次接続される。
【００１９】
図１４及び図１５は、フランジ７８と、単一隆起アセンブリ３４にろう付けされた半シェル７０とからなるベースフレームアセンブリ３４を示している。２つのベアリングレール７２が、ベースフレームアセンブリ３４に強固に取り付けられている。ベアリングレール７２上に垂直に乗っているものは、３つのキャリッジ、即ちレールハンガー７４であり、これらは第１のレールに一つ、第２のレールに２つ乗っている。これらの３つのキャリッジ７４は、ロボット駆動アセンブリ１０に強固に取り付けられており、ロボット駆動アセンブリの垂直運動を容易にする。
【００２０】
図１６及び図２９に示されたＺリフトモータセンブリ１８２は、ロボット駆動アセンブリ１０を垂直方向に駆動する。図１７乃至図２２を参照すると、Ｚ駆動モータ１８４は、プーリ６６及びこれに係着された駆動ベルト（図示せず）を通して、固定垂直ねじ１８８に取り付けられたナット１８６を回転させ、次いでロボット駆動アセンブリ１０をレール７２に沿って垂直に上昇させる。このｚ運動は、垂直リードねじ１８８の頂部に取り付けられた固定ジンバル（図示せず）、並びに、図２２乃至図２２の３つの図面に示されたｚ駆動プーリ１９４とナット１８６との間の、図１７、図１８及び図１９の斜視図及び破断図に示された下側ジンバルによって更に容易となる。リードねじ１８８の底端部は支持されていない。この独自の構成は、垂直レール７２とリードねじ１８８とが非整列の場合でも垂直リフトの滑らかで非結合的な作動を可能にする。この整列を不可欠としない特徴は、ロボット内部の様々な部品の集合体において緩い許容範囲を可能にし、ロボットの組み立ての間にリードねじの正確な整列のための必要性を無くす。
【００２１】
図１４及び図１５に示されているものは、テーブルトップ又はプラットフォームにアセンブリ全体を取り付けるために使用される頂部フランジ７８である。
図５乃至図７並びに図２３乃至図２７に示されているように、ロボットアーム２４は、肩スピンドル１２上のアームベースへとクランプリング８２を通して配置されたボルトにより肩スピンドル１２の頂部に取り付けられている。このクランプ形態は、スピンドル１２に対する任意配位においてロボットアーム２４を配位する総合的な自由度を可能にする。ねじが締められたとき、アーム２４は、外側（肩）スピンドル１２に固く保持される。クランプされたとき、肩スピンドル１２の回転はロボットアームをスピンドルの中心軸線３８に垂直な平面内で回転させる。ロボットアーム２４の肩端部は、上側リストプーリ５０、上側エルボープーリ５２及びそれらに取り付けられた駆動ベルト９２、９６を覆うカバーとして機能する。上側エルボープーリ５２が図６及び図２６の左方端部に示されている。しかし、上側エルボープーリ５２の直接下方にあり、ほぼ同じ外径を持つ上側リストプーリ５０は、図６では示すことができない。上側エルボー／リストプーリ８４が図６で示され、上側エルボー／リストプーリ８４の両方、下側エルボー／リストプーリ８６及びリストプーリ９０は、図７及び図２４に示されている。上側エルボー／リストプーリ８４と下側エルボー／リストプーリ８６とは、該プーリの一つの回転が他のプーリを同様の量又は比例量だけ回転させるように作動的に接続されている。頂部１９０が取り外された状態で組み立てられたロボットアーム２４が、図２７で最も良く示されている。
【００２２】
リストジョイントプーリ９０は、図６及び図７の両方の左側、並びに図２４において示されている。第１のリスト駆動ベルト９６は、上側リストプーリ５０を下側エルボー／リストプーリ８６に接続し、第２のリスト駆動ベルト９４は上側エルボー／リストプーリ８４をリストジョイントプーリ９０に接続する。その結果、リストスピンドル１６のそれに接続された駆動モータ２２による回転は、第１のリストベルト９６及び第２のリストベルト９４を通して伝達され、リストジョイントプーリ９０に取り付けられた、端部エフェクタ等の作動ツール（図示せず）を制御された態様で、スピンドルの中心軸線３８に垂直な平面内で旋回させる。
【００２３】
図５、図７及び図２６に示されたように、エルボーベルト９２は、エルボープーリ５２及びエルボージョイントプーリ８８の両方に取り付けられている。同様の態様で、エルボースピンドル１４のそれに接続された駆動モータ２２による回転は、エルボーベルト９２を通して伝達され、前方アーム２８を、スピンドルの中心軸線３８に垂直な平面内で制御された態様で旋回させる。
【００２４】
