KR100801381B1 - 로봇들의 자동 교정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로봇들, 특히 기판 프로세싱 시스템들에서 사용되는 로봇들을 위한 자동 교정 방법 및 장치에 관한 것이다. 프로세싱 시스템에서 로봇을 교정하기 위한 방법은: 프로세싱 시스템에서 로봇을 위해 사용 가능한 자유-공간을 결정하는 단계; 사용 가능한 자유-공간에서 타겟 위치와 로봇 종단 이펙터의 위치 사이의 거리를 결정하는 단계; 및 로봇 종단 이펙터와 타겟 위치 사이의 거리를 최소화하는 로봇 종단 이펙터의 증분 변위들을 사용하여 사용 가능한 공간 내에서 로봇 종단 이펙터의 위치로부터 타겟 위치까지 경로를 생성하는 단계를 포함한다. 프로세싱 시스템에서 로봇을 교정하기 위한 장치는: 지시될 위치에 배치된 센서; 로봇 종단 이펙터에 배치된 리시버; 및 센서와 리시버 사이의 거리를 결정하기 위해 센서 및 리시버로부터 신호들을 받기 위해 연결되고, 센서와 리시버 사이의 거리를 최소화하는 증분 이동들을 사용하여 경로를 생성하는 마이크로프로세서를 포함한다.

Description

로봇들의 자동 교정을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC CALIBRATION OF ROBOTS}
도 1은 다중 기판 프로세싱 챔버들을 가지는 스테이지드(staged) 진공 프로세싱 시스템의 간략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동-교정(calibration) 장치의 간략도이다.
도 3은 부착된 다수의 프로세싱 챔버를 가지는 중앙 이송 챔버의 간략도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
이미터 : 202
리시버 : 204
프로세서 :206
로봇 제어기 : 208
본 발명은 일반적으로 로봇의 교정에 관한 것이다, 더욱 상세하게는, 본 발명은 프로세싱 시스템 내의 로봇의 자동 교정에 관한 것이다.
로봇의 사용은 실행될 동작들이 고정밀의, 지루하고, 스트레스성 또는 인간에 유해한 때와 장소에서는 편리하다. 자동차 제조, 집적 회로의 제조와 조립, 재료 취급 및 많은 다른 것들과 같은 산업들은 효율을 개선하고 생산성을 증가시키기 위해 산업 로봇들을 사용한다.
많은 로봇들은 베이스에 부착된 하나 또는 그이상의 가동 팔들을 가진 베이스를 포함하는 동일한 기본 디자인을 공유한다. 팔은 전형적으로 다수의 튼튼한 본체들 또는 통상적으로 마지막 세그먼트 상에 설치된 종단 이펙터(end effector) 및 툴을 가진 접합부들로 연결된 세그먼트들을 포함한다. 베이스가 고정된 반면, 연결부들은 "레볼루트(revolute)" 또는 "프리즈메틱(prismatic)" 방식으로 자유롭게 움직일 수 있다. 프리즈메틱 연결부들이 선형 동작을 제공하기 위해 포개어 끼우는 식(telescopoic) 또는 연장가능한 반면, 레볼루트 연결부들은 원주를 따른 움직임을 제공하기 위하여 힌지(hinge)된다. 종단 이펙터는 전형적으로 설치된 그립퍼(gripper) 또는 물건들을 다루는데 유용한 일부 다른 디바이스들이 제공된다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼들 또는 평평하고 매끄러운 표면들을 가진 다른 물건들을 다루기 위한 종단 이펙터들은 로봇 블레이드, 진공 척 또는 웨이퍼나 이송될 물건들을 보유 및 지지하기 위한 다른 수단들이 장비된다. 종단 이펙터에 물건들을 고정한 후, 로봇은 물건의 위치를 바꾸거나 이동시킬 수 있다. 로봇이 자동화 또는 컴퓨터 프로그램될 때, 로봇은 이러한 작업들을 반복적으로 수행할 수 있다. 이것은 유리하지만 몇 가지 예비 단계들을 필요로 한다. 특히, 로봇은 먼저 무엇을 할지가 "보여"지거나 또는 "지시"되어야 한다. 로봇에게 보여지거나 지시되는 프로세스를 일반적으로 교정(calibration)이라고 부른다.
