JP5537017B2 - ロボット応用・形成データを記憶する交換自在なメモリ装置 - Google Patents

Description

関連出願

本出願は、同一の出願人によって１９９７年６月１２日に出願された「加工物搬送ドライブシステム」と題する米国特許出願第０８／８７３，６９３号に記載された技術的事項を含み、本出願は当該米国特許出願の内容の全てを含む。

本発明はロボットとロボットツールの制御にし、特にロボットツールの交換・修理をより容易にする方法及び手段に関する。これは電子制御部をパッケージ化し、搬送ステーションでのロボットツールの再組み込みの際、ドライブ装置に再度学習させることを不要とするように操作・制御パラメータを保有する。

多くのロボット技術における標準的な構成を有するロボットツールのドライブ機構及び電子制御部にはいくつかの基本的な特徴がある。しかしながら所定のツールのいくつかの要素は異なる形態を有する。たとえば、アーム部、エフェクター(effector)及び、例えば、クラスターツールにおけるシステムレイアウトが挙げられる。ここで、これらの要素に係る特定のパラメータをロボットの電子回路とファームウエアによって記憶することが必要となる。

ロボットドライブ制御機構の設計手法としては少なくとも２通りの態様がある。ひとつは電子制御部とソフトウエアをドライブ機構に（オンボードに）設置する態様であり、もうひとつはロボットの基本機構から電子制御部を離して位置させ、通常はラック内に（オフボード状態に）収納させる態様である。オンボード方式にて電子部を設ける優位性はいくつかある一方で以下の明らかな欠点がある。すなわち、故障のためロボットドライブを修理したい場合に、そのロボットのアーム、ツールセットアップ等の特定形状に関連するパラメータがロボットと共存し、それゆえに新しいロボットを起動するに際してロボットドライブ機構に再度学習させなければならない。オフボード方式であっても壊れた電子制御部を交換した場合、ロボットドライブ機構に再度学習させなければならない点は同様である。さらに種々の異なるツールを取り扱う際、プログラムをインストールする所定の現場でソフトウエアを搭載したマスターコンピュータを設置する必要がある。かかるソフトウエアは、ロボットドライブ機構にプログラムさせる能力を有するほど多様性のあるものが通常必要である。

そこで、本発明では、ロボットドライブを交換・修理する際、操作および設定パラメータが保有されるように電子制御部をそのまま維持し、ロボットを再度組み込む際にドライブ機構に再度学習させることを不要とする。

目的

本発明は、ドライブ機構を組み込むのにかかる時間を最小にするロボットドライブの操作および設定パラメータを蓄積する方法及び手段を提供することを目的とする。

また、本発明は、ロボットを再度組み込む際にドライブ機構に再度学習させることを不要とするロボットドライブの操作および設定パラメータを蓄積する方法及び手段を提供することを目的とする。

また、本発明は、学習ステーションを含むアームデザインやシステムレイアウトに関連する所定のデータが容易に着脱可能な記憶装置に保存されるロボットの利用方法および手段を提供することを目的とする。

更に、本発明は、ダラスキー(Dallas Key)、イープロム（E prom）等で具体化され、アームデザインやシステムレイアウトに関連する所定のデータを記憶し、ロボット装置に容易に着脱可能であるかまたはロボット装置に近接した場所に配置されるマスターキーを使用したロボットの利用方法及び手段を提供することを目的とする。

