附图简介
参考附图,本发明前述各方面及其它的特征将在下文得到阐明,其中:
图1显示了结合了本发明的特征(根据一个示例性实施例)的衬底处理装置以及衬底传送容器C的示意图;
图2显示了图1所示的处理装置的衬底传送装置的透视图;
图2A显示了图2所示的衬底传送装置的另一个透视图,其中为了清楚显示而移除了一些部分;
图3显示了衬底传送装置的平面图;
图3A显示了衬底传送装置的放大了的局部平面图;
图4A-4B分别显示了衬底传送装置的分解透视图(显示了传送装置的驱动系统部分);
图5A-5B分别显示了传送装置支撑结构体(带有位于其中的、传送装置驱动系统的线性驱动支架)的透视图和传送装置支撑结构体的另一个透视图(移除了驱动支架);
图5C显示了图5A所示支撑结构体的正视截面图;
图5D显示了支撑结构体的以及图5A所示的一部分线性驱动支架的放大了的局部截面图;
图6A显示了图5A所示支撑结构体的俯视平面图,显示了支撑结构体的安装系统;
图6B显示了图5A所示支撑结构体的放大的局部透视图;
图7显示了上臂以及图2所示衬底传送装置的驱动系统的一部分的透视图;
图7A显示了图7所示上臂的截面图;
图7B-7C分别显示了图7所示上臂的俯视图以及图7所示上臂的仰视图;
图8显示了图7所示上臂部分和一部分驱动系统的俯视平面图;
图9显示了图2所示衬底传送装置的驱动系统模块的透视图;
图10显示了图2所示衬底传送装置的前臂的透视图;
图10A显示了图10所示前臂的俯视平面图;
图11显示了图10所示前臂的截面图;
图11A显示了位于前臂肘关节处的轴杆系统的局部截面图;以及
图11B显示了位于前臂腕关节处的轴杆系统的局部截面图。
优选实施例详述
参考图1,其显示了结合了本发明的特征的衬底处理装置10的透视图。尽管将参考附图中所显示的实施例来描述本发明,必须认识到,本发明可以在许多供选择的形式的实施例中具体化。另外,任何合适的尺寸、形状或者元件或材料的类型都是可以采用的。
在图1中所示的实施例中,显示了装置10(只是出于举例目的),其具有一般的衬底批处理工具结构。在可选实施例中,该衬底处理装置可以具有任何其它合适的结构,其作为本发明的特征将在下文得到详尽的描述,这些特征同样适用于任何衬底处理工具结构,包括用于个别衬底处理的工具、储料器、分类机、度量工具或者其它所希望的工具。装置10也许能够装卸并处理任一所需类型的扁平面板或者基板(例如200mm或300mm的半导体晶片)、半导体包装衬底(例如高密度互联部件)、半导体制造工序成像板(例如掩膜或丝网)和用于平板显示器的衬底。装置10一般可以包括前部部分12和后部部分14。前部部分12(这里用术语“前”以方便标识出示例性参考的框架,并且在可选实施例中,装置的前部可以建立在装置的任一侧上)具有系统(如下文所详尽描述的那样),该系统提供允许衬底从FAB进入到装置10内的接口。前部部分12一般也具有外壳16和自动化部件,该部件位于外壳中,处理后部部分14和与外部具有接口的前部部分之间的衬底。后部部分14连接到前部部分的外壳16上。装置的后部部分14可以具有受控大气(例如真空、惰性气体),并且一般包括用于处理衬底的处理系统。例如,后部部分一般可以包括带衬底传送装置的中央传输室以及用于在装置内对衬底执行所希望的制造加工(例如蚀刻、材料沉淀、清洗、烘烤、检查等)的外围处理模块。如上文所指出的那样,在可选实施例中,装置的后部部分可以构造成分类机、储料机或者其它所需要的加工或处理工具以对衬底进行处理。在制造中,可以将衬底传送到容器L的处理装置10中。容器L可以设置在前部部分接口的邻近处上或邻近处中。利用前部部分中的自动化元件,可将衬底从容器通过接口传送到前部部分12中。接着可以将衬底通过负载锁(loadlock)14L传送到大气受控的后部部分以在一个或多个处理模块中进行处理。接着可以将处理过的衬底以基本相反的方式返回到前部部分12,然后送到用于将其运走的传送容器F中。
前部部分12(或者可以称为环境前端模块或EFEM)可具有外壳(housing)或外罩(casing),该外壳或外罩限定了受保护的环境或微环境,在该环境中,该衬底可以被接近并处理,且在FAB内传送衬底的传送容器T和在后部处理部分14中提供通往受控环境的入口的装载锁14L之间,其潜在的污染是最小的。负荷端口或负荷端口模块24(有两个显示在图1中以作为示例,但是可以使用更多或更少的模块)位于前部部分的一侧或多侧上,提供位于前部部分和FAB间的接口。负荷端口模块可以具有可关闭的端口300,其形成了在EFEM内部和外部之间的可关闭的接口。如图1所示,负荷端口模块可以具有用于衬底传送容器C的支撑区域。也有可能在支撑区域下方提供第二支撑区域,其中传送容器可以暂时被缓冲。传送容器支撑区域可以允许支撑其上的传送容器C自由移动到最终的或者停驻的位置。
