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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-05
(45)【発行日】2024-08-14
(54)【発明の名称】ロボット
(51)【国際特許分類】
B25J 15/08 20060101AFI20240806BHJP
B25J 15/06 20060101ALI20240806BHJP
【ＦＩ】
B25J15/08 Z
B25J15/06 Z
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2022571977
(86)(22)【出願日】2021-11-19
(86)【国際出願番号】 JP2021042581
(87)【国際公開番号】W WO2022137926
(87)【国際公開日】2022-06-30
【審査請求日】2023-05-19
(31)【優先権主張番号】17/134,221
(32)【優先日】2020-12-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】517340611
【氏名又は名称】カワサキロボティクス（ユーエスエー），インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100118784
【弁理士】
【氏名又は名称】桂川 直己
(72)【発明者】
【氏名】丹 治彦
(72)【発明者】
【氏名】中原 一
(72)【発明者】
【氏名】バロアニー アビッシュ アショック
(72)【発明者】
【氏名】ゼン ミン
【審査官】松本 泰典
(56)【参考文献】
【文献】特開平９－１４８４０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２１７２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１４８４７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１０８９９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１５３５７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－９８４０５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｊ １５／０８
Ｂ２５Ｊ １５／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を搬送するためのロボットであって、アームと、
前記アームに接続され、前記基板を支持して搬送するハンドと、
を備え、
前記ハンドは、前記アームに接続される側の端部である基端部と、当該基端部の反対側の端部である先端部と、を備え、
前記ハンドには、ハンド長手方向における中央よりも前記先端部の領域である第１領域の少なくとも一部に肉抜き部が形成されており、
前記第１領域には、厚さが第１厚さに一致する厚肉部と、厚さが前記第１厚さよりも小さい薄肉部と、が含まれており、前記肉抜き部が前記薄肉部であり、
前記薄肉部の幅方向の端には、前記薄肉部よりも厚みが大きい縁部が形成されていることを特徴とするロボット。
【請求項2】
請求項１に記載のロボットであって、前記第１領域のうち前記先端部を除いた領域の少なくとも一部に前記肉抜き部が形成されていることを特徴とするロボット。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のロボットであって、前記ハンドのうち、鉛直方向上側の面を上面とし、鉛直方向下側の面を下面としたときに、前記上面は平坦であり、前記下面に前記厚肉部と前記薄肉部の境界としての段差が形成されていることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板を搬送するロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、半導体基板等を搬送するためにロボットが用いられている。特許文献１は、この種のロボット（搬送装置）を開示する。
