JP7078479B2 - 搬送ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

Description

開示の実施形態は、搬送ロボットおよびロボットシステムに関する。

従来、被搬送物を搬送する水平多関節ロボットなどの搬送ロボットが知られている。また、被搬送物として基板を搬送するとともに、完成品のモータをアームに内蔵する基板搬送ロボットも提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５－０３９０４７号公報

しかしながら、上記した従来技術のように、ロボットのアームに完成品のモータを内蔵する技術には、アームの小型化の観点からは改善の余地がある。

実施形態の一態様は、アームの小型化を図ることができる搬送ロボットおよびロボットシステムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る搬送ロボットは、被搬送物を保持可能なハンドを移動させる水平リンク式の複数のアームを備える。また、複数のアームの少なくとも１つは、自アームまたは他のアームを直接的に旋回させるアーム一体型のビルトインモータを備える。ビルトインモータは、ステータ部と、ロータ部と、ステータ保持部と、ベース部とを備える。ステータ部は、円筒状である。ロータ部は、ステータ部の厚み内においてステータ部の内周側と対向し、ステータ部に対して回転する円筒状である。ステータ保持部は、アームに形成され、ステータ部における外周側の全体を保持する。ベース部は、アームに固定され、ロータ部を回転可能に内周側から支持する。

実施形態の一態様に係るロボットシステムは、上記した搬送ロボットと、搬送ロボットの動作を制御する制御装置とを備える。

実施形態の一態様によれば、アームの小型化を図ることが可能な搬送ロボットおよびロボットシステムを提供することができる。

図１は、搬送ロボットの概要を示す模式図である。 図２は、ビルトインモータの断面図である。 図３は、搬送ロボットの斜視図である。 図４は、第１アーム、第２アームおよびハンドの側面図である。 図５は、ハンドの斜視図である。 図６Ａは、第１アームの斜視図その１である。 図６Ｂは、第１アームの斜視図その２である。 図７Ａは、第２アームの模式図その１である。 図７Ｂは、第２アームの模式図その２である。 図８Ａは、昇降部の斜視図である。 図８Ｂは、昇降部の模式図である。 図９は、変形例に係る第２アームを示す斜視図である。 図１０は、ロボットシステムのブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する搬送ロボットおよびロボットシステムを詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下に示す実施形態では、「平行」や、「中心」、「対称」、「逆向き」、「円筒」といった表現を用いる場合があるが、厳密にこれらの状態を満たすことを要しない。すなわち、上記した各表現は、製造精度、設置精度、処理精度、検出精度などのずれを許容するものとする。

まず、実施形態に係る搬送ロボット１０の概要について図１を用いて説明する。図１は搬送ロボット１０の概要を示す模式図である。なお、図１には、搬送ロボット１０を斜め上方からみた斜視図を示しており、第１アーム１１の分解斜視図をあわせて示している（図１のＳ１参照）。

図１に示すように、搬送ロボット１０は、床面などに設置される本体部１５と、本体部１５に対して昇降する昇降部１６とを備える。昇降部１６は、水平リンク式のアームである第１アーム１１および第２アーム１２を昇降させる。また第２アーム１２の先端側にはハンド１３が設けられる。ハンド１３は、半導体用の基板などの被搬送物を保持可能である。

なお、図１には、２つのハンド１３を示したが、ハンド１３の個数は１つでもよく、３つ以上であってもよい。また、図１には水平リンク式のアームとして２つのアーム（第１アーム１１および第２アーム１２）を示したが、水平リンク式のアームを３つ以上としてもよい。

ここで、搬送ロボット１０は、図１のＳ１に示したように、アーム一体型のビルトインモータ１５０を備える。なお、図１には、第１アーム１１が、第２アーム１２を旋回させるビルトインモータ１５０を備える場合を例示している。

具体的には、ビルトインモータ１５０は、アームに形成されたステータ保持部１１ｈと、ステータ保持部１１ｈによって保持されるステータ部１００とを備える。また、ビルトインモータ１５０は、ベース部１２０と、ベース部１２０によって支持されベース部１２０に対して回転するロータ部１１０とを備える。

ここで、ステータ保持部１１ｈに対して回転しない構成要素であるステータ部１００およびベース部１２０をまとめてステータ部１００と呼ぶこととしてもよい。つまり、ビルトインモータ１５０の構成要素のうち、ステータ保持部１１ｈに対して回転しない構成要素をまとめて「ステータ部１００」と、回転する構成要素をまとめて「ロータ部１１０」と呼ぶこととしてもよい。

このように、回転しない構成要素をステータ部１００と、回転する構成要素をロータ部１１０と呼んだ場合、ビルトインモータ１５０は、ステータ部１００における無回転軸（軸部１２２）と磁界発生部（モータコア１００ａおよびモータ巻線１００ｂ）との間の凹部にロータ部１１０を埋め込んだ形状であるということができる。つまり、ステータ部１００の厚み内の中空領域にロータ部１１０を埋め込んだことで、ビルトインモータ１５０は、モータの低背化を図っている。

ところで、ロータ部１１０とともに回転する取付部１１３は、ステータ保持部１１ｈにおける第２アーム１２側の開口を覆う蓋の機能を兼ねる。また、ベース部１２０は、ステータ保持部１１ｈにおける第２アーム１２とは反対側の開口を覆う蓋の機能を兼ねる。なお、取付部１１３には、第２アーム１２が取り付けられる。

図１のＳ１に示したように、ステータ部１００と、ロータ部１１０と、ベース部１２０とは、ステータ保持部１１ｈに収容される。つまり、ビルトインモータ１５０は、ステータ部１００、ロータ部１１０およびベース部１２０を収容するケースの代わりに、第１アーム１１に形成されたステータ保持部１１ｈを用いている。

このように、搬送ロボット１０は、アーム一体型のビルトインモータ１５０を備えることとしたので、ケースを有するいわゆる完成品のモータを用いる場合に比べてアームの小型化を図ることができる。これにより、アームの薄型化や、アームの幅狭化に寄与することが可能となる。