如同上文所指出的那样,装置10的前部部分可以具有自动化部件以实现在传送容器C(其与装置具有接口)与位于装置的前部部分或后部部分中的不同的处理站之间的工件传送。现在再参考图2,装置10可以在前部部分12中具有工件或者衬底传送装置20,并且其可及范围足够将衬底拾取/放置到容器C和前部部分12及后部部分14内的任何所希望的站中。例如,传送装置20可以通过可关闭的开口300延伸以拾取/放置位于(一个或多个)容器T内部的衬底。传送装置20也可以延伸以拾取/放置位于装载锁14L内的衬底。因此,传送装置20可以从容器中取出衬底并传送衬底以将其放置在装载锁14L内,反之亦然。传送装置20一般具有支撑结构体或者说基座22、可移动的臂24和驱动系统26。驱动系统26连接到支撑结构体22上而可移动的臂24可操作地连接到驱动系统26上,这使得驱动系统可以移动该臂。支撑结构体26将传送装置20连接到装置10的前部部分12上。装置10的前部部分12可以具有横移器件(traverser)(未显示),其带有可以相对于前部部分而横向地穿过的载架(carriage)--沿图1箭头X指向的方向。在这种情况下,可以把支撑结构体22连接到横移器件的横的载架上。备选地,前部部分可以不具备横移器件,其中支撑结构体可以连接到前部部分的结构体上。传送装置支撑结构体可以具有刚性的脊状负荷轴承部件。支撑结构体可以具有用于安装到前部部分上的侧面安装装置。该支撑结构体的侧面支架依赖于支撑结构体的刚性的脊状部件的侧部,这将在下文得到详尽描述。该侧面支架限定了运动学上的联接,其使得传送装置是可互换的。可移动的臂24具有用于支撑(一个或多个)衬底的铰接链节和(一个或多个)端部受动器。驱动系统26具有独立的驱动器,其连接到可移动的臂上以在R、θ和Z方向上移动臂端受动器(如图1使用箭头R、θ和Z所示)。如下文所详尽描述,驱动系统的Z向驱动部分可以集成到脊状部件中。驱动部分也可以具有可再次移动的驱动模块,其可以从一些不同的可互换的驱动模块中选择,以选出驱动系统的驱动结构。并且如下文所述那样,该可再次移动的模块可以与另一可互换的模块交换,以改变驱动系统的独立的驱动轴线的数量,并从而再次设置驱动系统。这也允许可移动的臂得到重新设置。该可移动的臂可以安装在转塔(turret)上。该转塔以及铰接式臂的链节之一可以形成一个整体件,这将在下文得到进一步描述。可以将可选的驱动模块可拆除地安装到有转塔的臂链节的臂部分上。
图2A显示了衬底传送装置20的另一透视图,其中端口为了清晰显示移除了一些装置。图3是装置20的平面图,图4A-4B分别是装置的分解透视图(其中臂26从支撑结构体22中分解出)以及另一分解透视图(其中臂链节和一部分驱动系统以分解的形式显示)。在该示例性实施例中,链接式的26作为选择性顺从关节机器手臂类型的臂而显示,其带有上臂28、前臂30和端部受动器32A、32B。在可选实施例中,铰接式臂可以是任何合适的类型,并且可以具有较多或较少数目的端部受动器。如同图2-2A所示,上臂26枢轴式地安装(如下文所详细描述)以相对于支撑结构体22围绕肩部轴线T1转动。将上臂26枢轴式地安装到支撑结构体22上,这形成了肩关节27。将前臂30枢轴式地安装到上臂28上。在前臂30和上臂26间的枢轴式关节29可以看作是肘关节,其具有相应的转动轴线T2。将端部受动器32A、32B在腕关节31处枢轴式地安装到前臂30上,其具有转动轴线W(见图2)。如上文所指出的那样,示例性实施例中的驱动系统26可以具有Z向驱动部分34、肩部轴线或者说T1轴线驱动部分36和驱动部分38,用于围绕一个或多个转动轴线驱动一个或多个臂链节(如下文所述)。在示例性实施例中,Z向驱动部分34和T1驱动部分安装到支撑结构体22上。驱动部分38安装到臂24上。
仍然参考图2,其显示了支撑结构体22并且环境罩27C包裹着支撑结构体。支撑结构体22最好地显示在图5B中。支撑结构体22一般包括脊状部件42和端部盘44、46。脊状部件42基本上延伸过支撑结构体22的整个长度。如图所示,端部盘44、46连接到脊状部件42对面的端部上。在该实施例中,支撑结构体22为单体横造或者半单体横造结构(也即,由脊状部件42形成的壁或外壳为负荷轴承并且承受着作用到支撑结构体上的负荷)。如图5B所示,脊状部件42具有延长的、大致为沟道的形状。脊状部件具有后侧42以及反向的法兰壁42W以形成沟道形状并限定在脊状部件(如图显示的那样从后侧伸出)里的内部空间。在该实施例中,该脊状部件42是单一的结构(也即单块部件)。脊状部件可以以任何其它合适的方式从合适的金属锻造、铸造或塑造而来,例如不锈钢或者铝合金。在可选实施例中,脊状部件可以由任何其它合适的材料制造,这些材料包括塑料、陶瓷或复合材料。与空间框架结构(定义了类似的内部空间作为脊状部件42)相比,脊状部件是相当刚性的。现在还参考图5C,其显示了支撑结构体22的截面。如同图5C所示,利用大致的兔关节(rabbit joint)构造将端部盘44、46连接到与脊状部件42相对的端部。