発明の概要

本発明はロボットツールの制御に関する。更に、本発明はロボットドライブのシステムを最小の時間で格納・交換できるようにするロボットドライブの作動パラメータ・構成パラメータを格納する方法・手段の提供に関する。本発明は、その設置の際、アームデザインやシステムレイアウトに関連する所定のデータが格納され、容易に着脱可能な記憶装置をロボット装置またはロボット装置に近接した場所に結合することをその内容とする。特定の実施例においては、マスターキーをロボット本体かロボットドライブに取り外し可能に固定する。そしてこのマスターキーは、ダラスキー(Dallas Key)、イープロム（E prom）等で具体化される静止記憶装置からなりアームデザインパラメータを格納するために使用される。この携帯可能な記憶装置はロボット本体に固定されている場合でも、本体から取り外された場合でもプログラムすることが可能である。従ってこのマスターキーは独立したひとつの部品となり、アームセットデザインの生産に適した構成となっている。異なるデザインの新しいアームをロボットドライブに配置する際には、古いキーをロボット本体から除去した上で、ロボットツールに更なるデータを別途提供することなく、新しいアームパラメータを格納した新しいキーをロボット本体に取り付けるだけで済む。さらに名目上のすなわち予め定めた（理論上の）システムレイアウトパラメータを当該キーに予め格納できるため、設計パラメータ及び名目上のシステムレイアウトパラメータをシステムデザイン上のユニークな部品に割り当てることができる。そしてキーがロボットドライバまたはその近傍に配置されることによりロボットは、アームデザインと名目上のシステムレイアウトに関する双方の情報を近くに保有し、そして移動可能な状態となる。これにより誤動作を回避することができ、また搬送ステーションに細かい学習をするための出発点（起点）となる。更に各搬送ステーションの細かい位置パラメータがマスターキー装置に収納され、ロボットが格納されると、その結果、斯かるキーは所定のシステムに対応したロボットが必要とする全情報を保有することになる。ロボットドライブを交換するにあたってはもとのマスターキーを新しいロボットまたはその近傍に配置することにより、新しいロボットは新たな学習なしに初期のロボットのパラメータを全て承継する。オンボード入力装置または本体と連携する移動可能な簡単なリモートコントロール装置によりマスターキー内の情報の変更・調整ができるため、多目的ソフトウエアを有するマスターコンピュータは不要となる。

発明を実施するための形態

図１に、本発明であるマスターキーを配置したロボットツールを示す。斯かるツールは本体１０からなり、その本体１０はロボットドライブを支持する中央部１４を有する。斯かる本体１０はその基底部に制御部１３を有する。本体１０には、本体１０の中央部１４の上方に配置されたマウンテイングフランジ部１５を有し、フランジ部１５には位置決めのためのピン１１がある。本体１０の上部から上方に延びるロボットドライブシャフト１７は複数のロボットアーム１９が固定されるハブ部１８を支持する。斯かるアーム群１９はデュアルフロッグアーム（dual frog-arm）タイプのごとく伸縮可能であり、そのアーム群の末端から外に向けて延びるサポートエンドエフェクター２０を支持する。そして当該エフェクター２０は半導体ウエハー等の加工対象を保持する。本発明に係るマスターキー１２はロボット本体１０に、より具体的には例えばロボットドライブ回路と並ぶ制御部１３に搭載される。またドライブシステムが最小の時間でインストールまたは交換可能となるようにロボットドライブ１４の作動パラメータを記憶する方法及び手段を与える。このため容易な脱着を図るべくロボット本体１０の搭載装置１６に、好ましくはドライブ１４に便利なところに、マスターキー１２は組み込まれる。マスターキー１２は学習ステーションを含む所定のアームデザインやシステムレイアウトデータを記憶する。マスターキー１２と搭載装置１６の構成はマスターキー１２を本体１０もしくはその近傍に着脱自在に固定できれば既成のものまたは特別の構造をもったもののいずれでもよく、所定の機械とその導入に従事する当業者の技術水準の範囲内で選択可能である。

具体的にはマスターキー１２はダラスキー(Dallas Key)、イープロム（E prom）等の静止記憶装置からなる。斯かるキー１２はロボットドライブ１４に搭載装置１６に着脱自在に固定され、かかる固定方法はバイオネット(bayonet)形式でもよい。斯かるキー１２はアームデザインパラメータを記憶し、またロボット本体に載っているときやオフライン時に所定の方法でプログラムできる。その際、キー１２は独自の部品となり、各アームセットデザインに対応した構成をとり得る。新たなアームをロボットドライブに接続するとき、マスターキー１２は交換されかつ再利用でき、またはロボットツールの更なるデータの追加若しくは訂正をすることなく新しいキーをインストールすることも可能である。更に、マスターキー１２に名目上のシステムレイアウトパラメータを予め記憶することができ、これによりデザインと名目上のシステムレイアウトパラメータを斯かる独自の部品に指定することが可能となる。そして、ロボット本体１０のドライブ１４において又は、そうではなくロボット本体１０の近傍にキー１２が固定されると、アームデザインと名目上のシステムレイアウトに係る情報をロボットは関連する装置に保有する。斯かる装置はロボットとともに容易に移動でき、または次にインストールするロボットと同一の場所に保管することもできる。斯かる容易に入手可能な情報は、ロボット操作の際の誤動作の回避の助けになり更に搬送ステーションでの細かい学習設定の際の出発点となる。更に、ロボットをインストールする際、簡単なリモコン装置によって搬送ステーションの詳細な位置パラメータもマスターキー装置に記憶できる。その結果、キーは独立のシステムに必要な全ての情報を保有することになる。ロボット装置を交換する際、もとのマスターキーを新しいロボットに固定するかもしくはキーを近くに配置することにより、新しいロボットはもとのロボットにかかる全情報を何ら更なる学習を要することなく引き継ぐ。

