KR102382473B1 - robot manipulator having electromagnet module for preventing sagging of link - Google Patents

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KR102382473B1
KR102382473B1 KR1020200126586A KR20200126586A KR102382473B1 KR 102382473 B1 KR102382473 B1 KR 102382473B1 KR 1020200126586 A KR1020200126586 A KR 1020200126586A KR 20200126586 A KR20200126586 A KR 20200126586A KR 102382473 B1 KR102382473 B1 KR 102382473B1
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신동빈
김무림
이준영
박상현
신동관
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한국로봇융합연구원
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Abstract

The present invention relates to a robot manipulator including an electromagnetic module for the prevention of link sagging. The robot manipulator, which is provided in a vacuum chamber as a cantilever to support a load object to precisely measure or quantitatively analyze the load object, includes: a support frame fixed to an inner side of the vacuum chamber; a horizontal platform combined with the support frame; a first link mounted at an end of the horizontal platform to be rotatable; a second link mounted at an end of the first link to be rotatable; an end effector combined with the second link; electromagnets provided with the end of the horizontal platform and the end of the first link, respectively; permanent magnets provided on a lower side of the first link and a lower side of the second link to be opposed to the electromagnets, respectively; and a control part controlling a current inputted into the electromagnets in accordance with the sagging level of the end effector.

Description

링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터{robot manipulator having electromagnet module for preventing sagging of link}Robot manipulator having electromagnet module for preventing sagging of link

본 발명은 링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공 챔버 내부에서 작동되는 로봇 매니퓰레이터의 링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a robot manipulator having an electromagnet module for preventing link deflection, and more particularly, to a robot manipulator having an electromagnet module for preventing link deflection of a robot manipulator operated inside a vacuum chamber.

반도체 제조 공정에서 웨이퍼의 정밀 측정 및 정량분석을 위해서, 이러한 측정대상을 고정 및 지지하는 로봇 매니퓰레이터가 사용된다. 로봇 매니퓰레이터는 복수의 링크가 수평방향으로 연결되고, 링크들을 일자로 펼치면 외팔보 형태가 된다.For precise measurement and quantitative analysis of wafers in a semiconductor manufacturing process, a robot manipulator that fixes and supports the measurement target is used. In the robot manipulator, a plurality of links are connected in the horizontal direction, and when the links are spread out in a straight line, the cantilever shape is formed.

이러한 로봇 매니퓰레이터는 고정밀 및 고정확 제어가 필수 요건이지만, 로봇 매니퓰레이터는 링크들의 자중과 로봇 말단에 놓이는 물체가 가하는 부하에 의해 링크의 처짐이 필수불가결하게 발생하게 된다. 이러한 처짐은 링크 길이에 비례하여 더욱 커지게 되고, 이 처짐에 의해 위치 오차가 발생한다.Although high-precision and high-precision control is essential for such a robot manipulator, the deflection of the link inevitably occurs in the robot manipulator due to the weight of the links and the load applied by an object placed at the end of the robot. This deflection becomes larger in proportion to the link length, and a position error occurs due to this deflection.

이러한 오차는 반도체 제조 공정에서 작업의 부정확성을 의미하므로 검사의 신뢰성 하락, 수율 감소 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서 이를 극복할 수 있는 방안이 필요하다.This error means the inaccuracy of the operation in the semiconductor manufacturing process, so problems such as a decrease in the reliability of the inspection and a decrease in the yield occur. Therefore, there is a need for a way to overcome this.

로봇 매니퓰레이터의 오차를 줄이기 위한 방법으로는 기구 파라미터 보정 등 소프트웨어적인 접근법이나 각 관절에 하모닉 감속기 등을 장착하여 기구적으로 처짐을 최소화하는 접근법 등이 있다.Methods to reduce the error of the robot manipulator include a software approach such as instrument parameter correction, or an approach that minimizes mechanical deflection by mounting a harmonic reducer to each joint.