端部盘44、46有利于限定支撑结构体的内部空间,其具有足够的尺寸以包围驱动系统的多个部分和铰接式臂的转塔。端部盘46中的至少一个可以提供用于元件的安装平台,例如电子产品包装E,其支撑例如电源和用于驱动系统26的通讯信号。然而,当基本上传送装置20的所有静态和动态负荷被最终传送到脊状部件并被其承载时,脊状部件42作为主要的负荷轴承部件。此外,如下文所进一步描述的那样,驱动系统26和臂24由其中获得的支撑直接地从刚性的脊状部件中建立起来。形成主驱动轴线(例如图1所示的肩部轴线T1和Z驱动轴线,其限定了衬底传送平面的空间方位角(attitude),并且沿着其端部受动器32A、32B的R、θ运动受到引导)的驱动系统部分集成在脊状部件中。从而使支撑结构体22的刚性的脊状部件42在静态和动态的装载中(由驱动系统和臂的运动施加,或者如果传送装置20安装到横移器件上时,由横移器件的运动施加)刚性地相对于彼此而固定了主驱动轴线。
如图5B所最佳地显示,用于驱动系统Z向驱动部分的线性轨道26R与脊状部件42集成到一起。线性轨道26R是用于驱动系统Z载架50的台板(platens)26P的导向轨道(也见于图5A)。从而使轨道26R有利于限定Z轴线的取向,而载架50可以沿着该轴线移除。在该实施例中,线性轨道26R位于脊状部件42的后侧42S上,尽管在可选实施例中,轨道可以放置在脊状部件的任一其它所需位置上。同样,在该实施例中,轨道26R固定到脊状部件42上。轨道可以利用任何合适的机械紧固件而固定到脊状部件上,或者利用铜焊、焊接或任何合适的金属的或化学的结合形式来连接。在该实施例中,脊状部件的后侧42S可以具有基座表面42M(也见于图5L,其显示了支撑结构体22的截面图),当安装到脊状部件42时,在该表面上设有线性轨道26R。基座表面42M可以通过例如加工或其它的合适的成型法来成型,以使基本彼此相互平行(例如左侧和右侧基座表面42M是基本上平行的,或者假如需要的话是基本上共面的),并且与Zs轴线相平行(由脊状部件限定,见图5C),下文将对其进行描述。在可选实施例中,该滑动轨道可以整体性地形成在单一的结构脊状部件上。
仍然参考图5B-5C,同时也参考图5D(其显示了支撑结构体22和驱动系统26的放大的局部截面图),脊状部件42具有轴环(collar)48。在该实施例中,轴环48与单一的结构脊状部件42形成一个整体。如图所示,轴环48位于脊状部件的后侧42S上。如图5B所示,轴环48可以位于这两条线性轨道26R的大致中心的地方。在可选实施例中,可以将轴环设在脊状部件上的任意其它所需位置上。轴环也可以利用适当刚性的附件而机械地连接到脊状部件上。如图5B-5D所示,轴环48支撑并提供用于驱动系统26的Z向驱动部分的基础支撑。从而通过一体化的轴环48将驱动系统的3-驱动部分结合到脊状部件42S中。如上文所指出的那样,且如图5C-5D所最佳地显示,在该实施例中,驱动系统26具有Z向驱动部分34,其是线性驱动器,一般包括驱动电动机54的滚珠丝杠52。在可选实施例中,驱动系统可以具有任何其它所需要类型的提供Z轴线驱动的线性驱动器。电动机54可以是任何合适的电动机,例如无刷DC电动机、AC电动机或步进式电动机。滚珠丝杠52可以与电动机的输出轴联接或者具有延伸进入电动机的轴杆扩展部52E,电动机转子54R安装在该轴杆扩展部上(如图5D所示)。Z驱动电机54可以具有合适的编码器54E,其安装到电动机轴杆或者轴杆扩展部上以利用工具控制器400来促进所需要的电动机的控制(也见于图1)。
如图5D所示,轴环48具有带中心轴线Zs的钻孔48B。通过合适的轴承53,滚珠丝杠52沿径向容纳于孔46B中。因此,滚珠丝杠52在轴环中与孔48B同心,并且滚珠丝杠的中心轴线,或者当被电动机54转动时由螺钉提供的运动的Z轴线在轴环48中基本与钻孔48B的中心轴线Zs一致。因此,钻孔中心轴线Zs限定了Z向驱动部分34的运动的Z轴线。此外,当线性轨道26R基本平行于Zs轴线建立起来时(如上文所述,形成于基座表面42M到轴线Zs的平行性,而该Zs轴线基本上也是滚珠丝杠52的中心轴线),并且当轨道26R和滚珠丝杠52都被支撑在共同的刚性的脊状部件42上时,这保证了在轨道26R(因此,Z载架50骑在轨道上)和在Z轴线上驱动Z载架50的滚珠丝杠52之间在开始时建立起来的平行状态在任何时候都得以保持。在传送装置20的运转中,在驱动系统26和支撑结构体22上的静态和动态负荷将不会引起滚珠丝杠和轨道间的对齐的任何变化,因此也不会引起在Z轴线和转动T1的肩部轴线(由载架50定义,将在下文作进一步描述)之间的对齐的变化。