搬送アーム装置
【課題】可動範囲が広く、位置決め精度やメンテナンス性に優れた搬送アーム装置を提供する。
【解決手段】基台２上に基部１１１を枢設された第１アーム１１と、その先端部１１２に基部１２１を枢設された第２アーム１２と、その先端部１２２に基部１３１を枢設されたハンド部１３と、第１アーム回動手段６と、第２アーム回動手段７とを有し、基台２に対する第１アーム１１および第２アーム１２の角度をそれぞれ変化させることでハンド部１３の基部１３１を所定の位置に移動させる搬送アーム装置１であって、第２アーム回動手段７が、基台２上に枢設され第１アーム１１と同一の回動中心１１４を有する回動部材１４と、回動部材１４と第２アーム１２とを連結する連結手段２０とを備えており、基台２に対して回動部材１４および第２アーム１２が同一方向に同一角度連動して回動するように構成した。
【解決手段】基台２上に基部１１１を枢設された第１アーム１１と、その先端部１１２に基部１２１を枢設された第２アーム１２と、その先端部１２２に基部１３１を枢設されたハンド部１３と、第１アーム回動手段６と、第２アーム回動手段７とを有し、基台２に対する第１アーム１１および第２アーム１２の角度をそれぞれ変化させることでハンド部１３の基部１３１を所定の位置に移動させる搬送アーム装置１であって、第２アーム回動手段７が、基台２上に枢設され第１アーム１１と同一の回動中心１１４を有する回動部材１４と、回動部材１４と第２アーム１２とを連結する連結手段２０とを備えており、基台２に対して回動部材１４および第２アーム１２が同一方向に同一角度連動して回動するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等のワークを搬送するための搬送アーム装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体ウエハ等のワークを製造工程に従って搬送するための搬送アーム装置として、様々なものが知られている。その中でも、人間の肩から上腕、前腕、手と同様に基台上に第１アーム、第２アームおよびハンド部を連結して設け、これらが協同して屈伸運動を行うことで基台に対してハンド部を進退自在に構成したものがある。
【０００３】
こうした搬送アーム装置の中でも、例えば下記特許文献１に係るものがある。これは、第１アームの回動と連動してベルト、プーリーを介して第２アームが回動するように構成されており、長さの等しい第１アームと第２アームとが協同して屈伸運動を行うことで、ハンド部が直線上を進退可能とされている。
【０００４】
また、特許文献２により開示された技術においては、第１アームを回動させるための機構としてその内部に設けた第１の平行リンク機構と、第２アームを回動させるための機構としてその内部に設けた第２の平行リンク機構とを備えるとともに、これら二つの平行リンク機構の間に連動機構を備えており、双方のアームが連動して屈曲運動をすることで、特許文献１と同様、ハンド部が直線上を進退可能とされている。
【０００５】
さらに、特許文献３により開示された技術では、第１アームおよび第２アームの内部に、それぞれ第１の平行リンク機構、第２の平行リンク機構を備えるとともに、両者の間の連動機構を備える点は特許文献２と同様であるものの、第１アームの回動とは別に第１の平行リンク機構の角度を変更する手段を有し、その変更と連動して第２の平行リンク機構および第２アームの回動角度を変えることを可能に構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１２４３００号公報
【特許文献２】特許第３８５３６４５号公報
【特許文献３】特開２００８−１８８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に係る先行技術においては、ベルトの伸びによる位置精度の悪化や、ベルトとプーリーとの摺動に起因した摩耗粉によるワーク汚れが発生する可能性がある。
【０００８】
他方、特許文献２および特許文献３に係る先行技術においては、金属部品を主体とする平行リンク機構の組み合わせによるものであり、位置精度の向上やゴミ発生の抑制等の点では特許文献１のものに比し有利となる。しかしながら上腕である第１アームの回動に連動して、前腕である第２アームの回動を行わせるため、それぞれに設けた平行リンク機構を２つ連結して相互に連動させるための連動機構を設ける必要がある。当該連動機構は搬送アームの内部、具体的には上腕と前腕とが連結された肘部分の内部に組み込む必要がある。従って搬送アーム全体の構成が複雑となり、十分な剛性を持たすことが困難である。よって、いまだ位置決め精度の点で十分とは言い難い。また、構成が複雑であるためメンテナンス性が悪くなってしまう。さらに、機構上の制約が多いため可動範囲を広くすることが困難となる。
【０００９】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には可動範囲を広くするとともに、ハンド部の位置決め精度を向上させることが可能であり、メンテナンス性に優れた搬送アーム装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１１】
すなわち、本発明の搬送アーム装置は、基台上に基部を枢設され、当該基部より外径方向に延出された先端部を有する第１アームと、当該第１アームの先端部に基部を枢設され、当該基部より外径方向に延出された先端部を有し、前記第１アームの回動平面と略平行な面内を回動可能な第２アームと、当該第２アームの先端部に基部を枢設され、当該第１アームおよび第２アームの回動平面と略平行な面内を回動可能なハンド部と、前記基台に対する前記第１アームの角度を変化させる第１アーム回動手段と、前記基台に対する前記第２アームの角度を変化させる第２アーム回動手段とを有し、前記基台に対する前記第１アームおよび前記第２アームの角度をそれぞれ変化させることで前記ハンド部の基部を所定の位置に移動させるものであって、前記第２アーム回動手段が、前記基台上に枢設され前記第１アームと同一の回動中心を有する回動部材と、当該回動部材と前記第２アームとを連結する連結手段とを備えており、前記基台に対して前記回動部材および前記第２アームが同一方向に同一角度連動して回動するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
このように構成すると、ハンド部の基部の位置となる第２アームの先端部の位置は、第１アームの回動角度と、第１アームと第２アームと回動部材と連結手段とから構成される一個のリンク機構の動作とのみによって決定されることになる。そのため、従来技術で用いていたベルト・プーリー構成や２個の平行リンク機構の組み合わせ構成に比し、構成が簡単で部品点数や部品間の連結部が少なくなり、剛性を高めて位置決め精度を向上させることができるとともに、メンテナンス性を向上させることが可能となる。また、第２アームと第１アームとの連動は、まず第１アームと回動部材とを連動させ、この回動部材とリンクして第２アームが動作することで実現するようにしてあるため、第１アームと第２アームの連結部である肘部は、特別な連動機構を有していない簡単な構成とすることができる。そのため、機構上の制約が少なくなることから、第２アームの第１アームに対する回動範囲を広くすることができ、その結果搬送アーム全体の可動範囲を広くすることが可能となる。
【００１３】
さらに、上記の効果を高めて可動範囲をより広くするためには、前記連結手段が、取付位置の位相を変えて設けられた複数の連結部材からなるように構成することが好適である。
【００１４】
また、上記の効果をさらに高めるためには、前記複数の連結部材を前記第１アームの回動する平面と直交する方向に、相互に位置をずらして配置するよう構成することがより好適である。
【００１５】
また、第１アームと第２アームとが連動して、ハンド部が直線上を進退可能とするためには、前記第１アームの回動中心から前記第２アームの回動中心までの距離と、当該第２アームの回動中心から前記ハンド部の回動中心までの距離を略同一にするとともに、前記回動部材を前記第１アームの回動と連動して逆方向に同一角度回動するよう構成することが好適である。
【００１６】
さらには、上記ハンド部が進退動作とは無関係に、常時同じ方向を向くようにするためには、前記第１アームの先端部に第２アームと同一の回動中心を有する補助アームを枢設し、当該補助アームおよび前記第１アームの双方をリンクとして含み、前記基台に対する前記補助アームの向きを維持するための平行リンク機構と、前記補助アーム、前記第２アームおよび前記ハンド部をリンクとして含み、前記補助アームと前記ハンド部の平行を維持するための別の平行リンク機構とを有するように構成することが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明した本発明によれば、ハンド部の可動範囲を広くするとともに、位置決め精度の向上を可能とし、かつ、メンテナンス性に優れた搬送アーム装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る搬送アーム装置の斜視図。
【図２】同搬送アーム装置の基準位置における上面図。
【図３】同搬送アーム装置の一の動作位置における上面図。
【図４】同搬送アーム装置の別の動作位置における上面図。
【図５】同搬送アーム装置の別の動作位置における上面図。
【図６】同搬送アーム装置の別の動作位置における上面図。
【図７】同搬送アーム装置の別の動作位置における上面図。
【図８】同搬送アーム装置の各アームの回動角度を説明する模式図。
【図９】同搬送アーム装置の連結手段の動作を説明する模式図。
【図１０】同搬送アーム装置の連結手段の動作を説明する模式図。
