CN113226660B - 机器人的位置修正方法以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的位置修正方法具备如下步骤，即：通过以使手部成为预先决定的第一初始姿势的方式使上述手部移动，从而使上述手部与目标物对置的步骤；摆动手部来检测上述目标物遮挡上述检测光时的上述旋转轴的旋转角的第一位置检测步骤；通过以使手部成为预先决定的第二初始姿势的方式使上述手部移动，从而使上述手部与目标物对置的步骤；摆动上述手部来检测上述目标物遮挡上述检测光时的上述旋转轴的旋转角的第二位置检测步骤；以及基于以上述第一初始姿势取得的目标物的位置、与以上述第二初始姿势取得的目标物的位置之差，求出上述第二轴以及上述第三轴的旋转角修正量的修正量运算步骤。

Description

机器人的位置修正方法以及机器人

技术领域

本发明涉及机器人的位置修正方法以及机器人。位置修正包含归零修正、或者教导位置修正。

背景技术

如专利文献1所公开的那样，在基板搬运用的机器人中，存在具备安装于手部的前端的传感器。在这样的机器人中，为了提高教导精度，通过绕某个已被决定的旋转轴摆动手部，来对传感器的实际的位置与由机器人识别的位置之间的偏移进行修正。

专利文献1：美国专利第9796086号说明书

根据该技术，能够修正因某个单一的旋转轴而产生的偏移。另一方面，通常情况下，机器人具有多个旋转轴。因此，对于修正偏移的技术，可能存在改善的余地。

发明内容

因此，本发明的目的在于改善机器人的位置控制精度。

在本发明的一个形态所涉及的机器人的位置修正方法中，所述机器人具备：基台；臂部，其通过将2个以上的连杆连结起来而构成，并与上述基台连结；手部，其与上述臂部连结，具有被分成两股的第一前端部和第二前端部；传感器，其构成为使检测光在上述第一前端部与上述第二前端部之间传播，并对目标物是否遮挡该检测光进行检测；以及控制装置，其控制上述臂部以及上述手部的动作，多个旋转轴被设定为分别在多个连结部相互平行，上述多个连结部包含上述基台与上述臂部的连结部、构成上述臂部的连杆中的邻接的2个连杆的连结部、以及上述臂部与上述手部的连结部，对于上述旋转轴中的3个旋转轴，从接近上述基台的旋转轴起而依次被设为第一轴、第二轴以及第三轴，在这样的情况下，上述修正方法具备如下步骤，即：通过以使上述手部成为预先决定的第一初始姿势的方式使上述手部移动，从而使上述手部与目标物对置的步骤；摆动上述手部来检测上述目标物遮挡上述检测光时的上述旋转轴的旋转角的第一位置检测步骤；通过以使上述手部成为与上述第一初始姿势不同的预先决定的第二初始姿势的方式使上述手部移动，从而使上述手部与目标物对置的步骤；摆动上述手部来检测上述目标物遮挡上述检测光时的上述旋转轴的旋转角的第二位置检测步骤；以及基于以上述第一初始姿势取得的上述旋转轴的旋转角、与以上述第二初始姿势取得的上述旋转轴的旋转角之差，求出上述第二轴以及上述第三轴的旋转角修正量的修正量运算步骤。

根据上述结构，不仅能够修正第三轴的位置，还能够修正第二轴的位置，从而能够改善机器人的位置控制精度。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的机器人的示意图。

图2是表示实施方式所涉及的手部的俯视图。

图3是表示实施方式所涉及的机器人的控制系统的框图。

图4是表示实施方式所涉及的机器人的位置修正方法的流程图。

图5A是表示理想状态下的手部与目标物的位置关系的图，图5B是表示在现实中可能发生的手部与目标物的位置关系的图，图5C是对第二轴的修正量进行说明的图，图5D是对第三轴的修正量进行说明的图。

图6是表示第二实施方式所涉及的位置修正方法的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。在所有图中对相同或对应的要素标注相同的附图标记，并省略重复说明。