因此,如上文所指出的那样,驱动系统的运动T1、Z的主轴线(限定衬底传送平面的空间方位角)保持在基本刚性的定向。如图5D所示,通过合适的支撑环51将滚珠丝杠52竖直地锁定到轴环48上。在所显示的实施例中,轴环48可以延伸以形成用于电动机54的外壳。电动机静子54S可以安装在轴环的钻孔48B的内部。在可选实施例中,Z驱动电机可以位于分开的外壳中(其又由脊状部件支撑),使得电动机相对于脊状部件的滚珠丝杠支撑轴环的位置被基本上刚性地保持。如图5C所示,滚珠丝杠52的上端受到端部盘44的支撑。合适的轴承将滚珠丝杠的端部连接到端部盘44上。在该实施例中,端部盘44具有保持滚珠丝杠的端部和支撑轴承的钻孔或凹部。形成端部盘中的钻孔可以与滚珠丝杠同心、对齐轴线Zs。在可选实施例中,可以可动地调节该凹部或者任何其它用于在端部盘上部支撑架滚珠丝杠的端部的保持座架以与滚珠丝杠同心。
如图5C所示,脊状部件的后侧42S具有安装系统60,其用于将传送装置20安装到处理装置10的前部部分12上(例如直接安装到前部部分或横移器件的结构体上)。位于脊状部件侧面上的安装系统60充当将传送装置20连接到横移器件/前部部分结构体的单独的支架。在传送装置的运行中,由于驱动系统部件之间的高度刚性的结构体对安装系统60的张紧,因此,可能如所认识到的那样有助于保持驱动轴线的对齐,并且因此有助于传送装置的衬底传送平面的对齐。安装系统60可以包括运动学的联接部,其对于把支撑结构体22、并因此而把装置20定位在所需位置上以及定位在相对于前部部分12的参考框架的所需方向上来说是决定性的。如可以认识到的那样,安装系统60的由位置决定的特征可以建立起来,以具有与传送装置的Z轴线和T1轴线(见图1)的所需关系(如下文进一步所示,定位T1轴线可以关于或基于ZS/Z1轴线,并且结合例如位于建立轴线T1的驱动部分38和安装系统60之间的脊状部件42的介入结构的高度刚性,这可以允许设置相对于ZS/Z1轴线的决定性特性以确保当装置20被安装时,T1轴线相对于前部部分的参考框架位于所需要的位置上)。为了设定安装系统60相对于驱动系统26的所需轴线(例如Z轴线、T1轴线)或相对于衬底传送平面的决定性特征,在2005年6月15日提交的序号为11/154,787的美国专利申请中(本申请参考引用了该专利的全部内容)公开了合适的示例。相应地,安装系统60的由位置决定的特征(在不同的与装置20类似的传送装置上)可以在与每一个这样的装置的驱动轴线所需的已知关系中重复地建立,以使在不同的装置之间基本没有显著的变化。在该实施例中,安装系统60具有上部支撑架62和下部安装支持部64。图6A显示了支撑结构体的俯视平面图并显示了支撑架62和下部支持部64的俯视图。图6B显示了放大的支撑结构体22的局部透视图,其中该下部支持部64局部可见。安装系统的上部支撑架62和下部支持部64的结构只起示例性作用,并且在可选实施例中,支撑结构体安装系统的支架可以具有任何所需要的结构。在该实施例中,上部支撑架62和下部支持部64一般是法兰,其可以与单一的结构脊状部件42形成一个整体。上部支撑架62和下部支持部64为悬臂式(从脊状部件42的后侧42S向外)。如图5D所最佳地显示,上部支撑架62和下部支持部彼此竖直偏移。上部支撑架和下部支持部间的竖直偏移距离可以设置,使得驱动部分26的CG和可移动臂24组件可以锁定在上部支撑架和下部支持部之间,而不必管可移动的臂24和载架55的Z向位置。如图5C所示,在该实施例中,上部支撑架具有基座表面62S。基座表面62S可以置于支撑架法兰中的凹部的62R里。凹部62R可以调整尺寸以容纳前部部分结构体的配合支撑部(未显示)的匹配部分(未显示)中。上部支撑架也可以具有由位置决定的特征,例如销62P(其可以由合适的紧固件提供)。销62P可以在前部部分12的配合支撑部(未显示)与孔或者槽(未显示)接触,以在X方向或Y方向或者两个方向上都限定和锁定装置20的位置。如图5C和图6A所示,下部支持部64可以具有竖直的接触表面64S。该接触表面64S可以邻接位于前部部分结构体上的配合表面(未显示)以在Y方向上限制装置20。下部支持部也可以具有决定位置的销64P1、64P2(例如也可由合适的紧固件形成)。定位销64P1、64P2可以位于下部支持部的相反端上,如图6A所示,或者位于任何其它所需要的位置上。通过将容纳孔接合到前部部分12的配合结构体(未显示)中,销64P1、64P2可以用于在Z方向上锁定该装置。如可认识的那样,位于定位销62P、64P1、64P2和配合结构体之间的接口可以构造成避免产生任何过度的限制。相应地,定位销62、64P1、64P2协作(提供3个点)以相对于前部部分参考平面而限定装置20的座架平面。
