专利名称：工件输送系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有相对于盒子(cassette)装载/卸载工件时使用的多 关节机器人的工件输送系统。
背景技术：
在相对于盒子装载/卸载半导体晶片等工件时，使用将多个臂彼此可旋转 地连结、并通过传递旋转驱动源的旋转力来进行伸縮等动作的多关节机器人。 另外，收纳工件的多个盒子、对工件进行规定处理的工件处理装置以及这种多 关节机器人构成了一个工件输送系统。下面结合图5来详细说明以往的工件输 送系统(例如参照专利文献l)。
如图5所示，以往的工件输送系统具有多关节机器人IOO、工件处理装 置200、以及收纳工件301 303的多个盒子(盒子1 3)。多个盒子以搁板 状将工件堆积载放，多关节机器人100将工件相对于盒子的各搁板层搬入、搬 出。在此，作为盒子的一例，可考虑SEMI (国际半导体设备及材料协会， Semiconductor Equipment and Materials International)标准E47. 1规定 的正面开口式盒子一体型输送、仓储箱即FOUP (前开式统集盒，Front Opening Unified Pod)等。这多个盒子等间隔地并排载放。多关节机器人100具有 手部IOI、臂部102、臂部侧连杆部103、基座侧连杆部104、以及基座105， 多关节机器人100例如可将工件303从盒子(盒子3)中取出后朝工件处理装 置200输送。
多关节机器人100配置在工件处理装置200与多个盒子(盒子1 3)的 中间位置上。具体而言，若将连结被多个盒子收纳的工件301 303的各中心 点的直线设为第一直线，将工件处理装置200的背面上的、与第一直线平行的 直线设为第二直线，则多关节机器人IOO被配置在离开第一直线和离开第二直线的距离相等的点的集合所构成的第三直线上。
在此，图5所示的工件输送系统采用的是对收纳三个工件301 303的三 个盒子进行处理的3F0UP方式，但若采用对四个盒子进行处理的4F0UP方式， 则不得不延长上述臂部102、臂部侧连杆部103和基座侧连杆部104中所有部 件或部分部件的长度。在对五个以上的盒子进行处理时也一样。
专利文献l:日本专利特开2006-289555号公报
发明的公开
发明所要解决的技术问题
然而，在加大了臂部102、臂部侧连杆部103和基座侧连杆部104中所有 部件或部分部件的长度时，虽然在图5中的X方向上可触及得更远(可应对 4F0UP)，但在图5中的Y方向上机器人的干涉区域扩大，导致多关节机器人 100的装置整体变大，进而导致工件输送系统的系统整体变大(机器人设置空 间扩大)。若以图5为例，则图5中具有Y方向的尺寸M的干涉区域、即作业 所需区域(为了能在不与收纳工件的盒子干涉且不与工件处理装置干涉的情况 下进行作业所需确保的区域)变大，从而尺寸N也变大。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种即使在对许多盒子进行处理时 也能防止系统整体变大、进而能实现空间节省的工件输送系统。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供下面的技术方案。 (1) 一种工件输送系统，具有收纳工件的多个盒子、至少配置在与所 述多个盒子的排列相对的位置上的工件处理装置、以及相对于盒子装载/卸载 工件的多关节机器人，所述多关节机器人包括保持工件的手部；将所述手 部可旋转地保持的臂部；以及将所述臂部基端侧的臂关节部可旋转地保持、 并以使所述臂关节部的移动轨迹成为与所述装载/卸载的方向大致正交的 方向的直线的形态进行动作的连杆机构，所述连杆机构的可旋转地保持在 所述多关节机器人的基座上的基座侧连杆部和位于所述臂部侧的臂部侧连杆部被连杆关节部连结，所述工件输送系统的特征在于，所述多个盒子以 与所述臂关节部的移动轨迹平行的形态并排配置，所述连杆机构的所述基 座侧连杆部的旋转中心以及所述臂关节部的旋转中心相对于所述工件处理 装置与所述多个盒子之间的中间位置位于朝所述工件处理装置和所述多个 盒子中的任一侧偏移的位置，在所述连杆机构的驱动下相对于所述多个盒 子和所述工件处理装置装载/卸载所述工件时，所述连杆关节部朝与所述一 侧相反的一侧折弯突出。
