JP2022163048A - 複数のエンドエフェクタを備えた材料取り扱いロボット - Google Patents
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Abstract
Description
(a)図1Aに概略的に図示するように、単一の径方向ステーション12から単一のウェハまたは基板Sを持ち上げる/単一の径方向ステーション12に単一のウェハまたは基板Sを配置する16。
(b)図1Bに概略的に図示するように、1対の積層された径方向ステーション12から1対のウェハまたは基板Sを同時に持ち上げる/1対の積層された径方向ステーション12に1対のウェハまたは基板Sを同時に配置する18。
(c)図1Cに概略的に図示するように、単一のオフセットステーション14から単一のウェハまたは基板Sを持ち上げる/単一のオフセットステーション14に単一のウェハまたは基板Sを配置する20。
(d)図1Dに概略的に図示するように、1対の積層されたオフセットステーション14から1対のウェハを同時に持ち上げる/1対の積層されたオフセットステーション14に1対のウェハを同時に配置する22。
(e)図1Eに概略的に図示するように、1対の並列のオフセットステーション14から1対のウェハまたは基板Sを同時に持ち上げる/1対の並列のオフセットステーション14に1対のウェハまたは基板Sを同時に配置する24。
(f)図1Fに概略的に図示するように、1対の並列のオフセットステーション14に1対のウェハまたは基板Sを配置するときに配置位置を個別に調整する26。
(g)単一の径方向ステーション12内においてウェハまたは基板Sを別のウェハと素早く交換する(単一の径方向ステーション内での迅速交換動作)。
(h)1対の積層された径方向ステーション12内において1対のウェハまたは基板Sを別の1対のウェハと素早く交換する(1対の積層された径方向ステーション内での迅速交換動作)。
(i)単一のオフセットステーション14内においてウェハまたは基板Sを別のウェハと素早く交換する(単一のオフセットステーション内での迅速交換動作)。
(j)1対の並列のオフセットステーション14内において1対のウェハまたは基板Sを別の1対のウェハと素早く交換する(1対の並列のオフセットステーション内での迅速交換動作)。
本発明による複数のエンドエフェクタを備えたロボットの種々の実施形態は、上記の要件の種々の組み合わせに対応するように意図されている。本文書全体を通じて使用される命名法が以下の表1にまとめられている。主要パラメータの図示については図9A~図9Bを参照されたい。
[表1:命名法]
l1: シャフトT1によって駆動される(左)上腕の関節間長さ(m)
l3: シャフトT3によって駆動される右上腕の関節間長さ(m)
li: 肘関節からウェハ中心まで測定した、エンドエフェクタiを備えた前腕の長さ(m)、i=A、B、C、D
ni: エンドエフェクタiに関連付けられる伝達比、i=A、B、C、D
t: 時間(秒)
xi: エンドエフェクタiのx座標(m)、i=A、B、C、D
yi: エンドエフェクタiのy座標(m)、i=A、B、C、D
Δθ1(t): シャフトT1によって駆動される左上腕の向きの変化(度)
Δθ2(t): シャフトT2によって駆動されるプーリ(複数可)の向きの変化(度)
Δθ3(t): シャフトT3によって駆動される右上腕の向きの変化(度)
Δθ4(t): シャフトT4によって駆動されるプーリ(複数可)の向きの変化(度)
Δθi(t): エンドエフェクタiの向きの変化(度)、i=A、B、C、D
Δθi1(t): シャフトT1によって駆動される左上腕に対するエンドエフェクタiの相対的な向き(度)、i=A、B
Δθi3(t): シャフトT3によって駆動される右上腕に対するエンドエフェクタiの相対的な向き(度)、i=C、D
θ1(t): シャフトT1によって駆動される左上腕の向き(度)
θ10: シャフトT1によって駆動される左上腕の初期の向き(度)
θ1ext: 左側リンケージが延出したときにシャフトT1によって駆動される左上腕の向き(度)
θ1ret: 左側リンケージが後退したときにシャフトT1によって駆動される左上腕の向き(度)
