производстве. Описанное деление роботов на три поколения весьма условно, некоторые роботы могут занимать промежуточное положение, однако отсюда видна основная тенденция развития роботостроения - стремление к универсальности, автономности и адаптации к внешней среде.

Дальнейшая классификация роботов идет по конструктивному исполнению приводов манипулятора и системам управления, подробно описанным в § 11.2 и 11.3.

11.2. МАНИПУЛЯТОРЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

К манипуляторам промышленных роботов (ПР), используемых в производстве ИС, и захватам объектов манипулирования предъявляется целый ряд специфических требований, определяемых требуемой точностью позиционирования, средой, в которой должен работать робот, и рядом других параметров технологического процесса (температурой, давлением, требуемой траекторией и скоростями перемещения и др.). Исходя из этих специфических тербований определяются тип привода и его конструктивное исполнение (см. рис. 11.1).

Исходя из малой грузоподъемности применяются в основном пневматический и электромеханический приводы.

Пневмопривод используется для манипуляторов, работающих при позиционном управлении и отрабатывающих сравнительно небольшое число точек позиционирования, координаты которых определяются установленными упорами. Для позиционирования пневмопривода в нескольких точках последовательно подключают несколько пневмоцилиндров, использование двух пневмо-цилиндров дает четыре точки позиционирования.

Схемы механизмов поворота рабочих органов с использованием пневмопривода приведены на рис. 11.2. Механизм, выполненный по схеме рис. 11.2,а, обеспечивает поворот на любой угол, даже больший чем 360°, обеспечивает высокую плавность хода, поскольку использование двух пневмоцилиндров позво-

а) S) 6)

Рис. 11.2. Схемы пневмоприводов поворота рабочих органов манипулятора:

а - реечный привод; б - кривошипный привод; в - пластинчатый привод

КЧ1Ч\\\\\\\\\\\Щ

s\\\4\\\\MI Н^ШЬГ*

Рис. 11.3. Конструкция пневмоцилиндра

ляет одному из них при повороте играть роль тормоза и выбирать зазор в зацеплении. Такой механизм использован в роботе ПРП-2. Механизм ) рис. 11.2,6 применен в роботе т РФ-202М. Он конструктивно 1 прост, имеет высокую нагрузочную способность, однако обеспечивает поворот на угол около 120°. Такие механизмы рекомендуется использовать для поворота достаточно массивных элементов манипулятора при ограниченных углах поворота. Механизм по схеме

рис. 11.2,в наиболее компактен, однако он не обеспечивает достаточно больших моментов. Здесь поворот происходит за счет подачи давления в одну из полостей, образованных в цилиндрической расточке корпуса подвижной и неподвижной пластинами, уплотненными эластичными манжетами. Обычно такие механизмы применяются для ротации механизмов зажима, как это сделано в роботе РФ-202М.

Типовая конструкция пневмоцилиндра изображена на рис. 11.3. Уплотнение поршня осуществляется резиновыми манжетами 1, прижимаемыми избыточным давлением к поверхности цилиндра. Шток уплотняется манжетами 4. Ограничивается ход штока регулируемым упором 2, заворачиваемым в цилиндр и фиксируемым контргайкой 3. Для смягчения удара поршня об упор торец упора поперечными разрезами сделан упругим. Иногда для смягчения удара в конце хода применяют пневматические демпферы. Наполнение воздухом полости пневмоцилиндра и вытеснение воздуха из противоположной полости осуществляют через параллельно включенные обратный клапан 5 и дроссель 6. При подаче воздуха обратный клапан открывается и шунтирует дроссель, воздух свободно проходит в полость пневмоцилиндра, при вытеснении воздуха обратный клапан закрывается и воздух, проходит через дроссель, регулируя степень открытия которого изменяют скорость перемещения штока.

Для работы в контролируемой среде или высоком вакууме перспективными представляются манипуляторы, выполненные на основе гибких герметичных трубчатых элементов (ГГТЭ). Простейший ГГТЭ представляет собой трубку эллиптического сечения, согнутую в незамкнутое кольцо. При подаче давления в полость трубки она немного разгибается, при снятии давления вследствие упругости возвращается в прежнее положение. Используя набор таких однозвенных механизмов, можно скомпо-

новать манипулятор с необходимым числом степеней подвижности.

На рис. 11.4 изображен типовой манипулятор на ГГТЭ с двумя степенями подвижности рабочего органа. При подаче давления в трубку 1 осуществляется поворот руки манипулятора в горизонтальной плоскости. Трубчатые элементы 2 и 4 формируют перемещение захвата 3 в вертикальной плоскости. Захват также состоит из двух ГГТЭ, при подаче давления внутрь которых происходит разжим губок, сжимаются губки при снятии давления от действия сил упругости.

Новым направлением развития приводов сверхлегких манипуляторов, работающих в контролируемой среде, является применение эластичных звеньев, деформация которых определяется подачей давления в их внутренние полости. Манипулятор такого типа содержит несколько трехкамерных участков (рис. 11.5), расположенных по длине звена. Каждый участок 1 имеет три полости. Набрав несколько таких участков и соединив необходимым образом их полости, можно, подав давления Рь Р2, Рз, добиться требуемых перемещений рабочего органа в достаточно широком диапазоне.

Основной проблемой, возникающей при конструировании таких манипуляторов и манипуляторов на основе ГГТЭ, является борь-

Рис. 11.4. Манипулятор на гибких герметичных трубчатых элементах

Рис. 11.5. Манипулятор на управляемых эластичных звеньях

ба с колебаниями, возникающими на участках разгона и торможения рабочих органов. Для борьбы с этими колебаниями перспективным является использование электро- и магниторео-логических жидкостей с управляемой вязкостью. Так, манипулятор, изображенный на рис. 11.5, заключен в эластичную трубку 3, между стенками которой залита магнитореологическая жидкость 4, управляемая магнитным полем, создаваемым катушками 2. При подаче тока в катушки в конце перемещения вязкость жидкости резко возрастает, что приводит к демпфированию возникающих колебаний.

