KR200422315Y1

KR200422315Y1 - 이중 아암 로봇

Info

Publication number: KR200422315Y1
Application number: KR2020060011567U
Authority: KR
Inventors: 승 배 정; 형 섭 최
Original assignee: 주식회사 싸이맥스
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2006-07-25
Anticipated expiration: 2016-04-28

Abstract

본 고안은 이중 아암, 원통 좌표 로봇 조립체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 이런 로봇 조립체를 위한 한 쌍의 엔드 이펙터를 위치 설정하도록 협력하는 링크 및 관절의 시스템인 매니퓰레이터에 관한 것이다. 본 고안에 따른 이중 아암 로봇 조립체는 작동기 조립체와 연계하여, 최말단 링크의 독립적 수평 병진 및 회전을 제공하도록 적어도 3 자유도를 형성하는 관절/링크 쌍의 세트를 구비한 두 개의 아암을 갖고 수직 운동 메카니즘도 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중 아암 로봇{DUAL ARM ROBOT}

도 1은 종래 기술 이중 아암 상압 로봇을 도시하는 도면.

도 2는 본 고안에 따른 총 4 자유도(4 DOF)를 제공하는 두 개의 림을 구비한 이중 아암 로봇의 제1 실시예를 도시하는 도면.

도 3은 도 2의 로봇의 측면도.

도 4는 도 2의 로봇의 개략도.

도 5a는 도 2의 로봇의 다른 실시예의 개략도.

도 5b는 도 2의 로봇의 다른 실시예의 개략도.

도 6은 도 2의 로봇의 기구도.

도 7은 도 2의 로봇의 작동기 조립체의 개략도.

도 7a는 도 2의 로봇의 상압 환경 작동기 조립체의 실시예의 개략도.

도 7b는 도 2의 로봇의 상압 환경 작동기 조립체의 다른 실시예의 개략도.

도 8은 도 2의 로봇의 진공 호환성 작동기 조립체의 다른 실시예의 개략도.

도 9는 도 2의 로봇의 진공 호환성 작동기 조립체의 또 다른 실시예의 개략도.

도 10은 하나의 모터의 각도 변위 또는 다수의 모터의 동시 변위의 결과로서, 도 2의 로봇을 위한, 2:1의 내부 링크 풀리 직경비를 가지는 아암의 개별 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 수행되는 기능을 설명하는 표.

도 11은 다수의 모터의 동시 각도 변위의 결과로서, 도 2의 로봇을 위한 1:1의 내부 링크 풀리 직경비를 가지는 아암의 개별 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 수행되는 기능을 설명하는 표.

도 12는 본 고안에 따른 아암의 림의 등각도.

도 13은 도 12의 림의 부분도.

도 14는 내부 링크 관절 및 외부 링크 관절을 포함하는 도 12의 내부 링크 조립체의 부분도.

도 15는 도 12의 림의 벨트 및 풀리의 등각도.

도 16은 도 12의 림의 분해도.

도 17은 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하는, 도 12의 내부 링크 조립체의 분해도.

도 18은 도 12의 엔드 이펙터 장착 플랜지 관절을 포함하는 외부 링크 조립체의 분해도.

도 19는 총 4 자유도(4 DOF)를 제공하는, 서로 다른 길이의 림을 갖는 이중 아암 로봇의 다른 실시예의 측면도.

도 20은 도 19의 로봇의 상면도.

도 21은 동방향(co-directional) 엔드 이펙터 장착 플랜지를 갖는 총 3 자유도(3 DOF)를 제공하는 두 개의 림을 갖는 이중 아암 로봇의 등각도.

도 22는 도 21의 로봇의 기구도.

도 23은 하나의 모터의 각도 변위 또는 다수의 모터의 동시 변위의 결과로서, 도 21의 로봇을 위한, 2:1의 내부 링크 풀리 직경비를 갖는 아암의 개별 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 수행되는 기능을 설명하는 표.

도 24a는 도 21의 로봇의 엔드 이펙터 장착 플랜지 중 하나의 운동의 시퀀스를 도시하는 도면.

도 24b는 도 21의 로봇의 두 개의 엔드 이펙터 장착 플랜지의 동시 운동의 시퀀스를 도시하는 도면.

도 25는 도 21의 로봇의 작동기 조립체의 개략도.

도 26은 대향 지향 엔드 이펙터 장착 플랜지를 가지는 총 3 자유도(3 DOF)를 제공하는 두 개의 림을 갖는 이중 아암 로봇의 등각도.

도 27은 하나의 모터의 각도 변위 또는 다수의 모터의 동시 변위의 결과로서, 도 26의 로봇을 위한, 2:1의 내부 링크 풀리 직경비를 갖는 아암의 개별 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 수행되는 기능을 설명하는 표.

도 28은 예각으로 각도 형성된 엔드 이펙터를 가지는, 총 3 자유도(3 DOF)를 제공하는 두 개의 림을 구비한 이중 아암 로봇의 등각도.

도 29는 하나의 하우징내에 조합된 각진 내부 링크를 구비하며, 총 3 자유도(3 DOF)를 제공하는, 두 개의 림을 구비한 이중 아암 로봇의 등각도.

도 30은 도 29의 로봇의 측면도.

도 31은 도 29의 로봇의 기구도.

도 32는 하나의 모터의 각도 변위 또는 다수의 모터의 동시 변위의 결과로 서, 도 29의 로봇을 위한 2:2의 내부 링크 풀리 직경비를 갖는 아암의 개별 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 수행되는 기능을 설명하는 표.

도 33은 하나의 모터의 각도 변위 또는 다수의 모터의 동시 변위의 결과로, 도 29의 로봇을 위한 1:1의 내부 링크 풀리 직경비를 갖는 아암의 개별 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 수행되는 기능을 설명하는 표.

도 33a 및 도 33b는 도 29의 로봇의 하나의 엔드 이펙터의 신장을 예시하는 도면.

도 33c는 도 29의 로봇의 양 엔드 이펙터의 신장을 예시하는 도면.

도 34는 수직 운동을 위한 캐리지와의 도 2의 로봇의 아암의 통합을 도시하는 도면.

도 35는 도 2의 로봇의 컬럼상으로 직진 관절과 조립된 캐리지상에 장착된 모터 스택의 측면도.

도 36은 도 2의 로봇의 본체내로 컬럼 및 직진 관절 링크절을 통합하는 선형 수직 운동 시스템의 부분 등각도.

도 37은 로봇의 본체와의 도 2의 로봇의 아암의 통합을 예시하는 측면도.

도 38은 수직 직진 관절을 추가로 예시하는 도 2의 로봇의 컬럼의 등각도.

도 39는 도 2의 로봇의 수직 직진 관절을 형성하는 선형 운동 베어링 및 캐리지의 등각도.

도 40은 도 2의 로봇의 수직 직진 관절을 형성하는 선형 운동 베어링과 캐리지의 다른 등각도.

도 41은 도 2의 로봇의 Z-축 작동기와 직진 관절을 구비한 컬럼의 측면도.

도 42는 캐리지를 구비한 도 41의 컬럼 조립체의 분해도.

도 43은 도 42의 엘리먼트의 조립도.

도 44는 도 2의 로봇의 Z-축 작동기의 측면도.

도 45는 도 45의 로봇과 함께 사용하기 위한 브레이크 조립체의 측면도.

도 46a는 내부 링크가 고정된 각도 관계에 있는 두 개의 작동기를 사용하는, 두 개의 대향 지향 엔드 이펙터를 구비한 이중 아암 로봇의 등각도.

도 46b는 도 46a의 로봇의 측면도.

도 47a는 도 46a의 로봇의 부분도.

도 47b는 도 46a의 로봇의 다른 부분도.

도 47c는 도 46a의 로봇의 림의 부분도.

도 48은 도 46a의 로봇의 하나의 엔드 이펙터의 신장 시퀀스를 예시하는 도면.

도 49는 도 46a의 로봇의 엔드 이펙터의 병진 및 회전을 실행하기 위한 두 개의 모터의 동작을 예시하는 도면.

도 50a는 내부 링크가 고정된 각도 관계에 있는 두 개의 작동기를 사용하는, 두 개의 동방향 엔드 이펙터를 구비한 이중 아암 로봇의 등각도.

도 50b는 도 50a의 다른 등각도.

도 51a는 도 50a의 로봇의 부분도.

도 51b는 도 50a의 로봇의 다른 부분도.

도 51c는 도 50a의 로봇의 림의 부분도.

도 52는 도 50a의 로봇의 하나의 엔드 이펙터의 신장 시퀀스를 예시하는 도면.

도 53은 도 50a의 로봇의 엔드 이펙터의 회전 및 병진을 실행하기 위한 두 개의 모터의 동작을 예시하는 도면.

도 54a는 내부 링크가 고정된 각도 관계에 있는 두 개의 작동기를 사용하는 두 개의 예각으로 각진 엔드 이펙터를 구비한 이중 아암 로봇의 등각도.

도 54b는 도 54a의 로봇의 측면도.

도 55는 도 54a의 로봇의 엔드 이펙터의 병진 및 회전을 실행하기 위한 두 개의 모터의 동작을 예시하는 도면.

도 56a 내지 도 56e는 도 46a 내지 도 55, 도 57, 도 58a 내지 도 61c 및 도 65a 내지 도 75의 실시예의 로봇과 연계하여 사용하기 위한, 엔드 이펙터의 신장 또는 수축의 선택을 가능하게 하는 제네바-형(Geneva-type) 커플링 메카니즘의 부분도.

도 56f 내지 도 56j는 하나의 엔드 이펙터가 신장될 때, 도 56a 내지 도 56e의 커플링의 운동을 예시하는 도면.

도 57은 도 56a 내지 도 56j의 커플링의 로봇 조립체로의 통합을 개념적으로 예시하는 도면.

도 58a는 두 개의 작동기를 사용하는 이중 엔드 이펙터를 구비한 로봇 조립체의 등각도.

도 58b는 도 58a의 로봇의 측면도.

도 59a는 도 58a의 로봇의 부분도.

도 59b는 도 58b의 로봇의 림의 부분도.

도 60a 및 도 60b는 도 58a의 로봇의 하나의 엔드 이펙터의 신장을 예시하는 도면.

도 61a는 도 58a의 로봇의 엔드 이펙터의 병진 및 회전을 실행하기 위한 두 개의 모터의 동작을 예시하는 도면.

도 61b는 도 58a의 로봇과 함께 사용하기 위한 두 개의 모터의 동심 배열을 예시하는 도면.

도 61c는 도 58a의 로봇과 함께 사용하기 위한 두 개의 모터의 직렬 배열을 예시하는 도면.

도 62는 대향 방향의 엔드 이펙터를 구비한 로봇으로부터 동방향 배향의 엔드 이펙터를 구비하는 로봇으로의 변형 프로세스를 예시하는 도면.

도 63a는 4중 엔드 이펙터를 통합하는 본 고안의 6축 로봇 조립체의 또 다른 실시예를 예시하는 도면.

도 63b는 도 63a의 6축 로봇의 제1 구성을 예시하는 도면.

도 63c는 도 63a의 6축 로봇의 다른 구성을 예시하는 도면.

도 63d는 6개 작동기를 사용하는 6축 4중 엔드 이펙터 로봇의 기구도.

도 63e는 6축 로봇의 엔드 이펙터의 독립 신장을 예시하는 도면.

도 63f는 6축 로봇의 모든 엔드 이펙터의 동시 신장의 시퀀스를 예시하는 도 면.

도 64는 6축 로봇과 함께 사용하기 위한 6개 모터 구동 모듈을 예시하는 도면.

도 65a는 공선(co-linear) 엔드 이펙터를 구비한 3축 4중 엔드 이펙터 로봇의 등각도.

도 65b는 도 65a의 3축 로봇의 제1 구성을 도시하는 도면.

도 65c는 도 65a의 3축 로봇의 다른 구성을 도시하는 도면.

도 65d는 도 65a의 3축 로봇의 개별 엔드 이펙터의 신장 시퀀스를 예시하는 도면.

도 65e는 각 개별 이중 외부 링크 모듈의 두 개의 엔드 이펙터의 동시 신장 시퀀스를 예시하는 도면.

도 66a는 도 65b의 3축 로봇의 부분도.

