用于晶圆搬运机器人的旋转控制结构

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种用于晶圆搬运机器人的旋转控制结构。

背景技术

晶圆搬运机器人中的旋转结构主要是控制机器人完成水平方向的旋转角度控制，其运动控制的稳定性和精度受上部负载的重量和结构影响。随着大尺寸晶圆片的普遍应用以及多功能夹爪的使用，使得晶圆搬运机器人的整体结构更加复杂，体积增大，重量增加，从而对旋转轴的负载能力、控制精度以及运动稳定性提出了更高的设计要求，同时旋转结构还应满足在高等级超净环境中安装使用的要求。目前，国内在该方面的技术研究起步较晚，类似产品不能满足实际使用的要求，还没有较为成熟的设计方法，这也是制约国内晶圆搬运机器人发展水平的主要原因之一。

因此,本行业急需一种可在高等级超净环境下安装使用的大负载高精度旋转结构的设计方法。

发明内容

本发明的目的是，鉴于上述半导体行业发展的迫切需求，提出了一种可以应用在高等级超净环境下使用的旋转控制结构。该结构采用基于同步带和步带轮的减速器设计方式，来实现速比的调节和力矩的传递，具有在大负载情况下，启动稳定，加减速响应快等优势，有利于提高结构运动的稳定性和负载能力；采用自有的线缆盘卷结构，完成线缆和管路的固定和安装，大大降低了线缆和管路在运动中的磨损，延长使用寿命，同时也避免因缠绕而形成的管路堵塞和线缆拉扯，大大降低了事故率，提高长时间连续运作的可靠性；内部采用了专门的风路设计，通过风扇引导结构内部的气流走向，确保结构内部的颗粒物可以通过专门的路径向结构下层引出，不会对负载平台的工作部分造成影响，从而使机器人整体结构可以满足高等级超净环境中的安装和使用的要求。

本发明公开了一种用于晶圆搬运机器人的旋转控制结构，包括支撑结构、驱动结构、传动结构和旋转结构；

所述支撑结构包括底板、基座和面板，所述基座为具有顶底开口的中空腔体结构，且内壁设置有隔板，将基座分隔为顶层基座和底层基座，所述面板和底板分别安装在基座上，用于保护基座内部结构；

所述驱动结构贯穿旋转结构并安装在基座上；

所述传动结构，安装在基座上，包括第一传动结构、第二传动结构和连接轴；所述连接轴转动连接在基座上；所述第一传动结构位于底层基座内，并分别与连接轴底端和驱动结构固接；所述第二传动结构位于顶层基座内，并分别与连接轴顶端和旋转结构固接。

进一步的，所述旋转结构包括：

主固定轴，所述主固定轴底部安装在顶层基座上；

主轴承，所述主轴承与主固定轴固接；

转接法兰，所述转接法兰与主轴承固接；和

外接法兰，固接在转接法兰顶部。

进一步的，所述第一传动结构包括：

第一主动轮支撑架，安装在底层基座内；

第一主动轮，与驱动结构主轴固接，并与第一主动轮支撑架转动连接；

第一从动轮，与连接轴底端固接；和

第一同步带，与第一主动轮和第一从动轮带传动连接。

进一步的，所述第二传动结构包括：

第二从动轮，固接在连接轴顶端；

第三从动轮，固接在转接法兰底部；和

第二同步带，与第二从动轮和第三从动轮带传动连接。

进一步的，还包括锁紧结构，所述锁紧结构抵接在传动结构上，包括：

第一锁紧结构，抵接在第一同步带上；和

第二锁紧结构，抵接在第二同步带上。

进一步的，所述第一锁紧结构包括：

第一锁紧轮调节架，数量为2，相对设置在第一同步带两侧，并安装在底层基座内；

第一锁紧轮，数量为2，位于第一锁紧轮调节架的相对内侧，安装在顶层基座上，并抵接至第一同步带两侧；和

第一螺钉，设置在第一锁紧轮调节架上，末端抵接在第一锁紧轮上，通过调节第一螺钉的长度使第一锁紧轮抵接至第一同步带并相对滑动。

进一步的，所述第二锁紧结构包括：

第二锁紧轮调节架，数量为2，相对设置在第二同步带两侧，并安装在顶层基座上；

第二锁紧轮，数量为2，位于第二锁紧轮调节架的相对内侧，安装在顶层基座上，并抵接至第二同步带两侧；和

第二螺钉，设置在第二锁紧轮调节架上，末端抵接在第二锁紧轮上，通过调节第二螺钉的长度使第二锁紧轮抵接至第二同步带并相对滑动。

进一步的，还包括隔离结构，包括：

隔离柱，所述隔离柱固接在主固定轴顶部；

隔离板，与隔离柱顶部固定连接；和

线缆固定结构，分别与隔离板和转接法兰固定连接。

进一步的，还包括风扇，所述风扇安装在底层基座上。

进一步的，还包括限位结构，包括：

限位销钉，固定在转接法兰底部边缘；

限位支架，固接在顶层基座；和

限位块，与限位支架转动连接，并与限位销钉卡接配合。

有益效果：

1.通过采用锁紧轮和其配套的锁紧轮调节支架，可以调节锁紧轮相对同步带的位置，以达到调节同步带张力的目的，同时可以增加同步带与步带轮的接触面积，提高运动传递的稳定性；

