CN105014660A - 平面关节型机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械手领域，特别是涉及一种平面关节型机械手。包括：由密封板和真空盖罩构成的真空腔体，真空腔体内部、置于所述密封板上的执行机构，真空腔体外的驱动机构；所述执行机构包括依次连接的第一小臂，第二小臂，第三小臂和第四小臂，还包括臂连接基座和一端安装有第一夹具的伸缩臂，臂连接基座与第一小臂和第三小臂连接，伸缩臂通过安装在靠近臂连接基座外侧的弹簧顶针固定在臂连接基座上；所述驱动机构，用来通过驱动第二小臂和第四小臂转动来使伸缩臂在真空腔体内进行转动、伸缩。本发明提供的平面关节型机械手传输距离大，效率高。

Description

平面关节型机械手

技术领域

本发明涉及机械手领域，特别是涉及一种平面关节型机械手。

背景技术

真空机械手是一种在真空环境下工作的机械手，主要应用于半导体工业中，实现晶圆在真空腔室内的传输。随着半导体技术的发展,对相关设备的真空度要求越来越高。因为超高真空条件下沉积薄膜可以减少残余气体的残余和影响，减少表面和界面的杂质和缺陷。

按传动方式的不同，真空机械手可分为平面关节型机械手和径向直线运动(R-θ)型机械手。由于平面关节型机械手可实现多个自由度，动作比较灵活，因此平面关节型机械手应用较为广泛。

目前国内平面关节型真空机械手的真空度只能到10^-6Pa，伸长后手臂末端距圆心不到1.5个腔体直径。国外平面关节型真空机械手虽然可以实现真空度10^-8下的样品传送，但存在以下不足：传送距离小于腔体直径；直线型的机械手传送距离可以大于一个半径，但均为单头模式，只能对一种类型的样品进行传送，产品产出率低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种平面关节型机械手，能达到传输物品距离大，效率高的目的。

本发明提供的平面关节型机械手，包括由密封板和真空盖罩构成的真空腔体，置于真空腔体内部密封板上的执行机构，真空腔体外的驱动机构；

所述执行机构包括依次连接的第一小臂，第二小臂，第三小臂和第四小臂，还包括臂连接基座和一端安装有第一夹具的伸缩臂，臂连接基座与第一小臂和第三小臂连接，伸缩臂通过安装在靠近臂连接基座的外侧的弹簧顶针固定在臂连接基座上；

所述驱动机构，用来通过驱动第二小臂和第四小臂转动来使伸缩臂在真空腔体内进行转动、伸缩。

所述驱动机构包括第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机；

当第一伺服电机和第二伺服电机分别驱动第二小臂和第四小臂以大小相等、方向相同的角速度转动时，伸缩臂在真空腔体内转动；当第一伺服电机和第二伺服电机分别驱动第二小臂和第四小臂以大小相等、方向相反的角速度转动时，伸缩臂在真空腔体内径向伸缩；

第三伺服电机用来驱动所述真空腔体的密封板的升降密封板的升降。

进一步地，平面关节型机械手还包括钢带，所述钢带通过带轮连接在第一小臂和第四小臂的固定轴上，带轮传动比为1:1。

伸缩臂采用C型钢结构。

在所述真空腔体的密封板外部设置支撑基座，所述支撑基座通过密封板与执行机构相连。

在所述真空腔体底端的密封板上设置有支撑架，伸缩臂上另一端部安装有第二夹具,所述真空腔室的盖罩上设置有第一下压机构,第二下压机构,伸缩臂上靠近第一夹具的部位安装有销钉；

支撑架用来支撑下降后的伸缩臂，第一下压机构用来下压弹簧顶针，使伸缩臂与弹簧顶针的销钉脱离；第二下压机构用来下压销钉，使得滑动到销钉处的臂连接基座通过销钉与伸缩臂固定。

第一夹具和第二夹具相同或不相同。

所述驱动部件及所述执行部件均采用不锈钢材料制成，或者使用在真空中放气率低的其它金属材料。

本发明提供的平面关节型机械手，可使传送距离接近真空腔体直径的2倍，最大程度的利用所在腔室的空间；而且能传送两种不同类型的物品，既提高了传片效率，又提高了使用灵活性。 

附图说明

图1为本发明实施例提供的平面关节型机械手结构示意图；

图2为本发明实施例提供的平面关节型机械手四个小臂示意图；

图3为本发明实施例提供的密封板上支撑架示意图；

图4为本发明实施例提供的真空盖罩上的下压机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种传输距离大，效率高的平面关节型机械手。