도 66b는 도 65b의 3축 로봇의 다른 부분도.

도 67은 커플링 메카니즘의 상태 및 3개 모터의 다양한 각도 변위의 결과로서, 도 65b의 로봇의 개별 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 수행되는 기능을 설명하는 표.

도 68a는 도 65c의 3축 로봇의 부분도.

도 68b는 도 65c의 3축 로봇의 다른 부분도.

도 69는 커플링 메카니즘의 상태 및 3개 모터의 다양한 각도 변위의 결과로서, 도 65c의 로봇의 개별 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 수행되는 기능을 설명 하는 표.

도 70은 도 68a의 3축 로봇의 하나의 엔드 이펙터의 연장 시퀀스를 예시하는 도면.

도 71은 도 68a의 3축 로봇을 위한 인접 엔드 이펙터의 동시 신장을 위한 신장 시퀀스를 예시하는 도면.

도 72a는 대향 지향된 엔드 이펙터를 구비한 3축 4중 엔드 이펙터 로봇 조립체의 등각도.

도 72b는 도 72a의 3축 로봇의 제1 구성을 도시하는 도면.

도 72c는 도 72a의 3축 로봇의 다른 구성을 도시하는 도면.

도 72d는 도 72a의 3축 로봇의 다른 구성을 도시하는 도면.

도 72e는 도 72a의 3축 로봇의 개별 엔드 이펙터의 신장 시퀀스를 예시하는 도면.

도 72f는 각 개별 이중 외부 링크 모듈의 두 개의 엔드 이펙터의 동시 신장 시퀀스를 예시하는 도면.

도 73a는 도 72a의 3축 로봇의 부분도.

도 73b는 도 72a의 3축 로봇의 다른 부분도.

도 74는 결합 메카니즘의 상태 및 3개 모터의 다양한 각도 변위의 결과로서, 도 72a의 로봇의 개별 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 수행되는 기능을 설명하는 표.

도 75는 3축 로봇과 함께 사용하기 위한 3개 모터 구동 모듈을 예시하는 도 면.

본 고안은 이중 아암, 원통 좌표 로봇 조립체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 이런 로봇 조립체를 위한 한 쌍의 엔드 이펙터를 위치 설정하도록 협력하는 링크 및 관절의 시스템인 매니퓰레이터에 관한 것이다.

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원인은 35 U.S.C. .sten. 119(e)하에, 모두 2002년 5월 9일자로 출원된, 선행 미국 가출원 제60/378,983호, 제60/379,095호 및 제60/379,063호에 대한 우선권을 주장하며, 이들의 내용들은 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.

로봇은 반도체 산업에서, 기판 매체 또는 다른 대상물의 자동화된 취급 같은 다양한 임무를 수행하기 위해 사용된다. 반도체 산업에서, 전형적인 매체 및 기타 대상물은 개별 실리콘 웨이퍼 또는 웨이퍼 캐리어, 평판 패널 디스플레이 및 하드 디스크 매체를 포함한다. 로봇은 예로서, 웨이퍼 처리 클러스터 툴, 웨이퍼 검사 장비, 계측 장비 및 하드 디스크 박막 증착을 위한 장비내에서, 그리고, 반도체 공장에서의 자동화된 재료 취급 시스템과 생산 장비 사이에서의 매체 전달시, 매체를 취급하기 위해 사용된다. 로봇은 상압 및 진공 환경 양자 모두에서 사용될 수 있다.

로봇의 한가지 부류는 관절 아암 로봇 또는, 보다 구체적으로는, 관절 원통 좌표 로봇이라 알려져 있다. 원통 좌표 로봇은 수평 평면내에서 이동가능하면서 회전 관절에 부착되어 있는 림(limb)을 가지는 아암으로 구성된 구성을 포함한다. 회전 관절은 캐리지상에 장착되며, 이 캐리지에는 수직 컬럼의 축을 따라 왕복 수직 이동이 제공된다. 림은 반경 또는 R-방향으로 내외로 이동할 수 있다. 또한, 아암은 세타 방향으로 캐리지상에서 하나의 유닛으로서 회전할 수 있다. 아암 디자인은 다중 링크 개방 기구학적 체인에 기초한다.

일반적으로, 로봇 시스템의 기본 구성요소는 매니퓰레이터, 파워 변환 모듈, 센서 디바이스 및 콘트롤러이다. 매니퓰레이터는 링크 및 관절로 구성된다(기어, 커플링, 풀리, 벨트 등 포함). 매니퓰레이터는 관절에 의해 연결된 고체 링크의 시스템으로서 설명될 수 있다. 링크 및 관절은 함께 기구학적 체인(kinematic chain)을 형성한다. 관절 및 인접 링크를 포함하는 기구학적 쌍은 또한 링크절(linkage)이라 지칭될 수도 있다.

관절의 두 가지 유형이 매니퓰레이터 메카니즘에 사용되며, 이는 회전 및 직진 관절이다. 회전 또는 로터리 관절은 선행 링크의 관절 축 둘레에서의 하나의 링크의 회전을 가능하게 한다. 직진 관절은 링크 사이의 병진을 가능하게 한다.

관절의 운동은 작동기 메카니즘에 의해 달성된다. 특정 관절의 운동은 그에 부착된 후속 링크가 관절의 작동기를 포함하는 링크에 관하여 이동하게 한다. 작동기는 작동기의 소정 출력 특성(힘, 토크, 속도, 분해능 등)이 요구되는 성능에 따라 변경될 필요가 있을 때, 기계적 트랜스미션을 통해 또는 직접적으로 링크에 연결될 수 있다.

매니퓰레이터는 일반적으로, 툴을 지지할 수 있는 링크에서 종결한다. 반도체 웨이퍼 처리 장비에서, 이 툴은 일반적으로, 엔드 이펙터(end effector)라 지칭된다. 최종 링크와 엔드 이펙터 사이의 인터페이스는 엔드 이펙터 장착 플랜지라 지칭된다. 관절을 통해 작동기에 연결된 링크는 엔드 이펙터를 X-Y-Z 좌표 시스템내에서 위치설정하도록 서로에 대하여 이동한다.

상업적으로 입수할 수 있는 단일 아암 로봇의 구성은 세 개의 평행 회전 관절을 가지며, 이는 아암의 이동 및 평면내에서의 배향을 가능하게 한다. 종종, 제1 회전 관절은 쇼울더(shoulder)라 지칭되고, 제2 회전 관절은 엘보우(elbow)라 지칭되며, 제3 회전 관절은 리스트(wrist)라 지칭된다. 제4, 직진 관절은 수직 또는 Z 방향으로 평면에 수직으로 엔드 이펙터를 이동시키기 위해 사용된다. 작동기(예로서, 폐루프 제어 서보모터) 및 운동 변환 메카니즘이 이 메카니즘에 포함되어, 관절의 운동을 가능하게 한다. 각 링크의 제어된 이동, 즉, X-Y-θ-Z 좌표 시스템내에서의 엔드 이펙터의 배치 및 배향은 작동기가 매니퓰레이터의 각 조인트를 제어할 때에만 달성될 수 있다. 작동기는 관절을 직접적으로 제어할 수 있거나, 힘 및 토크의 감소가 필요할 때, 운동 변환 메카니즘을 경유하여 제어할 수 있다.

직렬 기구학적 링크절에 대하여, 관절의 수는 필요한 수의 자유도와 같다. 따라서, 단일 아암의 엔드 이펙터를 이동 및 배향시키기 위해서, 필요한 X-Y-θ-Z 좌표의 세트당 4개의 관절(3개 회전 및 1개 수직방향 직진)이 필요하다. 일부 다중 링크 관절 원통 좌표형 로봇에서, 종종, 엔드 이펙터는 엔드 이펙터를 따라 그려지고 로봇의 컬럼을 향해 투영된 중심선이 항상 제1 회전 관절(쇼울더 관절)의 회전 축과 교차하도록 배향될 필요가 있다. 이 경우에, 매니퓰레이터는 단지 3개 자유도(R-θ-Z)만을 필요로 한다. 개별 작동기는 엔드 이펙터의 관절을 제어하지 않으며, 단지 3개 작동기만이 필요하다.

기판 매체를 취급하기 위한 이 유형의 공지된 이중 아암 로봇이 도 1에 예시되어 있다. 이 로봇은 두 개의 쇼울더 관절, 두 개의 엘보우 관절 및 두 개의 리스트 관절을 갖는다. 아암은 또한 제1 회전 관절(아암의 쇼울더 관절)을 지지하는 캐리지의 직진 관절의 병진축을 따라 수직 방향으로 사전결정된 거리를 이동할 수 있다. 양 아암의 개별 링크는 동일 레벨에 있으며, 쇼울더 조인트는 서로 이웃하고, 양 엔드 이펙터가 서로 통과할 수 있도록 아암 중 하나와 그 엔드 이펙터 사이에 C-형 브래킷을 사용할 필요가 있다. 그러나, 이 로봇은 SEMI MESC 표준에 따라 구성된 진공 이송 모듈에는 사용될 수 없으며, 그 이유는 이런 진공 이송 모듈의 격리 밸브가 프로세스 모듈 및 카세트내의 웨이퍼 이송 평면을 형성하는 SEMI 재원에 따른 C-형 브래킷을 포함하는 아암의 통과를 허용하기에는 너무 좁기 때문이다. 또한, 아암은 원통 좌표내에서 독립적으로 회전할 수 없다. 각 아암(현재 상업적으로 가용한 로봇에서)의 개별 엔드 이펙터의 직선 반경방향 병진의 벡터 사이의 각도 관계는 영구적이며, 로봇의 조립 동안 형성된다. 종종, 이중 아암 로봇의 개별 아암은 동일 벡터를 따라 지향된다.

본 고안은 작동기 조립체와 연계하여, 최말단 링크의 독립적 수평 병진(신장 및 수축) 및 회전을 제공하도록 적어도 3개 자유도를 형성하는 관절/링크 쌍의 세 트를 두 개의 아암 각각이 가지는 이중 아암 로봇을 제공한다. 내부 링크의 최내부 또는 기단 관절은 회전을 위한 공통 수직축상에 정렬된다. 각 아암의 최외부 링크는 관절/링크 쌍내의 관절에 제공된 스페이서에 의해 서로 수평방향으로 편위되어 최외부 링크 사이의 충돌을 방지한다.

반도체 분야에서, 최외부 링크는 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하며, 이는 반도체 웨이퍼 같은 기판 매체를 조작하기 위해 다양한 유형의 엔드 이펙터와 결부된다. 각 아암상에 이중 페달 엔드 이펙터가 사용되는 경우, 4개 까지의 기판이 전달 챔버내에 동시에 배치될 수 있다. 따라서, 시스템 처리량이 증가된다. 또한, 두 개의 아암이 독립적으로 신장, 수축 및 회전하는 기능을 갖기 때문에, 로봇 조립체는 웨이퍼가 이송 챔버에 부착된 부하체 로크 또는 프로세스 모듈의 내외로 이동될 때, 웨이퍼 교체를 가능하게 한다. 로봇 구조에 설계되는 구성요소 및 재료의 선택에 따라서, 로봇은 상압 및 진공 환경에서 사용될 수 있다.

본 고안을 설명하기 위해, 매니퓰레이터는 기계적 조립체로서 설명되고 주 링크절, 부 링크절(리스트 구성요소) 및 엔드 이펙터로 분류될 수 있다. 주 링크절은 적소에 매니퓰레이터를 위치시키는 관절-링크 쌍의 세트이다. 일반적으로, 주 링크절은 관절-링크 쌍의 최초 3개의 세트이다. 제1 관절-링크 쌍은 직진 관절(예 로서, 리니어 베어링) 및 툴의 수직 변위를 허용하는 관절(예로서, 캐리지)을 포함한다. 제2 관절-링크 쌍은 회전 관절(예로서, 래디얼 볼 베어링) 및 링크(예로서, 내부 링크)를 포함한다. 제3 관절-링크 쌍은 회전 관절(예로서, 래디얼 볼 베어링) 및 링크(예로서, 외부 링크)를 포함한다. 부 링크절은 제4 관절-링크 쌍이고 회전 관절(예로서, 래디얼 볼 베어링) 및 엔드 이펙터 장착 플랜지인 링크(En)를 포함한다. 실제 엔드 이펙터는 다양한 형상을 가질 수 있고 장착 플랜지(En) 상에 장착되는 부착물이다.

