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CN106379730A - 采用母旋转式滚珠花键的双臂晶圆传输机器人旋转机构 - Google Patents

采用母旋转式滚珠花键的双臂晶圆传输机器人旋转机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了采用母旋转式滚珠花键的双臂晶圆传输机器人旋转机构，机器人本体主要包括如下四个部分：底座机构、升降机构、旋转机构、手臂机构，升降机构安装在底座机构上，升降机构通过旋转机构与手臂机构连接。将T轴电机悬挂在Z轴升降台增加Z轴电机负载的缺点，采用母旋转式滚珠花键，实现T轴电机与升降台分离，减小Z轴电机负载。采用内外环一体型交叉滚珠轴环，其内外圈均可利用螺钉来固定，不需要过盈安装，可实现旋转机构的简易安装与拆卸。质量与转动惯量都很大会增加电机负载，且减小R轴电机安装空间的缺点，采用两头带螺纹孔的圆柱导杆实现转矩传递，可减小机器人重量，且使R轴电机安装空间更加紧凑。

Description

采用母旋转式滚珠花键的双臂晶圆传输机器人旋转机构
技术领域
该发明应用于半导体及集成电路制造产业，用于晶圆在不同工位上的传输，属于工业机器人技术领域。
背景技术
晶圆传输机器人对于保证IC产品的质量，提高IC生产线效率等，都具有重要的意义，是半导体及集成电路领域的重要装备之一。晶圆传输机器人因其占用空间小，结构紧密，传动系统复杂，一直为国外所垄断。实现晶圆机器人的国产化对于提高国内半导体行业的发展具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是针对全伺服电机型双臂晶圆传输机器人旋转机构(T轴)的传动与布局方式进行改进，由于伺服电机输出转矩较小，对惯量匹配要求较高，因此需要在相对较小的空间中完成多级减速比以实现机器人的高动态响应。
本发明采用如下技术方案：机器人本体主要包括如下四个部分：底座机构(01)、升降机构(02)、旋转机构(03)、手臂机构(04)，升降机构(02)安装在底座机构(01)上，升降机构(02)通过旋转机构(03)与手臂机构(04)连接。
底座机构(01)包括Z轴驱动伺服电机(01-01)、Z轴电机减速机(01-02)、Z轴驱动带轮(01-03)、丝杠轴驱动带轮(01-04)、丝杠轴(01-05)、T轴驱动伺服电机(01-06)、T轴电机减速机(01-07)、T轴驱动带轮(01-08)、花键轴驱动带轮(01-09)、花键轴(01-10)、导轨(01-11)、安装底座(01-12)。
升降机构(02)包括升降台(02-01)、滚珠丝杠螺母(02-02)、花键母(02-03)、花键母带轮(02-04)、内外环一体型交叉滚珠轴环(02-05)、滑块(02-06)。
旋转机构(03)包括旋转台(03-01)、旋转台驱动带轮(03-02)、圆柱导杆(03-03)、R轴电机固定架(03-04)、R轴驱动减速型伺服电机(03-05)、R轴驱动带轮(03-06)、手臂驱动带轮(03-07)、手臂驱动输出轴(03-08)、手臂驱动输出轴轴承(03-09)、薄壁筒(03-10)。
Z轴驱动伺服电机(01-01)经Z轴电机减速机(01-02)减速后，驱动Z轴驱动带轮(01-03)，Z轴驱动带轮(01-03)与丝杠轴驱动带轮(01-04)通过同步带连接，带动丝杠轴(01-05)旋转，丝杠轴(01-05)驱动滚珠丝杠螺母(02-02)实现Z向运动，由于滚珠丝杠螺母(02-02)与升降台(02-01)固连，实现升降台(02-01)的Z向运动。花键母(02-03)外圈与升降台(02-01)固连，可随升降台(02-01)一同实现Z向运动。导轨(01-11)与安装底座(01-12)固连，滑块(02-06)与升降台(02-01)固连，可用来辅助引导升降台的Z向运动。
T轴驱动伺服电机(01-06)经T轴电机减速机(01-07)减速后，驱动T轴驱动带轮(01-08)，T轴驱动带轮(01-08)与花键轴驱动带轮(01-09)通过同步带连接，带动花键轴(01-10)旋转，花键轴(01-10)带动花键母(02-03)旋转，花键母带轮(02-04)与花键母(02-03)内圈固连并随花键轴(01-10)同步旋转。花键母带轮(02-04)通过同步带与旋转台驱动带轮(03-02)连接并通过两个同步带轮齿数比来实现减速，旋转台驱动带轮(03-02)与旋转台(03-01)固连，实现旋转台(03-01)的旋转运动。