图1表示机器人1。机器人1在制造半导体元件的半导体处理设备中，可用于搬运基板S。基板S是被称为晶片的半导体元件的材料、且形成为圆盘状。在半导体处理设备中，为了对基板S实施热处理、杂质导入处理、薄膜形成处理、光刻处理、清洗处理、或平坦处理之类的各种处理，而设置有多个处理装置。

机器人1将例如收纳于盒2的基板S向处理装置搬运。盒2例如为正面开口式一体型晶圆传送盒(FOUP)。此外，虽然图示有单一的盒2，但在半导体处理设备中，也可以设置有集约地具备多个(例如，2个或3个)盒2的EFEM(Equipment Front End Module：设备前端模块)。在该情况下，优选机器人1构成为能够在无行走装置的情况下访问各盒2的内部。

机器人1具备基台10、臂部12、手部14、传感器17以及控制装置20。

基台10固定于半导体处理设备的适当位置(例如，水平的地面)(或者，也可以经由行走装置支承于设备座面)。以下，以将基台10适当地设置于水平的地面为基准，对方向进行说明。

臂部12经由升降轴11与基台10连结。升降轴11能够相对于基台10而沿上下方向(Z方向)动作，由此使臂部12以及手部14沿上下方向移动。臂部12通过将2个以上的连杆连结而构成。手部14与臂部12连结。机器人1或臂部12为所谓的水平多关节型。在机器人1中，多个旋转轴A1、A2…被设定为分别在多个连结部中相互平行。任一个旋转轴A1、A2…均朝向上下方向(Z方向)。

在“多个连结部”中包含基台10与臂部12的连结部、构成臂部12的连杆中的邻接的2个连杆彼此的连结部、以及臂部12与手部14的连结部。机器人1中的旋转轴的个数与从基台10到手部14为止设置的连结部的个数对应。例如，在本实施方式中，臂部12具有第一连杆13a以及第二连杆13b这2个连杆，在机器人1设定有3个连结部以及3个旋转轴。(若连杆根数为3个以上，则在机器人1设定有4个以上的旋转轴。)

第一连杆13a的基端部以能够绕旋转轴A1旋转的方式与基台10连结。第二连杆13b的基端部以能够绕旋转轴A2旋转的方式与第一连杆13a的前端部连结。手部14以能够绕旋转轴A3旋转的方式与第二连杆13b的前端部连结。连杆13a、13b以及手部14能够在水平面(XY平面)内摆动。手部14能够根据臂部12的姿势(绕各旋转轴A1～A3的旋转角)在水平面内沿着任意的轨迹(包含直线以及曲线)而移动。

将3个旋转轴A1～A3从接近基台10的旋转轴起，依次称为第一轴A1、第二轴A2以及第三轴A3。将绕第一轴A1的旋转角称为第一旋转角φ1，将绕第二轴A2的旋转角称为第二旋转角φ2，将绕第三轴A3的旋转角称为第三旋转角φ3。对于中央的设定有第二轴A2的连结部(在双连杆式的本实施方式中，第一连杆13a与第二连杆13b的连结部)，为了便于说明，存在称为“肘关节Je”的情况。

图2表示手部14。手部14为薄板状。手部14从臂部12的前端部水平延伸。手部14能够在其上表面保持圆盘状的基板S，由此基板S被保持为大体水平的姿势。用于保持的结构并没有特别限定，能够采用边缘夹持式或吸引式的结构。由于在手部14保持基板S的状态下臂部12以及手部14进行升降以及/或摆动，所以机器人1能够在X、Y以及/或Z方向上沿着任意的轨迹，一边将基板S保持为水平姿势一边搬运基板S。

手部14在俯视下形成为U状。手部14包括单一的基端部15、以及从基端部15分成两股状而延伸的第一前端部16a和第二前端部16b。手部14在俯视下相对于中心线C而左右对称。以旋转轴A3位于中心线C上的方式，使手部14的基端部15与臂部12连结。

