本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶圓輸送設(shè)備的，尤其涉及一種機(jī)械手上臂、線路布置方法及機(jī)械手臂。

背景技術(shù)：

1、在半導(dǎo)體晶圓制造領(lǐng)域，機(jī)械手臂作為晶圓輸送的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)精度與穩(wěn)定性直接影響工藝良率及設(shè)備可靠性。典型的機(jī)械手臂通常采用多關(guān)節(jié)串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，由上臂、前臂及末端執(zhí)行器組成，通過(guò)肩部、肘部及腕部軸系的協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)晶圓在真空腔室內(nèi)的精確傳送。其中，上臂作為連接肩關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)的承載部件，其內(nèi)部需集成驅(qū)動(dòng)線纜、氣路及傳感器信號(hào)通道，以支撐各關(guān)節(jié)的動(dòng)力傳輸與實(shí)時(shí)反饋。

2、隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)不斷微縮，對(duì)晶圓定位精度的要求已提升至亞微米級(jí)別?，F(xiàn)有機(jī)械臂設(shè)計(jì)中，上臂關(guān)節(jié)區(qū)域的心軸部件與承載殼體多采用分體式裝配結(jié)構(gòu)，例如通過(guò)螺栓固定或過(guò)盈配合實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。然而，此類分體式設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期高頻率往復(fù)運(yùn)動(dòng)中易因材料熱膨脹系數(shù)差異、裝配應(yīng)力殘留等因素導(dǎo)致配合界面出現(xiàn)微觀間隙，造成心軸與殼體同心度的累計(jì)偏差。更關(guān)鍵的是，分體式結(jié)構(gòu)的制造公差會(huì)在肩關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)的傳動(dòng)鏈路上疊加，導(dǎo)致末端執(zhí)行器的軌跡偏移超出工藝窗口要求，這在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下尤為顯著。

3、因此，有必要提供一種機(jī)械手上臂、線路布置方法及機(jī)械手臂，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械手上臂、線路布置方法及機(jī)械手臂，用以在實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞的基礎(chǔ)上避免肩部關(guān)節(jié)和肘部關(guān)節(jié)的心軸部分與殼體分體設(shè)計(jì)產(chǎn)生的同心度累計(jì)偏差。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，一種機(jī)械手上臂，包括：

4、安裝殼體，兩端分別具有肩部關(guān)節(jié)軸線和肘部關(guān)節(jié)軸線，繞所述肩部關(guān)節(jié)軸線和所述肘部關(guān)節(jié)軸線分別形成動(dòng)力輸入?yún)^(qū)和動(dòng)力輸出區(qū)；

5、動(dòng)力輸入部和動(dòng)力輸出部，分別同軸對(duì)接于所述動(dòng)力輸入?yún)^(qū)和所述動(dòng)力輸出區(qū)；

6、與所述安裝殼體一體成型的肩部關(guān)節(jié)心軸和肘部關(guān)節(jié)心軸，分別沿所述肩部關(guān)節(jié)軸線和所述肘部關(guān)節(jié)軸線同軸設(shè)置，所述肩部關(guān)節(jié)心軸內(nèi)部具有軸向貫通的安裝區(qū)，所述肩部關(guān)節(jié)心軸的外周面與所述安裝殼體的內(nèi)壁形成環(huán)形間隙狀的第一容納區(qū)，所述肘部關(guān)節(jié)心軸的外周面與所述安裝殼體內(nèi)壁形成環(huán)形間隙狀的第二容納區(qū)；

7、動(dòng)力傳遞件，沿所述動(dòng)力輸入?yún)^(qū)、所述安裝區(qū)、所述第一容納區(qū)以及所述第二容納區(qū)形成連續(xù)傳動(dòng)路徑，用于將所述動(dòng)力輸入部的扭矩傳遞至所述動(dòng)力輸出部。