【図１１】同搬送アーム装置のリンク機構を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１に示すように、この実施形態の搬送アーム装置１は大きくは基台２、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド部１３から構成され、それぞれ人間の肩、上腕、前腕および手の部分に相当する。そして、これらが協同して動作を行い、ハンド部１３が基台２に対して進退動作を行うことによって、図示しない被搬送物（半導体ウェハ等のワーク）の受渡しを行うことが可能となっている。
【００２１】
本搬送アーム装置１の具体的構成を以下に説明する。
【００２２】
まず、第１アーム１１は基部１１１から先端部１１２にかけて延出された板状の部材であり、基部１１１の下部に設けられた円筒状の軸部１１３を介して基台２の上面に枢設されている。そのため、基部１１１を中心に先端部１１２を外側として回転が可能になっている。
【００２３】
同様に、第２アーム１２も基部１２１から先端部１２２にかけて延出された板状の部材であり、基部１２１の下部に設けられた円筒状の軸部１２３を介して第１アーム１１の先端部１１２に枢設されている。そのため、基部１２１を中心に先端部１２２を外側として回転が可能になっているとともに、軸部１２３によって第１アームと第２アームとの間には上下方向に間隙が設けられている。
【００２４】
さらに、ハンド部１３は第２アーム１２の先端部１２２にその基部１３１を枢設され、当該基部１３１を中心に回転が可能となっている。ハンド部１３の先端は略Ｕ字形状の平面を有する載置部１３２となり、当該載置部１３２の上に図示しない被搬送物を載せることが可能となっている。なお、載置部１３２の形状は、被搬送物の形状に応じて適宜変更することが可能である。
【００２５】
また、これらの第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド部１３は、それぞれ互いに平行となる面内を回動するように構成している。本実施形態においては、基台２の上面を平面に構成し、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド部１３の回動平面と平行となるように構成しているが、基台２の上面を平面とすることは本発明において必須ではなく、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド部１３等と平行に構成することも必須ではない。
【００２６】
さらに、第１アーム１１および第２アーム１２の長さをほぼ等しく、厳密には上方から見た際の第１アーム１１と第２アーム１２の回動中心１１４、１２４間の距離と、第２アームおよびハンド部の回動中心１２４、１３４間の距離を等しくするようにしている。そのため、基台２に対して第１アーム１１が回動した際、後述のように第２アーム１２も基台２に対して逆方向に同じ角度の回動を行うように構成すれば、ハンド部１３の基部１３１が直線上を進退することが可能となる。
【００２７】
上記のような基本構成を有する搬送アーム装置１の各部を、所定の規則を持って運動させるため本実施形態の搬送アーム装置１は、図１１に模式的に示したような、第１〜第４の平行リンク機構１０１〜１０４を備えている。このうち、第１および第２の平行リンク機構１０１、１０２は、第２アーム１２の基台２に対する角度を変更することによってハンド部１３の手首部分ともいえる基部１３１の位置決めを行う機能を有し、第３および第４の平行リンク機構１０３、１０４は、ハンド部１３が基部１３１の位置にかかわらず常時同じ方向を向くように方向を規制する機能を有するように構成されている。
【００２８】
以下、具体的な構成について説明を行う。
【００２９】
本搬送アーム装置１は、図１に示すように、第１アーム１１の回動中心１１４と同一の回動中心となるように、基台２上にリング状の回動部材１４を、第１アーム１１とは独立して回転可能に枢設している。そして、当該回動部材１４の動作を第２アーム１２に伝え連動させるための連結手段２０を有している。
【００３０】
上記回動部材１４は上部を平面に構成してあり、図２に示すように、当該回動部材１４の回動中心１１４から見て図中の上方向を０°とし、反時計方向を＋として表したとき、＋４５°の位置と、−４５°の位置にそれぞれ第１連結点４１、第２連結点４２を備えている。そして、これらの箇所において、図１および図２に示すように、それぞれ連結手段２０としての第１連結部材２１、第２連結部材２２が枢結されている。
【００３１】
第１連結部材２１および第２連結部材２２は、それぞれ上記第１連結点４１および第２連結点４２より第２アームの基部１２１まで延出したレバー型の形状をしており、各々第２アーム基部１２１の下面に設けられた第３連結点４３、第４連結点４４に枢結されている。第３連結点４３および第４連結点４４は、図２に示すように、第１連結点４１、第２連結点４２と同様、第２アーム１２の回動中心１２４に対してそれぞれ＋４５°の位置と−４５°の位置に設けられている。さらに、第１および第２連結点４１、４２と回動部材１４の回動中心１１４との間の距離、並びに第３および第４連結点４３、４４と第２アーム１２の回動中心１２４との間の距離が全て同一となるように構成している。
【００３２】
また、図１に示すように、第１連結部材２１と第２連結部材２２とは上下方向に位置をずらして設けることで、相互の干渉を防ぐとともに、双方ともに第１アーム１１と第２アーム１２の回動平面間に設けることで、コンパクトな構成としてある。さらに、第１連結部材２１は長手方向の中間付近を図中の左側に屈曲させることで、図７のようにハンド部１３が後退した際に第４連結点４４と干渉しないようにしている。また、このような形状とすることで、図５のようにハンド部１３が進出した際に第１アーム１１の上部より大きく張り出さないようにすることも可能となっている。さらに、図１および図２示すように、第２連結部材２２は第３連結点４３から第２アーム１２の基部１２１に向け直線上に延出された後、大きな円弧を描きつつほぼ直角に屈曲してから第４連結点４４に連結されている。このような形状をとることで、図５のようにハンド部１３が進出した際でも、第２アーム１２下部の軸部１２３との干渉を防止することが可能となる。
【００３３】
また、本搬送アーム装置１は、図２に示すように、第１アーム回動中心１１４からみて左方向、つまりはハンド部１３が進出する方向とは逆側で、所定の距離離れた基台２上に第５連結点４５を設けている。そして、図１に示すように、第１アーム１１の先端部１１２上に第２アーム１２の回動中心１２４と同一の回動中心を有する板状の補助アーム１５が枢設している。当該補助アーム１５は当該回動中心１２４より、外側に向かって延出した形状としており、その先端には第６連結点４６を設けている。そして、当該第６連結点４６と第２アーム回動中心１２４の間の距離が、第５連結点４５と第１アーム１１の回動中心１１４の間の距離と同一となるように設定している。さらに、第５連結点４５に枢結されるとともに、そこから延出された後に第６連結点４６に枢結されることで両者を連結する、略レバー状の第３連結部材３３を設けている。この第３連結部材３３は、連結を行う第５連結点４５と第６連結点４６との間の距離を、第１アーム１１および第２アーム１２の回動中心１１４、１２４間の距離と同一となるように長さを設定している。
【００３４】
さらに、図１および図２に示すように、ハンド部１３を、その回動中心１３１を挟んで載置部１３２とは反対側にも延出した形状として、その先端には第７連結点４７を設けている。そして、当該第７連結点４７とハンド部１３の回動中心１３１との距離が、第２アーム回動中心１２４と第６連結点４６の間の距離と同一となるように設定している。さらに、第６連結点４６に枢結されるとともに、そこから延出された後に第７連結点４７に枢結されることで両者を連結する、略レバー状の第４連結部材３４を設けている。この第４連結部材３４は、連結を行う第６連結点４６と第７連結点４７との間の距離を、第２アーム１２およびハンド部１３の回動中心１２４、１３４間の距離と同一となるように長さを設定している。
【００３５】
上記の構成の中で、第１アーム１１、回動部材１４、第１連結部材２１、第２アーム１２が連結された部分が、図１１に示す第１の平行リンク機構１０１として機能することになる。図１と図１１を対比させつつ詳述すると、第１アーム１１の中でも第１アーム回動中心１１４から第２アーム回動中心１２４までの線分を第１リンク１０１ａ、回動部材１４の中でもその回動中心１１４から第１連結点４１までの線分を第２リンク１０１ｂ、第１連結部材２１の中でも、第１連結点４１から第３連結点４３までの線分を第３リンク１０１ｃ、第２アーム１２の中でもその回動中心１２４から第３連結点４３までの線分を第４リンク１０１ｄとして、これら４つのリンクより第１の平行リンク機構１０１は構成されている。
【００３６】
同様に、第１アーム１１、回動部材１４、第２連結部材２２、第２アーム１２が連結された部分が、図１１に示す第２の平行リンク機構１０２として機能することになる。図１と図１１を対比させつつ詳述すると、第１アーム１１の中でも第１アーム回動中心１１４から第２アーム回動中心１２４までの線分を第１リンク１０２ａ、回動部材１４の中でもその回動中心１１４から第２連結点４２までの線分を第２リンク１０２ｂ、第２連結部材２２の中でも、第２連結点４２から第４連結点４４までの線分を第３リンク１０２ｃ、第２アーム１２の中でもその回動中心１２４から第４連結点４４までの線分を第４リンク１０２ｄとして、これら４つのリンクより第２の平行リンク機構１０２は構成されている。
【００３７】
