[发明专利]双臂机器人

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为在2010年11月10日提交的美国临时专利申请No. 61/412,218和在2011年3月11日提交的美国临时专利申请No. 61/451,912的非临时申请并且要求这些专利申请的权益，这些专利申请的公开以其全文引用的方式结合在本文中。 

背景技术

机器人在半导体工业中用于执行许多任务，例如自动搬运基板介质或其它物体。在半导体工业中，典型介质和其它物体包括各个硅晶片或晶片载具、平板显示器和硬盘介质。机器人可用于搬运介质，例如晶片加工组合工具、晶片检测器械、测量仪器和用于硬盘薄膜沉积的器械和用于在半导体工厂中在生产器械与自动材料搬运系统之间传送介质。机器人可用于大气和真空环境两者。

一类机器人被称作关节臂机器人，或者更具体而言，有关节的圆柱坐标机器人。圆柱坐标机器人包括由具体肢体的臂组成的配置，肢体可在水平面中移动并且附连到转动关节。转动关节安装到托架上，往复式竖直移动沿着竖直柱轴线供应到托架。肢体可在径向或R向进出移动。而且，臂可作为一个单元在托架上在θ方向旋转。臂设计是基于多连杆开放式运动链。这种臂配置也被称作选择顺应性关节机器人臂 (SCARA)配置。

一般而言，机器人系统的基本部件为操纵器、功率转换模块、感测装置和控制器。操纵器包括连杆和关节(包括齿轮、联接件、滑轮、皮带等)。操纵器可被描述为由关节连接的实心连杆系统。总之，连杆和关节形成运动链。包括关节和相邻连杆的运动对也可被称作联动装置。

两种类型的关节用于操纵器机构中，转动和移动。转动或旋转关节允许一个连杆绕前一连杆的关节轴线旋转。移动关节（prismatic joint，或平移关节）允许在连杆之间平移。

由促动器机构实现关节的运动。特定关节的运动造成附连到它的随后连杆相对于包含关节促动器的连杆移动。当促动器的某些输出特征(力、扭矩、速度、分辨率等)需要改变时，促动器直接地或者通过机械传动而连接到连杆，取决于所需性能。

操纵器通常止于能支承工具的连杆。在半导体晶片加工器械中，这个工具通常被称作末端执行器。最后的连杆与末端执行器之间的接口可被称作末端执行器安装凸缘。通过关节连接到促动器的连杆相对于彼此移动以便将末端执行器定位于X-Y-Z坐标系中。

市售的单臂机器人或SCARA臂机器人的配置具有三个平行转动关节，其允许臂在一平面中的移动和定向。通常，第一转动关节被称作肩部，第二转动关节被称作肘部，而第三转动关节被称作腕部。第四移动关节用于在竖直或Z方向上垂直于该平面移动末端执行器。促动器(例如，闭环控制伺服马达)和运动转换机构包括于该机构中以使得关节能运动。每个连杆的受控移动，即，末端执行器在Χ-Υ-θ-Ζ坐标系中的定位和定向，可仅在促动器控制操纵器的每个关节时实现。促动器能直接控制关节，或者当需要减小力和扭矩时经由运动转换机构来控制关节。

对于串联的运动联动装置，关节的数量等于所需的自由度数量。因此，为了根据所需的X-Υ-θ-Ζ坐标集合来将单臂的末端执行器移动和定向，需要四个关节(三个转动和一个在竖直方向上移动)。在某些多连杆关节圆柱坐标型机器人中，常常需要将末端执行器定向成使得沿着末端执行器绘制并且朝向机器人的柱投影的中心线总是与第一旋转关节(肩关节)的转动轴线相交。在此情况下，操纵器需要仅三个自由度(R-θ-Ζ)。各个促动器并不控制末端执行器的关节并且仅需要三个促动器。

用于搬运基板介质的这种类型的已知双臂机器人可包括两个肩关节、两个肘关节和两个腕关节。臂也可沿着托架的移动关节的平移轴线竖直移动预定距离，托架支承第一旋转关节(臂的肩关节)。两个臂的各个连杆在相同高度并且肩关节彼此紧邻，需要使用在臂中的一个与其末端执行器之间的C型支架，使得两个末端执行器能经过彼此。但这个机器人不能用于根据SEMI MESC标准构建的真空传送模块，因为这样的真空传送模块的隔离阀太窄而不允许包括根据SEMI规范的C型支架的臂通过，SEMI规范限定在盒和过程模块内的晶片传送平面。而且，臂不能在圆柱坐标中独立地旋转。在每个臂的各个末端执行器的直线径向平移向量之间的角关系(在目前市售的机器人中)是永久的并且在机器人组装期间确立。常常，双臂机器人的各个臂沿着相同向量引导。