また、ビルトインモータ１５０は、減速機を内蔵しておらず、外付けの減速機も有しない。したがって、ビルトインモータ１５０は、直接的にアーム（図１では、第２アーム１２）を旋回させることができる。このため、減速機を用いる場合よりも、振動や動作誤差、メカニカルロスを抑制することができる。

以下、ビルトインモータ１５０の構成について図２を用いてさらに詳細に説明する。図２は、ビルトインモータ１５０の断面図である。なお、図２には、第２アームの回転軸（ビルトインモータ１５０の回転軸）を含み、かつ、第１アーム１１の延伸向きに沿う平面で切断した断面図を示している。

図２に示すように、第１アーム１１の端部に形成されるステータ保持部１１ｈは、第１アームの上面側に突出した略円筒状の形状を有しており、内周には、ステータ部１００がいわゆる焼き嵌め等で嵌合される。たとえば、加熱した状態のステータ保持部１１ｈに常温のステータ部１００を挿入すれば、ステータ保持部１１ｈが冷却過程で収縮することによりステータ部１００を保持する。なお、ステータ部１００を接着剤でステータ保持部１１ｈに固定することとしてもよい。また、ステータ保持部１１ｈの外周側からステータ部１００のモータコア１００ａに向けて径方向にピン等を打ち込むことによってステータ部１００をステータ保持部１１ｈに固定することとしてもよい。

まず、ステータ部１００について説明する。ステータ部１００は、たとえば珪素鋼版が積層されるモータコア１００ａと、モータコア１００ａのティースに巻回されるモータ巻線１００ｂとを、樹脂等によってモールドすることで、一体的に固められ、円筒状に成形されている。なお、モータ巻線１００ｂは、通電によって磁界を発生させる。また、モータ巻線１００ｂを樹脂等の複数のボビンにそれぞれ巻回し、かかるボビンを各ティースに装着することしてもよい。また、モータコア１００ａをティース（内コア）がないコアレス形状とし、外コアの内周にモータ巻線１００ｂがモールドされたステータ１００とすることとしてもよい。

ステータ部１００は、円筒状であり、外周側はステータ保持部１１ｈに接するとともに、内周側はロータ部１１００の外周側と間隔を空けて対向する。つまり、ビルトインモータ１５０では、通常はケースに収容されるステータ部１１０を、第１アーム１１のステータ保持部１１ｈに収容する。

モータ巻線１００ｂへ通電する巻線ケーブル１００ｃは、ステータ部１００の内周側におけるロータ部１１０と干渉しない内部空間（図２におけるステータ保持部１１の下方の内部空間）を経由し、第１アーム１１の基端部へ導かれる。なお、巻線ケーブル１００ｃは、第１アーム１１の下方からアクセス可能であるが、この点については、図６を用いて後述する。

次に、ロータ部１１０について説明する。ロータ部１１０は、円筒状であり、ヨークに相当する円筒状の軸部１１１と、軸部１１１の外周側に接着剤等で固定されるマグネット１１２とを備える。なお、それぞれのマグネット１１２は、たとえば、ロータ部１１０の回転軸に沿う向きが長手で、外周に沿う向きが短手の矩形状であり、軸部１１１の外周全体にわたって所定の間隔を空けて敷き詰められる。

一方、軸部１１１の内周側は、ベース部１２０における回転部１２３の外周側に固定される。つまり、ロータ部１１０は、回転部１２３の回転中心線まわりに回転する。ここで、回転部１２３の回転中心線は、上記した第２アーム１２の回転軸に相当する。

また、軸部１１１における第２アーム１２側の端面（図２における上側の端面）には、貫通孔１１３ｈを有する取付部１１３が固定される。ここで、取付部１１３は、第２アーム１２を固定するために用いられる。なお、取付部１１３は、ステータ保持部１１ｈにおける第２アーム１２側の開口を塞ぐ蓋としての役割も兼ねる。

次に、ベース部１２０について説明する。図２に示すように、第１アーム１１の先端部に固定されるベース部１２０は、中央部分に貫通孔を有する円板から、中空の円筒が立ち上がった形状を有している。ベース部１２０は、エンコーダ部１２１と、軸部１２２と、回転部１２３とを備える。

エンコーダ部１２１は、ステータ保持部１１ｈにおける第２アーム１２とは反対側の開口（図２における下側の開口）を塞ぐ。また、エンコーダ部１２１の上面側には、エンコーダの処理基板１２１ｅを備える。

ロータ部１１０とともに回転する回転部１２３の下面側には、周方向に沿ってスリットや凹凸などの繰り返しパターンを有する円板が設けられており、処理基板１２１ｅの上面側には、たとえば、発光部や受光部が設けられている。処理基板１２１ｅは、発光部から回転部１２３へ向けて照射された光が、上記したパターンで反射される反射光を検出することで、ロータ部１１０の回転状況を検出する。

なお、図２に示すように、処理基板１２１ｅには、エンコーダケーブル１２１ｃが接続されており、処理基板１２１ｅへの給電、検出結果などの信号の出力がなされる。エンコーダケーブル１２１ｃは、ロータ部１１０の下方におけるステータ保持部１１ｈの内部空間を経由し、第１アーム１１の基端部へ導かれる。なお、エンコーダケーブル１２１ｃは、第１アーム１１の下方からアクセス可能であるが、この点については、図６を用いて後述する。

ここで、ビルトインモータ１５０は、減速機を有しておらず、第２アーム１２を直接的に旋回させる。また、第２アーム１２は、メカニカルストッパなどによって旋回角度が３６０度未満に制限される。したがって、ビルトインモータ１５０は１回転しないことになる。

一般的に、１回転以上回転するモータの場合、エンコーダは、モータが基準位置から何回転目であるかを検知し、検知結果を記憶する。このため、回転部１２３には、１回転したことがわかる目印が着磁された円板を設け、処理基板１２１ｅには、磁力を検出する回路と、回転数を記録する揮発性メモリとを設けることが通常である。そして、エンコーダケーブル１２１ｃ経由で揮発性メモリに通電するバッテリが設けられる。なお、バッテリは、メンテナンス性を考慮し、たとえば、本体部１５（図１参照）の内側面等に設けられる。