2.采用专用的线缆固定结构，有效的管理和固定安装所有的线缆和管路，减少线缆和管路的磨损，延长使用寿命，降低因缠绕而造成的线缆接头松脱、线缆断裂、管路堵塞造成的运行故障几率，同时有效的将运动部分隔离保护起来，避免被线缆和管路对运动部分造成影响，提高长时间不间断工作的稳定性和可靠性；

3.通过安装在转接法兰上的限位销钉与安装在基座上的限位块的设计，可以对旋转结构的双向转动进行限位，一旦转动角度超过限位位置，限位销钉将拨动限位块进入限位状态，整体结构无法继续同向转动，只能通过反向转动脱离限位状态，以此保证旋转结构不会超出设定的0.角度；

4.通过采用风扇设计，控制壳体结构内部的气流方向由上而下，并经由基座上的连接孔流向外部安装结构，确保结构内部的尘埃粒子不会逸散到外部空间，满足超净环境下的使用要求；

5.驱动结构穿过旋转结构直接与基座固接，这样的设计结构更加紧凑，大大提高了空间利用率，最大程度上压缩了整个旋转控制结构的体积。

附图说明

图1为本发明旋转控制结构的结构示意图之一；

图2为本发明旋转控制结构的结构示意图之二；

图3为本发明旋转控制结构的结构示意图之三；

图4为本发明旋转控制结构的结构示意图之四；

图5为本发明旋转控制结构的各个结构示意图；

图6为本发明旋转控制结构中基座的结构示意图。

图例：1.支撑结构；11.底板；12.基座；121.隔板；122.顶层基座；123.底层基座；124.基座安装孔；125.基座连接孔；13.面板；2.驱动结构；3.传动结构；31.第一传动结构；311.第一主动轮支撑架；312.第一主动轮；313.第一从动轮；314.第一同步带；32.第二传动结构；321.第二从动轮；322.第三从动轮；323.第二同步带；33.连接轴；4.旋转结构；41.主固定轴；42.主轴承；43.转接法兰；44.外接法兰；5.锁紧结构；51.第一锁紧结构；511.第一锁紧轮调节架；512.第一锁紧轮；513.第一螺钉；52.第二锁紧结构；521.第二锁紧轮调节架；522.第二锁紧轮；523.第二螺钉；6.隔离结构；61.隔离柱；62.隔离板；63.线缆固定结构；7.风扇；8.限位结构；81.限位销钉；82.限位支架；83.限位块。

具体实施例

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”、“正面”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-6所示，一种用于晶圆搬运机器人的旋转控制结构，包括支撑结构1、驱动结构2、传动结构3和旋转结构4。

支撑结构1包括底板11、基座12和面板13。基座12为具有顶底开口的中空腔体结构，且基座12被内壁设置的隔板121分隔为顶层基座122和底层基座123，面板13和底板11分别安装在基座12上，对基座12内部的结构起到密封和保护的作用。

基座12对所有内部结构起到保护和固定的作用，通过其法兰面上的基座安装孔124与外部结构固定连接；基座12的侧壁上开设有基座连接孔125，各种线缆和管路经由基座连接孔125进入基座12内部，同时基座12内部气流经由基座连接孔125流向结构外部。

驱动结构2贯穿旋转结构4并安装在基座12上。传动结构3安装在基座12上，包括第一传动结构31、第二传动结构32和连接轴33。连接轴33转动连接在基座12上。第一传动结构31位于底层基座123内，并分别与连接轴33底端和驱动结构2固接；第二传动结构32位于顶层基座122内，并分别与连接轴33顶端和旋转结构4固接。

通过基于传动结构3的减速器设计，带动旋转结构4进行旋转，来实现速比的调节和力矩的传递，具有在大负载情况下，启动稳定，加减速相应快等优势，有利于提高结构运动的稳定性和负载能力。

旋转结构4包括主固定轴41、主轴承42、转接法兰43和外接法兰44。主固定轴41底部安装在顶层基座122上，对整个旋转结构起到稳定支撑的作用。主轴承42内圈与主固定轴41外圈固定连接。转接法兰43内圈与主轴承42外圈固定连接。外接法兰44固接在转接法兰43顶部。外接法兰44顶部与外部负载相连接，在转接法兰4的带动下带动外部负载完成旋转运动。旋转结构4在传动结构3的驱动下实现了旋转运动。

第一传动结构31包括第一主动轮支撑架321、第一主动轮312、第一从动轮313和第一同步带314。第一主动轮支撑架321安装在底层基座123内。驱动结构2在本申请中为电机，第一主动轮312与电机主轴固接，与第一主动轮支撑架321转动连接。第一从动轮313与连接轴33底端固接。第一同步带314与第一主动轮312和第一从动轮313带传动连接。

