KR101640175B1 - 엔드 이펙터 및 이를 사용하는 작업물 처리 시스템 - Google Patents

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로버트 비 보팻
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

엔드 이펙터(end effector) 및 이를 사용하는 작업물 처리 시스템이 개시된다. 회전식인 엔드 이펙터는 무한 회전할 수 있다. 로터리 엔드 이펙터는, 4 x 1 선형 어레이와 같은 임의의 구성으로 배열된 복수의 그리퍼들을 지지할 수 있는, 그리퍼 브래킷(gripper bracket)을 갖는다. 각각의 그리퍼는 흡입 시스템과 연통하며, 일부 실시예들에 있어, 각각의 그리퍼가 선택적으로 인에이블되고 디세이블될 수 있다. 설비들이 또한 근접 센서와 같은 전기적 컴포넌트들이 로터리 그리퍼 브래킷 상에 장착될 수 있도록 만들어진다. 다른 실시예에 있어, 각각이 복수의 그리퍼들을 구비한 복수의 표면들을 갖는 엔드 이펙터가 사용된다.

Description

엔드 이펙터 및 이를 사용하는 작업물 처리 시스템{END EFFECTOR AND WORKPIECE HANDLING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 작업물 처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 엔드 이펙터 및 이를 사용하는 작업물 처리 시스템에 관한 것이다.
이온 주입은 작업물 내로 전도성-변경 불순물들을 도입하기 위한 표준 기술이다. 이온 소스 내에서 희망되는 불순물 재료가 이온화되고, 이온들이 미리 설정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위하여 가속되며, 이온 빔이 작업물의 표면으로 보내진다. 빔 내의 활성 이온들이 작업물 재료의 체적 내로 침투하며, 희망되는 전도성의 영역을 형성하기 위하여 작업물 재료의 결정 격자 내에 내장된다.
이온 주입은 솔라 셀들을 도핑하기 위한 실행가능한 방법으로서 입증되어왔다. 솔라 셀 제조 산업의 2개의 관심사는 제조 스루풋 및 셀 효율성이다. 셀 효율성은 전기로 변환되는 에너지의 양을 측정한다. 솔라 셀 제조 산업에서 경쟁력을 유지하기 위해서 더 높은 셀 효율성이 요구될 수 있다. 그러나, 셀 효율성을 증가시키기 위하여 제조 스루풋이 희생될 수는 없다.
이온 주입은 확산로(diffusion furnace)와 같은 기존의 솔라 셀 제조시 사용되는 프로세스 단계들을 제거한다. 확산로 대신 이온 주입이 사용되는 경우, 이온 주입이 오직 희망되는 표면만을 도핑하기 때문에, 레이저 에지 분리(laser edge isolation) 단계들이 또한 제거될 수 있다. 이온 주입은 또한 솔라 셀의 전체 표면의 블랭킷 주입(blanket implant) 또는 솔라 셀의 부분만의 선택적(또는 패턴화된) 주입을 수행하기 위한 능력을 제공한다. 이온 주입을 사용하는 높은 스루풋에서의 선택적 주입이 확산로에 대해 사용된 비싸고 시간-소모적인 리소그래피 또는 패턴화 단계들을 회피한다. 선택적 주입은 또한 새로운 솔라 셀 설계들을 가능하게 한다. 더욱이, 이온 주입이 더 높은 셀 효율들을 갖는 솔라 셀들을 만드는데 사용되어 왔다.
이온 주입기의 제조 스루풋에 대한 임의의 개선 또는 그 신뢰성에 대한 임의의 개선이 전세계적인 솔라 셀 제조업체들에게 유익할 것이다. 하나의 이러한 개선이 복수의 작업물들을 한번에 집어 올리고(pick up) 이동시키기 위한 성능일 수 있다. 따라서, 한번에 복수의 작업물들을 집을 수 있는 엔드 이펙터가 대체 에너지원으로서의 솔라 셀들의 채택을 가속시킬 수 있다.
솔라 셀들과 같은 작업물들의 고속 처리를 위해 사용되기 위한 로터리 엔드 이펙터(rotary end effector)가 개시된다. 로터리 엔드 이펙터는 무한 회전할 수 있다. 로터리 엔드 이펙터는, 4 x 1 선형 어레이와 같은 임의의 구성으로 배열된 복수의 그리퍼들을 지지할 수 있는, 그리퍼 브래킷(gripper bracket)을 갖는다. 각각의 그리퍼는 흡입 시스템과 연통하며, 일부 실시예들에 있어, 각각의 그리퍼가 선택적으로 인에이블되고 디세이블될 수 있다. 설비들이 또한 근접 센서와 같은 전기적 컴포넌트들이 로터리 그리퍼 브래킷 상에 장착될 수 있도록 만들어진다. 다른 실시예에 있어, 각각이 복수의 그리퍼들을 구비한 복수의 표면들을 갖는 엔드 이펙터가 사용된다.
본 발명의 더 양호한 이해를 위하여, 본 명세서에 참조로써 포함된 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 작업물 처리 시스템의 제 1 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1에 예시된 작업물 처리 시스템의 제 1 실시예의 상면 사시도이다.