θ2(t): シャフトT2によって駆動されるプーリの向き(度)
θ20: シャフトT2によって駆動されるプーリの初期の向き(度)
θ2exti: エンドエフェクタjが延出したときにシャフトT2によって駆動されるプーリの向き(度)、i=A、B
θ2ret: 左側リンケージが後退したときにシャフトT2によって駆動されるプーリの向き(度)
θ3(t): シャフトT3によって駆動される右上腕の向き(度)
θ30: シャフトT3によって駆動される右上腕の初期の向き(度)
θ3ext: 右側リンケージが延出したときにシャフトT3によって駆動される右上腕の向き(度)
θ3ret: 右側リンケージが後退したときにシャフトT3によって駆動される右上腕の向き(度)
θ4(t): シャフトT4によって駆動されるプーリの向き(度)
θ40: シャフトT4によって駆動されるプーリの初期の向き(度)
θ4exti: エンドエフェクタjが延出したときにシャフトT4によって駆動されるプーリの向き(度)、i=C、D
θ4ret: 左側リンケージが後退したときにシャフトT4によって駆動されるプーリの向き(度)
θi(t): エンドエフェクタiの向き(度)、i=A、B、C、D
θi0: エンドエフェクタiの初期の向き(度)、i=A、B、C、D
θiextj: エンドエフェクタjが延出したときのエンドエフェクタiの向き(度)、i=A、B、j=A、Bまたはi=C、D、j=C、D
θiret: 対応するリンケージが後退したときのエンドエフェクタiの向き(度)、i=A、B、C、D
・終点間の直線経路が特異点と交差しないことを確認する。交差が予測される場合には、動きを実行しない。例として、確認では以下の方法が利用されてもよい。
a.動きは、始点P1と終点P2とを結ぶ直線分および対応するベクトルVp=P2-P1として定義されてもよい。
b.特異点は、ロボット中心Pcにおける点と交差するとともに、エンドエフェクタAに対するrc=lA-l1である半径と、エンドエフェクタBに対するrc=lB-l1である半径とを有する、(名目上「Z」軸として定義される)ベクトルVcに沿った軸を備えた無限円筒として定義されてもよい。
c.追加のベクトルVa=P1-Pcを定義する。
d.係数によって定義された二次方程式を解く。
a.円筒の軸に最も近接する線上の点を見出す。
c.円筒の表面から線分上の最近点までの距離を計算する。
・計画された経路が特異点に近接する場合には、関節座標として動きの開始位置および終了位置を計算する。例えば、エンドエフェクタAが命令される場合には挟角θA1(t)もしくはθ1(t)-θ2(t)の差を使用してもよく、またはエンドエフェクタBが命令される場合にはθB1(t)もしくはθ1(t)-θ3(t)を使用してもよい。
・正規化経路変数で1次元軌道プロファイルを計算し、次いで、始点から終点までの挟角として表現された所望の経路に1次元軌道プロファイルを適用する。軌道を生成するために使用される運動制約は、関節の速度および加速度の制限値として表現されてもよい。
・関節空間軌道は、デカルト座標で表現された運動制約(例えば、ペイロードの最大直線速度および加速度)のいずれかに違反しているかどうかを判定するために、選択された点グリッド内で評価されてもよい。この試験は、順(前進)運動学式のみを用いるので、特異点の近接度に関係なく機能する。例えば、順運動学式についての数式(12)~(16)を参照されたい。デカルト運動制約が違反された場合に、全ての制約を満たすのに十分に運動を減速させるために時間スケール係数を計算する。例として、ステップ(5)に以下を利用してもよい。
a.確認した各点において、デカルト速度および加速度の制約は以下のとおりである。
a.例えば、エンドエフェクタAに関する順運動学についての数式(12)~(16)を考慮する。挟角θA1(t)が分かっている場合、径方向の延出を計算する目的でθ1(t)=θA1(t)およびθA(t)=0であるという単純化仮定を立てることができる。
b.挟角の符号は、リンケージの利き手(すなわち、肘関節が肩関節とペイロード中心とを結ぶ線の左側にあるか右側にあるか)を示す。