采用本发明，工件输送系统具有多个盒子、工件处理装置、多关节机 器人，该多关节机器人包括保持工件的手部；将该手部可旋转地保持的 臂部；以及以使臂部基端侧的臂关节部的移动轨迹成为与装载/卸载的方向 大致正交的方向的直线的形态进行动作的连杆机构，该连杆机构的基座侧 连杆部和臂部侧连杆部被连杆关节部连结，多个盒子以与臂关节部的移动 轨迹平行的形态并排配置，连杆机构的所述基座侧连杆部的旋转中心以及 臂关节部的旋转中心相对于工件处理装置与多个盒子之间的中间位置位于 朝工件处理装置和多个盒子中的任一侧偏移的位置，在连杆机构的驱动下 相对于所述多个盒子和所述工件处理装置装载/卸载所述工件时，连杆关节 部朝与一侧相反的一侧折弯突出，因此，即使例如加大了臂部和连杆机构 的各部分的长度，也可防止连杆机构的连杆关节部因突出而与工件处理装 置或与收纳多个盒子的盒子套接触。
因此，可防止工件输送系统整体大型化，进而实现空间的节省。 在此，所谓工件处理装置与多个盒子之间的"中间位置"，可以是例 如在将连结被多个盒子收纳的工件的各中心点的直线设为第一直线、将工 件处理装置背面上的与第一直线平行的直线设为第二直线时，至第一直线 的距离与至第二直线的距离相等的点的集合所构成的直线位置。或者，所 谓工件处理装置与多个盒子之间的"中间位置"，也可确定为手部不与工 件处理装置或多个盒子干涉的如下的任一位置，目卩所述工件处理装置和 所述多个盒子的彼此相对的面之间的中间位置；在所述工件处理装置和所 述多个盒子之间形成的所述多关节机器人的作业所需区域内的所述工件处理装置与所述多个盒子之间的中间位置；以及所述手部朝所述工件处理装 置侧所能到达的最远位置与所述手部朝所述多个盒子侧所能到达的最远位 置之间的中间位置。
另外，也可加长手部、臂部、基座侧连杆部和臂部侧连杆部中任一部 位的长度。既可以是一个部位，也可以是两个以上的部位。另外，最好将 基座侧连杆部4和臂部侧连杆部5的转角比设为1: 2，并将两者的长度设 为相同。由此，可简单地进行直线插补。通过使手部的长度保持不变，在 3F0UP用和4F0UP用中手部可以通用，可提高通用性。
另外，在本发明中，不只是连杆机构的基座侧连杆部的旋转中心，臂 关节部的旋转中心也位于从上述"中间位置"偏移的位置，因此，例如与 只有连杆机构的基座位于"中间位置"时相比，可容易地进行插补(直线 插补或拟直线插补)。
(2) —种工件输送系统，其特征在于，在所述一侧限制所述臂部的回 转范围。
采用本发明，由于在所述一侧限制所述臂部的回转范围，因此可将臂 部的动作范围限定在一定范围内，进而可更有效地利用工件输送系统的设 置空间。具体而言，可构成为可在与所述一侧相反的一侧回转240度。
发明效果
如上所述，采用本发明，由于多关节机器人的基座侧连杆部的旋转中 心以及臂关节部的旋转中心相对于工件处理装置与多个盒子之间的中间位 置位于朝工件处理装置和多个盒子中的任一侧偏移的位置，因此，即使增 加盒子个数(例如从3F0UP变为4F0UP)、加长多关节机器人的各部分，也 可防止连杆机构的连杆关节部与工件处理装置和盒子套等接触，进而可防 止工件输送系统整体大型化。另外，还有助于实现空间的节省。
图1是表示本发明实施形态的工件输送系统的系统结构的图。 图2是表示图1所示的多关节机器人的机械结构的剖视图。图3是图1所示的多关节机器人的臂部的回转范围图。 图4是表示在工件处理装置上装载/卸载工件的情况的图。
图5是表示以往的工件输送系统的系统结构的图。
(符号说明) 1多关节机器人
2基座
3连杆机构
4基座侧连杆部
5臂部侧连杆部
6臂部
7手部
20工件处理装置 31 34工件
具体实施例方式
下面参照附图，对用于实施本发明的最佳形态进行说明。 [系统结构]
图1是表示本发明实施形态的工件输送系统的系统结构的图。图1中表示 了三个姿势的多关节机器人l。
