JP4719010B2

JP4719010B2 - 産業用ロボット

Info

Publication number: JP4719010B2
Application number: JP2006010451A
Authority: JP
Inventors: 靖典竹内; 隆之矢澤; 弘登中島
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: KR20060085211A; TWI398334B; KR101209299B1; JP2006224297A; TW200631743A

Description

本発明は、産業用ロボットに関する。

産業用ロボットとして、例えば特開２００１−１５７９７４号公報に開示された真空環境内で使用可能な基板搬送ロボットがある。

この基板搬送ロボットを図１２に示す。機台１０１は大気槽１０２と真空槽１０３とに分離されており、駆動モータ１０４とボールネジ１２０とを有する移動機構によって大気槽１０２内の駆動ボックス１０５を上下動させることで、真空槽１０３内の回転ベース１０６を上下動させることができる。また、第３の駆動モータ１０７によって第３軸１０８を回転させることで、回転ベース１０６を旋回させることができる。

回転ベース１０６には、第１アーム体１０９及び第２アーム体１１０が設けられている。第１の駆動モータ１１１によって第１軸１１２を回転させることで、第１アーム体１０９を回転させることができる。また、第２の駆動モータ１１３によって第２軸１１４を回転させることで、第２アーム体１１０を回転させることができる。

第３軸１０８内に第２軸１１４が、第２軸１１４内に第１軸１１２が配置されている。第３軸１０８の外側の空間については、本体ケース上壁１１５とハウジング部１１６との間に第３軸１０８を囲むように真空ベローズ１１７を装着することで、真空槽１０３と大気槽１０２とを分離させている。また、特に明記されてはいないが、第３軸１０８と第２軸１１４との間及び第２軸１１４と第１軸１１２の間の空間については、磁性流体シールを設けることで真空槽１０３と大気槽１０２とを分離させていると思われる。

特開２００１−１５７９７４号

しかしながら、特許文献１に示す基板搬送ロボットは、駆動モータ１０４とボールネジ１２０とを有する移動機構を介して駆動ボックス１０５を上下方向に移動させている。このため、移動距離（ストローク）を長くすると駆動ボックス１０５を支持する部材が必要となり、移動するための構造がより複雑になるという問題がある。さらに、大型化になるという問題もある。

さらに、上述の基板搬送ロボットでは、真空環境内で使用する場合には、回転ベース１０６を上下させる移動距離に適した磁性流体シールや真空ベローズ１１７が必要なことから、上下移動距離に比例して磁性流体シールや真空ベローズ１１７を大型化させる必要がある。このため、ロボット全体が大型化すると共に、高価になる。

また、真空ベローズ１１７は溶接により製作されるジャバラ構造であり、大型化に伴って洗浄が困難になり、パーティクルの発生（発塵）が起こりやすくなる。

さらに、一般的にロボット本体の耐久性よりも真空ベローズ１１７の繰り返し動作耐久性の方が悪い。このため、真空ロボット全体としての耐久性が悪化し、信頼性が悪化する。

本発明は、簡単な構造の移動機構を備えた産業用ロボットを提供することを目的とする。また、真空環境内で使用する場合において、産業用ロボットであっても真空ベローズの使用が不要な産業用ロボットを提供することを目的する。さらに、上下移動距離とは無関係に磁性流体シールの設計を可能にする産業用ロボットを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、回転可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端に設けられ、ワークを保持可能なハンド部と、該ハンド部と前記ロボットアームとを駆動する駆動部と、該駆動部を取り付ける取り付け部を備えた支持ベースと、該支持ベースを移動させるパラレルリンク機構とを備え、駆動部は支持ベースに沈み込むように設けられており、パラレルリンク機構を構成するパラレルリンクは、１本の第１アームと２本の第２アームとを有し、第２アームは支持ベース側に配置され、２本の連結軸とともに平行四辺形を構成してなり、前記第１アームの長さは、前記第２アームの長さより短いものである。