하지만, 반도체 제조 공정에서 사용되는 로봇 매니퓰레이터는 진공 챔버 내에서 작동되어야 한다. 소프트웨어적인 접근법의 경우 로봇 매니퓰레이터의 처짐 자체를 복원하는 것이 아니라 파라미터만을 보정하는 방법일 뿐이다. 또한, 진공 챔버 내에 설치된 로봇 매니퓰레이터의 각 링크 관절에는 하모닉 감속기나 모터를 장착할 수가 없다.However, robotic manipulators used in semiconductor manufacturing processes must be operated in a vacuum chamber. In the case of a software approach, it is only a method of correcting parameters, not restoring the deflection of the robot manipulator itself. In addition, a harmonic reducer or motor cannot be mounted on each link joint of the robot manipulator installed in the vacuum chamber.

등록특허공보 제10-1198179호Registered Patent Publication No. 10-1198179

본 발명은 진공 챔버 내부에서 작동되는 로봇 매니퓰레이터에서 전자석 모듈을 이용하여 링크 처짐을 방지할 수 있는 장치 및 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an apparatus and a control system capable of preventing link deflection using an electromagnet module in a robot manipulator operated inside a vacuum chamber.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터는, 진공챔버 내부에 외팔보 형태로 구비되어 부하물체의 정밀 측정 또는 정량 분석을 위해 부하물체를 지지하는 로봇 매니퓰레이터로서, 상기 진공챔버 내측에 고정되는 지지프레임; 상기 지지프레임에 결합되는 수평대; 상기 수평대의 단부에 회동가능하게 장착되는 제1링크; 상기 제1링크의 단부에 회동가능하게 장착되는 제2링크; 상기 제2링크에 결합되는 엔드이펙터; 상기 수평대의 단부와 상기 제1링크의 단부에 각각 구비되는 전자석; 상기 제1링크의 하면과 상기 제2링크의 하면에 상기 전자석에 대향하도록 각각 구비되는 영구자석; 및 상기 엔드이펙터의 처짐량에 따라 상기 전자석에 입력되는 전류를 제어하는 제어부를 포함한다.A robot manipulator having an electromagnet module for preventing link deflection of the present invention for achieving the above object is provided in a cantilever shape inside a vacuum chamber to support a load object for precise measurement or quantitative analysis of the load object. , a support frame fixed to the inside of the vacuum chamber; a horizontal bar coupled to the support frame; a first link rotatably mounted to an end of the horizontal bar; a second link rotatably mounted to an end of the first link; an end effector coupled to the second link; an electromagnet provided at an end of the horizontal bar and an end of the first link; permanent magnets respectively provided on a lower surface of the first link and a lower surface of the second link to face the electromagnet; and a control unit for controlling a current input to the electromagnet according to an amount of deflection of the end effector.

상기 전자석은 상기 수평대의 단부와 상기 제1링크의 단부에 각각 부채꼴대 형태로 구비될 수 있다.The electromagnet may be provided at an end of the horizontal bar and an end of the first link in a sectoral shape, respectively.

상기 전자석은 상기 수평대의 단부 양측과 상기 제1링크의 단부 양측에 각각 한 쌍이 구비되고, 상기 영구자석은 상기 제1링크의 하면 양측과 상기 제2링크의 하면 양측에 상기 한 쌍의 전자석에 대향하도록 각각 한 쌍이 구비될 수 있다.A pair of the electromagnets is provided on both ends of the horizontal bar and on both ends of the first link, and the permanent magnets are opposite to the pair of electromagnets on both sides of the lower surface of the first link and on both sides of the lower surface of the second link A pair may be provided for each.

상기 진공챔버 내부에서 상기 엔드이펙터의 아래에 구비되어 상기 엔드이펙터의 처짐량을 측정하는 처짐량 측정 센서를 더 포함할 수 있다.The vacuum chamber may further include a deflection amount measuring sensor provided under the end effector to measure the deflection amount of the end effector.

상기 제어부는 상기 처짐량 측정 센서와 통신하는 통신부와, 상기 엔드이펙터의 처짐량에 따라 상기 전자석에 입력하는 전류값을 설정하는 게인 설정부와, 상기 엔드이펙터의 처짐량을 보상하기 위해 상기 전자석에 입력해야 하는 전류를 발생하는 필요 전류 발생부를 더 포함할 수 있다.The control unit includes a communication unit communicating with the deflection measurement sensor, a gain setting unit for setting a current value input to the electromagnet according to the deflection amount of the end-effector, and an input to the electromagnet to compensate for the deflection amount of the end-effector It may further include a necessary current generator for generating a current.