在图1中，工件输送系统具有多关节机器人l、工件处理装置20、 以及收纳各个工件31 34 (例如圆形的半导体晶片)的四个盒子(4F0UP 方式)。
多关节机器人1在盒子上装载/卸载工件31 34，具有保持工件的 手部7;将手部7可旋转地保持的臂部6;将臂部6基端侧的臂关节部Jl 可旋转地保持、并以使臂关节部Jl的移动轨迹成为与装载/卸载的方向大 致正交的方向的直线的形态进行动作的连杆机构3;以及将连杆机构3的基 端侧可旋转地支撑的基座2。
在连杆机构3中，位于多关节机器人1的基端(基座2)侧并可旋转地保持在基座2上的基座侧连杆部4和位于臂部6侧的臂部侧连杆部5被 连杆关节部J2连结。更详细的机械结构在"多关节机器人的机械结构"中
进行说明。
工件处理装置20是对工件31 34进行规定处理的装置，配置在与四 个盒子的排列相对的位置上。图1中，工件处理装置20仅配置在与四个盒 子的排列相对的位置上，但也可配置在其它地方。例如，工件处理装置20 也可配置在臂关节部Jl的移动轨迹的延长直线上。
四个盒子以与臂关节部J1的移动轨迹平行的形态以距离间隔L并排配 置。盒子配置在搬入、搬出工件31 34的目标位置上，只要定义了这样的 搬入、搬出位置，除了盒子之外，也可以是加工装置等。
在此，在本实施形态的工件输送系统中，连杆机构3的基座2的位置、 即可旋转地保持在基座2上的基座侧连杆部4的旋转中心以及作为旋转中 心位置的臂关节部Jl相对于工件处理装置20与四个盒子之间的中间位置， 位于朝四个盒子侧偏移(长度P)的位置。随着连杆机构3的驱动，连杆关 节部J2朝与该偏移位置相反的一侧折弯突出。
因此，在增加了并排配置的盒子的个数时，即使加大了臂部6和连杆 机构3的各部的长度，也可防止连杆机构3的连杆关节部J2与工件处理装 置20和盒子接触。其结果是，可防止工件输送系统整体大型化，进而实现 空间的节省。具体而言，与图5所示的以往的工件输送系统相比，几乎不 用改变(或完全不用改变)作业所需区域的尺寸M和尺寸N，就能朝更多的 盒子进行输送，因此，可实现空间更省的输送系统。
在本实施形态中，基座2的位置和臂关节部Jl设置在相对于上述中间 位置朝四个盒子侧偏移的位置上，但例如也可设置在朝工件处理装置20侧 偏移的位置上。这种情况下，臂关节部J1 (旋转中心)的移动轨迹成为朝 工件处理装置20侧偏移的位置，连杆关节部J2相对于中间位置朝盒子侧 折弯突出。在本实施形态中，作为"中间位置"，考虑的是至连接被多个 盒子收纳的工件的各中心点的直线的距离与至与该直线平行的、工件处理 装置的背面上的直线的距离相等的点的集合所构成的直线位置(在图1中穿过距离2N的中间位置的直线的位置)，但作为"中间位置"，例如也可 考虑至多个盒子的靠多关节机器人1侧的面上的直线的距离与至与该直线
平行的、工件处理装置20的靠多关节机器人1侧的面上的直线的距离相等 的点的集合所构成的直线位置(在图1中穿过距离M的中间位置的直线的 位置)。艮卩，也可考虑图1中用距离M表示的、所述工件处理装置20的靠 多关节机器人1侧的前表面和所述多个盒子的靠多关节机器人1侧的前表 面这两个彼此相对的面之间的中间位置。或者，作为"中间位置"，也可 考虑图5中用尺寸M表示的、在所述工件处理装置与所述多个盒子之间形 成的所述多关节机器人的作业所需区域内的所述工件处理装置与所述多个 盒子之间的中间位置，或考虑所述手部朝所述工件处理装置侧所能到达的 最远位置与所述手部朝所述多个盒子侧所能到达的最远位置之间的中间位 置。
结合图1 图3，对图1所示的多关节机器人1的机械结构和机械动作 进行说明。图2是表示图l所示的多关节机器人l的机械结构的剖视图，图2
(a)是俯视剖视图，图2 (b)是纵剖视图。图3是臂部6的回转范围图。 在图2中，多关节机器人l包括基座2、连杆机构3、臂部6、以及 手部7。连杆机构3包括彼此可旋转地连结的基座侧连杆部4和臂部侧连杆 部5。基座2包括升降筒8，该升降筒8通过升降电动机(未图示)的旋转 而沿上下方向升降。升降筒8在将图中的上下方向作为长度方向的导向轴
(未图示)的引导下进行升降。