したがって、簡単な構造のパラレルリンク機構によって支持ベースを移動させることで、ロボットアーム、ハンド部及び駆動部を移動させることができる。さらに、駆動部を支持ベースの取り付け部に取り付け支持ベースに沈み込むように設けているので、ロボットアーム、ハンド部及び駆動部の重心位置を支持ベースに近づけて保持することができる。これにより、パラレルリンク機構の剛性を高めることができる。また、パラレルリンクの第２アームと２本の連結軸とともに平行四辺形を構成しているので、パラレルリンクの剛性を高めることができる。さらに、パラレルリンクの動作範囲において、第２アームと支持ベースとの成す角度αの角度変化を小さくするとともに、その角度αは、９０度より小さい鋭角な角度範囲を保持している。このように、鋭角な角度を保持することで、パラレルリンク機構が上下方向に移動する際、パラレルリンクの移動中に外乱が発生しても、支持ベースが上下方向に安定して移動することができる。また、パラレルリンクのストローク（上下方向への移動距離）は、リンク長（第１アームの長さ）Ｌａ、リンク長（第２アームの長さ）Ｌｂとリンク動作角θとの積で求められるが、第1アームの移動範囲を大きく取れるようになるので、短いリンク長Ｌａ、Ｌｂで、所定のストロークを確保することができる。このため、（１）パラレルリンクの剛性が上がり、（２）駆動モータのトルクを小さくできる。

また、本発明は、回転可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端に設けられ、ワークを保持可能なハンド部と、該ハンド部と前記ロボットアームとを駆動する駆動部と、該駆動部を取り付ける取り付け部を備えた支持ベースと、該支持ベースを移動させるパラレルリンク機構とを備え、駆動部は支持ベースを介してロボットアーム及びハンド部とは反対側に取り付けられており、パラレルリンク機構を構成するパラレルリンクは、１本の第１アームと、２本の第２アームとを有し、第２アームは支持ベース側に配置され、２本の連結軸とともに平行四辺形を構成してなり、第１アームの長さは、第２アームの長さよりも短いものである。
したがって、簡単な構造のパラレルリンク機構によって支持ベースを移動させることで、ロボットアーム、ハンド部及び駆動部を移動させることができる。さらに、駆動部を支持ベースの取り付け部に取り付け、支持ベースを介してロボットアーム及びハンド部とは反対側に設けているので、前記ロボットアームや前記ハンド部の重心を前記パラレルリンク機構を支持する支持ベースに近づけることができ、パラレルリンク機構の剛性を高めることができる。また、パラレルリンクの第２アームと２本の連結軸とともに平行四辺形を構成しているので、パラレルリンクの剛性を高めることができる。さらに、パラレルリンクの動作範囲において、第２アームと支持ベースとの成す角度αの角度変化を小さくするとともに、その角度αは、９０度より小さい鋭角な角度範囲を保持している。このように、鋭角な角度を保持することで、パラレルリンク機構が上下方向に移動する際、パラレルリンクの移動中に外乱が発生しても、支持ベースが上下方向に安定して移動することができる。また、パラレルリンクのストローク（上下方向への移動距離）は、リンク長（第１アームの長さ）Ｌａ、リンク長（第２アームの長さ）Ｌｂとリンク動作角θとの積で求められるが、第1アームの移動範囲を大きく取れるようになるので、短いリンク長Ｌａ、Ｌｂで、所定のストロークを確保することができる。このため、（１）パラレルリンクの剛性が上がり、（２）駆動モータのトルクを小さくできる。

本発明は、パラレルリンク機構は支持ベースを上下移動させるものでも良く、パラレルリンク機構は支持ベースを平面移動させるものでも良い。すなわち、支持ベースを上下移動させることでロボットアーム及びハンド部を上下移動させたり、支持ベースを平面移動させることでロボットアーム及びハンド部を平面移動させたり、支持ベースを上下移動及び平面移動させることでロボットアーム及びハンド部を上下移動及び平面移動させることができる。