传感器17是形成检测光L的光学传感器，该检测光L在手部14的第一前端部16a与第二前端部16b之间的空间传播。检测光L为光束状，在空间内呈直线形成。传感器17检测物体是否遮挡检测光L，换言之，检测在上述空间内是否存在物体。在本实施方式中，虽然以透射型传感器构成传感器17，但也可以由反射型传感器构成传感器17。传感器17具有发光元件18a以及受光元件18b。发光元件18a由控制装置20驱动而产生检测光L，检测光L经由光纤19a而被引导至第一前端部16a，从第一前端部16a向上述空间射出。若在上述空间中没有物体，则检测光L直线地进入上述空间内而射入第二前端部16b，经由光纤19b而被引导至受光元件18b。受光元件18b将与受光量对应的信号输出至控制装置20。从传感器17输出的信号的特性因物体是否遮挡检测光L而变化。控制装置20能够基于该信号特性的不同，来判断检测光L是否被遮挡。

图3示出有机器人1的控制系统。控制装置20控制臂部12以及手部14的动作。控制装置20例如为微型控制器等具备计算机的机器人控制器，并不限定于单一的装置，也可以由多个装置构成。

控制装置20具备运算部21、存储部22以及伺服控制部23。存储部22存储控制装置20的基本程序、机器人1的动作程序、以及动作程序的执行中所取得的数据等信息。在动作程序中，不仅包含用于使机器人1在半导体处理设备中被实际应用而自动地进行基板S的搬运作业的作业程序，还包含在作业前对因机器人1的加工误差、组装误差以及/或安装误差等误差而引起的位置偏移进行修正的程序。该“位置偏移”是指控制装置20所识别的臂部12或手部14的位置、姿势或坐标(以下，存在称为软件值的情况)、与由于误差而产生的实际的臂部12或手部14的位置、姿势或坐标(以下，存在称为实际值的情况)之差。通过执行用于该修正的程序，来执行实施方式所涉及的位置修正方法。

运算部21执行用于机器人控制的运算处理，并生成机器人1的控制指令。伺服控制部23构成为：基于由运算部21生成的控制指令，来控制机器人1的驱动装置26。在该驱动装置26中例如包含使升降轴11升降的升降促动器27a(例如，气缸)、与旋转轴A1～A3分别对应的多个旋转促动器28a、28b、28c(例如，电动马达)。驱动装置26根据来自控制装置20的控制指令，使手部14移动。在以下说明中，臂部12以及手部14的姿势或位置的变化通过由控制装置20执行的控制来实现。

以下，对通过基于控制装置20进行的程序的执行、和与之相伴的机器人1的动作而实现的位置修正方法进行说明。作为实施位置修正方法的前提，目标物40设置于机器人1的可动范围内(手部14能够访问的位置)。目标物40也可以设置为能够由作业者通过半导体处理设备来拆卸，也可以预先设置于盒2的内部或外表面。

此外，目标物40的形状、设置时姿势以及设置位置是任意的。作为一个例子，目标物40也可以形成为圆柱状，也可以为被称为“销”的目标物。在该情况下，目标物40的水平截面成为圆。作为其他例子，目标物40也可以仅将其水平截面的一部分形成为圆弧。作为一个例子，目标物40以在上下方向上延伸的姿势设置。目标物40也可以设置于盒2的内部或外表面，也可以设置于模制晶片的夹具。夹具也可以为收纳在盒2内的状态。在以下的说明中，所谓目标物40的中心，是指目标物40的水平截面的圆或圆弧的中心。

在位置修正方法中，首先，以臂部12成为第一初始姿势的状态使手部14与目标物40对置(S1)。接下来，摆动手部14，基于绕多个旋转轴的旋转角来检测目标物40的中心的位置(S2)。在该检测中，能够适当地应用上述的专利文献1中教导的技术，将该文献所教导的技术援用于此。若阐述概要，则为了使手部14摆动，而使手部14绕A3旋转。为了位置的检测，而监视传感器17的输出，判断目标物40是否遮挡了检测光L，并取得检测光L被遮挡时的第一轴A1、第二轴A2以及第三轴A3的旋转角。之后，以与第一初始姿势不同的第二初始姿势使手部14与目标物40对置(S3)。与先前同样，摆动手部14，基于绕多个旋转轴的旋转角来检测目标物40的中心的位置(S4)。