従来技術の装置は、ベルトの滑りにより引き起こされる長期間のドリフト問題を示している。それらのベルトは、通常、駆動プーリの間の中間位置でベルトの外側表面に作用された単一ローラにより張力がかけられており、該ローラは駆動プーリの間の中心ラインに向かってベルトを押している。これは、ベルトに不均等な力を作用し、該ベルトを不均等に引き伸ばし、関連部品の望ましくない回転を生じさせる。これとは対照的に、本システムは、テンショナフレーム１００を備えたベルトテンショナアセンブリ９８を使用しており、テンショナフレームの両端部に一対のローラ１０２が取り付けられている。テンショナフレーム１００は、各々のプーリの間の中心線上に枢動可能に取り付けられており、両方のローラ１０２がベルトの両内側表面と接触している。ベルトテンショナアセンブリ９８をその中心マウントの回りに回転させることにより、ローラ１０２がベルトに外側方向に張力をかけ、ベルト構造への応力をより少なくした状態で均等にバランスしたベルト張力を提供して安定したアーム配置を実現する。図６、図２４、図２６及び図２７は、３つのベルトテンショナアセンブリ９８、即ち、第１のリストベルト９６を張設する第１のテンショナ締めアセンブリ９８と、第２のリストベルト９４を張設する第２のベルトテンショナアセンブリ９８と、前方駆動ベルト９２を張設する第３のベルトテンショナアセンブリとを示している。
【００２５】
アームの回転移動を制限している従来技術の装置は、典型的には、３６０度より小さい回転に制限されている。この制限は、ロボットアームに到達することができないスポットを残している（盲点）。ロボットアームの各構成要素を一回転より多く回転させることを可能にするハードストップを形成するために本発明で使用される方法を以下に説明する。図８乃至図１２は、駆動モータシャフトに取り付け、駆動ベルトを受け入れるため機能するタブリングプーリサブアセンブリ１０４を示している。モータ内のシャフトがモータを回転させるとき、タブ１０６は、円形経路を移動する。スピンドルの各々に下側プーリに取り付けられている類似のタブ（スピンドルタブ１０８）が存在する。モータタブ１０６は、それがプーリ上の所望位置にまで回転された後、プーリ４４、４６、４８にボルト止めされたタブリング１０５から延在する。テーパー形成圧縮リング１０７は、タブリングの内側に配置されている。取り付けボルトを締めると、タブリング１０５への係止適合が引き起こされる。各々対となっているドライブ及びスピンドル上でのモータタブ１０６とスピンドルタブ１０８とのこの組み合わせはロボット後方アーム、前方アーム又はリストが、誤って大きく回転して、ロボット内部の内側配管及び／又はケーブル配設に損傷を与えることを防止するため特定のスピンドルの回転にハードストップを確立するように協働する。通常、モータシャフト及びスピンドルに関するギア比（又は異なるプーリサイズ）のために、モータシャフトは、スピンドルが２回転する間に３回転する。タブリングアセンブリ１０４は、モータタブ１０６が容易に調整され、次に適所に係止されることを可能にする。この調整は、タブ間の均等な接触を容易に実現する。
【００２６】
これらのタブの運動は、スピンドルプーリに対するモータプーリ比３／２を示している図９乃至図１２を参照して説明される。この構成は各モータアセンブリ２２に当てはまるが、図示の目的のため、肩スピンドル１２を駆動する、図１に示されたモータ駆動アセンブリ２２が示されている。
【００２７】
図９は、スピンドルの回転の一方の極端点で接触するタブ１０６、１０８を示している。図１０では、モータシャフトが完全な一回転をなし、スピンドルが２４０°回転した。図１１は、完全に２回転した後のモータタブと、４８０°回転したスピンドル（１ １／３）と、を示している。図１２は、モータがほとんど３回転し、スピンドルがほとんど２全回転した後のハードストップの位置にあるタブを示している。ギア（プーリ）比を変更し及び／又は追加のタブ１０６、１０８をモータ及び／又はスピンドルに追加することによって、及び／又は、タブ幅を変更することによって、ハードストップ間の回転の任意の度合いを選択することができる。この構成は、ロボットアームの構成部品の回転度合いを制御する能力を容易に実現する。例えば、図１０を参照すると、第１のタブの前方に１２０°のところでスピンドルに追加された第２のタブは、モータの一回転に対して２４０°の回転にスピンドルを制限する。
【００２８】
上記アセンブリを様々に異なる材料から構成することができるが、当業者は、ロボットが作動するところの特定の周囲環境、並びに、アセンブリの設計及び作動により各部品に印加される様々な応力に対して、これらの材料を容易に選択することができる。好ましい構成材料は、典型的にはアルミニウムである。しかし、様々に異なる大気条件の下の作動のために、様々に異なる材料を使用することができる。しかし、酸性環境、真空中、極端な温度の下、湿った環境又は他の敵対環境における作動のために、保護金属層をめっきするか、或いは、例えばステンレス鋼等の異なる材料から構成部品の幾つか又は全てを構成することが望ましい。
【００２９】