また、前記２本の連結軸の中で、前記第１アームと第２アームとを連結する連結軸の移動軌跡は、他の連結軸の移動軌跡よりも水平方向において外側であることが好ましい。これにより、パラレルリンク機構が上下方向に移動する際、パラレルリンク機構の作動中に外乱が発生しても、支持ベースが上下方向に移動することができる。

また、前記産業用ロボットは真空環境内に設置されて作業を行うものであることが好ましい。

したがって、パラレルリンク機構は真空環境内に設置可能である。パラレルリンク機構が真空環境内に設置されているので、真空ベローズを用いることなく真空環境内をシールすることができる。また、支持ベースの上下移動距離とは無関係に磁性流体シールを設計することができる。

本発明は、回転可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端に設けられ、ワークを保持可能なハンド部と、該ハンド部と前記ロボットアームとを駆動する駆動部と、該駆動部を取り付ける取り付け部を備えた支持ベースと、該支持ベースを移動させるパラレルリンク機構とを備えたものである。これにより、簡単な構造のパラレルリンク機構によって支持ベースを移動させることで、ロボットアーム、ハンド部及び駆動部を移動させることができる。さらに、駆動部を支持ベースの取り付け部に取り付けるので、ロボットアーム、ハンド部及び駆動部の重心位置を支持ベースに近づけて保持することができる。これにより、パラレルリンク機構の剛性を高めることができる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１〜図６に、本発明の産業用ロボットの第１の実施形態を示す。産業用ロボットは、例えば真空環境１内で図示しないワークを搬送する真空環境内ワーク搬送ロボットである。産業用ロボットは、真空環境１内に設置されて作業を行うもので、支持ベース２に取付けられ回転可能なロボットアーム３と、該ロボットアーム３の先端に設けられ、ワークを保持可能なハンド部４と、支持ベース２を移動させるパラレルリンク機構５とを備えている。パラレルリンク機構５は、支持ベース２を、図１において上下方向に移動させる移動機構である。また、パラレルリンク機構５を駆動する駆動源６は、真空環境１の外部に配置されている。

本実施形態では、１本の第１ロボットアーム３Ａの両端に２本の第２ロボットアーム３Ｂを連結し、各第２ロボットアーム３Ｂの先端にハンド部４を連結している。

産業用ロボットが設置されている台座７の上は図示しない隔壁で覆われており、隔壁内は真空環境１となっている。すなわち、支持ベース２と、ロボットアーム３と、ハンド部４と、これらの駆動機構で構成されるマニピュレータ８が真空環境１内でパラレルリンク機構５によって機構的に支持されている。ロボットアーム３及びハンド部４を駆動する複数の図示しないモータ等を含む駆動部９は支持ベース２の底面（取り付け部２Ａ）に配置され、ハウジング９０に覆われている。

さらに、本実施の形態において、ハウジング９０内からは、回転軸８１が、支持ベース２を貫通して伸びるように形成されており、回転軸８１を介して、ハウジング９０内のモータの駆動力をロボットアーム３やハンド部４に伝達するようにしている。このように、ロボットアーム３やハンド部４を駆動する駆動部９の一部が支持ベース２に形成された取り付け部２Ａとしての孔を貫通し、駆動部９が支持ベース２の底面に取り付けられているので、ロボットアーム３やハンド部４や駆動部の重心位置をパラレルリンク機構５を支持する支持ベース２に近づけることでパラレルリンク機構５（パラレルリンク１２）の剛性を高めることができるようにしている。
また、支持ベース２に搭載されるマニピュレータ８は、その重心位置を下げる、すなわち、その重心位置を支持ベース２に近づけることができ、例えば、動作時に振動が発生した場合であっても、その振動を抑制することができるようになっている。

