特表 2024-508652 一体型ペイロードグリッパーを有する真空環境ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-28

(54)【発明の名称】一体型ペイロードグリッパーを有する真空環境ロボット

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20240220BHJP

   B25J 15/06 20060101ALI20240220BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20240220BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 B

B25J15/06 Z

H01L21/68 R

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023547339

(86)(22)【出願日】2022-02-23

(85)【翻訳文提出日】2023-08-04

(86)【国際出願番号】 US2022017461

(87)【国際公開番号】W WO2022182716

(87)【国際公開日】2022-09-01

(31)【優先権主張番号】63/152,979

(32)【優先日】2021-02-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】514062448

【氏名又は名称】パーシモン テクノロジーズ コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＰＥＲＳＩＭＭＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＣＯＲＰ．

(74)【代理人】

【識別番号】100127188

【弁理士】

【氏名又は名称】川守田 光紀

(72)【発明者】

【氏名】ホシェク マルチン

(72)【発明者】

【氏名】サー スリパティ

(72)【発明者】

【氏名】シュクラ ヒマーンシュ

【テーマコード（参考）】

3C707

5F131

【Ｆターム（参考）】

3C707AS24

3C707BS15

3C707CT04

3C707CV07

3C707CW07

3C707FS10

3C707NS13

5F131AA02

5F131CA32

5F131DB03

5F131DB23

5F131DB52

5F131DB57

5F131DB76

5F131DB99

5F131EB17

5F131JA03

5F131JA12

(57)【要約】

ある実施形態に従う装置は、駆動部と、第１の回転関節において前記駆動部に対して回動可能な第１のリンクを有する可動アームと、前記第１のリンクの前記第１の回転関節周りの回動を生じさせる第１のアクチュエータと、第２の回転関節において前記第１のリンクに連結される少なくとも１つの第２のリンクと、前記第２のリンクの前記第２の回転関節周りの回動を生じさせる第２のアクチュエータと、前記第２のリンク上のグリッパーとを備える。グリッパーは、誘電体基板と、自身の表面にペイロードを引き付けるための引力を生成する電極とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動部と；
前記駆動部に接続された可動アームと；
を備える装置であって、前記可動アームは、
第１の回転関節において前記駆動部に対して回動可能な第１のリンクと；
少なくとも１つの前記第１のリンクの前記第１の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される第１のアクチュエータと；
第２の回転関節において前記第１のリンクに連結される少なくとも１つの第２のリンクと；
前記少なくとも１つの第２のリンクの前記第２の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される少なくとも１つの第２のアクチュエータと；
前記少なくとも１つの第２のリンク上の少なくとも１つのグリッパーであって、ペイロードを運ぶように構成される、少なくとも１つのグリッパーと；
を備え、前記少なくとも１つのグリッパーは、
誘電体基板と；
前記誘電体基板上に配置され、自身の表面にペイロードを引き付けるための引力を生成するように構成される、少なくとも１つの電極と；
前記少なくとも１つの電極に電流源から電圧を印加するように構成される主電子モジュールと；
を備える、装置。

【請求項2】

前記電流源は交流電流を有する請求項１記載の装置。

【請求項3】

前記電流源と前記少なくとも１つの電極との間に電気カップリングを備える請求項１記載の装置。

【請求項4】

前記電気カップリングは一対の誘導結合コイルを有する、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記電気カップリングはキャパシタを有し、
前記キャパシタは環状に配置される外側円筒状電極であって内側円筒状電極に対して回転可能な外側円筒状電極を有し、
前記外側円筒状電極と前記内側円筒状電極とは、ギャップによって分離されている、
請求項３に記載の装置。

【請求項6】

前記電気カップリングは、軸方向に配置された第１のディスク及び第２のディスクを有するキャパシタを有し、前記第１のディスク及び前記第２のディスクはギャップによって分離されている、請求項３に記載の装置。

【請求項7】

前記電気カップリングは前記少なくとも１つの電極を跨ぐ電圧を昇圧する、請求項３に記載の装置。

【請求項8】

前記主電子モジュールは回路を備え、
前記回路は、前記少なくとも１つの電極に対して制御信号を生成するように構成されるか、又は、前記少なくとも１つの電極からステータス信号を受信するように構成される、
請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記回路は、交流を直流に変換する整流器を含む、請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記電流源は直流であり、前記電気カップリングはスリップリング構成を有する、請求項３に記載の装置。

【請求項11】

前記電流源はグランドに接続される、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記少なくとも１つの電極は誘電体基板材に埋め込まれる、請求項１に記載の装置。

【請求項13】

前記少なくとも１つのグリッパーは静電放電原理で動作する、請求項１に記載の装置。

【請求項14】

駆動部を提供することと；
前記駆動部に接続された可動アームを提供することと；
を含む方法であって、前記可動アームは、
第１の回転関節において前記駆動部に対して回動可能な第１のリンクと；
少なくとも１つの前記第１のリンクの前記第１の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される第１のアクチュエータと；
第２の回転関節において前記第１のリンクに連結される少なくとも１つの第２のリンクと；
前記少なくとも１つの第２のリンクの前記第２の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される少なくとも１つの第２のアクチュエータと；
前記少なくとも１つの第２のリンク上の少なくとも１つのグリッパーと；
を備え、前記少なくとも１つのグリッパーは、
誘電体基板と；
前記誘電体基板上に配された少なくとも１つの電極と；
を有し、
前記方法は更に、電流源から前記少なくとも１つの電極に電圧を印加して、前記電極の表面に引力を発生させ、前記少なくとも１つの電極と、該電極に隣接し、前記少なくとも１つのグリッパーによって運ばれるペイロードとの間に引力を発生させることを含む、方法。

【請求項15】

前記電流源は交流電流を有する、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

交流を直流に整流することを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記電流源と前記少なくとも１つの電極との間に電気カップリングを提供することを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

前記電気カップリングを用いて前記電流源と前記少なくとも１つの電極とを誘導的に結合することを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

誘導電気カップリングを用いて前記少なくとも１つの電極を跨ぐ電圧を昇圧することを含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記電気カップリングを用いて前記電流源と前記少なくとも１つの電極とを容量性結合することを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項21】

前記少なくとも１つの電極に電流を印加することは、直流電流を印加することを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項22】

前記少なくとも１つのグリッパーは、前記少なくとも１つの電極と前記ペイロードとの間に引力を生じさせまた解放するために、静電放電によって動作する、請求項１４に記載の方法。

【請求項23】

少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータプログラム命令を格納する少なくとも１つの不揮発性メモリとを備える装置であって、前記コンピュータプログラム命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに実行されると、前記装置に、
少なくとも１つの電極に電流源から電圧を印加して、前記電極の表面に引力を発生させ、前記少なくとも１つの電極と、該電極に隣接するペイロードとの間に引力を発生させることを遂行させるように構成され、
前記ペイロードは少なくとも１つのグリッパーによって運ばれるように構成される、
装置。

【請求項24】

前記電流源は交流電流を有する請求項２３記載の装置。

【請求項25】

交流を直流に整流することを遂行させるようにされる、請求項２４に記載の装置。

【請求項26】

前記電流源は、前記少なくとも１つの電極に誘導的に結合される、請求項２３に記載の装置。

【請求項27】

前記少なくとも１つの電極を跨ぐ電圧を昇圧することを遂行させるようにされる、請求項２６に記載の装置。

【請求項28】

前記電流源は、前記少なくとも１つの電極に容量性結合される、請求項２３に記載の装置。

【請求項29】

前記電圧は直流電流を印加することにより印加される、請求項２３に記載の装置。

【請求項30】

ロボットを使用してペイロードを運搬する方法であって、前記方法は、
ロボットのエンドエフェクタに配されるグリッパーに位置する少なくとも１つの電極に、電流源から電圧を印加し、前記電極に第１の電荷分布を生じさせることと；
前記少なくとも１つの電極にペイロードを載せることと；
前記少なくとも１つの電極上の電荷とは極性が反対の電荷による第２の電荷分布を前記ペイロードに生じさせることと；
前記ペイロードを前記グリッパーに引きつけることと；
前記エンドエフェクタに前記ペイロードを運搬させることと；
を含む、方法。

【請求項31】

前記少なくとも１つの電極に電圧を印加することは、交流電流から電圧印加することを含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項32】

交流を直流に整流することを含む、請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

前記電流源を前記少なくとも１つの電極に誘導的に結合することを含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項34】

前記少なくとも１つの電極を跨ぐ電圧を昇圧することを含む、請求項３３に記載の方法。

【請求項35】

前記電流源と前記少なくとも１つの電極とを容量性結合することを含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項36】

前記ペイロードを解放することを含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項37】

前記ペイロードを解放することは、前記電極上の前記第１の電荷分布と前記ペイロード上の前記第２の電荷分布の静電放電を伴う、請求項３６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景】

【0001】

［技術分野］
例示的かつ非限定的な実施形態は、一般に、真空環境で使用するための原材料ハンドリングロボットに関し、より詳細には、真空環境で使用するための原材料ハンドリングロボットであって、統合された電気制御式ペイロード把持システムを有するロボットに関する。

【0002】

［先行技術の簡単な説明］
半導体ウェハ処理システムで使用される原材料ハンドリング真空環境ロボットは、通常、半導体ウェハのようなペイロードを、ペイロードとエンドエフェクタ間の摩擦力によって、ロボットのエンドエフェクタ上に受動的に保持する。利用可能な摩擦力により、エンドエフェクタの加速度は、エンドエフェクタ上でのペイロードの滑りが発生するレベル以下に制限されるため、原材料ハンドリング動作の所望の時間よりも長くなり、その結果、半導体ウェハ処理システムの生産性（例えば時間当たりのウェハ処理枚数）に影響を与える。しかし、積極的にペイロードを把持するようなシステムは、この種のアプリケーションでは使用されない。というのも、（ａ）真空適合性、電力供給、通信信号、熱除去の理由のために、真空環境においてアクティブコンポーネントをサポートすることが困難であることと、（ｂ）可動機械コンポーネントの接触や相対運動により発生する粒子状物質によるペイロード汚染のリスクがあることのためである。

【摘要】

【0003】

ある見方によれば、装置は、駆動部と、前記駆動部に接続された可動アームとを備える。ここで前記可動アームは、
第１の回転関節において前記駆動部に対して回動可能な第１のリンクと；
少なくとも１つの前記第１のリンクの前記第１の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される第１のアクチュエータと；
第２の回転関節において前記第１のリンクに連結される少なくとも１つの第２のリンクと；
前記少なくとも１つの第２のリンクの前記第２の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される少なくとも１つの第２のアクチュエータと；
前記少なくとも１つの第２のリンク上の少なくとも１つのグリッパーであって、ペイロードを運ぶように構成される、少なくとも１つのグリッパーと；
を備える。また前記少なくとも１つのグリッパーは、
誘電体基板と；
前記誘電体基板上に配置され、自身の表面にペイロードを引き付けるための引力を生成するように構成される、少なくとも１つの電極と；
前記少なくとも１つの電極に電流源から電圧を印加するように構成される主電子モジュールと；
を備える。

【0004】

別の見方によれば、方法は、駆動部を提供することと；
前記駆動部に接続された可動アームを提供することと；
を含む。ここで前記可動アームは、
第１の回転関節において前記駆動部に対して回動可能な第１のリンクと；
少なくとも１つの前記第１のリンクの前記第１の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される第１のアクチュエータと；
第２の回転関節において前記第１のリンクに連結される少なくとも１つの第２のリンクと；
前記少なくとも１つの第２のリンクの前記第２の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される少なくとも１つの第２のアクチュエータと；
前記少なくとも１つの第２のリンク上の少なくとも１つのグリッパーと；
を備える。また前記少なくとも１つのグリッパーは、誘電体基板と、前記誘電体基板に配される少なくとも１つの電極を有する。
そして前記方法は更に、電流源から前記少なくとも１つの電極に電圧を印加して、前記電極の表面に引力を発生させ、前記少なくとも１つの電極と、該電極に隣接し、前記少なくとも１つのグリッパーによって運ばれるペイロードとの間に引力を発生させることを含む。

【0005】

別の見方によれば、装置は、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータプログラム命令を格納する少なくとも１つの不揮発性メモリとを備え、前記コンピュータプログラム命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに実行されると、前記装置に、少なくとも１つの電極に電流源から電圧を印加して、前記電極の表面に引力を発生させ、前記少なくとも１つの電極と、該電極に隣接するペイロードとの間に引力を発生させることを遂行させるように構成される。ここで前記ペイロードは、少なくとも１つのグリッパーによって運ばれるように構成される。

【0006】

別の見方によれば、ロボットを使用してペイロードを運搬する方法は、
ロボットのエンドエフェクタに配されるグリッパーに位置する電極に、電流源から電圧を印加し、前記電極に第１の電荷分布を生じさせることと；
前記電極にペイロードを載せることと；
前記電極上の電荷とは極性が反対の電荷による第２の電荷分布を前記ペイロードに生じさせることと；
前記ペイロードを前記グリッパーに引きつけることと；
前記エンドエフェクタに前記ペイロードを運搬させることと；
を含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