도 3은 도 1에 예시된 작업물 처리 시스템의 제 1 실시예의 측면 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 엔드 이펙터이다.
도 5는 도 4의 엔드 이펙터의 단면도이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 엔드 이펙터의 그리퍼 브래킷의 내부 도면이다.
도 7은 제 2 실시예에 따른 엔드 이펙터이다.
도 8a 내지 도 8l은 도 7의 엔드 이펙터를 사용하는 로딩 및 언로딩의 시퀀스를 예시한다.
도 9는 다른 실시예에 따른 엔드 이펙터이다.
도 10a 내지 도 10b는 일 실시예에서 사용되는 로터리 유니온(rotary union)을 도시한다.
본 명세서에서 작업물 처리 시스템이 솔라 셀들과 관련되어 설명된다. 그러나 실시예들이 반도체 웨이퍼들, 발광 다이오드(LED)들, 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator: SOI) 웨이퍼들, 또는 다른 디바이스들과 같은 다른 작업물들과 함께 사용될 수 있다. 작업물 처리 시스템이 이온 주입들 또는 증착, 에칭 또는 다른 작업물 프로세싱 시스템들과 같은 다른 프로세싱 장비와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에서 설명되는 특정 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 3에 예시된 예시적인 작업물 처리 시스템(100)은 작업물들의 4x4 매트릭스를 사용하여 2000개 이상의 시간당 웨이퍼(wafers per hour: wph)들을 프로세싱할 수 있다. 물론, 다른 작업물 매트릭스 설계들이 사용될 수 있으며, 본 명세서의 실시예들이 단지 4x4 매트릭스에 한정되는 것은 아니다. 이러한 도면들이 작업물 처리 시스템을 표현하며, 작업물 처리 시스템의 각각의 컴포넌트들이 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다. 도 1은 벨트 모듈들, 갠트리 모듈(gantry module), 매트릭스, 빌드 스테이션(build station), 스왑봇(swapbot), 및 로드 락(load lock)들을 도시한다. 도 2 및 도 3은 각기 이러한 컴포넌트들의 상면도 및 측면도를 도시한다.
작업물들의 이러한 매트릭스(101)가 작업물들을 홀딩하기 위한 개별적인 슬롯들 또는 함몰부(depression)들을 갖는 캐리어에 위치될 수 있다. 대안적인 실시예에 있어, 작업물들에 대하여 어떠한 캐리어도 사용되지 않는다. 대신에 매트릭스(101)가 프로세싱 이전에 그리고 프로세싱 동안에 로봇들 또는 다른 수단에 의해 처리된다. 이러한 예에 있어, 매트릭스(101)가 정전기 클램프 또는 기계적 클램프 상에 홀딩되거나, 또는 중력에 의해 홀딩될 수 있다.
이러한 작업물 처리 시스템(100)은 카세트(cassette) 또는 다른 인터페이스로부터 작업물들을 이송하며, 매트릭스(101)를 구성하고, 로드 락(102) 내로 매트릭스(101)를 이동시킨다. 작업물들을 다시 카세트 또는 다른 인터페이스로 이송하기 위하여 역 프로세스가 또한 작업물 처리 시스템에 의해 수행될 수 있다. 로드 락(102)이 이온 주입기 또는 임의의 다른 프로세싱 도구에 연결된다.
이러한 실시예에 있어, 3개의 벨트 모듈들(106a~106c)이 카세트로부터 작업물들을 이송할 수 있다. 작업물들의 이송이 특정 속도, 간격, 또는 피치(pitch)로 수행될 수 있다. 로봇이 작업물들을 벨트 모듈들(106a~106c) 상에 위치시키는데 사용될 수 있다. 벨트 모듈들(106a~106c)의 말단에서, 카메라(107) 및 제어기가 작업물들 각각의 위치를 결정할 것이며, 매트릭스(101)로의 이송 동안 작업물들의 위치 또는 배향이 교정되어야 할 필요성이 있는지 여부를 결정할 것이다. 3개보다 더 많은 또는 더 적은 벨트 모듈들(106a~106c)이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 이러한 벨트 모듈들(106a~106c) 각각은 작업물들의 로딩 또는 언로딩을 위해 설계될 수 있으며, 또는 로딩 및 언로딩 둘 모두를 위해 사용될 수도 있다.
갠트리 모듈(108)이, 정전력, 기계력, 또는 진공력을 사용하여서와 같이, 벨트 모듈들(106a~106c)로부터 작업물들을 집고 매트릭스(101)를 구성한다. 갠트리 모듈(108)이 3차원으로 이동할 수 있으며, 또한 회전 운동을 달성할 수 있다. 이러한 갠트리 모듈(108)이 작업물들의 위치 또는 배향을 교정하기 위해 카메라(107) 및 제어기로부터의 정보를 사용할 수 있다. 갠트리 모듈(108)은 또한 카세트 또는 다른 인터페이스로 다시 이송하기 위해 매트릭스로부터 작업물들을 제거하여 벨트 모듈들(106a~106c) 상에 위치시킬 수 있다.