これに対し、ビルトインモータ１５０の回転は１回転未満であるので、回転部１２３に上記した「着磁された円板」を設ける必要はない。また、上記した回路や揮発性メモリ、バッテリも不要となる。したがって、ビルトインモータ１５０によれば、構造の簡略化を図ることができ、低コスト化、小型化にも寄与することができる。

軸部１２２は、エンコーダ部１２１から立ち上がる円筒状の形状を有しており、第１アーム１１から突出し、第２アーム１２の内部に至る軸長を有している。なお、軸部１２２の内周側には、第２アーム１２に固定された円筒状のケーブルガイド１２ｇが挿入される。

第２アーム１２内のケーブルは、ケーブルガイド１２ｇを経由して第１アーム１１の内部に配索される。このように、ケーブルガイド１２ｇを用いることで、第２アーム１２の旋回に伴うケーブルと軸部１２２との擦れを防止することができる。

軸部１２２の外周側には、第１ベアリングｂ１と、スペーサｂｓと、第２ベアリングｂ２とが設けられる。ここで、第１ベアリングｂ１および第２ベアリングｂ２の内周側は、軸部１２２に固定される。なお、スペーサｂｓは、第１ベアリングｂ１と第２ベアリングｂ２との距離を所定距離に保持するために用いられる。

また、軸部１２２の先端側（第２ベアリングｂ２側）には、ベアリング押さえ部１２２ａが設けられる。ここで、組み立ての際には、回転部１２３に対して、第１ベアリングｂ１、スペーサｂｓ、第２ベアリングｂ２を挿入し、ベアリング等が挿入された回転部１２３を軸部１２２に挿入する。そして、ベアリング押さえ部１２２ａを取り付けることで、各部品が組み付けられる。なお、ベアリング押さえ部１２２ａと、軸部１２２とをまとめて軸部１２２と呼ぶこととしてもよい。

一方、第１ベアリングｂ１および第２ベアリングｂ２の外周側には、回転部１２３が固定される。回転部１２３は、円筒状であり、内周側は第１ベアリングｂ１および第２ベアリングｂ２の外周側に固定され、外周側はロータ部１１０の内周側に固定される。これにより、ロータ部１１０は、ベース部１２０に対して回転する。

このように、第１ベアリングｂ１および第２ベアリングｂ２は、ロータ部１１０を回転可能に支持する。各ベアリングをベース部１２０に設けたことで、ロータ部１１０の構成を簡略化することができるとともに、ビルトインモータ１５０の組み立て性を向上させることができる。

そして、図２に示したように、第１ベアリングｂ１および第２ベアリングｂ２は、筒状であるステータ部１００の厚み（ロータ部１１０の回転軸に沿う向きの厚み）範囲内に収容される。ロータ部１１０を回転可能とするベアリングをこのように配置することで、ビルトインモータ１５０の低背化を図ることができる。

ここで、ロータ部１１０をベース部１２０に対して組み付ける際には、たとえば、軸部１１１と、回転部１２３とをボルト等で締結する。これにより、ロータ部１１０は回転部１２３に固定される。なお、ロータ部１１０を接着等によって回転部１２３に固定することとしてもよい。

このように、第１アーム１１の上方からステータ部１１０をステータ保持部１１ｈに対して固定し、第１アーム１１の下方からベース部１２０をステータ保持部１１ｈに対して固定する。そして、第１アーム１１の上方からロータ部１１０をベース部１２０に対して固定することで、ビルトインモータ１５０が完成する。

なお、図２では、第２アーム１２を旋回させるビルトインモータ１５０を第１アーム１１に設ける場合を示したが、第２アーム１２を旋回させるビルトインモータ１５０を第２アーム１２に設けることとしてもよい。なお、この点については、図９を用いて後述する。

また、図２では、ベース部１２０側にベアリング（第１ベアリングｂ１および第２ベアリングｂ２）を設け、ベース部１２０に対してロータ部１１０が回転する場合を示したが、ロータ部１１０側にベアリングを設けることとしてもよい。この場合、ロータ部１１０における軸部１１１の内周側にベアリングの外周側を固定し、ベアリングが固定されたロータ部１１０を、ベース部１２０における軸部１２２の外周側に嵌め込むこととすればよい。

また、図２では、２つのベアリング（第１ベアリングｂ１および第２ベアリングｂ２）を示したが、ベアリングの個数は、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。また、ベアリング間に設けられるスペーサｂｓを省略することとしてもよい。

また、図２では、アーム旋回用のビルトインモータ１５０が１つである場合を示したが、複数であってもよい。たとえば、第１アーム１１を旋回させるビルトインモータ１５０と、第２アーム１２を旋回させるビルトインモータ１５０とを第１アーム１１の両端部にそれぞれ設けることとしてもよい。また、第２アーム１２を旋回させるビルトインモータ１５０を第２アーム１２の基端部に、第１アームを旋回させるビルトインモータ１５０を第１アーム１１の基端部にそれぞれ設けることとしてもよい。

次に、搬送ロボット１０の構成について図３を用いてさらに説明する。図３は、搬送ロボット１０の斜視図である。同図に示すように、搬送ロボット１０は、本体部１５と、昇降部１６と、第１アーム１１と、第２アーム１２と、複数のハンド１３とを備える。

ここで、各々のハンドを区別する場合には、ハンド１３Ａ、ハンド１３Ｂのように末尾に大文字のアルファベットを付記し、各々のハンドを区別しない場合にはハンド１３のように記載することとする。本実施形態では、他の構成要素についても同様の記載方式をとる場合がある。

なお、図３には、２つのハンド１３Ａ，１３Ｂを備える搬送ロボット１０を例示しているが、ハンド１３の個数は任意の個数としてもよい。また、同図に示す昇降軸Ａ０、第１軸Ａ１、第２軸Ａ２および第３軸Ａ３は、それぞれ平行であることが好ましい。

本体部１５は、昇降部１６を昇降させる機構を内蔵する。昇降部１６は、同図に示す昇降軸Ａ０に沿って昇降するとともに、第１アーム１１の基端部を第１軸Ａ１まわりに回転可能に支持する。なお、昇降部１６自体を第１軸Ａ１まわりに回転させることとしてもよい。

