JP7196101B2 - 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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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 (20)
- 複数のモータと、前記モータに接続された複数の同軸駆動シャフトとを備えるロボット駆動部と、
前記ロボット駆動部に接続されたロボットアームと、を備える装置であって、
前記ロボットアームは、2つの上腕と、前記上腕の第1の上腕に接続された第1の組の前腕と、前記上腕の第2の上腕に接続された第2の組の前腕と、前記前腕のそれぞれに接続された複数のエンドエフェクタとを備え、
前記第1の上腕および前記第2の上腕は、前記同軸駆動シャフトのそれぞれの第1の同軸駆動シャフトおよび第2の同軸駆動シャフトに接続され、
前記第1の組の前腕は、前記第1の上腕上に装着されるとともに、それぞれの第1の駆動ベルト組立体および第2の駆動ベルト組立体によって前記同軸駆動シャフトの第3の同軸駆動シャフトに接続され、
前記第2の組の前腕は、前記第2の上腕に装着されるとともに、それぞれの第3の駆動ベルト組立体および第4の駆動ベルト組立体によって前記同軸駆動シャフトの第4の同軸駆動シャフトに接続される、装置。 - 前記第1の駆動ベルト組立体は、前記第1の組の前腕の第1の前腕に接続された直線状ベルト駆動部を備え、かつ前記第2の駆動ベルト組立体は、前記第1の組の前腕の第2の前腕に接続された交差状ベルト駆動部を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の組の前腕は、共通軸または回転軸で前記第1の上腕に接続される、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の駆動ベルト組立体および前記第2の駆動ベルト組立体は各々、少なくとも1組のプーリと、前記プーリ間の駆動ベルトとを備え、前記プーリの少なくとも1つは非円形プーリである、請求項1に記載の装置。
- 前記ロボット駆動部に接続された制御装置をさらに備え、前記制御装置は、少なくとも1つのプロセッサと、前記モータを制御するためのコンピュータコードを含む少なくとも1つのメモリとを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記ロボット駆動部が接続された基板搬送室であって、前記ロボットアームがその内部に位置する前記基板搬送室と、
前記基板搬送室に接続された複数の基板ステーションと、をさらに備え、
前記複数の基板ステーションは、前記ロボット駆動部と前記基板搬送室との接続軸から径方向に関してオフセットされた基板ステーションと、前記ロボット駆動部と前記基板搬送室との前記接続軸から前記径方向に関してオフセットされていない少なくとも1つの基板ステーションとを備え、
前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記エンドエフェクタを移動させて前記基板ステーションに対して基板を挿入および除去するように構成される、請求項1に記載の装置。 - 前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記第1の組の前腕上の前記エンドエフェクタの第1のエンドエフェクタと、前記第2の組の前腕上の前記エンドエフェクタの第2のエンドエフェクタとを、前記ロボット駆動部と前記基板搬送室との前記接続軸から前記径方向に関してオフセットされていない前記少なくとも1つの基板ステーション内に同時に移動させるように構成される、請求項6に記載の装置。
- 前記装置は、前記オフセットされた基板ステーションの2つを前記基板搬送室の同じ側に備え、
前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記第1の組の前腕上の前記エンドエフェクタの第1のエンドエフェクタと、前記第2の組の前腕上の前記エンドエフェクタの第2のエンドエフェクタとを、それぞれ前記2つのオフセットされた基板ステーション内に同時に移動させるように構成される、請求項6に記載の装置。 - 前記装置は、前記オフセットされた基板ステーションの2つを前記基板搬送室の同じ側に備え、
前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記第2の上腕および前記第2の組の前腕が移動しない間に前記エンドエフェクタの第1のエンドエフェクタを前記2つのオフセットされた基板ステーションの第1のオフセットされた基板ステーション内に移動させるように構成され、
前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記第1の上腕および前記第1の組の前腕が移動しない間に前記エンドエフェクタの第2のエンドエフェクタを前記2つのオフセットされた基板ステーションの第2のオフセットされた基板ステーション内に移動させるように構成される、請求項6に記載の装置。 - ロボット駆動部の第1の同軸駆動シャフトに第1の上腕を接続することと、
前記ロボット駆動部の第2の同軸駆動シャフトに第2の上腕を接続することと、
前記第1の上腕に第1の組の前腕を接続することであって、第1の駆動ベルト機構が、前記ロボット駆動部の第3の同軸駆動シャフトに前記第1の組の前腕のうちの前記前腕の第1の前腕を接続し、かつ第2の駆動ベルト機構が、前記ロボット駆動部の前記第3の同軸駆動シャフトに前記第1の組の前腕のうちの前記前腕の第2の前腕を接続する、前記接続することと、