再次参考图5C-5D,驱动系统26的Z向驱动部分34具有载架50。载架50具有框架、底盘或者外罩70。如先前所述,台板26P(也见于图5B)连接到载架外罩70上,允许载架沿着轨道26R(沿着装置的Z轴线)滑动。如图5C所示,载架外罩70也可以连接到滚珠丝杠滑道56上。如可以认识到的那样,由电动机54驱动的滚珠丝杠52的转动导致滚珠丝杠滑道56(其受到可转动的支撑,被外罩70固定)在轴向上沿装置Z轴线的滚珠丝杠移动。载架外罩70于是沿着Z轴线受到滚珠丝杠滑道56的推动力作用。如同上文所指出的那样,在该实施例中,驱动部分34(围绕T1或者肩部轴线驱动转动)安装在载架50上。驱动部分34可以包括电动机72和轴杆组件74。该实施例中的电动机T2可以被遮盖起来或以其它方式位于载架外罩70的内部。在可选实施例中,电动机电源在T1轴线转动中可以以任何其它所需的方式安装到Z轴线载架。电动机72可以是任何合适的电动机,例如无刷DC、AC或步进式电动机。在该实施例中,电动机静子72S固定地连接到外罩70上。电动机转子72R固定地安装到轴杆组件74的轴76上。轴杆组件74一般包括轴76、(一个或多个)轴承78、滑环80和编码器82。在该实施例中,如图5D所示,轴杆组件74也位于载架外罩70内。在可选实施例中,轴杆组件可以具有任何其它合适的安装装置。通过轴承78,轴76可转动地支撑在外罩70内,并且因此(如图所示),建立起了与轴杆的轴线的对齐。外罩70具有钻孔70B,其在压力配合中容纳轴承78。如可以认识到的那样,外罩70空间方位角可以控制,例如通过合适的调节装置,例如使用位于外罩和台板26P之间的可变垫片,于是钻孔中心线与框架结构体22的ZS轴线(或装置的Z轴线)平行或者就是它。可以使用固定物以设定载架钻孔中心线的对齐--如同在上述的序列号为11/154,787的美国专利申请中所述的那样--以提供与装置20类似的不同的传送装置的可重复的对齐。通过轴承78,轴74安装在外罩70中,因此,其与钻孔中心线对齐,并且因此基本与装置的Z轴线平行。轴76的转动轴线为转动T1的肩部轴线,并且如上所述,转动轴线T1依赖于Z轴线(臂的线性位置的轴线)而建立。此外,这里可再次认识到,如果装置位于横移器件上,在装置20的运动或横移器件(未显示)的运动中产生的静态和动态的负荷条件将不会导致T1轴线和Z轴线之间的明显的错误对齐,因为这些轴线的对齐由共同的刚性部件设置;支撑结构体的脊状部件42(也即T1轴线直接取决于脊状部件,而Z轴线由脊状部件限定,如上文所述)。这确保装置端部受动器32A、32B(见图2)的所有运动(Z、θ、R)始终都是可预测和可重复的。编码器82可以安装到轴76上,并且可连通地连接到控制器40D(见图1)上,以提供电动机72的所需控制。轴76可以是中空的。滑环80可以安装到轴76上。滑环连接到合适的电源上,而信号耦合到外罩70上以给臂24上的装置提供能量和信息。如图5D所示,轴杆组件74也可以具有气动供给管路84。该气动供给管路84可以延伸穿过轴76的内部到达进给端口。外罩70可以具有合适的气动联接部,其与轴杆组件上的进给端口匹配,到达气动供给部并允许轴76的连续的转动(因此而允许臂围绕肩关节轴线T1的连续转动)。
再次参考图4A、4B,臂组件24安装到载架50上。尤其臂组件24的臂28安装到安装在载架50中的轴76的端部76E上(也见于图5D)。图7显示了臂组件24的上臂28的透视图。图7A是截面图,而图7B和图1C分别为所示上臂28的俯视图和仰视图,在该实施例中,该上臂具有下部部分或转塔84以及上部部分86。转塔84具有中空的、大致圆柱形的形状。如图所示,上部部分86依赖转塔84。上臂28为单块部件(或者也可以当作是一体化结构)并且转塔84和上部部分86整体地形成在一体化结构的上臂28中。上臂28可以通过铸造、锻造或任何其它合适的构造过程来形成。上臂可以由金属,例如铝合金、不锈钢或者例如塑料陶瓷或复合材料的非金属材料制成。在可选实施例中,转塔和上臂的上部部分可以具有任何其它合适的形状。见图7B所示,该上部部分在顶部86T中具有通道或孔86A。该通道86A可以具有任何合适的形状,并且可以调整尺寸以允许操作人员容易接近在上臂28中的部件(下文将进一步描述)。转塔84也可以具有形成于其中的通道84A,用于接近转塔84内部的部件。在该实施例中,显示转塔84的通道84A位于转塔的侧面上,大致地与上部部分86伸出转塔的方向相反。在可选实施例中,转塔中的(一个或多个)通道可以位于在任何所需要的(一个或多个)侧面上,以用于接近转塔内部的部件。如图7B所示,转塔84可以具有其它(一个或多个)开口84H以露出(lighten)转塔或用于所需要的接近。可以安装外盖28C(见图4A)以关闭转塔84。转塔84的底部端部84L可以具有安装毂或安装联接部84H以在载架50内将上臂连接到T1转动轴76的端部73E上。