また、本実施の形態では、マニピュレータ８が真空環境内に配置されているが、モータの配線はハウジング９０の底面に取付けられたフレキシブルチューブ１０内を通って図示しない制御部に接続されている。このため、フレキシブルチューブ１０内及びハウジング９内は大気環境１１となる。
しかしながら、支持ベース２とハウジング９０との間、ハウジング９０とフレキシブルチューブ１０との間は、例えば図示しないＯリングによって真空シールされている。また、ハウジング９０内のモータの駆動力をロボットアーム３やハンド部４に伝達するためにハウジング９０内から支持ベース２を貫通して伸びる回転軸８１とその対向部材との間は図示しない磁性流体シールによって真空シールされている。
これらのため、マニピュレータ８が配置される真空環境１とモータが配置される大気環境１１とは確実に分離されている。また、支持ベース２を貫通して伸びる前記回転軸８１はその軸線方向に移動するものではないので、従来のように、軸方向に移動する回転軸を真空シールする場合に比べて、磁性流体シールの範囲を狭くできる。なお、図２及び図３ではフレキシブルチューブ１０の記載を省略している。

本実施の形態において、パラレルリンク機構５は、例えば３組のパラレルリンク１２より構成され、これらは１つのリンク駆動モータ（駆動源）６によって駆動されている。ただし、パラレルリンク１２の数は３組に限るものではない。パラレルリンク１２は、台座７上の支持体１３と支持ベース２とを連結し、マニピュレータ８を機構的に拘束している。３組のパラレルリンク１２は、上からみて支持ベース２やハウジング９０を囲むように１２０度間隔で配置されている。

パラレルリンク１２は、図５に示すように、台座７側の１本の第１アーム１２ａと、支持ベース２側の２本の第２アーム１２ｂを有している。２本の第２アーム１２ｂは、2本の連結軸としての中間連結軸１７、連結軸１８とともに、平行四辺形を構成し、その剛性を高めるようにしている。また、本実施の形態では、第１アーム１２ａの長さＬａは、第２アーム１２ｂの長さＬｂよりも短くなっている。
また、第1アーム１２ａと第２アーム１２ｂとを連結する中間連結軸１７の移動軌跡は、図１に示すように、連結軸１８の移動軌跡よりも、水平方向において外側となるようにしている。
これにより、パラレルリンク１２の動作範囲において、第２アーム１２ｂと支持ベース２との成す角度αの角度変化を小さくするとともに、その角度αは、９０度より小さい鋭角な角度範囲を保持している。このように、鋭角な角度を保持することで、パラレルリンク機構５が上下方向に移動する際、パラレルリンク１２の移動中に外乱が発生しても、支持ベース２が上下方向に安定して移動することができるようになっている。
なお、第１アーム１２ａの長さＬａと第２アーム１２ｂとの長さＬｂは同じであってもよい。

第１アーム１２ａの下端は、支持体１３に大気用ベアリング１４及び真空用ベアリング１５を介して回転自在に支持されているリンク駆動軸１６に固定されている。
本実施の形態において、３つのリンク駆動軸１６は、上からみて支持ベース２やハウジング９を囲むように１２０度間隔で配置されている。

さらに、本実施の形態において、リンク駆動軸１６は、台座７よりも高い位置に配置されている。すなわち、図１に示すように、第1アーム１２ａと第２アーム１２ｂとが重なるようにして折り畳まれ、第1アーム１２ａが斜め下方に向くようになり、中間連結軸１７が台座７に当接した位置が最下降位置となるような高さを確保している。換言すれば、リンク駆動軸１６の高さは、ハウジング９０の収納スペースを確保するようにしている。

パラレルリンク１２のストローク（上下方向への移動距離）は、リンク長Ｌａ、Ｌｂとリンク動作角θとの積で求められるが、第1アーム１２ａの移動範囲を大きく取れるようになるので、短いリンク長Ｌａ、Ｌｂで、所定のストロークを確保することができるようになっている。このため、（１）パラレルリンク１２の剛性が上がり、（２）駆動モータ６のトルクが小さくなり、減速機を小型化でき、（３）マニュピュレータ８の占有スペースを小さくできるようになっている。