内外环一体型交叉滚珠轴环(02-05)的外圈通过螺钉固定在升降台(02-01)，旋转台(03-01)通过螺钉固定在内外环一体型交叉滚珠轴环(02-05)的内圈。圆柱导杆(03-03)下端通过螺钉将其与旋转台(03-01)固连，上端通过螺钉将其与R轴电机固定架(03-04)固连，R轴驱动减速型伺服电机(03-05)安装在圆柱导杆(03-03)所包围的空间内，并调整R轴驱动减速型伺服电机(03-05)的安装角度避免安装干涉，外部通过薄壁筒(03-10)进行保护。
R轴驱动减速型伺服电机(03-05)驱动R轴驱动带轮(03-06)旋转，R轴驱动带轮(03-06)通过同步带驱动手臂驱动带轮(03-07)旋转，手臂驱动带轮(03-07)与手臂驱动输出轴(03-08)固连，通过手臂驱动输出轴轴承(03-09)的辅助固定，实现对手臂机构(04)的驱动。
本发明具有如下特点：
1.相比于现有双臂晶圆传输机器人产品将T轴电机悬挂在Z轴升降台增加Z轴电机负载的缺点，采用螺母旋转式滚珠花键，可以实现T轴电机与升降台分离，减小Z轴电机负载。
2.相比于现有双臂晶圆传输机器人产品对T轴回转轴承采用普通轴承过盈配合安装，不便于产品的维护与改造的缺点，采用内外环一体型交叉滚珠轴环，其内外圈均可利用螺钉来固定，不需要过盈安装，可实现旋转机构的简易安装与拆卸。
3.相比于现有双臂晶圆传输机器人产品旋转机构采用厚壁筒来传递转矩，其质量与转动惯量都很大会增加电机负载，且减小R轴电机安装空间的缺点，采用两头带螺纹孔的圆柱导杆实现转矩传递，可减小机器人重量，且使R轴电机安装空间更加紧凑。
附图说明
图1：双臂晶圆传输机器人。
图2：底座机构视图1。
图3：底座机构视图2。
图4：升降机构。
图5：旋转机构视图1。
图6：旋转机构视图2。
图7：手臂机构。
图8：母旋转式滚珠花键图。
图9：内外环一体型交叉滚珠轴环图。
具体实施方式
如图1-9所示，Z轴驱动伺服电机(01-01)经Z轴电机减速机(01-02)减速后，驱动Z轴驱动带轮(01-03)，Z轴驱动带轮(01-03)与丝杠轴驱动带轮(01-04)通过同步带连接，带动丝杠轴(01-05)旋转，丝杠轴(01-05)驱动滚珠丝杠螺母(02-02)实现Z向运动，由于滚珠丝杠螺母(02-02)与升降台(02-01)固连，实现升降台(02-01)的Z向运动。花键母(02-03)外圈与升降台(02-01)固连，可随升降台(02-01)一同实现Z向运动。导轨(01-11)与安装底座(01-12)固连，滑块(02-06)与升降台(02-01)固连，可用来辅助引导升降台的Z向运动。
T轴驱动伺服电机(01-06)经T轴电机减速机(01-07)减速后，驱动T轴驱动带轮(01-08)，T轴驱动带轮(01-08)与花键轴驱动带轮(01-09)通过同步带连接，带动花键轴(01-10)旋转，花键轴(01-10)带动花键母(02-03)旋转，花键母带轮(02-04)与花键母(02-03)内圈固连并随花键轴(01-10)同步旋转。花键母带轮(02-04)通过同步带与旋转台驱动带轮(03-02)连接并通过两个同步带轮齿数比来实现减速，旋转台驱动带轮(03-02)与旋转台(03-01)固连，实现旋转台(03-01)的旋转运动。
内外环一体型交叉滚珠轴环(02-05)的外圈通过螺钉固定在升降台(02-01)，旋转台(03-01)通过螺钉固定在内外环一体型交叉滚珠轴环(02-05)的内圈。圆柱导杆(03-03)下端通过螺钉将其与旋转台(03-01)固连，上端通过螺钉将其与R轴电机固定架(03-04)固连，R轴驱动减速型伺服电机(03-05)安装在圆柱导杆(03-03)所包围的空间内，并调整R轴驱动减速型伺服电机(03-05)的安装角度避免安装干涉，外部通过薄壁筒(03-10)进行保护。
R轴驱动减速型伺服电机(03-05)驱动R轴驱动带轮(03-06)旋转，R轴驱动带轮(03-06)通过同步带驱动手臂驱动带轮(03-07)旋转，手臂驱动带轮(03-07)与手臂驱动输出轴(03-08)固连，通过手臂驱动输出轴轴承(03-09)的辅助固定，实现对手臂机构(04)的驱动。