前述の捉え方や他の特徴について、添付図面を参照しつつ以下に説明する。

【0008】

図１は、真空環境で使用する原材料ハンドリングロボットの一例の略図である。

【0009】

図２Ａは、収縮状態にあるロボットを示す図１のロボットの略上面図である。

【0010】

図２Ｂ～図２Ｄは、ロボットアームの２本の前腕のうちの上側の前腕を様々な角度で伸ばした状態を示す、図１のロボットの略上面図である。

【0011】

図２Ｅ～図２Ｇは、ロボットアームの２本の前腕のうちの下側の前腕を様々な角度で伸ばした状態を示す、図１のロボットの略上面図である。

【0012】

図３は、図１のロボットの内部構造を示す略断面図である。

【0013】

図４は、分散型アクチュエータを有するロボットの代替的な内部構造を示す略断面図である。

【0014】

図５は、真空環境で使用する原材料ハンドリングロボットの別の例の略断面図である。

【0015】

図６Ａ～図６Ｇは、図５のロボットの前腕を様々な角度で伸ばした状態を示す略上面図である。

【0016】

図７Ａは、真空環境で使用する原材料ハンドリングロボットの別の例の略断面図である。

【0017】

図７Ｂ及び図７Ｃは、図７Ａの原材料ハンドリングロボットのエンドエフェクタの略図である。

【0018】

図８Ａ～図８Ｇは、図７のロボットの前腕を様々な角度で伸ばした状態を示す略上面図である。

【0019】

図９Ａ及び図９Ｂは、回転サーマルカップリングの例を示す切断面図である。

【0020】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、例示的な容量性回転カップリングの略図である。

【0021】

図１１は、誘導電力カップリングの略図である。

【0022】

図１２は、通信リンクの略図である。

【0023】

図１３は、回転電力カップリングと通信リンクを一体化した回転カップリングアセンブリの略図である。

【0024】

図１４は、例示的なペイロード把持システムのアーキテクチャ例を示すブロック図である。

【0025】

図１５Ａ～図１５Ｍは、一体型ペイロードグリッパーの例示的な実施形態の略図である。

【0026】

図１６は、一体型ペイロードグリッパーの単極構成の略図である。

【0027】

図１７は、低抵抗率材料を使用した、出願当初の請求項１６に記載の一体型ペイロードグリッパーの略図である。

【0028】

図１８は、一体型ペイロードグリッパーのバイポーラ構成の略図である。

【0029】

図１９は、位相オフセットを有する３相システムを採用したペイロードグリッパーの略図である。

【0030】

図２０Ａ及び図２０Ｂは、一体型ペイロードグリッパーを有するエンドエフェクタの略図である。

【0031】

図２１Ａ、図２１Ｂ、及び図２１Ｃは、主電子モジュールがペイロードグリッパーに直接接続されている実施形態の略図である。

【0032】

図２２は、補助電子モジュールが回転カップリングに組み込まれたロボットの内部構造を示す略断面図である。

【詳細説明】

【0033】

これらの特徴について図面に示す例示的な実施形態を参照して説明するが、実施形態の多くの代替形態においてこれらの特徴を具体化できることを理解すべきである。また、要素や材料に関して任意の適切なサイズ、形状もしくは種類を採用することができることも理解すべきである。

【0034】

本明細書で開示される事項は、真空対応グリッパー（把持具）又は真空対応把持システムを有する真空環境ロボットの例示的な実施形態である。これらのロボットは、望まれるような高い保持力で、ロボットの各エンドエフェクタ上にペイロードを保持することができる。このため、エンドエフェクタの高加速を可能にし、原材料ハンドリングの操作時間を短縮し、ロボットによって行われる半導体ウェハ処理システムの生産性を向上させる。また、このようなロボットは、機械的接触や相対運動により発生する可能性のある粒子状物質によるペイロード汚染のリスクを増大させることなく、求められるような高いペイロード保持力を達成することができる。

【0035】

ここで図１を参照すると、本発明による例示的な原材料ハンドリング真空環境ロボットの簡略化された図が一般的に１００で示されている。このロボットを、以下「ロボット１００」と称する。例示的なロボット１００は、ロボットアーム１０５、駆動ユニット１１０、及び制御システム１１５を備えてもよい。駆動ユニット１１０は大気環境１１７に配置されてもよく、ロボットアーム１０５は真空環境１１８に配置されてもよい。ロボットアーム１０５は、駆動ユニット１１０を通り、大気環境１１７と真空環境１１８とを隔てる隔壁を通って延びる駆動軸Ａの周りに回転可能であってもよい。ロボットアーム１０５は、１本の上腕１２０及び１本又は複数の前腕１２５を備えてもよい。図１の特定の例では、２本の前腕１２５が示されている。前腕１２５の各々は、ペイロードを受け入れるように構成された「チャック」又はペイロードグリッパー（ペイロート把持具）１３５を有するエンドエフェクタ１３０を支持することができる。本明細書で開示されるどのような例においても、グリッパーは前腕に設けてもよいし、（例えば一体型として）前腕に埋め込んでもよい。ペイロードグリッパー１３５によって受け入れられ得るペイロードの例としては、半導体ウェハが挙げられるが、これらに限定されない。

【0036】

次に図２Ａから図２Ｇを参照すると、ロボット１００の動作が示されている。図２Ａは、収縮状態にあるロボット１００を図示している。この状態において、前腕１２５は上腕１２０の上に位置している。図２Ｂ及び図２Ｃは、上側の前腕１２５が下側の前腕１２５から１３５度の角度で回転した状態にあるロボット１００を示している。図２Ｄは、上側の前腕１２５が下側の前腕１２５から１３５度未満の角度で回転した状態にあるロボット１００を図示する。図２Ｅは、下側の前腕１２５が上側の前腕１２５から１３５度未満の角度で回転した状態にあるロボット１００を示す。図２Ｆ及び図２Ｇは、下側の前腕１２５が上側の前腕１２５から１３５度の角度で回転した状態にあるロボット１００を示す。

【0037】

次に図３を参照すると、ロボット１００における様々な構成要素とその内部構造の例が示されている。ロボット１００の駆動ユニット１１０は、１つ又は複数の駆動シャフトを有するスピンドルアセンブリ１８０を有してもよい。駆動ユニット１１０には３つの駆動シャフト１８５ａ、１８５ｂ、１８５ｃが同軸に配置されており、それぞれモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３によって作動される。駆動シャフト１８５ｃが最も内側の駆動シャフトであり、駆動シャフト１８５ａが最も外側の駆動シャフトである。実施形態によっては、駆動ユニット１１０は、スピンドルアセンブリ１８０を（Ｚ軸に沿って）上下に移動させるように構成され得る、垂直（Ｚ軸）リフト機構１９０を更に有してもよい。スピンドルアセンブリ１８０は、例えば、ボールねじ及びモータＭｚを用いて動くことができてもよい。

【0038】

ロボット１００の駆動ユニット１１０は、ロボットアーム１０５が動作する真空環境１１８を封じ込めるために、ベローズ１９５と、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３のステータとロータの間の円筒形バリアとをさらに有することができる。ベローズ１９５は、スピンドルアセンブリ１８０の上下動に対応するように構成されてもよい。あるいは、ロボット１００は、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３のステータとロータの間に隔壁が存在しないように構成されてもよく、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３のステータは、真空環境１１８内に配置されてもよい。モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３の各々、及びＭｚには、位置エンコーダのような位置測定システムが組み込まれていてもよい。

【0039】

ロボットアーム１０５の上腕１２０は、最も外側の駆動シャフト１８５ａと、１つ又は複数の前腕１２５とに接続され得る。前腕１２５は、同軸回転関節２００（肘関節と呼ばれる）を介して上腕１２０に結合され得る。図３の例では、２本の前腕１２５が示されている。上側の前腕１２５（前腕Ａと示されている）は、第１の伝達機構を通じて、駆動ユニット１１０の中間駆動シャフト１８５ｂによって作動されることができる。一例として、第１の伝達機構は、駆動ユニット１１０の中間駆動シャフト１８５ｂに取り付けられたプーリ、前腕Ａに取り付けられたプーリ、及び２つのプーリ間のベルト、バンド、又はケーブルを有することができる。同様に、下側前腕１２５（前腕Ｂと示されている）は、第２の伝動配置を通じて、駆動ユニット１１０の内側駆動シャフト１８５ｃによって作動させることができる。一例として、第２の伝達機構は、駆動ユニット１１０の内側駆動シャフト１８５ｃに取り付けられたプーリ、前腕Ｂに取り付けられたプーリ、及び２つのプーリ間のベルト、バンド、又はケーブルを有することができる。前腕１２５の各々は、半導体ウェハなどのペイロードを受け入れるように構成されたペイロードグリッパー１３５を有するエンドエフェクタ１３０を支持することができる。例えば、前腕ＡはグリッパーＡを有するエンドエフェクタＡを支持し、前腕ＢはグリッパーＢを有するエンドエフェクタＢを支持することができる。

【0040】

改めて図３を参照すると、ロボットアーム１０５の１つ又は複数の同軸回転関節２００は、実施形態によっては、同軸回転関節２００を渡って熱を伝達するように構成される１つ又は複数のサーマルカップリング構成２１０によって補完され得る。オプションのサーマルカップリング構成２１０は、ペイロードグリッパー１３５に関連する構成要素であって熱を発生するあらゆる構成要素からの熱の除去を改善するために利用することができる。

【0041】

ロボット１００の動きを制御するために、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭｚに関連するエンコーダ信号及びモータ線は、制御システム１１５の主電子モジュール１４０５にリンクしてもよい。制御システム１１５（及び主電子モジュール１４０５）は、駆動ユニット１１０内に配置されてもよいし、図３に概略的に示すように、駆動ユニット１１０のハウジングの外部に配置されてもよい。

【0042】

主電子モジュール１４０５は、例えば、ユーザ又はホストシステムから外部入力を受け取ると共に、位置エンコーダから個々の運動軸（モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍｚ）の位置を読み取る。そして、ロボット１００の所望の運動を実行するため、及び／又はロボットアーム１０５の所望の状態を達成するために、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、及びＭｚに電圧を印加するための情報を処理することができる。

【0043】

次に図４を参照すると、例示的ロボット１００に適用可能な代替的内部構成が例示的「ロボット３００」に関して示されている。例示的ロボット３００は、分散アクチュエータを有してもよい。ロボットアーム３０５は、肩関節で駆動ユニット３１０に接続された上腕３２０を備えてもよい。上腕３２０は真空環境１１８内に位置する。１本又は複数の前腕３２５が、同軸回転関節４００（肘関節と呼ばれる）を介して上腕３２０に結合されてもよい。図４の特定の例では、２本の前腕３２５が示されている。上腕３２０は、それぞれが前腕３２５の１つに結合された１つ又は複数のアクチュエータ（モータ）を収容することができる。上記の例示的なロボット１００と同様に、前腕３２５の各々は、ペイロードを受け入れるように構成されたペイロードグリッパー３３５を有するエンドエフェクタ３３０を支持することができる。ペイロードグリッパー３３５によって受け入れられ得るペイロードの例としては、半導体ウェハが挙げられるが、これらに限定されない。

【0044】

ロボット３００の駆動ユニット３１０は、駆動シャフト３８５を有するスピンドルアセンブリ３８０を有することができると共に、実施形態によっては、垂直リフト（Ｚ軸）機構３９０を有することができる。Ｚ軸機構３９０は、モータＭｚを用いて、例えばボールネジを介してスピンドルアセンブリ３８０を上下に動かすように構成されてもよい。駆動シャフト３８５は、肩関節において上腕３２０に結合されてもよく、モータＭ１によって作動されてもよい。

【0045】

ロボット３００の駆動ユニット３１０は、ロボットアーム３０５が動作する空間に存在し得る真空環境１１８を封じ込めるために、図３の例示的なロボット１００と同様に、ベローズ３９５と、モータＭ１の１つ又は複数のステータと１つ又は複数のロータとの間の円筒形バリアとを備えてもよい。ベローズ３９５は、ロボット３００のスピンドルアセンブリ３８０の上下運動に対応するように構成されてもよい。あるいは、モータＭ１のステータとロータとの間に隔壁を設けず、モータＭ１のステータを真空環境１１８内に配置してもよい。

【0046】

ロボット３００の制御システムは、マスターコントローラ３１５と、駆動ユニット３１０に固定的に配置された１つ又は複数の制御モジュール３１６と、スピンドルアセンブリ３８０に取り付けられた１つ又は複数の制御モジュール３１７と、ロボットアーム３０５に配置された１つ又は複数の制御モジュール３１８とを備えてもよい。マスターコントローラ３１５と制御モジュール３１６、３１７、３１８は、通信ネットワークによって接続されていてもよい。

【0047】

ロボット３００の例では、ロボットアーム３０５の肘関節に関連するアクチュエータ（モータＭ２及びＭ３）は、上腕３２０内のモータに近接して配置された制御モジュール３１８によって制御される場合がある。

【0048】

駆動ユニット３１０のスピンドルアセンブリ３８０に配置されたアクチュエータ（モータＭ１）は、スピンドルアセンブリ３８０に取り付けられて共に上下動しうる制御モジュール３１７によって制御されてもよい。Ｚモータ（Ｍｚ）は、例えば、駆動ユニット３１０の基部に固定的に配置された制御モジュール３１６によって制御されてもよい。

【0049】

マスターコントローラ３１５を通じて、制御システムは、例えば、ユーザまたはホストシステムから外部入力を受け取り、位置エンコーダ（簡略化のため図示せず）から個々の運動軸（モータ）の位置を読み取り、その情報を処理して、モータに電圧を印加して所望の運動を行い、及び／又は所望の位置を達成することができる。

【0050】

例示のロボット３００では、上腕３２０は真空環境１１８内に位置し、真空環境１１８に曝されうる。上腕３２０の内部空間は、真空環境１１８から封止隔離され、空気、別の混合気体、又は単一の気体、例えば窒素で満たされてもよい。図４に示されるように、上腕３２０の内部空間は、その中に延伸する駆動シャフト３８５の上端を含んでもよい。駆動シャフト３８５は、下端で密封されてもよく、電気機械部品を収容し、（真空とは対照的に）気体環境においてそれらの接続を可能にすることができる密封空洞を形成する。一例として、上記密閉空洞は、制御モジュール３１７と回転カップリングモジュールの一部を収容することができる。