このように構成することで、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とは、回動部材１４の回動と第２アーム１２の回動を連動させるという同一の機能を有する。しかしながら、両者が互いの死点を補完し合いながら機能することで、幅広い動作範囲で回動部材１４と第２アーム１２とを連動させることを可能としている。
【００３８】
具体的には、第１連結部材２１と第２連結部材２２とは位相を９０°ずらした位置に取り付けてある。そのため、第１の平行リンク機構１０１または第２平行リンク機構１０２の各リンクによって構成される平行四辺形がつぶれて直線の状態となる、いわゆる死点の状態となった時でも、他方の平行リンク機構は死点の状態となることがなく、安定して動作を行わせることができる。
【００３９】
さらに、第１アーム１１、基台２、第３連結部材３３、補助アーム１５が連結された部分が、図１１に示す第３の平行リンク機構１０３として機能することになる。図１と図１１を対比させつつ詳述すると、第１アーム１１の中でも第１アーム回動中心１１４から第２アーム回動中心１２４までの線分を第１リンク１０３ａ、基台２の中でも第１アーム１１の回動中心１１４から第５連結点４５までの線分を第２リンク１０３ｂ、第３連結部材３３の中でも、第５連結点４５から第６連結点４６までの線分を第３リンク１０３ｃ、補助アーム１５の中でもその回動中心１２４から第６連結点４６までの線分を第４リンク１０３ｄとして、これら４つのリンクより第３の平行リンク機構１０３は構成されている。
【００４０】
同様に、第２アーム１２、補助アーム１５、第４連結部材３４、ハンド部１３が連結された部分が、図１１に示す第４の平行リンク機構１０４として機能することになる。図１と図１１を対比させつつ詳述すると、第２アーム１２の中でもその回動中心１２４からハンド部１３の回動中心１３４までの線分を第１リンク１０４ａ、補助アーム１５の中でもその回動中心１２４から第６連結点４６までの線分を第２リンク１０４ｂ、第４連結部材３４の中でも、第６連結点４６から第７連結点４７までの線分を第３リンク１０４ｃ、ハンド部１３の中でもその回動中心１３４から第７連結点４７までの線分を第４リンク１０４ｄとして、これら４つのリンクより第４の平行リンク機構１０４は構成されている。
【００４１】
上記のように構成したリンク機構１０１〜１０４の駆動源として、図１に示すように、第１アーム１１の基部の下方にモータ３を設け、第１アーム１１との連結を行っている。これらモータ３とその出力を第1アーム１１に伝達するための伝動手段６１が、第1アーム回動手段６として機能することになる。そして、モータ３の回動を図示しない制御手段によって制御することにより、第１アーム１１の回動位置を制御している。
【００４２】
また、本実施形態においては、上記モータ３の出力を適宜ギア等の構成を用いて反転した上で回動部材１４に伝達する伝動手段７１を有しており、これらモータ３と伝動手段７１に加えて、回動部材１４と連結手段２０とにより、第２アーム回動手段７として機能することになる。そして、第１アーム１１の回動と連動して、第２アーム１２を逆方向に同じ角度回動することができるように構成している。
【００４３】
以下、本実施形態の搬送アーム装置１が行う具体的な動作を説明する。
【００４４】
図２〜図７では、各（ａ）図において第１アーム１１が所定の角度となったときの、それぞれの部材の位置関係を示し、これらの図よりハンド部１３および補助アーム１５を省略したものを各（ｂ）図に示す。
【００４５】
ここで、まず図８の模式図を用いて、本実施形態に示す搬送アーム装置における角度の表し方を示す。図８は、模式的に、第１アーム１１、第２アーム１２および回動部材１４を表したものである。本実施形態においては、図２のように第１アーム１１の回動中心１１４とハンド部１３の回動中心１３４とが上下に重なり合う位置、換言すると第１アーム１１と第２アーム１２とがほぼ重なり合った位置を基準位置とする。すなわち、第１アーム１１はその回動中心１１４から見て先端部が図中の下側となったときを基準とする。同様に、回動部材１４はその回動中心１１４から見て、第１連結点４１および第２連結点４２が、図中の上方向を基準としてそれぞれ＋４５°、−４５°の位置にあるときを基準とする。これにより、図８のように、第１アーム１１の回動角度θ１は回動中心１１４から見た下方向を基準位置として、ここから反時計回りの方向を＋側として定義する。同様に、回動部材１４の回動角度θ２は、第１連結点４１の基準位置４１ａからの回動角度として、時計回りを＋側として定義する。さらに、このとき第２アーム１２が第１アーム１１となす角度をθ３として定義する。
【００４６】
上述したように、第２アーム１２の動作は図１１に示す第１の平行リンク機構１０１および第２の平行リンク機構１０２によって規制されている。そして、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とは、相互に関連づけられ連動して動作するように構成してある。
【００４７】
すなわち、図１および図１１に示すように、第１アーム１１は、第１の平行リンク機構１０１の第１リンク１０１ａと第２の平行リンク機構１０２の第１リンク１０２ａの役割を同時に担っている。また、第１の平行リンク機構１０１の第２リンク１０１ｂと第２の平行リンク機構１０２の第２リンク１０２ｂとは一個の回動部材１４の一部を構成するものであるため、常に同じ方向に同一角度（図８におけるθ２）でもって運動を行う。同様に、第１の平行リンク機構１０１の第４リンク１０１ｄと第２の平行リンク機構１０２の第４リンク１０２ｄとは一個の第２アーム１２の一部を構成するものであるため、常に第２アーム１２と同じ回転運動を行うことになる。さらに、第１の平行リンク機構１０１の第３リンク１０１ｃと第２の平行リンク機構１０２の第３リンク１０２ｃとは、それぞれ第１連結部材２１、第２連結部材２２という別部材ではあるが、連結点に着目すれば常に互いに平行が維持される。
【００４８】
このように第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とを連結して構成していることから、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とは常に連動することになる。そして、これら平行リンク機構１０１、１０２の働きにより、回動部材１４の回動に伴って、同方向に同一角度第２アーム１２が回動することになる。すなわち、回動部材１４が時計回りにθ２回動すれば第２アーム１２も時計回りにθ２回動する。逆に言えば、回動部材１４がある回転位相に固定されていれば、第２アーム１２も常にその回転位相に応じた方向を向くことになる。
【００４９】
よって、図８に戻って説明すると、第１アーム１１および第２アーム１２が重なり合った基準位置の状態より第１アーム１１のみが反時計回りにθ１回動するだけでは、第２アーム１２はその基部１２１が第１アーム１１とともに移動するのみで、先端部１２２は図中の上方向を向いたままとなる。しかしながら、回転部材１４が第１アーム１１に対して同期逆回転するため、回動部材１４が時計回りにθ２回動すれば第２アーム１２の先端部１２２も時計回りにθ２回動することになる。すなわち、第２アーム１２が第１アーム１１との間でなす角θ３とθ１、θ２との間には、θ３＝θ１＋θ２との関係がある。以上の関係に加えて、本搬送アーム装置では、上述したように、第１アーム１１と第２アーム１２の各回転中心間の距離を、第２アーム１２とハンド部１３の各回転中心間の距離と等しくするとともに、θ１とθ２とが同じ角度となるように構成してあるため、常にハンド部１３の基部１３１が直線上を進退するようになっている。
【００５０】
よって、以下においては、各部の位置を表すための代表値としてθ１を用いて説明する。
【００５１】
図２から図５にかけては、基準位置にあったハンド部１３が、基台２に対して右方向に進出していく際の過程を示したものであり、θ１がそれぞれ０°から２２．５°、４５°、６７．５°と増加している。このときθ１が増加していくにつれて、連結手段２０としての第１連結部材２１と第２連結部材２２とは、徐々に近接していき、やがては重なり合う位置に来る。しかしながら、図１からも分かるように、第１連結部材２１は、第２連結部材２２の上方に位置をずらして設けているために、両者は干渉することがなく機能は損なわれない。また、第２連結部材２２は上述したように第４連結点４４付近で約９０°大きく屈曲した形状としているため、図５に示すように、θ１が６７．５°となった場合においても、第２アーム１２下部の軸と干渉することなく第４連結点４４との連結を維持している。また、この時、第１連結部材２１は上述の通り、中央付近が屈曲した形状となっていることから、第１アーム１１の上方より大きくはみ出すことが無く、ハンド部１３が進出した際のコンパクト性に寄与している。
【００５２】
さらに、こうした構成とすることで、図６および図７に示したように、ハンド部１３は基準位置からさらに後方に退避する方向にも動作することが可能となる。具体的には、θ１は−３６°まで逆方向に回転することにより、ハンド部１３がほぼ基台２の直上にまで退避してくることが可能としている。第１連結部材２１は上述の通り、中央付近が屈曲した形状となっていることから、第４連結点４４との干渉を生じることが無く、ハンド部１３の後退方向への動作範囲の拡大に寄与している。
【００５３】
このような中、第１アーム１１と第２アーム１２との間の相対角度θ３は、θ１の２倍の角度で動作を行う。従って、上述のようにθ１が−３６°から６７．５°の範囲で変化すれば、θ３は−７２°から１３５°までの２０７°の範囲内で変化することになり、第１の平行リンク機構１０１および第２の平行リンク機構１０２はこうした角度条件の下で動作を適切に行う必要がある。
【００５４】
通常、平行リンク機構においては、大きく動作させすぎると各リンクにより構成される平行四辺形が一直線上につぶれた状態が生じ、動作が不安定となるいわゆる死点の状態となるため、これを避けることが必要となる。
