雙臂機械手的製作方法

2024-04-15 17:19:05

1.本實用新型涉及半導體技術領域，更具體地，涉及一種雙臂機械手。


背景技術：

2.隨著半導體工藝水平的不斷提高，前道和後道工藝設備廠對半導體自動化傳輸技術提出了更高更複雜的要求。目前行業內用於晶圓傳輸的scara(selective compliance assembly robot arm)機械手具有等臂長的結構特點，這種等臂長的scara機械手廣泛應用於半導體自動化傳輸設備中，如配套集成在efem(equipment front module)設備內的大氣機械手和集成在tm(transfer module)真空傳輸設備的真空機械手。
3.目前，兩個單臂臂長的scara機械臂左右對稱布置，左機械臂的迴轉軸中心與右機械臂的迴轉軸中心保持一定的距離，左右機械臂腕部的末端執行器保持重合平行於臂的徑向延伸軸線且沿該軸線運動。當有晶圓傳輸範圍增大的需求時，往往是通過增大手臂的長度來實現，這樣機械手的最小迴轉直徑也相應地成倍增大。在tm等真空傳輸設備的真空腔的環境是非常苛刻且空間是非常有限的，其中與其配套的pm(process module)和ll(load lock)工位傳輸距離較遠，傳統的等臂長的scara雙臂機械手結構無法套用到tm腔內使用的真空機械手上，
4.目前採用左機械臂與右機械臂迴轉軸中心重合，機械手本體1內的主驅動軸採用軸套軸的驅動手臂的設計來使手臂部分更加緊湊，又因為機械臂的大臂和小臂臂長相等，為了滿足左機械臂和右機械臂正常的伸縮運動，需要將左機械臂的小臂和右機械臂的小臂空間上下方向錯位進行設計，這種設計雖然縮小了手臂部分在徑向方向的尺寸，但無疑會增加手臂部分在厚度方向的尺寸，因此會增加tm真空腔室在厚度方向的傳輸空間甚至會導致整個腔室外圍尺寸的增加。
5.而且，不等臂長的scara機械手的上臂、小臂和末端執行器都是不同的驅動單元獨立驅動的，通過各驅動單元的協同工作實現不同的運動軌跡，單臂機械手至少需要3個驅動單元，當需要兩個不等臂長的scara機械手臂的機械手時，無疑會需要更多的驅動單元，不僅會增加機械手的成本而且控制起來也很困難。


技術實現要素：

6.本實用新型的目的在於克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種雙臂機械手。
7.為實現上述目的，本實用新型提供一種雙臂機械手，包括：本體，包括繞旋轉軸同軸設置的左伸縮驅動軸和右伸縮驅動軸；左臂組件及左末端執行器，所述左臂組件包括左大臂殼及左小臂殼，所述左大臂殼的一端旋轉地耦連所述左伸縮驅動軸，另一端旋轉地耦連所述左小臂殼，所述左小臂殼的另一端旋轉地耦連所述左末端執行器；右臂組件及右末端執行器，所述右臂組件包括右大臂殼及右小臂殼，所述右大臂殼的一端旋轉地耦連所述右伸縮驅動軸，另一端旋轉地耦連所述右小臂殼，所述右小臂殼的另一端旋轉地耦連所述右末端執行器；其中，所述左伸縮驅動軸驅動左大臂殼繞所述旋轉軸順時針或逆時針旋轉
第一角度，並帶動所述左小臂殼繞所述左大臂殼逆時針或順時針旋轉第二角度，及傳動所述左末端執行器沿所述旋轉軸的徑嚮往返；所述右伸縮驅動軸驅動右大臂殼繞所述旋轉軸逆時針或順時針旋轉第一角度，並帶動所述右小臂殼繞所述右大臂殼順時針或逆時針旋轉第二角度，及傳動所述右末端執行器沿所述旋轉軸的徑嚮往返。
8.優選地，所述第一角度小於或等於所述第二角度。
