專利名稱：?jiǎn)屋S回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂的制作方法
單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂本發(fā)明涉及微電子制造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是ー種單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂。隨著機(jī)器人行業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)械人和機(jī)械手臂的品種和數(shù)量急劇增長(zhǎng)，比較典型的有直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、SCARA型和關(guān)節(jié)型，其中關(guān)節(jié)型和SCARA型是目前應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛數(shù)量也最多，根據(jù)2004年世界范圍內(nèi)裝備的機(jī)械手和機(jī)器人的統(tǒng)計(jì)， 關(guān)節(jié)型占62. 5%，SCARA型占11.6%。為符合電子零組件和集成電路制造業(yè)中的對(duì)于零件搬運(yùn)的要求，1987年，日本山梨大學(xué)的Makino教授及其學(xué)生研制出ー種SCARA Robot，由于 SCARA只在平面上具有很高的靈活性，而且在與平面垂直的方向具有很高的剛性，因此被大量應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)中的裝配和搬運(yùn)作業(yè)。但由于清洗設(shè)備的搬運(yùn)環(huán)境具有腐蝕性氣體，清洗エ序中常見的振蕩エ序要求機(jī)械手臂既能夠在豎直軸向(Z軸)具有比較高的耐用性，又可根據(jù)エ序的要求實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩頻率的調(diào)節(jié)，而典型的SCARA Robot很難在相對(duì)低成本的條件下同時(shí)滿足上訴要求。而且，目前半導(dǎo)體業(yè)用濕制和清洗設(shè)備大多內(nèi)置式搬運(yùn)機(jī)械手臂，由于長(zhǎng)期在酸氣環(huán)境中運(yùn)行，增加了機(jī)械手臂酸氣防護(hù)難度和使用壽命，同時(shí)由于制程設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，使得保養(yǎng)和維修工作異常困難。手臂一體化設(shè)計(jì)使得豎直方向的上升下降運(yùn)動(dòng)和振蕩運(yùn)動(dòng)使用同一運(yùn)動(dòng)組件和動(dòng)カ組件，長(zhǎng)期運(yùn)行振蕩方向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)較易出現(xiàn)局部老化現(xiàn)象，此外由于振蕩運(yùn)動(dòng)至少需要使用變速馬達(dá)甚至是伺服電機(jī)，主運(yùn)動(dòng)和振蕩運(yùn)動(dòng)整合后電氣控制部分的設(shè)計(jì)難度也會(huì)大大增加。本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，不僅在豎直軸向具有比較高的耐用性，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)振蕩頻率的調(diào)節(jié)，且保養(yǎng)和維修方便。為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明設(shè)計(jì)ー種單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，包括機(jī)械手臂外罩、安裝在機(jī)械手臂外罩內(nèi)的無桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、主軸和振蕩機(jī)構(gòu)，所述機(jī)械手臂外罩安裝在清洗設(shè)備上部的防護(hù)隔層上，所述無桿氣缸配合連接旋轉(zhuǎn)汽缸，所述旋轉(zhuǎn)汽缸通過齒輪組連接主軸，所述主軸上設(shè)有振蕩機(jī)構(gòu)，所述振蕩機(jī)構(gòu)包括振蕩套筒、振蕩連桿、減速箱、變速剎車馬達(dá)及變頻器，所述主軸由主軸I和主軸II組成，所述主軸I下端連接振蕩套筒,所述振蕩套筒下端連接主軸II，所述主軸II下端依次穿過機(jī)械手臂外罩底部、防護(hù)隔層，所述主軸II與機(jī)械手臂外罩底部、防護(hù)隔層的連接處分別設(shè)有密封件，所述振蕩連桿位于機(jī)械手臂外罩內(nèi)的下部，所述振蕩連桿一端靠近主軸II，所述振蕩連桿一端在手臂運(yùn)行到下工作位置時(shí)托住與主軸II連接的振蕩套筒后帶動(dòng)主軸II進(jìn)行振蕩運(yùn)動(dòng)，其他工作位置并不相連，所述振蕩連桿另一端連接減速箱，所述減速箱連接變速剎車馬達(dá)，所述變速剎車馬達(dá)由電路連接變頻器。