また、図５に示すように、第１アーム１２ａの上端は、中間連結軸１７の中央に固定されている。第２アーム１２ｂの下端は、中間連結軸１７の両端に真空用ベアリング１５を介して回転自在に連結されている。また、第２アーム１２ｂの上端は、支持ベース２の凸部２ａを貫通している連結軸１８の両端に真空用ベアリング１５を介して回転自在に連結されている。つまり、第１アーム１２ａは１自由度、第２アーム１２ｂも１自由度で構成されており、マニピュレータ８は３組のパラレルリンク１２によって機構的に上下方向に拘束されている。
さらに、本実施の形態では、第１アーム１２ａ、第２アーム１２ｂ、中間連結軸１７、連結軸１８は、例えばパイプ形状を成しており、一定の剛性を保持しつつ、軽量化を図るようにしている。

上述したように、パラレルリンク機構５は、つぎのように動作する。
リンク駆動軸１６が回転していない状態（最下降位置）では、図１に実線で示すように、第１アーム１２ａが斜め下方に向いており、第２アーム１２ｂが重なるようにしてパラレルリンク１２が折り畳まれている。この状態から、リンク駆動軸１６が回転し第１アーム１２ａが持ち上げられると、第２アーム１２ｂの折曲角度が減少し、パラレルリンク１２が伸びて支持ベース２を持ち上げる（図２の二点鎖線位置）。そして、リンク駆動軸１６が逆転すると、伸びていたパラレルリンク１２が折り畳まれて支持ベース２を下降させる（図１の実線位置）。

リンク駆動モータ６は、図６に示すように、真空環境１の外部に配置されている。本実施形態では、台座７の孔７ａを覆うカバー１９内にリンク駆動モータ６を設置することで、リンク駆動モータ６を台座７の下側の大気環境１１（真空環境１の外部）配置としている。リンク駆動モータ６の駆動力はプーリ２０→タイミングベルト２１→タイミングプーリ２２→回転シャフト２３→ベベルギヤ２４→ベベルギヤ２５→大気ベアリング減速機２６→リンク駆動軸１６へと伝達される。タイミングプーリ２２、回転シャフト２３、ベベルギヤ２４，２５、大気ベアリング減速機２６は、各パラレルリンク１２毎に設けられている。タイミングベルト２１は３組のパラレルリンク１２のタイミングプーリ２２に巻きかけられており、１つのリンク駆動モータ６によって３組のパラレルリンク１２を同時に同角度だけ駆動させることができる。タイミングベルト２１は、２つのアイドラプーリ２７（図４参照）によってテンションをかけられ弛み発生防止が図られている。

本実施の形態においては、リンク駆動モータ６は大気環境１１に配置されているので、リンク駆動モータ６の駆動力の伝達経路も大気環境１１となる。大気環境１１側の支持体１３とリンク駆動軸１６との間には磁性流体シール２８が設けられており、真空環境１と大気環境１１とを分離している。このように、パラレルリンク１２のリンク駆動軸１６に磁性流体シール２８を設置することで、図１２に示すロボットで必要とされていた真空ベローズを使用しなくても上下方向に移動する移動機構の真空シールを行うことができる。

リンク駆動モータ６をカバー１９内に配置することで、リンク駆動モータ６を台座７上に突出させるように配置することが可能になり、空きスペースを有効に利用してリンク駆動モータ６を配置することができる。

この産業用ロボットでは、リンク駆動モータ６により３組のパラレルリンク１２を同時に作動させることで、支持ベース２の姿勢を水平に維持したまま真空環境１内でマニピュレータ８を上下方向に移動させることができる。即ち、図１２に示すロボットでは必要であった真空ベローズを用いることなく、真空環境１内でマニピュレータ８を上下移動させることができる。また、パラレルリンク機構５によってマニピュレータ８を上下移動させるため、図１２に示すロボットのように回転軸をその対向部材に対して軸方向に移動させる必要がないので、真空環境１と大気環境１１を分離する磁性流体シール２８をマニピュレータ８の上下方向への移動距離とは無関係に設計することができる。これらのため、装置全体の大型化を抑えることができ、かつ低価格化を実現することができる。