また、上記説明はプーリ及びベルトに言及しているが、様々に異なる動力伝達アセンブリを使用することができる。例えば、本発明では、上記したように歯形成プーリ又はタイミングベルトに加えて、ギア同士並びにギア及びドライブチェーンを相互嵌合する使用形態も考えられる。
【００３０】
フレーム、取り付け用ブラケット、ナット、ボルト、ワッシャー、スペーシング、係止又は保持リング、アダプタ、詰め金、クランプ、ベアリング、反応器、プレート等々を始めとする、一般に機械的器具を組み付ける際に使用される、多数の番号が附されていない構成部品が図面中に含まれていることを当業者は認めるであろう。これらの構成部品は、標準的な組み立て用構成部品の番号付与で図面を不必要に乱雑にしないように、番号付与されていない。
【００３１】
前述の記載内容から、本明細書では明確には説明されていないが本発明の範囲内にあり、当業者の一人によりそれ自身を示唆し得る、本発明の多数の追加の実施形態が存在することは明らかである。従って、本発明は、請求に範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、単一のモータドライブを示す、スピンドル及び駆動アセンブリの破断側面図である。
【図２】
図２は、モータ取り付けクリートを備えた駆動フレームを（モータ無しで）示している、図１のライン２−２に沿って取られた拡大上面図である。
【図３】
図３は、フレームとクリートとの間の単一モータドライブセットを示す、前面図である。
【図４】
図４は、テーブルトップに取り付けられ且つ半シェルフレームに閉じ込められている、図１のアセンブリをその完全に延びた位置で示している、完全に組み立てられたシステムの部分破断図である。
【図５】
図５は、アームハウジングの一部分がスピンドルの頂部で駆動プーリを覆っている状態のスピンドルアセンブリの拡大破断図である。
【図６】
図６は、ロボットアーム内にプーリ及び駆動システムを示している、アーム頂部カバーが取り外されている状態のロボットアームの上面図である。
【図７】
図７は、ロボットアーム内でプーリ及び駆動システムを示している、図６の破断側面図である。
【図８】
図８は、タブリングサブアセンブリの破断図である。
【図９】
図９は、ハードストップ構成を容易に実現するため、駆動モータのシャフト及びスピンドルに取り付けられたタブ延長部を備えたリングの４つの異なる回転位置の一つを示す。
【図１０】
図１０は、ハードストップ構成を容易に実現するため、駆動モータのシャフト及びスピンドルに取り付けられたタブ延長部を備えたリングの４つの異なる回転位置の一つを示す。
【図１１】
図１１は、ハードストップ構成を容易に実現するため、駆動モータのシャフト及びスピンドルに取り付けられたタブ延長部を備えたリングの４つの異なる回転位置の一つを示す。
【図１２】
図１２は、ハードストップ構成を容易にするため、駆動モータのシャフト及びスピンドルに取り付けられたタブ延長部を備えたリングの４つの異なる回転位置の一つを示す。
【図１３】
図１３は、アセンブリがその完全に降下した位置にある、図４の完全に組み立てられたシステムの破断図である。
【図１４】
図１４は、図４のライン１４−１４に沿って取られた半シェルアセンブリの断面図である。
【図１５】
図１５は、半シェルフレーム内に取り付けられたレールアセンブリを示す。
【図１６】
図１６は、プーリを備えたＺリフトモータを示す前面図である。
【図１７】
図１７は、ねじと協働してＺボディを昇降させる、ナット、プーリ及びギンブルの前面図である。
【図１８】
図１８は、図１７のギンブルの側面図である。
【図１９】
図１８は、図１７のギンブルの上面からの斜視図である。
【図２０】
図２０は、Ｚプーリの側面図である。
【図２１】
図２１は、Ｚプーリの上面図である。
【図２２】
図２２は、Ｚプーリの底面図である。
【図２３】
図２３は、前方アームを組み立てた状態の上面斜視図である。
【図２４】
図２４は、前方アームを分解した状態の上面斜視図である。
【図２５】
図２５は、後方アームを組み立てた状態の上面斜視図である。
【図２６】
図２６は、後方アームを分解した状態の上面斜視図である。
【図２７】
図２７は。組み付けられた内部構成部品を示すため頂部カバーを取り外した状態での、前方アーム及び後方アームの上面斜視図である。
【図２８】
図２８は、モータギアヘッド及びリフトモータセンブリの破断した斜視側面図である。
【図２９】
図２９は、モータギアヘッド及びリフトモータセンブリの破断した斜視側面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004528995.tif 000035
【国際調査報告】
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