所述無桿氣缸為磁耦式帶導(dǎo)軌型無桿氣缸。所述旋轉(zhuǎn)氣缸為葉片式旋轉(zhuǎn)氣缸。所述葉片式旋轉(zhuǎn)氣缸上設(shè)有緩沖裝置及光學(xué)傳感器。所述主軸II的表面上設(shè)有防酸保護(hù)層。所述主軸II的表面上包覆層PFA熱縮管。所述密封件采用可調(diào)位式四氟密封圈及密封圈固定塊。所述變速剎車馬達(dá)采用伺服電機(jī)替代。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)新穎、簡(jiǎn)單，由于實(shí)現(xiàn)了主運(yùn)動(dòng)和振蕩運(yùn)動(dòng)的分離， 從而保證了在豎直軸向具有比較高的耐用性，并可根據(jù)工序的要求實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩頻率的調(diào)節(jié)，且大大降低了對(duì)電氣控制部分的設(shè)計(jì)難度，使得氣動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)速度調(diào)試和維護(hù)方便；整體安裝在清洗設(shè)備上部，避開了工作區(qū)域和管道區(qū)域的腐蝕性工作環(huán)境，方便了保養(yǎng)和維護(hù)工作；以及PFA熱縮管包覆，降低了防腐蝕成本和保證主軸的光潔度；此外，由于清洗設(shè)備中零件搬運(yùn)大多為距離角度固定的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與工業(yè)用機(jī)械手臂的動(dòng)力輸出大多為電機(jī)相比，本發(fā)明所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂提升和旋轉(zhuǎn)的主運(yùn)動(dòng)均采用氣缸，則大大降低了系統(tǒng)的整體成本和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。
圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明中升降運(yùn)動(dòng)示意圖一；
圖3是本發(fā)明中升降運(yùn)動(dòng)示意圖二 ；
圖4是本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)示意圖5是本發(fā)明中振蕩運(yùn)動(dòng)示意圖一；
圖6是本發(fā)明中振蕩運(yùn)動(dòng)示意圖二；
圖中1、無桿氣缸2、旋轉(zhuǎn)氣缸3、主軸II 4、振蕩連桿5、主軸16、振蕩套筒7、變頻器8、變速剎車馬達(dá)9、減速箱10、密封件11、機(jī)械手臂外罩12、清洗設(shè)備13、防護(hù)隔層14、工作區(qū)15、清洗槽及管道區(qū)16、密封件。[具體實(shí)施方式
]
下面結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明作以下進(jìn)一步說明
如附圖I至附圖6所示，本發(fā)明所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂包括包括機(jī)械手臂
外罩11、安裝在機(jī)械手臂外罩內(nèi)的無桿氣缸I、旋轉(zhuǎn)氣缸2、主軸和振蕩機(jī)構(gòu),所述機(jī)械手臂外罩11安裝在清洗設(shè)備12上部的防護(hù)隔層13上，所述無桿氣缸配合連接旋轉(zhuǎn)汽缸，所述旋轉(zhuǎn)汽缸通過齒輪組連接主軸，所述主軸上設(shè)有振蕩機(jī)構(gòu)，所述振蕩機(jī)構(gòu)包括振蕩套筒6、 振蕩連桿4、減速箱9、變速剎車馬達(dá)8及變頻器7，所述主軸由主軸I 5和主軸113組成， 所述主軸II的表面上包覆層PFA熱縮管。所述主軸I下端連接振蕩套筒6，所述振蕩套筒下端連接主軸II，所述主軸II下端依次穿過機(jī)械手臂外罩底部、防護(hù)隔層，所述主軸II與機(jī)械手臂外罩底部、防護(hù)隔層的連接處分別設(shè)有密封件10、16，所述振蕩連桿位于機(jī)械手臂外罩內(nèi)的下部，所述振蕩連桿一端靠近主軸II，所述振蕩連桿一端在手臂運(yùn)行到下工作位置時(shí)托住與主軸II連接的振蕩套筒6后帶動(dòng)主軸II進(jìn)行振蕩運(yùn)動(dòng)，其他工作位置并不相連，所述振蕩連桿另一端連接減速箱，所述減速箱連接變速剎車馬達(dá)，所述變速剎車馬達(dá)由電路連接變頻器。所述無桿氣缸為磁耦式帶導(dǎo)軌型無桿氣缸。所述旋轉(zhuǎn)氣缸為葉片式旋轉(zhuǎn)氣缸。所述葉片式旋轉(zhuǎn)氣缸上設(shè)有緩沖裝置及光學(xué)傳感器。所述密封件10、16采用可調(diào)位式四氟密封圈及密封圈固定塊。