专利名称：机器人的臂结构和机器人的制作方法
技术领域：
本文所公开的实施方式涉及机器人的臂结构和机器人。
背景技术：
通常，已知一种机器人，借助该机器人将扁平工件(诸如用于液晶显示器的玻璃基板或半导体片)装载到堆料机和从该堆料机上卸载。机器人被安装在保持减压状态的室(下文中称为“真空室”)内。已提出一种基板处理装置，其中用于确定由机器人传送的基板的状态的传感器安装在真空室中(见，例如，日本专利特开2011-210814号公报)。在上述基板处理装置中，在装载和卸载基板的所有点处安装用于确定基板的状态的传感器。然而，在传统基板处理装置中，必须提供多个传感器。出于降低装置制造成本的考虑，还有改进的余地。
实用新型内容鉴于上述，本文所公开的实施方式提供一种能够降低装置制造成本的机器人臂结构和机器人。根据实施方式的一方面，提供一种机器人的臂结构，所述机器人安装在保持处于减压状态下的真空室中并且构造成传送工件，所述臂结构包括:第一臂，所述第一臂具有以可旋转的方式连接到所述机器人的臂基部的基端部，所述第一臂包括布置在该第一臂的内部的预定的驱动系统，所述第一臂的内部保持处于大气压状态；第二臂，所述第二臂具有以可旋转的方式连接到所述第一臂的末端部的基端部，所述第二臂中不包括驱动系统；末端执行器，所述末端执行器通过可移动基部以可旋转的方式连接到所述第二臂的末端部，并且构造成保持所述工件；间壁，所述间壁设置在所述第一臂和所述第二臂的连接部附近，以使该第一臂内所保持的大气压状态与所述减压状态隔离；以及气密端子，所述气密端子设置在所述间壁中，以使大气侧和真空侧在气密状态下相互电连接。通过本文所公开的实施方式的一个方面，可以降低装置制造成本。根据实施方式的第二方面，所述第一臂包括减速器，所述减速器具有用于驱动所述第二臂的中空驱动轴，所述间壁设置在所述减速器的所述中空驱动轴的中空区域中或者设置在所述第二臂附近的与该中空区域连通的封闭空间中，并且在所述第一臂中延伸的缆线经由所述中空区域连接到所述气密端子。根据实施方式的第三方面，所述末端执行器包括传感器，所述传感器具有经由所述第二臂连接到所述气密端子的缆线。根据实施方式的第四方面，所述末端执行器包括传感器，所述传感器具有经由所述第二臂连接到所述气密端子的缆线。根据实施方式的第五方面，该臂结构还包括:中间连杆，所述中间连杆设置成能绕与所述减速器的所述中空驱动轴同轴的轴线旋转；第一连杆，所述第一连杆与所述第一臂、所述中间连杆和所述臂基部协作而组成第一平行连杆机构；以及第二连杆，所述第二连杆与所述第二臂、所述中间连杆和所述可移动基部协作而组成第二平行连杆机构。根据实施方式的第六方面，所述第一臂形成得厚于所述第二臂、所述第一连杆和所述第二连杆。根据实施方式的第七方面，该臂结构还包括:保护管，所述保护管固定到所述减速器的所述中空驱动轴的内壁，所述保护管延伸穿过布置在所述减速器内的与所述中空驱动轴处于同轴关系的中空输入轴的中空区域，而不与该中空输入轴接触。本实用新型的另一方面还涉及一种包括上述第一至第四方面的任一项所述的臂结构的机器人。根据该另一方面的机器人，所述臂基部包括摆动单元，所述摆动单元被构造成绕沿竖直方向延伸的摆动轴线摆动。
图1是示出根据本实施方式的机器人的示意性立体图；图2是示出安装在真空室内的机器人的示意性侧视图；图3A是示出缆线的状态的第一示意图；图3B是示出缆线的状态的第二示意图；图4是用于说明气密端子的示意性侧视图；图5是示出根据变型例的气密端子的示意性侧视图。
具体实施方式
现在将参照附图描述本文所公开的机器人臂结构和机器人的一个实施方式。机器人臂结构和机器人不限于下面所述的实施方式。首先，将参照图1描述根据本实施方式的机器人的构造。图1是示出根据本实施方式的机器人的示意性立体图。如图1所示，机器人I是水平多关节型机器人，该机器人包括两个可延伸臂单元，这两个可延伸臂单元能沿水平方向延伸和缩回。更具体地，机器人I包括主体单元10和臂单元20。主体单元10是设置在臂单元20下面的单元。主体单元10包括管状壳体11和布置在该壳体11内的升降装置。主体单元10利用升降装置沿竖直方向上下移动臂单元20。升降装置构造成包括例如马达、滚珠丝杠和滚珠螺母。