상기 제어부는 상기 로봇 매니퓰레이터의 링크 처짐량을 측정하고, 상기 처짐을 보상하기 위한 필요 척력을 계산하며, 상기 전자석에 전류 전원을 입력하여 상기 영구자석과의 사이에 척력을 조절함으로써 상기 부하물체의 처짐을 방지할 수 있다.The control unit measures the amount of link deflection of the robot manipulator, calculates a repulsive force required to compensate the deflection, and controls the deflection of the load object by inputting a current power to the electromagnet and adjusting the repulsive force between the permanent magnet and the permanent magnet. can be prevented

상기한 본 발명의 링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터에 의하면, 진공 챔버 내부에서 작동되는 로봇 매니퓰레이터에서 전자석 모듈을 이용하여 링크 처짐을 효과적으로 방지할 수 있다.According to the robot manipulator having the electromagnet module for preventing link deflection of the present invention, link deflection can be effectively prevented by using the electromagnet module in the robot manipulator operated inside the vacuum chamber.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터를 나타내는 상방 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터를 나타내는 하방 사시도이다.
도 3은 로봇 매니퓰레이터에서 전자석과 영구자석의 두 가지 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터가 진공 챔버 내에 설치된 것을 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 로봇 매니퓰레이터의 제어 시스템이 링크 처짐을 방지하기 위해 작동하는 것을 나타내는 순서도이다.1 is a top perspective view showing a robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
2 is a bottom perspective view showing a robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating two embodiments of an electromagnet and a permanent magnet in a robot manipulator.
4 is a side view showing that the robot manipulator according to an embodiment of the present invention is installed in a vacuum chamber.
5 is a block diagram illustrating a control system of a robot manipulator according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart showing that the control system of the robot manipulator of the present invention operates to prevent link sagging.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'comprise' or 'have' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of addition or existence of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터를 나타내는 상방 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터를 나타내는 하방 사시도이며, 도 3은 로봇 매니퓰레이터에서 전자석과 영구자석의 두 가지 실시예를 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터가 진공 챔버 내에 설치된 것을 나타내는 측면도이다.1 is a top perspective view showing a robot manipulator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a bottom perspective view showing a robot manipulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an electromagnet and a permanent magnet in the robot manipulator. It is a plan view showing an embodiment, and FIG. 4 is a side view showing that the robot manipulator according to an embodiment of the present invention is installed in a vacuum chamber.

본 발명의 로봇 매니퓰레이터(100)는 진공챔버(10) 내부에 외팔보 형태로 구비되어, 부하물체(190)의 정밀 측정 또는 정량 분석을 위해 부하물체(190)를 지지한다. 부하물체(190)는 반도체 웨이퍼와 같이 진공 챔버 내에서 검사, 측정, 분석하는 대상이 되는 물체로서, 소정의 무게를 갖기 때문에 자중에 의해 로봇 매니퓰레이터(100)의 말단에 놓일 때 중력에 의해 부하를 작용하는 물체를 말한다.The robot manipulator 100 of the present invention is provided in a cantilever shape inside the vacuum chamber 10 to support the load object 190 for precise measurement or quantitative analysis of the load object 190 . The load object 190 is an object to be inspected, measured, and analyzed in a vacuum chamber, such as a semiconductor wafer, and has a predetermined weight. objects that act.

로봇 매니퓰레이터(100)는 진공챔버(10) 내측에 고정되는 지지프레임(110), 지지프레임에 결합되는 수평대(130), 수평대의 단부에 회동가능하게 장착되는 제1링크(150), 제1링크의 단부에 회동가능하게 장착되는 제2링크(160), 제2링크에 결합되는 엔드이펙터(170)를 포함할 수 있다.The robot manipulator 100 includes a support frame 110 fixed to the inside of the vacuum chamber 10 , a horizontal bar 130 coupled to the support frame, a first link 150 rotatably mounted to an end of the horizontal bar, and a first It may include a second link 160 that is rotatably mounted to an end of the link, and an end effector 170 coupled to the second link.