【0051】

図４に示されるように、上記密閉空洞は、モータＭ３及びＭ４のステータを収容してもよい。この場合、モータＭ３及びＭ４のステータとロータとの間の円筒形のバリアを利用して、上腕３２０の内部空間を外部の真空環境１１８から分離してもよい。あるいは、モータＭ２及びＭ３のステータは、真空環境内に配置されてもよい。この場合、密閉されたキャビティ内に配置されたＭ２／Ｍ３制御モジュールと接続するために、電気フィードスルーが利用されてもよい。

【0052】

さらに図４を参照すると、モータＭ３及びＭ４並びに制御モジュール３１８は、上腕３２０に放熱するようにされてもよい。この構成において、モータＭ３及びＭ４並びに制御モジュール３１８によって生成された熱は、上腕３２０に伝わり、駆動シャフト３８５に伝搬し、スピンドルアセンブリ３８０のネック３８３に放射され、スピンドルアセンブリ３８０のハウジングに伝搬してもよい。

【0053】

次に図５を参照すると、真空対応原材料ハンドリングロボット（及びその内部構造）の別の例が示されている。このロボットは「ロボット５００」と呼ばれる。ロボット５００は、開示されている他の例示的ロボットに類似している。例示的ロボット５００は、ロボットアーム５０５と、駆動ユニット５１０と、駆動ユニット５１０に内蔵され得る制御システム又はコントローラ５１５とを備えてもよい。駆動ユニット５１０は、スピンドルアセンブリ５８０と、１つ又は複数の駆動シャフトとを備えてもよい。例えば、各々がそれぞれのモータによって作動される、同軸上に配置された３つの駆動シャフトを備えてもよい。実施形態によっては、スピンドルアセンブリ５８０を上下に移動させるために、垂直リフト（Ｚ軸）機構５９０を備えてもよい。Ｚ軸機構５９０は、モータＭｚを用いて、例えばボールネジを介してスピンドルアセンブリ５８０を上下に動かすように構成されてもよい。スピンドルアセンブリ５８０は、上腕５２０に接続され、モータＭ１によって作動される駆動シャフト５８５を備えてもよい。

【0054】

ロボットアーム５０５は、直列に配置され、回転関節５０２を介して互いに結合された２つのリンクと、１つ又は複数の追加のリンクとを備えてもよい。この１つ又は複数の追加のリンクは、例えば、上側の第３のリンク（リンク３Ａ）及び下側の第３のリンク（リンク３Ｂ）であってもよく、これらは初めの２つのリンク（リンク１及びリンク２）と直列に配置され、同軸回転関節５０３を介して２番目のリンク（リンク２）に結合される。

【0055】

以下の用語は図５のロボットアーム５０５を説明するために使用される。例示のロボットアーム５０５の第１のリンクはリンク１又は上腕５２０と呼ばれ、第２のリンクはリンク２又は前腕５２１と呼ばれる。上側の第３のリンクはリンク３Ａ又は手首Ａと呼ばれ、下側の第３のリンクはリンク３Ｂ又は手首Ｂと呼ばれる。スピンドルアセンブリ５８０とリンク１との間の回転関節５０１は肩関節と呼ばれ、リンク１とリンク２との間の回転関節５０２は肘関節と呼ばれ、リンク２とリンク３Ａとの間の回転関節５０３は手首関節Ａと呼ばれ、リンク２とリンク３Ａとの間の回転関節５０３は手首関節Ｂと呼ばれる。ペイロードグリッパー５３５によって受け入れられ得るペイロードの例としては、半導体ウェハが挙げられるが、これらに限定されない。

【0056】

図１５Ｅに示されるように、上腕１は、駆動ユニット５１０のスピンドルアセンブリ５８０に収容されうるモータＭ１によって作動させられてもよい。リンク１は、リンク２を駆動するように構成されたモータＭ２を収容してもよい。リンク２は、それぞれが手首関節を介してリンク２に結合された追加リンクの１つを駆動するように構成された、１つ又は複数のアクチュエータ（モータ）を収容してもよい。図５の特定の例では、リンク２は、リンク３Ａ及び３Ｂをそれぞれ駆動するように構成されたモータＭ３及びＭ４を収容することができる。

【0057】

ロボット５００の駆動ユニット５１０は、ロボットアーム５０５が動作する空間に存在し得る真空環境１１８を封じ込めるために、図３の例示的なロボット１００と同様に、ベローズ５９５と、モータＭ１の１つ又は複数のステータと１つ又は複数のロータとの間の円筒形バリアとを備えてもよい。ロボット５００において、ベローズ５９５は、スピンドルアセンブリ５８０の上下運動に対応するように構成されてもよい。あるいは、モータＭ１のステータとロータとの間に隔壁を設けず、モータＭ１のステータを真空環境１１８内に配置してもよい。

【0058】

ロボット５００の制御システムは、マスターコントローラ５１５と、駆動ユニット５１０に静止状態で配置された１つ又は複数の制御モジュール５１６と、スピンドルアセンブリ５８０に取り付けられた１つ又は複数の制御モジュール５１７と、ロボットアーム５０５に配置された１つ又は複数の制御モジュール５１８とを備えてもよい。マスターコントローラ５１５と制御モジュール５１６、５１７、５１８は、通信ネットワークによって接続されていてもよい。

【0059】

例示のロボット５００において、肘関節に関連するアクチュエータ（モータＭ２）は、上腕５２０に配置された制御モジュール５１８によって制御されてもよく、手首関節に関連するアクチュエータ（モータＭ３及びＭ４）は、前腕５２１（リンク２）に配置された制御モジュール５２３によって制御されてもよい。また、制御モジュール５２３は、通信ネットワークによって、コントローラ５１５及び制御モジュール５１６、５１７、５１８に接続されていてもよい。

【0060】

駆動ユニット５１０のスピンドルアセンブリ５８０に配置された１つ又は複数のアクチュエータ（モータＭ１）は、スピンドルアセンブリ５８０に取り付けられた制御モジュール５１７によって制御されてもよい。制御モジュール５１７は、スピンドルアセンブリ５８０と共に上下動してもよい。Ｚモータ（Ｍｚ）は、例えば、駆動ユニット５１０の基部に固定的に配置された制御モジュール５１６によって制御されてもよい。

【0061】

図５に描かれているように、制御モジュール５１６、５１７、５１８は、例えば駆動ユニット５１０の基部に配置されてもよいマスターコントローラ５１５によって、例えば通信ネットワークを介して調整されてもよい。マスターコントローラ５１５は、図４に示されるように、駆動ユニット５１０の外部に配置されてもよい。

【0062】

制御システムは、マスターコントローラ５１５を通じて、例えばユーザ又はホストシステムから外部入力を受け取り、位置エンコーダ（簡単化のため図示せず）から個々の運動軸（モータ）の位置を読み取り、これらの情報を処理して、モータに電圧を印加して所望の運動を行わせ、及び／又は所望の位置を達成することができる。

【0063】

図５の例示的ロボット５００において、上腕５２０は、真空環境１１８内に位置してもよく、真空環境１１８に曝されうる。上腕５２０の内部空間は、真空環境１１８から封止隔離され、空気、別の混合気体、又は単一の気体、例えば窒素で満たされてもよい。図５に示されるように、駆動シャフト５８５は、上腕５２０の内部空間内へと延伸してもよい。また駆動シャフト５８５は、下端で密封されていてもよく、電気機械部品を収容し、（真空とは対照的に、）気体環境においてそれらの接続を可能にしうる封止された空間を形成する。一例として、封止された空洞は、制御モジュール５１８と回転カップリングモジュールの一部を収容することができる。

【0064】

ロボット３００で使用されたものと実質的に同じ上腕構成をロボット５００で利用することができる。ロボット５００の前腕５２１（リンク２）も、真空環境内に配置され、真空環境に曝されうる。この場合、前腕の内部空間も真空環境から封止隔離され、空気、別の混合気体、又は例えば窒素などの単一気体で満たされてもよく、電気機械部品を収容し、（真空とは対照的に、）気体環境においてそれらの接続を可能にする空洞を形成してもよい。

【0065】

ロボット５００において、前腕５２１（リンク２）の封止された空洞は、モータＭ３及びＭ４のステータを収容してもよい。この場合、モータＭ３及びＭ４のステータとロータとの間の円筒形のバリアを利用して、上腕５２０の内部空間を外部の真空環境１１８から分離してもよい。あるいは、モータＭ３及びＭ４ステータは、真空環境内に配置されてもよい。この場合、封止されたキャビティ内に配置された制御モジュールと接続するために、電気フィードスルーが利用されてもよい。

【0066】

ロボット５００において、モータＭ３及びＭ４ならびに制御モジュール５２３は、前腕５２１（リンク２）に放熱するようにされてもよい。この構成では、モータＭ３及びＭ４ならびに制御モジュール５２３によって生成された熱は、前腕５２１（リンク２）を通じて伝達され、肘関節を通じて上腕５２０に放熱されてもよい。

【0067】

ロボットアーム５０５に配置されたモータ及び制御モジュール５１８及び５２３によって生成された熱を除去するために、ロボットアーム５０５の１つ又は複数の回転関節は、対応する回転関節によって接続されたリンク間で熱を伝達するように構成された１つ又は複数の回転サーマルカップリング構成又は回転サーマルカップリング９００によって補完されてもよい。ロボット５００では、肩関節５０１及び肘関節５０２はそれぞれ、１つの回転サーマルカップリング９００によって補完される。

【0068】

次に図６Ａから図６Ｇを参照すると、ロボット５００の動作が示されている。図６Ａは、収縮状態にあるロボット５００を図示する。この状態において、前腕５２１（リンク２）及びエンドエフェクタ５３０は上腕５２０の上に位置している。図６Ｂ及び図６Ｃは、上腕５２０、前腕５２１（リンク２）、及び上側のエンドエフェクタ５３０が、駆動ユニット５１０から離れるように伸長した状態におけるロボット５００を図示する。図６Ｄは、前腕５２１（リンク２）及び上側のエンドエフェクタ５３０が、上腕５２０とは反対方向に伸長した状態におけるロボット５００を図示する。図６Ｅは、前腕５２１（リンク２）及び下側のエンドエフェクタ５３０が、上腕５２０とは反対方向に伸長した状態におけるロボット５００を示す。図６Ｆ及び図６Ｇは、上腕５２０、前腕５２１（リンク２）、及び下側のエンドエフェクタ５３０が、駆動ユニット５１０から離れる方向に伸長した状態におけるロボット５００を示す。

【0069】

次に図７Ａを参照すると、真空対応原材料ハンドリングロボットの別の例が示されている。このロボットは「ロボット７００」と呼ばれている。ロボット７００は、駆動ユニット７１０と、肩７０１を中心に回転可能な上腕７２０（リンク１）と、肘７０２を中心に回転可能な前腕７２１（リンク２）と、手首関節７０７を中心に回転可能なエンドエフェクタ７３０とを備える点で、機械的構造においてロボット３００及び５００に類似している。しかし、図７Ｂ及び図７Ｃに示されるように、ロボット７００において、前腕７２１上の手首関節７０７の各々は、複数のエンドエフェクタ７３０を支持し得る。図７Ｂ及び図７Ｃに示されるように、各手首関節７０７は、２つのエンドエフェクタ７３０を支持する。これら２つのエンドエフェクタ７３０の各々は、横に並んだ配置で２つのペイロードグリッパー７３５を有する。各グリッパー７３５は、半導体ウェハなどのペイロードを受け入れるように構成される。

【0070】

ロボット７００の駆動ユニット７１０は、駆動シャフト７８５を有するスピンドルアセンブリ７８０を有することができると共に、実施形態によっては、垂直リフト（Ｚ軸）機構７９０を有することができる。ロボット７００のＺ軸機構７９０は、モータＭｚを用いて、例えばボールねじを介して、スピンドルアセンブリ７８０を上下に移動させるように構成されてもよい。スピンドルアセンブリ７８０は、上腕７２０に接続されたシャフト７８５を有してもよい。駆動シャフト７８５はモータＭ１によって作動され、上腕７２０を肩７０１を中心に回転させる。

【0071】

ロボット７００の駆動ユニット７１０は、ロボットアーム７０５が動作する空間に存在し得る真空環境１１８を封じ込めるために、図３の例示的なロボット１００と同様に、ベローズ７９５と、モータＭ１の１つ又は複数のステータと１つ又は複数のロータとの間の円筒形バリアとを備えてもよい。ロボット７００において、ベローズ７９５は、スピンドルアセンブリ７８０の上下運動を収めうるように構成されてもよい。あるいは、モータＭ１のステータとロータとの間に隔壁を設けず、モータＭ１のステータを真空環境１１８内に配置してもよい。

【0072】

ロボット７００の制御システムは、マスターコントローラ７１５と、駆動ユニット７１０に固定的に配置された１つ又は複数の制御モジュール７１６と、スピンドルアセンブリ７８０に取り付けられた１つ又は複数の制御モジュール７１７と、ロボットアーム７０５に配置された１つ又は複数の制御モジュール７１８とを備えてもよい。マスターコントローラ７１５と制御モジュール７１６、７１７、７１８は、通信ネットワークによって接続されていてもよい。

【0073】

図７Ａ～図７Ｃの例示的ロボット７００において、肘関節７０２に関連するアクチュエータ（モータＭ２）は、上腕７２０に位置する制御モジュール７１８によって制御されてもよく、手首関節７０７に関連するアクチュエータ（モータＭ３及びＭ４）は、前腕７２１に位置する制御モジュール７２３によって制御されてもよい。