로봇 조립체의 관절의 각각은 그 둘레에서 또는 그를 따라 특정 링크가 회전하거나 활주하는 관절축을 형성한다. 순수 개방 루프 관절 연결 다중-링크형 기구학적 체인에서, 모든 관절은 자유도(DOF)를 형성하여, DOF의 총수가 관절의 수와 동일하다. 또한, 아암의 자유도의 수는 그의 위치 또는 엔드 이펙터(들)의 위치를 서술하는데 필요한 변수 또는 좌표의 수에 기초하여 계산될 수 있다. 따라서, 종종 자유도의 수는 관절의 총수보다 작을 수 있다. 이는 일 작동기의 상태가 하나 이상의 관절의 상태를 결정할 때 발생한다.

첨부 도면과 관련하여, 하기의 상세한 설명으로부터 본 고안을 보다 명백히 이해할 수 있을 것이다.

본 고안에 따른 로봇 조립체(10)의 제1 실시예가 도 2 및 도 3에 도시된다. 조립체는 공통 직진 관절(20)/캐리지(18) 링크절을 공유하는 두 개의 아암(12, 14)을 포함한다. 공통 캐리지 링크(18)는 칼럼(16)의 인벨로프 내에 위치된다. 각각의 아암은, 수평 평면에서 이동 가능하고 공통 캐리지 링크(18)의 정상부에 장착된 림(13, 15)을 추가로 포함한다. 도 4에 개략적으로 도시된 기구학적 체인을 참조하면, 4개의 관절/링크 쌍이, 아암이 직진 관절(20)/캐리지(18)를 공유하는 상태로 각각의 아암에 대해 명백히 나타나 있다. 아암(12)을 참조하면, 이들 쌍은 직진 관절(20)/캐리지(18), 회전 관절(T1)/내부 링크(L1), 회전 관절(T2)/외부 링크(L2) 및 회전 관절(T3)/링크(E1)이다. 아암(14)을 참조하면, 이들 쌍은 직진 관절(20)/캐리지(18), 회전 관절(T6)/내부 링크(L3), 회전 관절(T4)/외부 링크(L4) 및 회전 관절(T5)/링크(E2)이다. 따라서, 림(13, 15)은 각각 회전 관절(T1, T6)의 축 둘레에서의 회전을 위해 장착된다. 이 배열의 결과로서, 관절(T1, T6)의 축을 따라 위치된 무한 길이의 Z-축(22)이 위치될 수 있고 캐리지(18)의 공통축(22)으로서 설명될 수 있다. 양 아암의 림은 서로 독립적으로 반경방향으로 신장 및 수축되는 것이 가능하다.

각각의 최말단 링크(E1, E2)가 툴을 지지할 수 있다. 반도체 산업에서, 이들 링크는 엔드 이펙터 장착 플랜지라 칭해지고, 본 고안에서는 리스트 회전 관절(T3, T5)을 거쳐 매니퓰레이터의 외부 링크에 연결된다. 엔드 이펙터 장착 플랜지에 의해 지지된 툴은 종종 엔드 이펙터라 지칭된다. 엔드 이펙터 장착 플랜지는 응용에 따라 동일하거나 상이할 수 있다.

특정 관절의 운동은 이 관절에 부착된 링크가 이동할 수 있게 한다. 작동시에, 각각의 림은 엔드 이펙터의 직선 반경방향 병진 운동을 제공하도록 말단 또는 기단 방향으로 이동하는 것이 가능하여, 회전 관절(T1, T2)을 거쳐 연결된 링크(L1, L3)가 그 둘레로 회전하는 캐리지(18)의 공통축(22)을 교차하도록 정렬된 엔드 이펙터의 축의 투영을 유지한다. 본 고안을 설명하기 위해, 용어 "말단"은 일반적으로 공통축(22)으로부터 이격된 방향을 칭하는 상대적인 용어이다. 용어 "기단"은 일반적으로 공통축(22)을 향한 방향을 칭하는 상대적인 용어이다.

캐리지(18)는 수직 칼럼(16)의 축(Z20)을 따라 수직 선형 운동을 위해 직진 관절(20)을 거쳐 수직 칼럼(16)에 연결된다. 도 4를 참조하라. 축(Z20)은 그 둘레로 링크(L1, L3)가 회전하는 캐리지(18)의 공통축(22)에 평행하다. 두 개의 림(13, 15)이 칼럼(16) 상에 캐리지(18)에 의해 지지된다. 수직 칼럼은 또한 도 5a에 개략적으로 지시된 바와 같이 회전 관절(T7)을 거쳐 베이스(21) 상에 회전을 위해 장착될 수 있다. 이 방식으로, 칼럼은 Z방향에서의 단일체로서 아암 조립체와 캐리지의 수직 이동을 허용하고, 회전 관절(T7)이 존재하는 경우 칼럼은 관절의 작동기를 포함하는 로봇의 베이스(21)에 대해 관절(T7)의 축 둘레로 회전할 수 있다.

상술한 바와 같이, 각각의 내부 링크(L1, L3)는 기단 또는 쇼울더, 회전 관절(T1, T6)을 거쳐 캐리지(18)에 부착된다. 두 개의 아암(12, 14)의 쇼울더 관절(T1, T6)은 캐리지(18)의 공통축(22) 상에 동축이고 서로 중첩되어 수직으로 편위된다. 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1, E2)는 서로 평행한 수평 평면에서 이동하고, 일 수평 평면은 다른 수평 평면으로부터 수직으로 편위된다. 적어도 하나의 아암의 엘보우 관절, 즉 도시된 실시예의 아암(12)의 관절(T2)은 도 3에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 두 개의 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1, E2) 각각을 편위시키에 충분한 양만큼 내부 링크(L1)로부터 외부 링크(L2)를 이격하기 위해 스페이서(24)를 포함한다. 림이 동일 길이인 도 3에 도시된 실시예에서, 관절(T4)은 또한 두 개의 엔 드 이펙터 장착 플랜지(E1, E2)를 수직으로 편위시키기에 충분한 양만큼 내부 링크(L3)로부터 외부 링크(L4)를 이격시키기 위한 스페이서(25)를 포함한다. 이 방식으로, 엔드 이펙터는 두 개의 아암 조립체가 독립적으로 이동할 때 서로 간섭하지 않는다.

4-축 시스템이라 칭하는 제1 실시예에서, 로봇 조립체(10)의 두 개의 림(13, 15)은 독립적으로 동작 가능하다. 이 개념에서, 용어 "4-축"은 극성 R-O 좌표에 의해 묘사된 평면에서 아암의 림의 운동을 허용하는 회전 관절/링크 쌍의 시스템을 지칭한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 아암의 수직 변위의 메커니즘은 용어 "4-축"에 포함되지 않는다. 따라서, 자유도의 수(4-축이라 설명됨)는 전체 로봇의 매니퓰레이터를 고려하지 않고, 단지 림만을 고려한다.

본 실시예에서, 림은 회전 관절(T1, T6) 둘레로 독립적으로 회전 가능하고, 개별 림의 회전은 엔드 이펙터 장착 플랜지, 매니퓰레이터의 최종 관절의 θ 좌표의 변화이다. T1 및 T6 관절의 동축 위치의 결과로서, 회전은 캐리지(18)의 공통축(22) 둘레에 발생한다. 또한, 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1, E2)는 엔드 이펙터를 따라 묘사되고 캐리지(18)의 공통축(22)을 향해 투영된 중심선을 따라 내부 링크(L1, L3), 외부 링크(L2, L4) 및 회전 관절(T1 내지 T6)에 의해 형성된 링크절을 거쳐 독립적으로 신장 및 수축 가능하다. 두 개의 작동기 조립체는 이들 신장/수축 및 회전 운동을 실행하도록 각각의 아암에 대해 제공된다. 4개의 작동기가 캐리지(18) 내에 수용되고 동축 배치된 샤프트(34, 44, 54, 64)를 거쳐 아암에 연결된다(도 7 참조). 두 개의 작동기는 내부 링크(L1, L3)의 하우징에 연결되고, 다른 두 개의 작동기는 내부 링크(L1, L3)의 관절(T1, T6)에 위치된 풀리에 연결된다. 특히 모터(M1, M2, M3, M4)로서 실시될 때 링크절 및 작동기 조립체의 작용이 이하에 추가로 논의된다.

도시된 실시예에서, 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1, E2)의 운동은 일련의 벨트 및 풀리를 구비하는 내부 및 외부 링크의 조작에 의해 생성된다. 아암(12)의 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)의 운동이 도 4 및 도 5a의 개략 다이어그램 및 도 6의 기구학적 다이어그램을 참조하여 논의된다. 도 4 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 내부 링크(L1)는 쇼울더 회전 관절(T1)을 거쳐(또는 도 5b에 도시된 바와 같이 위치된 회전 관절(T1) 및 부가적인 회전 관절(T7)을 거쳐) 캐리지(18)에 연결된다. 외부 링크(L2)는 엘보우 회전 관절(T2)을 거쳐 내부 링크(L1)에 연결된다. 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)는 리스트 회전 관절(T3)을 거쳐 외부 링크(L2)에 연결된다. 매니퓰레이터의 이 부분의 링크 및 관절은, 일 단부에서 개방되어 있고 다른 단부에서 캐리지(18)에 연결되어 있는 기구학적 체인을 형성한다. 캐리지(18)는 도 4 및 또한 도 5b에 도시된 바와 같이 직진 관절(20)을 거쳐, 또는 도 5a에 도시된 바와 같이 칼럼(16)과 로봇 베이스(21) 사이에 위치된 부가적인 회전 관절(T7)을 사용하여 로봇 베이스(21)에 연결된다. 개략도의 부분이 아니고 도시되지 않은 엔드 이펙터는 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)에 연결된다.

도 6을 참조하면, 풀리(d1)는 쇼울더 회전 관절(T1)에 제공되고, 풀리(d2)는 엘보우 회전 관절(T2)에 제공된다. 내부 링크(L1)를 따라 연장하는 벨트(t1)가 풀리(d1, d2)에 연결된다. 풀리(d2)는, 내부 링크(L1)내에 물리적으로 위치되는 동안 링크(L2)에 장착되고, 엘보우 회전 조인트(T2)의 부분으로서 선행 링크(L1)의 관절축 둘레의 링크(L2)의 회전을 허용한다. 풀리(d3)는, 링크(L2) 내에 물리적으로 위치되는 동안 링크(L1)에 부착되고, 그 둘레로 링크(L2)의 엘보우 조인트(T2)가 회전하는 축의 일부이다. 풀리(d4)는, 링크(L2) 내에 물리적으로 위치되는 동안, 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)에 부착되고, 리스트 조인트(T3)의 부분으로서 선행 링크(L2)의 관절축 둘레의 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)의 회전을 허용한다. 벨트(t2)는 풀리(d3, d4)에 연결된다. 그 둘레로 링크(L2)의 엘보우 관절(T2)이 회전하는 축에서 링크(L1)에 고정된 풀리(d3)는 링크(L1)의 쇼울더 관절(T1)이 공통축(22) 둘레로 회전할 때 링크(L1)의 하우징과 함께 이동한다. 링크(L1)가 회전할 때, 풀리(d2)는 또한 링크(L1)와 함께 이동하도록 구속되고, 이는 유성 기어 박스의 위성 기어의 이동과 유사한 방식으로 풀리(d2)가 이동되게 한다. 풀리(d2)는, 엘보우 관절(T2)을 거쳐 내부 링크(L1)의 말단축에 부착되기 때문에 쇼울더 관절(T1)의 공통축(22) 둘레로 회전한다. 엘보우 관절(T2)의 부분으로서, 풀리(d2)는 또한 선행 링크(L1)의 말단축 둘레로 회전한다. 회전은 타이밍 벨트, 체인, 또는 케이블 웍스와 같이 벨트(t1)를 거쳐 풀리(d1)에 연결되는 풀리(d2)의 결과로서 발생한다.