진공챔버(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 전체적으로 직육면체 형태로 형성되거나, 원통 형태로 형성될 수 있다. 진공챔버(10)의 내부 공간은 공기 압력이 거의 제로에 가까운 진공 상태로서 외부로부터 밀폐될 수 있다.The vacuum chamber 10 may be formed in a rectangular parallelepiped shape as a whole as shown in FIG. 4 or may be formed in a cylindrical shape. The inner space of the vacuum chamber 10 may be sealed from the outside as a vacuum state in which the air pressure is almost zero.

지지프레임(110)은 진공챔버(10)의 내측면 또는 바닥면에 고정적으로 설치되어 링크들을 지지할 수 있다. 지지프레임(110)에는 수평대(130)가 바로 결합될 수도 있으나, 지지프레임(110)에 회동축을 가진 회전프레임(120)이 결합되고 수평대(130)가 회전프레임(120)에 회동가능하게 장착될 수도 있다.The support frame 110 may be fixedly installed on the inner surface or the bottom surface of the vacuum chamber 10 to support the links. The horizontal bar 130 may be directly coupled to the support frame 110 , but the rotation frame 120 having a rotation shaft is coupled to the support frame 110 , and the horizontal bar 130 is rotatable to the rotation frame 120 . It can also be installed.

수평대(130)는 전체적으로 직사각형 패널의 단부가 원호 형태로 형성될 수 있다.The horizontal bar 130 may be formed in an arc shape at the end of the rectangular panel as a whole.

제1링크(150)는 수평대(130)의 상면 단부에 회동가능하게 장착될 수 있다. 제1링크(150)는 전체적으로 직사각형 패널의 양 단부가 원호 형태로 형성될 수 있다. 수평대(130)의 내부에는 제1링크(150)의 회동축을 회전시키는 모터가 장착될 수 있다. 제1링크(150)의 폭은 수평대(130)보다 약간 작게 형성될 수 있다. 제1링크(150)는 수평대(130)의 상면에 접촉되지 않고 회동축에 의해 수평대(130)로부터 소정 간격 이격되도록 장착될 수 있다.The first link 150 may be rotatably mounted to the upper end of the horizontal bar 130 . The first link 150 may be formed in a circular arc shape at both ends of the overall rectangular panel. A motor for rotating the axis of rotation of the first link 150 may be mounted inside the horizontal stand 130 . The width of the first link 150 may be formed slightly smaller than the horizontal bar (130). The first link 150 may be mounted to be spaced apart from the horizontal bar 130 by a predetermined distance by a rotation axis without contacting the upper surface of the horizontal bar 130 .

제2링크(160)는 제1링크(150)의 상면 단부에 회동가능하게 장착될 수 있다. 제2링크(160)는 전체적으로 직사각형 패널의 회동축 쪽 일단부가 원호 형태로 형성될 수 있다. 제1링크(150)의 내부에는 제2링크(160)의 회동축을 회전시키는 모터가 장착될 수 있다. 제2링크(160)의 폭은 제1링크(150)보다 작게 형성될 수 있다. 제2링크(160)는 제1링크(150)의 상면에 접촉되지 않고 회동축에 의해 제1링크(150)로부터 소정 간격 이격되도록 장착될 수 있다.The second link 160 may be rotatably mounted to the upper end of the first link 150 . The second link 160 may be formed in a circular arc shape at one end of the overall rectangular panel toward the rotation axis. A motor for rotating the axis of rotation of the second link 160 may be mounted inside the first link 150 . The width of the second link 160 may be smaller than that of the first link 150 . The second link 160 may be mounted to be spaced apart from the first link 150 by a predetermined distance by a rotation shaft without contacting the upper surface of the first link 150 .