【0074】

駆動ユニット７１０のスピンドルアセンブリ７８０に配置された１つ又は複数のアクチュエータ（モータＭ１）は、スピンドルアセンブリ７８０に取り付けられて共に上下動しうる制御モジュール７１７によって制御されてもよい。Ｚモータ（Ｍｚ）は、例えば、駆動ユニット７１０の基部に固定的に配置された制御モジュール７１６によって制御されてもよい。

【0075】

図７Ａに描かれているように、制御モジュール７１６、７１７、７１８は、例えば駆動ユニット７１０の基部に配置されてもよいマスターコントローラ７１５によって、例えば通信ネットワークを介して調整されてもよい。マスターコントローラ７１５は、図４に示されるように、駆動ユニット７１０の外部に配置されてもよい。

【0076】

マスターコントローラ７１５は、例えば、ユーザ又はホストシステムから外部入力を受信し、位置エンコーダ（簡単のため図示せず）から個々の運動軸（モータ）の位置を読み取り、その情報を処理してモータに電圧を印加し、所望の運動を行わせ、及び／又は所望の位置を達成することができる。

【0077】

図７Ａ～図７Ｃの例示的ロボット７００において、上腕７２０は、真空環境１１８内に位置してもよく、真空環境１１８に曝されうる。上腕７２０の内部空間は、真空環境１１８から封止隔離され、空気、別の混合気体、又は単一の気体、例えば窒素で満たされてもよい。図７Ａに示されるように、駆動シャフト７８５は、上腕７２０の内部空間内へと延伸してもよい。また駆動シャフト７８５は、下端で密封されていてもよく、電気機械部品を収容し、（真空とは対照的に、）気体環境においてそれらの接続を可能にしうる封止された空間を形成する。一例として、封止された空洞は、制御モジュール７１７と回転サーマルカップリングモジュール９００の一部を収容することができる。

【0078】

ロボット３００で使用されたものと実質的に同じ上腕構成をロボット７００で利用することができる。ロボット７００のロボットアーム７０５の前腕７２１も、真空環境内に配置され、真空環境に曝されうる。この場合、前腕の内部空間も真空環境から封止隔離され、空気、別の混合気体、又は例えば窒素などの単一気体で満たされてもよく、電気機械部品を収容し、（真空とは対照的に、）気体環境においてそれらの接続を可能にする空洞を形成してもよい。

【0079】

ロボット７００において、前腕７２１の封止された空洞は、モータＭ３及びＭ４のステータを収容してもよい。この場合、モータＭ３及びＭ４のステータとロータとの間の円筒形のバリアを利用して、上腕５２０の内部空間を外部の真空環境１１８から分離してもよい。あるいは、モータＭ３及びＭ４ステータは、真空環境内に配置されてもよい。この場合、封止されたキャビティ内に配置された制御モジュールと接続するために、電気フィードスルーが利用されてもよい。

【0080】

ロボット７００において、モータＭ３及びＭ４ならびに制御モジュール７２３は、前腕７２１に放熱するようにされてもよい。この構成では、モータＭ３及びＭ４ならびに制御モジュールによって生成された熱は、前腕７２１を通じて伝達され、肘関節７０２を通じて上腕７２０に放熱されてもよい。

【0081】

ロボットアームに配置されたモータ及び制御モジュールによって生成された熱を除去するために、ロボットアームの１つ又は複数の回転関節は、対応する回転関節によって接続されたリンク間で熱を伝達するように構成された１つ又は複数のサーマルカップリング構成によって補完されてもよい。ロボット７００では、肩関節７０１及び肘関節７０２はそれぞれ、１つの回転サーマルカップリング構成９００によって補完される。

【0082】

次に図８を参照すると、ロボット７００の動作が示されている。図８Ａは、上腕７２０及び前腕７２１の両方が後退位置にあり、２つのエンドエフェクタ７３０が横並びに配置され、整列され、「準備完了」状態にある、ロボット７００を示す。図８Ｂ及び図８Ｃは、上腕７２０及び前腕７２１が伸長すると共に、上側エンドエフェクタ７３０が前腕７２１と同じ方向に伸長する一方、下側エンドエフェクタ７３０が上側エンドエフェクタ７３０と反対方向に伸長する様子を図示する。図８Ｄ及び図８Ｅは、上腕７２０がある方向に伸長し、前腕７２１が反対方向に伸長したロボット７００を示す。上側エンドエフェクタ７３０と下側エンドエフェクタ７３０とは、互いに１８０度の方向に配向されている。図８Ｆ及び図８Ｇは、上腕７２０及び前腕７２１が伸長すると共に、下側エンドエフェクタ７３０が前腕７２１と同じ方向に伸長する一方、上側エンドエフェクタ７３０が下側エンドエフェクタ７３０と反対方向に伸長する様子を図示する。

【0083】

ここで図９Ａを参照すると、例示的な回転サーマルカップリング９００が示されている。回転サーマルカップリング９００は、例えば、図５のロボット５００の例示的なロボットアーム５０５の肘関節５０２において回転カップリングとして利用されてもよく、また、図７Ａのロボット７００の例示的なロボットアーム７０５の肘関節７０２において、において回転カップリングとして利用されてもよい。回転サーマルカップリング９００は、２つの部分、すなわち、第１の部分９０２及び第２の部分９０４を有してもよい。第１の部分９０２及び第２の部分９０４はそれぞれ、１つ又は複数のフィン９０６又はフィン状突起を有することを特徴とする。第１の部分９０２と第２の部分９０４とが組み立てられるとき、第１の部分９０２と第２の部分９０４とは同軸に整列し、そして、第１の部分９０２上のフィン９０６は、第２の部分９０４上のフィン９０６と入れ子式に配置され、第１の部分９０２上のフィン表面は、向かい側の第２の部分９０４上のフィン表面に対向する。すると、対向するフィン表面の間に隙間が画定され、熱が、第１の部分９０２のフィン９０６から第２の部分９０４のフィン９０６へと、輻射によって伝達される。輻射による熱の伝達は、残留ガスが存在する真空環境で回転サーマルカップリング９００が使用される場合、対向するフィン表面間の環境を通じた対流や伝導によって補われる場合がある。

【0084】

図９Ａに示されるような例示的な回転サーマルカップリング９００では、例示的な回転サーマルカップリング９００によって占有される有効面積を増大させ体積を最小にするために、第１の部分９０２及び第２の部分９０４の各々にフィン９０６又はフィン状突起のアレイが設けられ、これらのアレイが交互配置されてもよい。

【0085】

図９Ｂには、別の例示的な回転サーマルカップリング９５０が描かれている。例示的回転サーマルカップリング９５０は、それぞれ内側ディスク及び外側ディスクとして配置される第１の部分９５２及び第２の部分９５４を有し、これら２つの部分はそれぞれフィン９５６又はフィン形状の構造を有する。第１の部分９５２のフィン９５６と第２の部分９５４の間には隙間が画定され、この隙間を横断して非接触熱伝達が行われる。別の代替案として、円錐形及び球形に限定されない回転サーマルカップリング９００，９５０の有効な構造の任意の他の適切な形状、及びそれらの組み合わせが利用されてもよい。

【0086】

回転サーマルカップリング９００の有効面は、熱放射率を向上させるように処理されてもよい。回転サーマルカップリング９５０も同様である。例えば、各回転サーマルカップリング９００、９５０の第１部分及び第２部分はアルミニウム製であってもよく、有効面は陽極酸化処理されていてもよい。

【0087】

例示的な回転サーマルカップリング９００がロボットアームの２つのリンク間の熱伝達を促進するために、第１の部分９０２及び第２の部分９０４の一方は、一方のリンク（例えば、図５に示すようなロボット５００におけるリンク１又は図７Ａに示すようなロボット７００におけるリンク１）に取り付けられてもよく、第１の部分９０２及び第２の部分９０４の他方は隣接するリンク（例えば、図５に示すロボット５００におけるリンク２又は図７Ａに示すロボット７００におけるリンク２）に取り付けられてもよい。第１の部分９０２及び第２の部分９０４は、２つのリンクを連結する回転関節（例えば、図５に示すロボット５００における肘関節又は図７Ａに示すロボット７００における肘関節）と実質的に同軸に配置されてもよい。あるいは、回転サーマルカップリング９００の特徴は、ロボットアーム５０５のリンク（又はロボットアーム７０５のリンク）に直接組み込まれてもよい。実施形態によっては、回転サーマルカップリング９００は、上腕からスピンドルアセンブリ５８０又は７８０の首部に熱を伝達するという目的のために、同様の形態で利用されてもよい。開示された例示的な実施形態のいずれにおいても、回転サーマルカップリング９００の代わりに回転サーマルカップリング９５０を使用してもよい。

【0088】

ここで図４、図５、図７Ａを参照すると、スピンドルアセンブリ３８０、５８０、７８０の首部の温度及びスピンドルアセンブリ３８０、５８０、７８０自体の温度を低下させ、上腕３２０、５２０、７２０から効果的に熱を逃がすことを実現するために、スピンドルアセンブリ３８０、５８０、７８０のそれぞれのハウジング、及び／又はスピンドルアセンブリ３８０、５８０、７８０のそれぞれの首部を液体冷却してもよい。一例として、水のような液体が外部供給源から冷却入口ライン９６０を通してロボット３００、５００、７００に供給され、冷却出口ライン９６２を通してロボット３００、５００、７００から取り出される、オープンループ構成の液体冷却システムが用いられてもよい。別の例として、液体冷却システムは、水などの液体がロボット３００、５００、７００内で内部循環するクローズループ構成であってもよい。クローズループシステムを使用する例示的な実施形態では、液体を冷却システム内で強制的に循環させるようにポンプが構成されてもよい。ファン付きまたはファンなしのラジエーターが、液体から熱を取り出すために利用されてもよい。あるいは、液体の温度を下げるために、冷却ユニットが採用されてもよい。

【0089】

図４、図５、図７Ａに示されるように、例示的ロボット３００、５００、７００のそれぞれの駆動ユニット３１０、５１０、７１０は、サービスループ９６５を備えてもよい。サービスループ９６５は、スピンドルアセンブリ３８０、５８０、７８０を、それぞれの駆動ユニット３１０、５１０、７１０の静止部分と電気的に接続するように構成されてもよい。例示的ロボット３００、５００、７００のそれぞれのサービスループ９６５は、電力及び信号伝送のためだけでなく、電気的接地の目的のためにも使用することができる。また、サービスループ９６５は、スピンドルアセンブリ３８０、５８０、７８０との間で冷却液を流すために使用することもできる。

【0090】

例示のロボット３００、５００、７００は、１つ又は複数の回転カップリング９８０を採用することもできる。各回転カップリング９８０は、回転関節を介して動力を伝送するように構成されてもよく、及び／又は、回転関節を通じて通信信号を伝送するように構成された通信リンクを介して動力を伝送するように構成されてもよい。例えば図４、図５、図７Ａに示されるように、回転カップリング９８０は、スピンドルアセンブリ３８０、５８０、７８０からそれぞれの上腕３２０、５２０、７２０に動力を伝達するために利用されてもよく、また、スピンドルアセンブリ３８０、５８０、７８０とそれぞれの上腕３２０、５２０、７２０との間で通信信号を伝達するために利用されてもよい。別の例として、図５及び図７に示すように、回転カップリング９８０を利用して、上腕５２０及び７２０から前腕５２１及び７２１に動力を伝達し、上腕５２０及び７２０と前腕５２１及び７２１との間で通信信号を伝達してもよい。

【0091】

ロボット３００、５００、７００のいずれかにおいても、回転カップリング９８０は様々な物理的原理及びそれらの組み合わせで動作するものであってよく、例えば、１つ又は複数の導電性ブラシにそれぞれ接触する１つ又は複数の導電性リングを有するスリップリング構成、イオン液体などの導電性流体により湿潤したスリップリング構成、非接触容量性カップリング、非接触誘導性カップリングなどの原理により動作するものであってよい。

【0092】

次に図１０Ａを参照すると、容量性回転カップリングの一例が一般的に１０００で示されている。容量性回転カップリング１０００は回転カップリング９８０の代わりに使用することができる。容量性回転カップリング１０００は、放射状の構造に構成されている。図１０Ａでは、円筒様の環状構造が回転軸の周りに配置される。円筒様の環状構造は、外筒部１００５と内筒部１１００７とを有する。外筒部１００５の内周面には第１外側リング１０１０が配置され、第１外側リング１０１０に対向する内筒部１００７の外周面には第１内側リング１０１５が配置される。同様に、第１外側リング１０１０及び第１内側リング１０１５と同様に、第２外側リング１０２０及び第２の内側リング１０２５が近接して配置されている。信号は、内側リングと外側リングを経由して供給される。

【0093】

次に図１０Ｂを参照すると、容量性回転カップリングの別の実施例が一般的に１０４０で示されている。容量性回転カップリング１０４０は、軸方向に配置されている。上側ディスク部１０４５及び下側ディスク部１０５０が回転軸の周りに配置されている。上側ディスク部１０４５は上側リング１０５５及び１０５６を有し、下側ディスク部は下側リング１０６０及び１０６１を有する。信号は上側リングと下側リングを通じて供給される。容量性回転カップリング１０００は、容量性回転カップリング１０４０と同様に、電力カップリング及び／又は通信リンクとして利用することができる。