В вакуумных манипуляторах помимо или совместно с гибкими трубчатыми элементами широко используются металлические сильфоны, герметичные волновые передачи и другие механизмы, осуществляющие передачу движения через упруго-деформируемую стенку, широко применяются вводы движения в вакуум.

Электромеханические приводы используют в манипуляторах, способных переместить объект в любую заданную точку, принадлежащую зоне манипулирования. Такие манипуляторы необходимы для загрузочно-разгрузочных роботов, способных брать деталь с произвольно заданной точки пространства, для роботов технологического назначения, для роботов второго и третьего поколений, способных к адаптации и самообучению.

Среди многообразия линейных электромеханических приводов наибольшее распространение получили шариковые, роликовые и несоосные передачи винт-гайка, асинхронные двигатели с линейным ротором, линейные шаговые двигатели и виброприводы поступательного перемещения. Эти приводы обеспечивают достаточно высокую точность и обладают высоким коэффициентом полезного действия, что позволяет им интенсивно работать в течение длительного времени, не приводит к перегреву и большому износу элементов привода.

Шариковые передачи винт-гайка имеют незначительные потери на трение, обеспечивают высокую плавность и точность перемещения (до 1 мкм и менее), весьма компактны и удачно компонуются в манипуляторе (рис. 11.6,а). Шарики перемещаются в спиральной замкнутой канавке, образованной профильной канавкой винта и гайки. Для обеспечения замкнутого потока шариков в гайке профрезерован осевой паз, соединяющий начало и конец ее витка. Для устранения зазора в зацеплении применяют две гайки с осевым натягом. Шариковые передачи винт-гайка использованы в роботе Электроника НЦТМ-01 .

Конструктивно и, главное технологически, проще роликовые передачи винт-гайка, однако они имеют большие габариты и приводят к увеличению массы рабочих органов манипулятора. Конструкция такой передачи, примененной в манипуляторе АПЛ-Д-100 роботизированной линии диффузии для вертикаль-

Рис. 11.6. Типовые передачи виит-гайка, используемые в приводах манипуляторов:

а - шариковая передача виит-гайка, б-роликовая винтовая передача, в-не-соосная передача винт-гайка

ного перемещения руки манипулятора, приведена на рис. 11.6,6. Ролик, закрепленный в опорах качения в каретке, связан с ходовым винтом, и при его вращении каретка получает вертикальное перемещение вверх или вниз.

Если организовать зацепление винта с охватывающим его несоосно установленным кольцом, получим несоосную передачу винт-гайка (рис. 11.6,в). В этой передаче трение скольжения, как и в предыдущих, также сведено к минимуму. Она компактна, технологична и находит все большее распространение в приводах. Для повышения жесткости и устранения зазора применяют несколько роликов, установленных эксцентрично во втулке (рис. 11.6,в).

Все более широкое распространение в качестве приводов манипуляторов получают линейные асинхронные и линейные шаговые электродвигатели. В статоре линейного асинхронного электродвигателя, представляющего собой развернутый статор асинхронного трехфазного электродвигателя, возбуждается бегущее электрическое поле, наводящее в расположенном рядом алюминиевом линейном роторе токи Фуко, взаимодействующие с магнитным полем и приводящие к перемещению ротора относительно статора.

Конструкция шагового линейного электродвигателя и манипулятора установки проекционной фотолитографии, выполненного на его основе, подробно приведена в § 7.6. Такие приводы обеспечивают скорости перемещений до 200 мм/с при ускорениях до 10 м/с2, при этом погрешность позиционирования не превышает 0,1 мкм.

Рис. 11.7. Струйное бесконтактное схватываю- Рис. 11.8. Вакуумный

щее приспособление, позволяющее одновремен- схват для корпусов ИС но осуществлять ориентацию и базирование детали

Захватывающие приспособления, используемые в манипуляторах электронной техники, применяют для захвата пластин, кристаллов, корпусов ИС, вспомогательной технологической и транспортной тары (кассет, каруселей напылительного оборудования и оборудования ионной имплантации и т. п.).

При удержании пластин и кристаллов основным требованием является минимальное взаимодействие пластины или кристалла и схвата. Используются вакуумные или струйные приспособления. Вакуумные схваты обеспечивают высокую жесткость удержания, но приводят к нагружению пластины атмосферным давлением и к некоторой ее деформации. Возможны повреждения поверхности со стороны зоны вакуумирования, поэтому часто недопустим зажим пластины вакуумным схватом с рабочей стороны. Конструкции вакуумных схватов пластин аналогичны описанным в гл. 7.

Струйный схват является бесконтактным и применяется при манипулировании наиболее ответственными деталями при захвате со стороны рабочей поверхности (рис. 11.7). Канал 2, подводящий сжатый воздух заканчивается наклонным соплом 3, которое формирует плоский поток в зазоре между торцом захвата 1 и пластиной в направлении окна, образованного двумя ограничительными стенками 4. Благодаря разрежению, возникающему в зазоре при истечении потока воздуха, пластина захватывается и удерживается на некотором расстоянии от торца захвата, причем зазор устанавливается автоматически из условия равновесного положения изделия. Произвольно захваченная пластина под действием потока перемещается в направлении ограничительных стенок и поворачивается так, что оказывается прижатой торцом к ограничительным стенкам 4. Ориентация и базирование детали в процессе захвата при отсутствии меха-