엔드이펙터(170)는 제2링크(160)의 상면 단부에 복수의 체결부재에 의해 체결되어 고정적으로 결합될 수 있다. 엔드이펙터(170)는 로봇 매니퓰레이터(100)의 사용 목적에 따라 다양한 형태를 가질 수 있으며, 엔드이펙터(170) 상에 반도체 웨이퍼와 같은 부하물체(190)가 안착될 수 있다.The end effector 170 may be fixedly coupled to the upper end of the second link 160 by a plurality of fastening members. The end effector 170 may have various shapes depending on the purpose of use of the robot manipulator 100 , and a load object 190 such as a semiconductor wafer may be mounted on the end effector 170 .

로봇 매니퓰레이터(100)는 수평대(130)의 단부와 제1링크(150)의 단부에 각각 구비되는 전자석(135, 155)과, 제1링크(150)의 하면과 제2링크(160)의 하면에 전자석에 대향하도록 각각 구비되는 영구자석(153, 163)과, 엔드이펙터(170)의 처짐량에 따라 전자석에 입력되는 전류를 제어하는 제어부(200, 도 5 참조)를 더 포함할 수 있다.The robot manipulator 100 includes electromagnets 135 and 155 provided at the end of the horizontal bar 130 and the end of the first link 150 , respectively, and the lower surface of the first link 150 and the second link 160 . It may further include permanent magnets 153 and 163 respectively provided on the lower surface to face the electromagnet, and a control unit 200 (refer to FIG. 5 ) for controlling the current input to the electromagnet according to the amount of deflection of the end effector 170 .

도 2에 도시된 바와 같이, 전자석은 수평대(130)의 단부에 구비되는 전자석(135)과, 제1링크(150)의 단부에 구비되는 전자석(155)으로 구성될 수 있다. 수평대(130)의 단부 전면와 제1링크(150)의 단부 전면은 각각 원호면 형태로 이루어지므로, 수평대(130)의 전자석(135)과 제1링크(150)의 전자석(155)은 부채꼴대 형태로 이루어질 수 있다. 수평대(130)의 전자석(135)에는 수평대(130)와 회전프레임(120)과 지지프레임(110) 내부를 거쳐 진공챔버(10) 외부로 연결되는 전선을 통해 전력이 공급될 수 있다. 제1링크(150)의 전자석(155)에는 제1링크(150)와 수평대(130)와 회전프레임(120)과 지지프레임(110) 내부를 거쳐 진공챔버(10) 외부로 연결되는 전선을 통해 전력이 공급될 수 있다.As shown in FIG. 2 , the electromagnet may include an electromagnet 135 provided at an end of the horizontal bar 130 and an electromagnet 155 provided at an end of the first link 150 . Since the front end of the horizontal bar 130 and the front end of the first link 150 are each formed in an arc shape, the electromagnet 135 of the horizontal bar 130 and the electromagnet 155 of the first link 150 are sectoral. It can be made in a large form. Power may be supplied to the electromagnet 135 of the horizontal table 130 through a wire connected to the outside of the vacuum chamber 10 through the horizontal table 130 , the rotating frame 120 , and the support frame 110 . In the electromagnet 155 of the first link 150, a wire connected to the outside of the vacuum chamber 10 through the inside of the first link 150, the horizontal bar 130, the rotation frame 120 and the support frame 110 is provided. Power may be supplied through

영구자석은 제1링크(150)의 하면에 전자석(135)에 대향하는 위치에 구비되는 영구자석(153)과, 제2링크(160)의 하면에 전자석(155)에 대향하는 위치에 구비되는 영구자석(163)으로 구성될 수 있다. 두 영구자석(153, 163)은 소정 두께의 원판 형태로 형성될 수 있다.The permanent magnet is a permanent magnet 153 provided at a position opposite to the electromagnet 135 on the lower surface of the first link 150 and a position opposite to the electromagnet 155 on the lower surface of the second link 160 . It may be composed of a permanent magnet 163 . The two permanent magnets 153 and 163 may be formed in the form of a disk having a predetermined thickness.