第１アーム１１は、第２アーム１２の基端部を第２軸Ａ２まわりに回転可能に先端部で支持する。第２アーム１２は、ハンド１３Ａ，１３Ｂの基端部を第３軸Ａ３まわりにそれぞれ回転可能に先端部で支持する。ハンド１３Ａ，１３Ｂは、基部１３ａと、フォーク部１３ｂとを備える。

このように、搬送ロボット１０は、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド１３の３リンクの水平多関節ロボットである。また、搬送ロボット１０は、上記したように、昇降機構を有しているので、違う高さに配置される基板等の被搬送物に対してそれぞれアクセスすることができる。

次に、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド１３の外観について図４を用いて説明する。図４は、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド１３の側面図である。なお、図４では、折り畳んだ姿勢をとった場合の第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド１３を示している。

また、同図には、図３に示した第１軸Ａ１、第２軸Ａ２および第３軸Ａ３を参考のため示している。なお、「折り畳んだ姿勢」とは、第１アーム１１の基端部に第２アーム１２の先端部を、第２アーム１２の基端部にハンド１３の先端部をそれぞれ向けた姿勢のことを指す。

図４に示すように、第１アーム１１の底面側は略平坦である。一方、上面側は、第２軸Ａ２側の端部の上面が、第１軸Ａ１側の端部の上面よりも高い階段状になっている。このように、第２軸Ａ２側の端部の上面が第２アーム１２側へ突出しているのは、図１に示したビルトインモータ１５０を第１アーム１１に配置するためである。

このように、第１アーム１１は、側面視において、ビルトインモータ１５０が配置される端部の厚みが他の部位の厚みよりも大きく、第２アーム１２側へ向けて突出した形状を有している。

また、図４に示すように、第２アーム１２の上面側は略平坦である。一方、底面側は、第２軸Ａ２側の端部の下面が、他方の端部の底面よりも高い階段状になっている。このように、第２軸Ａ２側の端部の底面が他方の端部の底面よりも凹んだ形状をとっているのは、上記した第１アーム１１における突出した形状を回避するためである。

このように、第２アーム１２は、側面視において、第２軸Ａ２に対応する端部側の厚みよりも、他方の端部側の厚みのほうが大きく、第１アーム１１側へ向けて突出した形状を有している。したがって、厚みが大きい部位の容積を大きくとることができ、内部にハンド１３を駆動する機構を格納する空間を確保することが容易である。

また、第２アーム１２における第２軸Ａ２側の端部の反対側の端部の上面には、ハンド１３が設けられる。なお、第３軸Ａ３に沿って、第２アーム１２からみてハンド１３Ｂ、ハンド１３Ａの順で２つのハンド１３が設けられる。

次に、ハンド１３の構成について図５を用いてさらに詳細に説明する。図５は、ハンド１３の斜視図である。なお、図５は、ハンド１３を斜め上方からみた図に相当する。

図５に示すように、ハンド１３は、基部１３ａと、フォーク部１３ｂとを備える。基部１３ａの基端側は、第３軸Ａ３まわりに回転可能に第２アーム１２（図３参照）によって支持される。フォーク部１３ｂは、基部１３ａの先端側に設けられ、先端側が二股にわかれている。

また、図５に示すように、フォーク部１３ｂの上面１３ｂａには、摩擦部１３ｂｂが設けられている。たとえば、摩擦部１３ｂｂは、上面１３ｂａに形成された溝に一部が埋まるように固定されるＯリングである。

なお、Ｏリングの材料としては、たとえば、シリコン等の樹脂を用いることができる。摩擦部１３ｂｂは、基板などの被搬送物との間の摩擦力で被搬送物のずれを防止する。また、フォーク部１３ｂの先端１３ｂｃに上方へ突出した爪を設けることとしてもよい。これにより、被搬送物の脱落を防止することができる。

なお、図５には、摩擦部１３ｂｂを例示したが、被搬送物を吸着する吸着機構や、被搬送物を把持する把持機構などの保持機構を用いることとしてもよい。

次に、第１アーム１１の構成について図６Ａおよび図６Ｂを用いてさらに詳細に説明する。図６Ａは、第１アーム１１の斜視図その１であり、図６Ｂは、第１アーム１１の斜視図その２である。なお、図６Ａは、第１アーム１１を斜め上方からみた斜視図に相当し、図６Ｂは、第１アーム１１を斜め下方からみた斜視図に相当する。

図６Ａに示すように、第１アーム１１における第２軸Ａ２側の端部には、ビルトインモータ１５０が設けられる。ビルトインモータ１５０のケースに相当するステータ保持部１１ｈは、第１アーム１１の上面から上方へ突出している。ロータ部１１０（図１参照）における軸部１１１に固定される取付部１１３は、第２軸Ａ２まわりに回転する。なお、取付部１１３には、第２アーム１２が固定される。

また、ベース部１２０（図１参照）における軸部１２２（図２参照）は、取付部１１３から第２軸Ａ２に沿って突出する。なお、ベース部１２０は、第１アーム１１に固定されることから、軸部１２２は回転しない。なお、第２軸Ａ２側の端部とは反対側の端部には第１アーム１１の旋回中心となる第１軸Ａ１が設定される。

図６Ｂには、第１アーム１１および第２アーム１２における第２軸Ａ２側の端部を示している。図６Ｂに示すように、ベース部１２０におけるエンコーダ部１２１の底面には、貫通孔１２０ｈが設けられる。なお、貫通孔１２０ｈは、図６Ａに示した軸部１２２の開口と連通する。

また、図６Ｂに示すように、エンコーダ部１２１の底面には、径方向に溝が形成されており、かかる溝は、第１アーム１１の内部に連通する溝と接続されて下方に開放された開口１１ｇ１となっている。したがって、第２アーム１２の内部のケーブル１３ｃを、ベース部１２０における軸部１２２に連通する貫通孔１２０ｈと、開口１１ｇ１を経由して第１アーム１１の内部に配索することができる。つまり、ケーブル１３ｃを第１アーム１１および第２アーム１２の外形内に収めることができる。