基座侧连杆部4通过连结轴8b与升降筒8连结，利用内置在升降筒8 中的连杆机构电动机8a可旋转地保持。随着升降筒8的升降，基座侧连杆 部4可相对于基座2升降。在基座侧连杆部4中内置有基座侧带轮4a、臂 部侧带轮4b、皮带4c。基座侧带轮4a和臂部侧带轮4b的直径比为2: 1。 臂部侧带轮4b和臂部侧连杆部5被连结轴4d连结。因此，在基座侧连杆 部4以基座侧带轮4a的旋转中心为中心进行旋转时，基座侧带轮4a和臂 部侧带轮4b的转角比、即基座侧连杆部4和臂部侧连杆部5的转角比成为1: 2。另外，基座侧连杆部4和臂部侧连杆部5的长度相等。其结果是，
在连杆机构3中，将臂部侧连杆部5和臂部6可旋转地连结的连结轴5a的 中心点(臂关节部J1)的移动轨迹被限制在规定的直线上。
臂部6通过连结轴5a与臂部侧连杆部5的前端连结，利用内置在臂部 侧连杆部5中的臂部电动机51可旋转地保持。图2中，为了方便说明，将 臂部电动机51内置在臂部侧连杆部5中，但本发明并不局限于此，例如， 既可将臂部电动机51内置在臂部6中，也可将其设置在其它任何地方。
手部7包括两个平行的上支撑框架7a和下支撑框架7b，上支撑框架 7a和下支撑框架7b分别通过连结轴6c和连结轴6d与臂部6的前端连结， 并分别利用内置在臂部6中的下支撑框架电动机6a和上支撑框架电动机6b 可旋转地保持。
驱动未图示的升降电动机、连杆机构电动机8a、臂部电动机51、下支 撑框架电动机6a和上支撑框架电动机6b的控制信号基于操作者所输入的 程序由未图示的控制器适当发送。该控制器用电缆与操纵器(机器人本体1) 相连配置，只要是不与其它装置干涉的位置，控制器可配置在任意地方。
在图3中，在本实施形态的多关节机器人1中，臂部6的回转范围被 限制在所述一侧。具体而言，如图3所示，臂部6只能在左右Q (例如(3 = 120度，该角度可根据需要自由设定)的范围内旋转。即，就图1而言，臂 部6可在与所述一侧相反的一侧的工件处理装置20侧自由旋转，但在盒子 侧一定角度以上就无法旋转。由此，臂部6的动作范围从以往的椭圆形(参 照图5)变成将一部分切去的扁平形状(参照图1)，因此，可更有效地使 用工件输送系统的设置空间。
对图1所示的多关节机器人1的机械动作进行说明。多关节机器人1 的姿势当前设为图1中右侧的多关节机器人1的姿势(实线)。首先，为 了将工件34从盒子中取出，手部7的上支撑框架7a —边保持其朝向一边 朝Y轴的正向直线移动。具体而言，臂部6通过臂部电动机51 (参照图2) 以臂关节部Jl为中心朝左(逆时针)旋转，手部7的上支撑框架7a通过 上支撑框架电动机6b以连结轴6c为中心朝右(顺时针)旋转。此时，臂关节部Ji的移动轨迹(Ji—jr)成为与卸载工件的方向正交的方向(x轴
的负向)的直线。连杆关节部J2朝连杆关节部J2，的位置折弯突出。 一旦 手部7的上支撑框架7a朝Y轴的正向移动规定距离，手部7的上支撑框架 7a便进入盒子内。在此所说的"顺时针"是指从上方看多关节机器人1时 的(参照图1)右转方向，"逆时针方向"是指从上方看多关节机器人1 时的(参照图1)左转方向。在此所说的"X轴的负向"是指从上方看多关 节机器人1时的(参照图1)左向，"X轴的正向"是指从上方看多关节机 器人1时的(参照图1)右向。
在将工件载放到手部7的上支撑框架7a上之后(参照图1中右侧的多 关节机器人1的姿势(虚线))，进行顺序与上述动作相反的动作，回到 图1中右侧的多关节机器人的姿势(实线)。作为下一作业，为了将被收 纳在左端的盒子中的工件31取出，在连杆机构3和臂部6动作、以使臂关 节部J1朝X轴的负向移动之后(成为图1中左侧的多关节机器人1的姿势 (虚线)之后)，进行与上述相同的动作。通过升降电动机(未图示)的 旋转使升降筒8沿上下方向微小升降，由此将工件载放到盒子的各搁板上。 另外，通过升降电动机(未图示)的旋转使升降筒8沿上下方向升降，可 相对于各盒子的不同高度的搁板将工件31 34适当地搬入、搬出，或相对 于工件处理装置20进行搬入、搬出。
图4是表示在工件处理装置20上装载/卸载工件的情况的图。