전자석(135, 155)이 부채꼴대 형태로 형성되기 때문에, 영구자석(153, 163)이 소정 각도 회동되더라도 영구자석(153, 163)은 항상 전자석(135, 155)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다.Since the electromagnets 135 and 155 are formed in a sectoral shape, even if the permanent magnets 153 and 163 are rotated at a predetermined angle, the permanent magnets 153 and 163 are always disposed at positions facing the electromagnets 135 and 155. there is.

도 3(a)에 도시된 바와 같이 전자석(135)과 영구자석(153)은 하나씩 구비되고, 전자석(155)과 영구자석(163)도 하나씩 구비될 수 있다.As shown in FIG. 3( a ), the electromagnet 135 and the permanent magnet 153 may be provided one by one, and the electromagnet 155 and the permanent magnet 163 may also be provided one by one.

도 3(b)에 도시된 바와 같이 전자석(135)과 영구자석(153)은 각각 한 쌍이 구비되고, 전자석(155)과 영구자석(163)도 각각 한 쌍이 구비될 수 있다. 즉, 전자석(135, 155)은 수평대(130)의 단부 양측과 제1링크(150)의 단부 양측에 각각 한 쌍이 구비되고, 영구자석(153, 163)은 제1링크(150)의 하면 양측과 제2링크(160)의 하면 양측에 한 쌍의 전자석(135, 155)에 대향하도록 각각 한 쌍이 구비될 수 있다. 복수개의 전자석과 영구자석을 다양한 위치에 배치함으로써, 로봇 매니퓰레이터(100)가 수평방향 좌우에서 처짐량이 달라서 비틀리는 자세도 교정할 수 있다.As shown in FIG. 3B , a pair of the electromagnet 135 and the permanent magnet 153 may be provided, respectively, and a pair of the electromagnet 155 and the permanent magnet 163 may also be provided respectively. That is, a pair of electromagnets 135 and 155 is provided on both ends of the horizontal bar 130 and on both ends of the first link 150 , respectively, and the permanent magnets 153 and 163 are the lower surfaces of the first link 150 . A pair of electromagnets 135 and 155 may be provided on both sides and on both sides of the lower surface of the second link 160 , respectively. By arranging a plurality of electromagnets and permanent magnets at various positions, the robot manipulator 100 can also correct a twisting posture due to a different amount of deflection in the horizontal direction left and right.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터의 제어 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 6은 본 발명의 로봇 매니퓰레이터의 제어 시스템이 링크 처짐을 방지하기 위해 작동하는 것을 나타내는 순서도이다.5 is a block diagram illustrating a control system of a robot manipulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart illustrating that the control system of the robot manipulator of the present invention operates to prevent link sagging.

도 4에 도시된 바와 같이 수평대(130)의 처짐량(d1)과 제1링크(150)의 처짐량(d2)과 제2링크(160) 및 엔드이펙터(170)의 처짐량(d3)가 합쳐져서, 도 5에 도시된 바와 같이 전체 처짐량(d)이 된다. 이 처짐량(d)은 지지프레임(110)에 대해 엔드이펙터(170)의 중심이 처지는 높이차를 말한다.4, the amount of deflection (d1) of the horizontal bar 130, the amount of deflection (d2) of the first link 150, and the amount of deflection (d3) of the second link 160 and the end effector 170 are combined, As shown in FIG. 5, the total amount of deflection d. The amount of deflection d refers to a height difference at which the center of the end effector 170 sags with respect to the support frame 110 .

제어부(200)는 상기한 기준 위치인 엔드이펙터(170)의 처짐량(d)에 따라 전자석(135, 155)에 입력되는 전류를 제어함으로써 처짐량(d)을 보상할 수 있다.The control unit 200 may compensate the deflection amount d by controlling the current input to the electromagnets 135 and 155 according to the deflection amount d of the end effector 170 which is the reference position.

로봇 매니퓰레이터(100)는 진공챔버(10) 내부에서 엔드이펙터(170)의 아래에 구비되어 엔드이펙터(170)의 처짐량을 측정하는 처짐량 측정 센서(210)를 더 포함할 수 있다.The robot manipulator 100 may further include a deflection amount measuring sensor 210 provided under the end effector 170 inside the vacuum chamber 10 to measure the deflection amount of the end effector 170 .