また、エンコーダ部１２１における底面の外側には第１アーム１１の内部に連通する溝が形成されており、かかる溝は下方に開放された開口１１ｇ２となっている。開口１１ｇ２の内部には、ステータ部１００におけるモータ巻線１００ｂから伸びる巻線ケーブル１００ｃと、エンコーダ部１２１から伸びるエンコーダケーブル１２１ｃとが収容される。

つまり、巻線ケーブル１００ｃおよびエンコーダケーブル１２１ｃを、開口１１ｇ２を経由して第１アーム１１の内部に配索することができる。つまり、巻線ケーブル１００ｃおよびエンコーダケーブル１２１ｃを第１アーム１１の外形内に収めることができる。

なお、図６Ｂに示したように、貫通孔１２０ｈ、開口１１ｇ１および開口１１ｇ２を覆う着脱式のカバー１１ｕｃを設けることとしてもよい。カバー１１ｕｃを取り外すことで、搬送ロボット１０の組立作業を効率化することができるとともに、メンテナンス性を向上させることができる。また、カバー１１ｕｃを取り付けることで、搬送ロボット１０の内部から外部へ微小なチリなどが漏れ出すことを防止することができる。

なお、図６Ｂに示したように、第１アーム１１の底面側は、カバー１１ｕｃの厚み分だけ薄く形成されている。したがって、カバー１１ｕｃを第１アーム１１に取り付けた場合であっても、第１アーム１１の底面を平坦にすることができる。

次に、第２アーム１２の構成について図７Ａおよび図７Ｂを用いてさらに詳細に説明する。図７Ａは、第２アーム１２の模式図その１であり、図７Ｂは、第２アーム１２の模式図その２である。なお、図７Ａは、第２アーム１２の内部を側面から透視した図に相当し、図７Ｂは、第２アーム１２の内部を上方から透視した図に相当する。

図７Ａに示すように、２つのハンド１３Ａ，１３Ｂを独立して動作させるために、第２アーム１２は、２つの回転式モータＭ１，Ｍ２と、回転式モータＭ１，Ｍ２の駆動力をハンド１３Ａ，１３Ｂへそれぞれ伝達する２つのベルトＢ１，Ｂ２とを内部に備える。なお、回転式モータＭ１，Ｍ２は、上述したビルトインモータ１５０とは異なり、ケースを備えた完成品のモータである。かかる完成品のモータを、「着脱可能なモータ」とも呼ぶこととする。

ここで、回転式モータＭ１，Ｍ２およびベルトＢ１，Ｂ２は、図４を用いて既に説明した第２アーム１２の厚みが大きい部位に収容される。一方、第２アーム１２の厚みが小さい部位には、回転抑制部３００が収容される。

まず、回転式モータＭ１，Ｍ２およびベルトＢ１，Ｂ２を用いた駆動機構について説明する。図７Ａに示すように、２つの回転式モータＭ１，Ｍ２は出力軸Ｓ１，Ｓ２の突出向きが逆向きとなるように配置される。

回転式モータＭ１の駆動力は、出力軸Ｓ１に取り付けられたプーリＰ１と、ベルトＢ１とを経由し、ハンド１３Ａを第３軸Ａ３まわりに旋回させる回転軸２０１に伝達される。また、回転式モータＭ２の駆動力は、出力軸Ｓ２に取り付けられたプーリＰ２と、ベルトＢ２とを経由し、ハンド１３Ｂを第３軸Ａ３まわりに旋回させる回転軸２０２に伝達される。

なお、回転軸２０１，２０２にはそれぞれプーリが固定され、プーリ経由で駆動力が伝達される。したがって、プーリの外径を調整することで、回転式モータＭ１，Ｍ２の減速比を任意の値とすることができる。

上側のハンドであるハンド１３Ａは、ベアリングを介して第２アーム１２に固定される筒状の回転軸２０１に接続される。したがって、ハンド１３Ａは、回転式モータＭ１の回転に伴って回転軸２０１が回転することで旋回する。

また、円筒状である回転軸２０１の内側には、ハンド１３Ａの内部と連通する円筒状のケーブルガイド（図２に示したケーブルガイド１２ｇと同様）が挿入される。かかるケーブルガイドにより、ハンド１３Ａの内部のケーブルを第２アーム１２内へ安全に配索することができる。

下側のハンドであるハンド１３Ｂは、ベアリングを介して第２アーム１２に固定される中空の回転軸２０２に接続される。ここで、回転軸２０２の内径は、ハンド１３Ａとともに回転する回転軸２０１の外径よりも大きい。

つまり、回転軸２０２および回転軸２０１は、回転軸を共有する２重筒状に配置される。また、図２に示したように、回転軸２０２は、回転軸２０１における上側に配置され、上側だけが２重筒状となる。したがって、回転軸２０１における下側では回転軸２０１が回転軸２０２に覆われることなく、むき出しとなるので、ベルトＢ１による駆動力の伝達を容易に行うことができる。

図７Ｂに示すように、ベルトＢ１の内側には、ベルトＢ１の通過軌跡を広げるために、シャフトＳ３，Ｓ４と、シャフトＳ３，Ｓ４まわりに回転するプーリＰ３，Ｐ４が設けられる。これにより、ベルトＢ１に所望の張力を付加することができるとともに、ベルトＢ１が回転式モータＭ２に接触することを防止することができる。また、回転式モータＭ１，Ｍ２を上下方向に近接して配置することが可能となるので、第２アーム１２を薄型化することができる。

なお、第２軸Ａ２と第３軸Ａ３と結ぶ中心線ＣＬ上に、回転式モータＭ１，Ｍ２の出力軸Ｓ１，Ｓ２を配置し、中心線ＣＬについて対称に、プーリＰ３，Ｐ４を配置することが好ましい。これにより、中心線ＣＬに対して第２アーム１２の重量バランスの平衡をとりやすくなる。

このように、ベルトＢ１，Ｂ２は、上面視において少なくとも一部が入れ子となるように配置される。これにより、第２アーム１２の幅（中心線ＣＬの法線方向の幅）を小さくすることができる。