풀리(d1, d2)의 직경 사이의 비는 링크(L1)에 연결된 작동기 입력(예로서, 모터(M1)) 및 풀리(d1)에 연결된 작동기 입력(예로서, 모터(M2))에 제공된 각도 변위의 양에 따라, 풀리(d2)의 상대 각도 변위를 실시한다. 쇼울더 관절(T1)의 축(Z1)과 동축으로 위치된 극성 축에 기초하는 극 좌표 시스템에서의 엘보우 관 절(T2)(풀리(d2)의 부분임)의 배향 및 축의 위치의 완전한 설명은 링크(L1)의 길이, 풀리(d2)(모터(M2)를 거친) 및 링크(L1)(모터(M1)를 거친)로의 입력 각도 변위값, 및 풀리 직경비(d1/d2)에 의존한다. 따라서, 엘보우 관절(T2)에 부착된 후속 링크(L2)의 기단 단부의 R-θ 좌표 및 회전의 T2 관절축 둘레의 링크(L2)의 배향이 형성된다. 리스트 관절(T3)의 회전축을 포함하는 링크(L2)의 말단 단부의 R-θ 좌표는 링크(L2)의 길이에 의존한다.

리스트 관절(T3)에 부착된, 링크(E1), 즉, 엔드 이펙터 장착 플랜지의 기단 단부의 R-θ 좌표 시스템내에서의 위치 및 T3 관절 회전축 둘레의 E1의 배향은 이하의 조건에 의존한다: 링크(L1)로의 각도 입력값(모터(M1)를 거친), 풀리(d2)로의 각도 입력값(모터(M2)를 거친), 링크(L1)의 길이, 풀리 직경비(d1/d2), 링크(L2)의 길이, 및 풀리 직경비(d3/d4).

다른 림은 유사하다. 따라서, 도 4, 도 5a 및 도 6에 도시된 바와 같이, 내부 링크(L3)는 쇼울더 회전 관절(T6)을 거쳐(또는 도 5a에 도시된 바와 같이 위치된 회전 관절(T6) 및 부가적인 회전 관절(T7)을 거쳐) 캐리지(18)에 연결된다. 외부 링크(L4)는 엘보우 회전 관절(T4)을 거쳐 내부 링크(L3)에 연결된다. 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)는 리스트 회전 관절(T5)을 거쳐 외부 링크(L4)에 연결된다. 매니퓰레이터의 이 부분의 링크 및 관절은, 일 단부에서 개방되어 있고 다른 단부에서 캐리지(18)에 연결되어 있는 기구학적 체인을 형성한다. 캐리지(18)는 도 4 및 또한 도 5b에 도시된 바와 같이 직진 관절(20)을 거쳐, 또는 도 5a에 도시된 바와 같이 칼럼(16)과 로봇 베이스(21) 사이에 위치된 부가적인 회전 관절(T7)을 사용하 여 로봇 베이스(21)에 연결된다. 외부 링크(L4)는 리스트 회전 관절(T5)을 거쳐 엔드 이펙터 장착 플랜지(E2)에 결합된다.

풀리(d1)가 쇼울더 회전 관절(T6)에 제공되고, 풀리(d6)는 엘보우 회전 관절(T4)에 제공된다. 내부 링크(L1)를 따라 연장하는 벨트(t3)가 풀리(d5, d6)에 연결된다. 풀리(d6)는, 내부 링크(L3)내에 물리적으로 위치되는 동안 링크(L4)에 장착되어 그 부분이 되고, 엘보우 회전 조인트(T4)의 부분으로서 선행 링크(L3)의 관절축 둘레의 링크(L4)의 회전을 허용한다. 풀리(d7)는 또한 엘보우 관절(T4)에 제공되고, 풀리(d8)는 리스트 회전 관절(T5)에 제공된다. 풀리(d7)는 링크(L4) 내에 물리적으로 위치되는 동안 링크(L3)에 부착되고, 그 둘레로 링크(L4)의 엘보우 조인트(T4)가 회전하는 축의 일부이다. 풀리(d8)는, 링크(L4) 내에 물리적으로 위치되는 동안, 엔드 이펙터 장착 플랜지(E2)에 부착되고, 리스트 조인트(T5)의 부분으로서 선행 링크(L4)의 관절축 둘레의 엔드 이펙터 장착 플랜지(E2)의 회전을 허용한다. 벨트(t4)는 풀리(d7, d8)에 연결된다. 그 둘레로 링크(L4)의 엘보우 관절(T4)이 회전하는 축에서 링크(L3)에 고정된 풀리(d7)는 링크(L3)의 쇼울더 관절(T6)이 공통축(22) 둘레로 회전할 때 링크(L3)의 하우징과 함께 이동한다. 링크(L3)가 회전할 때, 풀리(d6)는 또한 링크(L3)와 함께 이동하도록 구속되고, 이는 유성 기어 박스의 위성 기어의 이동과 유사한 방식으로 풀리(d6)가 이동되게 한다. 풀리(d6)는, 엘보우 관절(T4)을 거쳐 내부 링크(L3)의 말단축에 부착되기 때문에 쇼울더 관절(T6)의 공통축(22) 둘레로 회전한다. 엘보우 관절(T4)의 부분으로서, 이는 또한 선행 링크(L3)의 말단축 둘레로 회전한다. 회전은 타이밍 벨트, 체인, 또는 케이블 웍스와 같이 벨트(t3)를 거쳐 풀리(d5)에 연결되는 풀리(d6)의 결과로서 발생한다.

풀리(d5, d6)의 직경 사이의 비는 링크(L3)에 연결된 작동기 입력(예로서, 모터(M3)) 및 풀리(d5)에 연결된 작동기 입력(예로서, 모터(M4))에 제공된 각도 변위의 양에 따라, 풀리(d6)의 상대 각도 변위를 실시한다. 쇼울더 관절(T6)의 축(Z6)과 동축으로 위치된 극성 축에 기초하는 극 좌표 시스템에서의 엘보우 관절(T4)(풀리(d6)의 부분임)의 배향 및 축의 위치의 완전한 설명은 링크(L3)의 길이, 풀리(d5)(모터(M4)를 거친) 및 링크(L3)(모터(M3)를 거친)로의 입력 각도 변위값, 및 풀리 직경비(d5/d6)에 의존한다. 따라서, 엘보우 관절(T4)에 부착된 후속 링크(L4)의 기단 단부의 R-θ 좌표 및 회전의 T4 관절축 둘레의 링크(L4)의 배향이 규정된다. 리스트 관절(T5)의 회전축을 포함하는 링크(L4)의 말단 단부의 R-θ 좌표는 링크(L4)의 길이에 의존한다.

리스트 관절(T5)에 부착된, 링크(E2), 즉, 엔드 이펙터 장착 플랜지의 기단 단부의 R-θ 좌표 시스템내에서의 위치 및 T5 관절 회전축 둘레의 E2의 배향은 이하의 조건에 의존한다: 링크(L3)로의 각도 입력값(모터(M3)를 거친), 풀리(d5)로의 각도 입력값(모터(M4)를 거친), 링크(L3)의 길이, 풀리 직경비(d5/d6), 링크(L4)의 길이, 및 풀리 직경비(d7/d8).

도시된 실시예에서, 작동기가 모터로서 실시된다. 도 7을 참조하면, 모터(M1)는 샤프트(34)를 거쳐 내부 링크(L1)와 결합된다. 모터(M2)는 샤프트(44)를 거쳐 풀리(d1)와 결합된다. 모터(M3)는 샤프트(54)를 거쳐 내부 링크(L3)와 결합된 다. 모터(M4)는 샤프트(64)를 거쳐 풀리(d5)와 결합된다.

도 7a는 상압 로봇과 함께 사용하기에 적합한 모터의 배열을 보다 상세하게 도시한다. 모터(M1)는 캐리지(18)의 공통축(22)을 동심으로 둘러싸는 고정자(30) 및 회전자(32)를 포함한다. 회전자는 내부 링크(L1)의 하우징(35)과 결합하도록 베이스(L0)의 상부에서 인터페이스 플랜지(38) 내의 개구(36)를 통해 상향으로 연장하는 중공 샤프트(34)에 결합된다(도 7a 참조). 이 방식으로, 샤프트가 회전자와 함께 회전한다.

모터(M2)는 캐리지(18)의 공통축(22)을 또한 동심으로 둘러싸고 모터(M1)의 내향으로 위치된 고정자(40) 및 회전자(42)를 포함한다. 모터(M2)의 회전자(42)는 풀리(d1)와 결합하도록 상향으로 연장하는 중공 샤프트(44)에 결합된다(도 7 참조). 샤프트는 모터(M1)의 샤프트(34)의 내향으로 동심으로 위치되고 회전자(42)와 함께 회전한다.

모터(M3, M4)는 모터(M1, M2)의 하부에 위치된다. 모터(M3)는 캐리지(18)의 공통축(22)을 동심으로 둘러싸는 고정자(50) 및 회전자(52)를 포함한다. 회전자(52)는 내부 링크(L3)의 하우징(55)과 결합하도록 상향으로 연장하는 중공 샤프트(54)에 결합된다(도 7 참조). 샤프트(54)는 모터(M1, M2)의 샤프트(34, 44)의 내향으로 동심으로 위치되고 회전자(52)와 함께 회전한다.

모터(M4)는 모터(M)의 외부에 위치되어 캐리지(18)의 공통축(22)을 동심으로 또한 둘러싸는 고정자(60) 및 회전자(62)를 포함한다. 모터(M4)의 회전자는 풀리(d5)와 함께 결합하도록 상향으로 연장하는, 중공이거나 중공이 아닐 수 있는 샤 프트(64)에 결합한다(도 7 참조). 샤프트(64)는 모터(M1, M2, M3)의 샤프트(34, 44, 54)의 내향으로 동심으로 위치되고 회전자(62)와 함께 회전한다. 중공 샤프트는 원한다면 엔드 이펙터로의 파워 또는 신호 케이블링을 포함하는데 유용하다.

4개의 모터(M1 내지 M4)는 화살표 72로 지시되고 이하에 추가로 설명되는 바와 같이 수직 이동을 위해 캐리지(18) 내에 장착된다. 파워 및 신호 케이블(미도시)이 이 기술 분야에 인지될 수 있는 바와 같이 하우징 내의 적절한 개구를 통해 모터에 연결을 위해 제공된다.

두 개의 모터가 환형으로 또는 하나가 다른 하나에 있는 동심적으로 배치되는 모터의 도시된 배열은 본 고안에서 유리하다. 종래의 배열에서는, 모터는 선형으로 정렬되어, 아암 조립체로부터 가장 멀리 이격된 모터를 위한 기다란 모터 패키지 및 기다란 샤프트를 초래한다. 가장 긴 샤프트는 보다 큰 비틀림 응력을 받게 되고 모터의 크기를 제한한다. 본 고안에 있어서, 모터 패키지의 크기는 선형적으로 감소되어, 보다 큰 토크를 갖는 보다 큰 모터 및 보다 작은 샤프트의 사용을 허용한다. 부가적으로, 특정 응용에서, 모터가 배치될 수 있는 공간이 제한된다. 예로서, 반도체 설비 제조시에, 로봇 아암의 높이는 플로어의 상부의 사전결정된 표준 높이로 설정된다. 본 고안의 모터 배열은 플로어와 로봇 아암 사이의 거리를 최소화하면서 4개의 모터의 사용을 허용한다.

본 고안의 로봇 조립체는 예로서 아암 내의 벨트로서 금속 밴드를, 베어링 내에 낮은 증기압 그리스를, 아암의 하우징 재료로서 스테인레스강 및 알루미늄을, 그리고 드라이브로서 진공 호환 서보 모터를 선택함으로써 진공 환경에서 이용될 수 있다. 도 8은 진공 호환 로봇과 함께 사용하기에 적합한 4개의 모터(M1, M2, M3, M4)의 실시예를 도시한다.

적합한 하우징(80)이 모터의 고정자 둘레에 제공된다. 바람직하게는, 모터(M1, M2)가 일 모듈(82)로서 제공되고, 모터(M3, M4)가 제2 모듈(84)로서 제공된다. 모터는, 모터가 2-모듈 유닛으로 조립될 때 모터 모듈의 엔드 샤프트가 대향 방향으로 배향되는 백-투-백 구조로 배열된다. 박벽 실린더와 같은 진공 격리 배리어(86)가 회전자(32, 42, 52, 62)와 고정자(30, 40, 50, 60) 사이에 제공되어, 고정자가 상압 환경에 있게 된다. 파워 및 신호 케이블(미도시)이 하우징(80)의 칸막이(90) 내의 적절하게 밀봉된 개구를 통해 도입된다. 벨로우즈(92)가 모터 하우징(80)과 인터페이스 플랜지(38)를 연결한다. 캐리지의 수직 이동 중에, 벨로우즈가 팽창 및 수축된다. 이 방식으로, 로봇 아암이 진공 환경으로 유지될 수 있다.