집적 회로 제조시, 반도체 기판들은 프로세싱을 위한 자동화된 장비를 사용하여 다양한 반응 및 다른 챔버들에 적재된다. 장비는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판을, 카세트(cassette)로부터 중앙 이송 챔버를 통하여 이송 챔버에 연결된, 하나 또는 그 이상의 프로세싱 챔버들 내로 이송할 수 있는 로봇을 포함하여 설계되어 왔다. 로봇은 이송 챔버 내에 배치되고 이송 챔버에 연결된 프로세스 챔버들로의 접근을 제공한다. 프로세스될 기판의 정확한 목적하는 표면 영역 상으로의 프로세싱의 효율을 최대화하기 위해 프로세싱 챔버 내의 최적화 위치에 기판을 위치시키는 것이 바람직하다.
지시되는 하나의 간단한 방법에 따르면, 로봇은 종단 이펙터가 물건 또는 소재를 잡는(grasp) 위치로부터 그것을 놓는(release) 위치까지 그 작동 경로를 따른다. 작동 경로의 일부 포인트들에서, 로봇은 정지하고 연결부 값들은 기록된다. 많은 통상의 로봇들은 자동적으로 연결부 값들을 보고하는 내부 시스템들을 가진다. 이러한 연결부 값들은 이후의 참조를 위해 로봇 메모리로 공급될 수 있다. 로봇이 일을 할 시간이 될 때, 로봇은 목적하는 위치에 상응하는 연결부 값들을 "기억"하고 그에 따라 작업을 수행한다.
현재, 기판 프로세싱 시스템들에서 사용된 로봇들은 전형적으로 수동 교정 방법을 사용하여 교정된다. 로봇은 인간 조작자로부터 로봇 동작 제어 시스템으로의 입력들에 따라 이동하도록 지시된다. 인간 조작자는 시각적으로 프로세싱 시스템 내의 로봇의 위치를 관찰하고 프로세싱 시스템에서의 장애들을 피하도록 로봇의 경로를 계획한다. 인간 조작자는 이때 수동으로 로봇에게 시작 위치로부터 목적 위치로 이동하도록 지시하는 신호들을 입력한다. 로봇이 목적 위치에 도달했는지를 결정하기 위해, 정렬 핀이 종단 이펙터 상의 교정 홀을 통해 목적 위치에서 상응하는 교정 홀로 삽입된다. 목적 위치는 정렬 핀이 상응하는 교정 홀들과 정렬될 때 도달된다. 동일한 실행이 필요할 때 반복되기 위해 시작 위치에서 목적 위치로의 로봇의 이동은 기록된다.
그러나, 수동 교정 방법에는 몇 가지 불리한 점이 있다. 첫째로, 수동 교정은 엘리먼트들을 적절히 정렬시키기 위해 인간 조작자의 능력에 의존하고 인간 실수의 가능성 있다는 것이다. 또한, 많은 위치들이 훈련되어야 할 때, 수동 교정 방법은 또한 상당한 양의 시간을 필요로 한다는 것이다. 더욱이, 수동 교정 방법의 속도 및 정확성은 주로 교정을 수행하는 인간 조작자의 능력에 의존한다. 따라서, 수동 교정 방법은 고정밀 로봇 훈련, 특히 기판 프로세싱 시스템들을 위해 사용되는 로봇들을 위한 훈련에는 만족스럽지 않다.
그러므로, 로봇들, 특히 기판 프로세싱 시스템들에서 사용되는 로봇들의 자동 교정을 위한 방법 및 장치에 대한 요구가 있다. 인간 조작자들의 능력에의 의존을 감소시키는 동시에 빠르고 정확한 교정을 달성하기 위한 자동 교정 장치 및 방법은 바람직하다. 자동 교정 장치 및 방법이 신뢰할만한 교정을 제공하고 다양한 로봇들과 함께 사용하기에 적절하다는 것 또한 바람직하다.
