高性能直驅式直角高性能直驅式直角座標型機器人座標型機器人

高性能直驅式直角高性能直驅式直角座標型機器人座標型機器人

指導老師 : 林 宗 賢學 號 : 99512027姓 名 : 李 奇 樺

前言

直角座標型機器人由多組直線定位平台構成，線性馬達不透過其他傳動元件，直接驅動的座標型機器人有越來越多的趨勢，其帶來的速度、精度與可靠性等性能提升，使直驅式機器人於半導體、電子、面板與太陽能等高科技產業自

動化領域建立不可或缺。

DCR 關鍵零組件 ( 線性馬達 )

直驅式座標機械人關鍵零組件、種類與特色常用線性馬達有下列三種

鐵心式 無鐵心式 : 1.U 字型無鐵心線性馬達 2. 棒狀無鐵心線性馬達 平面伺服馬達

( 鐵心式 ) 線性馬達 鐵心式線性馬達具有最大推力 / 容積比與散熱

能力，此能力可透過強制水冷更進一步提升，鐵心式線性馬達，用於需要大推力之高速 SMT 、電路板鑽孔機與工具機等。

( 無鐵心式 ) 線性馬達 無鐵心式線性馬達由於動子不含矽鋼片，

所產生的推力沒有頓力，可支援需要低速度漣波應用，如電路板及面板掃描檢測。

鐵心與無鐵心差異

U 字型無鐵心式線性馬達 U 型馬達由於定子磁場封閉，不可外洩，

可用於對磁干擾非常敏感的應用，如真空電子束晶圓監測。

棒狀無鐵心式線性馬達

棒狀無鐵心式線性馬達沒有這種磁場封閉的缺點，但由於結構類似傳統螺桿。

平面伺服馬達

平面伺服馬達，其最大的優點是在有限的空間內可完成多頭的 XY 平面，又因其可動部分質量輕，可應用於高加速度場合，例如崁入式電阻、電容元件雷射修補、晶圓與面板檢測等場面。

高動態特性

高速

行程不受限高精度

無磨耗

零件少

單軸可多頭控制

平順的運動

無背隙

線性馬達的優點

線性傳動裝置

皮帶傳動 氣壓缸傳動 螺桿傳動 線性馬達

傳動

齒條傳動

DCR 關鍵元件關鍵元件 種類 附註

線性馬達鐵心式

伺服馬達大推力散熱佳

　無鐵心式伺服馬達

低速度漣波對外磁場干擾低

　平面

伺服馬達 不佔面積軸承 線行滑軌 高剛性

　 空氣軸承無摩擦力奈米定位

位置回饋 裝置 磁性尺 成本低

　 光學尺 　　 雷射干涉儀 奈米定位

驅動器 /運動控制器 PLC 　

系統整合工程考量 使用環境 精度要求 定位機構 結構強度 運動控制 熱設計 電線管理 維修保護 運輸

使用環境 潔淨室要求：避免發塵的設計與元件選

配。 環境的振動：避震器的選用。 設施供壓源變化：如對空壓元件功能與

空氣軸承精度影響。 設施氣流變化：影響雷射干涉量測。

精度要求

微米 / 奈米：涉及軸承與位置回饋裝置選配。

整定誤差：負荷、整定時間、誤差區間。

定位機構 XY兩軸疊層平面定位：適合較小的行程。 XY橋式平面定位：兩軸運動互不影響。

XY龍面平面定位：支援大行程定位。

Z 軸配重：彈簧、氣壓或電磁式。

結構強度

靜、動態負荷：螺絲接合強度。

輕量化設計：截面、複合材料。

運動控制

速度 / 加速度分佈：線性馬達與驅動器選配，確認所用速度 / 加速度無鐵心線性馬達連續運轉範圍內，不會有馬達過溫的疑慮

熱設計 發熱源：如何減少，源頭管制最有效

散熱路徑設計：利用對稱性

冷卻方式：水，氣冷

絕熱方式：絕熱材料與路徑

電線管理

遮蔽 /接地。

路徑 / 分佈：避免電源線間摩差擦與磨耗。

維修保護

人員與工具出入空間：人因工程設計。

保養週期 。

運輸

定位機構採用 XY龍門設計，橫軸設有類似平行彈性機構以吸收高速運動時熱變形，並特別注重橫軸輕量化，符合高速整定需求。

龍門架構

晶圓搬運手臂

雷射電路板鑽孔

雷射掃描

晶圓檢測機

X-Y 平台

PDP 電漿顯示器檢測機

總結

直驅式直角座標機器人才 (DCR) 關鍵元件線性馬達應用特性，系統整合考量項目與三種高科技應用例：電子元件檢測，真空面板檢測與奈米量測，期望國內開發更高附加價值設備，提升國內精密機械技術水準。

参考網站 http://www.mmmpc.com.tw/yuehyi

n/MagSummary.aspx?ID=461&MID=9148

http://www.robotworld.org.tw/index.htm?pid=10&News_ID=4221

http://www.iosh.gov.tw/netbook/mech1.htm

http://www.iosh.gov.tw/netbook/mech1.htm