如图4所示，例如对于从盒子中取出的工件31， 一边使臂关节部Jl 朝X轴的正向移动一边使臂部以臂关节部Jl为中心朝左(逆时针)旋转(参 照图4中右侧的多关节机器人1的姿势(实线))，使手部7的上支撑框 架7a进入工件处理装置20内。
如上所述，采用本实施形态的工件输送系统，如图1或图4所示，即 便使盒子与4F0UP对应并加大了臂部6和连杆机构3的各部(基座侧连杆 部4和臂部侧连杆部5)的长度，也可防止连杆机构3的连杆关节部J2因 突出而与工件处理装置20和多个盒子接触。因此，可防止工件输送系统整体的大型化，进而实现空间的节省。另外，通过将臂部6的回转范围限定 在一定范围内，可更有效地使用工件输送系统的设置空间。
另外，在本实施形态中，设置在多关节机器人1的基座2上的基座侧
连杆部4的旋转中心以及臂关节部Jl相对于工件处理装置20与多个盒子
之间的中间位置位于朝多个盒子侧偏移的位置上，但这并非意味着必须始 终位于该位置。例如，也可通过使用滑动机构等来形成可在工件处理装置
20和多个盒子的中间位置与偏移位置之间往来的结构。 工业上的可利用性
如上所述，本发明可实现朝并排配置的许多盒子进行工件输送，并可 防止系统整体的大型化。
1权利要求
1. 一种工件输送系统，具有收纳工件的多个盒子、至少配置在与所述多个盒子的排列相对的位置上的工件处理装置、以及相对于盒子装载/卸载工件的多关节机器人，所述多关节机器人包括保持工件的手部；将所述手部可旋转地保持的臂部；以及将所述臂部基端侧的臂关节部可旋转地保持、并以使所述臂关节部的移动轨迹成为与所述装载/卸载的方向大致正交的方向的直线的形态进行动作的连杆机构，所述连杆机构的可旋转地保持在所述多关节机器人的基座上的基座侧连杆部和位于所述臂部侧的臂部侧连杆部被连杆关节部连结，所述工件输送系统的特征在于，所述多个盒子以与所述臂关节部的移动轨迹平行的形态并排配置，所述连杆机构的所述基座侧连杆部的旋转中心以及所述臂关节部的旋转中心相对于所述工件处理装置与所述多个盒子之间的中间位置，位于朝所述工件处理装置和所述多个盒子中的任一侧偏移的位置，在所述连杆机构的驱动下相对于所述多个盒子和所述工件处理装置装载/卸载所述工件时，所述连杆关节部朝与所述一侧相反的一侧折弯突出。
2. 如权利要求1所述的工件输送系统，其特征在于，所谓所述工件处理装置与所述多个盒子之间的中间位置，是指如下的 任一位置在将连结被所述多个盒子收纳的工件的各中心点的直线设为第一直 线、将工件处理装置背面上的与第一直线平行的直线设为第二直线时，至 所述第一直线的距离与至所述第二直线的距离相等的点的集合所构成的直 线位置；所述工件处理装置和所述多个盒子的彼此相对的面之间的中间位置； 在所述工件处理装置和所述多个盒子之间形成的所述多关节机器人的作业所需区域内的所述工件处理装置与所述多个盒子之间的中间位置；以 及所述手部朝所述工件处理装置侧所能到达的最远位置与所述手部朝所 述多个盒子侧所能到达的最远位置之间的中间位置。
3. 如权利要求1或2所述的工件输送系统，其特征在于，在所述一侧 限制所述臂部的回转范围。
4. 如权利要求3所述的工件输送系统，其特征在于，所述臂部可在与 所述一侧相反的一侧回转240度。
全文摘要
一种工件输送系统，即使在对许多盒子进行处理时也能防止系统整体变大。工件输送系统具有收纳工件(31～34)的多个盒子、配置在与多个盒子的排列相对的位置上的工件处理装置(20)、以多关节机器人(1)，多个盒子以与臂关节部(J<sub>1</sub>)的移动轨迹平行的形态并排配置，连杆机构(3)的基座(2)以及臂关节部(6)相对于工件处理装置(20)与多个盒子之间的中间位置位于朝工件处理装置(20)和多个盒子中的任一侧偏移的位置，在连杆机构(3)的驱动下，连杆关节部(J<sub>2</sub>)朝与一侧相反的一侧折弯突出。
文档编号B25J9/06GK101454125SQ20078001987
公开日2009年6月10日 申请日期2007年11月26日 优先权日2006年11月27日
发明者北原康行, 改野重幸 申请人:日本电产三协株式会社