8、本發(fā)明提供的一種機(jī)械手上臂的有益效果在于：通過(guò)將肩部關(guān)節(jié)心軸和肘部關(guān)節(jié)心軸與安裝殼體一體成型，有效避免了傳統(tǒng)分體式設(shè)計(jì)中因材料熱膨脹系數(shù)差異、裝配應(yīng)力殘留等因素導(dǎo)致的配合界面微觀間隙，從而顯著減少了心軸與殼體同心度的累計(jì)偏差，提高了機(jī)械手上臂的運(yùn)動(dòng)精度與穩(wěn)定性。而動(dòng)力傳遞件位于安裝殼體內(nèi)，能夠?qū)?dòng)力輸入部的動(dòng)力依次經(jīng)過(guò)動(dòng)力輸入?yún)^(qū)、安裝區(qū)、第一容納區(qū)、第二容納區(qū)傳遞到動(dòng)力輸出區(qū)，保證了將心軸與殼體一體成型后依舊能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力的有效傳遞。同時(shí)，使得動(dòng)力傳遞路徑更加直接，提高了動(dòng)力傳遞的效率。

9、進(jìn)一步地，所述動(dòng)力輸入?yún)^(qū)和所述動(dòng)力輸出區(qū)沿安裝殼體高度方向呈對(duì)角分布，所述肩部關(guān)節(jié)心軸為懸臂式延伸結(jié)構(gòu)，包括第一根部和第一延伸部，所述第一根部一體成型于所述安裝殼體，所述第一延伸部自所述第一根部沿肩部關(guān)節(jié)軸線同軸貫穿所述第一容納區(qū)，所述肘部關(guān)節(jié)心軸為倒置懸臂結(jié)構(gòu)，包括第二根部和第二延伸部，所述第二根部一體成型于所述安裝殼體，所述第二延伸部自所述第一根部沿肘部關(guān)節(jié)軸線同軸貫穿第二容納區(qū)。

10、進(jìn)一步地，所述動(dòng)力傳遞件包括同軸設(shè)于所述第一容納區(qū)的第一帶輪、以及環(huán)繞所述安裝殼體內(nèi)壁的傳動(dòng)帶、以及同軸設(shè)于所述第二容納區(qū)的第二帶輪，所述第一帶輪、所述第二帶輪分別轉(zhuǎn)動(dòng)套設(shè)在所述肩部關(guān)節(jié)心軸和所述肘部關(guān)節(jié)心軸上，所述傳動(dòng)帶纏繞在所述第一帶輪和所述第二帶輪之間形成閉環(huán)動(dòng)力傳遞路徑。

11、進(jìn)一步地，所述動(dòng)力傳遞件還包括手臂心軸和扭矩傳遞件，所述手臂心軸位于所述安裝區(qū)且與所述動(dòng)力輸入部的輸出端固定連接，所述扭矩傳遞件用于將所述手臂心軸的動(dòng)力傳遞到所述肩部關(guān)節(jié)心軸上。

12、進(jìn)一步地，所述安裝殼體在所述肩部關(guān)節(jié)軸線和所述肘部關(guān)節(jié)軸線之間開(kāi)設(shè)有過(guò)渡區(qū)，所述過(guò)渡區(qū)分別與所述第一容納區(qū)和所述第二容納區(qū)連通。

13、進(jìn)一步地，所述肩部關(guān)節(jié)心軸背離所述動(dòng)力輸入部的一端開(kāi)設(shè)有徑向的缺口，所述缺口用于連通所述安裝區(qū)與所述過(guò)渡區(qū)。

14、進(jìn)一步地，所述肘部關(guān)節(jié)心軸背離所述動(dòng)力輸出區(qū)的一側(cè)開(kāi)設(shè)有線槽區(qū)，所述安裝殼體還開(kāi)設(shè)有下沉區(qū)，所述下沉區(qū)位于所述線槽區(qū)與所述過(guò)渡區(qū)之間，連通所述過(guò)渡區(qū)和所述線槽區(qū)。

15、進(jìn)一步地，所述過(guò)渡區(qū)內(nèi)安裝有管線支架，所述管線支架的兩端分別位于所述缺口和所述下沉區(qū)。

16、進(jìn)一步地，所述第一帶輪的底部固定連接有帶輪底座，所述帶輪底座相對(duì)與所述動(dòng)力輸入部固定設(shè)置，所述帶輪底座的底部固定連接有基體。