【００５５】
本実施形態において第１および第２の平行リンク機構１０１、１０２は、上述した角度範囲内において図９（ａ）〜（ｇ）、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すような様々な形状を採ることになる。
【００５６】
例えば、図９（ｃ）に示すθ１＝２２．５°の際に、第１の平行リンク機構１０１のなす平行四辺形が一直線状態となる、いわゆる死点の状態となる。しかしながら、この際にも、第２の平行リンク機構１０２は平行四辺形を維持しており、この働きによって動作が不安定となることがない。同様に、図９（ｇ）に示すθ１＝６７．５°の状態では、第２の平行リンク機構１０２が死点の状態となるが、第１の平行リンク機構１０１が平行四辺形を維持しているため動作安定性は維持される。さらには、退避方向においても、図１０（ｃ）に示すようにθ１＝−２２．５°の位置で、第２の平行リンク機構１０２に死点が訪れるが、第１のリンク機構１０１により動作安定性は維持される。
【００５７】
すなわち、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とは、基本的には同一の機能を有するものであるが、互いの死点を補完し合う関係にあるものといえる。
【００５８】
また、上記のように本搬送アーム装置においては、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２の作用によりハンド部１３の基部は直線上に進退を行うが、さらに第３リンク機構１０３と第４の平行リンク機構１０４の作用により、ハンド部１３の方向性が維持される。
【００５９】
具体的には、図１１および図２〜図７の各（ａ）図に示すように、第３の平行リンク機構１０３の作用により、第１アーム１１の回動にかかわらず、常に補助アーム１５は先端が図中の左側を向いた方向を維持する。そして、第４の平行リンク機構１０４の作用により、ハンド部１３は、補助アーム１５との平行が常に維持されることになる。その結果、ハンド部１３はその基部１３１が第２アーム１２によっていかなる位置に移動されようとも、載置部１３２が同じ方向を向くようになっている。本搬送アーム装置においては、ハンド部１３が進退する方向と載置部１３２の向きを等しく設定している。
【００６０】
以上のように、本実施形態に係る搬送アーム装置１は、基台２上に基部１１１を枢設され、当該基部１１１より外径方向に延出された先端部１１２を有する第１アーム１１と、当該第１アーム１１の先端部１１２に基部１２１を枢設され、当該基部１２１より外径方向に延出された先端部１２２を有し、前記第１アーム１１の回動平面と略平行な面内を回動可能な第２アーム１２と、当該第２アーム１２の先端部１２２に基部１３１を枢設され、当該第１アーム１１および第２アーム１２の回動平面と略平行な面内を回動可能なハンド部１３と、前記基台２に対する前記第１アーム１１の角度を変化させる第１アーム回動手段６と、前記基台２に対する前記第２アーム１２の角度を変化させる第２アーム回動手段７とを有し、前記基台７に対する前記第１アーム１１および前記第２アーム１２の角度をそれぞれ変化させることで前記ハンド部１３の基部１３１を所定の位置に移動させるものであって、前記第２アーム回動手段７が、前記基台２上に枢設され前記第１アーム１１と同一の回動中心１１４を有する回動部材１４と、当該回動部材１４と前記第２アーム１２とを連結する連結手段２０とを備えており、前記基台２に対して前記回動部材１４および前記第２アーム１２が同一方向に同一角度連動して回動するように構成したものである。
【００６１】
このように構成しているため、ハンド部１３の基部１３１の位置は、第１アーム１１の回動角度と、機能的には一個のリンク機構といえる第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２の動作だけで決定されることになる。そのため、従来技術で用いていたベルト・プーリー構成や２個の平行リンク機構の組み合わせ構成に比し、構成が簡単で部品点数や部品間の連結部が少なくなり、剛性を高めて位置決め精度を向上させることができるとともに、メンテナンス性を向上させることが可能となる。また、第２アーム１２と第１アーム１１との連動は、まず第１アーム１１と回動部材１４とを連動させ、この回動部材１４とリンクして第２アーム１２が動作することで実現するようにしてあるため、第１アーム１１と第２アーム１２の連結部である肘部は、特別な連動機構を有していない簡単な構成とすることができる。そのため、機構上の制約が少なくなることから、第２アームの第１アームに対する回動範囲を広くすることができ、その結果搬送アーム１全体の可動範囲を広くすることが可能となる。
【００６２】
さらには、前記連結手段２０が、取付位置の位相を変えて設けられた複数の連結部材２１、２２からなるように構成していることから、第２アーム１２を回動させる平行リンク機構１０１、１０２における死点が相互に補完されており、可動範囲をさらに広くすることが可能となる、
【００６３】
また、前記複数の連結部材２１、２２を前記第１アーム１１の回動する平面と直交する方向に、相互に位置をずらして配置するよう構成することにより、その効果をさらに高めることが可能となっている。
【００６４】
また、前記第１アーム１１の回動中心１１４から前記第２アーム１２の回動中心１２４までの距離と、当該第２アーム１２の回動中心１２４から前記ハンド部１３の回動中心１３４までの距離を略同一にするとともに、前記回動部材１４を前記第１アーム１１の回動と連動して逆方向に同一角度回動するよう構成しているため、第１アーム１１と第２アーム１２とが連動して動作を行い、ハンド部１３が直線上に進退可能となっている。
【００６５】
さらには、前記第１アーム１１の先端部１１２に第２アーム１２と同一の回動中心１２４を有する補助アーム１５を枢設し、当該補助アーム１５および前記第１アーム１１の双方をリンクとして含み、前記基台２に対する前記補助アーム１５の向きを維持するための平行リンク機構１０３と、前記補助アーム１５、前記第２アーム１２および前記ハンド部１３をリンクとして含み、前記補助アーム１５と前記ハンド部１３の平行を維持するための別の平行リンク機構１０４とを有するように構成していることから、ハンド部１３が進退動作とは無関係に、常時同じ方向を向くことが可能となっている。
【００６６】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００６７】
例えば、上記の実施形態では、第１連結部材２１と第２連結部材２２の取付位置を９０°位相をずらした位置としていたが、第１の平行リンク機構と第２の平行リンク機構の死点を補完し合うことができれば、これを９０°以外の角度に設定することも可能である。
【００６８】
また、上記の実施形態では、一個のモータ３によって第１アーム１１および第２アーム１２を駆動させるように構成してあるが、それぞれに別のモータを連結させて、これらを同期させるように制御させることも可能である。
【００６９】
さらに、基台２を床面に対して回転もしくは移動可能に構成することにより、さらにハンド部１３が可動する範囲を拡大することも可能である。
【００７０】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１…搬送アーム装置
２…基台
３…モータ
４…被搬送物
６…第１アーム回動手段
７…第２アーム回動手段
１１…第１アーム
１２…第２アーム
１３…ハンド部
１４…回動部材
１５…補助アーム
２０…連結手段
２１…第１連結部材
２２…第２連結部材
３３…第３連結部材
３４…第４連結部材
１０１…第１の平行リンク機構
１０２…第２の平行リンク機構
１０３…第３の平行リンク機構
１０４…第４の平行リンク機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等のワークを搬送するための搬送アーム装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体ウエハ等のワークを製造工程に従って搬送するための搬送アーム装置として、様々なものが知られている。その中でも、人間の肩から上腕、前腕、手と同様に基台上に第１アーム、第２アームおよびハンド部を連結して設け、これらが協同して屈伸運動を行うことで基台に対してハンド部を進退自在に構成したものがある。
【０００３】
こうした搬送アーム装置の中でも、例えば下記特許文献１に係るものがある。これは、第１アームの回動と連動してベルト、プーリーを介して第２アームが回動するように構成されており、長さの等しい第１アームと第２アームとが協同して屈伸運動を行うことで、ハンド部が直線上を進退可能とされている。
【０００４】
また、特許文献２により開示された技術においては、第１アームを回動させるための機構としてその内部に設けた第１の平行リンク機構と、第２アームを回動させるための機構としてその内部に設けた第２の平行リンク機構とを備えるとともに、これら二つの平行リンク機構の間に連動機構を備えており、双方のアームが連動して屈曲運動をすることで、特許文献１と同様、ハンド部が直線上を進退可能とされている。
【０００５】
さらに、特許文献３により開示された技術では、第１アームおよび第２アームの内部に、それぞれ第１の平行リンク機構、第２の平行リンク機構を備えるとともに、両者の間の連動機構を備える点は特許文献２と同様であるものの、第１アームの回動とは別に第１の平行リンク機構の角度を変更する手段を有し、その変更と連動して第２の平行リンク機構および第２アームの回動角度を変えることを可能に構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１２４３００号公報