갠트리 모듈(108)은 적어도 하나의 y-축 구동기, 적어도 하나의 x-축 구동기, 적어도 하나의 z-축 구동기, 및 틸트(tilt) 또는 로터리 구동기를 가질 수 있다. 이는 4 자유도(degree of freedom)를 제공하며, 픽-앤-플레이스(pick-and-place)를 가능하게 한다. 갠트리 모듈(108)이 작업물들을 x, y, 및 θ(틸트) 방향으로 교정할 수 있다. 갠트리 모듈(108)은 또한 벨트 모듈들(106a~106c) 중 임의의 벨트 모듈로부터 매트릭스(101) 내의 임의의 위치로 작업물들을 이송할 수 있다. θ 방향의 회전 또는 틸팅이 갠트리 모듈(108)에 의해 수행될 수 있다.
대안적인 실시예에 있어, 갠트리 모듈(108)이 "배드(bad)" 작업물들을 스킵하거나 또는 위치시키지 않을 수 있다. 이러한 "배드" 작업물들이 손상되거나 또는 파괴될 수 있다. 갠트리 모듈(108)은 또한 벨트 모듈들(106a~106c) 상에 적절히 로딩되지 않을 수 있는 "유실(missing)" 작업물들을 보상할 수 있다. 카메라(107) 및 프로세서가 이러한 점과 관련하여 갠트리 모듈(108)을 보조하기 위해 사용될 수 있다.
갠트리 모듈(108)의 엔드 이펙터(105)는 매트릭스(101)의 더 작은 버전일 수 있는 다중-그리퍼 설계이다. 따라서, 매트릭스(101)가 4x4 작업물들일 수 있는 반면, 갠트리 모듈(108)은 1x4 또는 어떤 다른 설계일 수 있다. 작업물들이 개별적으로 또는 1x4 그룹으로 갠트리 모듈(108)에 의해 교정될 수 있다.
동작의 일 실시예에 있어, 갠트리 모듈(108)이 프로세싱이 완료된 4개의 작업물들을 취하여 벨트 모듈들(106a~106c)의 하나 상에 이들을 위치시킬 것이다. 그 뒤 갠트리 모듈이 벨트 모듈들(106a~106c)로부터 프로세싱되지 않은 4개의 작업물들을 취하여 이들을 매트릭스(101)에 위치시킨다. 이는 이동 시간의 양 및 갠트리 모듈(108)이 작업물들을 이송하지 않는 시간의 양을 감소시킨다. 프로세싱되지 않은 작업물들이 이전에 프로세싱된 작업물들이 제거된 매트릭스(101)에 위치된다. 이러한 프로세스가 반복될 수 있고, 갠트리 모듈(108)에 의한 매트릭스(101)의 결합된 로딩 및 언로딩이 전체 매트릭스(101)에 대하여 사용될 수 있다.
스왑 모듈(109)(적어도 하나의 "스왑 로봇" 또는 "스왑봇"을 사용하는)이 로드 락(102) 내로 매트릭스(101)를 위치시키는데 사용될 수 있다. 이러한 스왑 모듈(109)은 선형 구동기(linear actuator)일 수 있다. 스왑 모듈(109) 내에 하나 이상의 스왑 로봇들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 이들은 빈(empty) 캐리어 및 가득찬(full) 캐리어를 홀딩할 수 있다. 하나의 스왑 로봇이 로딩 및 언로딩 동안 비켜서 파킹(park)될 수 있다. 각각의 스왑 로봇이 각각의 블레이드(blade)에 대해 하나 이상의 y-축 구동기들 및 하나의 z-축 구동기를 가질 수 있다. 제 1 스왑 로봇이 빌드 스테이션(110)으로부터 매트릭스(101) 내로 프로세싱되지 않은 작업물들을 집어 올릴 수 있으며, 제 2 스왑 로봇이 프로세싱된 작업물들을 집어 올리기 위해 로드 락(102) 내로 연장할 수 있다. 프로세싱된 작업물들이 로드 락(102)으로부터 제거되고, 프로세싱되지 않은 작업물들이 로드 락(102) 내에 위치된다. 프로세싱된 작업물들이 언로딩을 위하여 빌드 스테이션으로 반환되며, 반면 프로세싱되지 않은 작업물들이 주입되거나 또는 달리 프로세싱된다.
매트릭스(101)의 구성이 로드 락(102)의 펌핑 다운(pumping down) 또는 배기(venting)에 의해 조정될 수 있다. 이는 이온 주입기와 같은 로드 락(102)에 부착된 시스템의 스루풋을 증가시킬 수 있다.