【0094】

誘導原理で動作する電力カップリングの例が、米国特許出願公開第２０１６／０２２９２９６号、同第２０１８／０１０５０４４号、同第２０１８／０１０５０４５号に記載されており、これらは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。誘導電力カップリングの好適な例示的構成の簡略化された断面図が、図１１の１１００として概略的に描かれている。以下これを、「電力カップリング１１００」と称する。電力カップリング１１００は、一次コイル１１０４を有する一次コア１１０２と、二次コイル１１０８を有する二次コア１１０６とを備え、一次コア１１０２と二次コア１１０６は回転軸を中心に配置されている。電源１１２０は、１次コイル１１０４に交流（ＡＣ）を入力し、２次コイル１１０８を経て整流フィルタ１１２５に入力する。電力カップリング１１００は、制御モジュールに電力を供給するために使用されてもよく、また、ロボットアーム内の位置エンコーダや他のセンサなどの他のアクティブデバイスに直接又は間接的に電力を供給するために利用されてもよい。

【0095】

次に図１２を参照すると、通信リンクの一例が一般的に１２００で示されており、以下これを、「通信リンク１２００」と呼ぶ。通信リンク１２００は、本明細書に開示される例示的なロボットのいずれかと共に使用するための光通信リンクであってもよい。通信リンク２００は、回転軸を中心に配置された第１の光通信モジュール１２１０及び第２の光通信モジュール１２１１を有してもよい。これらの光通信モジュールのうちの一方は、通信リンク１２００が組み込まれたスピンドルアセンブリのハウジングに対して静止しており、他方は、ロボットの上腕と共に回転可能である。図１２の通信リンク１２００において、２つの光通信モジュール１２１０及び１２１１は、ロボット（例えばロボット７００）の任意の回転関節のベアリングを利用してアライメントを維持してもよい。または、様々な静的及び動的負荷条件下でのロボットの構造の潜在的な変形に関係なく、２つの光通信モジュール１２１０及び１２１１の高度なアライメントを維持するために、追加のベアリングを通信リンク１２００に組み込んでもよい。第１光通信モジュール１２１０は第１密閉型光学素子１２３０を備え、第２光通信モジュール１２１１は第２密閉型光学素子１２３１を備え、第１密閉型光学素子１２３０と第２密閉型光学素子１２３１は真空環境の一部を挟んで互いに向き合うように配設されている。第１光通信モジュール１２１０には第１光ファイバーケーブル１２１８が延び、第２光通信モジュール１２１１からは第２光ファイバーケーブル１２１９が延びている。

【0096】

通信リンク１２００は、電気信号を光信号に、またはその逆に変換するオプションのエレクトロニクスを備えてもよい（銅線－ファイバ変換ブロック１２１６及びファイバ－銅線変換ブロック１２２０を参照）。変換エレクトロニクス（銅線－ファイバ変換ブロック１２１６及びファイバ－銅線変換ブロック１２２０）は、例えばプリント回路基板などの別個のモジュールの形態であってもよい。光通信リンク１２００は、スピンドルアセンブリと（例えばロボット７００）の上腕との間の非接触データ転送を可能としてもよい。実施形態によっては、通信リンク１２００は、モータ制御モジュールとの間の双方向のデータ転送に役立つように、制御システムの通信ネットワークに組み込まれてもよい。

【0097】

次に図１３を参照すると、（図１２の）通信リンク１２００は、（図１１の）電力カップリング１１００と組み合わされて、一体化された回転カップリングアセンブリ１３００になることがある。

【0098】

図１３に描かれているように、一体型回転カップリングアセンブリ１３００は、ロボット（例えばロボット３００、５００、７００）のスピンドルアセンブリのハウジングに対して静止している下部１３０５と、ロボットの上腕（例えば上腕３２０、５２０、７２０）と共に回転する上部１３１０との２つの部分を有するという特徴を有する。一体型回転カップリングアセンブリ１３００の２つの部分は、ロボットの回転カップリングのベアリングを利用してアライメントを維持してもよい。また、様々な静的および動的負荷条件下でロボットの構造が変形したとしても、光通信リンクの高度なアライメントを維持するために、追加のベアリングを利用してもよい。

【0099】

分散アクチュエータを有するアーキテクチャをサポートするために利用され得る上記の構造、ならびに追加及び代替の好適な配置のより詳細な説明は、２０２１年２月１０日に出願された米国特許出願番号１７／１７２２０９に見出すことができ、この出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第１０，５６９，４３０号及び第１０，２２４，２３２号もまた、ロボット駆動部及びロボットアームを備えるロボット内の様々な位置に分散配置されたアクチュエータ及びセンサを渦示し、説明している。

【0100】

図１及び図３に示すような例示的ロボット１００は、統合されたペイロード把持システムを備えてもよい。ペイロード把持システムは静電放電（ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ， ＥＳＤ）システムであってもよく、主電子モジュール１４０５と、肩関節に配される回転カップリング９８０と、１つ又は複数の肘関節に配される１つ又は複数の回転カップリング９８０と、各々がそれぞれの前腕１２５に関連付けられる１つ又は複数の補助電子モジュール９９０と、各々がそれぞれのエンドエフェクタ１３０に関連付けられる１つ又は複数のペイロードグリッパー１３５とを備えるシステムであってもよい。実施形態によっては、補助電子モジュール９９０はなくてもよい。また、実施形態によっては、回転サーマルカップリング９００を関節部に採用し、システムの熱管理を改善してもよい。

【0101】

同様に、図４の例示的なロボット３００も、統合されたペイロード把持システム（ＥＳＤシステム）を備えてもよい。このシステムは、上腕３２０に取り付けられるか、又は上腕３２０内に配される主電子モジュール１４０５と、１つ又は複数の肘関節に配される１つ又は複数の回転カップリング９８０と、各々がそれぞれの前腕３２５に関連する１つ又は複数のオプションの補助電子モジュール９９０と、各々がそれぞれのエンドエフェクタ３３０に関連する１つ又は複数のペイロードグリッパー３３５とを備える。実施形態によっては、１つ又は複数の肘関節に回転サーマルカップリング９００を採用し、システムの熱管理を改善してもよい。

【0102】

別の例として、図５のロボット５００も、統合ペイロード把持システム（ＥＳＤシステム）を備えてもよい。このシステムは、リンク２（前腕）に取り付けられるか又はリンク２に配される主電子モジュール１４０５と、１つ又は複数の手首関節５０３に配される１つ又は複数の回転カップリング９８０と、各々がそれぞれの手首関節５０３に関連する１つ又は複数の（オプションの）補助電子モジュール９９０と、各々がそれぞれのエンドエフェクタ５３０に関連する１つ又は複数のペイロードグリッパー５３５とを備えてもよい。実施形態によっては、１つ又は複数の手首関節５０３に回転サーマルカップリング９００を採用し、システムの熱管理を改善してもよい。

【0103】

さらに別の例として、図７のロボット７００は、ペイロードグリッパー７３５の数を除いて、図５のロボット５００と実質的に同一の統合ペイロード把持システムを備えてもよい。グリッパーＬＡ及びグリッパーＲＡのような左右把持モジュール（グリッパー７３５）は、同期して制御されてもよく、例えば、対応する補助電子モジュール９９０において並列に接続されてもよい。補助電子モジュール９９０が使用されない場合、グリッパーＬＡ及びグリッパーＲＡは、対応する手首関節回転カップリングの後に並列に接続されてもよい。あるいは、グリッパーＬＡとグリッパーＲＡは、対応する補助電子モジュール９９０によって独立して制御されてもよい。補助電子モジュールが使用されない場合、グリッパーＬＡ及びグリッパーＲＡは、別々の回転カップリング９８０を介して、又は共有のマルチチャネル回転カップリングを介して、主電子モジュール１４０５によって独立して制御されてもよい。

【0104】

図１～図７Ｃに描かれた例示的ロボットで利用されるペイロード把持システムのアーキテクチャは、図１４のブロック図によって一般的に表すことができる。図１４のブロック図は、真空環境原材料ハンドリングロボットの様々な構造及び構成において利用され得る、ペイロード把持システムの追加構成を包含し、例えば、複数のリンク、様々なタイプの単軸及び多軸関節、複数のエンドエフェクタを有するロボットを包含する。図１４に描かれたアーキテクチャは、１つ又は複数のペイロード把持システム及びペイロードグリッパーが、本明細書に記載された例示的ロボットの様々なエンドエフェクタ上で、ペイロードの独立制御及び／又は同期制御を提供するように構成されることを可能とする。

【0105】

図１４のブロック図に描かれているように、本発明によるペイロード把持システムは、一般的に１４００で示されている。システム１４００は、主電子モジュール１４０５、（並列配置及び／又は直列配置された）１つ又は複数の電気カップリング１４１０、及び１つ又は複数の把持モジュール又はグリッパー１３５を備えてもよく、実施形態によっては、１つ又は複数の補助電子モジュール１４１５を備えてもよい。グリッパー１３５は、上記で開示したグリッパー３３５、５３５、７３５と同様又は類似のものであってよい。図１４において、Ｎは、並列に配される電気ブランチ（電気分岐部）の数であり、Ｍｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）は、各電気ブランチに直列に配置された電気カップリングの数であり、であり、Ｋｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）は、各電気ブランチに接続されたグリッパー１３５の数である。

【0106】

図１４に示されるように、ペイロード把持システム１４００はさらに、ロボットの関節のベアリング及びロボットアームの伝達システム（プーリ、ベルト、バンド及び／又はケーブル）（符号１４３０が付されたブロックを参照）を介して提供され得る接地接続１４２５を利用し得る。接地接続１４２５の品質は個々の設計に依存し、実施形態によっては不完全であってもよい。すなわち例えば、断続的及び／又は望ましくない抵抗を示すものであってもよい。

【0107】

電気ブランチに接続されたグリッパー１３５の数が複数である場合（図１４のグリッパー１３５又は把持モジュール１－１～１－Ｋ１を参照）で、補助電子モジュールも存在しない場合、把持モジュールは並列に接続されていると考えてもよい。

【0108】

複数の並列配置された電気ブランチを同じカップリングを介して配線する場合、これらの電気ブランチに関連付けられる電気カップリングを１つのマルチチャネル電気カップリングに結合することができる。この場合、これらの電気ブランチの各々に専用の電気カップリングを用意しなくともよい。

【0109】

図１４は、例示的な説明のみを目的としていることに留意すべきである。実施形態によっては、グリッパー１３５又はペイロード把持システム１４００の実際の構成は、図１４のブロック図に示される構造を超えて拡張され得る。例えば、追加の電気ブランチが、モジュール（ブロック）のいずれかから、及び／又はその後に設けられてもよく、並列配置及び直列配置の任意の組み合わせを可能にしてもよい。

【0110】

図１４に示されるように、主電子モジュール１４０５は、例えば、直流電圧又は交流電圧の形態で電力１４４０を受け取ってもよい。主電子モジュール１４０５はまた、例えばロボット１００（又は他のロボット３００、５００、７００）の制御システムから１つ又は複数の制御信号１４５０を受信してもよく、状態、ペイロードの存在、及び／又は把持の質などの情報を通信し返してもよい。図４や図５、図７Ａの分散型アクチュエータを有する例示的なロボットでは、最も近い制御モジュールが、１つ又は複数の制御信号を主電子モジュール１４０５に提供し、主電子モジュール１４０５から情報を受信するために使用されてもよい。あるいは、ペイロード把持システム１４００の主電子モジュール１４０５は、制御システム１１５（ロボット３００、５００、７００の制御システムでは、それぞれマスターコントローラ３１５、５１５、又は７１５）と直接通信してもよい。

【0111】

ある例示的な実施形態では、図１５Ａに示されるように、主電子モジュール１４０５は、ＡＣ電源１５１８を備えてもよい。実施形態によっては、主電子モジュール１４０５は、ペイロードを検出するため、及び／又は、グリッパー１３５による把持の質を評価するための回路又は回路部分を有してもよい。図１５Ａ～図１５Ｍを参照してグリッパー１３５が説明されるが、本明細書で説明される例示的な実施形態は、グリッパー３３５、５３５、７３５にも同様に適用可能である。主電子モジュール１４０５は、電力入力及び制御信号を受け取るように構成されてもよい。電力入力は、ＡＣ電源１５１８及び主電子モジュール１４０５の他の回路に電力を供給するために利用されてもよい。制御信号は、ＡＣ電源１５１８を活性化、非活性化、修正、又は他の方法で制御するために使用されてもよい。ＡＣ電源１５１８からの電圧は、電気カップリング１５２０を通して把持モジュール１３５に流されることがある。

【0112】

電気カップリング１５２０は誘導原理で動作してもよい。一例として、電気カップリング１５２０は、誘導的に結合された一対のコイル、すなわち一次コイル１５２２及び二次コイル１５２４を備えてもよい。コイル１５２２及び１５２４は、互いに対して自由に動くことができ、例えば、軸１５２５の周りに互いに対して回転することができる。このような回転構成では、図１１に関して前述したように、それらは軸方向に配置されてもよく、磁束は軸１５２５に実質的に平行な方向に一次コイル１５２２と二次コイル１５２４との間の（平面的な）隙間を横断して移動する。あるいは、コイル１５２２と１５２４は径方向に並ぶように配置されてもよい。この場合、コイル１５２２と１５２４の間の磁束は、コイル１５２２と１５２４の間の円筒形のギャップを放射状に移動する。