【特許文献２】特許第３８５３６４５号公報
【特許文献３】特開２００８−１８８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に係る先行技術においては、ベルトの伸びによる位置精度の悪化や、ベルトとプーリーとの摺動に起因した摩耗粉によるワーク汚れが発生する可能性がある。
【０００８】
他方、特許文献２および特許文献３に係る先行技術においては、金属部品を主体とする平行リンク機構の組み合わせによるものであり、位置精度の向上やゴミ発生の抑制等の点では特許文献１のものに比し有利となる。しかしながら上腕である第１アームの回動に連動して、前腕である第２アームの回動を行わせるため、それぞれに設けた平行リンク機構を２つ連結して相互に連動させるための連動機構を設ける必要がある。当該連動機構は搬送アームの内部、具体的には上腕と前腕とが連結された肘部分の内部に組み込む必要がある。従って搬送アーム全体の構成が複雑となり、十分な剛性を持たすことが困難である。よって、いまだ位置決め精度の点で十分とは言い難い。また、構成が複雑であるためメンテナンス性が悪くなってしまう。さらに、機構上の制約が多いため可動範囲を広くすることが困難となる。
【０００９】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には可動範囲を広くするとともに、ハンド部の位置決め精度を向上させることが可能であり、メンテナンス性に優れた搬送アーム装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１１】
すなわち、本発明の搬送アーム装置は、基台上に基部を枢設され、当該基部より外径方向に延出された先端部を有する第１アームと、当該第１アームの先端部に基部を枢設され、当該基部より外径方向に延出された先端部を有し、前記第１アームの回動平面と略平行な面内を回動可能な第２アームと、当該第２アームの先端部に基部を枢設され、当該第１アームおよび第２アームの回動平面と略平行な面内を回動可能なハンド部と、前記基台に対する前記第１アームの角度を変化させる第１アーム回動手段と、前記基台に対する前記第２アームの角度を変化させる第２アーム回動手段とを有し、前記基台に対する前記第１アームおよび前記第２アームの角度をそれぞれ変化させることで前記ハンド部の基部を所定の位置に移動させるものであって、前記第２アーム回動手段が、前記基台上に枢設され前記第１アームと同一の回動中心を有する回動部材と、当該回動部材と前記第２アームとを連結する連結手段とを備えており、前記基台に対して前記回動部材および前記第２アームが同一方向に同一角度連動して回動するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
このように構成すると、ハンド部の基部の位置となる第２アームの先端部の位置は、第１アームの回動角度と、第１アームと第２アームと回動部材と連結手段とから構成される一個のリンク機構の動作とのみによって決定されることになる。そのため、従来技術で用いていたベルト・プーリー構成や２個の平行リンク機構の組み合わせ構成に比し、構成が簡単で部品点数や部品間の連結部が少なくなり、剛性を高めて位置決め精度を向上させることができるとともに、メンテナンス性を向上させることが可能となる。また、第２アームと第１アームとの連動は、まず第１アームと回動部材とを連動させ、この回動部材とリンクして第２アームが動作することで実現するようにしてあるため、第１アームと第２アームの連結部である肘部は、特別な連動機構を有していない簡単な構成とすることができる。そのため、機構上の制約が少なくなることから、第２アームの第１アームに対する回動範囲を広くすることができ、その結果搬送アーム全体の可動範囲を広くすることが可能となる。
【００１３】
さらに、上記の効果を高めて可動範囲をより広くするためには、前記連結手段が、取付位置の位相を変えて設けられた複数の連結部材からなるように構成することが好適である。
【００１４】
また、上記の効果をさらに高めるためには、前記複数の連結部材を前記第１アームの回動する平面と直交する方向に、相互に位置をずらして配置するよう構成することがより好適である。
【００１５】
また、第１アームと第２アームとが連動して、ハンド部が直線上を進退可能とするためには、前記第１アームの回動中心から前記第２アームの回動中心までの距離と、当該第２アームの回動中心から前記ハンド部の回動中心までの距離を略同一にするとともに、前記回動部材を前記第１アームの回動と連動して逆方向に同一角度回動するよう構成することが好適である。
【００１６】
さらには、上記ハンド部が進退動作とは無関係に、常時同じ方向を向くようにするためには、前記第１アームの先端部に第２アームと同一の回動中心を有する補助アームを枢設し、当該補助アームおよび前記第１アームの双方をリンクとして含み、前記基台に対する前記補助アームの向きを維持するための平行リンク機構と、前記補助アーム、前記第２アームおよび前記ハンド部をリンクとして含み、前記補助アームと前記ハンド部の平行を維持するための別の平行リンク機構とを有するように構成することが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明した本発明によれば、ハンド部の可動範囲を広くするとともに、位置決め精度の向上を可能とし、かつ、メンテナンス性に優れた搬送アーム装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る搬送アーム装置の斜視図。
【図２】同搬送アーム装置の基準位置における上面図。
【図３】同搬送アーム装置の一の動作位置における上面図。
【図４】同搬送アーム装置の別の動作位置における上面図。
【図５】同搬送アーム装置の別の動作位置における上面図。
【図６】同搬送アーム装置の別の動作位置における上面図。
【図７】同搬送アーム装置の別の動作位置における上面図。
【図８】同搬送アーム装置の各アームの回動角度を説明する模式図。
【図９】同搬送アーム装置の連結手段の動作を説明する模式図。
【図１０】同搬送アーム装置の連結手段の動作を説明する模式図。
【図１１】同搬送アーム装置のリンク機構を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１に示すように、この実施形態の搬送アーム装置１は大きくは基台２、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド部１３から構成され、それぞれ人間の肩、上腕、前腕および手の部分に相当する。そして、これらが協同して動作を行い、ハンド部１３が基台２に対して進退動作を行うことによって、図示しない被搬送物（半導体ウェハ等のワーク）の受渡しを行うことが可能となっている。
【００２１】
本搬送アーム装置１の具体的構成を以下に説明する。
【００２２】
まず、第１アーム１１は基部１１１から先端部１１２にかけて延出された板状の部材であり、基部１１１の下部に設けられた円筒状の軸部１１３を介して基台２の上面に枢設されている。そのため、基部１１１を中心に先端部１１２を外側として回転が可能になっている。
【００２３】
同様に、第２アーム１２も基部１２１から先端部１２２にかけて延出された板状の部材であり、基部１２１の下部に設けられた円筒状の軸部１２３を介して第１アーム１１の先端部１１２に枢設されている。そのため、基部１２１を中心に先端部１２２を外側として回転が可能になっているとともに、軸部１２３によって第１アームと第２アームとの間には上下方向に間隙が設けられている。
【００２４】
さらに、ハンド部１３は第２アーム１２の先端部１２２にその基部１３１を枢設され、当該基部１３１を中心に回転が可能となっている。ハンド部１３の先端は略Ｕ字形状の平面を有する載置部１３２となり、当該載置部１３２の上に図示しない被搬送物を載せることが可能となっている。なお、載置部１３２の形状は、被搬送物の形状に応じて適宜変更することが可能である。
【００２５】
また、これらの第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド部１３は、それぞれ互いに平行となる面内を回動するように構成している。本実施形態においては、基台２の上面を平面に構成し、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド部１３の回動平面と平行となるように構成しているが、基台２の上面を平面とすることは本発明において必須ではなく、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド部１３等と平行に構成することも必須ではない。
【００２６】
さらに、第１アーム１１および第２アーム１２の長さをほぼ等しく、厳密には上方から見た際の第１アーム１１と第２アーム１２の回動中心１１４、１２４間の距離と、第２アームおよびハンド部の回動中心１２４、１３４間の距離を等しくするようにしている。そのため、基台２に対して第１アーム１１が回動した際、後述のように第２アーム１２も基台２に対して逆方向に同じ角度の回動を行うように構成すれば、ハンド部１３の基部１３１が直線上を進退することが可能となる。
【００２７】
上記のような基本構成を有する搬送アーム装置１の各部を、所定の規則を持って運動させるため本実施形態の搬送アーム装置１は、図１１に模式的に示したような、第１〜第４の平行リンク機構１０１〜１０４を備えている。このうち、第１および第２の平行リンク機構１０１、１０２は、第２アーム１２の基台２に対する角度を変更することによってハンド部１３の手首部分ともいえる基部１３１の位置決めを行う機能を有し、第３および第４の平行リンク機構１０３、１０４は、ハンド部１３が基部１３１の位置にかかわらず常時同じ方向を向くように方向を規制する機能を有するように構成されている。