参见图1至图2，本发明实施例提供的平面关节型机械手，其包括：

由密封板和真空盖罩构成的真空腔体1，置于真空腔体1内部密封板上的执行机构2，真空腔体1外的驱动机构3；

本发明实施例中密封板可以采用焊接波纹管实现真空密封，但不限于波纹管只要能实现真空密封的器件都可以。

其中执行机构2包括依次连接的第一小臂20，第二小臂21，第三小臂22和第四小臂23，还包括臂连接基座26和一端安装有第一夹具240的伸缩臂24，臂连接基座26与第一小臂20和第三小臂22连接，伸缩臂24通过安装在靠近臂连接基座26外侧的弹簧顶针27固定在臂连接基座26上；

驱动机构3，用来通过驱动第二小臂21和第四小臂23转动来使伸缩臂24在真空腔体1内进行转动、伸缩。

具体地，驱动机构3包括第一伺服电机30，第二伺服电机31和第三伺服电机32。

第一伺服电机30和第二伺服电机31分别驱动第二小臂21和第四小臂23，当第一伺服电机30和第二伺服电机31分别驱动第二小臂21和第四小臂23以大小相等、方向相同的角速度转动时，伸缩臂24在真空腔体1内转动，而不发生径向伸缩；当第一伺服电机30和第二伺服电机31分别驱动第二小臂21和第四小臂23以大小相等、方向相反的角速度转动时，伸缩臂24在真空腔体1内径向伸缩：当第一伺服电机30和第二伺服电机31分别驱动第二小臂21和第四小臂23以大小相等、反方向为相互靠近的角速度转动时，伸缩臂24伸长；当第一伺服电机30和第二伺服电机31分别驱动第二小臂21和第四小臂23以大小相等、反方向为相互背离的角速度转动时，伸缩臂24缩短。

第三伺服电机32，用来驱动真空腔体1的密封板的升降。密封板的升降可使得整体机械手的升降。

本发明实施例中密封板采用波纹管，则第三伺服电机32驱动波纹管底座上升，则波纹管的轴在内部会跟着上升，使得整体机械手上升。

伸缩臂24上的第一夹具240用来夹持待传输物品。

进一步地的，该机械手还包括钢带25，钢带25通过带轮连接在第一小臂20和第四小臂23的固定轴上，带轮传动比为1:1，这样可使第一小臂20和第四小臂23保持平行，因此伸缩臂24维持在第二小臂21和第四小臂23的中分线上，即伸缩臂24的伸缩始终在真空腔体1的径向方向。

本发明伸缩臂24跨中心伸缩的方式使得传送物品的距离能接近真空腔体直径的2倍，径向传送精度达到0.1mm。

下面以传送一个硅片为例，详细说明该机械手的工作过程：

第一伺服电机30和第二伺服电机31同时反方向旋转，则第二小臂21和第四小臂23以大小相等、反方向为相互靠近的角速度转动，这样可使伸缩臂24伸长，伸缩臂24伸长后通过真空腔体1上法兰连接的阀门进入真空腔体1的进样室，对准硅片的下方，通过第三伺服电机32控制密封板上升使该机械手整体上升，用第一夹具240托举起硅片；然后第一伺服电机30和第二伺服电机31再同时反方向旋转，第二小臂21和第四小臂23以大小相等、反方向为相互背离的角速度转动，此时伸缩臂24收缩将第一夹具240托举起的硅片运送到真空腔体1内，关闭真空腔体1上的阀门。然后第一伺服电机30和第二伺服电机31同方向旋转，则第二小臂21和第四小臂23同方向旋转，则伸缩臂24在真空腔体1内转动，当伸缩臂24转动到真空腔体1与待送入真空腔体连接处时，通过第一伺服电机30和第二伺服电机31反方向旋转，使第二小臂21和第四小臂23反方向旋转，这样伸缩臂24伸长将硅片送入到待送入真空腔体中；机械手通过第三伺服电机32控制密封板下降而整体下降，将硅片留在待送入真空腔体内的夹具上，伸缩臂24再以相同的过程收缩回真空腔体1中。

进一步地，伸缩臂24可采用C型钢结构，这样可使伸缩臂24伸长后的弯曲变形达到最小。

进一步地，在真空腔体1的密封板外部设置支撑基座4，该支撑基座4通过密封板与执行机构2相连，用来稳固执行机构2，防止执行机构2抖动。

进一步地，还参见图3和图4，在真空腔体1底端的密封板上设置有支撑架5，伸缩臂24上另一端的端部安装有第二夹具241,真空腔室的盖罩上设置有第一下压机构6,第二下压机构7,伸缩臂24上靠近第一夹具240的部位安装有销钉8。

具体地，该支撑架5用来支撑下降后的伸缩臂24，第一下压机构6用来下压弹簧顶针27，使伸缩臂24与弹簧顶针27的销钉脱离；第二下压机构7用来下压销钉8，使得滑动到销钉8处的臂连接基座26通过销钉8与伸缩臂24固定，臂连接基座26的滑动是通过第二小臂21和第四小臂23的反方向转动而滑动的。这样机械手实现了抓取方向的切换，第二夹具241用来抓取待传输物品。