次に、回転抑制部３００について説明する。図７Ａに示したように、回転抑制部３００は、第２アーム１２の内部に入り込んだビルトインモータ１５０におけるベース部１２０の軸部１２２の外周に巻き掛けられる摩擦バンドＢ３を備える。摩擦バンドＢ３は、軸Ｓ６まわりに旋回するリンクＬ１の一端側に接続されており、リンクＬ１の他端側は、直動式アクチュエータＭ３の直動軸に旋回可能に接続されている。

たとえば、摩擦バンドＢ３には、少なくとも軸部１２２側の面に摩擦力を高める加工が施されている。なお、シリコンゴムなどの摩擦力がそもそも大きい材料で摩擦バンドＢ３を形成することとしてもよい。

また、直動式アクチュエータＭ３としては、進退向きのいずれか向きにバネ等で付勢された直動軸を電磁力で進退させる機構を用いることができる。なお、直動式アクチュエータＭ３として直動軸の進退量を制御可能な直動式モータを用いることとしてもよい。

ここで、ビルトインモータ１５０におけるロータ部１１０とともに回転する取付部１１３は、第２アーム１２に固定されている。したがって、軸部１２２の回転を止めれば第２アーム１２の旋回を止めることができる。

つまり、摩擦バンドＢ３は、直動式アクチュエータＭ３における直動軸の進退に伴って内径が変化する。そして、摩擦バンドＢ３が軸部１２２の外周に巻き付いた場合には、軸部１２２の回転を摩擦力で止める。つまり、軸部１２２の回転を抑制する。一方、摩擦バンドＢ３が軸部１２２の外周から離れた場合には、軸部１２２の回転を許容する。

図７Ｂに示したように、摩擦バンドＢ３の一端は、軸Ｓ７に固定されており、他端はリンクＬ１の一端に接続されている。つまり、摩擦バンドＢ３は、上面視で軸部１２２の外周に沿う円弧状の形状を有しており、外力が付与された場合には弾性変形する。

また、リンクＬ１の旋回軸である軸Ｓ６には、反時計回りの付勢力がバネ等によって付与されている（回転向きＲ１参照）。直動式アクチュエータＭ３に電力が供給されていない場合、かかる付勢力によって直動式アクチュエータＭ３の直動軸Ｓ５は伸びた状態である。また、摩擦バンドＢ３は、軸部１２２の外周に巻き付いて軸部１２２の回転を抑制した状態である。

このように、電源が遮断されるなどの事態が発生した場合には、第１アーム１１と第２アーム１２との相対的な旋回が抑制され、アームが意図しない動きをし続けることを抑制することができる。また、ビルトインモータ１５０に電力を供給していない場合に、各アームが外力や重力などによって旋回してしまうことを防止することができる。

たとえば、搬送ロボット１０の設置時などにアームが勝手に旋回して周囲の障害物に接触することを防止することができる。また、停電などが発生した場合に、旋回中のアームがそのまま旋回してしまうことを防止することができる。

一方、直動式アクチュエータＭ３に電力が供給された場合、直動軸Ｓ５は軸Ｓ６まわりの付勢力に逆らって縮む（向きＤ１参照）。これにより、摩擦バンドＢ３の内径は広がり、軸部１２２の外周から離れる。これにより、摩擦バンドＢ３は、軸部１２２の回転を許容する。

なお、軸Ｓ６まわりの付勢力を逆向き（時計周り）とし、電力供給の有無に伴う直動軸Ｓ５の動きを逆向きとしてもよい。また、回転抑制部３００の機構を、図７Ａや図７Ｂに示した機構とは異なる機構としてもよい。たとえば、軸部１２２の外周に凹凸を設け、凹凸と噛み合う歯車の回転を止めることで軸部１２２の回転を抑制することとしてもよい。

このように、回転抑制部３００を、ビルトインモータ１５０を有するアームとは別のアーム（図７Ａおよび図７Ｂでは第２アーム１２）に設けることで、ビルトインモータ１５０が設けられるアーム（図７Ａおよび図７Ｂでは第１アーム１１）の小型化を図ることができる。なお、回転抑制部３００を、ビルトインモータ１５０を有するアーム（図７Ａおよび図７Ｂでは第１アーム１１）に設けることとしてもよい。

次に、図１等に示した昇降部１６について図８Ａおよび図８Ｂを用いてさらに詳細に説明する。図８Ａは、昇降部１６の斜視図であり、図８Ｂは、昇降部１６の模式図である。なお、図８Ａには、本体部１５に対して昇降する昇降部１６を斜め上方からみた斜視図を示している。また、図８Ｂは、本体部１５を上方から透視した図に相当する。

図８Ａに示すように、昇降部１６は、昇降軸Ａ０に沿う向きに本体部１５に対して昇降する。また、昇降部１６は、本体部１５から突出する部分が、たとえば、円柱状であり、上端側には、第１アーム１１を第１軸Ａ１まわりに旋回させる昇降部一体型のビルトインモータ５５０を備える。昇降部一体型のビルトインモータ５５０は、図１等に示したビルトインモータ１５０と同様に、ケースを有さず、取付対象にステータ部５００を保持させるタイプのモータである。

具体的には、昇降部１６は、上端側に略円筒状のステータ保持部１６ｈを備えており、かかるステータ保持部１６ｈが、ビルトインモータ５５０のケースの代わりとなる。具体的には、ステータ保持部１６ｈは、挿入されたステータ部５００を保持し、ステータ部５５００に対して回転するロータ部５１０も同様に、ステータ保持部１６ｈに挿入される。

このように、ビルトインモータ５５０は、ステータ部５００と、ステータ部５００に対して回転するロータ部５１０と、昇降部１６に形成され、ステータ部５００を保持するステータ保持部１６ｈとを備える。ここで、図８Ａに示したビルトインモータ５５０は、図１等に示したビルトインモータ１５０よりも厚み（図８Ａに示した昇降軸Ａ０に沿う厚み）が大きい。

これは、第１アーム１１を駆動するビルトインモータ５５０は、第２アーム１２を駆動するビルトインモータ１５０よりも大きなモータ容量（トルク）を要するためである。つまり、厚みを大きくすることで、巻線量を増やしたり、永久磁石量を増やしたりすることが容易となるため、モータ容量を増やすことができる。