본 발명은 일반적으로 로봇들, 특히 기판 프로세싱 시스템들에서 사용되는 로봇들의 자동 교정을 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 자동 교정 장치 및 방법은 인간 조작자들의 능력에의 의존을 제거 또는 감소시키면서 빠르고 정확하며 신뢰할만한 교정들을 제공한다. 자동 교정 장치 및 방법은 또한 다양한 로봇들과 함께 사용되기에 적절하다.
본 발명에 따른 프로세싱 챔버에서 로봇을 교정하기 위한 방법은: 프로세싱 시스템에서 로봇을 위해 사용 가능한 자유-공간을 결정하는 단계; 사용 가능한 자유-공간에서 로봇의 위치와 타겟 위치 사이의 거리를 결정하는 단계; 및 로봇 종단 이펙터와 타겟 위치 사이의 거리를 최소화시키는 로봇 종단 이펙터의 증분 변위를 사용하여 사용 가능한 자유 공간에서 로봇 종단 이펙터로부터 타겟 위치로의 경로를 생성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 로봇 종단 이펙터의 증분 변위들은 사용 가능한 자유 공간 내의 경로를 계산하고 시스템 내의 모든 장애들 및 물리적 제한들을 회피하는 제한된 그레디언트(gradient) 최적화 프로세스를 사용하여 계산된다.
본 발명에 따른 프로세싱 시스템에서 로봇을 교정하기 위한 장치는: 지시될 위치에 배치된 센서; 로봇 종단 이펙터 상에 배치된 리시버; 및 센서와 리시버 사이의 거리를 결정하기 위해 센서 및 리시버로부터 신호들을 받도록 연결되고, 센서와 리시버 사이의 거리를 최소화하는 증분 이동들을 사용하여 경로를 생성시키는 마이크로프로세서를 포함한다. 바람직하게는, 센서는 지시될 위치의 타겟 교정 홀에 배치되고 리시버는 로봇 종단 이펙터 교정 홀에 배치된다.
위에서 열거된 본 발명의 특징들, 이점들 및 목적들이 달성되고 상세히 이해될 수 있도록, 위에서 간략히 요약된 본 발명은 첨부된 도면들에 도시된 실시예들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시한 것이어서 본 발명이 다른 동일하게 효과적인 실시예들을 인정하도록 그 범위가 제한되어서는 안된다.
본 발명은 일반적으로 프로세싱 시스템들에서 유용한 로봇들의 자동 교정을 위한 장치 및 방법을 제공한다. 도 1은 다중 기판 프로세싱 챔버들을 가지는 스테이지드 진공 프로세싱 시스템의 간략도이다. 스테이지드 진공 프로세싱 시스템들의 예들은 미국 캘리포니아의 어플라이드 머티리얼스(Applied Materials,Inc.)로부터 이용가능한 Centura®, Endura®, Producer® 및 P5000® 시스템들이다. 비록 본 발명이 스테이지드 진공 프로세싱 시스템의 이송 챔버의 로봇에 관해 설명되지만, 본 발명은 다양한 프로세싱 시스템들의 다른 로봇 적용들을 위해 유용하다는 것이 이해된다.
스테이지드 진공 프로세싱 시스템(100)은 제 1 스테이지 이송 챔버(115)에 부착된 진공 로드-록(load-lock) 챔버들(105 및 110)을 포함한다. 로드-록 챔버들(105 및 110)은 기판들이 시스템(100)에 들어가고 나오는 동안 제 1 스테이지 이송 챔버(115) 내의 진공 조건들을 유지시킨다. 제 1 로봇(120)은 로드-록 챔버들(105 및 110)과 하나 또는 그 이상의 기판 프로세싱 챔버들(125 및 130) 사이 에서 기판들을 이송시킨다. 프로세싱 챔버들(125 및 130)은 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에치, 사전-세정, 가스 제거, 배향 및 다른 기판 프로세스들과 같은 많은 기판 프로세싱 동작들을 수행하도록 준비될 수 있다. 제 1 로봇(120)은 또한 기판들을 제 1 스테이지 이송 챔버(115) 및 제 2 스테이지 이송 챔버(140) 사이에 배치된 하나 또는 그 이상의 이송 챔버들(135) 내외로 이송시킨다.
