專利名稱：一種晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本實 用新型涉及一種晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，具體的說是指應用在晶圓傳送機 器人上的手臂機構(gòu)。
背景技術(shù)：
晶圓是半導體行業(yè)的關(guān)鍵元件，隨著半導體行業(yè)的迅速發(fā)展，晶圓的搬運技術(shù)逐 漸成為制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。晶圓的傳送在潔凈環(huán)境下進行，要求搬運的時間短，且要 避免晶圓在搬運過程中受到損傷，以提高晶圓生產(chǎn)的效率和成品率，普通的人力傳送已經(jīng) 難以滿足晶圓的搬運要求。因此，晶圓傳送機器人在晶圓傳送中得到了廣泛的應用。市場 上比較著名的晶圓傳送機器人大都采用包括升降機構(gòu)和手臂機構(gòu)。其中，手臂機構(gòu)的型式 大都是R-θ型，即手臂包括可徑向運動的R軸和圓周運動的θ軸，比較典型的有SCARA型 和蛙腿型。其中，SCARA型由回轉(zhuǎn)θ軸和靠同步帶耦合的三連桿R軸組成。SCARA型手臂 結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，但剛度較低。蛙腿型手臂由回轉(zhuǎn)θ軸和靠鋼帶或同步齒輪耦合的菱 形四連桿R軸組成，該型手臂剛性高，但鋼帶壽命有限；同步齒輪易產(chǎn)生粉塵，污染環(huán)境。

實用新型內(nèi)容本實用新型在綜合了 SCARA型與蛙腿型兩種手臂機構(gòu)的優(yōu)點的基礎上，提出了一 種晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的剛度、潔凈度及使用壽命等問題。本實用新型的技術(shù)方案是一種晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，該機構(gòu)由底座、大臂、導引臂、次大臂、小臂、末端 執(zhí)行器六部分組成，導引臂與末端執(zhí)行器固連，大臂與底座、次大臂與底座、大臂與導引臂、 小臂與導引臂、次大臂與小臂之間通過轉(zhuǎn)動軸連接，形成一個平面五桿并聯(lián)驅(qū)動機構(gòu)。所述的晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，底座固定在機器人上，底座長度為0時，等效為 大臂和底座的轉(zhuǎn)動軸同軸，次大臂與底座的轉(zhuǎn)動軸同軸；底座連桿的長度為一大于0的常 數(shù)時，等效為大臂和底座的轉(zhuǎn)動軸不同軸，次大臂與底座的轉(zhuǎn)動軸不同軸。所述的晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，大臂和次大臂分別連接伺服電機，在兩臺伺服 電機分別驅(qū)動下，整個機構(gòu)具有兩個自由度。所述的晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，兩臺伺服電機配合，連續(xù)改變大臂與次大臂的 相對位置，末端執(zhí)行器的法蘭盤中心的運動軌跡為直線。所述的晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，末端執(zhí)行器的法蘭盤中心的直線運動軌跡在手 臂工作平面內(nèi)，該平面過末端執(zhí)行器的法蘭盤中心，與各轉(zhuǎn)動軸垂直。本實用新型的有益效果是1、本實用新型用于晶圓傳送的機器人手臂機構(gòu)，由底座、大臂、導引臂、次大臂、小 臂、末端執(zhí)行器六部分組成，導引臂與末端執(zhí)行器固連、大臂與底座、次大臂與底座、大臂與 導引臂、小臂與導引臂、次大臂與小臂之間由轉(zhuǎn)動軸連接，構(gòu)成了一個平面五桿并聯(lián)驅(qū)動機 構(gòu)。導引臂起導引作用，導引點位于與導引臂固連的末端執(zhí)行器的法蘭盤中心上。該新型手臂機構(gòu)不包含同步帶、齒輪、鋼帶等易磨、易損傳動件，既不需同步帶，也不需鋼帶或同步 齒輪，因此具有較高的剛度、潔凈度和可靠性，可應用于晶圓傳送機器人上。2、本實用新型的大臂和次大臂由兩臺伺服電機分別驅(qū)動，兩臂在伺服電機的驅(qū)動 下，只需滿足一定的運動關(guān)系，即可實現(xiàn)末端執(zhí)行器的法蘭盤中心在其工作空間內(nèi)的任意 直線運動。末端執(zhí)行器的法蘭盤中心的直線運動在一個平面內(nèi)，該平面過導引臂末端執(zhí)行 器的法蘭盤中心點，與各轉(zhuǎn)動軸垂直。