上述した産業用ロボットでは、回転可能なロボットアーム３と、このロボットアーム３の先端に設けられ、ワークを保持可能なハンド部４と、ハンド部４とロボットアーム３とを駆動する駆動部９と、駆動部９を取り付ける取り付け部２Ａを備えた支持ベース２と、支持ベース２を移動させるパラレルリンク機構５とを備えている。
このため、産業用ロボットの小型化が可能になると共に、製造コストを安くすることができる。また、同じロボットサイズであれば支持ベース２の上下方向へのストロークを大きくすることができる。さらには、支持ベース２の上下方向へのストロークを大きくしてもロボットサイズはさほど大きくならないので、支持ベース２の上下方向へのストロークの大きなロボットの製造に適している。

また、支持ベース２の移動にパラレルリンク機構５を使用しているので、支持ベース２の上下方向へのストローク（移動距離）が大きく安価なロボットを提供することができる。

また、上述した産業用ロボットでは、真空ベローズを使用しないことより、真空ベローズに起因するパーティクルの発生を防止することができ、かつ装置全体の信頼性を向上させることができる。
さらに、支持ベース２の上下方向への移動距離とは無関係に磁性流体シール２８を設計することができ、ロボットの更なる小型化を図ることができると共に、製造コストを更に安くすることができる。

上述した産業用ロボットとしては、例えば真空スカラロボット、真空アームロボット等のいずれでも良く、パラレルリンク機構５によってマニピュレータ８を上下移動することで、小型化でき、さらに、上下方向への移動距離が大きく安価な真空ロボットの製作が可能となる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、上述の説明では、パラレルリンク１２の第１アーム１２ａと第２アーム１２ｂをそれぞれ１自由度とし、支持ベース２を上下方向にのみ移動可能に拘束していたが、必ずしもこの構成に限るものではない。例えば、パラレルリンク機構５によって、支持ベース２を平面移動（水平方向への移動）させるようにしても良い。即ち、上下方向に水平方向を加えた方向にも移動可能にしても良く、あるいは水平方向にのみ移動可能にしても良い。

上下方向と水平方向の合成方向に支持ベース２を移動可能にした産業用ロボットの一例を図７〜図１１に示す。なお、支持ベース２を上下方向と水平方向の合成方向（斜め方向）に移動させることは勿論のこと、上下方向にのみ移動（水平方向の移動距離が０）させることも、水平方向にのみ移動（上下方向への移動距離が０）させることもできる。

本実施の形態において、パラレルリンク機構５は、図１０に示すように、例えば３組のパラレルリンク１２より構成され、これらは３つのリンク駆動モータ（駆動源）６によって駆動されている。即ち、各パラレルリンク１２は専用のリンク駆動モータ６によってそれぞれ独立して駆動される。ただし、パラレルリンク１２及びリンク駆動モータ６の数は３つに限るものではない。パラレルリンク１２は、台座７上の支持体１３と支持ベース２とを連結し、マニピュレータ８を機構的に拘束している。３組のパラレルリンク１２は、上からみて支持ベース２やハウジング９０を囲むように１２０度間隔で配置されている。

また、リンク駆動モータ６は、上述した実施の形態と同様に、真空環境１の外部に配置されている。本実施形態では、台座７の孔７ａを覆うカバー１９内にリンク駆動モータ６を設置することで、リンク駆動モータ６を台座７の下側の大気環境１１（真空環境１の外部）配置としている。リンク駆動モータ６の駆動力はプーリ２０→タイミングベルト２１→タイミングプーリ２２→回転シャフト２３→ベベルギヤ２４→ベベルギヤ２５→大気ベアリング減速機２６→リンク駆動軸１６へと伝達される。当該伝達経路は各パラレルリンク１２毎に設けられている。したがって、３つのリンク駆動モータ６をそれぞれ独立して制御することで、各パラレルリンク１２のリンク駆動軸１６を独立して制御することができ、各パラレルリンク１２を独立して上げ下げ（伸び縮み）することができる。

