专利名称：二维并联驱动的硅片搬运机器人的制作方法
(一)、所属领域本发明涉及的是一种工业机器人。具体地说是一种IC制造工艺设备中用于硅片搬运传输的机器人。
(二)、背景技术在IC制造工艺流程中，从拉单晶到最后检查的诸多关键制造设备中，大量使用了各种用于硅片搬运的机器人装备。随着IC制造业的迅速发展，对硅片搬运机器人的运动速度和定位精度提出了越来越高的要求。硅片搬运机器人的R轴和Z轴运动是这类机器人的两个运动，目前都是采用串联式联接结构。这种串联结构限制了R轴和Z轴运动速度和定位精度的进一步提高。
(三)、发明内容本发明的目的在于提供一种结构紧凑，运动惯量小、重量轻，可实现R轴和Z轴的高速高精度运动性能的二维并联驱动的硅片搬运机器人。
本发明的目的是这样实现的它包括机体、导轨2、丝杠3、滚珠花键组合体、框架螺母5、套筒6、同步电机和同步轮I7、同步电机和同步轮II8、同步带结构I9、摇臂I10，轴I12、摇臂II13、同步带结构II14、轴II15、夹持机械手16和罩体17。机体包括机体底座1.1和机体支座1.2，同步电机和同步轮I7安装在机体底座1.1上，三根导轨2固定连接于机体底座1.1和机体支座1.2之间，丝杠3用轴承连接于机体底座1.1和机体支座1.2之间，丝杠3下端和同步电机和同步轮I7相连接，框架螺母5的下端在机体底座1.1和机体支座1.2之间、上端在机体支座1.2之上，滚珠花键组合体包括花键轴4.1、花键内圈4.2和轴承外套4.3，花键轴4.1和机体支座1.2的上端有轴承连接，花键轴4.1的下端和同步电机和同步轮II8连接，花键内圈4.2和摇臂I10固定连接，轴承外套4.3和同步带轮I9.1固定连接，同步带结构I包括同步带轮I9.1、同步带轮II9.2和连接于两同步带轮之间的同步带I9.3，同步带轮I9.1的下端通过套筒6和框架螺母5的上端面固连，同步带结构I位于摇臂I10之内，同步带结构II14包括同步带轮III14.1、同步带轮IV14.2和连接于两同步带轮之间的同步带II14.3，同步带结构II14位于摇臂II13之内，同步带轮II9.2和同步带轮III14.1安装在轴I12上，轴I12和摇臂I10固定连接在一起。
本发明还可以包括这样一些结构特征1、框架螺母5的下端在机体底座1.1和机体支座1.2之间，框架螺母5的下端和导轨2是滑动连接、和丝杠3是螺纹传动连接。
2、框架螺母5的上下端中间为三根支柱，支柱穿过机体支座1.2，和机体支座1.2无接触。
3、所述框架螺母5的上端和同步带轮I9.1通过套筒6固定连接。
4、花键轴4.1和机体支座1.2的上端有轴承连接，花键轴4.1的下端和同步电机和同步轮II8连接，轴承内套4.2和花键轴4.1有相对滑动而无相对转动，轴承内套4.2和轴承外套4.3有相对转动而无相对滑动，轴承内套4.2和摇臂110固定连接，轴承外套4.3和同步带轮I9.1固定连接。
本发明的工作原理为Z轴的运动同步电机和同步轮I7驱动丝杠3转动，丝杠3和框架螺母5之间的螺旋传动带动框架螺母5沿导轨2上下运动，从而带动套筒6、同步带轮I9.1、轴承外套4.3、花键内圈4.2沿花键轴4.1上下运动，进而带动所有同步带机构和摇臂机构和夹持机械手上下运动。
R轴的运动同步电机和同步轮II8驱动花键轴4.1转动，花键轴4.1带动花键内圈4.2转动，从而带动摇臂I10以花键轴4.1的轴心为轴心转动。同步带轮I9.1的下端通过套筒6和框架螺母5的上端面固连，所以无转动。摇臂I10和同步带轮I9.1的相对转动通过同步带I9.3的传动使同步带轮II9.2相对于轴I12转动，而轴I12和摇臂I10固定连接在一起，所以同步带轮II9.2和摇臂I10相对转动。同步带轮II9.2的上端和摇臂II13固定连接，从而摇臂II13以轴I12的轴心为轴心相对摇臂I10和轴I12转动。同步带轮III14.1和轴I12固定连接在一起，所以同步带轮III14.1相对摇臂II13转动，进而通过同步带II14.3使同步带轮IV14.2相对相对摇臂II13转动。同步带轮IV14.2和轴II15固定连接在一起，轴II15和摇臂II13通过轴承IV11.4和轴承V11.5联接，从而使轴II15相对摇臂II13转动。轴II15和夹持机械手16固定连接在一起，从而使夹持机械手16和摇臂II13有相对转动。