【００２８】
以下、具体的な構成について説明を行う。
【００２９】
本搬送アーム装置１は、図１に示すように、第１アーム１１の回動中心１１４と同一の回動中心となるように、基台２上にリング状の回動部材１４を、第１アーム１１とは独立して回転可能に枢設している。そして、当該回動部材１４の動作を第２アーム１２に伝え連動させるための連結手段２０を有している。
【００３０】
上記回動部材１４は上部を平面に構成してあり、図２に示すように、当該回動部材１４の回動中心１１４から見て図中の上方向を０°とし、反時計方向を＋として表したとき、＋４５°の位置と、−４５°の位置にそれぞれ第１連結点４１、第２連結点４２を備えている。そして、これらの箇所において、図１および図２に示すように、それぞれ連結手段２０としての第１連結部材２１、第２連結部材２２が枢結されている。
【００３１】
第１連結部材２１および第２連結部材２２は、それぞれ上記第１連結点４１および第２連結点４２より第２アームの基部１２１まで延出したレバー型の形状をしており、各々第２アーム基部１２１の下面に設けられた第３連結点４３、第４連結点４４に枢結されている。第３連結点４３および第４連結点４４は、図２に示すように、第１連結点４１、第２連結点４２と同様、第２アーム１２の回動中心１２４に対してそれぞれ＋４５°の位置と−４５°の位置に設けられている。さらに、第１および第２連結点４１、４２と回動部材１４の回動中心１１４との間の距離、並びに第３および第４連結点４３、４４と第２アーム１２の回動中心１２４との間の距離が全て同一となるように構成している。
【００３２】
また、図１に示すように、第１連結部材２１と第２連結部材２２とは上下方向に位置をずらして設けることで、相互の干渉を防ぐとともに、双方ともに第１アーム１１と第２アーム１２の回動平面間に設けることで、コンパクトな構成としてある。さらに、第１連結部材２１は長手方向の中間付近を図中の左側に屈曲させることで、図７のようにハンド部１３が後退した際に第４連結点４４と干渉しないようにしている。また、このような形状とすることで、図５のようにハンド部１３が進出した際に第１アーム１１の上部より大きく張り出さないようにすることも可能となっている。さらに、図１および図２示すように、第２連結部材２２は第３連結点４３から第２アーム１２の基部１２１に向け直線上に延出された後、大きな円弧を描きつつほぼ直角に屈曲してから第４連結点４４に連結されている。このような形状をとることで、図５のようにハンド部１３が進出した際でも、第２アーム１２下部の軸部１２３との干渉を防止することが可能となる。
【００３３】
また、本搬送アーム装置１は、図２に示すように、第１アーム回動中心１１４からみて左方向、つまりはハンド部１３が進出する方向とは逆側で、所定の距離離れた基台２上に第５連結点４５を設けている。そして、図１に示すように、第１アーム１１の先端部１１２上に第２アーム１２の回動中心１２４と同一の回動中心を有する板状の補助アーム１５が枢設している。当該補助アーム１５は当該回動中心１２４より、外側に向かって延出した形状としており、その先端には第６連結点４６を設けている。そして、当該第６連結点４６と第２アーム回動中心１２４の間の距離が、第５連結点４５と第１アーム１１の回動中心１１４の間の距離と同一となるように設定している。さらに、第５連結点４５に枢結されるとともに、そこから延出された後に第６連結点４６に枢結されることで両者を連結する、略レバー状の第３連結部材３３を設けている。この第３連結部材３３は、連結を行う第５連結点４５と第６連結点４６との間の距離を、第１アーム１１および第２アーム１２の回動中心１１４、１２４間の距離と同一となるように長さを設定している。
【００３４】
さらに、図１および図２に示すように、ハンド部１３を、その回動中心１３１を挟んで載置部１３２とは反対側にも延出した形状として、その先端には第７連結点４７を設けている。そして、当該第７連結点４７とハンド部１３の回動中心１３１との距離が、第２アーム回動中心１２４と第６連結点４６の間の距離と同一となるように設定している。さらに、第６連結点４６に枢結されるとともに、そこから延出された後に第７連結点４７に枢結されることで両者を連結する、略レバー状の第４連結部材３４を設けている。この第４連結部材３４は、連結を行う第６連結点４６と第７連結点４７との間の距離を、第２アーム１２およびハンド部１３の回動中心１２４、１３４間の距離と同一となるように長さを設定している。
【００３５】
上記の構成の中で、第１アーム１１、回動部材１４、第１連結部材２１、第２アーム１２が連結された部分が、図１１に示す第１の平行リンク機構１０１として機能することになる。図１と図１１を対比させつつ詳述すると、第１アーム１１の中でも第１アーム回動中心１１４から第２アーム回動中心１２４までの線分を第１リンク１０１ａ、回動部材１４の中でもその回動中心１１４から第１連結点４１までの線分を第２リンク１０１ｂ、第１連結部材２１の中でも、第１連結点４１から第３連結点４３までの線分を第３リンク１０１ｃ、第２アーム１２の中でもその回動中心１２４から第３連結点４３までの線分を第４リンク１０１ｄとして、これら４つのリンクより第１の平行リンク機構１０１は構成されている。
【００３６】
同様に、第１アーム１１、回動部材１４、第２連結部材２２、第２アーム１２が連結された部分が、図１１に示す第２の平行リンク機構１０２として機能することになる。図１と図１１を対比させつつ詳述すると、第１アーム１１の中でも第１アーム回動中心１１４から第２アーム回動中心１２４までの線分を第１リンク１０２ａ、回動部材１４の中でもその回動中心１１４から第２連結点４２までの線分を第２リンク１０２ｂ、第２連結部材２２の中でも、第２連結点４２から第４連結点４４までの線分を第３リンク１０２ｃ、第２アーム１２の中でもその回動中心１２４から第４連結点４４までの線分を第４リンク１０２ｄとして、これら４つのリンクより第２の平行リンク機構１０２は構成されている。
【００３７】
このように構成することで、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とは、回動部材１４の回動と第２アーム１２の回動を連動させるという同一の機能を有する。しかしながら、両者が互いの死点を補完し合いながら機能することで、幅広い動作範囲で回動部材１４と第２アーム１２とを連動させることを可能としている。
【００３８】
具体的には、第１連結部材２１と第２連結部材２２とは位相を９０°ずらした位置に取り付けてある。そのため、第１の平行リンク機構１０１または第２平行リンク機構１０２の各リンクによって構成される平行四辺形がつぶれて直線の状態となる、いわゆる死点の状態となった時でも、他方の平行リンク機構は死点の状態となることがなく、安定して動作を行わせることができる。
【００３９】
さらに、第１アーム１１、基台２、第３連結部材３３、補助アーム１５が連結された部分が、図１１に示す第３の平行リンク機構１０３として機能することになる。図１と図１１を対比させつつ詳述すると、第１アーム１１の中でも第１アーム回動中心１１４から第２アーム回動中心１２４までの線分を第１リンク１０３ａ、基台２の中でも第１アーム１１の回動中心１１４から第５連結点４５までの線分を第２リンク１０３ｂ、第３連結部材３３の中でも、第５連結点４５から第６連結点４６までの線分を第３リンク１０３ｃ、補助アーム１５の中でもその回動中心１２４から第６連結点４６までの線分を第４リンク１０３ｄとして、これら４つのリンクより第３の平行リンク機構１０３は構成されている。
【００４０】
同様に、第２アーム１２、補助アーム１５、第４連結部材３４、ハンド部１３が連結された部分が、図１１に示す第４の平行リンク機構１０４として機能することになる。図１と図１１を対比させつつ詳述すると、第２アーム１２の中でもその回動中心１２４からハンド部１３の回動中心１３４までの線分を第１リンク１０４ａ、補助アーム１５の中でもその回動中心１２４から第６連結点４６までの線分を第２リンク１０４ｂ、第４連結部材３４の中でも、第６連結点４６から第７連結点４７までの線分を第３リンク１０４ｃ、ハンド部１３の中でもその回動中心１３４から第７連結点４７までの線分を第４リンク１０４ｄとして、これら４つのリンクより第４の平行リンク機構１０４は構成されている。
【００４１】
上記のように構成したリンク機構１０１〜１０４の駆動源として、図１に示すように、第１アーム１１の基部の下方にモータ３を設け、第１アーム１１との連結を行っている。これらモータ３とその出力を第1アーム１１に伝達するための伝動手段６１が、第1アーム回動手段６として機能することになる。そして、モータ３の回動を図示しない制御手段によって制御することにより、第１アーム１１の回動位置を制御している。
【００４２】
また、本実施形態においては、上記モータ３の出力を適宜ギア等の構成を用いて反転した上で回動部材１４に伝達する伝動手段７１を有しており、これらモータ３と伝動手段７１に加えて、回動部材１４と連結手段２０とにより、第２アーム回動手段７として機能することになる。そして、第１アーム１１の回動と連動して、第２アーム１２を逆方向に同じ角度回動することができるように構成している。
【００４３】
以下、本実施形態の搬送アーム装置１が行う具体的な動作を説明する。
【００４４】
図２〜図７では、各（ａ）図において第１アーム１１が所定の角度となったときの、それぞれの部材の位置関係を示し、これらの図よりハンド部１３および補助アーム１５を省略したものを各（ｂ）図に示す。
【００４５】