本発明にかかるマスターキーは、摩擦力により保持される加工対象を運搬するエンドエフェクター(end effector)を有するロボットアームの作動に関するデータを記憶するのに使用され得る。かかる加工対象としては、例えば図２に開示するクラスターツールの移動作業における半導体ウエハーがあげられる。この例ではマスターキー１２’はオフボード支持部３０、例えばロボット本体近傍の電子・コンピュータシャーシに脱着可能に代替的位置に取り付けられている。図１のロボットドライブ１４はクラスターツール室２２の中に位置する。そしてエンドエフェクター２０を支持する延出・収納アーム１９の適当なサーボシステムを保有する。プロセシングモジュール(PM:processing module)の形態を有する一連の配置ステーション(placement station)２４とデガス(degas)モジュール２５は搬送作業の際にエンドエフェクター２０と交互に作用するためクラスターツール室２２の周りに配置される。本実施例では、ツール２２、モジュール２４及び２５はクリーンルーム２６と連結するように配置されている。また真空の環境であろうと大気の環境であろうと本発明は適用され得る。図２ではロードロック２７、ウエハーアライナーモジュール２８、ウエハークーラーモジュール２９及びオペレータインターフェイス端末３１は加工されたウエハーを搬送するために設けられている。任意のパラメータあるいは他のデータ調整の作成のため、手に持てるリモコン装置３２も用いられる。

図２に示す本発明に係るクラスターツールを使用した搬送作業には以下に留意する。

ここでデータレイアウトは以下の通りである。

アーム／エンドエンドエフェクター データ
あるアーム、例えばクラスターツールを所定の仕様に沿って設計する場合、アーム稼働サーボシステムが正常に作動するには以下に例示する多種のデータが必要となる。

- アーム部長
- アーム部質量
- エンドエフェクター長
- ウエハーとエンドエフェクターとの摩擦係数
（真空状態でクラスターツールを使用する際、加速時にウエハーを保持する他の力がないため必要となる）
- 最大アーム収縮位置
- 最大アーム伸長位置
- いくつかの最適サーボ パラメータ
斯かるデータはアームの製造時にマスターキーに保存可能である。そして搬送ステーションにおいてロボットツールのアームのその後の作動の制御にマスターキーが利用され得る。

またシステムレイアウトデータは以下の通りである。

初めてロボットドライブ装置がシステムに導入されるとき正常に作動するためには以下に例示するいくつかのデータが必要となる。

- ツールの各配置ステーションの名目上の延び（Ｒ）、高さ（Ｚ）、そしてシータ（θ）位置。これは誤作動や操作者の過ちによりロボットがうっかり事物に衝突するのを回避すべく最大の偏倚を画定するのに利用する。

- 全配置ステーションの正確な移動位置の延び、高さ、そしてシータ。

斯かるデータも初めて前述のアームとともにロボットドライブ装置がシステムに導入されるときに保存可能である。従って導入に際し独特となる係るパラメータはマスターキーに別個に保存される。

またロボットドライブデータは以下の通りである。

最小限の時間でセットアップするためには、所定のロボットドライブがいくつかのパラメータを保有する必要がある。かかるパラメータを機械的にセットするかソフトウエアを介してセットするかは任意である。これにより以下のようなドライブ・ツー・ドライブ(drive-to-drive)の整合性が保証される。

- ロボット搭載フランジからの名目上の（ホーム）Ｚ高さ
- 通常はアームマウント位置と定義される、名目上の（ホーム）シータ
- アーム搭載較正オフセット。これはアームが搭載された後にその設置によって生じる偏倚に基づくものである。