이송 챔버들(135)은, 기판들이 제 1 스테이지 이송 챔버(115)와 제 2 스테이지 이송 챔버(140) 사이에서 이송되도록 허용하면서 제 2 스테이지 이송 챔버(140) 초고진공 조건들을 유지시키기 위해 사용된다. 제 2 로봇(145)은 기판들을 이송 챔버들(135)과 다수의 기판 프로세싱 챔버들(150, 155, 160 및 165) 사이에서 이송시킨다. 프로세싱 챔버들(125 및 130)에 유사하게, 프로세싱 챔버들(150에서 165)은 다양한 기판 프로세싱 동작들을 수행하도록 준비될 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 챔버(150)는 CVD 챔버이고; 프로세싱 챔버(155)는 에칭 챔버이며; 프로세싱 챔버들(160,165)은 PVD 챔버들이다. 위에서 열거된 프로세싱 챔버들의 순서 배열은 반도체 기판들 상의 집적된 회로들을 형성하기 위해 유용하다. 다수의 진공 시스템들은 집적 회로 또는 칩의 완전한 제조를 위해 요구되는 모든 프로세스들을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
동작 시에, 기판들은 전형적으로 카세트에 저장되고 컨베이어 벨트 또는 마이크로프로세서 또는 컴퓨터(미도시)에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램의 제어 하에 작동하는 로봇 시스템(미도시)에 의해 진공 로드-록 챔버들(105 및 110) 내로 적재된다. 컴퓨터는 바람직하게는 또한 클러스터 툴 시스템(100)의 다양한 프로세싱 챔버들 사이의 기판 이송들과 같은 동작들을 포함하면서, 로봇들(120 및 145)의 동작을 또한 제어한다. 본 발명은 기판 프로세싱을 통해 요구되는 작업들을 수챙해기 위한 로봇들을 교정하기 위한 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 자동-교정 장치의 간략도이다. 일반적으로, 자동-교정 장치(200)는 이미터(202), 리시버(204) 및 프로세서(206)를 포함한다. 이미터(202) 및 리시버(204)는 프로세서(206)에 연결되고 프로세서(206)에 신호들을 제공한다. 바람직하게, 이미터(204)는 지시될 타겟 위치에서 교정 홀에 설치된다. 이미터(202) 및 리시버(204)는 함께 이미터 및 리시버의 실제 위치들 및 이미터(202) 및 리시버(204) 사이의 거리 및 방향의 측정을 나타내는 출력을 제공하는 아날로그 근접(proximity) 센서로서 기능한다. 이미터(202) 및 리시버(204)의 위치들은, 귀환(homing) 프로그램이 목표 위치에 배치된 디바이스를 향해 귀환하도록 상응하게 바뀌는 한, 상호교환할 수 있다. 아날로그 근접 센서의 예는 캘리포니아 산타 로사의 프리시젼 내비게이션(Precision Navigation)으로부터의 유도 근접 센서이다. 대안으로, 레이저 기초의 근접 센서는 타겟 위치와 로봇 위치 사이의 거리를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 대안으로, 로봇으로부터 타겟 위치로의 방향을 제공하기 위해 콤파스(compass)가 사용되고 타겟 위치로의 귀환을 위해 거리 근사가 사용된다. 이 대안에서, 방향 센서 및 거리 근사 센서의 두 세트의 센스들은 본 발명에 따른 교정 경로를 결정하기 위해 요구된다.