도 4는 갠트리 모듈(108)에 대한 엔드 이펙터(105)의 확대도이며, 반면 도 5는 엔드 이펙터(105)의 단면도이다. 이상에서 설명된 바와 같이, 엔드 이펙터(105)는 캐리어(101)에 대해 수직인 축에 대한 회전 운동을 가능하게 한다. 이는 또한 한번에 복수의 작업물들의 그립핑을 가능하게 한다. 도 4의 실시예는 4개의 그리퍼들(201)을 갖는 엔드 이펙터(105)를 도시하지만, 임의의 수의 그리퍼들이 수용될 수 있다. 그리퍼들(201)이 모두 그리퍼 브래킷(202)에 장착된다. 일부 실시예들에 있어, 그리퍼 브래킷(202)은 내부 캐비티(cavity)(203)를 포함할 수 있다. 이러한 내부 캐비티(203)는 임의의 필요한 유체 또는 전기적 도관들을 라우팅(route)하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어, 그리퍼들(201)이 각기 흡입 시스템과 인터페이스하는 튜브 또는 다른 유체 도관과 연통하며, 그럼으로써 그리퍼(201)가 작업물을 집어 올리고 홀딩할 수 있게 한다. 유사하게, 그리퍼 브래킷에 부착된 하나 이상의 전기적 컴포넌트들이 존재할 수 있으며, 이들은 전기적 접촉들을 필요로 한다. 이러한 컴포넌트들의 예들은 근접 센서들(209) 또는 카메라들을 포함하지만, 다른 컴포넌트들이 또한 포함될 수 있다.
로터리 유니온(rotary union)(203)이 그리퍼 브래킷(202)에 부착된다. 로터리 유니온(203)은 하나 이상의 정적 또는 고정 유체 커넥터들(204a)을 회전 유체 커넥터들(204b)에 연결하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에 있어, 로터리 유니온(203)은 2개의 부분들, 즉, 그리퍼 브래킷과 함께 움직이고 회전 유체 커넥터들(204b)을 포함하는 회전부(203a), 및 고정된 상태로 남아 있으며 고정 유체 커넥터(204a)를 포함하는 고정부(203b)를 갖는다. 고정 커넥터들(204a)의 각각을 각각의 회전 커넥터(204b)에 연결하는 도관들이 로터리 유니온(203) 내에 내장된다. 동작시, 흡입 시스템이 고정 유체 커넥터들(204a)에 부착된다. 고정 유체 커넥터들(204a)은 로터리 유니온 내에 내장된 도관들을 통해 회전 유체 커넥터들(204b)과 연통한다. 도 6에서 보여지는 바와 같이, 도관들(230)이 회전 유체 커넥터들(204b)의 각각을 각각의 그리퍼(201)에 연결한다.
로터리 유니온(203)의 회전부(203a)는 그리퍼 브래킷(202)에 단단히 부착된다. 이러한 회전부(203a)는 그리퍼 브래킷(202)에 대한 구동 엘러먼트이다. 다시 말해서, 이는 그리퍼 브래킷(202)이 회전하게끔 하는 회전부(203a)의 회전이다.
이상의 로터리 유니온(203)은 하우징(205)이며, 이는 슬립 링(slip ring)(206) 및 로터리 커플링(rotary coupling)(207)을 홀딩한다. 하우징(205)이 모터 장착 플랜지(flange)(208)에 부착되며, 그 안의 컴포넌트들을 보호하고 홀딩하는데 기여한다. 슬립 링(206)은 회전 디바이스에 대한 전기적 연결들이 이루어지게 하는 디바이스이다. 와이어들 또는 케이블들(210)과 같은 전기적 연결들이 슬립 링(206)의 외부에 부착되며, 단단히 부착된다. 전도성 링들의 세트가 이러한 신호들을 링들의 내부로 전달하는데 사용되며, 여기에서 와이어들(211)이 디바이스 내의 보어(bore)(213)를 통해 그리퍼 브래킷(202)로 나아간다. 다시 말해서, 와이어들(211)의 세트가 슬립 링(206)의 고정된 외부 부분에 연결될 수 있다. 와이어들(211)의 대응하는 세트가 슬립 링(206)의 회전 내부 부분을 빠져나오며, 여기에서 고정된 외부 부분에 연결된 각각의 와이어(211)가 슬립 링(206)의 회전 내부 부분을 빠져 나오는 각각의 와이어(211)와 연통한다.
일부 실시예들에 있어, 복수의 와이어들(211), 예를 들어 6개의 와이어들이 그리퍼 브래킷(202)으로 전달되지만, 임의의 수의 와이어들(211)이 구상될 수 있다. 이러한 와이어들(211)이 그리퍼 브래킷(202) 상에 설치된 컴포넌트들로 파워, 접지 또는 데이터를 전달하는데 사용될 수 있다.
로터리 커플링(207)은 로터리 구동기(215)를 샤프트(220)에 결합하는데 사용된다. 이러한 샤프트(220)는 그리퍼 브래킷(202)를 회전시키기 위한 수단을 제공한다. 샤프트(220)는 중공형일 수 있으며, 그 외부로부터 그 내부로의 하나 이상의 개구를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어, 슬립 링(206)으로부터의 와이어들(211)이 이러한 개구들을 통과하며, 샤프트(220)를 지나 그리퍼 브래킷(202)으로 전달된다. 이러한 실시예에 있어, 슬립 링(206)이 제 2 샤프트(220)와 와이어들(211) 사이에 어떠한 상대적인 운동이 없도록 그리퍼 브래킷(202)과 함께 회전한다.