如图7A和图7C所最佳地显示,转塔84的安装联接部84A具有安装表面,其设置成大致地符合轴76的端部76E的形式(也见于图5D)。当安装到轴76上时,转塔84在上端部盘44中延伸穿过开口44D(也见于图5C和图6A)进入由支撑结构体22限定的空间22S(见图5A)。通过合适的紧固件将转塔联接部84H连接到轴76的端部76E上,该紧固件能够将剪切负荷和轴向负荷穿过转塔传送到轴杆联接部。上臂28显示在其图4B中的安装位置上。上臂部分86位于端部盘44的上方。如可认识到的那样,通过轴76,上臂28可以围绕轴线T1连续转动(见图2)。一体的结构上臂28连同整体的转塔84和上臂部分86消除了耦合连接,简化可移动的臂26的组装。此外,具有大得多的扭转区域的转塔84(与轴76相比)使T1驱动部分电动机74能够安装在支撑结构体内的低处(例如在Z载架内部),以在装置座架上获得较低的装置66并减少倒转力矩,并同时保持较短的驱动轴76,以减少轴的柔性并改善臂的移动精确性。
如图4B所示,驱动系统26具有驱动模块38,其可移除可连接到臂24。驱动模块38与一些基本驱动模块38A(示意性的显示在图4B中)是可互换的,这些驱动模块具有不同的驱动特征,下文将对这些特征进行详细的描述。驱动模块38最佳地如图9所示。该驱动模块38一般具有外罩90和电动机簇92。该电动机簇92位于外罩90中。外罩90将驱动模块38安装到上臂28的部分86上(也见于图8,其是上臂部分86的平面图)。在示例性实施例中,电动机簇92包括三(3)个电动机组件94A、94B、94C。在可选实施例中,电动机簇可以具有或多或少的电动机组件。驱动系统的其它可互换的模块38可具有电动机簇92A,其带有两(2)个或一(1)个与组件94A、94B、94C类似的电动机组件。在该实施例中,每一个电动机组件94A、94B、94C都是基本类似的。因此,该电动机组件94A、94B、94C本身是可互换的。由于电动机组件94A、94B、94C基本类似,下文将具体参考电动机组件94A对电动机组件进行更详尽的描述。电动机组件94A具有电动机96A和轴杆98A。电动机96A可以是无刷DC、AC电动机或步进式电动机,或任意其它合适类型的电动机。电动机组件94A可以作为整体单元从外罩90移除。在可选实施例中,可以将电动机和轴杆分别地从模块外罩移除。如图所示,电动机组件94A、94B、94C安置在模块外罩90中。在该实施例中,外罩90可以具有用于每一电动机组件94A、94B、94C的外壳90A、90B、90C。例如,外罩90可以具有用于T2电动机组件94A的电动机组件外壳90A(也即,如图2所示,用于围绕T2/肘部轴线驱动独立的转动的电动机组件94A)、用于W1电动机组件94B的外壳90B(例如如图2所示,用于围绕W1/腕部轴线驱动独立的转动的电动机组件94B)以及用于第二W1电动机组件94C的外壳90C(也即用于围绕W1/腕部轴线驱动第二端部受动器独立的转动的电动机组件94C)。在可选实施例中,模块外罩可以成型以形成用于电动机簇的电动机组件的共用外壳,或者可以具有任何其它所需设置。如可以认识到的那样,在其它类似模块38A的可互换的模块中(其具有较少的电动机组件,以用于独立地围绕较少的转动轴线而驱动独立旋转),一个或多个类似外壳90A-90C的外壳可以不具有位于其中的电动机组件。例如,在驱动模块38A不带第二W1电动机组件的情况下,用于遮盖第二W1电动机组件的电动机组件外壳(与外壳90C类似)是空的。在可选实施例中(其中,电动机簇具有多于三个的电动机组件,这里只是出于举例的目的),模块外罩可以设有更多的电动机组件外壳。在其它可选实施例中,模块外罩可以具有设在驱动模块中的针对电动机组件数量的外壳。因此,例如针对三个电动机组件就有三个相应的外壳,针对两个电动机组件就有两个相应的外壳,以此类推。在这种情况下,模块外罩以及因此该模块将仍然是可互换的;每一不同的可互换模块的模块外罩都具有类似的普遍结构和用于将模块安装到上臂28上的安装特征。
如同从图4B可以认识到的那样,通过选择带电动机簇92、92A(具有所需数量的电动机组件)的模块38、39A对可移动的臂组件24的结构进行选择,以为臂提供所需数量的独立转动的轴线。例如,所示的可移动臂26具有(除轴线T1和轴线Z之外)三(3)根独立的转动轴线(例如,前臂链节30围绕轴线T2的独立转动,两个端部受动器32A、32B围绕腕部轴线W1的独立转动)。相应地,为了给臂组件26提供三(3)根独立的转动轴线,驱动模块38被选择以用于安装。假如需要为可移动的臂26提供两根或一根独立转动轴线,那么可互换的驱动模块38A可以选择带具有相应数量的电动机组件的电动机簇92A,以用于安装在上臂28内。