9.優選地，所述左臂組件包括左大臂軸和左小臂軸、及左大臂從動輪和左小臂從動輪，所述右臂組件包括右大臂軸和右小臂軸、及右大臂從動輪和右小臂從動輪：其中，所述左大臂殼的一端旋轉地固定連接所述左伸縮驅動軸，另一端固設有所述左大臂軸，所述左大臂從動輪旋轉地固定連接所述左大臂軸；所述左小臂殼的一端旋轉地固定連接所述左大臂從動輪，另一端固設有所述左小臂軸，所述左小臂從動輪旋轉地固定連接所述左小臂軸；所述右大臂殼的一端旋轉地固定連接所述右伸縮驅動軸，另一端固設有所述右大臂軸，所述右大臂從動輪旋轉地固定連接所述右大臂軸；所述右小臂殼的一端旋轉地固定連接所述右大臂從動輪，另一端固設有所述右小臂軸，所述右小臂從動輪旋轉地固定連接所述右小臂軸；左末端執行器旋轉地固定連接所述左小臂從動輪，右末端執行器旋轉地固定連接所述右小臂從動輪。
10.優選地，所述本體還包括繞旋轉軸同軸設置的旋轉驅動軸，所述旋轉驅動軸驅動所述左臂組件帶動所述左末端執行器，及驅動所述右臂組件帶動所述右末端執行器繞所述旋轉軸旋轉。
11.優選地，所述左臂組件還包括左大臂驅動輪和左小臂驅動輪、及左大臂傳動帶和左小臂傳動帶，所述右臂組件還包括右大臂驅動輪和右小臂驅動輪、及右大臂傳動帶和右小臂傳動帶；其中，所述左大臂驅動輪固定連接所述旋轉驅動軸，所述左大臂從動輪經所述左大臂傳動帶傳動連接所述左大臂驅動輪；所述左小臂驅動輪固定連接所述左大臂軸，所述左小臂從動輪經所述左小臂傳動帶傳動連接所述左小臂驅動輪；所述右大臂驅動輪固定連接所述旋轉驅動軸，所述右大臂從動輪經所述右大臂傳動帶傳動連接所述右大臂驅動輪；所述右小臂驅動輪固定連接所述右大臂軸，所述右小臂從動輪經所述右小臂傳動帶傳動連接所述右小臂驅動輪。
12.優選地，所述左大臂軸及所述旋轉驅動軸之間，及所述右大臂軸及所述旋轉驅動軸之間均相隔第一距離；所述左大臂軸及所述左小臂軸之間，及所述右大臂軸及所述右小臂軸之間均相隔第二距離；所述第一距離大於或等於所述第二距離。
13.優選地，所述左大臂從動輪及所述右大臂從動輪均包括第一圓形帶輪，所述左小臂從動輪及所述右小臂從動輪均包括第二圓形帶輪。
14.優選地，所述左大臂傳動帶及所述右大臂傳動帶均包括至少一個第一開環傳動帶，所述左小臂傳動帶及所述右小臂傳動帶均包括至少一個第二開環傳動帶。
15.優選地，所述左大臂驅動輪及所述右大臂驅動輪均包括疊設的大臂上異形輪及大臂下異形輪，所述左小臂驅動輪及所述右小臂驅動輪均包括疊設的小臂上異形輪及小臂下異形輪。
16.優選地，一第一開環傳動帶的一端固連所述大臂上異形輪，另一端固連所述第一圓形帶輪，另一第一開環傳動帶的一端固連所述大臂下異形輪，另一端固連所述第一圓形帶輪；一第二開環傳動帶的一端固連所述小臂上異形輪，另一端固連所述第二圓形帶輪，另
一第二開環傳動帶的一端固連所述小臂下異形輪，另一端固連所述第二圓形帶輪。
17.本實用新型的雙臂機械手具有兩個迴轉軸中心重合左右對稱且可獨立伸縮運動的左臂組件及左末端執行器、右臂組件及右末端執行器，可解決需要兩個獨立伸縮運動的手臂，適用於空間要求緊湊及伸縮範圍大的應用場景，而且，旋轉驅動軸、左伸縮驅動軸和右伸縮驅動軸僅對應3個驅動單元，降低成本。
附圖說明
18.為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
19.附圖1為本實用新型實施例的機械手臂的結構示意圖；
20.附圖2為本實用新型實施例的機械手臂的內部連接結構示意圖；
21.附圖3為本實用新型實施例的機械手左大臂內部結構示意圖；
22.附圖4為本實用新型實施例的機械手左小臂內部結構示意圖；
23.附圖5為本實用新型實施例的機械手左末端執行器結構示意圖；
24.附圖6為本實用新型實施例的機械手右大臂內部結構示意圖；
25.附圖7為本實用新型實施例的機械手右小臂內部結構示意圖；
26.附圖8為本實用新型實施例的機械手右末端執行器結構示意圖；
27.附圖9為本實用新型實施例的機械手左大臂內部傳動副連接結構示意圖；
28.附圖10為本實用新型實施例的機械手左小臂內部傳動副連接結構示意圖；