17、進(jìn)一步地，所述動(dòng)力輸出部包括動(dòng)力輸出座、法蘭和軸承，所述第二帶輪與所述法蘭固定連接，所述法蘭與所述動(dòng)力輸出座固定連接，所述法蘭通過(guò)所述軸承與所述安裝殼體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述法蘭與所述動(dòng)力輸出座朝向彼此的面分別開(kāi)設(shè)有用于對(duì)所述軸承的內(nèi)環(huán)的緊固的環(huán)形卡槽。

18、第二方面，一種機(jī)械手臂，包括上述的一種機(jī)械手上臂，還包括：樞轉(zhuǎn)在所述肘部關(guān)節(jié)軸線的前臂，以及與所述前臂樞轉(zhuǎn)連接的末端執(zhí)行器。

19、第三方面，一種機(jī)械手上臂線路布置方法，包括以下步驟：

20、所述動(dòng)力輸入?yún)^(qū)和所述動(dòng)力輸出區(qū)具有中空通道，提供管線，將包含供電線纜和/或氣動(dòng)管路的管線穿設(shè)于所述動(dòng)力輸入?yún)^(qū)的中空通道；

21、所述肩部關(guān)節(jié)心軸背離所述動(dòng)力輸入?yún)^(qū)的一端開(kāi)設(shè)有缺口，將所述管線從中空通道引出至所述缺口處；

22、提供管線支架，所述肘部關(guān)節(jié)心軸背離所述動(dòng)力輸出區(qū)的一側(cè)開(kāi)設(shè)有線槽區(qū)，所述安裝殼體還開(kāi)設(shè)有下沉區(qū)，所述下沉區(qū)位于所述線槽區(qū)與所述過(guò)渡區(qū)之間，管線從所述缺口引出后經(jīng)過(guò)所述管線支架進(jìn)入到下沉區(qū)；

23、自下沉區(qū)后依次經(jīng)過(guò)線槽區(qū)和動(dòng)力輸出區(qū)的中空通道后引出。

24、本發(fā)明提供的一種上臂線路布置方法的有益效果在于：通過(guò)線路布置方法形成的電路和管路通道避免與安裝殼體發(fā)生干涉，延長(zhǎng)了電路和管路的使用壽命，避免在使用的過(guò)程中發(fā)生磨損。