同步带结构I9的传动比为2∶1，同步带结构II14的传动比为1∶2，摇臂I10和摇臂II13等长，整个机构可简化等价成曲柄滑块结构，可使夹持机械手16沿R轴方向运动而保持姿态不变。
本发明的机器人结构新颖紧凑，运动惯量小、重量轻，可实现R轴和Z轴的高速高精度运动性能。其中，R轴运动实现沿机器人旋转(θ轴，机器人腰部的旋转运动，因与本发明没有直接关系，附图中未画出)半径方向的直线运动，R轴运动实现沿机器人竖直方向的直线运动。
图1为本发明的整个机构的轴测图；图2为图1去掉同步电机和同步轮I7、同步电机和同步轮II8、摇臂I10、摇臂II13、夹持机械手16和罩体17之后的内部结构；图3为图2的透视图，旨在指出轴承I11.1和轴承VIII11.8。
(五)、具体实施方案下面结合附图举例对本发明做更详细地描述机体底座1.1和机体支座1.2之间固定连接三个导轨2以圆形机体底座1.1的圆心为圆心按120度分布。丝杠3的下端通过轴承VI11.6和机体底座1.1联接，上端通过轴承VIII11.8和机体支座1.2联接。同步电机和同步轮I7固定在机体底座1.1上，它与同步轮和丝杠3的下端固定连接在一起。
框架螺母5中心和丝杠3的轴心相合，它们之间是螺纹传动联接。导轨2穿过框架螺母5下部的三个孔，和框架螺母5有上下相对滑动，对框架螺母5起垂直导向作用。框架螺母5中间的三个支柱穿过机体支座1.2的三个孔，它们之间无接触。
同步电机和同步轮II8固定在机体支座1.2的上部，它的同步轮和花键轴4.1的下端相固连，而花键轴4.1再往下通过轴承VII11.7和机体支座1.2的上部相连接。花键内圈4.2只相对花键轴4.1上下滑动而无转动，轴承外套4.3通过滚珠和花键内圈4.2有相对转动而无上下滑动。同步带轮I9.1的下端通过套筒6和框架螺母5的上端面固连，同步带轮I9.1的内圈和轴承外套4.3固连。摇臂I10的一端和花键内圈4.2固连在一起。另一端和轴I12固连在一起。同步带轮II9.2通过轴承I11.1、轴承II11.2和轴I12相连接，和轴I12有相对转动。同步带轮I9.1通过同步带I9.3和同步带轮II9.2有同步带传动。同步带轮II9.2的上端和摇臂II13固定连接。轴I12的上端通过轴承III11.3和摇臂II13联接，和摇臂II13有相对转动。同步带轮III14.1和轴I12固定连接在一起。同步带轮IV14.2和轴II15固定连接在一起。同步带轮III14.1和同步带轮IV14.2通过同步带II14.3进行同步带传动。轴II15和摇臂II13通过轴承IV11.4和轴承V11.5联接，两者之间有相对转动。夹持机械手16和轴II15固定连接在一起。
权利要求
1.一种二维并联驱动的硅片搬运机器人，它包括机体、导轨(2)、丝杠(3)、滚珠花键组合体、框架螺母(5)、套筒(6)、同步电机和同步轮I(7)、同步电机和同步轮II(8)、同步带结构I(9)、摇臂I(10)，轴I(12)、摇臂II(13)、同步带结构II(14)、轴II(15)、夹持机械手(16)和罩体(17)，其特征是机体包括机体底座(1.1)和机体支座(1.2)，同步电机和同步轮I(7)安装在机体底座(1.1)上，三根导轨(2)固定连接于机体底座(1.1)和机体支座(1.2)之间，丝杠(3)用轴承连接于机体底座(1.1)和机体支座(1.2)之间，丝杠(3)下端和同