升降装置通过将马达的旋转运动转换成线性运动来沿竖直方向上下移动升降凸缘单元15。因此，固定在升降凸缘单元15上的臂单元20被上下移动。在壳体11的上部中形成有凸缘部12。通过将凸缘部12固定到真空室而将机器人I安装在真空室中。关于这一点，稍后将参照图2进行描述。臂单元20是通过升降凸缘单元15连接到主体单元10的单元。更具体地,臂单元20包括臂基部21、第一臂22、第二臂23、可移动基部24和辅助臂25。根据本实施方式的机器人I是双臂机器人，该双臂机器人包括两组可延伸臂单元，每组均具有第一臂22、第二臂23、可移动基部24和辅助臂25。然而，本公开内容不限于上述。机器人I可以是包括一个可延伸臂单元的单臂机器人或者包括三个或更多个可延伸臂单元的机器人。臂基部21相对于升降凸缘单元15以可旋转的方式被支撑。臂基部21包括由马达和减速器构成的摆动装置。臂基部21由摆动装置摆动。更具体地，摆动装置构造成使得马达的旋转经由传动带被输入到减速器，该减速器的输出轴固定到主体单元10。因此臂基部21利用减速器的输出轴作为摆动轴线，绕其自身的轴线水平地旋转。臂基部21包括保持在大气压下的盒状储藏室。马达、减速器和传动带被存储在该储藏室内。因此，即使机器人I如稍后所述用在真空室内，也可以防止诸如油脂等的润滑剂变干并且可以防止真空室的内部被污垢污染。第一臂22的基端部借助待稍后描述的第一减速器以可旋转的方式连接到臂基部21的上部。第一臂22包括保持在大气压下的盒状储藏室。第二臂23的基端部借助稍后描述的第二减速器以可旋转的方式连接到第一臂22的末端上部。不同于臂基部21，第二臂23整个地暴露于真空环境。可移动基部24以可旋转的方式连接到第二臂23的末端部。可移动基部24在其上端处设置有用于保持薄的扁平工件的末端执行器24a。可移动基部24响应于第一臂22和第二臂23的旋转运动而线性移动。在以下描述中，将薄的扁平工件仅称为基板。所述基板可以是用于液晶显示器的玻璃基板或半导体片。在传统情况下，当传送基板时，基板的存在与否由设置在真空室内的传感器来确定。在传统情况下，必须在真空室内供装载和卸载基板的所有点处设置传感器。因此装置变得昂贵。在第二臂23回到传感器布置位置的状态下确定基板的存在与否。在图1所示的双臂机器人的情况下，一对末端执行器24a可以处于竖直重叠状态。为此，当确定基板存在与否时，常规的机器人不能确定基板是放置在上末端执行器24a上还是下末端执行器24a上。在根据本实施方式的机器人I中，在每个末端执行器24a中布置有用于检测基板的存在与否的传感器S。在根据本实施方式的机器人I中，因此可以降低装置制造成本并且可以精确确定基板放置在哪个末端执行器24a上。在根据本实施方式的机器人I中，传感器S能在基板被放置在每个末端执行器24a上的一瞬间检测基板的存在与否。因此，可以防止基板由于未对准而在不稳定状态下传送时掉落。机器人I借助于布置在第一臂22和第二臂23内的缆线60 (参见图3A)向传感器S供应电流。稍后将参照图3A和图3B描述关于缆线60的布置的细节。机器人I通过同步操作第一臂22和第二臂23而线性移动末端执行器24a。更具体地，机器人I通过使用单个马达而使第一减速器和第二减速器旋转，从而同步操作第一臂22和第二臂23。机器人I旋转第一臂22和第二臂23，使得第二臂23相对于第一臂22的旋转量为第一臂22相对于臂基部21的旋转量的两倍大。[0045]例如，机器人I以如下方式旋转第一臂22和第二臂23，即，如果第一臂22相对于臂基部21旋转a度，则第二臂23相对于第一臂22旋转2 a度。结果，机器人I能线性移动末端执行器24a。考虑到防止真空室内部污染，驱动装置(诸如第一减速器、第二减速器、马达和传动带)被布置在保持处于大气压下的第一臂22内。辅助臂25是连杆机构，该连杆机构与第一臂22和第二臂23的旋转运动联动地限制可移动基部24的旋转，使得末端执行器24a在其运动期间始终朝向预定方向。更具体地，辅助臂25包括第一连杆25a、中间连杆25b和第二连杆25c。第一连杆25a的基端部以可旋转的方式连接到臂基部21。第一连杆25a的末端部以可旋转的方式连接到中间连杆25b的末端部。