一种晶圆传送机器人手臂机构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种晶圆传送机器人手臂机构，具体的说是指应用在晶圆传送机器人上的手臂机构。该机构由底座、大臂、导引臂、次大臂、小臂、末端执行器六部分组成，导引臂与末端执行器固连，大臂与底座、次大臂与底座、大臂与导引臂、小臂与导引臂、次大臂与小臂之间通过转动轴连接，形成一个平面五杆并联驱动机构。大臂和次大臂分别由两台伺服电机驱动，两电机只需满足一定的运动关系，即可实现末端执行器的法兰盘中心在其工作空间内的任意直线运动。本实用新型专利技术综合了SCARA型与蛙腿型两种手臂机构的优点，该手臂机构不包含同步带、齿轮、钢带等易磨、易损传动件，因此具有较高的洁净度和可靠性，可应用于半导体行业中的晶圆传送机器人。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种晶圆传送机器人手臂机构，具体的说是指应用在晶圆传送机器人上的手臂机构。
技术介绍
晶圆是半导体行业的关键元件，随着半导体行业的迅速发展，晶圆的搬运技术逐渐成为制约行业发展的关键因素。晶圆的传送在洁净环境下进行，要求搬运的时间短，且要避免晶圆在搬运过程中受到损伤，以提高晶圆生产的效率和成品率，普通的人力传送已经难以满足晶圆的搬运要求。因此，晶圆传送机器人在晶圆传送中得到了广泛的应用。市场上比较著名的晶圆传送机器人大都采用包括升降机构和手臂机构。其中，手臂机构的型式大都是R-θ型，即手臂包括可径向运动的R轴和圆周运动的θ轴，比较典型的有SCARA型和蛙腿型。其中，SCARA型由回转θ轴和靠同步带耦合的三连杆R轴组成。SCARA型手臂结构紧凑、可靠性高，但刚度较低。蛙腿型手臂由回转θ轴和靠钢带或同步齿轮耦合的菱形四连杆R轴组成，该型手臂刚性高，但钢带寿命有限；同步齿轮易产生粉尘，污染环境。
技术实现思路
本技术在综合了SCARA型与蛙腿型两种手臂机构的优点的基础上，提出了一种晶圆传送机器人手臂机构，解决现有技术中存在的刚度、洁净度及使用寿命等问题。本技术的技术方案是：一种晶圆传送机器人手臂机构，该机构由底座、大臂、导引臂、次大臂、小臂、末端执行器六部分组成，导引臂与末端执行器固连，大臂与底座、次大臂与底座、大臂与导引臂、小臂与导引臂、次大臂与小臂之间通过转动轴连接，形成一个平面五杆并联驱动机构。所述的晶圆传送机器人手臂机构，底座固定在机器人上，底座长度为0时，等效为大臂和底座的转动轴同轴，次大臂与底座的转动轴同轴；底座连杆的长度为一大于0的常数时，等效为大臂和底座的转动轴不同轴，次大臂与底座的转动轴不同轴。所述的晶圆传送机器人手臂机构，大臂和次大臂分别连接伺服电机，在两台伺服电机分别驱动下，整个机构具有两个自由度。所述的晶圆传送机器人手臂机构，两台伺服电机配合，连续改变大臂与次大臂的相对位置，末端执行器的法兰盘中心的运动轨迹为直线。所述的晶圆传送机器人手臂机构，末端执行器的法兰盘中心的直线运动轨迹在手臂工作平面内，该平面过末端执行器的法兰盘中心，与各转动轴垂直。本技术的有益效果是：1、本技术用于晶圆传送的机器人手臂机构，由底座、大臂、导引臂、次大臂、小臂、末端执行器六部分组成，导引臂与末端执行器固连、大臂与底座、次大臂与底座、大臂与导引臂、小臂与导引臂、次大臂与小臂之间由转动轴连接，构成了一个平面五杆并联驱动机构。导引臂起导引作用，导引点位于与导引臂固连的末端执行器的法兰盘中心上。该新型-->手臂机构不包含同步带、齿轮、钢带等易磨、易损传动件，既不需同步带，也不需钢带或同步齿轮，因此具有较高的刚度、洁净度和可靠性，可应用于晶圆传送机器人上。2、本技术的大臂和次大臂由两台伺服电机分别驱动，两臂在伺服电机的驱动下，只需满足一定的运动关系，即可实现末端执行器的法兰盘中心在其工作空间内的任意直线运动。末端执行器的法兰盘中心的直线运动在一个平面内，该平面过导引臂末端执行器的法兰盘中心点，与各转动轴垂直。从而，通过连续改变大臂与次大臂的相对位置，可以实现导引臂末端执行器的法兰盘中心点在手臂工作平面内的各种不同的直线运动。3、本技术的手臂机构与机器人的其他机构(如升降机构)，通过所述的手臂机构底座连接配合，构成一个完整的晶圆传送机器人。附图说明图1是本技术的结构示意图。图2是本技术的机构运动原理图。图3a-图3f是本技术实施例的工作示意图。其中，图3a为机器人手臂处于初始位姿，图3b为机器人手臂处于取片状态，图3c为机器人手臂取片后返回至初始位姿，图3d为机器人手臂带片回转至一定角度，图3e为机器人手臂放片姿态，图3f为机器人手臂放片后返回的姿态。附图标记：1.底座；2.大臂；3.次大臂；4.导引臂；5.小臂；6.末端执行器；7.