如以前所指出的那样,附图所示的模块外罩90的结构只是作为示例,而在可选实施例中,模块外罩可以具有任何其它所需要的结构。外罩90可以具有安装法兰90F,用于将模块38、38A连接到上臂28上。在该实施例中,安装法兰向外伸出并限定基座表面90S(见图9),其与位于上臂的转塔84内的共形的(conformal)配合表面86S(见图7A)重叠。如可以从图7A和图9所认识到的那样,以及部分地如图7所示,当安装到上臂上时,驱动模块38位于上臂的转塔84内。在可选实施例中,模块外罩可以具有任何其它所需结构的安装特征。当安装到上臂28内部时,电动机簇轴杆98A-98C的轴杆端部位于上臂部分86内。如图9所示,在该实施例中,将模块外罩外壳90A-90C相对于安装法兰90F竖直地错开排列。外壳90A-90C的竖直交错安排决定了在相应的轴杆98A-98C的端部上的锯齿状的滑轮110A-110C(见图8)的位置,其处在相同的竖直间距上以允许每一滑轮与相应的变速器112、114、116连接。因此如以前提出的那样,模块38、38A的基本完全相同的电动机组件94A、94B、94C是完全可互换的,并且可以彼此互换,且每一个都可以位于任意的外壳90A、90B、90C中,而不会存在差异和改变。该实施例中,轴滑轮110A、110B、110C的每一相应的端部的间距(在相应的外壳90A、90B、90C的顶部之上)都是相同的。如图9所示,在该实施例中,用于T2电动机组件94A的外壳90位于最高处,用于W1电动机组件94B(驱动端部受动器32A)的外壳90B位于中间,而用于第二W1电动机组件94C(驱动端部受动器32B)的外壳90C位于最低处。
现在参考图8,其显示了上臂28的俯视平面图。如图8所示,共轴的轴杆组件40安装到上臂28的外端上。如上文所指出的那样,通过共轴轴杆组件40将前臂30枢轴式地安装到上臂28上。共轴轴杆组件限定了旋转运动T2的肘部轴线。图10-10A分别为前臂30的透视图和俯视平面图。同时参考图11-11A,其分别显示了前臂30的截面图和共轴轴杆组件40的截面图。如图11A所最佳地显示,该实施例中的共轴轴杆组件40包括三根同心的轴124、126、128。轴124、126、128通过合适的轴承B分别地沿径向支撑在大致嵌套的装置中。通过轴承BB,外轴124被沿径向支撑在上臂中。W轴线的轴杆组件40的轴124、126、128可以围绕旋转运动T2的公共轴线转动。在可选实施例中,共轴轴杆组件可以具有或多或少的共轴轴杆。如图11A所示,外轴124固定到前臂30上,以便前臂和轴124围绕轴线T2作为整体单元而转动。外轴也具有固定于其上的用于变速器112的惰轮112P(尽管可以使用任何合适的变速器,在该实施例中使用可无限循环的变速器)。惰轮112P和轴杆124作为一个单元而转动。中轴126具有固定于其上的惰轮114P。在该实施例中,中轴126作为单块部件而显示,其带有一体化的滑轮114P,尽管在可选实施例中,惰轮可以以任何合适的方式固定到轴线上。惰轮114P是变速器114的一部分,在该实施例中,变速器114也是无限循环型的。中轴126在其上端部处牢固地连接到中间的转移滑轮120P上。因此,轴126和滑轮固定于其上,惰轮114P和转移滑轮120P作为整体单元而转动。在惰轮和转移滑轮间的减速比大约为2∶1,不过可以使用任何所需要的比率。内轴128具有固定于其上的用于变速器116的惰轮116P。轴128也可以是带有一体化的惰轮116P的单块部件。轴128具有如图所示,固定到其上端的转移滑轮122P。因此,轴128和固定于其上的滑轮116P、122P作为整体单元而转动。如图8所最佳地显示,在电动机簇中,通过变速器皮带112、114、116,电动机组件各自的驱动滑轮110A、110B、110C连接到轴杆组件40的相应的滑轮112P、114P、116P上。驱动滑轮110A通过皮带112连接到滑轮112P上,驱动滑轮110B通过皮带114连接到滑轮114P上而驱动滑轮110C通过皮带116连接到滑轮116P上。皮带张紧器150A、150B、150C安装到上臂28上以提供并保持变速器皮带上的所需张紧,这将在下文作进一步描述。因此驱动滑轮110A(在电动机组件94A上)围绕轴线T2转动前臂30而驱动滑轮110B(在电动机组件94B上)围绕轴线T2转动转移滑轮120P,并且驱动滑轮110C(在电动机组件94C上)围绕轴线T2转动转移滑轮122P。在所示实施例中,驱动滑轮与惰轮的直径比约为1∶4,不过可以使用任何合适的比率。