【0113】

必要であれば、電気カップリング１５２０のコイル１５２２及び１５２４は、主電子モジュール１４０５によって供給される電圧を昇圧するように選択することができる。

【0114】

図１５Ａに描かれているように、把持モジュール１３５は、１つ又は複数のペイロードに面する表面を有する誘電体（例えばセラミック）基板又はベース１５３０と、少なくとも１つの電極、例えば、電極１５３５及び１５４０とを備えてもよい。これらの電極は、例えば、主電子モジュール１４０５から電気カップリング１５２０を介して受け取ったＡＣ電圧を印加されると、把持モジュール１３５とロボット１００のエンドエフェクタ１３０上に載置されたペイロード１５５０との間に引力を生じさせるように構成される。一例として、電極１５３５及び１５４０への交流電圧の印加は、電極１５３５及び１５４０上に電荷分布を生じさせうる。そしてこれらの電荷分布は、ペイロード１５５０上に反対極性の電荷を誘導しうる。これらの電荷の相互作用により、ペイロード１５５０と誘電ベース１５３０との間に引力が生じうる。この引力は、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の法線力を増加させるために利用されてもよい。すなわち、ペイロード１５５０を保持し、エンドエフェクタ１３０上でのペイロード１５５０の滑りを防止するために用いることのできる、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の摩擦力を増加させるために利用されてもよい。

【0115】

図１５Ａの例示的なペイロード把持システム１４００の動作は、以下のようにまとめることができる。主電子モジュール１４０５が、電気カップリング１５２０を通じてグリッパー１３５にＡＣ電圧を印加すると、ペイロード１５５０とグリッパー１３５との間に引力が生じ得る。この引力は、主電子モジュール１４０５が交流電圧を印加し続ける限り、存在し続けてもよい。

【0116】

図１５Ｂに示す別の例示的実施形態は、電気カップリング１５２０を除いて、図１５Ａを用いて説明した例示的実施形態と実質的に同じ構成を有してもよい。

【0117】

図１５Ｂの例示的な実施形態では、電気カップリング１５２０は容量性原理で動作してもよい。一例として、電気カップリング１５２０は２つの部分を備えてもよい。これら２つの部分は互いに対して移動、例えば回転してもよい。また、２つのチャネル１５６０及び１５６５を形成する対向電極を有することを特徴としてもよい。この回転構成では、電気カップリング１５２０は、図１０Ａに関して前述したように、放射状に配置されてもよい。この場合、図１０Ａに示すように、電気カップリング１５２０は、円筒形の隙間によって分離された外筒部と内筒部とを備えてもよい。上記２つの部分の対向電極は、円筒形の隙間を横断する径方向の電界を通じて連絡していると考えることができる。実施形態によっては、電気カップリング１５２０は、図１０Ｂに関して前述したように、軸方向に配置されてもよい。この場合、図１０Ｂに示すように、電気カップリング１５２０は、平面的な隙間によって分離された上側ディスク部分と下側ディスク部分とを有してもよい。上記２つの部分の対向電極は、平面的な隙間を横断する軸方向の電界を通じて連絡していると考えることができる。

【0118】

図１５Ｃを参照すると、主電子モジュール１４０５はＡＣ電源１５１８を備えてもよい。実施形態によっては、主電子モジュール１４０５は、オプションの回路又はその部分を備えてもよい。この回路は、補助電子モジュール１４５０－０３のための１つ又は複数の制御信号を生成し、補助電子モジュール１４５０－０３から１つ又は複数のステータス信号（状態信号）を受信し、及び／又はペイロード１５５０を検出し、及び／又は把持の質を評価する回路であってもよい。主電子モジュール１４０５は、電力入力及び制御信号を受け取るように構成されてもよい。電力入力は、ＡＣ電源１５１８及び主電子モジュール１４０５の他の回路に電力を供給するために利用されてもよい。制御信号は、ＡＣ電源１５１８を活性化、非活性化、修正、又は他の方法で制御するために使用されてもよい。ＡＣ電源１５１８からの電圧は、電気カップリング１５２０を通して補助電子モジュール１４５０－０３に伝達されてもよい。

【0119】

図１５Ｃに示されるような電気カップリング１５２０は、誘導原理で動作してもよい。これは、図１５Ａに関して説明した例示的な実施形態と実質的に同じであってよい。電気カップリング１５２０は、主電子モジュール１４０５と補助電子モジュール１４５０－０３との間で、制御信号やステータス信号などの追加信号を伝送するように構成されてもよい。この目的のために、（コイル１５２２、１５２４に加えて）追加のコイルが含まれてもよい。あるいは、主電子モジュール１４０５と補助電子モジュール１４５０－０３との間の別の通信手段を使用してもよい。

【0120】

補助電子モジュール１４５０－０３は整流器１５７０を備えてもよい。整流器１５７０は、電気カップリング１５２０を介し受け取った交流電圧を直流電圧に変換するために利用されてもよい。そしてこの直流電圧は、グリッパー１３５に供給されてもよい。補助電子モジュール１４５０－０３はまた、例えば、主電子モジュール１４０５から受信した１つ又は複数の信号に基づいて、直流電圧をオン又はオフにするように制御する回路を備えてもよい。さらに、補助電子モジュール１４５０－０３は、ペイロード１５５０を検出するため、及び／又は把持の質を評価するため、及び／又は主電子モジュール１４０５に状態を通信するために、回路、又はそのような回路の一部を有してもよい。

【0121】

図１５Ｃを参照すると、グリッパー１３５は、１つ又は複数のペイロードに面する表面を有する誘電体（例えばセラミック）ベース１５３０と、少なくとも１つの電極、例えば電極１５３５、１５４０を有してもよい。これらの電極は、例えば補助電子モジュール１４５０－０３によって直流電圧を印加されると、グリッパー１３５と、ロボット１００のエンドエフェクタ１３０上に載置されているペイロード１５５０との間に引力を生じさせるように構成される。一例として、電極１５３５及び１５４０への直流電圧の印加は、これらの電極上に電荷分布を生じさせうる。そしてこれらの電荷分布は、ペイロード１５５０上に反対極性の電荷を誘導し得る。これらの電荷の相互作用により、ペイロード１５５０と誘電ベース１５３０との間に引力が生じうる。この引力は、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の法線力を増加させるために利用されてもよい。すなわち、ペイロード１５５０を保持し、エンドエフェクタ１３０上でのペイロード１５５０の滑りを防止するために用いることのできる、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の摩擦力を増加させるために利用されてもよい。

【0122】

図１５Ｃの例示的なペイロード把持システム１４００の動作は、以下のようにまとめることができる。主電子モジュール１４０５が電気カップリング１５２０を介して補助電子モジュール１４５０－０３に交流電圧を印加すると、グリッパー１３５に直流電圧が印加され、ペイロード１５５０とグリッパー１３５との間に引力が生じうる。この引力は、主電子モジュール１４０５が交流電圧を印加し続ける限り、存在し続けてもよい。

【0123】

あるいは、主電子モジュール１４０５は、電気カップリング１５２０を介してＡＣ電圧を補助電子モジュール１４５０－０３に連続的に印加してもよい。そして補助電子モジュール１４５０－０３は、主電子モジュール１４０５から受信した１つ又は複数の制御信号に基づいて、グリッパー１３５に供給されるＤＣ電圧を制御し、ペイロード１５５０とグリッパー１３５との間の引力を制御してもよい。この引力は、補助電子モジュール１４５０－０３が直流電圧を印加し続ける限り、存在し続けてもよい。

【0124】

図１５Ｄに描かれる別の例示的実施形態は、電気カップリング１５２０を除いて、図１５Ｃを用いて説明した例示的実施形態と実質的に同じ構成を有してもよい。

【0125】

図１５Ｄに示されるように、電気カップリング１５２０は容量性原理で動作してもよい。電気カップリング１５２０の動作は図１５Ｂに関連して説明したものと実質的に同じであってもよい。電気カップリング１５２０は、主電子モジュール１４０５と補助電子モジュール１４５０－０３との間で、制御信号やステータス信号などの追加信号を伝送するように構成されてもよい。この目的のために追加の電極を有してもよい。あるいは、主電子モジュール１４０５と補助電子モジュール１４５０－０３との間の別の通信手段を使用してもよい。

【0126】

補助電子モジュール１４５０－０３は整流器１５７０を有してもよい。整流器１５７０は、電気カップリング１５２０を介し受け取った交流電圧を直流電圧に変換するために利用されてもよい。そしてこの直流電圧は、グリッパー１３５に供給されてもよい。補助電子モジュール１４５０－０３はまた、例えば、主電子モジュール１４０５から受信した１つ又は複数の信号に基づいて、直流電圧をオン又はオフにするように制御する回路を備えてもよい。さらに、補助電子モジュール１４５０－０３は、ペイロードを検出するため、及び／又は把持の質を評価するため、及び／又は主電子モジュール１４０５にステータス（状態）を通信するために、回路、又はそのような回路の一部を有してもよい。

【0127】

図１５Ｅには別の例示的な実施形態が描かれている。この実施形態において、主電子モジュール１４０５は、ＡＣ電源１５１８の一方の出力がグランド（ＧＮＤ）に接続され、ＡＣ電源１５１８の他方の出力が、単一チャネル容量性電気カップリング１５２０を介してグリッパー１３５に送られ得ることを除いて、図１５Ａに関して先に説明したものと実質的に同じであってもよい。

【0128】

図１５Ｅに描かれているように、グリッパー１３５は、１つ又は複数のペイロードに面する表面を有する誘電体（例えばセラミック）ベース１５３０と、電極１５３５及び１５４０のような少なくとも１つの電極とを備えてもよい。図１５Ｅに描かれているように、電極１５４０は、電気カップリング１５２０を介して主電子モジュール１４０５に接続されてもよい。また他方の電極１５３５には、グランドに対するその電圧を制御するために、グランド１５５５への有限抵抗経路が提供されてもよい。

【0129】

電極１５４０への交流電圧の印加により、ペイロード１５５０、電極１５３５、及び電極１５４０に電荷分布が生じ、これらの電荷の相互作用により、ペイロード１５５０と誘電ベース１５３０との間に引力が生じうる。この引力は、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の法線力を増加させるために利用されてもよい。すなわち、ペイロード１５５０を保持し、エンドエフェクタ１３０上でのペイロード１５５０の滑りを防止するために用いることのできる、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の摩擦力を増加させるために利用されてもよい。

【0130】

図１５Ｅに従った例示的なペイロード把持システム１４００は、図１５Ａに関して先に説明したのと実質的に同じ方法で動作させることができる。

【0131】

図１５Ｆには別の例示的な実施形態が示されている。この実施形態において、主電子モジュール１４０５及び電気カップリング１５２０は、図１５Ｅを用いて上に説明したものと実質的に同じであってもよい。

【0132】

補助電子モジュール１４５０－０３は、電気カップリング１５２０を介して、主電子モジュール１４０５のＡＣ出力に接続されてもよい。図１５Ｆに示すように、補助電子モジュール１４５０－０３にはグランド１５５５への有限抵抗経路も提供されてもよい。補助電子モジュール１４５０－０３は整流器１５７０を有してもよい。整流器１５７０は、電気カップリング１５２０を介し受け取った交流電圧を直流電圧に変換するために利用されてもよい。そしてこの直流電圧は、グリッパー１３５に供給されてもよい。

【0133】

図１５Ｆの例示的実施形態の把持モジュール１３５は、図１５Ａに関して先に説明した例示的実施形態のものと実質的に同じであってもよい。

【0134】

図１５Ｇに示される例示的実施形態においては、、主電子モジュール１４０５は、三相交流電源１５７５を備えてもよい。実施形態によっては、主電子モジュール１４０５は、ペイロードを検出するため、及び／又は、把持の質を評価するための回路又は回路部分を有してもよい。主電子モジュール１４０５は、電力入力及び制御信号を受け取るように構成されてもよい。電力入力は、ＡＣ電源１５７５及び主電子モジュール１４０５の他の回路に電力を供給するために利用されてもよい。制御信号は、ＡＣ電源１５７５を活性化、非活性化、修正、又は他の方法で制御するために使用されてもよい。ＡＣ電源１５７５からの電圧は、電気カップリング１５２０を通してグリッパー１３５に伝達されてもよい。

【0135】

電気カップリング１５２０は誘導原理で動作してもよい。一例として、電気カップリング１５２０は、誘導的に結合された複数のコイル、すなわち一次コイル１５８０及び二次コイル１５８５を有してもよい。一次コイル１５８０及び二次コイル１５８５は互いに対して自由に動くことができ、例えば、軸１５２５の周りに互いに対して回転することができる。このような回転構成では、図１１に関して前述したように、一次コイル１５８０及び二次コイル１５８５は軸方向に配置されてもよく、磁束は回転軸に実質的に平行な方向に一次コイル１５８０と二次コイル１５８５との間の（平面的な）隙間を横断して移動する。あるいは、一次コイル１５８０及び二次コイル１５８５は放射状に配置されてもよく、この場合、一次コイル１５８０と二次コイル１５８５の間の磁束は、一次コイル１５８０と二次コイル１５８５との間の円筒形のギャップを放射状に移動する。

【0136】

必要であれば、電気カップリング１５２０の一次コイル１５８０及び二次コイル１５８５は、主電子モジュール１４０５によって供給される三相電圧を昇圧するように選択されてもよい。

【0137】

さらに図１５Ｇを参照すると、グリッパー１３５は、１つ又は複数のペイロードに面する表面を有する誘電体（例えばセラミック）のベース１５３０と、電極１６００、１６０４、及び１６０８などの複数の電極とを有してもよい。例えば主電子モジュール１４０５から電気カップリング１５２０を介して受け取られるＡＣ電圧をこれらの電極のうちの少なくともいくつかに印加することにより、これらの電極は、グリッパー１３５と、エンドエフェクタ１３０上に載置されるペイロード１５５０との間に引力を生じさせるように構成される。一例として、電極１６００、１６０４、及び１６０８への三相交流電圧の印加は、これらの電極上に電荷分布を生じさせうる。そしてこれらの電荷分布は、ペイロード１５５０上に反対極性の電荷を誘導し得る。これらの電荷の相互作用により、ペイロード１５５０と誘電ベース１５３０との間に引力が生じうる。この引力は、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の法線力を増加させるために利用されてもよい。すなわち、ペイロード１５５０を保持し、エンドエフェクタ１３０上でのペイロード１５５０の滑りを防止するために用いることのできる、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の摩擦力を増加させるために利用されてもよい。