中间连杆25b的基端部以与使第一臂22和第二臂23互连的连接轴线同轴的关系枢转。中间连杆25b的末端部以可旋转的方式连接到第一连杆25a的末端部。第二连杆25c的基端部以可旋转的方式连接到中间连杆25b。第二连杆25c的末端部以可旋转的方式连接到可移动基部24的基端部。可移动基部24的末端部以可旋转的方式连接到第二臂23的末端部。可移动基部24的基端部以可旋转的方式连接到第二连杆25c。第一连杆25a、臂基部21、第一臂22和中间连杆25b构成第一平行连杆机构。换言之，当第一臂22绕其基端部旋转时，第一连杆25a旋转并保持与第一臂22平行。当在平面图中观看时，中间连杆25b与这样的假想连线平行地旋转，该连线使臂基部21和第一臂22的连接轴线与臂基部21和第一连杆25a的连接轴线互连。第二连杆25c、第二臂23、可移动基部24和中间连杆25b构成第二平行连杆机构。换言之，当第二臂23绕其基端部旋转时，第二连杆25c和可移动基部24旋转并分别保持与第二臂23和中间连杆25b平行。在第一平行连杆机构的作用下，中间连杆25b旋转并保持与前述连线平行。为此，第二平行连杆机构的可移动基部24旋转并保持与前述连线平行。结果，安装到可移动基部24的上部的末端执行器24a线性移动并保持与前述连线平行。在机器人I中，通过辅助臂25，可提高臂单元的总体刚度。因此可以降低在末端执行器24a操作期间所产生的振动。在末端执行器24a操作期间所产生的振动可引起污垢的产生，因而降低振动可抑制污垢的产生。根据本实施方式的机器人I包括两组可延伸臂单元，每组均包括第一臂22、第二臂23、可移动基部24和辅助臂25。因此，机器人I能同时执行两个任务，例如，利用其中一个可延伸臂单元从预定传送位置取出基板的任务，和利用另一个可延伸臂单元将新的基板运送到传送位置的任务。接着，将参照图2描述安装在真空室内的机器人I。图2是示出安装在真空室内的机器人I的示意性侧视图。如图2所示，为机器人I的主体单元10设置的凸缘部12借助密封件固定到在真空室30的底部中形成的开口部31的外周缘。因此，真空室30被气密密封并且该真空室30的内部由减压装置(诸如真空泵等)保持在减压状态。主体单元10的壳体11从真空室30的底部突出并且位于由支撑该真空室30的支撑部35限定的空间内。[0058]机器人I在真空室30内执行基板传送任务。例如，机器人I利用第一臂22和第二臂23而线性移动末端执行器24a，从而从借助闸阀(未示出)与真空室30连接的另一真空室取出基板。随后，机器人I使末端执行器24a返回，接着使臂基部21绕摆动轴线0水平旋转，从而致使臂单元20直接面对作为基板的传送目的地的另一真空室。接着，机器人I利用第一臂22和第二臂23线性移动末端执行器24a，从而将基板运送到作为基板的传送目的地的
另一真空室中。真空室30形成为与机器人I的形状符合。例如，如图2所示，在真空室30的底面部中形成凹部。机器人的多个部分(诸如臂基部21和升降凸缘单元15)布置在该凹部中。通过以该方式形成与机器人I的形状符合的真空室30，可以减小真空室30的内容积，从而可以容易地将真空室30保持在减压状态。接着，将参照图3A和图3B描述传感器S的信号线和电源线(下文中仅称为“缆线”)的布置的细节。图3A和图3B是示出缆线60的状态的示意性侧视图。首先，参看图3A，缆线60连接到设置在末端执行器24a中的传感器S。缆线60穿过可移动基部24与第二臂23的末端部相连接的连接部而布置在第二臂23内。缆线60逐线连接到气密端子50，该气密端子50设置在第一臂22和第二臂23相互连接之处的连接部中。气密端子50是设置在间壁56中的连接器，该间壁56位于保持在减压状态的第二臂23和保持在大气压下的第一臂22之间。气密端子50构造成使第一臂22和第二臂23彼此隔离并且在两种不同大气压之间电连接缆线60。因此，即使第二减速器52的中空驱动轴旋转，也可以保持第二臂23和第二减速器52的内部之间的气密性。稍后将参照图4描述气密端子50的细节。连接到气密端子50的缆线60穿过第二减速器52的中空驱动轴的中空区域延伸到第一臂22中。