【0003】
特許文献１（特開２００３－２６６３５９号公報）の搬送装置は、可動式のアームと、基板を保持するエンドエフェクタと、を備える。エンドエフェクタの先端には、制振手段が設けられている。制振手段は、例えば、ハウジングと、ハウジング内に配置された支柱と、支柱に通されたバネと、支柱に通された重りと、により構成されている。特許文献１には、制振手段は固有振動数を変更するために設けられることが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の搬送装置は、エンドエフェクタの先端に制振手段が設けられているため、エンドエフェクタの慣性モーメントが大きくなる。その結果、ハンドの動きの制御性が低下する。更に、制振手段が設けられていることにより、エンドエフェクタの構成が複雑になる。
【0005】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、ハンドの動きの制御性の低下を抑制しつつ単純な構成によってハンドの振幅を抑制したロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【0007】
本発明の観点によれば、基板を搬送するための以下の構成のロボットが提供される。即ち、ロボットは、アームと、ハンドと、を備える。前記ハンドは、前記アームに接続され、前記基板を支持して搬送する。前記ハンドは、前記アームに接続される側の端部である基端部と、当該基端部の反対側の端部である先端部と、を備える。前記ハンドには、ハンド長手方向における中央よりも前記先端部の領域である第１領域の少なくとも一部に肉抜き部が形成されている。前記第１領域には、厚さが第１厚さに一致する厚肉部と、厚さが前記第１厚さよりも小さい薄肉部と、が含まれており、前記肉抜き部が前記薄肉部である。前記薄肉部の幅方向の端には、前記薄肉部よりも厚みが大きい縁部が形成されている。
【0008】
これにより、肉抜き部が形成されていることによりハンドが軽くなるため、ハンドの固有振動数が高くなる。その結果、ハンドの振幅を抑えることができる。また、ハンドに重りを取り付ける構成と比較して、ハンドの重さ（特に先端部の重さ）が軽くなる。その結果、ハンドの慣性モーメントが小さくなるため、ハンドの動きをより的確に制御できる。また、ハンドに重りを取り付ける構成と比較して、ハンドの構造を単純にすることができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、ロボットは、ハンドの動きの制御性の低下を抑制しつつ単純な構成によってハンドの振幅を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態に係るロボットの全体的な構成を示す斜視図。
【図2】ハンドの下面の形状を示す斜視図。
【図3】第１変形例に係るハンドの下面の形状を示す斜視図。
【図4】第２変形例に係るハンドの下面の形状を示す斜視図。
【図5】肉抜き部を形成する範囲が及ぼす影響を示すグラフ１及びグラフ２。
【発明を実施するための形態】
【0011】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施形態に係るロボット１００の全体的な構成を示す斜視図である。
【0012】
図１に示すロボット１００は、例えば、半導体ウエハ等の基板Ｗの製造工場等に設置される。ロボット１００は、複数の位置の間で基板Ｗを搬送するために用いられる。基板Ｗは、基板の原料、加工中の半完成品、加工済の完成品のうち何れであっても良い。基板Ｗの形状は、本実施形態では円板状であるが、これに限定されない。
【0013】
ロボット１００は、基板搬送ロボットである。具体的に説明すると、ロボット１００は、外部環境に対して密閉された空間において用いられる真空用ロボットである。
【0014】
このロボット１００は、主として、基台１と、アーム２と、ハンド３と、コントローラ９と、を備える。
【0015】
基台１は、工場の床面等に固定される。しかし、これに限定されず、基台１は、例えば、適宜の処理設備に固定されても良い。
【0016】