도 4에 도시된 바와 같이, 진공챔버(10) 내부에서 엔드이펙터(170)의 위에는 부하물체(190)인 웨이퍼의 상면을 향해 빔을 조사하는 웨이퍼 검사부(250)가 구비될 수 있다. 그래서, 처짐량 측정 센서(210)는 진공챔버(10)의 바닥면에 장착되어 엔드이펙터(170)의 아래에서 엔드이펙터(170)의 하면 또는 웨이퍼의 하면으로 초음파를 발신하여 반사되어 돌아오는 초음파 신호를 수신함으로써 엔드이펙터(170)의초기 위치로부터의 높이 변화량인 처짐량(d)을 측정할 수 있다.As shown in FIG. 4 , a wafer inspection unit 250 irradiating a beam toward the upper surface of the wafer, which is a load object 190 , may be provided on the end effector 170 inside the vacuum chamber 10 . Therefore, the deflection amount measuring sensor 210 is mounted on the bottom surface of the vacuum chamber 10 and transmits ultrasonic waves from the bottom of the end effector 170 to the lower surface of the end effector 170 or the lower surface of the wafer, and the ultrasonic signal is reflected and returned. By receiving , it is possible to measure the amount of deflection (d), which is the amount of change in height from the initial position of the end effector 170 .

도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(200)는 처짐량 측정 센서(210)와 통신하는 통신부(220)와, 엔드이펙터(170)의 처짐량에 따라 전자석(135, 155)에 입력하는 전류값을 설정하는 게인 설정부(230)와, 엔드이펙터(170)의 처짐량을 보상하기 위해 전자석(135, 155)에 입력해야 하는 전류를 발생하는 필요 전류 발생부(240)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the control unit 200 sets the current value input to the electromagnets 135 and 155 according to the deflection amount of the communication unit 220 and the end effector 170 communicating with the deflection amount measuring sensor 210 . It may further include a gain setting unit 230 for the purpose of generating a current to be input to the electromagnets 135 and 155 in order to compensate for the amount of deflection of the end effector 170 , and a necessary current generating unit 240 .

통신부(220)는 진공챔버(10) 내부에 있는 처짐량 측정 센서(210)로부터 처짐량 측정 신호를 진공챔버(10) 외부에 있는 제어부(200)로 전송할 수 있다. 이를 위해, 통신부(220)는 RFID, NFC, 블루투스(Bluetooth), 비콘(Beacon) 등의 근거리 무선 통신으로 구성될 수 있다.The communication unit 220 may transmit a deflection amount measurement signal from the deflection amount measurement sensor 210 inside the vacuum chamber 10 to the control unit 200 outside the vacuum chamber 10 . To this end, the communication unit 220 may be configured as a short-distance wireless communication such as RFID, NFC, Bluetooth (Bluetooth), beacon (Beacon).

게인 설정부(230)는 엔드이펙터(170)의 전체 처짐량(d)을 보상하기 위해 각 전자석(135, 155)에 입력해야 하는 전류값을 설정할 수 있다. 엔드이펙터(170)의 전체 처짐량(d)에 따라 두 전자석(135, 155)에 입력하는 전류값을 조절함으로써 전체 처짐량(d)이 제로가 되도록 할 수 있다. 수평대(130) 자체의 처짐량(d1)은 보상할 수 없기 때문에, 두 전자석(135, 155)의 작동에 의해 제1링크(150)의 처짐량(d2)과 제2링크(160)의 처짐량(d3)을 그 합보다 더 많이 보상함으로써 전체 처짐량(d)을 제로로 만들 수 있다.The gain setting unit 230 may set a current value to be input to each of the electromagnets 135 and 155 in order to compensate for the total amount of deflection d of the end effector 170 . By adjusting the current values input to the two electromagnets 135 and 155 according to the total amount of deflection d of the end effector 170 , the total amount of deflection d may be zero. Since the deflection amount d1 of the horizontal bar 130 itself cannot be compensated, the deflection amount d2 of the first link 150 and the deflection amount of the second link 160 by the operation of the two electromagnets 135 and 155 ( By compensating for d3) more than the sum, the total deflection amount (d) can be made zero.