ここで、まず図８の模式図を用いて、本実施形態に示す搬送アーム装置における角度の表し方を示す。図８は、模式的に、第１アーム１１、第２アーム１２および回動部材１４を表したものである。本実施形態においては、図２のように第１アーム１１の回動中心１１４とハンド部１３の回動中心１３４とが上下に重なり合う位置、換言すると第１アーム１１と第２アーム１２とがほぼ重なり合った位置を基準位置とする。すなわち、第１アーム１１はその回動中心１１４から見て先端部が図中の下側となったときを基準とする。同様に、回動部材１４はその回動中心１１４から見て、第１連結点４１および第２連結点４２が、図中の上方向を基準としてそれぞれ＋４５°、−４５°の位置にあるときを基準とする。これにより、図８のように、第１アーム１１の回動角度θ１は回動中心１１４から見た下方向を基準位置として、ここから反時計回りの方向を＋側として定義する。同様に、回動部材１４の回動角度θ２は、第１連結点４１の基準位置４１ａからの回動角度として、時計回りを＋側として定義する。さらに、このとき第２アーム１２が第１アーム１１となす角度をθ３として定義する。
【００４６】
上述したように、第２アーム１２の動作は図１１に示す第１の平行リンク機構１０１および第２の平行リンク機構１０２によって規制されている。そして、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とは、相互に関連づけられ連動して動作するように構成してある。
【００４７】
すなわち、図１および図１１に示すように、第１アーム１１は、第１の平行リンク機構１０１の第１リンク１０１ａと第２の平行リンク機構１０２の第１リンク１０２ａの役割を同時に担っている。また、第１の平行リンク機構１０１の第２リンク１０１ｂと第２の平行リンク機構１０２の第２リンク１０２ｂとは一個の回動部材１４の一部を構成するものであるため、常に同じ方向に同一角度（図８におけるθ２）でもって運動を行う。同様に、第１の平行リンク機構１０１の第４リンク１０１ｄと第２の平行リンク機構１０２の第４リンク１０２ｄとは一個の第２アーム１２の一部を構成するものであるため、常に第２アーム１２と同じ回転運動を行うことになる。さらに、第１の平行リンク機構１０１の第３リンク１０１ｃと第２の平行リンク機構１０２の第３リンク１０２ｃとは、それぞれ第１連結部材２１、第２連結部材２２という別部材ではあるが、連結点に着目すれば常に互いに平行が維持される。
【００４８】
このように第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とを連結して構成していることから、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とは常に連動することになる。そして、これら平行リンク機構１０１、１０２の働きにより、回動部材１４の回動に伴って、同方向に同一角度第２アーム１２が回動することになる。すなわち、回動部材１４が時計回りにθ２回動すれば第２アーム１２も時計回りにθ２回動する。逆に言えば、回動部材１４がある回転位相に固定されていれば、第２アーム１２も常にその回転位相に応じた方向を向くことになる。
【００４９】
よって、図８に戻って説明すると、第１アーム１１および第２アーム１２が重なり合った基準位置の状態より第１アーム１１のみが反時計回りにθ１回動するだけでは、第２アーム１２はその基部１２１が第１アーム１１とともに移動するのみで、先端部１２２は図中の上方向を向いたままとなる。しかしながら、回転部材１４が第１アーム１１に対して同期逆回転するため、回動部材１４が時計回りにθ２回動すれば第２アーム１２の先端部１２２も時計回りにθ２回動することになる。すなわち、第２アーム１２が第１アーム１１との間でなす角θ３とθ１、θ２との間には、θ３＝θ１＋θ２との関係がある。以上の関係に加えて、本搬送アーム装置では、上述したように、第１アーム１１と第２アーム１２の各回転中心間の距離を、第２アーム１２とハンド部１３の各回転中心間の距離と等しくするとともに、θ１とθ２とが同じ角度となるように構成してあるため、常にハンド部１３の基部１３１が直線上を進退するようになっている。
【００５０】
よって、以下においては、各部の位置を表すための代表値としてθ１を用いて説明する。
【００５１】
図２から図５にかけては、基準位置にあったハンド部１３が、基台２に対して右方向に進出していく際の過程を示したものであり、θ１がそれぞれ０°から２２．５°、４５°、６７．５°と増加している。このときθ１が増加していくにつれて、連結手段２０としての第１連結部材２１と第２連結部材２２とは、徐々に近接していき、やがては重なり合う位置に来る。しかしながら、図１からも分かるように、第１連結部材２１は、第２連結部材２２の上方に位置をずらして設けているために、両者は干渉することがなく機能は損なわれない。また、第２連結部材２２は上述したように第４連結点４４付近で約９０°大きく屈曲した形状としているため、図５に示すように、θ１が６７．５°となった場合においても、第２アーム１２下部の軸と干渉することなく第４連結点４４との連結を維持している。また、この時、第１連結部材２１は上述の通り、中央付近が屈曲した形状となっていることから、第１アーム１１の上方より大きくはみ出すことが無く、ハンド部１３が進出した際のコンパクト性に寄与している。
【００５２】
さらに、こうした構成とすることで、図６および図７に示したように、ハンド部１３は基準位置からさらに後方に退避する方向にも動作することが可能となる。具体的には、θ１は−３６°まで逆方向に回転することにより、ハンド部１３がほぼ基台２の直上にまで退避してくることが可能としている。第１連結部材２１は上述の通り、中央付近が屈曲した形状となっていることから、第４連結点４４との干渉を生じることが無く、ハンド部１３の後退方向への動作範囲の拡大に寄与している。
【００５３】
このような中、第１アーム１１と第２アーム１２との間の相対角度θ３は、θ１の２倍の角度で動作を行う。従って、上述のようにθ１が−３６°から６７．５°の範囲で変化すれば、θ３は−７２°から１３５°までの２０７°の範囲内で変化することになり、第１の平行リンク機構１０１および第２の平行リンク機構１０２はこうした角度条件の下で動作を適切に行う必要がある。
【００５４】
通常、平行リンク機構においては、大きく動作させすぎると各リンクにより構成される平行四辺形が一直線上につぶれた状態が生じ、動作が不安定となるいわゆる死点の状態となるため、これを避けることが必要となる。
【００５５】
本実施形態において第１および第２の平行リンク機構１０１、１０２は、上述した角度範囲内において図９（ａ）〜（ｇ）、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すような様々な形状を採ることになる。
【００５６】
例えば、図９（ｃ）に示すθ１＝２２．５°の際に、第１の平行リンク機構１０１のなす平行四辺形が一直線状態となる、いわゆる死点の状態となる。しかしながら、この際にも、第２の平行リンク機構１０２は平行四辺形を維持しており、この働きによって動作が不安定となることがない。同様に、図９（ｇ）に示すθ１＝６７．５°の状態では、第２の平行リンク機構１０２が死点の状態となるが、第１の平行リンク機構１０１が平行四辺形を維持しているため動作安定性は維持される。さらには、退避方向においても、図１０（ｃ）に示すようにθ１＝−２２．５°の位置で、第２の平行リンク機構１０２に死点が訪れるが、第１のリンク機構１０１により動作安定性は維持される。
【００５７】
すなわち、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２とは、基本的には同一の機能を有するものであるが、互いの死点を補完し合う関係にあるものといえる。
【００５８】
また、上記のように本搬送アーム装置においては、第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２の作用によりハンド部１３の基部は直線上に進退を行うが、さらに第３リンク機構１０３と第４の平行リンク機構１０４の作用により、ハンド部１３の方向性が維持される。
【００５９】
具体的には、図１１および図２〜図７の各（ａ）図に示すように、第３の平行リンク機構１０３の作用により、第１アーム１１の回動にかかわらず、常に補助アーム１５は先端が図中の左側を向いた方向を維持する。そして、第４の平行リンク機構１０４の作用により、ハンド部１３は、補助アーム１５との平行が常に維持されることになる。その結果、ハンド部１３はその基部１３１が第２アーム１２によっていかなる位置に移動されようとも、載置部１３２が同じ方向を向くようになっている。本搬送アーム装置においては、ハンド部１３が進退する方向と載置部１３２の向きを等しく設定している。
【００６０】
以上のように、本実施形態に係る搬送アーム装置１は、基台２上に基部１１１を枢設され、当該基部１１１より外径方向に延出された先端部１１２を有する第１アーム１１と、当該第１アーム１１の先端部１１２に基部１２１を枢設され、当該基部１２１より外径方向に延出された先端部１２２を有し、前記第１アーム１１の回動平面と略平行な面内を回動可能な第２アーム１２と、当該第２アーム１２の先端部１２２に基部１３１を枢設され、当該第１アーム１１および第２アーム１２の回動平面と略平行な面内を回動可能なハンド部１３と、前記基台２に対する前記第１アーム１１の角度を変化させる第１アーム回動手段６と、前記基台２に対する前記第２アーム１２の角度を変化させる第２アーム回動手段７とを有し、前記基台７に対する前記第１アーム１１および前記第２アーム１２の角度をそれぞれ変化させることで前記ハンド部１３の基部１３１を所定の位置に移動させるものであって、前記第２アーム回動手段７が、前記基台２上に枢設され前記第１アーム１１と同一の回動中心１１４を有する回動部材１４と、当該回動部材１４と前記第２アーム１２とを連結する連結手段２０とを備えており、前記基台２に対して前記回動部材１４および前記第２アーム１２が同一方向に同一角度連動して回動するように構成したものである。