以下のものが想定される。

- 名目上の延びオフセット（度）
- 名目上のシータオフセット（度）
- 名目上の延びオフセット（度）
- 名目上のＺオフセット（２パンロボットのパンＡとパンＢのため）
このデータはマスターキーに更に追加して記憶させることも可能であり、その結果ロボットドライブ固有のかかるパラメータは個別に所定のマスターキーに保有される結果となる。

それ故に本発明のマスターキーは他のいかなる関連パラメータとともに前述の全データを記憶するために利用可能であり、そして交換済みのロボットあるいはロボットドライブから交換すべきアッセンブリに移転が可能であり、従って時間のかかる再度のプログラミングが不要となる。その結果、従来技術で必要とされていたマスターコンピュータは不要となり、そしてマスターキーに蓄積された情報へのいかなるデータまたは他の所望の調整は簡単なリモコン装置で対処可能となる。

各ロボットドライブの恒久的なパラメータの代替手段としてロードロックのごとくあるステーションに適切な情報を学習させ、そしてステーションのパラメータが変更されたときの旧いパラメータと新しいパラメータとの偏倚について自動的に残りのステーションに適用可能となる。本発明の適用を受けるある典型的な生産工程は以下の工程を含む場合がある。

すなわち以下の如き生産工程があげられる。

ロボットドライブ
１ ロボットドライブ生産の際、ロボット搭載フランジから測定された所定の寸法に同軸シャフトの名目上のＺ高さを設定する較正手続きがある。このパラメータはロボットドライブに関連するパラメータとしてマスターキーに恒久的に保存される。
２ またロボットドライブ生産の際、第一シータ軸と第二シータ軸の名目上の角度を較正し、そして名目上のアームシータとアーム収納位置を規定する手続きがある。このパラメータはロボットドライブに関連するパラメータとしてマスターキーに恒久的に保存される。

ロボットアーム／エンドエフェクタの設計
１ ロボットアーム／エンドエフェクタの設計の際、アーム／サーボ関連データはマスターキーにプログラムされ、そしてかかる情報を有するマスターキーには当該アームデザインと関連した所定の部品番号が与えられる。製造される各アーム毎にひとつのキーがプログラムされる。

システムデザイン
１ 所定のシステムレイアウトに対してロボットが設計される際、任意に、上述したような既にプログラムされたマスターキーに名目上のステーション位置パラメータを含む名目上のシステムレイアウトを更にプログラムすることが可能である。これらのパラメータは誤動作の回避または学習の際の出発点として利用可能である。このマスターキーアプリケーションは当該アームデザインとシステムレイアウトの双方を所定のシステム設計または特定の顧客とを関連づける所定の部品番号が与えられる。生産される各アーム毎にひとつのキーがプログラムされる。

システム統合
１ ロボットがシステムに組み込まれる際、上述で設計したような所定のマスターキーがロボットあるいはその近傍に固定される。
２ マスターキーに関連するロボットアームはロボットに組み込まれる。
３ ロボットホームパラメータの較正が任意に行われ、これにより上述で定義したホームＺとシータを正確に決定することができる。
４ 一の若しくは複数のエフェクターを細かく較正をするために精度の高い学習手続きが所定のステーションに対して行われる。係る値はマスターキー装置に蓄積される。

システム再統合（ロボットドライブ／アーム交換）
１ ロボットアームがロボットから取り除かれる。
２ ロボット本体がシステムから取り除かれる。
３ ロボット本体、例えば最近若しくは最初に移動したロボット本体またはそのロボット本体の近傍からマスターキーが取り除かれる。
４ 第二のロボット本体、例えば新しい若しくは修理済みのロボット本体またはそのロボット本体の近傍にマスターキーが固定される。
５ 第二のロボット本体がシステムに組み込まれる。
６ 第二のロボット本体にアーム群が組み込まれる。
７ ロボットホームパラメータの較正が任意に行われ、これにより上述で定義したホームＺとシータを正確に決定することができる。このデータはロボットドライブに係るマスターキー装置に蓄積される。
８ 手続きの完了。

それ故、本発明に係るマスターキーの使用は種々のロボットそしてロボットの組み付けに適している。それは、ロボットが大気中に使用するものであっても真空中に使用するものであっても、更に操作系が２軸方式のものであっても或いは３軸方式のものであっても同様である。本発明にかかるマスターキーは関連する機械の導入に適用可能である。