【0138】

図１５Ｇの例示的なペイロード把持システム１４００の動作は、以下のようにまとめることができる。主電子モジュール１４０５が、電気カップリング１５２０を通じてグリッパー１３５に三相交流電圧を印加すると、ペイロード１５５０とグリッパー１３５との間に引力が生じ得る。この引力は、主電子モジュール１４０５が三相交流電圧を印加し続ける限り、存在し続けてもよい。

【0139】

図１５Ｇに従う例示的な実施形態は三相システムとして図示されているが、二相を含む任意の適切な相数を使用することができる。

【0140】

図１５Ｈには別の例示的実施形態が示されている。この例示的実施形態は、電気カップリング１５２０を除いて、図１５Ｇを用いて上に説明した例示的実施形態と実質的に同じ構成を有してもよい。

【0141】

図１５Ｈの例示的な実施形態では、電気カップリング１５２０は容量性原理で動作してもよい。一例として、電気カップリング１５２０は２つの部分を備えてもよい。これら２つの部分は互いに対して移動、例えば回転してもよく、また、チャネル１６１０、１６１２、１６１４を形成する対向電極を有することを特徴としてもよい。この回転構成では、電気カップリング１５２０は、図１０Ａに図示されたものと同様に、放射状に配置されてもよい。この場合、電気カップリング１５２０は、円筒形の隙間によって分離された外筒部と内筒部とを備えてもよい。上記２つの部分の対向電極は、円筒形の隙間を横断する径方向の電界を通じて連絡していると考えることができる。実施形態によっては、電気カップリング１５２０は、図１０Ｂに図示されたものと同様に、軸方向に配置されてもよい。この場合、電気カップリング１５２０は、平面的な隙間によって分離された上側ディスク部分と下側ディスク部分とを有してもよい。上記２つの部分の対向電極は、平面的な隙間を横断する軸方向の電界を通じて連絡していると考えることができる。

【0142】

図１５Ｈに従う例示的な実施形態は三相システムとして図示されているが、二相を含む任意の適切な相数を使用することができる。

【0143】

図１５Ｌに示される例示的実施形態においては、主電子モジュール１４０５は、三相交流電源１６１５を備えてもよい。実施形態によっては、主電子モジュール１４０５は、ペイロードを検出するため、及び／又は、把持の質を評価するための回路又は回路部分を有してもよい。主電子モジュール１４０５は、電力入力及び制御信号を受け取るように構成されてもよい。電力入力は、ＤＣ電源１６１５及び主電子モジュール１４０５の他の回路に電力を供給するために利用されてもよい。制御信号は、ＤＣ電源１６１５を活性化、非活性化、修正、又は他の方法で制御するために使用されてもよい。ＤＣ電源１６１５からの電圧は、電気カップリング１５２０を通してグリッパー１３５に伝達されてもよい。

【0144】

図１５Ｉに示すように、電気カップリング１５２０は、チャネル１６２０及び１６２２などの２チャネルのスリップリング構造に基づいてもよい。一例として、スリップリング構造は、軸方向配置であってもよい。別の例として、スリップリング構造は半径方向配置であってもよい。

【0145】

図１５Ｉに描かれているように、グリッパー１３５は、１つ又は複数のペイロードに面する表面を有する誘電体（例えばセラミック）ベース１５３０と、少なくとも１つの電極、例えば、電極１５３５及び１５４０とを備えてもよい。これらの電極は、例えば、主電子モジュール１４０５から電気カップリング１５２０を介して受け取ったＤＣ電圧を印加されると、グリッパー１３５とエンドエフェクタ１３０上に載置されたペイロード１５５０との間に引力を生じさせるように構成される。一例として、電極１５３５及び１５４０への直流電圧の印加は、これらの電極上に電荷分布を生じさせうる。そしてこれらの電荷分布は、ペイロード１５５０上に反対極性の電荷を誘導し得る。これらの電荷の相互作用により、ペイロード１５５０と誘電ベース１５３０との間に引力が生じうる。この引力は、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の法線力を増加させるために利用されてもよい。すなわち、ペイロード１５５０を保持し、エンドエフェクタ１３０上でのペイロード１５５０の滑りを防止するために用いることのできる、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の摩擦力を増加させるために利用されてもよい。

【0146】

図１５Ｉの例示的なペイロード把持システム１４００の動作は、以下のようにまとめることができる。主電子モジュール１４０５が、電気カップリング１５２０を通じてグリッパー１３５にＤＣ電圧を印加すると、ペイロード１５５０とグリッパー１３５との間に引力が生じ得る。この引力は、主電子モジュール１４０５が交流電圧を印加し続ける限り、存在し続けてもよい。

【0147】

図１５Ｊには別の例示的実施形態が示されている。この例示的実施形態は、電気カップリング１５２０を除いて、図１５Ｉを用いて上に説明した例示的実施形態と実質的に同じ構成を有してもよい。

【0148】

図１５Ｊの例示的な実施形態では、電気カップリング１５２０は容量性原理で動作してもよい。一例として、電気カップリング１５２０は２つの部分を備えてもよい。これら２つの部分は互いに対して移動、例えば回転してもよい。また、２つのチャネル１５６０及び１５６５を形成する対向電極を有することを特徴としてもよい。この回転構成では、電気カップリング１５２０は、図１０Ａに関して前述したように、放射状に配置されてもよい。この場合、図１０Ａに示すように、電気カップリング１５２０は、円筒形の隙間によって分離された外筒部と内筒部とを備えてもよい。上記２つの部分の対向電極は、円筒形の隙間を横断する径方向の電界を通じて連絡していると考えることができる。実施形態によっては、電気カップリング１５２０は、図１０Ｂに関して前述したように、軸方向に配置されてもよい。この場合、図１０Ｂに示すように、電気カップリング１５２０は、平面的な隙間によって分離された上側ディスク部分と下側ディスク部分とを有してもよい。上記２つの部分の対向電極は、平面的な隙間を横断する軸方向の電界を通じて連絡していると考えることができる。主電子モジュール１４０５に接続された電極に直流電圧が印加されると、対向する電極上の電荷分布に変化が生じ、その結果、グリッパー１３５の電極１５３５及び１５４０上に電荷分布を形成しうる。

【0149】

図１５Ｋには別の例示的な実施形態が示されている。この例示的実施形態は、図１５Ｊを用いて上に説明した例示的な実施形態と実質的に同じであり得る。しかし、グリッパー１３５の複数の電極のうちの１つにグランド１５５５への有限抵抗経路が提供され得ることが異なる。
特に図１５Ｋでは例示的な電極１５３５に提供されている。これは、グランドに対する電圧を制御するためである。

【0150】

図１５Ｌには別の例示的実施形態が示されている。この実施形態において、主電子モジュール１４０５は、ＤＣ電源１６１５の一方の出力がグランド（ＧＮＤ）に接続され、ＤＣ電源１６１５の他方の出力が、単一チャネルでスリップリングに基づく電気カップリング１５２０を介してグリッパー１３５に送られ得ることを除いて、図１５Ｉに関して先に説明したものと実質的に同じであってもよい。

【0151】

図１５Ｌに描かれているように、グリッパー１３５は、１つ又は複数のペイロードに面する表面を有する誘電体（例えばセラミック）ベース１５３０と、電極１５３５及び１５４０のような少なくとも１つの電極とを備えてもよい。図１５Ｌに描かれているように、電極１５４０は、電気カップリング１５２０を介して主電子モジュール１４０５に接続されてもよい。また他方の電極１５３５には、グランドに対する電圧を制御するために、グランド１５５５への有限抵抗経路が提供されてもよい。

【0152】

電極１５４０への直流電圧の印加により、ペイロード１５５０、電極１５３５、及び電極１５４０に電荷分布が生じ、これらの電荷の相互作用により、ペイロード１５５０と誘電ベース１５３０との間に引力が生じうる。この引力は、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の法線力を増加させるために利用されてもよい。すなわち、ペイロード１５５０を保持し、エンドエフェクタ１３０上でのペイロード１５５０の滑りを防止するために用いることのできる、ペイロード１５５０とエンドエフェクタ１３０との間の摩擦力を増加させるために利用されてもよい。

【0153】

図１５Ｌに従う例示的なペイロード把持システム１４００は、図１５Ｉに関して先に説明したのと実質的に同じ方法で動作させることができる。

【0154】

図１５Ｍに示す別の例示的実施形態は、電気カップリング１５２０を除いて、図１５Ｌを用いて上に説明した例示的実施形態と実質的に同じでありうる。

【0155】

図１５Ｍの例示的な実施形態では、電気カップリング１５２０は容量性原理で動作してもよい。一例として、電気カップリング１５２０は２つの部分を備えてもよい。これら２つの部分は互いに対して移動、例えば回転してもよい。また、単一のチャネル１５６０を形成する対向電極を有することを特徴としてもよい。この回転構成では、電気カップリング１５２０は、図１０Ａのものと同様に、放射状に配置されてもよい。この場合、電気カップリング１５２０は、円筒形の隙間によって分離された外筒部と内筒部とを備えてもよい。上記２つの部分の対向電極は、円筒形の隙間を横断する径方向の電界を通じて連絡していると考えることができる。実施形態によっては、電気カップリング１５２０は、図１０Ｂのものと同様に、軸方向に配置されてもよい。この場合、電気カップリング１５２０は、平面的な隙間によって分離された上側ディスク部分と下側ディスク部分とを有してもよい。上記２つの部分の対向電極は、平面的な隙間を横断する軸方向の電界を通じて連絡していると考えることができる。主電子モジュール１４０５に接続された電極に直流電圧が印加されると、対向する電極上の電荷分布に変化が生じ、その結果、グリッパー１３５の電極１５４０上に電荷分布を形成しうる。

【0156】

上記の実施形態において，グリッパー１３５の様々な構成が使用されてもよい。グリッパー１３５の例示的なユニポーラ構成がペイロード１５５０と共に、図１６に示されている。図１６に示されるように、例示的なユニポーラグリッパー１３５は、誘電体ベース１５３０の内部に埋め込まれてもよい電極１５３５を備えてもよい。半導体ウェハのようなペイロード１５５０は、誘電体ベース１５３０を適切なパターンで完全に又は部分的に覆ってもよい薄い導電層１７００の表面上に載置されているように描かれている。把持動作を行うために、導電体１７１０及び１７２０を用いて電極１５３５とペイロード１５５０との間に電位差を印加することができる。図１６の例では、この目的のために直流電源１７２５を使用している。電位差の印加により、電極１５３５の最上層１７３０とペイロード１５５０の最下層１７３２に、絶対値は実質的に等しいが符号が反対の電荷が誘導され、結果として電界１７４０が発生する。この電界は、ペイロード１５５０の最上層１７３０の表面及び最下層１７３２の表面１７３８において電荷粒子に作用し、引力（把持力）１７５５を生成する。

【0157】

把持力１７５５の大きさは、誘電体ベース１５３０を構築するために低抵抗率の材料を使用することによって増大させることができる。図１７に示されるように、抵抗率の低い誘電体材料は、電極１５３５の最上層１７３０から誘電体ベース１５３０の表面１７３５への電荷移動１７５０を可能にすることができる。表面１７３５と、（誘起される電荷の大きさが等しく符号が反対である）ペイロード１５５０の底部の表面１７３８との間のギャップが小さいほど、ペイロード１５５０と誘電体ベース１５３０との間に作用する電界１７４０及び把持力１７５５が強くなりうる。

【0158】

ペイロードの解放は、供給電圧をカットすることで達成できる。電圧の供給が切断されると、表面電荷は、等価電気回路のＲＣ時定数に主に基づいて減衰する。電圧の供給が切られたときに残留電荷の蓄積を防止してペイロード解放時間を最小化するための設計要件に基づいて、誘電体材料や誘電体材料の厚さ、（１つ又は複数の）電極の面積などの構造パラメータを選択することができる。

【0159】

実施形態によっては、図１６や図１７の例における直流電源１７２５を交流電源に置き換えることもできる。これにより、誘導原理に基づく電力伝送のような、非接触電力伝送の追加オプションが提供され、ペイロード解放時間が改善される可能性がある。しかし交流電源の場合、各交流サイクル中に把持電圧が２回ゼロになるため、グリッパー１３５が振動の影響を受けやすくする可能性がある。

【0160】

別の例として、グリッパー１３５は多電極構成であってもよい。多電極グリッパーは、一対の電極又は複数対の電極を有してもよい。また、電極における電圧の印加が、極性が逆の電荷をペイロード１５５０に誘導してもよい。ユニポーラのグリッパー又は把持モジュールは、ペイロード１５５０に対して積極的な接触が維持されることを必要としうる。またこのため、ペイロード表面上の正味電荷がゼロにならない可能性がある。これらの点で、多電極構成のグリッパー又は把持モジュールは、ユニポーラのグリッパー又は把持モジュールよりも有利であり得る。

【0161】

図１８を参照すると、ペイロード１５５０を有するグリッパー又は把持モジュールのバイポーラ構成が、一般的に１８００で示されている。以下これを、「グリッパー１８００」と称する。グリッパー１８００は、誘電体ベース１５３０内に埋め込まれた２つの電極１５３５及び１５４０を備えてもよい。ペイロード１５５０、例えば半導体ウェハは、誘電体ベース１５３０の上面１７３２に載置されてもよい。電極１５３５及び１５４０は、誘電体ベース１５３０の内部で交互に又は互い違いに配されてもよい。このとき電極１５３５及び１５４０は、誘電体ベース１５３０の上面１７３２に露出する表面積が、実質的に同一となるようにされる。