另外，本發(fā)明的變速剎車馬達(dá)還可以采用伺服電機(jī)替代。本發(fā)明所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂類似于圓柱坐標(biāo)機(jī)械手臂，但與其不同的是， 單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂僅有ー個(gè)關(guān)節(jié)是移動(dòng)副，一個(gè)關(guān)節(jié)是轉(zhuǎn)動(dòng)副。由于一般的清洗槽間的搬運(yùn)距離和位置是固定，不需要形成圓柱坐標(biāo)系，所以單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)取消了典型的圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手臂擁有2個(gè)移動(dòng)副的特點(diǎn)。作為零件搬運(yùn)作業(yè)的基本動(dòng)作，軸向快速上升下降和平面方向的定角度旋轉(zhuǎn)，使用旋轉(zhuǎn)和直線氣缸來保證運(yùn)動(dòng)過程的穩(wěn)定和運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)。作為腐蝕環(huán)境用搬運(yùn)機(jī)械手臂的重要設(shè)計(jì)邊界，確保酸氣防護(hù)的效果的同時(shí)，為降低制作難度和整體成本以及便于維護(hù)的考慮，本發(fā)明所述的機(jī)械手臂設(shè)計(jì)安置在清洗設(shè)備上部，同時(shí)作為終端エ件搬運(yùn)動(dòng)作連接者的主軸對(duì)其進(jìn)行密封防護(hù)，配合主軸伸出位置的密封結(jié)構(gòu)，達(dá)到機(jī)械手臂整體防酸的效果。密封結(jié)構(gòu)為清洗設(shè)備搬運(yùn)機(jī)械手臂的重中之重，為滿足防腐蝕效果需要在金屬材質(zhì)的主軸表面進(jìn)行四氟材質(zhì)(如PFA薄膜或者粉末)的處理，本發(fā)明選擇對(duì)應(yīng)主軸直徑熱縮后內(nèi)壁尺寸小0. 5-2_的PFA熱縮管來進(jìn)行包覆，可以大大降低防腐蝕表面處理的成本； 另外，對(duì)于外置式機(jī)械手臂外罩的主軸伸出口，采用四氟(PFTE)密封圈及密封圈固定塊孔位調(diào)節(jié)，吸收裝配誤差，配合頂部放置的防酸氣效果可額外追加使用氮?dú)廨斎胄纬烧龎哼M(jìn)一步優(yōu)化防腐蝕密封效果。本發(fā)明中，對(duì)于升降運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，無桿氣缸由于推缸內(nèi)置，具有節(jié)省空間的特點(diǎn)， 同時(shí)由于推缸兩側(cè)受壓面積相等，推力相同，有利于提高定位精度，而無桿氣缸一般分為機(jī)械式和磁耦式，機(jī)械式的承載和抗扭矩能力雖然強(qiáng)，但是有輕微外漏，兩端結(jié)構(gòu)較大會(huì)増加機(jī)械手臂的豎直高度。為進(jìn)一歩減小豎直運(yùn)動(dòng)件所占的空間，本發(fā)明采用磁耦式無桿型氣缸來對(duì)應(yīng)上升下降。同時(shí)，磁耦式無桿氣缸對(duì)于機(jī)械式無桿氣缸的無外泄的特點(diǎn)特別適用于SEMI認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)備運(yùn)動(dòng)中打斷，運(yùn)動(dòng)件中位停止的需求。大多數(shù)清洗設(shè)備由于清洗對(duì)象的尺寸關(guān)系清洗槽體設(shè)計(jì)深度一般都比較長(zhǎng)，故導(dǎo)致缸徑行程長(zhǎng)，一般需要額外布置導(dǎo)軌，以進(jìn)行導(dǎo)向確保運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確和穩(wěn)定性。為降低手臂的整體制造成本和降低制造裝配難度，豎直向主運(yùn)動(dòng)的外購(gòu)件特別適用強(qiáng)力磁石型磁耦式帶導(dǎo)軌型無桿氣缸，如對(duì)象件重量過大也可更換機(jī)械式無桿氣缸。本發(fā)明中，對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，由于旋轉(zhuǎn)動(dòng)カ件將與負(fù)載、主軸以及振蕩連桿在同一運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上被無桿氣缸推動(dòng)所以為了降低總體重量和所占空間的體積，采用輸出效率相對(duì)較低(低于80%)的葉片式旋轉(zhuǎn)氣缸，同時(shí)由于清洗件大多為精密部件氣缸需要配置緩沖裝置，并使用直接式位移測(cè)量，如在移動(dòng)終端布置光學(xué)傳感器來確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度的正確性。