프로세서(206)는 이미터(202) 및 리시버(204)로부터의 신호들을 프로세스하고 이미터(202)와 리시버(204) 사이의 거리 및 리시버(204)에서 이미터(202)로의 방향을 결정한다. 프로세서(206)는 또한 로봇 경로 계획 알고리즘들을 프로세싱하고 로봇의 실제 운동을 제어하는 로봇 제어기로 신호를 발생시키는 것과 같은 다른 프로세싱 및 제어 작용들을 수행한다. 프로세서(206)는 전형적으로 컴퓨터 통신 케이블과 같은 통신선들을 통해 로봇 제어기(208)에 연결된다. 로봇 제어기(208)는 바람직하게는 로봇의 움직임을 제어하기 위해 전기적으로 로봇 모터들에 연결된다.
전형적으로, 반도체 기판 프로세싱 시스템들에서 사용되는 로봇은 SCARA 로봇 또는 다중 자유 정도를 가지는 로봇의 프로그-레그(frog-leg) 타입이다. 일반적으로 로봇의 움직임은 아래의 식에 의해 나타난 로봇 운동 식에 의해 정의되는데, x는 로봇 베이스 중앙으로부터 종단 이펙터의 단부 또는 종단 이펙터에 대한 관심 포인트(즉, 리시버의 위치)의 벡터를 나타내고 θ는 로봇의 조인트의 벡터를 나타낸다.
x = f(θ) 식(1)
벡터 함수 f(θ)는 로봇의 움직임이나 위치를 정의하는 로봇의 운동 식을 나타낸다. 로봇의 운동은 이차원(즉, x-y 평면) 또는 삼차원(즉, x-y-z 공간)일 수 있고, 벡터들은 상응하는 이 또는 삼차원 운동을 나타낸다.
종단 이펙터(즉,δx)에 관련된 관심포인트 및 단부의 작은 변위는 다음의 식에 의해 정의되는 바와 같이 로봇 조인트들(즉, δθ)의 작은 변위에 관련되는데, R(θ)는 로봇의 자코비안(jacobian) 행렬을 나타낸다.
δx = R(θ) δθ 식(2)
도 1에서 도시된 프로세싱 시스템과 같은 프로세싱 시스템에서 배치된 로봇 은 전형적으로 프로세싱 시스템의 다양한 챔버들에 의해 제한되는 로봇 운동을 가진다. 로봇이 프로세싱 시스템의 한 위치에서 다른 위치로 물건을 이송할 때, 로봇 자신 및 로봇에 의해 다루어지는 물건은 물건, 로봇 및 프로세싱 시스템의 다른 구성 요소들에의 손상을 방지하기 위해 프로세싱 시스템의 다른 구성 요소와 물리적으로 접촉해서는 안된다. 전형적으로, 로봇 운동 상의 제한은 프로세싱 시스템의 구조 및 로봇의 운동학으로부터 유래된다. 예를 들어, 로봇 운동은 이송 챔버의 벽들 및 이송 챔버와 부착된 프로세싱 또는 로드록 챔버들 사이의 슬릿 밸브에 의해 제한된다. 로봇 운동이 제한되지 않는 위치들의 세트는 전형적으로 자유 공간(G)이라고 불린다. 프로세싱 시스템의 정확한 자유 공간(G)은 당해 기술분야에서 잘 알려진 다양한 방법들을 사용하여 계산될 수 있다.
본 발명에 따르면, 로봇은 아날로그 근접 센서로부터의 출력들을 사용하는 자동-교정 알고리즘을 사용하여 교정된다. 더 상세하게는, 자동 교정 알고리즘은 로봇 종단 이펙터와 이미터와 리시버 사이의 거리 함수를 최소화시키는 자유공간(G)내에 경로를 계획하기 위한 타겟 포인트 사이의 실제 거리 및 방향을 측정하기 위하여 이미터(202) 및 리시버(204)의 아날로그 출력들을 사용한다.