アーム２は、図１に示すように、上下方向に移動可能な昇降軸１１を介して基台１に取り付けられている。アーム２は、昇降軸１１に対して回転可能である。
【0017】
アーム２は、水平多関節型のアームである。アーム２は、第１アーム２１と、第２アーム２２と、を備える。
【0018】
第１アーム２１は、水平な直線状に延びる細長い部材である。第１アーム２１の長手方向の一端が、昇降軸１１の上端部に取り付けられている。第１アーム２１は、昇降軸１１の軸線（鉛直軸）を中心として回転可能に支持されている。第１アーム２１の長手方向の他端には、第２アーム２２が取り付けられている。
【0019】
第２アーム２２は、水平な直線状に延びる細長い部材である。第２アーム２２の長手方向の一端が、第１アーム２１の先端に取り付けられている。第２アーム２２は、昇降軸１１と平行な軸線（鉛直軸）を中心として回転可能に支持されている。第２アーム２２の長手方向の他端には、ハンド３が取り付けられている。
【0020】
昇降軸１１、第１アーム２１及び第２アーム２２のそれぞれは、図示しない適宜のアクチュエータにより駆動される。このアクチュエータは、例えば電動モータである。
【0021】
昇降軸１１と第１アーム２１との間、第１アーム２１と第２アーム２２との間、及び第２アーム２２とハンド３との間に位置するアーム関節部には、第１アーム２１、第２アーム２２、及びハンド３のそれぞれの回転位置を検出する図略のエンコーダが取り付けられている。また、ロボット１００の適宜の位置には、高さ方向における第１アーム２１の位置変化（即ち昇降軸１１の昇降量）を検出するエンコーダも設けられている。
【0022】
コントローラ９は、昇降軸１１、第１アーム２１、第２アーム２２、及びハンド３のそれぞれを駆動する電動モータの動作を制御する。これらの電動モータの制御は、各エンコーダにより検出された第１アーム２１、第２アーム２２、又はハンド３の回転位置又は高さ位置を含む位置情報に基づいて行われる。
【0023】
ハンド３は手首部４を介して第２アーム２２に接続されている。手首部４は、第２アーム２２の先端に取り付けられている。手首部４は、昇降軸１１と平行な軸線（鉛直軸）を中心として回転可能に支持されている。手首部４は、図示しない適宜のアクチュエータにより回転駆動される。このアクチュエータは、例えば電動モータである。手首部４には、ハンド３が連結されている。
【0024】
ハンド３は、分岐構造を有するエッジグリップ型のハンドである。ハンド３において分岐されたそれぞれの先端部分には、エッジガイド５が設けられている。手首部４の近傍には、図略の押圧部材が設けられている。押圧部材は、図略のアクチュエータ（例えば、空気圧シリンダ）によって、ハンド３の表面に沿ってスライド可能である。ハンド３に基板Ｗを載せた状態で押圧部材をスライドさせることで、エッジガイド５と押圧部材との間に基板Ｗを挟んで保持することができる。
【0025】
ハンド３は、エッジグリップ型に限られない。ハンド３は、パッシブグリップ型又は吸着型であってもよい。パッシブグリップ型とは、ハンドに載せた基板を固定しない構成（押圧部材を有さない構成）である。吸着型とは、基板Ｗの表面を負圧で吸着して搬送する構成（例えばベルヌーイチャック）である。何れの構成においても、ハンドは、基板を支持して基板を搬送する。
【0026】
次に、ハンド３について詳細に説明する。ハンド３は、薄い板状の部材である。ハンド３の厚さは、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。ハンド３の材料は、金属（例えばアルミニウム又はチタン）であってもよいし、樹脂であってもよいし、無機物の焼結体（例えばセラミック）であってもよい。ハンド３は、例えば板状の部材に機械加工を行うことによって製造される。ただし、この製法に代えて、型を用いてハンド３を製造してもよいし、３Ｄプリンタを用いてハンド３を製造してもよい。
【0027】
図２には、ハンド３の斜視図が示されている。以下の説明では、ハンド３の長手方向を「ハンド長手方向」と称する。ハンド長手方向において、アーム２（手首部４）に接続される側を「基端側」と称し、その反対側を「先端側」と称する。ハンド３は薄板状であるため、厚さ方向が特定できる。ハンド長手方向に垂直であって、かつ、厚さ方向に垂直である方向を「幅方向」と称する。ハンド３のうち鉛直方向上側の面を「上面」と称し、鉛直方向下側の面を「下面」と称する。