本發(fā)明中，對(duì)于振蕩運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，使用變頻器對(duì)應(yīng)變速剎車馬達(dá)或伺服電機(jī)以及振蕩機(jī)構(gòu)來達(dá)到相對(duì)低成本的振蕩頻率和振蕩次數(shù)的控制，同時(shí),振蕩機(jī)構(gòu)與手臂主運(yùn)動(dòng)部件采用套筒結(jié)構(gòu)的形成兩段式主軸，實(shí)現(xiàn)振蕩運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)的分離，使得手臂整體的耐用性和振蕩機(jī)構(gòu)的可互換性大大提高。本發(fā)明并不受上述實(shí)施方式的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂,包括機(jī)械手臂外罩、安裝在機(jī)械手臂外罩內(nèi)的無桿氣缸、 旋轉(zhuǎn)氣缸、主軸和振蕩機(jī)構(gòu)，其特征在于所述機(jī)械手臂外罩安裝在清洗設(shè)備上部的防護(hù)隔層上，所述無桿氣缸配合連接旋轉(zhuǎn)汽缸，所述旋轉(zhuǎn)汽缸通過齒輪組連接主軸，所述主軸上設(shè)有振蕩機(jī)構(gòu)，所述振蕩機(jī)構(gòu)包括振蕩套筒、振蕩連桿、減速箱、變速剎車馬達(dá)及變頻器，所述主軸由主軸I和主軸II組成,所述主軸I下端連接振蕩套筒,所述振蕩套筒下端連接主軸 II，所述主軸II下端依次穿過機(jī)械手臂外罩底部、防護(hù)隔層，所述主軸II與機(jī)械手臂外罩底部、防護(hù)隔層的連接處分別設(shè)有密封件，所述振蕩連桿位于機(jī)械手臂外罩內(nèi)的下部，所述振蕩連桿一端靠近主軸II，所述振蕩連桿另一端連接減速箱，所述減速箱連接變速剎車馬達(dá)，所述變速剎車馬達(dá)由電路連接變頻器。
2.如權(quán)利要求I所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，其特征在于所述無桿氣缸為磁耦式帶導(dǎo)軌型無桿氣缸。
3.如權(quán)利要求I或2所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)氣缸為葉片式旋轉(zhuǎn)氣缸。
4.如權(quán)利要求3所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，其特征在于所述葉片式旋轉(zhuǎn)氣缸上設(shè)有緩沖裝置及光學(xué)傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，其特征在于所述主軸II的表面上設(shè)有防酸保護(hù)層。
6.如權(quán)利要求5所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，其特征在于所述主軸II的表面上包覆層PFA熱縮管。
7.如權(quán)利要求3所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，其特征在于所述密封件采用可調(diào)位式四氟密封圈及密封圈固定塊。
8.如權(quán)利要求I所述的單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，其特征在于所述變速剎車馬達(dá)采用伺服電機(jī)替代。
全文摘要
本發(fā)明涉及微電子制造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種單軸回轉(zhuǎn)式機(jī)械手臂，包括機(jī)械手臂外罩、安裝在機(jī)械手臂外罩內(nèi)的無桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、主軸和振蕩機(jī)構(gòu)，所述機(jī)械手臂外罩安裝在清洗設(shè)備上部的防護(hù)隔層上，所述無桿氣缸配合連接旋轉(zhuǎn)汽缸，所述旋轉(zhuǎn)汽缸通過齒輪組連接主軸，所述主軸上設(shè)有振蕩機(jī)構(gòu)，所述主軸下端穿過機(jī)械手臂外罩的主軸伸出口，主軸伸出口與主軸II之間設(shè)有密封件；本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)新穎、簡(jiǎn)單，由于實(shí)現(xiàn)了主運(yùn)動(dòng)和振蕩運(yùn)動(dòng)的分離，不僅在豎直軸向具有比較高的耐用性，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)振蕩頻率的調(diào)節(jié)，且保養(yǎng)和維修方便。
文檔編號(hào)B25J18/00GK102601801SQ201210080910
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
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