なお、昇降部１６は、上記した円柱状であることを要しない。たとえば、直方体状などの任意の形状であってもよい。つまり、ステータ部５００やロータ部５１０のケースとして機能する形状のステータ保持部１６ｈを形成可能であれば、昇降部１６の形状は任意の形状とすることができる。

図８Ｂに示すように、昇降部１６の昇降機構は、本体部１５に格納される。昇降部１６は、可動部ＢＤ５の上面側に支持される。本体部１５の内壁側には、図８Ａに示した昇降軸Ａ０に沿って延伸する一対のリニアガイドＬＧ５が設けられる。また、可動部ＢＤ５には、一対のリニアガイドＬＧ５に沿ってそれぞれスライドする一対のスライダＳＤ５が設けられる。なお、ロータ部５１０には貫通孔５１０ｈが設けられる。これにより、第１アーム１１（図１参照）からのケーブル等を本体部１５の内部へ案内することができる。

また、本体部１５には、図８Ａに示した昇降軸Ａ０に沿って延伸するボールネジＢＳ５が設けられており、ボールネジＢＳ５の回転に伴って可動部ＢＤ５は昇降する。また、ボールネジＢＳ５は、プーリＰ５を備えており、回転式モータＭ５の駆動力がベルトＢ５を介してプーリＰ５に伝達されることで、ボールネジＢＳ５は回転する。

このように、回転式モータＭ５の回転向きを変えることで、可動部ＢＤ５を昇降させることができる。つまり、昇降部１６を昇降させることができる。また、昇降部１６は、一対のリニアガイドＬＧ５でガイドされるので、精度良く昇降することができる。

次に、変形例に係る第２アーム１２Ａについて図９を用いて説明する。図９は、変形例に係る第２アーム１２Ａを示す斜視図である。なお、図９は、第２アーム１２Ａを斜め下方からみた斜視図に相当する。また、図９には、図１において第１アーム１１に設けられていたビルトインモータ１５０を、第２アーム１２Ａに設ける場合を示している。なお、ビルトインモータ１５０の詳細については既に説明したので適宜、説明を省略する。

図９に示すように、ビルトインモータ１５０は、第２軸Ａ２側の端部に設けられる。第２アーム１２Ａは、ステータ保持部１２ｈを備え、ステータ部１００を保持する。また、ビルトインモータ１５０の取付向きは、図１に示した場合とは上下逆向きである。ロータ部１１０の回転とともに回転する取付部１１３は、第１アーム１１（図１参照）の上面側に固定される。これにより、ビルトインモータ１５０が回転すると、第２アーム１２Ａは、第２軸Ａ２まわりに第１アーム１１に対して旋回する。

なお、ビルトインモータ１５０を設けた第２アーム１２Ａの下面側は、図４に示した最大厚みにあわせて平坦とすることができる。これに伴い、ビルトインモータ１５０を省略した第１アーム１１の上面側は、最小厚みにあわせて平坦とすることができる。なお、図７Ａに示した回転抑制部３００は、第１アーム１１に設けることができる。

なお、図９には、図１に示したビルトインモータ１５０の代わりに、ビルトインモータ１５０を第２アーム１２Ａに設けた場合を例示したが、たとえば、図８Ａに示したビルトインモータ５５０の代わりに、第１アーム１１の基端部に図９と同様の向きでビルトインモータ１５０を設けることとしてもよい。

次に、搬送ロボット１０と、搬送ロボット１０の動作制御を行う制御装置２０とを含んだロボットシステム１について図１０を用いて説明する。図１０は、ロボットシステム１のブロック図である。なお、搬送ロボット１０の構成等については既に説明したので、以下では、制御装置２０の構成について主に説明することとする。なお、図１０では、制御装置２０に接続されるいわゆるペンダント等の入力用端末装置を省略している。

図１０に示すように、制御装置２０は、制御部２１と、記憶部２２とを備える。制御部２１は、動作制御部２１ａと、動作抑制部２１ｂとを備える。また、記憶部２２は、教示データ２２ａを記憶する。なお、制御装置２０は、搬送ロボット１０に接続される。

ここで、制御装置２０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部２１の動作制御部２１ａおよび動作抑制部２１ｂとして機能する。

また、制御部２１の動作制御部２１ａおよび動作抑制部２１ｂの少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

また、記憶部２２は、たとえば、ＲＡＭやＨＤＤに対応する。ＲＡＭやＨＤＤは、教示データ２２ａを記憶することができる。なお、制御装置２０は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。

制御装置２０の制御部２１は、教示データ２２ａに基づいて搬送ロボット１０の動作制御を行う。また、搬送ロボット１０の動作にエラーが発生した場合などに搬送ロボット１０の動作を抑制する処理を行う。

動作制御部２１ａは、教示データ２２ａに基づいて搬送ロボット１０の動作制御を行う。具体的には、動作制御部２１ａは、記憶部２２に記憶された教示データ２２ａに基づいて搬送ロボット１０における各軸に対応するモータに指示することで、搬送ロボット１０に基板等の被搬送物の搬送を行わせる。また、動作制御部２１ａは、モータにおけるエンコーダ値を用いてフィードバック制御を行うなどして搬送ロボット１０の動作精度を向上させる。

動作抑制部２１ｂは、動作制御部２１ａから搬送ロボット１０の動作状況を取得し、搬送ロボット１０の動作にエラーが生じた場合などに、搬送ロボット１０の動作を停止するなどの動作抑制処理を実行する。たとえば、動作抑制部２１ｂは、図７Ａ等に示した回転抑制部３００への通電を停止することで、搬送ロボット１０における関節の動きにブレーキをかける。

これにより、外力などによって搬送ロボット１０のアーム等がずれる事態を防止することができる。なお、回転抑制部３００は、制御装置２０からの指示がない場合であっても、搬送ロボット１０への通電が停止されれば、回転抑制動作を実行する。