자동-교정 알고리즘은 다음의 최적화 문제에 대한 로봇이 움직일 때 계산된 해답을 제시하는데:
min || x타겟 - x로봇 ||2 식(3)
다음에 제한들에 의해 제한되고:
x ∈ G 식(4)
G는 프로세싱 시스템의 자유 공간을 나타낸다. 대안으로, 위의 식(3) 대신에 자동-교정 알고리즘은 다음의 최적화 문제에 대한 해답을 계산한다.
min || x타겟 - x로봇 || 식(5)
이 경우, 알고리즘은 식(5)이 타겟 위치가 로봇 위치와 동일할 때(즉, x타겟 - x로봇 = 0), 미분불가능한 것에 순응하기 위해 수정된다. 로봇 위치가 타겟 위치로 접근할 때, 타겟 위치가 도달했는 지를 결정하기 위해 근사치 또는 추정치가 계산된다.
최적화 문제는 바람직하게는 당해 기술분야에서 공지된 제한된 그레디언트 서치 방법을 사용하여 해결된다. 이러한 방법들은 비용(즉, || x타겟 - x로봇 ||2 의 값)을 감소시키기 위해 증분 변위들(δx)을 계산하기 위한 비용 함수의 그레디언트 정보를 사용한다.
증분 변위(δx)에 상응하는 로봇 모터들(δθ)의 증분 변위들은 식(2)을 사용하여 계산된다. 로봇이 교정될 때, 증분 변위들(δθ)은 프로세서의 메모리에 기록된다. 비용 함수가 타겟 위치에서 유일 최소값을 가지기 때문에, 알고리즘은 실패 없이 타겟 위치(x타겟)로 수렴한다.
자동-교정은 각 작업이 시스템 내의 로봇에 의해 수행되도록 수행되고 각 교정의 결과들은 프로세서의 메모리에 기록된다. 시스템을 위해 요구된 작업들을 위해 로봇이 교정된 후, 메모리로부터 기록된 단계들을 소환하고 기록된 단계들을 실행함으로써, 로봇은 필요한 각 교정 작업을 수행할 수 있다.
본 발명의 대안의 실시예는 프로세싱 시스템 내에 실제 자유 공간(G) 대신에 정의된 자유 공간(G*)을 제공한다. 본 발명에 따르면, 프로세싱 시스템의 자유 공간은 프로세싱 시스템의 실제 자유 공간 내에 맞는 단순한 기하학적 형상들을 사용하여 정의된다(즉, 정의된 자유 공간(G*)이 완전 자유 공간(G)의 부분 집합이다). 이 단순한 기하학적 형상들은 전형적으로 원, 타원, 직사각형, 다각형, 및 식들에 의해 정의된 다른 기하학적 형상들을 포함한다. 예를 들어, 로드록 챔버 및 이송 챔버의 정의된 자유 공간(G*)은 이송 챔버의 단순화된 자유 공간을 나타내는 원 및 이송 챔버로부터 로드록 챔버 내로 연장되는 단순화된 자유 공간을 나타내는 직사각형의 합집합으로서 정의된다. 프로세싱 시스템의 자유 공간(G*)을 계산된 완전한 자유 공간 대신에 단순한 기하학적 형상들로 정의함으로써, 프로세싱 시스템의 실제 자유 공간을 계산하는 단계가 더 이상 필요하지 않기 때문에 자동-교정 알고리즘의 최적화 프로세스는 단순화된다. 정의된 자유 공간(G*)이 단순한 기하학적 형상들의 조합들로(즉, 원, 타원, 직사각형, 다각형 및 식들에 의해 정의되는 다른 기하학적 형상들) 정의되기 때문에, 최적화 프로그램은 정의된 자유 공간(G*) 내의 비용(즉, 거리)의 음의 그레디언트 함수의 투영을 발견함으로써, 비용(즉, 거리)의 최대 감소의 방향을 계산하는 투영된(projected) 그레디언트 방법들을 사용할 때, 최적화 프로그램은 더 단순한 계산들을 가진다. 최적화 프로그램은 다음 프로세싱 시스템의 정의된 자유 공간(G*) 내의 로봇의 증분 변위에 상응하는 경로를 발생시킨다. 자동-교정은 시스템 내의 로봇에 의해 각 작업을 위해 수행되고, 각 교정의 결과들은 프로세스의 메모리에 기록된다. 시스템을 위해 요구된 태스크들을 위해 로봇이 교정된 후, 로봇은 메모리로부터 기록된 단계들을 불러오고 기록된 단계들을 실행함으로써, 로봇은 필요한 각 교정 태스크를 수행할 수 있다.