・決定された動径座標を用いて、ペイロード中心の経路が動きの始点と終点との間のデカルト空間内の直線をたどるように、ペイロード中心の対応する角度座標を計算する。例として、以下の方法を使用してもよい。
点P1とP2との間のデカルト空間内の直線であり得る動き経路を考慮し、かつ軌道の挟角、角速度および角加速度から計算されたある径方向位置、速度、加速度を考慮して、ペイロード中心が動き経路内に維持されるように対応する回転角、角速度、および角加速度を見出す。
・逆運動学の修正定式化を使用して、所望の挟角ならびにその対応する角速度および加速度で補完された円筒座標で表現された所望のペイロード中心を所望の関節位置、速度、および加速度に変換する。これらは、ロボットの運動設定点になる。軌道が関節の速度および加速度を制限するような形状とされるとともに、アルゴリズムでは、計算の問題のある部分を避けるために所望の挟角の知識が使用されるので、特異点付近の逆運動学を計算する当初の問題が解決される。
および
および
および
・左上腕は、右上腕よりも下に位置してもよい。
・左上側エンドエフェクタは、左上腕よりも上に位置してもよく、左下側エンドエフェクタは、左上腕よりも下に位置してもよい。
・左上側エンドエフェクタおよび左下側エンドエフェクタは、左上腕よりも下に位置してもよい。
・右上側エンドエフェクタは、右上腕よりも上に位置してもよく、右下側エンドエフェクタは、右上腕よりも下に位置してもよい。
・右上側エンドエフェクタおよび右下側エンドエフェクタは、左上腕よりも下に位置してもよい。
・左上側エンドエフェクタは、右上側エンドエフェクタと実質的に同じ平面内に位置してもよい。
・左上側エンドエフェクタは、右上側エンドエフェクタよりも下に位置してもよい。
・左下側エンドエフェクタは、右下側エンドエフェクタと実質的に同じ平面内に位置してもよい。
・左下側エンドエフェクタは、右下側エンドエフェクタよりも下に位置してもよい。
・代替的に、上腕およびエンドエフェクタの任意の好適な構成を使用してもよい。
1.ロボットエンドエフェクタ上の基準点の開始位置と、ロボットエンドエフェクタ上の基準点の終了位置とが与えられる。これは、ロボットが(後退位置から)開始する場所と、ロボットが(基板の配置/持ち上げ動作に関して)終了する場所とを定義する。
2.加えて、ロボットエンドエフェクタ上の基準点の運動の速度、加速度および加加速度を制限する制約と、挟角の速度、加速度、および加加速度を制限する制約がある。
3.経路で、例えば直線などによって、ロボットエンドエフェクタ上の基準点の開始位置とロボットエンドエフェクタ上の基準点の終了位置とを結ぶ。
4.ステップ3で計算された直線が運動学的特異点の円筒を通過する場合には、動きを実行せずに、ここで停止する。
5.ステップ3で計算された直線が、運動学的特異点の円筒の外側にあるとともに、事前定義された距離よりも運動学的特異点の円筒に近接しない場合には、デカルト空間内の基準点の軌道を計算して、以下のステップを無視する。
6.ステップ4および5で説明した条件が満たされていない場合には、以下のステップに進む。
7.逆運動学数式を使用して、開始位置に対応する挟角および終了位置に対応する挟角を決定する。
8.ステップ3で決定された、開始位置に対応する挟角から終了位置に対応する挟角までの挟角として1次元運動プロファイルを計算する。この計算では、ステップ2で導入された挟角の速度、加速度、および加加速度の制約が利用される。
9.ステップ8からの挟角として表現されたプロファイルを、動径座標としての運動プロファイルに変換する(これは、典型的には極座標系または円筒座標系で使用される、ロボットエンドエフェクタ上の基準点までの径方向距離である)。
10.ステップ3で計算された直線およびステップ9からの動径座標として表現されたプロファイルを利用して、角度座標として運動プロファイルを計算する(これは、典型的には極座標系または円筒座標系で使用される、ロボットエンドエフェクタ上の基準点に対する径方向線の角度である)。
11.動径座標および角度座標としての運動プロファイルを、デカルト座標として表現された運動プロファイルに変換する。これは単に、極(または円筒)座標系からデカルト座標系への位置、速度、および加速度の周知の変換の使用を含んでもよい。