前記第2の上腕に第2の組の前腕を接続することであって、第3の駆動ベルト機構が、前記ロボット駆動部の第4の同軸駆動シャフトに前記第2の組の前腕のうちの前記前腕の第1の前腕を接続し、かつ第4の駆動ベルト機構が、前記ロボット駆動部の前記第4の同軸駆動シャフトに前記第2の組の前腕のうちの前記前腕の第2の前腕を接続する、前記接続することと、
前記前腕にそれぞれのエンドエフェクタを接続することと、
を含む方法。 - 前記第1の組の前腕は、共通軸または回転軸で前記第1の上腕に接続される、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の駆動ベルト機構は、前記第3の同軸駆動シャフトの回転に対して可変速度で前記第1の駆動ベルト機構の駆動ベルトを移動させるための少なくとも1つの非円形プーリを備える、請求項10に記載の方法。
- 第1の駆動ベルト組立体および第2の駆動ベルト組立体の少なくとも1つの非円形プーリを含む、前記第1の駆動ベルト組立体および前記第2の駆動ベルト組立体は、前記第1の上腕を第1の方向に回転させたときに前記第1の組の前腕同士の相対回転なしに前記第1の組の前腕を移動させることができ、かつ前記第1の上腕を前記第1の方向と反対の第2の方向に回転させたときに前記第1の組の前腕同士の相対回転を伴って前記第1の組の前腕を移動させることができるように接続される、請求項10に記載の方法。
- 前記ロボット駆動部に制御装置を結合することをさらに含み、前記制御装置は、少なくとも1つのプロセッサと、前記ロボット駆動部のモータを制御するためのコンピュータコードを含む少なくとも1つのメモリとを備える、請求項10に記載の方法。
- 前記ロボット駆動部にロボットアームを接続することと、
基板搬送室に前記ロボット駆動部を接続することであって、前記ロボットアームは前記基板搬送室内に位置する、前記接続することと、
前記基板搬送室に複数の基板ステーションを接続することと、をさらに含み、
前記複数の基板ステーションは、前記ロボット駆動部と前記基板搬送室との接続軸から径方向に関してオフセットされた基板ステーションと、前記ロボット駆動部と前記基板搬送室との前記接続軸から前記径方向に関してオフセットされていない少なくとも1つの基板ステーションとを備え、前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記エンドエフェクタを移動させて前記基板ステーションに対して基板を挿入および除去するように構成される、請求項10に記載の方法。 - 前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記第1の組の前腕上の前記エンドエフェクタの第1のエンドエフェクタと、前記第2の組の前腕上の前記エンドエフェクタの第2のエンドエフェクタとを、前記ロボット駆動部と前記基板搬送室との前記接続軸から前記径方向に関してオフセットされていない前記少なくとも1つの基板ステーション内に同時に移動させることができるように組み立てられる、請求項15に記載の方法。
- 前記オフセットされた基板ステーションの2つは前記基板搬送室の同じ側に備えられ、
前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記第1の組の前腕上の前記エンドエフェクタの第1のエンドエフェクタと、前記第2の組の前腕上の前記エンドエフェクタの第2のエンドエフェクタとを、それぞれ前記2つのオフセットされた基板ステーション内に同時に移動させることができるように組み立てられる、請求項15に記載の方法。 - 前記オフセットされた基板ステーションの2つは前記基板搬送室の同じ側に備えられ、
前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記第2の上腕および前記第2の組の前腕が移動しない間に前記エンドエフェクタの第1のエンドエフェクタを前記2つのオフセットされた基板ステーションの第1のオフセットされた基板ステーション内に移動させることができるように組み立てられ、かつ前記ロボット駆動部および前記ロボットアームは、前記第1の上腕および前記第1の組の前腕が移動しない間に前記エンドエフェクタの第2のエンドエフェクタを前記2つのオフセットされた基板ステーションの第2のオフセットされた基板ステーション内に移動させるように構成される、請求項15に記載の方法。 - 第1の軸を中心にロボット駆動部の第1の同軸駆動シャフトを第1の方向に回転させて、前記第1の軸を中心にロボットアームの第1の上腕を回転させることと、
前記第1の同軸駆動シャフトを回転させている間に、前記第1の軸を中心に前記ロボット駆動部の第2の同軸駆動シャフトを回転させて、第1の駆動ベルト機構および第2の駆動ベルト機構を移動させ、それによって、前記第1の上腕上の第1の前腕および第2の前腕を回転させることと、
前記第1の軸を中心に前記ロボット駆動部の第3の同軸駆動シャフトを第2の方向に回転させて、前記第1の軸を中心にロボットアームの第2の上腕を回転させることと、
前記第1の軸を中心に前記ロボット駆動部の第4の同軸駆動シャフトを回転させて、第3の駆動ベルト機構および第4の駆動ベルト機構を移動させ、それによって、前記第2の上腕上の第3の前腕および第4の前腕を回転させることと、
を含む方法。 - 前記第1の軸を中心とする前記ロボット駆動部の前記第4の同軸駆動シャフトの前記回転は、前記第1の同軸駆動シャフトおよび前記第2の同軸駆動シャフトを回転させている間に生じる、請求項19に記載の方法。
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