從而，通過連續(xù)改變大臂與次大臂的相對位置，可以 實現(xiàn)導引臂末端執(zhí)行器的法蘭盤中心點在手臂工作平面內(nèi)的各種不同的直線運動。3、本實用新型的手臂機構(gòu)與機器人的其他機構(gòu)(如升降機構(gòu))，通過所述的手臂 機構(gòu)底座連接配合，構(gòu)成一個完整的晶圓傳送機器人。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的機構(gòu)運動原理圖。圖3a-圖3f是本實用新型實施例的工作示意圖。其中，圖3a為機器人手臂處于 初始位姿，圖3b為機 器人手臂處于取片狀態(tài)，圖3c為機器人手臂取片后返回至初始位姿， 圖3d為機器人手臂帶片回轉(zhuǎn)至一定角度，圖3e為機器人手臂放片姿態(tài)，圖3f為機器人手 臂放片后返回的姿態(tài)。附圖標記1.底座；2.大臂；3.次大臂；4.導引臂；5.小臂；6.末端執(zhí)行器；7.末 端執(zhí)行器的法蘭盤中心；8.末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡I ；9.末端執(zhí)行器的法蘭盤 中心運動軌跡II ；10.末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡III ；11.晶圓傳送機器人；12.晶 圓片；13.片盒I ；14.片盒II ；15.法蘭盤。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步介紹。請參見圖1-3所示，本實用新型的機器人手臂由底座1、大臂2、次大臂3、導引臂 4、小臂5和末端執(zhí)行器6六大部分構(gòu)成。大臂2與底座1、次大臂3與底座1、大臂2與導 引臂4、小臂5與導引臂4、次大臂3與小臂5之間通過轉(zhuǎn)動軸連接，構(gòu)成一個平面五桿并聯(lián) 驅(qū)動機構(gòu)。大臂2和次大臂3的一端通過轉(zhuǎn)動軸連接底座1，大臂2的另一端與導引臂4的 一端通過轉(zhuǎn)動軸連接，次大臂3的另一端與小臂5的一端通過轉(zhuǎn)動軸連接，導引臂4的另一 端與末端執(zhí)行器6連接，末端執(zhí)行器6上安裝有法蘭盤15，小臂5的另一端通過轉(zhuǎn)動軸連接 于導引臂4上。待傳輸?shù)木A片12被固定安裝在導引臂4上的末端執(zhí)行器6抓持，晶圓片 12的幾何中心落在末端執(zhí)行器的法蘭盤中心7上。大臂2和次大臂3分別連接伺服電機， 在兩臺伺服電機的驅(qū)動下，整個機構(gòu)具有兩個自由度，實現(xiàn)導引臂4的平面運動。本實施例中，法蘭盤15為圓盤加工而成的鉗形結(jié)構(gòu)；另外，法蘭盤15還可為圓盤 加工而成的“ I，，字形或其他結(jié)構(gòu)。本實用新型中，兩伺服電機在滿足一定的運動關(guān)系的前提下，實現(xiàn)末端執(zhí)行器的 法蘭盤中心的直線運動。末端執(zhí)行器的法蘭盤中心的直線運動在一個平面內(nèi)，該平面過末 端執(zhí)行器的法蘭盤中心，與各轉(zhuǎn)動軸垂直。本實用新型中，底座1固定在機器人的其他部位，如升降機構(gòu)上。底座長度為0時，等效為大臂和底座的轉(zhuǎn)動軸同軸，次大臂與底座的轉(zhuǎn)動軸同軸；底座連桿的長度為一大于 0的常數(shù)時，等效為大臂和底座的轉(zhuǎn)動軸不同軸，次大臂與底座的轉(zhuǎn)動軸不同軸。請參見圖2所示，本實用新型的機器人手臂具有圖2所示平面內(nèi)X、y方向的兩個 自由度，關(guān)節(jié)A代表大臂2與底座1、次大臂3與底座1相連的轉(zhuǎn)動軸，關(guān)節(jié)B代表大臂2與 導引臂4相連的轉(zhuǎn)動軸，關(guān)節(jié)C代表小臂5與導引臂4相連的轉(zhuǎn)動軸，關(guān)節(jié)D代表次大臂3 與小臂5相連的轉(zhuǎn)動軸。通過控制大臂和次大臂的運動關(guān)系，可以實現(xiàn)機器人手臂的末端 執(zhí)行器的法蘭盤中心7沿末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡18、末端執(zhí)行器的法蘭盤中心 運動軌跡119、末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡IIIlO等軌跡直線運動。