슬립 링(206) 및 로터리 유니온(203) 둘 모두가 이를 통해 샤프트(220)가 로터리 커플링(207)으로부터 로터리 유니온(203)의 회전부(203a)로 나아가게 하는 보어를 포함한다는 것을 주목해야 한다. 로터리 구동기(215)는 서보 모터에 결합된 50:1 하모닉 기어 박스(harmonic gear box)일 수 있지만, 다른 로터리 구동기가 사용될 수 있다.
도 10a 내지 도 10b에 도시된 바와 같은, 일 실시예에 있어, 샤프트(220)가 로터리 유니온(203)의 일체로 된 부분일 수 있다. 이러한 실시예에 있어, 샤프트(220)가 회전부(203a)의 내부 부분에 고정되며, 고정부(203b) 내의 보어를 통해 연장하여, 로터리 유니온(203) 너머로 미리 결정된 길이로 연장한다. 이러한 연장된 길이는 슬립 링(206)이, 도 10b에 도시된 바와 같이, 샤프트(220) 위에서 슬라이드하게 한다. 그러면 이러한 연장된 길이는 로터리 커플링(207)과 접촉하며, 여기에서 연장된 길이가 이에 부착된다. 다른 실시예에 있어, 샤프트(200)는 일 단부 상에서 로터리 커플링(207)에 부착되고 그 반대 단부 상에서 로터리 유니온(203)의 회전부(203a)에 부착되는 독립적인 컴포넌트이다.
이러한 구성은 높은 토크(torque)를 제공하면서 무한 회전이 가능하다. 이는 또한 복수의 그리퍼들(201)이 그리퍼 브래킷(202) 상에 위치되게 하며, 이들의 각각은 독립적으로 제어될 수 있다. 도 4의 실시예에 있어, 그리퍼들이 4 x 1 선형 매트릭스로 배열된다. 그러나, 다른 구성들이 또한 가능하며, 본 발명의 범위 내에 속한다. 예를 들어, 선형 어레이가 4 x 1보다 더 클 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 어레이가 2 x 2 매트릭스와 같이 선형이 아니다. 이러한 엔드 이펙터의 회전이 그리퍼들(201)이 놓인 평면에 수직하는 축에 대하여 이루어진다.
다른 실시예에 있어, 상이한 엔드 이펙터가 사용될 수 있다. 도 7은, 각각이 복수의 그리퍼들(301)을 갖는, 복수의 표면들(310)을 가진 엔드 이펙터(300)를 도시한다. 이러한 그리퍼들(301)의 각각이 이상에서 설명된 것과 유사하게 흡입 시스템에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 각각의 그리퍼에 대한 흡입 시스템이 다른 그리퍼들과 독립적으로 구동될 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 하나 이상의 그리퍼들이 공통 흡입 시스템을 공유하며, 일 단위로서 인에이블된다. 따라서 각각의 그리퍼(301)가 흡입 시스템과 연통하는 도관에 연결된다. 엔드 이펙터(300)가 또한, 도 5에 관하여 설명된 바와 같은, 로터리 유니온 및 슬립 링을 가질 수 있다. 이러한 컴포넌트들이 그리퍼들(301)과 시스템의 나머지 부분들 사이의 유체 및 전기 연결들의 꼬임을 최소화할 것이다. 그러나, 다른 실시예들에 있어, 엔드 이펙터(300)는, 도 5와 달리, 360°완전 회전을 할 수 없다. 이러한 실시예에 있어, 유체 및 전기 연결들이 회전하도록 허용될 수 있으며, 이는 그들이 겪게 될 꼬임의 양에 대한 제한이 존재하기 때문이다. 따라서, 이러한 실시예에 있어, 로터리 유니온 또는 슬립 링이 존재하지 않을 수 있다. 이전의 실시예와 달리, 이러한 엔드 이펙터(300)는 그리퍼들(301)이 놓인 평면에 평행한 축에 대하여 회전한다. 이러한 회전 축은 엔드 이펙터(300)의 상이한 면들이 작업물들과 접촉하게끔 만든다.
도 7의 엔드 이펙터(300)는 복수의 면들을 가지며, 여기에서 각각의 면이 하나 이상의 그리퍼들(301)을 갖는다. 일 실시예에 있어, M+1개의 면들이 존재하며, 여기에서 이러한 면들의 각각이 N개의 그리퍼들을 갖는다. 이러한 엔드 이펙터(300)가 작업물들을 홀딩하는데 사용되는 캐리어와 함께 동작하며, 캐리어는 M*N개의 작업물들을 홀딩한다. 일 예로서, 캐리어가 4 x 4 매트릭스로 조직화된 16개의 작업물들을 홀딩하는 경우, 엔드 이펙터(300)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각 8개의 그리퍼들을 구비한 3개의 면들을 가질 수 있다.
다른 실시예에 있어, 엔드 이펙터(300)가, 도 9에 도시된 바와 같은, 각기 4개의 그리퍼들(610)을 구비한 5개의 면들을 가질 수 있다. 이러한 실시예 있어, 캐리어 상의 모든 작업물들이 엔드 이펙터(600)의 면들 중 4개에 의해 홀딩될 수 있다. 이는 하나의 면이 다른 목적을 위해 사용되도록 한다. 다시 말해서, 하나의 추가적인 면을 포함하는 것이 작업물의 동시 로딩 및 언로딩을 가능하게 한다.