29.附圖11為本實用新型實施例的機械手左臂組件及右臂組件都處於初始狀態的示意圖
30.附圖12為本實用新型實施例的機械手左臂組件及右臂組件都處於伸展狀態的示意圖；
31.附圖13為本實用新型實施例的機械手左臂組件處於伸展狀態的示意圖；
32.附圖14為本實用新型實施例的機械手右臂組件3處於伸展狀態的示意圖。
33.圖中：1本體；2左臂組件；3右臂組件；4左臂伸縮驅動軸；5右臂伸縮驅動軸；6旋轉驅動軸；7左大臂殼；8左大臂驅動輪；9左大臂從動輪；10左大臂軸；11左大臂傳動帶；12左小臂殼；13左小臂驅動輪；14左小臂從動輪；15左小臂軸；16左小臂傳動帶；17左末端執行器；18右大臂殼；19右大臂驅動輪；20右大臂從動輪；21右大臂軸；22右大臂傳動帶；23右小臂殼；24右小臂驅動輪；25右小臂從動輪；26右小臂軸；27右小臂傳動帶；28右末端執行器。
具體實施方式
34.為使本實用新型的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本實用新型的內容作進一步說明。當然本實用新型並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實用新型的保護範圍內。
35.需要說明的是，在下述的具體實施方式中，在詳述本實用新型的實施方式時，為了清楚地表示本實用新型的結構以便於說明，特對附圖中的結構不依照一般比例繪圖，並進
行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應避免以此作為對本實用新型的限定來加以理解。
36.如圖1所示，本實用新型的一種雙臂機械手，包括本體1、左臂組件2及右臂組件3。
37.所述本體1包括繞旋轉軸同軸設置的左伸縮驅動軸4、右伸縮驅動軸5及旋轉驅動軸6，本實施例中，右伸縮驅動軸5、旋轉驅動軸6及左伸縮驅動軸4由內向外依次設置。
38.所述左臂組件2的一端旋轉地耦連所述旋轉驅動軸6及所述左伸縮驅動軸4，另一端旋轉地耦連所述左末端執行器17；所述右臂組件3的一端旋轉地耦連所述旋轉驅動軸6及所述右伸縮驅動軸5，另一端旋轉地耦連所述右末端執行器28。
39.左臂組件2及右臂組件3均具有伸展狀態及初始狀態，請結合參考圖11～圖14，左臂組件2及右臂組件3均呈初始狀態，左末端執行器17及右末端執行器28疊設設置，本實施例中，右末端執行器28疊設於所述左末端執行器17上。
40.所述旋轉驅動軸6驅動所述左臂組件帶動所述左末端執行器17繞所述旋轉軸旋轉，同時，還驅動所述右臂組件3帶動所述右末端執行器28繞所述旋轉軸旋轉。即，所述旋轉驅動軸6實現左臂組件及左末端執行器17、右臂組件3及右末端執行器28的同時及同向旋轉。
41.所述左伸縮驅動軸4驅動所述左臂組件傳動所述左末端執行器17沿所述旋轉軸的徑嚮往返。
42.左臂組件2處於伸展狀態時，所述左末端執行器17自左初始位置沿所述旋轉軸的徑向直線運動至左伸展位置，左臂組件2處於初始狀態時，所述左末端執行器17自左伸展位置沿所述旋轉軸的徑向直線返回至左初始位置。
43.所述左臂組件包括左大臂殼7、左小臂殼12、左大臂軸10、左小臂軸15、左大臂從動輪9、及左小臂從動輪14。
44.所述左伸縮驅動軸4驅動左大臂殼7繞所述旋轉軸順時針或逆時針旋轉第一角度，並帶動所述左小臂殼12繞所述左大臂軸10逆時針或順時針旋轉第一角度，所述左小臂殼12的一端繞所述左大臂軸10逆時針或順時針旋轉第一角度，另一端伸展或收縮所述左末端執行器17。所述第一角度小於或等於所述第二角度。
45.本實施例中，所述左大臂殼7的長度大於左小臂殼12的長度，所述第一角度小於所述第二角度。