도 9는 모터가 4-모듈 유닛으로 조립될 때 모터 모듈의 엔드 샤프트가 동일 방향으로 배향되는, 모터가 백-투-페이스 구조로 배열된 진공 호환 로봇과 함께 사용하기 위한 다른 실시예를 도시한다. 파워 및 신호 케이블이 모터(M1, M2) 하부의 칸막이(91) 및 모터(M3, M4) 하부의 칸막이(93)를 통해 연장된다. 백-투-페이스 모터 구조는 또한 도 7b에 도시된 상압 로봇에 이용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 풀리의 직경의 비는 엔드 이펙터 장착 플랜지의 운동을 결정한다. 엔드 이펙터 장착 플랜지의 선형 반경방향 병진 운동을 성취하기 위해, 일 실시예에서, 풀리(d1, d2)는 2:1의 직경비를 갖고, 풀리(d3, d4)는 1:2의 직경비를 갖는다. 유사하게, 풀리(d5, d6)는 2:1의 직경비를 갖고, 풀리(d7, d8)는 1:2 의 직경비를 갖는다.

도 10의 표는 내부 풀리의 직경의 비(d1:d2 및 d5:d6)가 2:1일 때의 엔드 이펙터 장착 플랜지의 다양한 운동을 나타낸다. 예로서, 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)를 신장하기 위해, 모터(M1)는 도시된 실시예에서 반시계 방향으로 회전되고, 다른 3개의 모터는 고정 모드를 유지한다. 모터(M1)의 운동은 내부 링크(L1)를 반시계 방향으로 회전시킨다. 외부 링크(L2)는 상기에 보다 상세히 설명된 바와 같이 관절(T2)을 거쳐 내부 링크(L2)에 연결되기 때문에, 외부 링크는 엘보우 관절에서 시계 방향으로 회전하고 엔드 이펙터 장착 플랜지는 중심 칼럼 상에 중심 설정된 그의 배향을 유지하면서 리스트 관절에서 반시계 방향으로 회전한다. 결과는 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)의 신장이다.

내부 풀리의 직경의 비(d1:d2 및 d5:d6)는 또한 1:1일 수 있다. 이 경우, 엔드 이펙터 장착 플랜지의 운동은 도 11의 표에 설정된 바와 같다. 알 수 있는 바와 같이, 엔드 이펙터 장착 플랜지를 신장하거나 수축하기 위해, 모터(M1, M2)는 모두 대향 방향으로 작동한다.

림 중 하나의 적합한 실시예가 도 12 내지 도 18에 보다 상세하게 도시된다. 내부 링크(102)는 개별 커버 플레이트(106)를 가질 수 있는 하우징(104)을 포함한다. 리세스(108)는 풀리(d1)의 구성요소를 위한 하우징의 기단 단부에 형성된다. 도 14 및 도 17을 참조하라. 개구(110)는, 이를 통해 모터(M2)의 샤프트가 풀리(d1)로의 연결을 위해 연장되는 리세스의 중심축 상에 정렬된 플로어를 통해 제공된다. 모터(M3, M4)의 샤프트는 링크(L3) 하우징 및 풀리(d5)(미도시)로의 연결 을 위해 개구(110)를 통해 연장된다. 모터(M1)의 샤프트(미도시)는 하우징(104)에 연결된다. 리세스(112)는 풀리(d2, d3)의 구성요소를 위한 하우징(104)의 말단 단부에 제공된다. 도시된 실시예에서, 풀리(d1, d2)는 1:1의 직경비를 갖는다. 벨트(t1)는 도시된 실시예에서 채널(114) 내에서 하우징(104) 내의 두 개의 풀리(d1, d2) 사이로 연장한다.

외부 링크(116)는 유사하게 개별 커버 플레이트(120)를 가질 수 있는 하우징(118)을 포함한다. 개구(122)가 풀리(d3)의 구성요소의 통과를 위해 하우징(118)의 기단에 형성된다. 도 13, 도 16 및 도 18을 참조하라. 리세스(124)가 풀리(d4)의 구성요소를 위해 하우징(118)의 말단 단부에 형성된다. 도 17 및 도 18에 보다 상세하게 지시된 바와 같이, 풀리(d1, d2, d3, d4)는 이 기술 분야의 숙련자에 의해 인지될 수 있는 바와 같이 베어링과 같은 다양한 구성요소로 형성된다.

도시된 실시예에서, 벨트(t1, t2)는 2-부재 금속 밴드로서 각각 형성된다. 도 16 및 도 17을 참조하라. 부재들은 나사에 의해서와 같은 임의의 적합한 방식으로 이들의 각각의 풀리에 연결된다. 일 부재는 일 방향으로 회전 중에 각각의 풀리 상에 견인되고, 다른 부재는 대향 방향으로 회전 중에 다른 풀리 상에 견인된다. 벨트는 또한 예로서 풀리 상의 대응 표면을 파지하는 치형부를 갖는 타이밍 벨트일 수 있다. 그러나, 반도체 응용에서는, 스테인레스강 또는 다른 고합금강으로 형성된 2-부재 금속 밴드가 보다 적은 입자를 생성하기 때문에 바람직하다.

상술한 실시예의 림의 운동은 엘보우 관절이 충돌하지 않도록 좌표 설정되어야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 좌표 설정 적절하게 프로그램된 제 어기에 의해 즉시 성취될 수 있다.

도 19 및 도 20에 예시된, 본 고안의 다른 실시예에 의해, 이런 충돌 가능성은 피해질 수 있다. 본 실시예의 로봇 조립체(210)에서, 하나의 림(216)의 내부 및 외부 링크(212, 214)는 보다 긴 림(222)의 엘보우 회전 관절(224)의 직경과 같거나 그 보다 큰 양 만큼 다른 림(222)의 내부 및 외부 링크(218, 220) 보다 짧다. 엘보우 관절(224)에서 스페이서(226)가 보다 긴 림(222)내에 배치된다. 이 방식으로, 두 림의 회전 관절은 도 20의 경로(228)로 표시된 바와 같이 충돌할 수 없다.

또한, 본 고안은 3 자유도 시스템을 제공하며, 여기서, 로봇 조립체의 두 아암의 내부 링크는 중심 컬럼의 축 둘레에서의 양 아암의 회전이 결합되도록 쇼울더 관절에 연결되어 있다. 양 아암의 회전은 단일 작동기에 의해 작동된다. 제2 및 제3 작동기가 아암의 신장을 위해 제공된다. 또한, 이 구성은 엘보우 관절의 충돌을 방지한다.

도 21 및 도 22는 3 자유도 로봇 조립체(310)의 실시예를 예시한다. 본 실시예에서, 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1, E2)는 동일 방향으로 배향되어 있다. 링크(L1 내지 L4, E1, E2) 및 관절(T1 내지 T6)은 상술된 바와 같이, 동일 풀리(d1 내지 d8)와 벨트(t1 내지 t4)로 구현되며, 따라서, 이들 엘리먼트에 대하여 동일 참조 번호가 사용된다. 그러나, 풀리(d1 및 d5)는 단일 샤프트상에서 모터(M1')에 결합된다. 따라서, 모터(M1')의 회전은 양 풀리(d1 및 d5)의 동시 회전을 초래한다. 모터(M2')는 내부 링크(L1)와 결합되고, 모터(M3')는 내부 링크(L3)와 결합된다. 따라서, 내부 링크(L1 및 L3)는 각각 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1 및 E2)를 신 장 및 수축시키도록 독립적으로 작동될 수 있다.

도 22에서, 풀리의 직경의 비율(d1:d2 및 d5:d6)은 2:1이다. 풀리의 직경의 비율(d3:d4 및 d7:d8)은 1:2이다. 본 실시예의 엔드 이펙터 장착 플랜지의 운동의 표가 도 23에 기술되어 있다. 예로서, 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)를 신장시키기 위해, 내부 링크(L1)에 연결된 모터(M2')가 반시계 방향으로 회전하도록 작동되고, 모터(M1' 및 M3')는 고정 모드에서 유지된다. 엔드 이펙터 장착 플랜지(E1)의 수축은 모터(M2')를 시계방향으로 회전시킴으로써 유발된다. 유사하게, 엔드 이펙터 장착 플랜지(E2)를 신장시키기 위해, 내부 링크(L3)에 연결된 모터(M3')가 시계방향으로 회전하도록 작동되고, 모터(M1' 및 M2')는 고정 모드에서 유지된다. 엔드 이펙터의 배향을 변경하기 위해, 모든 3개 모터가 작동된다. 모든 3개 모터의 반시계방향으로의 회전은 양 아암 및 엔드 이펙터가 반시계방향으로 회전하게 한다. 유사하게, 모든 3개 모터의 시계방향으로의 회전은 양 아암 및 엔드 이펙터가 시계방향으로 회전하게 한다. 또한, 모터(M1') 단독의 회전은 엔드 이펙터의 신장 또는 수축을 유발한다는 것을 주의하여야 한다. 따라서, 그 신장 또는 수축 없이 엔드 이펙터의 배향을 변경하는 것은 모든 3개 모터의 작동을 필요로 한다. 도 24a는 다른 엔드 이펙터 장착 플랜지의 운동에 독립적인 하나의 엔드 이펙터 장착 플랜지의 신장 시퀀스를 예시한다. 도 24b는 양 엔드 이펙터 장착 플랜지의 동시 운동의 시퀀스를 예시한다.

도 25를 참조하면, 모터(M1')는 컬럼의 중심축(322)을 동심으로 둘러싸는 회전자(332) 및 고정자(330)를 포함한다. 회전자(332)는 풀리(d1 및 d5)와 결합하도 록 상향 연장하는 중공 샤프트(334)에 연결된다. 모터(M2')는 모터(M1') 및 컬럼의 중심축(322)을 동심으로 둘러싸는 회전자(342) 및 고정자(340)를 포함한다. 모터(M2')의 회전자(342)는 내부 링크(L1)와 결합하도록 모터(M1')의 샤프트(334)의 외향으로 동심으로 배치된 중공 샤프트(344)에 연결된다.

모터(M3')는 모터(M1' 및 M2') 아래에 배치된다. 모터(M3')는 컬럼의 중심축(322)을 동심으로 둘러싸는 회전자(352) 및 고정자(350)를 포함한다. 회전자(352)는 내부 링크(L3)와 결합하도록 상향 연장하는 중공 샤프트(354)에 연결된다. 샤프트(354)는 모터(M1' 및 M2')의 샤프트(334, 344)의 내향으로 동심으로 위치된다.

상기 3 자유도 실시예에서, 엔드 이펙터 장착 플랜지는 동일 방향으로 배향된다. 또한, 엔드 이펙터 장착 플랜지는 도 26에 예시된 바와 같이, 대향 방향을 지향하도록 배향될 수 있다. 이 경우에, 양 모터(M2', M3')는 도 27의 표에 나타난 바와 같이, 엔드 이펙터 장착 플랜지를 신장시키기 위해, 동일 방향, 도시된 실시예에서는 반시계방향으로 회전된다.

다른 실시예에서, 엔드 이펙터 장착 플랜지는 서로에 대해 예각으로 배향될 수 있다. 도 28을 참조하라. 엔드 이펙터 장착 플랜지의 신장, 수축 및 회전 운동은 도 23의 표에서 동방향 3 자유도 시스템에 관하여 상술한 바와 동일하다.