12.ステップ11で計算された運動プロファイルが、ステップ2で導入された、ロボットエンドエフェクタ上の基準点の運動の速度、加速度、および加加速度を制限するいずれかの制約に違反しているかどうかを確認する。運動プロファイルが違反していない場合には、動きを実行して、ステップ13を無視する。
13.ステップ12の確認で違反が示された場合には、ロボットエンドエフェクタ上の基準点の運動の速度、加速度、および加加速度を制限する制約のいずれも違反されないように、デカルト座標として運動プロファイルをスケーリングする。スケーリングは、ロボット移動/動きの時間を延ばすことによって便宜的に行うことができる。
Claims (21)
- 方法であって、
第1の位置から前記第1の位置とは異なる第2の位置への基準点の望ましい経路を決定することを含み、前記基準点はロボットアーム上のエンドエフェクタ上にあり、前記ロボットアームは、前記ロボットアームを移動させるためのモータを有するロボット駆動部に接続され;
前記方法は更に、前記決定した望ましい経路に基づいて、及び、複数の挟角と、前記複数の挟角の各々についての対応する角速度と、前記複数の挟角の各々についての対応する角加速度とに少なくとも部分的に基づいて、前記エンドエフェクタ上の前記基準点の軌道を計算することを含み、前記複数の挟角は、それぞれ、異なる角度位置における前記ロボットアームの2つのリンクの相対角度に対応し;
前記方法は更に、
前記決定した望ましい経路に沿った前記ロボットアームの運動設定値を決定するために、前記エンドエフェクタ上の前記基準点の座標と、前記複数の挟角として表現されたものを含む前記計算した軌道と共に逆運動学の修正定式化を使用することと;
前記決定した運動設定値に少なくとも部分的に基づいて、前記ロボット駆動部の前記モータを、前記ロボットアームを動かすように制御することと;
を含む、方法。 - 前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記望ましい経路が、前記ロボットアームの運動学的特異点と交差するかどうかを判定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記望ましい経路が、前記ロボットアームの運動学的特異点から所定の閾値距離以内を通過するかどうかを判定することと;
前記運動学的特異点から前記所定の閾値距離以内を通過しないことに基づいて、デカルト空間軌道生成スキームを使用して前記ロボットアームを動かすように切り替えることと;
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記軌道が、デカルト座標で表現された少なくとも1つの運動制約に違反しているかどうかを判定するために、選択された点グリッド内で前記軌道を評価することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの運動制約は、前記エンドエフェクタの、最大直線速度および最大加速度を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの運動制約に違反すると判定された場合、前記少なくとも1つの運動制約が満たされるように前記モータの少なくとも一つを動かし前記ロボットアームの動きを減速するための時間スケール係数を計算することを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記エンドエフェクタのために、正規化経路変数で1次元軌道プロファイルを計算することと;
前記第1の位置から前記第2の位置までの前記複数の挟角によって表現された前記望ましい経路に前記1次元軌道プロファイルを適用することと;
を含む、請求項1に記載の方法。 - 機械により読み取り可能な不揮発性プログラム記憶装置であって、処理を遂行するために前記機械により実行可能な命令のプログラムを有形に具現化し、前記処理は請求項1から7のいずれかに記載の方法を含む、不揮発性プログラム記憶装置。
- 方法であって、
ロボットアームのエンドエフェクタの基準点の、第1の位置と前記第1の位置とは異なる第2の位置との間の経路をコントローラで決定することを含み、前記ロボットアームは、前記ロボットアームを移動させるためのモータを有するロボット駆動部に接続され、前記コントローラは少なくとも1つのプロセッサと少なくとも1つの不揮発性メモリとを有し、前記少なくとも1つの不揮発性メモリはコンピュータ命令を格納し;