Claims (1)

1.采用母旋转式滚珠花键的双臂晶圆传输机器人旋转机构；其特征在于，机器人本体包括如下四个部分：底座机构(01)、升降机构(02)、旋转机构(03)、手臂机构(04)，升降机构(02)安装在底座机构(01)上，升降机构(02)通过旋转机构(03)与手臂机构(04)连接；
底座机构(01)包括Z轴驱动伺服电机(01-01)、Z轴电机减速机(01-02)、Z轴驱动带轮(01-03)、丝杠轴驱动带轮(01-04)、丝杠轴(01-05)、T轴驱动伺服电机(01-06)、T轴电机减速机(01-07)、T轴驱动带轮(01-08)、花键轴驱动带轮(01-09)、花键轴(01-10)、导轨(01-11)、安装底座(01-12)；
升降机构(02)包括升降台(02-01)、滚珠丝杠螺母(02-02)、花键母(02-03)、花键母带轮(02-04)、内外环一体型交叉滚珠轴环(02-05)、滑块(02-06)；
旋转机构(03)包括旋转台(03-01)、旋转台驱动带轮(03-02)、圆柱导杆(03-03)、R轴电机固定架(03-04)、R轴驱动减速型伺服电机(03-05)、R轴驱动带轮(03-06)、手臂驱动带轮(03-07)、手臂驱动输出轴(03-08)、手臂驱动输出轴轴承(03-09)、薄壁筒(03-10)；
Z轴驱动伺服电机(01-01)经Z轴电机减速机(01-02)减速后，驱动Z轴驱动带轮(01-03)，Z轴驱动带轮(01-03)与丝杠轴驱动带轮(01-04)通过同步带连接，带动丝杠轴(01-05)旋转，丝杠轴(01-05)驱动滚珠丝杠螺母(02-02)实现Z向运动，由于滚珠丝杠螺母(02-02)与升降台(02-01)固连，实现升降台(02-01)的Z向运动；花键母(02-03)外圈与升降台(02-01)固连，可随升降台(02-01)一同实现Z向运动；导轨(01-11)与安装底座(01-12)固连，滑块(02-06)与升降台(02-01)固连，可用来辅助引导升降台的Z向运动；
T轴驱动伺服电机(01-06)经T轴电机减速机(01-07)减速后，驱动T轴驱动带轮(01-08)，T轴驱动带轮(01-08)与花键轴驱动带轮(01-09)通过同步带连接，带动花键轴(01-10)旋转，花键轴(01-10)带动花键母(02-03)旋转，花键母带轮(02-04)与花键母(02-03)内圈固连并随花键轴(01-10)同步旋转；花键母带轮(02-04)通过同步带与旋转台驱动带轮(03-02)连接并通过两个同步带轮齿数比来实现减速，旋转台驱动带轮(03-02)与旋转台(03-01)固连，实现旋转台(03-01)的旋转运动；
内外环一体型交叉滚珠轴环(02-05)的外圈通过螺钉固定在升降台(02-01)，旋转台(03-01)通过螺钉固定在内外环一体型交叉滚珠轴环(02-05)的内圈；圆柱导杆(03-03)下端通过螺钉将其与旋转台(03-01)固连，上端通过螺钉将其与R轴电机固定架(03-04)固连，R轴驱动减速型伺服电机(03-05)安装在圆柱导杆(03-03)所包围的空间内，并调整R轴驱动减速型伺服电机(03-05)的安装角度避免安装干涉，外部通过薄壁筒(03-10)进行保护；
R轴驱动减速型伺服电机(03-05)驱动R轴驱动带轮(03-06)旋转，R轴驱动带轮(03-06)通过同步带驱动手臂驱动带轮(03-07)旋转，手臂驱动带轮(03-07)与手臂驱动输出轴(03-08)固连，通过手臂驱动输出轴轴承(03-09)的辅助固定，实现对手臂机构(04)的驱动。
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