于是，缆线60穿过第一臂22的基端部的旋转轴中心(未示出)延伸到臂基部21。现在，参照图3B描述第二减速器52的中空驱动轴的中空区域的细节。如图3B所示，管状保护管57的上端部固定到第二减速器52的输出轴52b。保护管57通过第二减速器52的输出轴52b连接到第二臂23，使得该保护管57能相对于第一臂22旋转。保护管57由设置在第二减速器52的中部内侧处的油封58以可旋转的方式支撑。第二减速器52包括由减速齿轮(未示出)以可旋转的方式相互连接的输入轴52a和输出轴52b。保护管57不与带轮55的中空驱动轴的内壁和输入轴52a的内壁接触。带轮55的中空驱动轴以可旋转的方式连接到第二减速器52的输入轴52a。因此，保护管57延伸而以不接触方式穿过第二减速器52的输入轴52a。连接到气密端子50的缆线60穿过第二减速器52的输出轴52b的中空区域和保护管57的中空区域延伸到第一臂22中。在根据本实施方式的机器人I中，缆线60布置成穿过第二减速器52的输出轴52b的中空区域和保护管57，并且该保护管57与第二臂23 —起旋转。[0072]因此，根据本实施方式的机器人I能防止缆线60与高速旋转的第二减速器52的输入轴52a和带轮55摩擦接触。缆线60安全地布置而不会被缠住。返回去参看图3A，马达53设置在第一臂22内。第一减速器51布置在第一臂22的基端部中。第二减速器52布置在第一臂22的末端部中。传动带54a和54b分别设置在第一减速器51和马达53之间以及第二减速器52和马达53之间。用于将马达53的驱动动力传送到第一减速器51的输入轴的传动带54a和用于将马达53的驱动动力传送到第二减速器52的输入轴的传动带54b绕马达53的输出轴缠绕，由此马达53的驱动动力被传送到第一减速器51和第二减速器52。如上所述，驱动装置(诸如第一减速器51、第二减速器52、马达53以及传动带54a和54b)布置在处于大气压下的第一臂22内。另外,机器人I用在真空室30内。为此，第一臂22需要保持气密，以便将真空室30的内部维持在减压状态。因此第一臂22形成得厚于第二臂23和辅助臂25。因为第一臂22形成得厚于第二臂23和辅助臂25并且保持高度气密，因此即使当机器人I被用在真空室30内时，也可以防止油脂之类的润滑剂变干。而且，机器人I能防止第二臂23的内部和真空室30的内部被布置在第一臂22内的驱动装置产生的污垢污染。在上述机器人I中，缆线60未布置在辅助臂25中而是布置在第一臂22和第二臂23中。这使得不需要将缆线60布置在暴露于减压环境的辅助臂25内的狭窄空间中。另夕卜，机器人I能抑制气体从辅助臂25和缆线60排出。在第二臂23的基端部的上表面上设置盖23a。通过移除盖23a，使用者能执行关于气密端子50和缆线60的维护工作。接着，将参照图4描述气密端子50的细节。图4是用于说明气密端子50的示意性侧视图。如图4所示，气密端子50设置在保持处于减压状态的空间(下文中称为“真空侧”)和保持处于大气压的空间(下文中称为“大气侧”)之间。气密端子50以高度气密方式布置在间壁56的孔中。在下列描述中，气密端子50的上侧将被称为真空侧101并且气密端子50的下侧将被称为大气侧102。例如，如图4所示，气密端子50由螺栓借助密封剂固定到间壁56。为了尽量提高气密性，可以在间壁56和气密端子50之间插设0形环(未示出)。气密端子50包括布置在真空侧101和大气侧102处的插脚50a和50b。相应的插脚50a和50b与传感器S的信号线和电源线对应。相应的插脚50a和50b在真空侧101和大气侧102之间相互电连接。当本文所公开的气密端子50是三插脚类型时，插脚的数量取决于缆线60中所包括的线数量。在设置在缆线60的末端处的缆线端60a中形成凹部。可通过朝向气密端子50的插脚50b推动缆线端60a (沿由图4中的箭头所示的方向)而将插脚50b装配到所述凹部。通过将气密端子50设置在暴露于减压环境的第二臂23和保持在大气压的第一臂22之间的间壁56中，可以保持第二臂23的内部和第二减速器52的内部之间的气密性。虽然气密端子50被设置在第二臂23和第二减速器52的连接部内的区域中，但是本公开内容不限于此。