前記方法は、前記コントローラが、複数の移動制御モードから1つの移動制御モードを選択することを含み、前記複数の移動制御モードは、
・ 前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記経路が、前記ロボットアームの運動学的特異点から所定の閾値距離の外側を通ることを決定することに基づいて、デカルト空間軌道生成スキームを使用して前記ロボットアームを動かす、第1の移動制御モードと;
・ 前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記経路が、前記ロボットアームの前記運動学的特異点から前記所定の閾値距離内を通ることを決定することに基づく第2の移動制御モードと;
を備え、前記第2の移動制御モードは、前記経路の少なくとも一部について、前記ロボットアームの2つのリンクの間の第1の挟角を決定すると共に、前記経路の少なくとも一部について、前記ロボットアームの前記2つのリンクの間の第2の挟角を決定し、前記第1の位置から前記第2の位置への前記基準点の軌道を計算することを含み、ただし前記軌道は前記第1の挟角及び前記第2の挟角を含んで表現され、
前記方法は、前記コントローラが、前記選択された移動制御モードに基づいて前記ロボットアームの前記モータの動きを制御することを含み、前記第2の移動制御モードにおいて前記コントローラによる動きの制御は、前記第1の挟角及び前記第2の挟角で補完された、円筒座標系の逆運動学を使用して、運動設定点を決定することを含む、
方法。 - 前記第2の移動制御モードは、前記軌道が、デカルト座標で表現された少なくとも1つの運動制約に違反しているかどうかを判定するために、選択された点グリッド内で前記軌道を評価することを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの運動制約は、前記基準点の、最大直線速度および最大加速度を含む、請求項10に記載の方法。
- 請求項10に記載の方法であって、
前記少なくとも1つの運動制約に違反すると判定するとき、
前記少なくとも1つの運動制約が満たされるように前記モータの少なくとも一つを動かし前記ロボットアームの動きを減速するための時間スケール係数を計算することを含む、方法。 - 機械により読み取り可能な不揮発性プログラム記憶装置であって、処理を遂行するために前記機械により実行可能な命令のプログラムを有形に具現化し、前記処理は請求項9から12のいずれかに記載の方法を含む、不揮発性プログラム記憶装置。
- 少なくとも1つのプロセッサと、コンピュータプログラム命令を格納する少なくとも1つの不揮発性メモリとを備える装置であって、前記コンピュータプログラム命令は、前記少なくとも1つのプロセッサに実行されると、前記装置に、
ロボットアームのエンドエフェクタの基準点の、第1の位置と前記第1の位置とは異なる第2の位置との間の望ましい経路を決定することと;
複数の異なる移動制御モードから1つの移動制御モードを選択することと;
を遂行させるように構成され、
前記ロボットアームは前記ロボットアームを移動させるためのモータを有するロボット駆動部に接続され;
前記複数の移動制御モードは、
前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記経路が、前記ロボットアームの運動学的特異点から所定の閾値距離の外側を通ることを決定することに基づいて、デカルト空間軌道生成スキームを使用して前記ロボットアームを動かす、第1の移動制御モードと;
前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記経路が、前記ロボットアームの前記運動学的特異点から前記所定の閾値距離内を通ることを決定することに基づく第2の移動制御モードと;
を有し、前記第2の移動制御モードは、
前記ロボットアームの2つのリンクの間の関節の第1の挟角を決定することと、
前記ロボットアームの前記2つのリンクの間の第2の挟角を決定することと、