도 29 내지 도 31에 예시되어 있는 또 다른 실시예에서, 내부 링크(L1, L3)는 단일 내부 링크 하우징내에 정렬 및 배치된다. 외부 링크(L2, L4)는 엘보우 관절(T2, T4)에서 내부 링크상에 동축으로 장착된다. 내부 링크 하우징은 모터(M1") 의 샤프트상에 회전 관절(T1) 둘레에서 회전하도록 장착된다. 내부 링크 하우징내에서, 벨트(t1)는 풀리(d1) 및 풀리(d2)에 연결되고, 벨트(t3)는 풀리(d5) 및 풀리(d6)에 연결된다. 모터(M2")는 풀리(d1)를 경유하여 외부 링크(L2)와 결합된다. 모터(M3")는 풀리(d5)를 경유하여 외부 링크(L4)와 연결된다. 내부 풀리의 직경비 d1:d2 및 d5:d6이 2:1인 구성에 대하여, 엔드 이펙터 장착 플랜지의 이동이 도 32의 표에 기술되어 있다. 내부 풀리의 직경비 d1:d2 및 d5:d6이 1:1인 구성에 대하여, 엔드 이펙터 장착 플랜지의 이동이 도 33의 표에 기술되어 있다.

도 34 내지 도 45는 아암 조립체의 수직 운동을 제공하기 위한 실시예를 예시한다. 바람직하게는 하우징(80)내에 수납되어 있는 모터는 캐리지(18)상에 지지된 모터 스택(404)을 형성한다. 모터 스택 및 캐리지는 컬럼에 관한 수직 운동을 위해 컬럼(16)에 장착된다. 보호 케이지(406)는 캐리지를 완전히 수납하도록 컬럼에 함께 작용하도록 장착되는 것이 바람직하다. 최종 조립체에서, 외부 커버링(미도시)이 또한 수직 운동 조립체를 수납하도록 전체 조립체 둘레에 배치된다.

컬럼(16)은 외부 나사식 회전 리드 나사(410) 및 리드 나사의 회전을 실행하기 위한 Z-축 작동기(412)를 지지한다. 내부 나사식 너트(414)가 캐리지(18)에 고정되며, 리드 나사의 회전이 너트(414) 및 캐리지(18)의 수직 병진을 유발하도록 리드 나사(410)상에 배치된다. 두 개의 수직 연장 선형 가이드 레일(418)이 컬럼(!6)상에 장착된다. 직진 관절(20)을 형성하는 선형 베어링(422)은 캐리지에 고정되며, 가이드 레일을 따른 수직방향 이동을 위해 선형 가이드 레일과 결합한다. 이 방식으로, 상술된 바와 같이, 로봇 아암(12, 14)이 그 위에 장착되어 있는 캐리 지는 수직방향으로 이동할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 38을 참조하면, 컬럼(16)은 두 개의 수직 연장 측부 부재(426)를 포함하며, 여기에, 두 개의 선형 레일(418), 마스터 레일 및 보조 레일이 고정된다. 두 개의 레일은 직진 관절의 수직 축(Z20)에 평행하다. 예시의 목적으로, 4개 선형 운동 베어링(422)이 도 28에 예시되어 있다. 그러나, 베어링이 캐리지(18)에 고정 부착되고, 레일(418)을 따라 수직으로 이동할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 39 및 도 40은 캐리지(18)를 예시한다. 캐리지는 직진 관절(20)을 형성하는 선형 운동 베어링(422)을 지지 및 통합한다. 선형 운동 베어링은 컬럼(16)사에서 마스터 및 보조 레일(418)을 따라 탑재되어 레일을 따른 수직 이동을 제공한다. 비록, 임의의 적절한 수가 제공될 수 있지만, 4개 베어링이 사용되는 것이 바람직하다.

너트 하우징(430)은 캐리지(18)의 스테이지(428)의 일 측부로부터 연장하며, 볼 너트(414)는 캐리지에 관하여 회전하지 않도록 너트 하우징내에 고정된다. 볼 너트는 Z-축 작동기(412)와 직진 관절(20) 사이의 트랜스미션 메카니즘으로서 기능한다.

모터 스택(404)을 장착 및 지지하기 위한 브래킷(432)은 선형 운동 베어링(422)으로부터 대향한 측부상에서 캐리지(18)의 스테이지(428)에 부착된다. 브래킷은 브래킷이 스테이지 디자인에 영향을 주지 않고 다양한 모터 스택을 지지하도록 설계될 수 있도록 스테이지와는 별개로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 캐 리지는 단지 하나의 모터 스택 브래킷을 서로 다른 모터 스택 브래킷으로 교체함으로서 다른 요구조건을 충족하도록 재구성될 수 있다.

리드 나사(410)는 예로서, 축(Z20)에 평행한 축 둘레에서 회전하도록 앵글러 접촉 볼 베어링(436)에 의해 컬럼(16)상에 장착된다. 도 44를 참조하면, Z-축 작동기(412)는 리드 나사에 회전을 제공하도록 컬럼의 베이스에 장착된다. 예시된 실시예에서, Z-축 작동기는 컬럼(16)에 의해 지지된 고정자(440) 및 리드 나사(410)에 결합되어 있는 회전자(438)를 포함하는 서보 모터를 포함한다. 광학적 위치 인코더(442)가 베이스에 배치된다.

리드 나사(410)는 캐리지(18)에 고정됨으로써 회전이 방지되는 볼 너트(414)를 통과한다. 따라서, 리드 나사의 회전은 너트의 선형 운동으로 변환된다. 이 방식으로, 선형 베어링에 의해 지지된 캐리지는 리드 나사의 회전에 따라 수직 방향으로 상하로 이동한다.

브레이크 조립체(450)가 컬럼의 상단에 제공된다. 도 45를 참조하라. 브레이크 조립체는 파워 고장의 경우에 그 수직 위치에서 아암을 유지한다. 브레이크 조립체는 컬럼(16)에 코일 장착판(454)에 의해 고정된 브레이크 코일(452)을 포함한다. 영구 자석(도 45에는 미도시)이 코일내에 배치된다. 자성 재료로 형성되어 영구 자석에 흡착되어 있는 브레이크 패드(456)는 허브(458)에 고정되며, 스프링(도 45에는 미도시) 같은 임의의 적절한 편의 메카니즘에 의해 코일(452)로부터 멀어지는 방향으로 편의되어 있다. 부가적으로, 코일이 여기될 때, 코일로부터의 자기장은 코일내의 영구 자석의 자기장을 극복하고, 편의 메카니즘과 연계하여, 코일로부 터 멀어지는 방향으로 브레이크 패드를 민다. 허브(458)는 리드 나사로부터 허브에 토크를 전달하는 두 개의 정사각형 키(460)를 경유하여 그와 함께 회전하도록 리드 나사(410)에 고정된다. 따라서, 코일이 여기될 때, 브레이크 패드(456)와 코일(452) 사이에 간극(462)이 존재한다. 브레이크 패드는 허브 및 리드 나사와 함께 회전하며, 어떠한 브레이킹 효과도 제공되지 않는다.

파워가 소실될 때, 코일(452)은 더 이상 여기되지 않는다. 이때, 브레이크 패드(456)는 코일내의 영구 자석에 의해 코일과 접촉하도록 흡착된다. 패드와 코일 사이의 마찰은 리드 나사에 고정된 허브를 유지하는 키와 연계하여, 허브와 리드 나사의 운동을 방지한다. 이 방식으로, 리드 나사는 파워가 소실될 때, 회전할 수 없으며, 아암은 그 수직 위치에서 유지된다. 다른 브레이킹 구조가 제공될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 고안의 다른 양태에서, 단지 두 개의 모터를 사용하는 모듈식 디자인을 채용한 이중 아암 로봇이 제공된다. 이들 실시예에서, 두 아암 각각의 내부 링크는 고정된 각도 관계로 함께 부착된다. 내부 링크 사이의 각도는 임의의 적절한 각도일 수 있다. 로봇이 조립되고 나면, 로봇을 분해하고 다른 구조로 로봇을 재조립함으로써 변경이 이루어질 수 없다.

모터 같은 제1 작동기는 수직축 둘레에서 내부 링크의 회전을 작동시킨다. 다른 모터 같은 제2 작동기는 한번에, 연계된 엔드 이펙터를 가지는 하나의 엔드 이펙터 장착 플랜지의 신장을 작동시킨다. 신장 또는 수축되는 특정 엔드 이펙터의 선택을 가능하게 하는 커플링이 제공된다.

본 양태에 따른 로봇은 다수의 구성으로 조립될 수 있다. 도 46a 내지 도 49는 내부 링크가 선형으로 정렬되고, 엔드 이펙터가 대향 방향으로 배향되어 있는 구성을 예시한다. 하나의 엔드 이펙터의 운동이 도 48에 예시되어 있으며, 여기서, 제1 엔드 이펙터의 신장 동안 내부 링크가 정렬된 상태로 남아 있는 것을 볼 수 있다. 외부 링크 중 단 하나가 그 "엘보우" 관절 둘레에서 회전하는 것은 그에 부착된 엔드 이펙터의 신장을 초래한다. 다른 외부 링크는 일시적으로 그 엘보우 관절에 고정되며, 따라서, 다른 엔드 이펙터의 회전을 초래한다.

도 50a 내지 도 53은 내부 링크가 소정 각도로 배향되고, 엔드 이펙터가 동일 방향으로 배향되어 있는 구성을 예시한다. 도 52는 엔드 이펙터 중 하나의 신장 동안 이 구성의 운동을 예시한다. 유사하게, 내부 링크가 동일한 각도 관계로 정렬되어 유지되고, 제2 엔드 이펙터가 제1 엔드 이펙터의 신장 동안 수동적으로 회전한다는 것은 명백하다.

도 54a 내지 도 55는 내부 링크가 서로에 대해 소정 각도로 배향되고, 엔드 이펙터가 서로에 대해 예각으로 배향되어 있는 구성을 예시한다.

도 58a 내지 도 61c는 도 46a 내지 도 49의 실시예의 것과 유사한 방식으로 작동될 수 있는 두 개의 작동기를 구비한 이중 엔드 이펙터 아암을 예시한다. 도 60a, 도 60b 및 도 60c는 다양한 신장 옵션을 예시한다. 도 60a 및 도 60b에서, 하나의 엔드 이펙터가 신장되었을 때, 다른 엔드 이펙터가 수동적으로 회전된다. 도 60c에서, 양 엔드 이펙터가 신장된다. 도 61a는 신장 또는 회전을 실행하기 위한 두 모터의 작동을 예시한다. 도 61b는 동심으로 배열된 두 개의 모터를 예시한다. 도 61c는 직선으로 배열된 두 개의 모터를 예시한다.

신장 또는 수축될 엔드 이펙터의 선택을 가능하게 하는 적절한 커플링이 도 56a 내지 도 56j에 예시되어 있다. 이 커플링은 제네바형 메카니즘을 포함한다. 제네바 메카니즘은 연속 회전으로부터 간헐 회전을 생성한다.

도 56a를 참조하면, 내부 링크(L1) 및 내부 링크(L3)는 고정된 각도(α)로 함께 부착되어 있다. 예시된 실시예에서, 링크(L3)는 링크(L1) 위에 있으며, 양 링크는 회전 관절(T1)에 장착된다. 관절(T1)은 링크와 캐리지(18) 사이의 연결 관절이다(또는, 수직 운동 기능이 포함되지 않는 경우에는 직접적으로 베이스(L0)에). 따라서, 양 링크는 모터(M1)의 회전자에 결합된 샤프트(532)에 부착되며, 양 링크는 단일 부재로서 함께 회전한다.

도 56b 내지 도 56e를 참조하면, 레버(A1)는 회전 관절(T100)에서 내부 링크(L1)에 부착되고, 레버(A2)는 회전 관절(T200)에서 내부 링크(L3)에 부착된다. 또한, 레버는 원형 부분(514, 516) 및 선형 부분(518, 520)을 각각 구비하는 슬롯(510, 512)을 포함한다. 풀리(d1, d5)의 회전축은 레버(A1, A2)내의 각각의 슬롯의 원형부의 중심과 동축이다.

모터(M2)의 회전자는 샤프트의 단부에서 고정된 각도(β)로 연장하는 두 개의 커플링 부재(R1, R2)를 포함하는 샤프트(522)에 부착된다. 커플링 부재 사이의 각도는 조립 동안 고정된다. 커플링 부재는 레버(A1 및 A2)의 슬롯(510, 520)내에서 이동하는 그 단부상에 롤러(528, 530)를 구비한다. 모터(M2)로부터의 토크는 롤러(R1, R2)를 경유하여 풀리(d1, d5)에 전달된다. 슬롯의 선형부는 부분 제네바 구 동부로서 기능하며, 도 56g 내지 도 56j에 가장 잘 도시된 바와 같이, 커플링 부재가 모터(M2)에 의해 회전될 때, 두 레버 중 하나가 모터(M2) 샤프트(522)에 관하여 변위되게 한다.