リンク駆動モータ６は大気環境１１に配置されているので、リンク駆動モータ６の駆動力の伝達経路も大気環境１１となる。大気環境１１側の支持体１３とリンク駆動軸１６との間には磁性流体シール２８が設けられており、真空環境１と大気環境１１とを分離している。このように、パラレルリンク１２のリンク駆動軸１６に磁性流体シール２８を設置することで、図１２に示すロボットで必要とされていた真空ベローズを使用しなくても真空シールを行うことができる。

本実施の形態では、パラレルリンク１２は、図８に示すように、１本の第１アーム１２ａと２本の第２アーム１２ｂを有している。第１アーム１２ａの下端は、支持体１３に大気用ベアリング１４及び真空用ベアリング１５を介して回転自在に支持されているリンク駆動軸１６に固定されている。また、第１アーム１２ａの上端は、中間連結軸１７の中央に固定されている。第２アーム１２ｂの下端は、中間連結軸１７の両端に、回転中心軸の方向が直交する２つの真空用ベアリング１５，１５を介して回転自在に連結されている。また、第２アーム１２ｂの上端は、支持ベース２の凸部２Ｂを貫通している連結軸１８の両端に、回転中心軸の方向が直交する２つの真空用ベアリング１５，１５を介して回転自在に連結されている。つまり、第１アーム１２ａは１自由度、第２アーム１２ｂは２自由度で構成されており、マニピュレータ８は３組のパラレルリンク１２によって機構的に拘束されている。３組のパラレルリンク１２の第１アーム１２ａを対応するリンク駆動モータ６でそれぞれ独立に制御することで、機構的にマニピュレータ８を上下方向、水平方向、これらの合成方向に移動させることができる。

上述したように、パラレルリンク機構５は、つぎのように動作する。
リンク駆動軸１６が回転していない状態では、図７に実線で示すように、第１アーム１２ａが水平に向いており（最下端位置）、パラレルリンク１２が折り畳まれている。この状態から、３つのリンク駆動モータ６が同時に作動し３組のパラレルリンク１２の第１アーム１２ａが同時に同角度持ち上げられると、第２アーム１２ｂの折曲角度が減少し、パラレルリンク１２が伸びて支持ベース２をその水平姿勢を維持したまま持ち上げる（図７の二点差線）。そして、３つのリンク駆動モータ６が同時に逆転すると、伸びていた３組のパラレルリンク１２が同時に折り畳まれて支持ベース２をその水平姿勢を維持したまま下降させる（図７の実線）。即ち、マニピュレータ８が上下方向に移動する。

図７に示す産業用ロボットでは、回転可能なロボットアーム３と、このロボットアーム３の先端に設けられ、ワークを保持可能なハンド部４と、ハンド部４とロボットアーム３とを駆動する駆動部９と、駆動部９を取り付ける取り付け部２Ａを備えた支持ベース２と、支持ベース２を移動させるパラレルリンク機構５とを備えている。
このため、産業用ロボットの小型化が可能になると共に、製造コストを安くすることができる。また、同じロボットサイズであれば支持ベース２の上下方向へのストロークを大きくすることができる。さらには、支持ベース２の上下方向へのストロークを大きくしてもロボットサイズはさほど大きくならないので、支持ベース２の上下方向へのストロークの大きなロボットの製造に適している。

さらに、本実施の形態においては、３つのリンク駆動モータ６を独立して作動させることで、マニピュレータ８をその高さを変えずに水平に移動させたり、斜め上下方向に移動させることができる。

図７の産業用ロボットでも、図１の産業用ロボットと同様に、真空ベローズを不要にでき、また、磁性流体シール２８をマニピュレータ８の移動距離とは無関係に設計することができる。これらのため、装置全体の大型化を抑えることができ、かつ低価格化を実現することができる。また、真空ベローズを不要にできることより、真空ベローズに起因するパーティクルの発生を防止することができ、かつ装置全体の信頼性を向上こせることができる。さらに、パラレルリンク機構５によってマニピュレータ８を移動することで、小型化でき、さらに、移動距離が大きく安価な真空ロボットの製作が可能となる。