도 8a 내지 도 8l은 각기 8개의 그리퍼들(301)을 구비한 3개의 면들을 갖는 엔드 이펙터를 사용하는 일 예를 도시한다. 이상에서 언급된 바와 같이, 엔드 이펙터의 다른 구성들이 가능하다. 도 8a에 있어, 엔드 이펙터(300)는 엔드 이펙터의 면들 중 2개 상에 프로세싱되지 않은 작업물들이 로딩된다. 도 7의 구성을 가정하면, 면(350) 상에 8개의 프로세싱되지 않은 작업물들이 존재하며, 8개의 프로세싱되지 않은 작업물들이 면(351) 상에 존재한다. 이러한 시점에 면(352)은 비어있다.
도 8b에서, 엔드 이펙터(300)가 캐리어(101)로 이동되며, 여기에서 캐리어(101)는, 예를 들어, 각각의 로우(row)에 4개의 작업물들을 갖는 4개의 로우들로 조직화된, 16개의 프로세싱된 작업물들을 포함한다. 도 8c에서, 엔드 이펙터(300)가 하강되며, 그 결과 채워지지 않은 면(352)이 프로세싱된 작업물들의 2개의 로우들 위에 있게 된다. 도 8d에서, 면(352)과 연관된 흡입 시스템이 인에이블되며, 면(352) 상의 그리퍼들(301)이 캐리어(101)로부터 프로세싱된 작업물들을 집어 올린다. 그 후 엔드 이펙터(300)는 수직 방향으로 이동된다. 도 8e에서, 엔드 이펙터(300)가 상이한 면(351)을 캐리어(101) 위로 이동시키기 위하여 120° 회전되었다. 회전의 양은 360°/(면들의 수)로서 정의된다. 엔드 이펙터(300)가 회전된 후, 도 8f에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터가 수직적으로 아래로 이동되며, 그 결과 면(351) 상의 프로세싱되지 않은 작업물들이 캐리어(101) 상에 위치된다. 그 후 면(351)과 연관된 흡입 시스템이 디세이블되며, 이는 그리퍼들(301)로부터 프로세싱되지 않은 작업물들을 놓아준다.
그 후 엔드 이펙터(300)가 도 8g에 도시된 바와 같이 수직으로 이동된다. 그 뒤, 도 8h에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터가 다른 프로세싱된 작업물들을 향해 수평적으로 이동된다. 그 후 엔드 이펙터가 하강되며, 그 결과 면(351)이, 도 8i에 도시된 바와 같이, 프로세싱된 작업물들과 접촉하거나, 또는 거의 접촉한다. 그러면, 면(351)과 연관된 흡입 시스템이 인에이블되며, 그럼으로써 도 8j에 도시된 바와 같이 캐리어(101)로부터 프로세싱된 작업물들을 집어 올린다. 엔드 이펙터(300)가 수직적으로 이동되며, 이는 도 8k에 도시된 바와 같이 엔드 이펙터(300)가 120° 회전할 수 있도록 충분한 공간을 허용한다. 그 후, 도 8l에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(300)가 면(350) 상의 프로세싱되지 않은 작업물들이 캐리어(101) 상에 위치되도록 하강된다. 그러면, 면(350)과 연관된 흡입 시스템이 디세이블되며, 그럼으로써 프로세싱되지 않은 작업물들을 캐리어(101) 상에 놓는다.
이제 엔드 이펙터(300)가 16개의 프로세싱된 작업물들을 갖는다. 그 뒤, 엔드 이펙터가, 이러한 프로세스를 사용하여, 이러한 프로세싱된 작업물들을 언로딩하고 프로세싱되지 않는 16개 이상의 작업물들을 집어 올리는 다른 위치로 이동된다. 이상에서 예시된 시퀀스가 시계방향으로 엔드 이펙터를 이동시킨다. 로터리 유니온들 및 슬립 링들이 사용되지 않는 것과 같은, 일부 실시예들에 있어, 반시계 방향으로 엔드 이펙터(300)를 움직임으로써 후속 프로세스가 수행된다.
유사한 프로세스가 도 9의 엔드 이펙터(600)를 사용하여 수행된다. 이러한 실시예에 있어, 엔드 이펙터(600)가 16개의 작업물들을 로딩 및 언로딩하기 위해 5번 회전되어야 한다. 다시 말해서, 도 8e 내지 도 8j에 도시된 단계들이 5개의 모든 면들로 그리고 5개의 모든 면들로부터 작업물들을 이동시키기 위하여 2번 더 추가적으로 수행될 것이다.
일부 실시예들에 있어, 도 7의 엔드 이펙터(300)가 도 4에 도시된 엔드 이펙터(200) 대신에 사용된다. 이러한 실시예에 있어, 갠트리 모듈(108)이 엔드 이펙터(300)를 움직이고 제어하는데 사용된다.