예
도 3은 부착된 다수의 프로세싱 챔버를 가지는 중앙 이송 챔버의 간략도이다. 예는 이송 챔버 내의 시작 레스트 위치로부터 프로세싱 챔버(160) 내부의 타겟 위치로의 로봇의 교정을 설명한다. 로봇의 자동-교정은 이미터(202)와 리시버(204) 사이의 거리 및 그 각 위치들의 측정에 의해 시작된다. 프로세서(206)는 이미터(202) 및 리시버(204)로부터의 신호들을 받고 자동-교정 알고리즘을 사용하여 정보를 프로세스한다. 자동-교정 알고리즘의 최적화 프로세스를 단순화하기 위해, 프로세싱 시스템의 자유 공간은 조작자에 의해 계산된 완전한 자유 공간 대신에 단순한 기하학적 형상들의 조합으로 정의된다. 도 3에서 나타난 바와 같이, 이송 챔버 및 로드록 챔버의 사용자-정의된 자유 공간(G*)은 원(302) 및 직사각형(304)의 합집합으로 정의된다. 자유 공간(G*)을 단순한 기하학적 형상들(즉, 원, 타원, 직사각형, 다각형, 식들에 의해 정의된 다른 기하학적 형상들)로 정의함으로써, 최적화 프로그램은 더 단순한 계산들을 가지고 자유 공간(G*) 내의 거리 함수의 음의 그레디언트의 투영을 발견함으로써, 거리에서의 최대 감소 방향을 계산하는 투영된 그레디언트 방법들을 사용할 수 있다. 프로세서는 이미터와 리시버 사이의 거리 함수를 최소화시키는 증분 로봇 운동들의 집합을 발생시킨다. 화살표(A)들은 자동-교정의 동안 최적화 프로그램에 의해 발생된 경로를 나타내고 프로세싱 시스템의 정의된 자유 공간(G*) 내의 로봇의 증분 변위에 상응한다. 자동-교정 방법에 의해 발생된 단계들은 프로세서의 메모리에 기록되고 특정 로봇 작업을 위해 필요한 때 메모리로부터 소환된다.
이점들
본 발명은 로봇 운동을 정의하는 운동학 방정식들이 주어진 어떤 로봇에도 일반적으로 적용가능한 자동-교정 방법을 제공한다. 본 발명은 하드웨어에서 구현될 수 있기 때문에, 다양한 자동 교정 시퀀스들을 수행하기 위한 각 특정 로봇을 위한 광대한 코드(소프트웨어)를 디자인 또는 프로그램할 필요가 없다. 또한, 본 발명은 현재 적용가능하고 미래뿐만 아니라 현재의 최적화 알고리즘들에 적용가능한 테스트된 최적화 코드들을 널리 사용한다. 본 발명에 따른 자동-교정 방법은 모든 가능한 시작 포인트들을 위한 비용(거리) 함수에 대한 유일 최소 해답을 제공하고 또한 시작 포인트가 가능한지를 나타낸다. 본 발명은 타겟 포인트로 수렴을 보장하는 최적화 프로그램들을 최적화 프로그램들을 사용하여 자동-교정을 위한 확고하고 신뢰할 수 있는 방법을 제공한다.