【0028】
上述したように、ハンド３は手首部４を介してアーム２に接続されている。ハンド３は、基端側の端部のみでアーム２側に支持されているため、片持ちである。そのため、ハンド３の動作時において、ハンド３には振動が発生し易い。特に、ハンド３の固有振動数が低い場合は、ハンド３の振幅が大きくなり易い。本実施形態では、ハンド３に肉抜き部を形成することにより、ハンド３の固有振動数を高くする。これにより、ハンド３の振幅を小さく抑制できる。以下、具体的に説明する。
【0029】
図２は、ハンド３の下面の形状を示す斜視図である。ハンド３は、基端部３１と、本体部３２と、２つの枝部３３と、先端部３４と、を備える。基端部３１は、ハンド３の基端側の端部である。基端部３１は、基端だけでなく、その近傍を含む。基端部３１は手首部４を介してアーム２に接続されている。本体部３２は、基端部３１よりも先端側であって、かつ、分岐箇所よりも基端側の部分である。枝部３３は、分岐箇所よりも先端側に位置している。２つの枝部３３は、幅方向に離間して並んでいる。２つの枝部３３はＶ字状である。即ち、２つの枝部３３の幅方向の間隔は、先端側に近づくに連れて長くなる。なお、枝部３３の形状は本実施形態の形状に限られない。先端部３４は、ハンド３の基端側の端部である。先端部３４は、先端だけでなく、その近傍を含む。
【0030】
本実施形態では枝部３３に肉抜き部が形成されている。肉抜き部とは、機械加工等を行ってハンド３の材料の一部を除去することにより厚さを減少させた部分（減少させた残りの部分）であるか、あるいは、そのような形状となるように型又は３Ｄプリンタ等を用いて予め形成した部分である。言い換えれば、平面視でハンド３と同じ形状であって、厚さが一定値（具体的にはハンド３の最も厚い部分と同じ長さ）であって、孔及び切欠きが形成されていない中実状の仮想的なハンドと比較して、除去された残りの部分が肉抜き部に相当する。肉抜き部を形成する目的は、上記の仮想的なハンドと比較して、ハンド３の重さを低減させて、固有振動数を高くすることである。従って、ハンド３の重さが略変化しない程度に微小な箇所は肉抜き部に相当しないものとする。例えば、ハンド３の表面を研磨した部分や、部品の取付けのためのネジ孔等が形成された部分は肉抜き部に相当しない。
【0031】
本実施形態では、ハンド長手方向の中点（長さを均等に二分する点）よりも先端側の領域を第１領域とし、中点よりも基端側の領域を第２領域とする。本実施形態では、枝部３３の所定位置よりも先端側が第１領域に相当する。固有振動数を十分に高くするためには、ハンド３の先端側に肉抜き部を形成することが好ましい。従って、本実施形態では、第１領域に肉抜き部が形成されている。本実施形態では、第２領域には肉抜き部が形成されていないが、第１領域に加えて第２領域にも肉抜き部が形成されていてもよい。
【0032】
本実施形態では、ハンド３に深さが一定の溝を形成することにより、肉抜き部が形成されている。具体的には、枝部３３は、厚肉部３３ａと薄肉部３３ｂとを有している。薄肉部３３ｂの厚さは、厚肉部３３ａの厚さ（第１厚さ）よりも小さい。薄肉部３３ｂは、厚肉部３３ａと比較して厚みを減少させた残りの部分であるので、薄肉部３３ｂが肉抜き部に相当する。本実施形態では、枝部３３の幅方向の端にある縁部３３ｃを残すようにして、板状の部材が除去される。縁部３３ｃを残すことにより、縁部３３ｃを除去する構成と比較して、枝部３３の剛性を高くすることができる。
【0033】
また、本実施形態では、枝部３３の下面に肉抜き部が形成されている。そのため、厚肉部３３ａと薄肉部３３ｂの境界としての段差は、枝部３３の下面に位置している。肉抜き部を下面に形成することにより、肉抜き部に塵等が堆積しにくくなる。なお、本実施形態ではハンド３の上面に基板Ｗを載せる構成であるため、ハンド３のうち基板Ｗと接触しない側の面に肉抜き部が形成されている。
【0034】
ハンド３の重さを十分に低減させるために、薄肉部３３ｂの厚さが厚肉部３３ａの厚さの例えば６０％以下であることが好ましい。また、枝部３３の剛性を確保するために、薄肉部３３ｂの厚さが厚肉部３３ａの厚さの例えば３０％以上であることが好ましい。