末端执行器的法兰盘中心；8.末端执行器的法兰盘中心运动轨迹I；9.末端执行器的法兰盘中心运动轨迹II；10.末端执行器的法兰盘中心运动轨迹III；11.晶圆传送机器人；12.晶圆片；13.片盒I；14.片盒II；15.法兰盘。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术作进一步介绍。请参见图1-3所示，本技术的机器人手臂由底座1、大臂2、次大臂3、导引臂4、小臂5和末端执行器6六大部分构成。大臂2与底座1、次大臂3与底座1、大臂2与导引臂4、小臂5与导引臂4、次大臂3与小臂5之间通过转动轴连接，构成一个平面五杆并联驱动机构。大臂2和次大臂3的一端通过转动轴连接底座1，大臂2的另一端与导引臂4的一端通过转动轴连接，次大臂3的另一端与小臂5的一端通过转动轴连接，导引臂4的另一端与末端执行器6连接，末端执行器6上安装有法兰盘15，小臂5的另一端通过转动轴连接于导引臂4上。待传输的晶圆片12被固定安装在导引臂4上的末端执行器6抓持，晶圆片12的几何中心落在末端执行器的法兰盘中心7上。大臂2和次大臂3分别连接伺服电机，在两台伺服电机的驱动下，整个机构具有两个自由度，实现导引臂4的平面运动。本实施例中，法兰盘15为圆盘加工而成的钳形结构；另外，法兰盘15还可为圆盘加工而成的“I”字形或其他结构。本技术中，两伺服电机在满足一定的运动关系的前提下，实现末端执行器的法兰盘中心的直线运动。末端执行器的法兰盘中心的直线运动在一个平面内，该平面过末端执行器的法兰盘中心，与各转动轴垂直。本技术中，底座1固定在机器人的其他部位，如升降机构上。底座长度为0时，-->等效为大臂和底座的转动轴同轴，次大臂与底座的转动轴同轴；底座连杆的长度为一大于0的常数时，等效为大臂和底座的转动轴不同轴，次大臂与底座的转动轴不同轴。请参见图2所示，本技术的机器人手臂具有图2所示平面内x、y方向的两个自由度，关节A代表大臂2与底座1、次大臂3与底座1相连的转动轴，关节B代表大臂2与导引臂4相连的转动轴，关节C代表小臂5与导引臂4相连的转动轴，关节D代表次大臂3与小臂5相连的转动轴。通过控制大臂和次大臂的运动关系，可以实现机器人手臂的末端执行器的法兰盘中心7沿末端执行器的法兰盘中心运动轨迹I8、末端执行器的法兰盘中心运动轨迹II9、末端执行器的法兰盘中心运动轨迹III10等轨迹直线运动。其中，末端执行器的法兰盘中心运动轨迹I8在通过末端执行器的法兰盘中心7和关节A的直线上，末端执行器的法兰盘中心运动轨迹II9通过末端执行器的法兰盘中心7并垂直于末端执行器的法兰盘中心运动轨迹I8所在直线上，末端执行器的法兰盘中心运动轨迹III10在不与末端执行器的法兰盘中心运动轨迹I8及末端执行器的法兰盘中心运动轨迹II9重合的其他直线上。请参见图3所示，机器人手臂机构通过底座1固定安装在晶圆传送机器人11的升降机构上(图中未标出)。下面结合图3说明晶圆传送机器人11完成将晶圆片12从片盒I13传送至另一个片盒II14的工作过程。请参见图3的图a～f所示，晶圆传送机器人11的手臂机构调整至初始位姿，然后沿图2所述的末端执行器的法兰盘中心运动轨迹I8直线运动至晶圆片12的正下方，晶圆片12放置于片盒I13内部；然后，晶圆传送机器人11通过升降机构抬起机器人的手臂，以托起晶圆片12，完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆传送机器人手臂机构，其特征是，该机构由底座、大臂、导引臂、次大臂、小臂、末端执行器六部分组成，导引臂与末端执行器固连，大臂与底座、次大臂与底座、大臂与导引臂、小臂与导引臂、次大臂与小臂之间通过转动轴连接，形成一个平面五杆并联驱动机构。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆传送机器人手臂机构，其特征是，该机构由底座、大臂、导引臂、次大臂、小臂、末端执行器六部分组成，导引臂与末端执行器固连，大臂与底座、次大臂与底座、大臂与导引臂、小臂与导引臂、次大臂与小臂之间通过转动轴连接，形成一个平面五杆并联驱动机构。2.根据权利要求1所述的晶圆传送机器人手臂机构，其特征是，底座固定在机器人上，底座长度为0时，等效为大臂和底座的转动轴同轴，次大臂与底座的转动轴同轴；底座连杆的长度为一大于0的常数时，等效为大臂和底座的转动轴不同轴，次大臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲道奎，王凤利，王金涛，徐方，
申请(专利权)人：沈阳新松机器人自动化股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：89