前記第1の挟角及び前記第2の挟角と、これらの挟角の各々についての対応する角速度と、これらの挟角の各々についての対応する角加速度とに少なくとも部分的に基づいて、前記基準点の軌道を計算することと、
を含み、前記第1の挟角及び前記第2の挟角と、前記角速度と、前記角加速度とは、関節の位置、速度、加速度を決定するために使用される、
装置。 - 前記コンピュータプログラム命令は、前記少なくとも1つのプロセッサに実行されると、前記装置に、前記第2の移動制御モードのために、前記軌道が、デカルト座標で表現された少なくとも1つの運動制約に違反しているかどうかを判定するために、選択された点グリッド内で前記軌道を評価させるように構成される、請求項14に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの運動制約は、前記基準点の、最大直線速度および最大加速度を含む、請求項15に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの運動制約に違反すると判定されたとき、前記コンピュータプログラム命令は、前記少なくとも1つのプロセッサに実行されると、前記装置に、前記少なくとも1つの運動制約が満たされるように前記モータの少なくとも一つを動かし前記ロボットアームの動きを減速するための時間スケール係数を計算させるように構成される、請求項15に記載の装置。
- 前記複数の移動制御モードは、前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記経路が前記ロボットアームの運動学的特異点を交差するとの判断に基づいて、前記ロボットアームの前記経路での動きを実行しない、第3の移動制御モードを備える、請求項9に記載の方法。
- 請求項14に記載の装置であって、
前記複数の移動制御モードは、前記第1の位置と前記第2の位置との間の前記経路が前記ロボットアームの運動学的特異点を交差するとの判断に基づく第3の移動制御モードを備え、
前記装置は、前記第3の移動制御モードにおいて、前記ロボットアームの前記経路での動きを実行しないように構成される、装置。 - 請求項14に記載の装置であって、
前記第2の移動制御モードは、関節空間軌道生成スキームを使用することを含み、
前記関節空間軌道生成スキームは、前記挟角によって表現される、
装置。 - 方法であって、
ロボットアームのエンドエフェクタの基準点の、第1の位置と前記第1の位置とは異なる第2の位置との間の望ましい経路をコントローラで決定することを含み、前記ロボットアームは、前記ロボットアームを移動させるためのモータを有するロボット駆動部に接続され、前記コントローラは少なくとも1つのプロセッサと少なくとも1つの不揮発性メモリとを有し、前記少なくとも1つの不揮発性メモリはコンピュータ命令を格納し、
前記コントローラは、前記望ましい経路の第1の部分が、前記ロボットアームの運動学的特異点から所定の閾値以内の距離を通るとの決定に基づいて、前記ロボットアームを動かすための第1移動制御モードを選択し、前記ロボットアームを動かすために、関節空間軌道生成スキームを使用し、前記関節空間軌道生成スキームは、前記望ましい経路の前記第1の位置で、複数の挟角と、前記複数の挟角のそれぞれに対応する角速度及び角加速度を使用することを含み、前記複数の挟角は、それぞれ、異なる角度位置における前記ロボットアームの2つのリンクの間の関節の角度に対応し、前記第1の移動制御モードは、関節の位置、速度及び加速度を決定するために、前記複数の挟角と、前記複数の挟角のそれぞれに対応する角速度及び角加速度に補完された、逆運動学の修正定式化を使用し、前記関節空間軌道は前記挟角を含んで表現され、
前記コントローラは、前記望ましい経路の前記第1の部分とは異なる第2の部分が、前記ロボットアームの前記運動学的特異点から所定の閾値より遠い距離を通るとの決定に基づいて、前記ロボットアームを動かすために、第2の移動制御モードを選択し、前記ロボットアームを動かすためにデカルト軌道生成スキームを用いる、
方法。
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