また、上述の説明では、リンク駆動モータ６の駆動力をタイミングベルト２１を使用して伝達していたが、必ずしもこの構成に限るものではない。例えば、タイミングベルト２１に変えて、回転軸等を使用して駆動力を伝達するようにしても良い。

さらに、上述の説明では、磁性流体シール２８を使用して真空シールを行っていたが、磁性流体シール２８以外の方法で真空シールを行っても良い。
また、本実施の形態では、産業用ロボットは、真空環境内で図示しないワークを搬送する真空環境内ワーク搬送ロボットであるが、これに限定されるものではなく、例えば、大気環境中で用いてもよい。
さらに、支持ベース２に形成された取り付け部２Ａは、本実施の形態のような底が無い孔形状に限定されず、底を有する形状であってもよい。また、支持ベース２がハウジング９０の機能を兼用するように形成してもよい。

本発明の産業用ロボットの第１の実施形態を示す側面図である。同ロボットのマニピュレータを上昇させた状態の斜視図である。同ロボットのマニピュレータを下降させた状態の斜視図である。同ロボットの台座の底面図である。同ロボットのパラレルリンクを一部切り欠いて示し、伸びた状態の図である。同ロボットのパラレルリンクを駆動する機構を示す断面図である。本発明の産業用ロボットの第２の実施形態を示す側面図である。同ロボットのパラレルリンクを一部切り欠いて示し、伸びた状態の図である。図８の矢印ＩＸ方向からみた第２アームを示す図である。同ロボットの３組のパラレルリンクとリンク駆動モータの配置を示す図である。同ロボットのリンク駆動モータの駆動力を伝達する機構を示す断面図である。従来の真空ロボットの断面図である。

符号の説明

１真空環境
２支持ベース
２Ａ取り付け部
３ロボットアーム
４ハンド部
５パラレルリンク機構
６リンク駆動モータ（パラレルリンク機構を駆動する駆動源）
９駆動部
１２パラレルリンク
１２ａ第1アーム
１２ｂ第２アーム
１７中間連結軸
１８連結軸

Claims

回転可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端に設けられ、ワークを保持可能なハンド部と、該ハンド部と前記ロボットアームとを駆動する駆動部と、該駆動部を取り付ける取り付け部を備えた支持ベースと、該支持ベースを移動させるパラレルリンク機構とを備え、前記駆動部は前記支持ベースに沈み込むように設けられており、
前記パラレルリンク機構を構成するパラレルリンクは、１本の第１アームと２本の第２アームとを有し、前記第２アームは前記支持ベース側に配置され、２本の連結軸とともに平行四辺形を構成してなり、
前記第１アームの長さは、前記第２アームの長さより短いことを特徴とする産業用ロボット。
回転可能なロボットアームと、該ロボットアームの先端に設けられ、ワークを保持可能なハンド部と、該ハンド部と前記ロボットアームとを駆動する駆動部と、該駆動部を取り付ける取り付け部を備えた支持ベースと、該支持ベースを移動させるパラレルリンク機構とを備え、前記駆動部は前記支持ベースを介して前記ロボットアーム及び前記ハンド部とは反対側に取り付けられており、
前記パラレルリンク機構を構成するパラレルリンクは、１本の第１アームと２本の第２アームとを有し、前記第２アームは前記支持ベース側に配置され、２本の連結軸とともに平行四辺形を構成してなり、
前記第１アームの長さは、前記第２アームの長さより短いことを特徴とする産業用ロボット。
前記パラレルリンク機構は、前記支持ベースを上下移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の産業用ロボット。
前記パラレルリンク機構は、前記支持ベースを平面移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の産業用ロボット。
前記２本の連結軸の中で、前記第１アームと第２アームとを連結する連結軸の移動軌跡は、他の連結軸の移動軌跡よりも水平方向において外側であることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の産業用ロボット。
真空環境内に設置されて作業を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の産業用ロボット。