다른 실시예에 있어, 도 7의 엔드 이펙터(300)가 상이한 구동기와 함께 사용될 수 있다. 이러한 실시예에 있어, 이러한 구동기는 도 1의 스왑 모듈(109) 및 갠트리 모듈(108)을 대체할 수 있다. 이러한 구동기는 컨베이어 벨트 모듈(106a~106c)로부터 로드 락(102)으로 프로세싱되지 않은 작업물들을 직접적으로 이동시킬 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 엔드 이펙터(300)가 전체 캐리어(101)를 채우기 위하여 컨베이어(106a~106c)로부터 프로세싱되지 않은 작업물들을 충분히 집어 올릴 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 캐리어가 사용되지 않을 수 있으며, 엔드 이펙터(300)가 프로세싱되지 않은 작업물들을 로드 락(102)의 하부 표면으로 직접적으로 이동시킬 수 있다. 요구되는 수의 프로세싱되지 않은 작업물들을 집어 올린 후, 엔드 이펙터(300)가 구동기에 의해 로드 락(102)으로 이동된다. 그 후 엔드 이펙터가, 도 8에 대하여 설명된 바와 같이, 프로세싱되지 않은 작업물들을 로드 락(102) 내에 위치시키며 프로세싱된 작업물들을 집어 올린다.
본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들에 의해 그 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 본 발명에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 발명의 범위 내에 속하도록 의도된다. 또한, 본 발명이 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 본 발명의 유용성이 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들이 본 명세서에서 설명된 바와 같은 본 발명의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.

Claims (14)

  1. 작업물 처리 시스템에서의 사용을 위한 엔드 이펙터(end effector)로서,
    복수의 그리퍼(gripper)들로서, 상기 그리퍼들의 각각은 흡입 시스템과 인터페이스하도록 적응된 각각의 유체 도관과 연통하는, 상기 복수의 그리퍼들;
    상기 그리퍼들을 홀딩(hold)하는 그리퍼 브래킷(bracket);
    복수의 고정 커넥터들을 갖는 제 1 고정부 및 대응하는 복수의 회전 커넥터들을 갖는 회전부를 포함하는 로터리 유니온(rotary union)으로서, 상기 고정 커넥터들의 각각이 상기 로터리 유니온 내의 각각의 도관을 통해 상기 회전 커넥터들의 각각의 하나와 연통하며, 상기 회전 커넥터들의 각각이 각각의 유체 도관에 부착되고, 상기 회전부는 상기 그리퍼 브래킷에 부착되는, 상기 로터리 유니온;
    제 1 와이어(wire)가 연결되는 고정 외부 부분 및 이로부터 제 2 와이어가 빠져나오는 회전 내부 부분을 포함하는 슬립 링(slip ring)으로서, 상기 제 1 와이어 및 상기 제 2 와이어는 상기 슬립 링을 통해 서로 연통하는, 상기 슬립 링;
    상기 슬립 링이 로터리 구동기와 상기 로터리 유니온 사이에 위치되도록 위치되는 로터리 구동기; 및
    샤프트(shaft)로서, 상기 샤프트는 상기 로터리 구동기를 상기 회전부에 결합하며, 상기 슬립 링 및 상기 로터리 유니온 각각이 상기 샤프트가 지나가는 내부 보어(bore)를 포함하고, 상기 슬립 링과 상기 로터리 유니온은 상기 로터리 구동기와 상기 그리퍼 브래킷 사이에 배치되는, 상기 샤프트를 포함하는, 엔드 이펙터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 샤프트는 내부 보어를 포함하며, 상기 제 2 와이어는 상기 샤프트의 상기 내부 보어를 통과하는, 엔드 이펙터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 그리퍼들은 상기 그리퍼 브래킷 상에 선형 어레이(linear array)로 배열되는, 엔드 이펙터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 그리퍼들의 개수는 4개인, 엔드 이펙터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 로터리 유니온과 일체이며, 상기 샤프트는 상기 로터리 유니온의 상기 회전부로부터 연장하는, 엔드 이펙터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 로터리 구동기 및 상기 샤프트를 결합하는 로터리 커플링을 더 포함하며, 상기 슬립 링은 상기 로터리 유니온과 상기 로터리 커플링 사이에서 상기 샤프트 상에 위치되는, 엔드 이펙터.