【0035】
上述したように、ハンド３の先端部３４の上面にはエッジガイド５が取り付けられる。そのため、先端部３４にはエッジガイド５を取り付けるための取付孔が形成されている。この点を考慮して、本実施形態では先端部３４には肉抜き部が形成されていない。
【0036】
本実施形態の肉抜き部は一例であり、肉抜き部の位置、範囲、又は、形状等は本実施形態とは異なっていてもよい。例えば、本実施形態では薄肉部３３ｂの厚さは全体にわたって同じ値であるが、位置によって厚さが異なっていてもよい。また、本実施形態では縁部３３ｃを有する形状であるが、縁部３３ｃが有しない構成（幅方向の全体が薄肉部３３ｂとなる構成）であってもよい。また、本実施形態では、先端部３４を除いた範囲に肉抜き部が形成されているが、先端部３４を含んだ範囲に肉抜き部が形成されていてもよい。本実施形態では、１つの枝部３３に対して、連続した１つの肉抜き部が形成されているが、離間した２以上の肉抜き部が形成されていてもよい。本実施形態では、枝部３３の下面に肉抜き部が形成されているが、それに代えて又は加えて、枝部３３の上面に肉抜き部が形成されていてもよい。肉抜き部が形成される位置は枝部３３に限られない。例えば、ハンド３の第１領域に本体部３２が位置する形状である場合、本体部３２に肉抜き部が形成されていてもよい。
【0037】
薄肉状の肉抜き部に代えて、図３に示す第１変形例のように、ハンド３の第１領域に、１又は複数の貫通孔３３ｄを形成してもよい。貫通孔３３ｄが形成された部分が肉抜き部に相当する。貫通孔３３ｄは、２つの枝部３３の両方に形成されている。貫通孔に代えて、非貫通状の孔を形成してもよい。なお、上記実施形態に関して説明した事項は、第１変形例及び次に説明する第２変形例にも適用されるものとする。
【0038】
また、図４に示す第２変形例のように、ハンド３の第１領域に、中空部３３ｅを形成してもよい。中空部３３ｅは、枝部３３が中空状になっている部分である。中空部３３ｅが形成された部分が肉抜き部に相当する。中空部３３ｅは２つの枝部３３の両方に形成されている。中空部３３ｅを有するハンド３は、例えば３Ｄプリンタを用いて製造される。
【0039】
次に、図５を参照して、肉抜き部を形成することによりハンド３の固有振動数が高くなること、及び、肉抜き部を形成するのに適した範囲について説明する。
【0040】
ハンド３に肉抜き部を形成することにより、ハンド３に掛かる荷重（重力）が小さくなるため、一般的には、固有振動数が高くなる。しかし、肉抜き部を形成することにより、剛性が低下するため、自重によるハンド３の先端部３４の垂れ下がり量が大きくなるため、固有振動数が低くなる可能性がある。従って、肉抜き部を形成する範囲が広過ぎる場合は、かえって固有振動数が低くなる可能性がある。つまり、両者の影響を考慮して、適切な範囲に肉抜き部を形成することが好ましい。
【0041】
図５のグラフ１は、縦軸が自重による垂れ下がり量を示し、横軸が肉抜き部を形成する範囲を示す。肉抜き部を形成する範囲とは、ハンド長手方向において、「先端部３４（又はその近傍）からの連続的な肉抜き部の長さ」を「全体の長さ」で除した値である。つまり、横軸の値が約５０％である場合は、先端部３４（又はその近傍）から、ハンド３のハンド長手方向の中点まで肉抜き部が形成されている構成である。グラフ１に示すように、肉抜き部を形成する範囲が約４０％を超えた値から、自重による垂れ下がり量が長くなる。
【0042】
図５のグラフ２は、縦軸がハンド３の固有振動数を示し、横軸がグラフ１と同様に肉抜き部を形成する範囲を示す。グラフ２に示すように、肉抜き部を形成する範囲が約４０％までの範囲では、肉抜き部を形成する範囲が長くなるほど、固有振動数が高くなる。一方、肉抜き部を形成する範囲が約５０％より長い範囲では、肉抜き部を形成する範囲を長くしても固有振動数が低くなる。
【0043】
以上の結果を考慮すると、先端部３４（又はその近傍）から連続的に肉抜き部を形成する場合、その範囲は、例えば５０％以下であることが好ましい。また、固有振動数を高くする効果を発揮させるために、その範囲は、例えば６％以上であることが好ましい。
【0044】