도 56d를 참조하면, 레버(A1)는 단지 커플링(R1)이 내부 링크(L1)에 관하여 반시계방향으로 회전할 때에만, 관절(T100)의 축 둘레에서 발진한다. 이 경우, 커플링 부재(R1)의 회전 롤러(528)는 레버(A1)의 슬롯(510)의 선형부(518)내에 탑재되고, 레버(A1)를 화살표 540으로 표시된 방향으로 흔들리게 한다. 유사하게, 레버(A2)는 커플링 부재(R2)의 회전 롤러(530)가 내부 링크(L3)에 관하여 시계방향으로 회전할 때에만, 관절(T200)의 축 둘레에서 발진한다. 이 경우, 커플링 부재(R2)의 회전 롤러는 레버(A2)의 슬롯(512)의 선형부(520)내에 탑재되며, 레버(A2)가 화살표 542로 표시된 방향으로 흔들리게 한다.

도 56f 내지 도 56j는 엔드 이펙터(E1 및 E2)의 동방향적 구성을 사용하는 예를 예시한다. 모터(M1)가 반시계 방향으로 회전되고, 모터(M2)가 시계 방향으로 회전될 때, 엔드 이펙터(E1)가 신장되고, 엔드 이펙터(E2)가 회전하며, 레버(A2)가 예시된 바와 같이 변위된다는 것을 볼 수 있다. E1이 신장할 때, 내부 링크(L1)는 반시계 방향으로 회전한다. 레버(A1)는 동일 위치에 남아 있는다.

도 57은 커플링이 로봇 조립체에 통합되는 방식을 개념적으로 예시한다.

상술된 바와 같이, 본 고안의 본 양태의 실시예는 아암을 분해 및 재조립함으로써 다양한 구성이 제공될 수 있도록 모듈식으로 기능할 수 있다. 도 62는 대향 배향의 엔드 이펙터를 가지는 이중 엔드 이펙터 아암을 공선적 배향의 엔드 이펙터 를 가지는 아암으로 변형하는 예를 예시한다.

본 고안의 다른 양태에서, 4개 엔드 이펙터가 이중 아암 로봇상에 제공된다. 보다 구체적으로, 두 개의 외부 링크가 각 림의 단일 내부 링크와 연계된다. 본 양태에 따른 로봇은 사용되는 작동기의 수에 따라, 다양한 자유도를 갖는 다수의 실시예로 조립될 수 있다.

도 63a 내지 도 64는 각 엔드 이펙터의 독립적 회전 및 병진을 제공하도록 모터일 수 있는 6개 작동기를 사용하는 실시예를 예시한다. 각 아암은 도 29 내지 도 33과 관련하여 상술한 3축 실시예에서와 같이 기능한다. (상술된 바와 같이, 수직 또는 Z-축은 용어 "축"의 이 용례에는 포함되지 않는다.)

3개 작동기를 사용하는 3축 실시예가 도 65a 내지 75에 예시되어 있다. 본 실시예에서, 내부 링크는 고정된 각도 관계로 함께 부착된다. 도 56 및 도 57과 관련하여 상술된 제네바형 커플링이 이동될 아암을 선택하기 위해 제공된다. 따라서, 하나 또는 두 개의 엔드 이펙터의 신장은 다른 엔드 이펙터의 수동적 회전을 초래한다.

도 65a는 동일 방향으로 배향된 4중 엔드 이펙터를 채용하는 3축 실시예를 예시한다. 도 65b 및 도 65c는 충돌을 회피하기 위해 수직 방향으로 엔드 이펙터를 이격시키기 위한 두 개의 구성을 예시한다. 도 65d는 개별 엔드 이펙터의 순차적 신장을 예시한다. 도 65e는 두 개의 아암과 연계된 두 개의 엔드 이펙터의 동시 신장을 예시한다. 도 66a 및 도 66b는 세 개의 모터(M1, M2, M3)에 의한 다양한 엔드 이펙터의 제어를 예시하며, 도 67은 이 구성을 위한 운동의 표이다.

도 68a 내지 도 69는 동일방향으로 배향된 4중 엔드 이펙터를 채용하는 다른 3축 실시예를 위한 유사한 도면이다.

도 70은 3축 실시예의 단일 엔드 이펙터를 위한 신장 시퀀스를 예시한다. 도 71은 3축 실시예를 위한 인접 엔드 이펙터의 동시 신장을 위한 신장 시퀀스를 예시한다.

도 72a 내지 도 74는 엔드 이펙터의 쌍이 대향 방향으로 배향되어 있는 다른 3축 실시예를 예시한다.

도 75는 3축 구동 모듈을 보다 구체적으로 예시한다.

로봇 조립체는 모터와 통신하는 적절한 콘트롤러를 포함한다. 로봇 콘트롤러는 일반 목적 컴퓨터의 형태의 제어 회로이다. 컴퓨터는 로봇과의 결부를 위한 키보드, 마우스, 모니터, 프린터 등 같은 입력/출력 디바이스를 포함한다. 로봇 내외로의 제어 신호는 입력/출력 디바이스를 통해 교환된다. 제어 신호는 존재시, 대상물 센서로부터의 감지된 대상물 신호 및 존재시, 진공 센서로부터의 진공 센서 신호를 포함한다. 이들 신호는 버스를 거쳐 중앙 처리 유닛(CPU)에 전달된다. 버스는 또한 메모리(예로서, RAM, 디스크 메모리 등)에 연결되어 CPU가 메모리내에 저장된 프로그램을 실행할 수 있게 한다. 메모리는 기판 로딩 시퀀스 콘트롤러 프로그램, 필요시, 진공 신호 인터럽터 프로그램 및 운동 제어 유닛 프로그램을 저장하는 것이 바람직하다. 입력/출력 디바이스, CPU 및 메모리와 연계한 컴퓨터의 적절한 동작은 본 기술 분야의 숙련자들이 이해할 수 있다.

본 고안의 이중 아암 로봇은 특히, 진공 이송 모듈내의 웨이퍼의 처리량을 증가시키기에 적합하다. 진공 이송 모듈에서, 웨이퍼는 단지 마찰력에 의해 로봇의 엔드 이펙터상에 유지된다. 따라서, 로봇 회전 및 아암 신장 동안의 웨이퍼의 가속은 엔드 이펙터의 패드 재료의 마찰 계수의 양에 의해 제한된다. 저온 응용처에서, VITON, KALREZ 및 레드 실리콘 콤파운드 같은 재료가 사용된다. 고온 응용처에서, 세라믹 및 석영이 사용된다. 임의의 경우에, 마찰력은 웨이퍼의 총 전달 시간을 제한하여, 종래 기술의, 단일 아암 로봇의 신속하게 웨이퍼를 전달하는 기능을 완전히 활용하는 것을 막는다. 본 고안의 이중 아암 로봇은 웨이퍼가 프로세스 모듈내에서 교체될 때, 180°만큼의 로봇의 회전을 필요로 하지 않는다. 웨이퍼가 아암 중 하나에 의해 프로세스 모듈내에 배치된 스테이지로부터 픽업되고, 중심 전달 챔버내로 수축되고 나면, 다른 아암이 신장하고, 다음 웨이퍼를 프로세스 모듈의 스테이지상에 배치한다. 웨이퍼가 로드 로크로부터 이송 챔버로 전달될 때, 이 시퀀스가 사용될 수 있다. 아암의 링크의 각 회전 관절이 그 작동기에 의해 독립적으로 제어되는 경우, 두 개의 부하 로크 또는 하나의 부하 로크와 클러스터의 프로세스 스테이션 또는 두 개의 프로세스 스테이션이 동시에 서빙될 수 있으며, 여전히 보다 느린 가속 및 전달 속도를 가능하게 한다.

본 고안의 다수의 변형이 가능하다. 예로서, 엔드 이펙터는 단일 페달 엔드 이펙터 또는 이중 페달 엔드 이펙터일 수 있다. 이중 페달 엔드 이펙터는 아암 조립체의 이동 방향을 반전시킴으로써 극 좌표 시스템의 대향 측부상으로 대상물을 접근시킴으로써 시간적 감소를 가능하게 한다. 이중 페달 엔드 이펙터의 페달은 목적하는 용도에 따라, 동일하거나 서로 다를 수 있다.

작동기 메카니즘은 모터 구동 풀리 및 벨트를 이용한 방식 같이 링크에 직접적으로 연결될 수 있거나, 힘, 토크, 속도, 분해능 등 같은 작동기 메카니즘의 하나 이상의 출력 특성이 필요한 성능에 따라 변경되는 경우에는 기계적 트랜스미션을 통해 연결될 수 있다. 사용되는 특정 메카니즘은 중요하지 않으며, 본 기술의 숙련자는 임의의 구성이 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다.

본 고안은 첨부된 청구범위에 나타난 바를 제외하고는, 특정하게 예시 및 설명되어 있는 바에 제한되지 않는다.

본 고안은 작동기 조립체와 연계하여, 최말단 링크의 독립적 수평 병진(신장 및 수축) 및 회전을 제공하도록 적어도 3개 자유도를 형성하는 관절/링크 쌍의 세트를 두 개의 아암 각각이 가지는 이중 아암 로봇을 제공한다. 내부 링크의 최내부 또는 기단 관절은 회전을 위한 공통 수직축상에 정렬된다. 각 아암의 최외부 링크는 관절/링크 쌍내의 관절에 제공된 스페이서에 의해 서로 수평방향으로 편위되어 최외부 링크 사이의 충돌을 방지할 수 있는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

또한, 반도체 분야에서, 최외부 링크는 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하며, 이는 반도체 웨이퍼 같은 기판 매체를 조작하기 위해 다양한 유형의 엔드 이펙터와 결부된다. 각 아암상에 이중 페달 엔드 이펙터가 사용되는 경우, 4개 까지의 기판이 전달 챔버내에 동시에 배치될 수 있다. 따라서, 시스템 처리량이 증가된다. 또한, 두 개의 아암이 독립적으로 신장, 수축 및 회전하는 기능을 갖기 때문에, 로봇 조립체는 웨이퍼가 이송 챔버에 부착된 부하체 로크 또는 프로세스 모듈의 내외 로 이동될 때, 웨이퍼 교체를 가능하게 한다. 로봇 구조에 설계되는 구성요소 및 재료의 선택에 따라서, 로봇은 상압 및 진공 환경에서 사용될 수 있는 등의 장점또한 갖추고 있는 것이다.