ロボットドライブの操作パラメータと設定パラメータとを蓄積する方法と手段はロボット本体上のあるいはその近傍の容易に移動可能な記憶装置を使用することでロボット又はドライブシステムを最小時間で交換することを可能にする。ここで、かかる記憶装置は学習ステーションを含むアームデザインとシステムレイアウトに係る特別のデータを記憶し、アーム若しくはドライブを取り外し再度組み込みまたは交換したときにロボットから取り外したりロボットに再搭載することも可能である。

本発明を組み入れたロボットツールの正面図である。そして同図にはロボットツールに配置されるマスターキー記憶装置をも開示している。 図１のロボットツールの平面図である。同図に開示されるロボットツールはウエハー加工のための典型的なクラスタツールの中に稼働可能な状態に配置されており、本発明が適用される。マスターキーは本体に配置する代わりに本体の近傍に配置されている。

Claims (8)

1. ドライブ機構を含むロボットドライブと、当該ドライブ機構を設けるための本体と、当該ドライブ機構によって駆動される少なくとも１つの交換可能なアームとを有するロボットツールの動作を制御する制御装置であって 、
   ツール取付位置における前記ドライブ機構と前記少なくとも１つのアームに関する動作情報を記憶するメモリ手段と、
   前記本体に付随させて前記メモリ手段を交換自在に搭載するメモリ搭載手段とを有し、
   前記ロボットツールは前記ツール取付位置における当初のロボットツールであり、
   前記ロボットドライブ及び前記少なくとも１つのアームのうちいずれかが取り外されさらに再度組み込まれ若しくは交換される際に、前記メモリ手段を前記ロボットドライブから取り外すことができ且つ前記取り外されて再度組み込まれ若しくは交換されたロボットドライブに付随させて再取り付けすることができ、さらに、前記ツール取付位置における動作情報を維持し、よって、前記ロボットツールを再プログラミングする必要性はなく、
   前記動作情報は前記ツール取付位置において前記当初のロボットツールに付随する各配置ステーションのリーチ、高さ及び角度位置情報を含み、よって、前記ロボットドライブ及び前記少なくとも１つのアームのうちいずれかが取り外されさらに再度組み込まれ若しくは交換されることにより、前記ツール取付位置において、当該再度組み込まれ若しくは交換されたコンポーネントを備える新しいロボットツールが提供されると、当該新しいロボットツールは、前記当初のロボットツールのパラメータを引き継ぎ、よって、再度キャリブレーションすることなく前記新しいロボットツールの少なくともホームＺ及びホーム角度のホーム位置パラメータを設定することができ、且つ、再度学習することなく前記各配置ステーションのリーチ、高さ及び角度についての位置を設定することができることを特徴とする制御装置。
2. 請求項１に記載された制御装置であって、前記メモリ手段は前記少なくとも１つのアームが取り付けられる配置ステーションの詳細な位置パラメータを記憶する手段を有することを特徴とする制御装置。
3. 請求項１に記載された制御装置であって、前記メモリ手段はスタティックメモリ装置からなることを特徴とする制御装置。
4. 請求項１に記載された制御装置であって、前記メモリ手段は、ダラスキー(Dallas Key)、イープロム（E prom）等からなる群から選択される１つのマスターキーを有することを特徴とする制御装置。
5. 請求項１に記載された制御装置であって、前記メモリ搭載手段は、前記メモリ手段を前記ロボット本体に着脱自在に固定する手段を有することを特徴とする制御装置。
6. 請求項１に記載された制御装置であって、前記メモリ搭載手段は、前記メモリ手段を前記ドライブ機構に着脱自在に固定する手段を有することを特徴とする制御装置。
7. 請求項１に記載された制御装置であって、前記メモリ搭載手段は、前記ロボットツールの近傍に位置する外部部材に着脱自在に前記メモリ手段を固定する手段を有することを特徴とする制御装置。
8. 請求項１に記載された制御装置であって、前記少なくとも１つのアームはクラスターツール内に設けられ、前記少なくとも１つのアームは加工対象を摩擦力で保持するエンドエフェクター手段を有し、前記メモリ手段はアーム設計パラメータを記憶し、
   前記アーム設計パラメータは、アーム部長と、アーム部質量と、前記エンドエフェクター手段長と、前記加工対象と前記エンドエフェクター手段との摩擦係数と、最大アーム収縮位置と、最大アーム伸長位置と、を含むことを特徴とする制御装置。

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