【００６１】
このように構成しているため、ハンド部１３の基部１３１の位置は、第１アーム１１の回動角度と、機能的には一個のリンク機構といえる第１の平行リンク機構１０１と第２の平行リンク機構１０２の動作だけで決定されることになる。そのため、従来技術で用いていたベルト・プーリー構成や２個の平行リンク機構の組み合わせ構成に比し、構成が簡単で部品点数や部品間の連結部が少なくなり、剛性を高めて位置決め精度を向上させることができるとともに、メンテナンス性を向上させることが可能となる。また、第２アーム１２と第１アーム１１との連動は、まず第１アーム１１と回動部材１４とを連動させ、この回動部材１４とリンクして第２アーム１２が動作することで実現するようにしてあるため、第１アーム１１と第２アーム１２の連結部である肘部は、特別な連動機構を有していない簡単な構成とすることができる。そのため、機構上の制約が少なくなることから、第２アームの第１アームに対する回動範囲を広くすることができ、その結果搬送アーム１全体の可動範囲を広くすることが可能となる。
【００６２】
さらには、前記連結手段２０が、取付位置の位相を変えて設けられた複数の連結部材２１、２２からなるように構成していることから、第２アーム１２を回動させる平行リンク機構１０１、１０２における死点が相互に補完されており、可動範囲をさらに広くすることが可能となる、
【００６３】
また、前記複数の連結部材２１、２２を前記第１アーム１１の回動する平面と直交する方向に、相互に位置をずらして配置するよう構成することにより、その効果をさらに高めることが可能となっている。
【００６４】
また、前記第１アーム１１の回動中心１１４から前記第２アーム１２の回動中心１２４までの距離と、当該第２アーム１２の回動中心１２４から前記ハンド部１３の回動中心１３４までの距離を略同一にするとともに、前記回動部材１４を前記第１アーム１１の回動と連動して逆方向に同一角度回動するよう構成しているため、第１アーム１１と第２アーム１２とが連動して動作を行い、ハンド部１３が直線上に進退可能となっている。
【００６５】
さらには、前記第１アーム１１の先端部１１２に第２アーム１２と同一の回動中心１２４を有する補助アーム１５を枢設し、当該補助アーム１５および前記第１アーム１１の双方をリンクとして含み、前記基台２に対する前記補助アーム１５の向きを維持するための平行リンク機構１０３と、前記補助アーム１５、前記第２アーム１２および前記ハンド部１３をリンクとして含み、前記補助アーム１５と前記ハンド部１３の平行を維持するための別の平行リンク機構１０４とを有するように構成していることから、ハンド部１３が進退動作とは無関係に、常時同じ方向を向くことが可能となっている。
【００６６】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００６７】
例えば、上記の実施形態では、第１連結部材２１と第２連結部材２２の取付位置を９０°位相をずらした位置としていたが、第１の平行リンク機構と第２の平行リンク機構の死点を補完し合うことができれば、これを９０°以外の角度に設定することも可能である。
【００６８】
また、上記の実施形態では、一個のモータ３によって第１アーム１１および第２アーム１２を駆動させるように構成してあるが、それぞれに別のモータを連結させて、これらを同期させるように制御させることも可能である。
【００６９】
さらに、基台２を床面に対して回転もしくは移動可能に構成することにより、さらにハンド部１３が可動する範囲を拡大することも可能である。
【００７０】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１…搬送アーム装置
２…基台
３…モータ
４…被搬送物
６…第１アーム回動手段
７…第２アーム回動手段
１１…第１アーム
１２…第２アーム
１３…ハンド部
１４…回動部材
１５…補助アーム
２０…連結手段
２１…第１連結部材
２２…第２連結部材
３３…第３連結部材
３４…第４連結部材
１０１…第１の平行リンク機構
１０２…第２の平行リンク機構
１０３…第３の平行リンク機構
１０４…第４の平行リンク機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台上に基部を枢設され、当該基部より外径方向に延出された先端部を有する第１アームと、当該第１アームの先端部に基部を枢設され、当該基部より外径方向に延出された先端部を有し、前記第１アームの回動平面と略平行な面内を回動可能な第２アームと、当該第２アームの先端部に基部を枢設され、当該第１アームおよび第２アームの回動平面と略平行な面内を回動可能なハンド部と、前記基台に対する前記第１アームの角度を変化させる第１アーム回動手段と、前記基台に対する前記第２アームの角度を変化させる第２アーム回動手段とを有し、前記基台に対する前記第１アームおよび前記第２アームの角度をそれぞれ変化させることで前記ハンド部の基部を所定の位置に移動させる搬送アーム装置であって、前記第２アーム回動手段が、前記基台上に枢設され前記第１アームと同一の回動中心を有する回動部材と、当該回動部材と前記第２アームとを連結する連結手段とを備えており、前記基台に対して前記回動部材および前記第２アームが同一方向に同一角度連動して回動するように構成したことを特徴とする搬送アーム装置。
【請求項２】
前記連結手段が、取付位置の位相を変えて設けられた複数の連結部材からなることを特徴とする請求項１に記載の搬送アーム装置。
【請求項３】
前記複数の連結部材を前記第１アームの回動する平面と直交する方向に、相互に位置をずらして配置したことを特徴とする請求項２に記載の搬送アーム装置。
【請求項４】
前記第１アームの回動中心から前記第２アームの回動中心までの距離と、当該第２アームの回動中心から前記ハンド部１３の回動中心までの距離を略同一にするとともに、前記回動部材を前記第１アームの回動と連動して逆方向に同一角度回動するよう構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の搬送アーム装置。
【請求項５】
前記第１アームの先端部に第２アームと同一の回動中心を有する補助アームを枢設し、当該補助アームおよび前記第１アームの双方をリンクとして含み、前記基台に対する前記補助アームの向きを維持するための平行リンク機構と、前記補助アーム、前記第２アームおよび前記ハンド部をリンクとして含み、前記補助アームと前記ハンド部の平行を維持するための別の平行リンク機構とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の搬送アーム装置。
【請求項１】
基台上に基部を枢設され、当該基部より外径方向に延出された先端部を有する第１アームと、当該第１アームの先端部に基部を枢設され、当該基部より外径方向に延出された先端部を有し、前記第１アームの回動平面と略平行な面内を回動可能な第２アームと、当該第２アームの先端部に基部を枢設され、当該第１アームおよび第２アームの回動平面と略平行な面内を回動可能なハンド部と、前記基台に対する前記第１アームの角度を変化させる第１アーム回動手段と、前記基台に対する前記第２アームの角度を変化させる第２アーム回動手段とを有し、前記基台に対する前記第１アームおよび前記第２アームの角度をそれぞれ変化させることで前記ハンド部の基部を所定の位置に移動させる搬送アーム装置であって、前記第２アーム回動手段が、前記基台上に枢設され前記第１アームと同一の回動中心を有する回動部材と、当該回動部材と前記第２アームとを連結する連結手段とを備えており、前記基台に対して前記回動部材および前記第２アームが同一方向に同一角度連動して回動するように構成したことを特徴とする搬送アーム装置。
【請求項２】
前記連結手段が、取付位置の位相を変えて設けられた複数の連結部材からなることを特徴とする請求項１に記載の搬送アーム装置。
【請求項３】
前記複数の連結部材を前記第１アームの回動する平面と直交する方向に、相互に位置をずらして配置したことを特徴とする請求項２に記載の搬送アーム装置。
【請求項４】
前記第１アームの回動中心から前記第２アームの回動中心までの距離と、当該第２アームの回動中心から前記ハンド部１３の回動中心までの距離を略同一にするとともに、前記回動部材を前記第１アームの回動と連動して逆方向に同一角度回動するよう構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の搬送アーム装置。
【請求項５】
前記第１アームの先端部に第２アームと同一の回動中心を有する補助アームを枢設し、当該補助アームおよび前記第１アームの双方をリンクとして含み、前記基台に対する前記補助アームの向きを維持するための平行リンク機構と、前記補助アーム、前記第２アームおよび前記ハンド部をリンクとして含み、前記補助アームと前記ハンド部の平行を維持するための別の平行リンク機構とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の搬送アーム装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５２８５１（Ｐ２０１２−１５２８５１Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７４３（Ｐ２０１１−１３７４３）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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