【0162】

把持動作を行うために、導体１７１０及び１７２０を用いて電極１５３５と１５４０との間に電位差を印加してもよい。図１８の例では、この目的のために直流電源１７２５を使用している。電極に通電することにより電界１７４０が生じうる。そして、基板の下面に、実質的に大きさが等しく極性が反対の電荷が誘導されうる。電界１７４０は、誘導された電荷粒子に作用して、ペイロード１５５０とグリッパー１８００との間に引力（把持力）を生成しうる。

【0163】

実施形態によっては、図１８に示した直流電源１７２５の代わりに交流電源を使用することもできる。交流電圧の周期的性質のため、発生した把持力は周期的変動を示し、各サイクルにおいてゼロを２回横切る。把持力のゼロ値は、交流波形の電位がゼロになる瞬間に対応する。矩形波ベースの交流電源を利用することで、把持力の周期的変動の影響をある程度低減することができる。

【0164】

別の代替的実施形態として、多相交流電力、例えば、個々の相の間に１２０度の位相オフセットを有する三相システムを使用して、把持力がゼロに低下するのを防止することができる。図１９は、ペイロード１５５０を有するグリッパー１９００（又は把持モジュール）のそのような構成の一例を示す。グリッパー１９００は、誘電ベース１５３０に埋め込まれた３つの電極１５３５、１５４０、１５４１を有しうる。電極１５３５、１５４０、１５４１は、それぞれ導体１７１０、１７２０、１７２１を介して通電されてもよい。これらの導体１７１０、１７２０、１７２１は、位相間の位相オフセットが１２０度である３つの異なるＡＣラインによって電力供給を受けてもよい。把持力を発生させるために三相電力を使用することにより、単相交流電源を使用する場合に、把持力が１サイクルで２回ゼロに低下することによって引き起こされる振動を実質的に排除することができる。ペイロードの解放は、三相電源をオフにすることで達成できる。

【0165】

図３、図４、図５、図７Ａに示されるように、グリッパーは、対応するロボットの対応するエンドエフェクタに取り付けられた別個のアセンブリであってもよい。あるいは、グリッパーは、エンドエフェクタに完全に又は部分的に一体化されていてもよい。グリッパー又は把持モジュールが一体化されたエンドエフェクタの２つの例が、図２０Ａ及び図２０Ｂに、それぞれ２０００及び２０５０として示されている。図２０Ａの例では、誘電体ベース２０１０が、把持面として動作するように丸い電極パターン２０１５が取り付けられた丸みを帯びた端部を有するものとして示されている。図２０Ｂの例では、誘電体ベース２０６０がフォーク状の端部を有するものとして示されており、この端部が把持面として動作するように、フォーク状又はＵ字状の電極パターン２０６５が取り付けられている。いずれの把持モジュール（２０００又は２０５０）においても、把持面はエンドエフェクタの構造と組み合わされ、単一のアセンブリを形成する。

【0166】

図３、図４、図５、図７Ａでは、単一の主電子モジュール１４０５とペイロード把持システムの各把持モジュールとの間に１つ又は複数の可動関節が存在するが、図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃの略図では、主電子モジュール１４０５は、１つ又は複数のグリッパー又は把持モジュールに直接接続されている。また、図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃにも描かれているように、把持モジュール又は把持モジュールのセットの各々に対して１つずつ、主電子モジュールを利用するようにしてもよい。

【0167】

図３、図４、図５、図７Ａの例では、ペイロード把持システム１４００のオプションの補助モジュール９９０は、対応するリンクの上部に取り付けられているように描かれている。これは、単に説明のためであり、描写を明瞭にするためである。オプションの補助電子モジュール９９０は、任意の適切な場所に取り付けることができる。例えば、対応する関節に嵌め込んだりパッケージ化したりしてもよい。一例として、図２２に模式的に示すように、対応する回転カップリングに組み込んでもよい。同様に、図２１の例における主電子モジュール１４０５も、対応するカップリングに嵌め込んだりパッケージ化したりしてもよい。

【0168】

ある例示的実施形態において、装置は、駆動部と、前記駆動部に接続された可動アームとを備え、前記可動アームは、
第１の回転関節において前記駆動部に対して回動可能な第１のリンクと；
少なくとも１つの前記第１のリンクの前記第１の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される第１のアクチュエータと；
第２の回転関節において前記第１のリンクに連結される少なくとも１つの第２のリンクと；前記少なくとも１つの第２のリンクの前記第２の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される少なくとも１つの第２のアクチュエータと；
前記少なくとも１つの第２のリンク上の少なくとも１つのグリッパーであって、ペイロードを運ぶように構成される、少なくとも１つのグリッパーと；
を備え、前記少なくとも１つのグリッパーは、
誘電体基板と；
前記誘電体基板上に配置され、自身の表面にペイロードを引き付けるための引力を生成するように構成される、少なくとも１つの電極と；
前記少なくとも１つの電極に電流源から電圧を印加するように構成される主電子モジュールと；
を備える。

【0169】

前記電流源は交流電源を含んでもよい。前記装置は更に、前記電流源と前記少なくとも１つの電極との間に電気カップリングを備えてもよい。前記電気カップリングは、一対の誘導結合コイルを有してもよい。前記電気カップリングはキャパシタを有してもよく、前記キャパシタは、環状に配置され、内側円筒状電極に対して回転可能な外側円筒状電極を有してもよく、前記外側円筒状電極と前記内側円筒状電極とは、ギャップによって分離されていてもよい。前記電気カップリングは、軸方向に配置された第１のディスク及び第２のディスクを有するキャパシタを有してもよく、前記第１のディスク及び前記第２のディスクは、ギャップによって分離されていてもよい。前記電気カップリングは、前記少なくとも１つの電極を跨ぐ電圧を昇圧してもよい。前記主電子モジュールは回路を備えてもよく、前記回路は、前記少なくとも１つの電極に対して制御信号を生成するように構成されてもよく、及び／又は、前記少なくとも１つの電極からステータス信号を受信するように構成されてもよい。前記回路は、交流を直流に変換する整流器を含んでいてもよい。前記電流源は直流であってもよく、前記電気カップリングはスリップリング構成を有してもよい。前記直流はグランドに接続されていてもよい。前記少なくとも１つの電極は、誘電体基板材に埋め込まれていてもよい。前記少なくとも１つのグリッパーは、静電放電原理で動作してもよい。

【0170】

別の例示的実施形態において、方法は、
駆動部を提供することと；
前記駆動部に接続された可動アームを提供することと；
を含み、前記可動アームは、
第１の回転関節において前記駆動部に対して回動可能な第１のリンクと；
少なくとも１つの前記第１のリンクの前記第１の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される第１のアクチュエータと；
第２の回転関節において前記第１のリンクに連結される少なくとも１つの第２のリンクと；
前記少なくとも１つの第２のリンクの前記第２の回転関節周りの回動を生じさせるように構成される少なくとも１つの第２のアクチュエータと；
前記少なくとも１つの第２のリンク上の少なくとも１つのグリッパーと；
を備え、前記少なくとも１つのグリッパーは、
誘電体基板と；
前記誘電体基板上に配された少なくとも１つの電極と；
を有し、
前記方法は更に、電流源から前記少なくとも１つの電極に電圧を印加して、前記電極の表面に引力を発生させ、前記少なくとも１つの電極と、該電極に隣接し、前記少なくとも１つのグリッパーによって運ばれるペイロードとの間に引力を発生させることを含む。

【0171】

前記電流源は交流電源を含んでもよい。前記方法は更に、交流を直流に整流することを含んでもよい。前記方法は更に、前記電流源と前記少なくとも１つの電極との間に電気カップリングを提供することを含んでもよい。前記方法は、前記電気カップリングを用いて前記電流源と前記少なくとも１つの電極とを誘導的に結合することを含んでもよい。前記方法は更に、誘導電気カップリングを用いて前記少なくとも１つの電極を跨ぐ電圧を昇圧することを含んでもよい。前記方法は、前記電気カップリングを用いて前記電流源と前記少なくとも１つの電極とを容量性結合することを含んでもよい。前記少なくとも１つの電極に電流を印加することは、直流電流を印加することを含んでもよい。前記少なくとも１つのグリッパーは、前記少なくとも１つの電極と前記ペイロードとの間に引力を生じさせまた解放するために、静電放電によって動作してもよい。

【0172】

別の例示的実施形態において、装置は、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータプログラム命令を格納する少なくとも１つの不揮発性メモリとを備え、前記コンピュータプログラム命令は、前記少なくとも１つのプロセッサに実行されると、前記装置に、少なくとも１つの電極に電流源から電圧を印加して、前記電極の表面に引力を発生させ、前記少なくとも１つの電極と、該電極に隣接するペイロードとの間に引力を発生させることを遂行させるように構成される。前記ペイロードは少なくとも１つのグリッパーによって運ばれるように構成される。

【0173】

前記電流源は交流電源を含んでもよい。前記装置は、交流を直流に整流することを遂行させるようにされてもよい。前記電流源は、前記少なくとも１つの電極と誘導的に結合されてもよい。前記装置は、前記少なくとも１つの電極を跨ぐ電圧を昇圧することを遂行させるようにされてもよい。前記電流源は、前記少なくとも１つの電極と容量的に結合されてもよい。前記電圧は直流電流を印加することによって印加されてもよい。

【0174】

別の例示的実施形態において、ロボットを使用してペイロードを運搬する方法は、
ロボットのエンドエフェクタに配されるグリッパーに位置する電極に、電流源から電圧を印加し、前記電極に第１の電荷分布を生じさせることと；
前記電極にペイロードを載せることと；
前記電極上の電荷とは極性が反対の電荷による第２の電荷分布を前記ペイロードに生じさせることと；
前記ペイロードを前記グリッパーに引きつけることと；
前記エンドエフェクタに前記ペイロードを運搬させることと；
を含む。

【0175】

前記電極に電圧を印加することは、交流電流から電圧印加することを含んでもよい。前記方法は更に、交流を直流に整流することを含んでもよい。前記方法は更に、前記電流源を前記少なくとも１つの電極に誘導的に結合することを含んでもよい。前記方法は更に、前記少なくとも１つの電極を跨ぐ電圧を昇圧することを含んでもよい。前記方法は更に、前記電流源と前記少なくとも１つの電極とを容量性結合することを含んでもよい。前記方法は更に、前記ペイロードを解放することを含んでもよい。前記ペイロードを解放することは、前記電極上の前記第１の電荷分布と前記ペイロード上の前記第２の電荷分布の静電放電を伴ってもよい。

【0176】

本発明は、固定された駆動ユニットを有する例示的なロボットを用いて説明されているが、本発明は、並進駆動ユニットのような可動駆動ユニットを有するロボットにも拡張することができる。そのような可動駆動ユニットは、例えば、米国特許第１０，８００，０５０号、米国特許第１０，７４２，０７０号、米国特許第１０，５９６，７１０号、米国特許同第１０，２６９，６０４号に開示されており、また米国特許公開第２２０／０２６２６６０Ａ１号及び同第２０１８／０１０８５５２Ａ１号にも開示されている。これらの文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。また本発明は、回転関節を有するロボットを用いて説明されてきたが、柱状（線形）関節などの他のタイプの関節を有するロボット（線形アームを有するロボット）に拡張することができる。

【0177】

上記の例示的な実施形態のほとんどは、独立して作動するエンドエフェクタを２つの有することを特徴とするが、１つの独立して作動するエンドエフェクタや３つ以上の独立して作動するエンドエフェクタを含む、任意の数のエンドエフェクタが用いられてもよい。またロボットアームは、固定された複数のエンドエフェクタによる１つ又は複数のアセンブリを支持してもよい。一例として、剛性的に接続されたエンドエフェクタのそのようなアセンブリは、単一平面内で横に並んで配置された一対のエンドエフェクタを有してもよく、または、実質的に互いの上に重ねられた複数のエンドエフェクタを有してもよい。

【0178】

上記の例示的な実施形態の一部として単一のＺ軸機構が示されているが、任意の数のＺ軸機構が使用されてもよい。Ｚ軸機構を使用しない実施形態が存在してもよい。上記の例示的な実施形態は、ボールねじを経由して回転モータによって作動するＺ軸を伴って描かれている。しかし、リンク機構またはリニアモータなどの任意の他の適切な構成が使用されてもよい。またＺ軸の構成はこれらに限定されない。

【0179】

本書の図に示されているベアリング、ベアリングの構成、およびベアリングの位置は、説明のためだけのものであり、その目的は、個々の部品が一般的に互いに対してどのように制約され得るかを伝えることであることに留意されたい。ベアリング、ベアリングの構成及びベアリングの位置は、任意の適切なものを使用することができる。

【0180】

制御システムの様々な構成要素間の通信手段として通信ネットワークを説明したが、無線ネットワークやポイントツーポイントバスなど、マスターコントローラと制御モジュール間の任意の他の適切な通信手段を利用することができる。

【0181】

なお、上述の説明は単なる例であることも理解しなければならない。当業者は種々の変形および修正を考えることができるだろう。例えば、前述した様々な実施形態からの特徴を選択的に組合せて新たな実施形態とすることも可能である。本明細書は、そのような代替案、修正、及び変形をすべて包含することを意図している。

【図1】

【図2A-2C】

【図2D-2G】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A-6C】

【図6D-6G】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A-8C】

【図8D-8G】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図15D】

【図15E】

【図15F】

【図15G】

【図15H】

【図15I】

【図15J】

【図15K】

【図15L】

【図15M】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20A】

【図20B】

【図21A】

【図21B】

【図21C】

【図22】

【国際調査報告】