仍然参考图10-10A和图11,转移滑轮120P、122P分别由变速器120、122连接到相应的惰轮120I、122I和共轴轴杆组件140上。如图11所最佳地显示,共轴的轴杆组件140由位于前臂30上的合适的轴承来支撑。在图11B中显示了共轴轴杆组件140的截面图。共轴轴杆组件140具有同心的外部轴杆和内部轴杆142、144,它们被可转动地支撑以围绕旋转运动W1的公共轴线转动。轴142、144可以设有滑环及贯穿的气动进给部,使得轴可以连续转动。外轴142具有用于变速器122的固定于其上的惰轮122I,因此轴和惰轮作为整体单元而转动。下端受动器32B固定到外轴142上,因此端部受动器32B和轴142也作为整体单元而转动。内轴144如同惰轮120I,用于变速器120且固定于其上,因此轴和惰轮作为整体单元而转动。上端受动器32A固定到内轴144上以与轴杆作为整体单元而转动。如图10和图11所示,在该实施例中,分别将转移滑轮120P连接到惰轮120I上以及将转移滑轮122P连接到惰轮122I上的变速器120、122是无限循环变速器。在可选实施例中,可以使用任何合适的变速器。在转移滑轮120P、122P和惰轮120I、122I间的减速比可能约为1∶2,不过可以采用任何所需要的减速比。如图10A所示,张紧件120T、122T安装在前臂中并相对于变速器皮带120、122偏置,以产生所需的皮带张紧。现在又参考图3A,其显示了可移动的臂24和位于其上的驱动系统部分的俯视平面图。
图3A显示了驱动模块38的电动机组件94A、94B、94C,分别为了通过变速器112来驱动T2轴线转动并且通过变速器114、116及次级变速器122、120来驱动两个端部受动器32A、32B的独立的绕W1轴线的转动而连接。如可以认识到的那样,如果带有较少电动机组件的驱动模块38A安装在驱动系统内,例如具有与组件94A、94C类似的组件(用于T2轴线转动和单独的W1轴线转动)和不具备类似于组件94B的电动机组件(也即,没有第二独立的W1轴线转动),那么相应地较少的变速器会位于臂中。例如,假如驱动模块不具备与组件94B类似的电动机组件,那么变速器114和120将不会安装到臂内。因此,一个类似端部受动器32A的端部受动器将不能独立围绕轴线W1转动或者从臂上移除。因此,通过选择待安装在驱动系统内的驱动模块38、38A,臂结构是可选的。
仍然参考图3A、图8和图10,并且如同上文所指出的那样,通过相应的皮带张紧器150A、150B、150C、120T、122T张紧各变速器112、114、116、120、122。在该实施例中,张紧件150A、150B、150C、120T、122T基本上是类似的,因此,在下文通过专门参考张紧件122T对其进行描述(如图10A所最佳地显示)。在可选实施例中,任何合适的张紧件结构都可使用。张紧件122T一般包括辊子160,其枢轴式地安装在可移动基座162上。在该实施例中,尽管可以设置任何合适的可移动基座,基座162是钉住在一端上的可枢轴转动的链节。可移动基座162还可以具有定位锁(position lock),在该实施例中显示了摩擦式闸门(friction lock)162L,其通过相对于基座侧面而转动紧固件来锁住基座并因此将张紧件122T锁住在某一位置上,在该位置上张紧件接合并适当地张紧相应的变速器122。可移动基座162可以受到有弹性的偏置,通过弹簧或气动地(未显示)方式迫使张紧辊子160贴靠变速器122。在所示实施例中,张紧件122T可以包括合适的力传感器(force transducer)164。力传感器164可以是任意合适的类型,例如压电型力传感器、应变计、光电力传感器,其相应于由张紧辊子160相对于变速器皮带122产生的力而产生信号。示意性显示在图10A中的力传感器164可以安装在张紧件上的所需位置上(适合所用的变换器类型)。变换器164通过合适的通信链节(可以是无线的或有线的,未显示)连接到控制器400(也见于图1)上。控制器400具有程序模块401、404,至少其中之一具有合适的程序以用于记录来从力传感器的信号并由信号决定由张紧辊子160施加在变速器122上的张紧力。该控制器中的程序还能够决定何时由张紧件122T在变速器上施加作用力以提供变速器上所需的张紧。然后控制器程序可以发送命令,使可以在合适的用户界面上(未显示)进行显示,例如从发声装置发出能听到的声音或者在用户界面上激发信号灯以显示在变速器上已经取得了所需的张紧。张紧件122T的可移动基座可以锁定在适当位置上。当设定驱动系统26并防止过度张紧变速器时,该系统排除了任何猜测工作。控制器400也可以通过编程而周期性地对来自张紧件力传感器的信号进行采样,用于监视变速器的运作状态。当变速器张紧超出范围时,控制器可以把变速器张紧的操作范围编入程序,并且也可以通过编程来产生合适的显示。因此,还提供了驱动系统健康监视系统。
虽然描述了具体的实施例,申请者或其它本领域的技术人员都可能提出不同的备选、修改、变型、改进以及大致等价物(无法预料或目前可能无法预料)。因此,所提出的权利要求--尽管其可能被修改--其目的在于包含所有这些备选、修改、变种、改进以及大致等价物。