46.所述左大臂殼7的一端旋轉地固定連接所述左伸縮驅動軸4，另一端固設有所述左大臂軸10，所述左大臂從動輪9旋轉地固定連接所述左大臂軸10；所述左小臂殼12的一端旋轉地固定連接所述左大臂從動輪9，另一端固設有所述左小臂軸15，所述左小臂從動輪14旋轉地固定連接所述左小臂軸15。左末端執行器17旋轉地固定連接所述左小臂從動輪14。
47.所述左臂組件還包括左大臂驅動輪8、左小臂驅動輪13、左大臂傳動帶11、及左小臂傳動帶16。
48.所述左大臂驅動輪8固定連接所述旋轉驅動軸6，所述左大臂從動輪9經所述左大臂傳動帶11傳動連接所述左大臂驅動輪8；所述左小臂驅動輪13固定連接所述左大臂軸10，所述左小臂從動輪14經所述左小臂傳動帶16傳動連接所述左小臂驅動輪13；
49.所述右伸縮驅動軸5驅動所述右臂組件3傳動所述右末端執行器28沿所述旋轉軸的徑嚮往返。
50.右臂組件3處於伸展狀態時，所述右末端執行器28自右初始位置沿所述旋轉軸的
徑向直線運動至右伸展位置，右臂組件3處於初始狀態時，所述右末端執行器28自右伸展位置沿所述旋轉軸的徑向直線返回至右初始位置。
51.所述右臂組件3包括右大臂殼18、右小臂殼23、右大臂軸21、右小臂軸26、右大臂從動輪20、及右小臂從動輪25。
52.所述右伸縮驅動軸5驅動右大臂殼18繞所述旋轉軸逆時針或順時針旋轉第二角度，並帶動所述右小臂殼23繞所述右大臂軸21逆時針或順時針旋轉第二角度，所述右小臂殼23的一端繞所述右大臂軸21順時針或逆時針旋轉第二角度，另一端伸展或收縮所述右末端執行器28。
53.本實施例中，左初始位置及左伸展位置之間的距離等於右初始位置及右伸展位置之間的距離，因此，所述第一角度小於所述第二角度。本領域技術人員應當能夠理解的是，左初始位置及左伸展位置之間的距離、右初始位置及右伸展位置之間的距離可視實際需求而定，在此不作限定。
54.本實施例中，所述第一角度小於所述第二角度，所述左末端執行器17包括固連的左支撐部及左連接部，所述左連接部的一端旋轉地固定連接所述左小臂從動輪14，另一端固連所述左支撐部。所述右末端執行器28包括固連的右支撐部及右連接部，所述右連接部的一端旋轉地固定連接所述右小臂從動輪20，另一端固連所述右支撐部。左支撐部及右支撐部用於支撐襯底。
55.左臂組件2處於初始狀態時，所述左連接部與所述左小臂殼12成初始第三角度相交，左臂組件2處於伸展狀態時，所述左連接部與所述左小臂殼12成伸展第三角度相交；右臂組件3處於初始狀態時，所述右連接部與所述右小臂殼23成初始第三角度相交，右臂組件3處於伸展狀態時，所述右連接部與所述右小臂殼23成伸展第三角度相交。所述初始第三角度包括鈍角及直角。
56.所述伸展第三角度、所述初始第三角度及所述第二角度之和為360
°
。
57.所述右大臂殼18的一端旋轉地固定連接所述右伸縮驅動軸5，另一端固設有所述右大臂軸21，所述右大臂從動輪20旋轉地固定連接所述右大臂軸21；所述右小臂殼23的一端旋轉地固定連接所述右大臂從動輪20，另一端固設有所述右小臂軸26，所述右小臂從動輪25旋轉地固定連接所述右小臂軸26。右末端執行器28旋轉地固定連接所述右小臂從動輪25。
58.所述右臂組件3還包括右大臂驅動輪19、右小臂驅動輪24、右大臂傳動帶22、及右小臂傳動帶27。
59.所述右大臂驅動輪19固定連接所述旋轉驅動軸6，所述右大臂從動輪20經所述右大臂傳動帶22傳動連接所述右大臂驅動輪19；所述右小臂驅動輪24固定連接所述右大臂軸21，所述右小臂從動輪25經所述右小臂傳動帶27傳動連接所述右小臂驅動輪24。
60.所述左大臂軸10及所述旋轉驅動軸6之間，及所述右大臂軸21及所述旋轉驅動軸6之間均相隔第一距離；所述左大臂軸10及所述左小臂軸15之間，及所述右大臂軸21及所述右小臂軸26之間均相隔第二距離；所述第一距離大於或等於所述第二距離。