其中，末端執(zhí)行 器的法蘭盤中心運動軌跡18在通過末端執(zhí)行器的法蘭盤中心7和關(guān)節(jié)A的直線上，末端執(zhí) 行器的法蘭盤中心運動軌跡119通過末端執(zhí)行器的法蘭盤中心7并垂直于末端執(zhí)行器的法 蘭盤中心運動軌跡18所在直線上，末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡IIIlO在不與末端執(zhí) 行器的法蘭盤中心運動軌跡18及末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡119重合的其他直線 上。請參見圖3所示，機器人手臂機構(gòu)通過底座1固定安裝在晶圓傳送機器人11的升 降機構(gòu)上(圖中未標出)。下面結(jié)合圖3說明晶圓傳送機器人11完成將晶圓片12從片盒 113傳送至另一個片盒1114的工作過程。請參見圖3的圖a f所示，晶圓傳送機器人11的手臂機構(gòu)調(diào)整至初始位姿，然 后沿圖2所述的末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡18直線運動至晶圓片12的正下方，晶 圓片12放置于片盒113內(nèi)部；然后，晶圓傳送機器人11通過升降機構(gòu)抬起機器人的手臂， 以托起晶圓片12，完成晶圓片12的抓取；完成抓取后，晶圓傳送機器人11的手臂抓取晶圓 片12片沿原末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡18返回至初始姿態(tài)；然后，機器人手臂回轉(zhuǎn) 一定角度以正對片盒1114，沿末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡18將晶圓片12傳送至片 盒Π14內(nèi)；晶圓傳送機器人11通過升降機構(gòu)使手臂下落，從而將晶圓片12放在片盒1114 內(nèi)；最后，晶圓傳送機器人11沿末端執(zhí)行器的法蘭盤中心運動軌跡18返回。
權(quán)利要求1.一種晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，其特征是，該機構(gòu)由底座、大臂、導引臂、次大臂、小 臂、末端執(zhí)行器六部分組成，導引臂與末端執(zhí)行器固連，大臂與底座、次大臂與底座、大臂與 導引臂、小臂與導引臂、次大臂與小臂之間通過轉(zhuǎn)動軸連接，形成一個平面五桿并聯(lián)驅(qū)動機 構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，其特征是，底座固定在機器人上， 底座長度為0時，等效為大臂和底座的轉(zhuǎn)動軸同軸，次大臂與底座的轉(zhuǎn)動軸同軸；底座連桿 的長度為一大于0的常數(shù)時，等效為大臂和底座的轉(zhuǎn)動軸不同軸，次大臂與底座的轉(zhuǎn)動軸 不同軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，其特征是，大臂和次大臂分別連 接伺服電機，在兩臺伺服電機分別驅(qū)動下，整個機構(gòu)具有兩個自由度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，其特征是，兩臺伺服電機配合，連 續(xù)改變大臂與次大臂的相對位置，末端執(zhí)行器的法蘭盤中心的運動軌跡為直線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，其特征是，末端執(zhí)行器的法蘭盤 中心的直線運動軌跡在手臂工作平面內(nèi)，該平面過末端執(zhí)行器的法蘭盤中心，與各轉(zhuǎn)動軸 垂直。
專利摘要本實用新型涉及一種晶圓傳送機器人手臂機構(gòu)，具體的說是指應用在晶圓傳送機器人上的手臂機構(gòu)。該機構(gòu)由底座、大臂、導引臂、次大臂、小臂、末端執(zhí)行器六部分組成，導引臂與末端執(zhí)行器固連，大臂與底座、次大臂與底座、大臂與導引臂、小臂與導引臂、次大臂與小臂之間通過轉(zhuǎn)動軸連接，形成一個平面五桿并聯(lián)驅(qū)動機構(gòu)。大臂和次大臂分別由兩臺伺服電機驅(qū)動，兩電機只需滿足一定的運動關(guān)系，即可實現(xiàn)末端執(zhí)行器的法蘭盤中心在其工作空間內(nèi)的任意直線運動。本實用新型綜合了SCARA型與蛙腿型兩種手臂機構(gòu)的優(yōu)點，該手臂機構(gòu)不包含同步帶、齒輪、鋼帶等易磨、易損傳動件，因此具有較高的潔凈度和可靠性，可應用于半導體行業(yè)中的晶圓傳送機器人。
文檔編號B65G49/07GK201864343SQ20102062747
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者徐方, 曲道奎, 王鳳利, 王金濤 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司