教示データ２２ａは、搬送ロボット１０へ動作を教示するティーチング段階で生成され、ハンド１３（図１参照）の移動軌跡をはじめとする搬送ロボット１０の動作を規定するプログラムである「ジョブ」を含んだ情報である。なお、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータで生成された教示データ２２ａを記憶部２２に記憶させることとしてもよい。

上述してきたように、本実施形態に係る搬送ロボット１０は、被搬送物を保持可能なハンド１３を移動させる水平リンク式の複数のアーム１１，１２を備える。複数のアーム１１，１２の少なくとも１つは、自アームまたは他のアームを直接的に旋回させるアーム一体型のビルトインモータ１５０を備える。このように、アーム一体型のビルトインモータ１５０を用いることで、アーム１１，１２の小型化を図ることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ ロボットシステム
１０ 搬送ロボット
１１ 第１アーム
１１ｇ 開口
１１ｈ ステータ保持部
１１ｕｃ カバー
１２ 第２アーム
１２ｈ ステータ保持部
１３ ハンド
１３ａ 基部
１３ｂ フォーク部
１３ｂａ 上面
１３ｂｂ 摩擦部
１３ｂｃ 先端部
１５ 本体部
１５ｈ ステータ保持部
１６ 昇降部
２０ 制御装置
２１ 制御部
２１ａ 動作制御部
２１ｂ 動作抑制部
２２ 記憶部
２２ａ 教示データ
１００ ステータ部
１００ａ モータコア
１００ｂ モータ巻線
１００ｃ 巻線ケーブル
１１０ ロータ部
１１１ 軸部
１１２ マグネット
１１３ 取付部
１２０ ベース部
１２０ｈ 貫通孔
１２１ エンコーダ部
１２１ｃ エンコーダケーブル
１２１ｅ 処理基板
１２２ 軸部
１２２ａ ベアリング押さえ部
１２３ 回転部
１５０ ビルトインモータ
３００ 回転抑制部
５５０ ビルトインモータ
Ａ０ 昇降軸
Ａ１ 第１軸
Ａ２ 第２軸
Ａ３ 第３軸
Ｂ１ ベルト
Ｂ２ ベルト
Ｂ３ 摩擦バンド
ｂ１ 第１ベアリング
ｂ２ 第２ベアリング
ｂｓ スペーサ
Ｍ１ 回転式モータ
Ｍ２ 回転式モータ
Ｍ３ 直動式アクチュエータ

Claims (13)

1. 被搬送物を保持可能なハンドを移動させる水平リンク式の複数のアーム
   を備え、
   複数の前記アームの少なくとも１つは、
   当該アームまたは他の前記アームを直接的に旋回させるアーム一体型のビルトインモータを備え、
   前記ビルトインモータは、
   円筒状のステータ部と、
   前記ステータ部の厚み内において該ステータ部の内周側と対向し、該ステータ部に対して回転する円筒状のロータ部と、
   前記アームに形成され、該ステータ部における外周側の全体を保持するステータ保持部と、
   該アームに固定され、該ロータ部を回転可能に内周側から支持するベース部と
   を備えること
   を特徴とする搬送ロボット。
2. 前記ビルトインモータにおける前記ステータ部と前記ロータ部との相対的な回転を非通電時に抑制し、通電時に抑制解除する回転抑制部
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の搬送ロボット。
3. 前記ステータ部は、
   前記ロータ部の回転に伴って旋回する前記アームの内部に挿入され、
   前記回転抑制部は、
   当該アームの内部に設けられ、当該アームの内部に挿入された前記ステータ部に対して摩擦力を付与することで当該アームの旋回を抑制すること
   を特徴とする請求項２に記載の搬送ロボット。
4. 回転軸が同心である複数の前記ハンドが設けられる前記アームは、
   複数の着脱可能な回転式モータと、
   前記回転式モータの駆動力を前記ハンドへそれぞれ伝達する複数のベルトと
   を内部に備えること
   を特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の搬送ロボット。
5. 前記ハンドは、２つであり、
   前記回転式モータは、
   側面視において出力軸の突出向きがお互いに離れる向きとなるように２つ配置され、
   前記ベルトは、
   上面視において少なくとも一部が入れ子となるように２つ配置されること
   を特徴とする請求項４に記載の搬送ロボット。
6. 前記回転式モータおよび前記ベルトを備える前記アームである第２アームは、
   前記ビルトインモータを備える前記アームである第１アームに対して旋回すること
   を特徴とする請求項４または５に記載の搬送ロボット。
7. 前記第１アームは、
   側面視において、前記ビルトインモータが配置される端部の厚みが他の部位の厚みよりも大きく、前記第２アームへ向けて突出しており、
   前記第２アームは、
   側面視において、前記回転式モータおよび前記ベルトが配置される部位の厚みが、前記第１アームにおける前記端部に対応する端部の厚みよりも大きく、前記第１アームへ向けて突出していること
   を特徴とする請求項６に記載の搬送ロボット。
8. 前記ステータ部は、
   前記ロータ部の回転軸に沿って貫通する貫通孔を有し、
   前記回転式モータのケーブルは、
   前記第２アームの内部から、前記貫通孔と、前記第１アームの下面側に設けられる開口とを経由して前記第１アームの内部へ配索されること
   を特徴とする請求項６または７に記載の搬送ロボット。
9. 前記貫通孔および前記開口を塞ぐ着脱可能なカバーを備えること
   を特徴とする請求項８に記載の搬送ロボット。
10. 前記複数のアームを昇降させる昇降部
    をさらに備え、
    前記昇降部は、
    前記第１アームを旋回させる昇降部一体型のビルトインモータを備えること
    を特徴とする請求項６～９のいずれか一つに記載の搬送ロボット。
11. 前記ベース部は、
    前記ロータ部を回転可能に支持するベアリング
    をさらに備えること
    を特徴とする請求項１～１０のいずれか一つに記載の搬送ロボット。
12. 前記ベアリングは、
    前記ステータ部の中空領域に配置されること
    を特徴とする請求項１１に記載の搬送ロボット。
13. 請求項１～１２のいずれか一つに記載の搬送ロボットと、
    前記搬送ロボットの動作を制御する制御装置と
    を備えることを特徴とするロボットシステム。

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