61.所述左大臂從動輪9及所述右大臂從動輪20均包括第一圓形帶輪，所述左小臂從動輪14及所述右小臂從動輪25均包括第二圓形帶輪，實現零部件的通用化，降低製造成本。
62.左臂組件2及右臂組件3均處於初始狀態時，所述左大臂殼7、所述右大臂殼18、所
述右小臂殼23及所述左小臂殼12自下而上依次設置，所述左支撐部和右支撐部自下而上疊設，從而有效節省佔地面積。
63.所述左大臂傳動帶11及所述右大臂傳動帶22均包括至少一個第一開環傳動帶，所述左小臂傳動帶16及所述右小臂傳動帶27均包括至少一個第二開環傳動帶。
64.本實施例中，所述左大臂驅動輪8及所述右大臂驅動輪19均固定連接所述旋轉驅動軸6，且均包括疊設的大臂上異形輪及大臂下異形輪，所述左小臂驅動輪13及所述右小臂驅動輪24均包括疊設的小臂上異形輪及小臂下異形輪。
65.左臂組件2及右臂組件3均處於初始狀態時，所述左大臂驅動輪8及所述右大臂驅動輪19之間對稱設置，所述左小臂驅動輪13及所述右小臂驅動輪24之間對稱設置。
66.所述左大臂傳動帶11及所述右大臂傳動帶22均包括兩個第一開環傳動帶，所述左小臂傳動帶16及所述右小臂傳動帶27均包括兩個第二開環傳動帶。其中，一第一開環傳動帶的一端固連所述大臂上異形輪，另一端固連所述第一圓形帶輪，另一第一開環傳動帶的一端固連所述大臂下異形輪，另一端固連所述第一圓形帶輪；一第二開環傳動帶的一端固連所述小臂上異形輪，另一端固連所述第二圓形帶輪，另一第二開環傳動帶的一端固連所述小臂下異形輪，另一端固連所述第二圓形帶輪。
67.所述第一開環傳動帶及所述第二開環傳動帶都必須始終保持張緊狀態。為了保證所述左末端執行器和右末端執行器28沿所述旋轉軸的徑嚮往返，在第一距離大於所述第二距離時，設置傳動比時刻變化的大臂上異形輪及大臂下異形輪、及小臂上異形輪及小臂下異形輪。
68.本實用新型中當右臂伸縮驅動軸5和旋轉驅動軸6固定不旋轉運動，左臂伸縮驅動軸4旋轉運動時，左臂組件2做伸縮運動使左末端執行器17沿所述旋轉軸的徑嚮往返，而右臂組件3靜止不動。
69.本實用新型中當左臂伸縮驅動軸4和旋轉驅動軸6固定不旋轉運動，右臂伸縮驅動軸5旋轉運動時，右臂組件3做伸縮運動使右末端執行器28沿所述旋轉軸的徑嚮往返，而左臂組件2靜止不動。
70.本實用新型中旋轉驅動軸6固定不旋轉，左臂伸縮驅動軸4和右臂伸縮驅動軸5旋轉運動時，左臂組件2和右臂組件3做伸縮運動使左末端執行器17和右末端執行器28沿所述旋轉軸的徑嚮往返。
71.本實用新型中右臂伸縮驅動軸5、左臂伸縮驅動軸4和旋轉驅動軸6以同速同向旋轉以驅動雙臂機械手旋轉運動。
72.本實用新型的雙臂機械手具有兩個迴轉軸中心重合左右對稱且可獨立伸縮運動的左臂組件及左末端執行器、右臂組件及右末端執行器，可解決需要兩個獨立伸縮運動的手臂，適用於空間要求緊湊及伸縮範圍大的應用場景，而且，旋轉驅動軸、左伸縮驅動軸和右伸縮驅動軸僅對應3個驅動軸，降低成本。
73.本實用新型的雙臂機械手不局限於大氣和真空機器人，左末端執行器和右末端執行器不局限於真空吸附和夾持兩種形式。
74.本實用新型的雙臂機械手內部的驅動輪和從動輪不局限於鋼帶圓輪、同步帶輪、鏈輪等常用傳動輪，同樣手臂內部的同步帶也不局限於鋼帶、鏈條等常用傳動帶。
75.本實用新型可以是搬運半導體晶圓等其它搬運對象物的搬運用機器人，也可以是
組裝用機器人等搬運用機器人以外的工業用機器人。
76.以上所述的僅為本實用新型的優選實施例，所述實施例並非用以限制本實用新型的專利保護範圍，因此凡是運用本實用新型的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本實用新型的保護範圍內。
77.對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。