检测到的2个目标物40的中心的位置由于上述误差而不完全一致，从而产生2个位置之差。而且，用于消除该差的修正量成为用于消除误差的修正量。例如，基于2个位置之差，运算用于消除误差的修正量(S5)。修正量是与第二轴A2的旋转角以及第三轴A3的旋转角相关联地求出。具体而言，在分别从第一初始姿势以及第二初始姿势起，绕第二轴A2旋转相同的修正量Δφ2(参照图5C)时，进一步在分别从第一初始姿势以及第二初始姿势起绕第三轴A3旋转相同的修正量Δφ3时(参照图5D)，求出使手部14的前端成为相同的位置的修正量Δφ2、Δφ3。

通过针对软件值进一步考虑这样求出的修正量Δφ2、Δφ3，能够吸收初始的误差来校正机器人1的初始位置，从而提高位置控制精度。

如图6所示，在目标物存在2个的情况下，也可以修正第一轴A1的旋转角。这里，将2个目标物称为第一目标物40a和第二目标物40b。在理想的配置中，以从第一轴A1到第一目标物40a的距离、与从第一轴A1到第二目标物40b的距离相等的方式，设置2个目标物40a、40b。在具有2个以上的盒2的EFEM中，容易配置这样的目标物40a、40b。第一目标物40a设置于一个盒2，第二目标物40b设置于另一个盒2。但是，由于上述误差，2个距离未必相等。与第二轴A2以及第三轴A3相关联的矫正通过上述修正量运算步骤而进行，因此这里通过对与第一轴A1相关联的软件值进行修正，从而进行最终的位置修正。

具体而言，使手部14朝向第一目标物40a移动，对传感器17进行监视并使第一目标物40a遮挡检测光L。取得遮挡检测光L时的从第一轴A1到第一目标物40a的距离B、和第一轴A1的旋转角φ1。与此相同地，使手部14朝向第二目标物40b移动，取得从第一轴A1到第二目标物40b的距离B′、和第一轴A1的旋转角φ1′。

假设在现实中从第一轴到第一目标物的距离、与从第一轴到第二目标物的距离相等，则所取得的2个距离相互相等，另外，以第一姿势取得的第一旋转角、与以第二姿势取得的第二旋转角相等。在不同的情况下，是指2个距离以及/或绕第一旋转轴的促动器的安装等存在误差。因此，在距离不同的情况下，运算用于修正距离的修正量。若第一旋转角的绝对值存在差异，则运算用于消除该差异的修正量。

这样，根据本实施方式，不仅能够修正第二轴A2以及第三轴A3的旋转角，也能够修正第一轴A1的旋转角以及到2个目标物40a、40b的距离，能够进一步提高位置控制的精度。

至此，对实施方式进行了说明，但上述结构以及方法可以在本发明的主旨的范围内追加、变更以及/或削除。

例如，如上所述，即使是具有3个以上的连杆的臂部也可以同样地应用。在3连杆式的情况下旋转轴为4个。在该情况下，在应用上述方法时，例如，首先，从手部14侧起，依次将3个旋转轴设为第三轴、第二轴以及第一轴，使基台10与臂部12的连结部处的旋转轴不动作。由此，能够修正这里定义的第一至第三轴的旋转角。接下来，从基台10侧起，依次将3个旋转轴设为第一轴、第二轴以及第三轴，且使手部14与臂部12的连结部处的旋转轴不动作。由此，在存在4个以上的旋转轴的机器人中，也能够提高修正精度，并提高位置控制精度。

Claims (4)