气密端子50可以设置在能保持第二臂23的内部和第二减速器52的内部之间的气密性的任何位置。例如，如图5所示，气密端子50可设置在第二减速器52的中空驱动轴的中空区域中。在根据本实施方式的机器人中，如上所述，气密端子设置在形成于第一臂和第二臂的连接部中的间壁中。缆线布置成穿过第二减速器的中空驱动轴的中空区域。在根据本实施方式的机器人中，防止缆线与高速旋转的第二减速器的输入轴摩擦接触。缆线被安全地布置而不会被缠住。在本实施方式中，用于检测基板的存在与否的传感器被设置在末端执行器中。这使得可降低装置制造成本并且可在基板被放置在末端执行器上的一瞬间确定基板的存在与否。本领域技术人员可容易地得出其它效果和其它变型例。为此，本公开内容的宽泛方面不限于所示和所述的具体公开内容和代表性实施方式。因此，本公开内容能以许多不同的形式来改进，而不会脱离由所附权利要求和其等同要求所限定的精神和范围。
权利要求1.一种机器人的臂结构，其特征在于，所述机器人安装在保持处于减压状态的真空室中并且被构造成传送工件，所述臂结构包括: 第一臂，所述第一臂具有以可旋转的方式连接到所述机器人的臂基部的基端部，所述第一臂包括布置在该第一臂的内部的预定的驱动系统，所述第一臂的内部保持处于大气压状态； 第二臂，所述第二臂具有以可旋转的方式连接到所述第一臂的末端部的基端部，所述第二臂中不包括驱动系统； 末端执行器，所述末端执行器通过可移动基部以可旋转的方式连接到所述第二臂的末端部，并且被构造成保持所述工件； 间壁，所述间壁设置在所述第一臂和所述第二臂的连接部附近，以使该第一臂内所保持的大气压状态与所述减压状态隔离；以及 气密端子，所述气密端子设置在所述间壁中，以使大气侧和真空侧在气密状态下相互电连接。
2.根据权利要求1所述的臂结构，其中，所述第一臂包括减速器，所述减速器具有用于驱动所述第二臂的中空驱动轴，所述间壁设置在所述减速器的所述中空驱动轴的中空区域中或者设置在所述第二臂附近的与该中空区域连通的封闭空间中，并且在所述第一臂中延伸的缆线经由所述中空区域连接到所述气密端子。
3.根据权利要求1所述的臂结构，其中，所述末端执行器包括传感器，所述传感器具有经由所述第二臂连接到所述气密端子的缆线。
4.根据权利要求2所述的臂结构，其中，所述末端执行器包括传感器，所述传感器具有经由所述第二臂连接到所述气密端子的缆线。
5.根据权利要求2或4所述的臂结构，该臂结构还包括: 中间连杆，所述中间连杆设置成能绕与所述减速器的所述中空驱动轴同轴的轴线旋转; 第一连杆，所述第一连杆与所述第一臂、所述中间连杆和所述臂基部协作而组成第一平行连杆机构；以及 第二连杆，所述第二连杆与所述第二臂、所述中间连杆和所述可移动基部协作而组成第二平行连杆机构。
6.根据权利要求5所述的臂结构，其中，所述第一臂形成得厚于所述第二臂、所述第一连杆和所述第二连杆。
7.根据权利要求2或4所述的臂结构，该臂结构还包括: 保护管，所述保护管固定到所述减速器的所述中空驱动轴的内壁，所述保护管延伸穿过布置在所述减速器内的与所述中空驱动轴处于同轴关系的中空输入轴的中空区域，而不与该中空输入轴接触。
8.一种机器人，其特征在于，该机器人包括权利要求1至4中的任一项所述的臂结构。
9.根据权利要求8所述的机器人， 其中，所述臂基部包括摆动单元，所述摆动单元被构造成绕沿竖直方向延伸的摆动轴线摆动。
专利摘要本实用新型提供机器人的臂结构以及机器人。所述机器人安装在保持处于减压状态的真空室中，所述臂结构包括第一臂、第二臂和构造成保持工件的末端执行器。所述第一臂设置有布置在该第一臂的内部中的预定驱动系统，并且所述第一臂的内部保持处于大气压状态。所述第二臂中不具有驱动系统。在所述第一臂和所述第二臂的连接部附近设置间壁，以使该第一臂内所保持的大气压状态与所述减压状态隔离。在所述间壁中设置气密端子，以使大气侧和真空侧在气密状态下相互电连接。
文档编号B25J9/06GK203077300SQ20122058305
公开日2013年7月24日 申请日期2012年11月7日 优先权日2011年12月21日
发明者野口忠隆, 小原勇树 申请人:株式会社安川电机