ただし、固有振動数は、ハンド３の形状、密度、及びヤング率、更には肉抜き部の形状（溝状か貫通孔か、そして、溝の深さや貫通孔の直径等）によって異なる。そのため、図５のグラフ１，２によって得られる知見はあくまで参考としての値である。つまり、仮に肉抜き部を形成する範囲が５０％を超えたからといって、それだけで本発明の範囲から外れるものではない。
【0045】
ハンド３の固有振動数が高くなるように肉抜き部を形成することにより、ハンド３の振幅を小さく抑制できる。また、肉抜き部を形成することにより、ハンド３に空間が形成されることとなる。例えば、この空間を活用してセンサ等の部品を取り付けてもよい。
【0046】
特許文献１のようにハンドの先端に制振装置を取り付ける場合、固有振動数を変化させることはできる。しかし、ハンドが重くなるため、ハンドの動きの制御性が低下する。これに対し、本実施形態では、ハンド３が軽くなるため、むしろハンドの動きの制御性を向上させることができる。また、特許文献１の制振装置は、ハンドとは異なる素材の部品である。そのため、制振装置がクリーンルームの清浄度に悪影響を与えないか確認したり、悪影響を与える場合は対策を行う必要がある。これに対し、本実施形態のハンド３は従来から採用している素材を肉抜きしただけでなので、クリーンルームの清浄度に悪影響は与えない。
【0047】
以上に説明したように、本実施形態のロボット１００は、アーム２と、ハンド３と、を備える。ハンド３は、アーム２に接続され、基板Ｗを支持して搬送する。ハンド３は、アーム２に接続される側の端部である基端部３１と、当該基端部３１の反対側の端部である先端部３４と、を備える。ハンド３には、ハンド長手方向における中央よりも先端部の領域である第１領域の少なくとも一部に肉抜き部が形成されている。
【0048】
これにより、肉抜き部が形成されていることによりハンド３が軽くなるため、ハンド３の固有振動数が高くなる。その結果、ハンド３の振動を抑えることができる。また、ハンド３に重りを取り付ける構成と比較して、ハンド３の動きをより的確に制御できるとともに、ハンド３の構造を単純にすることができる。
【0049】
また、本実施形態のロボット１００において、第１領域には、厚さが第１厚さに一致する厚肉部３３ａと、厚さが第１厚さよりも小さい、肉抜き部としての薄肉部３３ｂと、が含まれている。
【0050】
これにより、単純な形状で本発明の効果を発揮できる。
【0051】
また、第１変形例のロボット１００において、肉抜き部は、第１領域に貫通孔３３ｄが形成された部分である。
【0052】
これにより、簡単な加工を行うだけでハンドの振動を抑えることができる。特に、貫通孔３３ｄを形成する加工は位置の自由度が高いので、例えば強度又は基板保持等に影響が生じにくい位置を選択して貫通孔３３ｄを形成することも可能である。
【0053】
また、第２変形例のロボット１００において、肉抜き部は、第１領域に中空部３３ｅが形成された部分である。
【0054】
これにより、肉抜き部に塵等が溜まりにくくなる。
【0055】
また、本実施形態のロボット１００において、第１領域のうち先端部３４を除いた領域の少なくとも一部に肉抜き部が形成されている。
【0056】
これにより、先端部３４に別の部品（例えばエッジガイド５）を取り付けることができる。あるいは、先端部３４が何かに衝突した際に先端部を欠けにくくすることができる。
【0057】
また、本実施形態のロボット１００において、ハンド３のうち、鉛直方向上側の面を上面とし、鉛直方向下側の面を下面としたときに、上面は平坦であり、下面に厚肉部３３ａと薄肉部３３ｂの境界としての段差が形成されている。
【0058】
これにより、上面に塵等が溜まりにくくなる。
【0059】
以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【0060】
基台１が向上の床面に設置される構成に代えて、基台１が天井面に設置される構成（天吊り式）であってもよい。
【0061】
ハンド３の先端部３４には、エッジガイド５に代えて又は加えて、基板Ｗを検出するためのマッピングセンサが配置されていてもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】