1.一种位置修正方法，是机器人的位置修正方法，其特征在于，

所述机器人具备：

基台；

臂部，其通过将2个以上的连杆连结起来而构成，并与所述基台连结；

手部，其与所述臂部连结，具有被分成两股的第一前端部和第二前端部；

传感器，其构成为使检测光在所述第一前端部与所述第二前端部之间传播，并对目标物是否遮挡该检测光进行检测；以及

控制装置，其控制所述臂部以及所述手部的动作，

多个旋转轴被设定为分别在多个连结部相互平行，所述多个连结部包含所述基台与所述臂部的连结部、构成所述臂部的连杆中的邻接的2个连杆的连结部、以及所述臂部与所述手部的连结部，

对于所述旋转轴中的3个旋转轴，从接近所述基台的旋转轴起而依次被设为第一轴、第二轴以及第三轴，在这样的情况下，所述修正方法具备如下步骤，即：

通过以使所述手部成为预先决定的第一初始姿势的方式使所述手部移动，从而使所述手部与目标物对置的步骤；

摆动所述手部来检测所述目标物遮挡所述检测光时的所述旋转轴的旋转角的第一位置检测步骤；

通过以使所述手部成为与所述第一初始姿势不同的预先决定的第二初始姿势的方式使所述手部移动，从而使所述手部与目标物对置的步骤；

摆动所述手部来检测所述目标物遮挡所述检测光时的所述旋转轴的旋转角的第二位置检测步骤；以及

基于以所述第一初始姿势取得的所述旋转轴的旋转角、与以所述第二初始姿势取得的所述旋转轴的旋转角之差，求出所述第二轴以及所述第三轴的旋转角修正量的修正量运算步骤。

2.根据权利要求1所述的位置修正方法，其特征在于，

在所述第一位置检测步骤以及所述第二位置检测步骤中，根据所述目标物遮挡所述检测光时的所述旋转轴的旋转角来求出所述目标物的位置，

在所述修正量运算步骤中，基于求出的2个位置的差来求出旋转角修正量。

3.根据权利要求1所述的机器人的位置修正方法，其特征在于，

所述目标物包含第一目标物和第二目标物，

在考虑了所述第二轴以及所述第三轴的旋转角修正量的状态下，使用所述第一目标物来执行所述位置检测步骤，并且使用所述第二目标物来执行所述位置检测步骤，

基于由该2个位置检测步骤所取得的从所述第一轴到目标物的距离的数据以及所述第一轴的旋转角的数据，求出所述第一轴的旋转角修正量。

4.一种机器人，具备：

基台；

臂部，其通过将2个以上的连杆连结起来而构成，并与所述基台连结；

手部，其与所述臂部连结，具有被分成两股的第一前端部和第二前端部；

传感器，其构成为使检测光在所述第一前端部与所述第二前端部之间传播，并对目标物是否遮挡该检测光进行检测；以及

控制装置，其控制所述臂部以及所述手部的动作，

多个旋转轴被设定为分别在多个连结部相互平行，所述多个连结部包含所述基台与所述臂部的连结部、构成所述臂部的连杆中的邻接的2个连杆的连结部、以及所述臂部与所述手部的连结部，

对于所述旋转轴中的3个旋转轴，从接近所述基台的旋转轴起而依次被设为第一轴、第二轴以及第三轴，在这样的情况下，所述控制装置构成为：

通过以使所述手部成为预先决定的第一初始姿势的方式使所述手部移动，从而使所述手部与目标物对置，

摆动所述手部来检测所述目标物遮挡所述检测光时的所述旋转轴的旋转角，

通过以使所述手部成为与所述第一初始姿势不同的预先决定的第二初始姿势的方式使所述手部移动，从而使所述手部与目标物对置，

摆动所述手部来检测所述目标物遮挡所述检测光时的所述旋转轴的旋转角，

基于以所述第一初始姿势取得的所述旋转轴的旋转角、与以所述第二初始姿势取得的所述旋转轴的旋转角之差，求出所述第二轴以及所述第三轴的旋转角修正量。

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