전술한 것이 본 발명의 바람직한 실시예를 향하는 한편, 본 발명의 다른 또는 그 이상의 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있고, 그 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (11)

  1. 프로세싱 시스템에서 로봇 종단 이펙터(robot end effector)를 가지는 로봇을 교정(calibrate)하기 위한 방법으로서,
    a) 상기 프로세싱 시스템에서 상기 로봇을 위해 사용 가능한 자유-공간을 결정하는 단계;
    b) 상기 사용 가능한 자유-공간에서 로봇 종단 이펙터의 위치와 타겟 위치 사이의 거리를 결정하는 단계; 및
    c) 상기 로봇 종단 이펙터와 상기 타겟 위치 사이의 거리를 최소화하는 상기 로봇 종단 이펙터의 증분 변위(incremental displacement)들을 사용하여 상기 사용 가능한 공간 내에서 상기 로봇 종단 이펙터로부터 상기 타겟 위치로의 경로를 생성하는 단계
    를 포함하는 로봇 교정 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 로봇 종단 이펙터의 증분 변위들은 제한된 그레디언트(constrained gradient) 최적화 프로세스를 사용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 로봇 교정 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 로봇 종단 이펙터의 위치와 상기 타겟 위치 사이의 거리는 아날로그 근접 센서를 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 로봇 교정 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 사용 가능한 자유-공간은 상기 프로세싱 시스템 내에서 상기 로봇을 위한 실제 자유 공간으로서 계산되는 것을 특징으로 하는 로봇 교정 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 사용 가능한 자유-공간은 상기 프로세싱 시스템에서 상기 로봇을 위한 실제 자유 공간의 부분 집합으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 로봇 교정 방법.
  6. 프로세싱 챔버에서 로봇을 교정하기 위한 방법으로서,
    a) 상기 프로세싱 챔버에서 사용 가능한 자유-공간을 결정하는 단계;
    b) 타겟 포인트에 이미터를 위치시키는 단계;
    c) 상기 로봇의 종단 이펙터 상의 포인트에 리시버를 위치시키는 단계;
    d) 상기 이미터 및 상기 리시버로부터의 신호들을 사용하여 상기 로봇의 종단 이펙터 상의 포인트와 타겟 포인트 사이의 거리를 결정하는 단계; 및
    e) 상기 사용 가능한 자유 공간 내에서 상기 타겟 포인트와 상기 로봇의 종단 이펙터 상의 포인트 사이의 거리 함수를 최소화하는 경로 계획 알고리즘을 사용하여 상기 타겟 포인트 및 상기 로봇 종단 이펙터 상의 포인트로부터의 경로를 결정하는 단계
    를 포함하는 로봇 교정 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 경로는 상기 로봇 종단 이펙터와 상기 타겟 포인트 사이의 거리를 최소화하는 상기 로봇 종단 이펙터의 증분 변위들을 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 로봇 교정 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 사용 가능한 자유-공간은 상기 프로세싱 시스템에서 상기 로봇을 위한 실제 자유 공간으로서 계산되는 것을 특징으로 하는 로봇 교정 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 사용 가능한 자유-공간은 상기 프로세싱 시스템에서 상기 로봇을 위한 실제 자유-공간의 부분 집합으로서 정의되는 것을 특징으로 하는 로봇 교정 방법.
  10. 프로세싱 시스템에서 로봇을 교정하기 위한 장치로서,
    a) 지시될 위치에 배치된 이미터;
    b) 로봇 종단 이펙터 상에 배치된 리시버; 및
    c) 상기 이미터와 상기 리시버 사이의 거리를 결정하기 위해 상기 이미터 및 상기 리시버로부터 신호들을 받도록 연결되고, 상기 이미터와 상기 리시버 사이의 거리를 최소화하는 증분 이동들을 사용하여 경로를 생성하는 마이크로프로세서
    를 포함하는 로봇 교정 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 이미터는 상기 지시될 위치에서 타겟 교정 홀에 배치되고 상기 리시버는 로봇 종단 이펙터 교정 홀에 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇 교정 장치.
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