第二传动结构32包括第二从动轮321、第三从动轮322和第二同步带323。第二从动轮321固接在第一从动轮313顶端。第三从动轮322固接在转接法兰43底部。第二同步带323与第二从动轮321和第三从动轮322带传动连接。

在驱动结构2的驱动作用下，通过带传动带动第一传动结构31运动，并带动第二传动结构32转动，第二传动结构32带动旋转结构4进行旋转，使整个传动结构更加紧凑合理，传动稳定。

本申请还包括锁紧结构5，锁紧结构5抵接在传动结构3上，包括第一锁紧结构51和第二锁紧结构52。第一锁紧结构51和第二锁紧结构52分别抵接在第一同步带314上和第二同步带323上。通过采用锁紧结构5作用在同步带上，以达到调节同步带张力的目的，同时可以增加同步带与步带轮的接触面积，提高运动传递的稳定性。

第一锁紧结构51包括第一锁紧轮调节架511、第一锁紧轮512和第一螺钉513。第一锁紧轮调节架511数量为2，相对设置在第一同步带314两侧，并安装在底层基座123内。第一锁紧轮512数量为2，位于第一锁紧轮调节架511的相对内侧，安装在顶层基座122上，并抵接至第一同步带314两侧。第一螺钉513设置在第一锁紧轮调节架511上，末端抵接在第一锁紧轮512上，通过调节第一螺钉513的长度使第一锁紧轮512抵接至第一同步带314并相对滑动。

第二锁紧结构52包括第二锁紧轮调节架521、第二锁紧轮522和第二螺钉523。第二锁紧轮调节架521，数量为2，相对设置在第二同步带323两侧，并安装在顶层基座122上。第二锁紧轮522，数量为2，位于第二锁紧轮调节架521的相对内侧，安装在顶层基座122上，并抵接至第二同步带323两侧。第二螺钉523，设置在第二锁紧轮调节架521上，末端抵接在第二锁紧轮522上，通过调节第二螺钉523的长度使第二锁紧轮522抵接至第二同步带323并相对滑动。

本申请还包括隔离结构6，包括隔离柱61、隔离板62和线缆固定结构63。隔离柱61固接在主固定轴41顶部，将隔离板27与下部的运动结构之间隔离开一定的高度。隔离板62与隔离柱61顶部固定连接，将上部线缆和管线所在的空间与下部运动结构空间隔开，避免线缆和管线掉落运动结构，从而影响正常的运作。线缆固定结构63分别与隔离板62和转接法兰43固定连接。线缆固定结构63用来管理和固定线缆和管路，确保线缆和管路在随着整体结构做旋转运动的时候不会发生缠绕现象而造成事故，并减少线缆和管路的磨损，延长使用寿命。

本申请还包括风扇7，风扇7安装在基座上部的风道口上，向基座下层吹风，保证结构内部气流向基座下部流动。

本申请还包括限位结构8，包括限位销钉81、限位支架82和限位块83。限位销钉81安装在转接法兰43底部边缘。限位支架82固接在顶层基座122。限位块83与限位支架82转动连接，并与限位销钉81卡接配合。当转接法兰双方向转过一定角度时，限位销钉拨动限位块83进入限位状态，只能通过反向转动，才能解除，以此来达到限位的功能。

实际运行时，电机在外部智能驱动控制信号的控制下带动第一主动轮转动，第一主动轮通过第一同步带带动第一从动轮进行同步转动；第一从动轮通过连接轴与第二从动轮固定连接，在第一同步带的驱动下，带动第二从动轮同步转动；第二从动轮与第三从动轮通过第二同步带传动连接，在第二从动轮的驱动下带动第三从动轮进行同步转动；第三从动轮与转接法兰固定连接，转接法兰上部与外接法兰固接，内侧与主轴承外圈固接，主轴承内圈与主固定轴固接，在第三从动轮的驱动下可以带动转接法兰和外接法兰围绕主固定轴做同步旋转运动。

有益效果：通过采用锁紧轮和其配套的锁紧轮调节支架，可以调节锁紧轮相对同步带的位置，以达到调节同步带张力的目的，同时可以增加同步带与步带轮的接触面积，提高运动传递的稳定性；采用专用的线缆固定结构，有效的管理和固定安装所有的线缆和管路，减少线缆和管路的磨损，延长使用寿命，降低因缠绕而造成的线缆接头松脱、线缆断裂、管路堵塞造成的运行故障几率，同时有效的将运动部分隔离保护起来，避免被线缆和管路对运动部分造成影响，提高长时间不间断工作的稳定性和可靠性；通过安装在转接法兰上的限位销钉与安装在基座上的限位块的设计，可以对旋转结构的双向转动进行限位，一旦转动角度超过限位位置，限位销钉将拨动限位块进入限位状态，整体结构无法继续同向转动，只能通过反向转动脱离限位状态，以此保证旋转结构不会超出旋转角度。驱动结构穿过旋转结构直接与基座固接，这样的设计结构更加紧凑，大大提高了空间利用率，最大程度上压缩了整个旋转控制结构的体积。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。