在实际应用中，机械手整体旋转，使伸缩臂24的两端刚好对着支撑架5，然后机械手下降让伸缩臂24刚好落在支撑架5上。此时真空盖罩上的弹簧顶针27被压缩后，伸缩臂24与弹簧顶针27的销钉脱离；然后第一伺服电机30和第二伺服电机31反方向旋转，使得第二小臂21和第四小臂23反方向转动，带动臂连接基座26沿着伸缩臂24边缘的V形槽往伸缩臂24的另一端滑动，滑动过程中，伸缩臂24保持在支撑架5上不动。当臂连接基座26滑动到销钉8时，臂连接基座26通过销钉8与伸缩臂24固定在一起，实现了伸缩臂24的反方向抓取待传输物品。

进一步地，第一夹具240和第二夹具241可以相同，也可以不相同，相同时，第一夹具240和第二夹具241传送的物品相同；不相同时，第一夹具240和第二夹具241传送的物品不同，具体可以设置大小、形状不同的夹具，以满足传送大小、形状不同的物品。

为了确保该机械手真空腔体1的真空度，本发明中驱动部件及执行部件均采用不锈钢材料制成，或者使用在真空中放气率低的其它金属材料。轴承还可以采用陶瓷材料。

本发明提供的平面关节型机械手，可使传送距离接近真空腔体直径的2倍，最大程度的利用所在腔室的空间；而且能传送两种不同类型的物品，既提高了传片效率，又提高了使用灵活性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种平面关节型机械手，其特征在于，包括：由密封板和真空盖罩构成的真空腔体（1），置于真空腔体（1）内部密封板上的执行机构（2），真空腔体（1）外的驱动机构（3）；

所述执行机构（2）包括依次连接的第一小臂（20），第二小臂（21），第三小臂（22）和第四小臂（23），还包括臂连接基座（26）和一端安装有第一夹具(240)的伸缩臂(24)，臂连接基座(26)与第一小臂(20)和第三小臂(22)连接，伸缩臂(24)通过安装在靠近臂连接基座(26)外侧的弹簧顶针(27)固定在臂连接基座(26)上；

所述驱动机构(3)，用来通过驱动第二小臂（21）和第四小臂（23）转动来使伸缩臂（24）在真空腔体（1）内进行转动、伸缩。

2.根据权利要求1所述的平面关节型机械手，其特征在于，所述驱动机构包括第一伺服电机（30）、第二伺服电机（31）和第三伺服电机（32）；

当第一伺服电机（30）和第二伺服电机（31）分别驱动第二小臂（21）和第四小臂(23)以大小相等、方向相同的角速度转动时，伸缩臂(24)在真空腔体(1)内转动；当第一伺服电机(30)和第二伺服电机(31)分别驱动第二小臂(21)和第四小臂(23)以大小相等、方向相反的角速度转动时，伸缩臂(24)在真空腔体(1)内径向伸缩；

第三伺服电机(32)用来驱动所述真空腔体1的密封板的升降。

3.根据权利要求1所述的平面关节型机械手，其特征在于，所

述平面关节型机械手还包括钢带(25)，所述钢带(25)通过带轮连接在第一小臂(20)和第四小臂(23)的固定轴上，带轮传动比为1:1。

4.根据权利要求1所述的平面关节型机械手，其特征在于，所述伸缩臂(24)采用C型钢结构。

5.根据权利要求1所述的平面关节型机械手，其特征在于，在所述真空腔体(1)的密封板外部设置支撑基座(4)，所述支撑基座(4)通过所述密封板与执行机构(2)相连。

6.根据权利要求1所述的平面关节型机械手，其特征在于，在所述真空腔体(1)底端的密封板上设置有支撑架(5)，伸缩臂(24)上另一端部安装有第二夹具(241),所述真空腔室的盖罩上设置有第一下压机构（6）,第二下压机构（7）,伸缩臂(24)上靠近第一夹具(240)的部位安装有销钉(8)；

支撑架(5)用来支撑下降后的伸缩臂(24)，所述第一下压机构（6）用来下压弹簧顶针(27)，使伸缩臂(24)与弹簧顶针(27)的销钉脱离；所述第二下压机构（7）用来下压销钉(8)，使得滑动到销钉(8)处的臂连接基座(26)通过销钉(8)与伸缩臂(24)固定。

7.根据权利要求6所述的平面关节型机械手，其特征在于，第一夹具（240）和第二夹具（241）相同或不相同。

8.根据权利要求1所述的平面关节型机械手，其特征在于，所述驱动部件及所述执行部件均采用不锈钢材料制成，或者使用在真空中放气率低的其它金属材料。