技術(shù)特征：

1.一種機(jī)械手上臂，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，所述動(dòng)力輸入?yún)^(qū)（13）和所述動(dòng)力輸出區(qū)（14）沿安裝殼體（1）高度方向呈對(duì)角分布，所述肩部關(guān)節(jié)心軸（4）為懸臂式延伸結(jié)構(gòu)，包括第一根部和第一延伸部，所述第一根部一體成型于所述安裝殼體（1），所述第一延伸部自所述第一根部沿肩部關(guān)節(jié)軸線（11）同軸貫穿所述第一容納區(qū)（16），所述肘部關(guān)節(jié)心軸（5）為倒置懸臂結(jié)構(gòu)，包括第二根部和第二延伸部，所述第二根部一體成型于所述安裝殼體（1），所述第二延伸部自所述第一根部沿肘部關(guān)節(jié)軸線（12）同軸貫穿第二容納區(qū)（17）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，所述動(dòng)力傳遞件（6）包括同軸設(shè)于所述第一容納區(qū)（16）的第一帶輪（61）、以及環(huán)繞所述安裝殼體（1）內(nèi)壁的傳動(dòng)帶（63）、以及同軸設(shè)于所述第二容納區(qū)（17）的第二帶輪（62），所述第一帶輪（61）、所述第二帶輪（62）分別轉(zhuǎn)動(dòng)套設(shè)在所述肩部關(guān)節(jié)心軸（4）和所述肘部關(guān)節(jié)心軸（5）上，所述傳動(dòng)帶（63）纏繞在所述第一帶輪（61）和所述第二帶輪（62）之間形成閉環(huán)動(dòng)力傳遞路徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，所述動(dòng)力傳遞件（6）還包括手臂心軸（64）和扭矩傳遞件（65），所述手臂心軸（64）位于所述安裝區(qū)（15）且與所述動(dòng)力輸入部（2）的輸出端固定連接，所述扭矩傳遞件（65）用于將所述手臂心軸（64）的動(dòng)力傳遞到所述肩部關(guān)節(jié)心軸（4）上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，所述安裝殼體（1）在所述肩部關(guān)節(jié)軸線（11）和所述肘部關(guān)節(jié)軸線（12）之間開(kāi)設(shè)有過(guò)渡區(qū)（18），所述過(guò)渡區(qū)（18）分別與所述第一容納區(qū)（16）和所述第二容納區(qū)（17）連通。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，所述肩部關(guān)節(jié)心軸（4）背離所述動(dòng)力輸入部（2）的一端開(kāi)設(shè)有徑向的缺口（41），所述缺口（41）用于連通所述安裝區(qū)（15）與所述過(guò)渡區(qū)（18）。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，所述肘部關(guān)節(jié)心軸（5）背離所述動(dòng)力輸出區(qū)（14）的一側(cè)開(kāi)設(shè)有線槽區(qū)（191），所述安裝殼體（1）還開(kāi)設(shè)有下沉區(qū)（19），所述下沉區(qū)（19）位于所述線槽區(qū)（191）與所述過(guò)渡區(qū)（18）之間，連通所述過(guò)渡區(qū)（18）和所述線槽區(qū)（191）?。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，所述過(guò)渡區(qū)（18）內(nèi)安裝有管線支架（181），所述管線支架（181）的兩端分別位于所述缺口（41）和所述下沉區(qū)（19）。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，所述第一帶輪（61）的底部固定連接有帶輪底座（21），所述帶輪底座（21）相對(duì)與所述動(dòng)力輸入部（2）固定設(shè)置，所述帶輪底座（21）的底部固定連接有基體（7）。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，所述動(dòng)力輸出部（3）包括動(dòng)力輸出座（31）、法蘭（32）和軸承，所述第二帶輪（62）與所述法蘭（32）固定連接，所述法蘭（32）與所述動(dòng)力輸出座（31）固定連接，所述法蘭（32）通過(guò)所述軸承與所述安裝殼體（1）轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述法蘭（32）與所述動(dòng)力輸出座（31）朝向彼此的面分別開(kāi)設(shè)有用于對(duì)所述軸承的內(nèi)環(huán)的緊固的環(huán)形卡槽。

11.一種機(jī)械手臂，包括如權(quán)利要求1-10任意一項(xiàng)所述的一種機(jī)械手上臂，其特征在于，還包括：樞轉(zhuǎn)在所述肘部關(guān)節(jié)軸線（12）的前臂（8），以及與所述前臂（8）樞轉(zhuǎn)連接的末端執(zhí)行器（9）。

12.一種機(jī)械手上臂線路布置方法，用于為如權(quán)利要求1-10任意一項(xiàng)所述的一種機(jī)械手上臂布線，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種機(jī)械手上臂、線路布置方法及機(jī)械手臂，包括：安裝殼體，兩端分別具有肩部關(guān)節(jié)軸線和肘部關(guān)節(jié)軸線，并分別形成動(dòng)力輸入?yún)^(qū)和動(dòng)力輸出區(qū)；動(dòng)力輸入部和動(dòng)力輸出部，分別同軸對(duì)接于動(dòng)力輸入?yún)^(qū)和動(dòng)力輸出區(qū)；與安裝殼體一體成型的肩部關(guān)節(jié)心軸和肘部關(guān)節(jié)心軸，分別沿肩部關(guān)節(jié)軸線和肘部關(guān)節(jié)軸線同軸設(shè)置，肩部關(guān)節(jié)心軸內(nèi)部具有軸向貫通的安裝區(qū)，肩部關(guān)節(jié)心軸與所述安裝第一容納區(qū)，肘部關(guān)節(jié)心軸與安裝殼體形成第二容納區(qū)；動(dòng)力傳遞件，沿所述動(dòng)力輸入?yún)^(qū)、所述安裝區(qū)、第一容納區(qū)以及所述第二容納區(qū)形成連續(xù)傳動(dòng)路徑，用于將所述動(dòng)力輸入部的扭矩傳遞至所述動(dòng)力輸出部。采用上述方案，進(jìn)而減少機(jī)械手上臂的同心度偏差。

技術(shù)研發(fā)人員：常志勇,劉春廷,孟君燕,侯雙明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：素珀電子科技（上海）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28