步电机和同步轮I(7)相连接，框架螺母(5)的下端在机体底座(1.1)和机体支座(1.2)之间、上端在机体支座(1.2)之上，滚珠花键组合体包括花键轴(4.1)、花键内圈(4.2)和轴承外套(4.3)，花键轴(4.1)和机体支座(1.2)的上端有轴承连接，花键轴(4.1)的下端和同步电机和同步轮II(8)连接，花键内圈(4.2)和摇臂I(10)固定连接，轴承外套(4.3)和同步带轮I(9.1)固定连接，同步带结构I包括同步带轮I(9.1)、同步带轮II(9.2)和连接于两同步带轮之间的同步带I(9.3)，同步带轮I(9.1)的下端通过套筒(6)和框架螺母(5)的上端面固连，同步带结构I位于摇臂I(10)之内，同步带结构II(14)包括同步带轮III(14.1)、同步带轮IV(14.2)和连接于两同步带轮之间的同步带II(14.3)，同步带结构II(14)位于摇臂II(13)之内，同步带轮II(9.2)和同步带轮III(14.1)安装在轴I(12)上，轴I(12)和摇臂I(10)固定连接在一起。
2.根据权利要求1所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人，其特征是框架螺母(5)的下端在机体底座(1.1)和机体支座(1.2)之间，框架螺母(5)的下端和导轨(2)是滑动连接、和丝杠(3)是螺纹传动连接。
3.根据权利要求1或2所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人，其特征是框架螺母(5)的上下端中间为三根支柱，支柱穿过机体支座(1.2)，和机体支座(1.2)无接触。
4.根据权利要求3所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人人，其特征是所述框架螺母(5)的上端和同步带轮I(9.1)通过套筒(6)固定连接。
5.根据权利要求1、2或4所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人，其特征是花键轴(4.1)和机体支座(1.2)的上端有轴承连接，花键轴(4.1)的下端和同步电机和同步轮II(8)连接，轴承内套(4.2)和花键轴(4.1)有相对滑动而无相对转动，轴承内套(4.2)和轴承外套(4.3)有相对转动而无相对滑动，轴承内套(4.2)和摇臂1(10)固定连接，轴承外套(4.3)和同步带轮I(9.1)固定连接。
6.根据权利要求3所述的二维并联驱动的硅片搬运机器人，其特征是花键轴(4.1)和机体支座(1.2)的上端有轴承连接，花键轴(4.1)的下端和同步电机和同步轮II(8)连接，轴承内套(4.2)和花键轴(4.1)有相对滑动而无相对转动，轴承内套(4.2)和轴承外套(4.3)有相对转动而无相对滑动，轴承内套(4.2)和摇臂1(10)固定连接，轴承外套(4.3)和同步带轮I(9.1)固定连接。
全文摘要
本发明提供的是一种二维并联驱动的硅片搬运机器人。它包括机体、导轨(2)、丝杠(3)、滚珠花键组合体、框架螺母(5)、套筒(6)、同步电机和同步轮I(7)、同步电机和同步轮II(8)、同步带结构I(9)、摇臂I(10)，轴I(12)、摇臂II(13)、同步带结构II(14)、轴II(15)、夹持机械手(16)和罩体(17)。本发明的机器人结构新颖紧凑，运动惯量小、重量轻，可实现R轴和Z轴的高速高精度运动性能。其中，R轴运动实现沿机器人旋转半径方向的直线运动，Z轴运动实现沿机器人竖直方向的直线运动。
文档编号B25J9/02GK1779936SQ200510010440
公开日2006年5月31日 申请日期2005年10月19日 优先权日2005年10月19日
发明者孙立宁, 刘延杰, 荣伟彬, 曲东升, 谢晖 申请人:哈尔滨工业大学