Claims

하나 이상의 기판을 조작하기 위한 로봇 조립체에 있어서,

컬럼에 의해 지지된 제1 및 제2 아암이며, 제1 아암은 제1 림을 추가로 포함하며, 제1 림은 수평 평면내에서의 제1 림의 최말단 링크의 병진 및 회전을 제공하도록 구성된 회전 관절/링크 쌍의 제1 세트를 포함하고, 제2 아암은 제2 림을 추가로 포함하고, 제2 림은 수평 평면내에서의 제2 림의 최말단 링크의 병진 및 회전을 제공하도록 구성된 회전 관절/링크 쌍의 제2 세트를 포함하며, 제1 림 및 제2 림은 공통 수직 회전축을 구비하는 기단 회전 관절을 갖는 제1 및 제2 아암과,

제1 림 및 제2 림의 최말단 링크의 회전 및 병진을 실행하도록 회전 관절/링크 쌍의 제1 세트 및 회전 관절/링크 쌍의 제2 세트에 연결된 작동기 조립체를 포함하며,

제1 림 및 제2 림은 작동기 조립체와 연계하여, 4 자유도를 형성하고, 그에 의해, 제1 림 및 제2 림의 최말단 링크는 신장 및 수축을 위해 독립적으로 수평으로 병진가능하며, 공통 수직 회전축위에서 독립적으로 회전가능한 로봇 조립체.
제 1 항에 있어서, 제1 아암 및 제2 아암은 수직 변위를 제공하도록 구성된, 공유된 직진 관절 및 링크를 추가로 포함하는 로봇 조립체.
제 2 항에 있어서, 직진 관절 및 링크는 컬럼에 의해 지지되는 로봇 조립체.
제 2 항에 있어서, 직진 관절 및 링크는 지지면상에 회전가능하게 장착되는 로봇 조립체.
제 2 항에 있어서, 직진 관절 및 링크는 지지면상에 고정 장착되는 로봇 조립체.
제 1 항에 있어서, 회전 관절/링크 쌍의 제1 세트의 최말단 링크는 제1 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하고, 회전 관절/링크 쌍의 제2 세트의 최말단 링크는 제2 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하며, 회전 관절/링크 쌍의 제1 세트 및 회전 관절/링크 쌍의 제2 세트는 제2 엔드 이펙터 장착 플랜지로부터 제1 엔드 이펙터 장착 플랜지를 수직방향으로 편위시키도록 구성된 로봇 조립체.
제 1 항에 있어서, 제1 림의 관절/링크 쌍의 제1 세트는 제1 쇼울더 회전 관절 및 제1 내부 링크와, 제1 엘보우 회전 관절 및 제1 외부 링크와, 제1 리스트 회전 관절 및 제1 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하고, 제2 림의 관절/링크 쌍의 제2 세트는 제2 쇼울더 회전 관절 및 제2 내부 링크와, 제2 엘보우 회전 관절 및 제2 외부 링크와, 제2 리스트 회전 관절 및 제2 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하는 로봇 조립체.
제 7 항에 있어서, 작동기 조립체는 제1 쇼울더 관절 및 제1 내부 링크에 연결된 제1 작동기 조립체 및 제2 쇼울더 관절 및 제2 내부 링크에 연결된 제2 작동기 조립체를 포함하는 로봇 조립체.
제 7 항에 있어서, 제1 내부 링크는 쇼울더 관절에서 제1 풀리, 그리고, 엘보우 관절에서 제2 풀리 둘레에서의 이동이 고정된 벨트를 포함하고, 제1 외부 링크는 엘보우 관절에서 제3 풀리, 그리고, 리스트 관절에서 제4 풀리 둘레에서의 이동이 고정된 벨트를 포함하는 로봇 조립체.
제 9 항에 있어서, 제2 풀리에 대한 제1 풀리의 직경의 비율은 2:1인 로봇 조립체.
제 9 항에 있어서, 제 2 풀리에 대한 제1 풀리의 직경의 비율은 1:1인 로봇 조립체.
제 9 항에 있어서, 제4 풀리에 대한 제3 풀리의 직경의 비율은 1:2인 로봇 조립체.
제 7 항에 있어서, 제2 내부 링크는 쇼울더 관절에서 제5 풀리, 그리고, 엘보우 관절에서 제6 풀리 둘레에서의 이동이 고정된 벨트를 포함하고, 제2 외부 링 크는 엘보우 관절에서 제7 풀리, 그리고, 리스트 관절에서 제8 풀리 둘레에서의 이동이 고정된 벨트를 포함하는 로봇 조립체.
제 13 항에 있어서, 제6 풀리에 대한 제5 풀리의 직경의 비율은 2:1인 로봇 조립체.
제 13 항에 있어서, 제6 풀리에 대한 제5 풀리의 직경의 비율은 1:1인 로봇 조립체.
제 13 항에 있어서, 제8 풀리에 대한 제7 풀리의 직경의 비율은 1:2인 로봇 조립체.
제 7 항에 있어서, 제1 및 제2 엘보우 관절 중 하나는 제1 및 제2 림의 엔드 이펙터 장착 플랜지를 수직방향으로 편위시키기에 충분하게, 제1 및 제2 엘보우 관절 중 나머지 보다 큰 수직 범위를 가지며, 그에 의해, 엔드 이펙터 장착 플랜지의 충돌을 피할 수 있는 로봇 조립체.
제 7 항에 있어서, 제1 림 및 제2 림 중 하나는, 제1 및 제2 쇼울더 관절의 공유된 수직 축 둘레에서의 회전 동안 제1 림과 제2 림의 중간 부분의 충돌을 피하기에 충분하도록 제1 림 및 제2 림 중 나머지 보다 짧은 로봇 조립체.
제 7 항에 있어서, 작동기 조립체는 제1 쇼울더 관절에 동작가능하게 결합된 제1 모터 및 제1 내부 링크에 동작가능하게 결합된 제2 모터를 포함하는 로봇 조립체.
제 19 항에 있어서, 작동기 조립체는 제2 쇼울더 관절에 회전가능하게 결합된 제3 모터 및 제2 내부 링크에 회전가능하게 결합된 제4 모터를 추가로 포함하는 로봇 조립체.
제 20 항에 있어서, 제3 및 제4 모터는 모터 패키지 수납체내에서 제1 및 제2 모터 아래에 배치되는 로봇 조립체.
제 21 항에 있어서, 모터 패키지 수납체는 내부의 진공을 유지하도록 밀봉되는 로봇 조립체.
제 1 항에 있어서, 작동기 조립체는 기단 회전 관절의 공통 수직 축 둘레에 동심으로 배치된 중공 샤프트를 포함하는 로봇 조립체.
제 1 항에 있어서, 최말단 링크는 기판을 지지하기 위한 엔드 이펙터를 지지하도록 구성된 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하는 로봇 조립체.
제 1 항에 있어서, 최말단 링크는 반도체 웨이퍼 취급 엔드 이펙터를 지지하도록 구성된 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하는 로봇 조립체.
제 1 항에 있어서, 작동기 조립체를 수납하는 진공 환경을 유지하도록 배열된 하우징을 추가로 포함하는 로봇 조립체.
제 1 항에 있어서, 작동기 조립체에 동작가능하게 연결된 콘트롤러를 추가로 포함하는 로봇 조립체.
기판을 이송하기 위한 로봇 조립체에 있어서,

컬럼에 의해 지지된 제1 아암 및 제2 아암이며, 제1 아암은 제1 림을 추가로 포함하며, 제1 림은 수평면에서 제1 림의 최말단 링크의 병진 및 회전을 제공하도록 구성된 회전 관절/라인 쌍의 제1 세트를 포함하며, 제2 아암은 제2 림을 추가로 포함하고, 제2 림은 수평면에서 제2 림의 최말단 링크의 병진 및 회전을 제공하도록 구성된 회전 관절/링크 쌍의 제2 세트를 포함하며, 제1 림 및 제2 림은 공통 하우징내에 수납된 기단 내부 관절 및 공통 수직 회전축을 구비한 기단 회전 관절을 구비하는 제1 및 제2 아암과,

제1 림 및 제2 림의 최말단 링크의 회전 및 병진을 실행하도록 회전 관절/링크 쌍의 제1 세트 및 회전 관절/링크 쌍의 제2 세트에 연결된 작동기 조립체를 포함하고,

제1 림 및 제2 림 각각은 작동기 조립체와 연계하여 림 당 적어도 3 자유도를 형성하고, 그에 의해, 제1 림 및 제2 림의 최말단 링크는 신장 및 수축을 위해 독립적으로 수평으로 병진할 수 있는 로봇 조립체.
제 28 항에 있어서, 제1 림의 관절/링크 쌍의 제1 세트는 제1 쇼울더 회전 관절 및 제1 내부 링크와, 제1 엘보우 회전 관절 및 제1 외부 링크와, 제1 리스트 회전 관절 및 제1 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하고, 제2 림의 관절/링크 쌍의 제2 세트는 제2 쇼울더 회전 관절 및 제2 내부 링크와, 제2 엘보우 회전 관절 및 제2 외부 링크와, 제2 리스트 회전 관절 및 제2 엔드 이펙터 장착 플랜지를 포함하는 로봇 조립체.
제 29 항에 있어서, 작동기 조립체는 제1 내부 링크 및 제2 내부 링크에 회전가능하게 결합된 제1 모터, 제1 쇼울더 관절에 회전가능하게 결합된 제2 모터 및 제2 쇼울더 관절에 회전가능하게 결합된 제3 모터를 포함하는 로봇 조립체.
제 30 항에 있어서, 제1 모터는 제2 모터를 동심으로 둘러싸고, 제3 모터는 제1 모터 및 제2 모터 아래에 배치되는 로봇 조립체.
제 30 항에 있어서, 제1 모터, 제2 모터 및 제3 모터는 모터 패키지 수납체 내에 배치되는 로봇 조립체.
제 32 항에 있어서, 모터 패키지 수납체는 내부의 진공을 유지하도록 밀봉되는 로봇 조립체.
제 28 항에 있어서, 작동기 조립체에 동작가능하게 결합된 콘트롤러를 추가로 포함하는 로봇 조립체.
수직 운동 조립체를 포함하는 로봇 조립체에 있어서,

수직 운동 조립체는

베이스상에 지지된 컬럼,

컬럼상에 배치된 한 쌍의 수직 연장 레일,

수직 연장 레일에 평행하게 수직축 둘레에서 회전하도록 컬럼에 장착된 회전가능한 구동 부재,

레일을 따라 왕복 이동하도록 장착되며, 그 위에 모터 스택을 지지하도록 구성된 스테이지 및 컬럼과 결합할 수 있는 직진 관절을 포함하는 캐리지이고, 스테이지가 구동 부재의 회전 운동을 캐리지의 선형 운동으로 전달하기 위해 회전가능한 구동 부재와 결합할 수 있는 트랜스미션 메카니즘을 포함하는 캐리지,

말단 단부에 엔드 이펙터 장착 플랜지를 구비하는 적어도 하나의 로봇 아암, 및

캐리지의 스테이지상에 배치되며, 엔드 이펙터 장착 플랜지의 병진 및 회전을 제공하도록 로봇 아암과 동작가능하게 통신하는 모터 스택을 포함하는 로봇 조립체.
제 35 항에 있어서, 회전가능한 구동 부재는 회전가능한 리드 나사를 포함하고, 트랜스미션 메카니즘은 스테이지에 고정되어 리드 나사와 회전 결합할 수 있게 배치된 너트를 포함하는 로봇 조립체.
제 35 항에 있어서, 스테이지는 모터 스택 장착 브래킷을 포함하고, 모터 스택은 모터 스택 장착 브래킷상에 배치되는 로봇 조립체.
제 35 항에 있어서, 파워 고장에 응답하여 캐리지의 수직 위치를 유지하도록 동작할 수 있는 브레이킹 메카니즘을 추가로 포함하는 로봇 조립체.
하나 이상의 기판을 조작하기 위한 로봇 조립체에 있어서,

컬럼에 의해 지지된 제1 아암 및 제2 아암이며, 제1 아암은 최말단 단부에 배치된 제1 엔드 이펙터 장착 플랜지 쌍을 구비하는 제1 림을 추가로 포함하고, 제1 림은 수평 평면내에서 엔드 이펙터의 쌍의 병진 및 회전을 제공하도록 구성된 회전 관절/링크 쌍의 제1 세트를 포함하며, 제2 아암은 최말단 단부에 배치된 제2 엔드 이펙터 장착 플랜지 쌍을 가지는 제2 림을 추가로 포함하고, 제2 림은 수평 평 면내에서 제2 엔드 이펙터 쌍의 병진 및 회전을 제공하도록 구성된 회전 관절/링크 쌍의 제2 세트를 포함하며, 제1 림 및 제2 림은 공통 수직 회전축을 가지는 기단 회전 관절을 구비하는 제1 및 제2 아암과,

제1 림 및 제2 림의 엔드 이펙터의 회전 및 병진을 실행하도록 회전 관절/링크 쌍의 제1 세트 및 회전 관절/링크 쌍의 제2 세트에 연결된 작동기 조립체를 포함하는 로봇 조립체.
제 39 항에 있어서, 제1 림 및 제2 림은 작동기 조립체와 연계하여, 6 자유도를 형성하고, 그에 의해, 제1 림 및 제2 림의 엔드 이펙터 장착 플랜지는 공통 수직 회전축위에서 독립적으로 회전가능하며, 신장 및 수축을 위해 수평방향으로 독립적으로 병진가능한 로봇 조립체.
제 39 항에 있어서, 제1 림 및 제2 림은 작동기 조립체와 연계하여 3 자유도를 형성하고, 그에 의해, 제1 림 및 제2 림의 엔드 이펙터 장착 플랜지는 신장 및 수축을 위해 독립적으로 수평 방향으로 병진할 수 있는 로봇 조립체.