  7. 복수의 작업물들을 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동시키기 위한 갠트리 모듈(gantry module)을 포함하는 작업물 처리 시스템으로서,
    상기 갠트리 모듈은:
    상기 작업물들을 집어 올리기 위한 엔드 이펙터;
    상기 엔드 이펙터를 X 방향으로 이동시키기 위한 제 1 구동기;
    상기 엔드 이펙터를 Y 방향으로 이동시키기 위한 제 2 구동기;
    상기 엔드 이펙터를 Z 방향으로 이동시키기 위한 제 3 구동기를 포함하고,
    상기 엔드 이펙터는:
    복수의 그리퍼들로서, 상기 그리퍼들의 각각은 흡입 시스템과 인터페이스하도록 적응된 각각의 유체 도관과 연통하는, 상기 복수의 그리퍼들;
    상기 그리퍼들을 홀딩하는 그리퍼 브래킷;
    복수의 고정 커넥터들을 갖는 제 1 고정부 및 대응하는 복수의 회전 커넥터들을 갖는 회전부를 포함하는 로터리 유니온으로서, 상기 고정 커넥터들의 각각이 상기 로터리 유니온 내의 각각의 도관을 통해 상기 회전 커넥터들의 각각의 하나와 연통하며, 상기 회전 커넥터들의 각각이 각각의 유체 도관에 부착되고, 상기 회전부는 상기 그리퍼 브래킷에 부착되는, 상기 로터리 유니온;
    제 1 와이어가 연결되는 고정 외부 부분 및 이로부터 제 2 와이어가 빠져나오는 회전 내부 부분을 포함하는 슬립 링으로서, 상기 제 1 와이어 및 상기 제 2 와이어는 상기 슬립 링을 통해 서로 연통하는, 상기 슬립 링;
    상기 슬립 링이 로터리 구동기와 상기 로터리 유니온 사이에 위치되도록 위치되는 로터리 구동기; 및
    샤프트로서, 상기 샤프트는 상기 로터리 구동기를 상기 회전부에 결합하며, 상기 슬립 링 및 상기 로터리 유니온 각각이 상기 샤프트가 지나가는 내부 보어를 포함하고, 상기 슬립 링과 상기 로터리 유니온은 상기 로터리 구동기와 상기 그리퍼 브래킷 사이에 배치되는, 상기 샤프트를 포함하는, 작업물 처리 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 로터리 유니온과 일체이며, 상기 샤프트는 상기 로터리 유니온의 상기 회전부로부터 연장하는, 작업물 처리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 로터리 구동기 및 상기 샤프트를 결합하는 로터리 커플링을 더 포함하며, 상기 슬립 링은 상기 로터리 유니온 및 상기 로터리 커플링 사이에서 상기 샤프트 상에 위치되는, 작업물 처리 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 그리퍼 브래킷 상에 위치된 전기 컴포넌트를 더 포함하며, 상기 전기 컴포넌트는 상기 제 2 와이어와 연통하는, 작업물 처리 시스템.
  11. 복수의 작업물들을 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동시키기 위한 갠트리 모듈을 포함하는 작업물 처리 시스템으로서,
    상기 갠트리 모듈은:
    상기 작업물들을 집어 올리기 위한 엔드 이펙터;
    상기 엔드 이펙터를 X 방향으로 이동시키기 위한 제 1 구동기;
    상기 엔드 이펙터를 Y 방향으로 이동시키기 위한 제 2 구동기;
    상기 엔드 이펙터를 Z 방향으로 이동시키기 위한 제 3 구동기를 포함하고,
    상기 엔드 이펙터는:
    4개의 그리퍼들의 선형 어레이로서, 상기 그리퍼들의 각각은 흡입 시스템과 인터페이스하도록 적응된 각각의 유체 도관과 연통하는, 상기 그리퍼들의 선형 어레이;
    상기 그리퍼들의 선형 어레이를 홀딩하는 그리퍼 브래킷;
    4개의 고정 커넥터들을 갖는 제 1 고정부 및 대응하는 수의 회전 커넥터들을 갖는 회전부를 포함하는 로터리 유니온으로서, 상기 고정 커넥터들의 각각이 상기 로터리 유니온 내의 각각의 도관을 통해 상기 회전 커넥터들의 각각의 하나와 연통하며, 상기 회전 커넥터들의 각각이 각각의 유체 도관에 부착되고, 상기 회전부는 상기 그리퍼 브래킷에 부착되는, 상기 로터리 유니온;
    제 1 와이어가 연결되는 고정 외부 부분 및 이로부터 제 2 와이어가 빠져나오는 회전 내부 부분을 포함하는 슬립 링으로서, 상기 제 1 와이어 및 상기 제 2 와이어는 상기 슬립 링을 통해 서로 연통하는, 상기 슬립 링;
    상기 슬립 링이 로터리 구동기와 상기 로터리 유니온 사이에 위치되도록 위치되는 로터리 구동기; 및
    샤프트로서, 상기 샤프트는 상기 로터리 구동기를 상기 회전부에 결합하며, 상기 슬립 링 및 상기 로터리 유니온 각각이 상기 샤프트가 지나가는 내부 보어를 포함하고, 상기 슬립 링과 상기 로터리 유니온은 상기 로터리 구동기와 상기 그리퍼 브래킷 사이에 배치되는, 상기 샤프트를 포함하는, 작업물 처리 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 로터리 유니온과 일체이며, 상기 샤프트는 상기 로터리 유니온의 상기 회전부로부터 연장하는, 작업물 처리 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 로터리 구동기 및 상기 샤프트를 결합하는 로터리 커플링을 더 포함하며, 상기 슬립 링은 상기 로터리 유니온 및 상기 로터리 커플링 사이에서 상기 샤프트 상에 위치되는, 작업물 처리 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 그리퍼 브래킷 상에 위치된 전기 컴포넌트를 더 포함하며, 상기 전기 컴포넌트는 상기 제 2 와이어와 연통하는, 작업물 처리 시스템.
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