필요 전류 발생부(240)는 각 전자석(135, 155)에 입력해야 하는 정확한 전류값의 전원을 제어부(200)의 명령에 따라 발생하여 각 전자석(135, 155)에 공급할 수 있다. 즉, 필요 전류 발생부(240)는 전자석에 정확한 전류값의 전력을 공급하는 전원공급장치의 일종이다.The required current generating unit 240 may generate power of an accurate current value to be input to each of the electromagnets 135 and 155 according to a command of the control unit 200 and supply it to each of the electromagnets 135 and 155 . That is, the required current generator 240 is a type of power supply for supplying power of an accurate current value to the electromagnet.

도 6을 참조하여, 로봇 매니퓰레이터의 제어 시스템이 링크 처짐을 방지하기 위해 작동하는 순서를 설명한다.Referring to FIG. 6 , a sequence in which the control system of the robot manipulator operates to prevent link sagging will be described.

우선, 처짐량 측정 센서(210)에서 로봇 매니퓰레이터(100)의 링크 처짐량(d)을 측정하고, 통신부(220)를 통해 제어부(200)로 전체 처짐량(d) 신호를 전송한다(S10).First, the deflection amount measuring sensor 210 measures the link deflection amount (d) of the robot manipulator 100, and transmits the total deflection amount (d) signal to the control unit 200 through the communication unit 220 (S10).

제어부(200)는 처짐량(d)을 보상하기 위해 필요한 척력을 계산한다(S20). 게인 설정부(230)는 각 전자석(135, 155)이 소정의 척력을 발생하기 위해 인가해야 하는 전류값을 설정할 수 있다.The control unit 200 calculates a repulsive force required to compensate the deflection amount d (S20). The gain setting unit 230 may set a current value to be applied to each of the electromagnets 135 and 155 to generate a predetermined repulsive force.

제어부(200)는 필요한 전류값의 전력을 필요 전류 발생부(240)에서 발생하여 각 전자석(135, 155)에 인가하여 영구자석(153, 163)에 대해 전자기력을 발생하고 척력을 조절함으로써, 부하물체(190)의 처짐을 보상할 수 있다(S30).The control unit 200 generates electric power of the required current value from the required current generator 240 and applies it to each electromagnet 135 and 155 to generate electromagnetic force for the permanent magnets 153 and 163 and adjust the repulsive force. It is possible to compensate for the deflection of the object 190 (S30).

본 발명에 의하면, 진공 챔버 내부에서 작동되는 로봇 매니퓰레이터에서 전자석 모듈을 이용하여 링크 처짐을 효과적으로 방지할 수 있다.According to the present invention, link deflection can be effectively prevented by using an electromagnet module in a robot manipulator operated inside a vacuum chamber.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, an embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the art can add, change, delete, or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes of the present invention will be possible by this, and this will also be included within the scope of the present invention.

10: 진공챔버
100: 로봇 매니퓰레이터
110: 지지프레임 120: 회전프레임
130: 수평대 135: 전자석
150: 제1링크 153: 영구자석
155: 전자석 160: 제2링크
163: 영구자석 170: 엔드이펙터
190: 부하물체
200: 제어부 210: 처짐량 측정 센서
220: 통신부 230: 게인 설정부
240: 필요 전류 발생부 250: 웨이퍼 검사부10: vacuum chamber
100: robot manipulator
110: support frame 120: rotation frame
130: level 135: electromagnet
150: first link 153: permanent magnet
155: electromagnet 160: second link
163: permanent magnet 170: end effector
190: load object
200: control unit 210: deflection amount measurement sensor
220: communication unit 230: gain setting unit
240: required current generation unit 250: wafer inspection unit

Claims (6)

진공챔버 내부에 외팔보 형태로 구비되어 부하물체의 정밀 측정 또는 정량 분석을 위해 부하물체를 지지하는 로봇 매니퓰레이터로서,
상기 진공챔버 내측에 고정되는 지지프레임;
상기 지지프레임에 결합되는 수평대;
상기 수평대의 단부에 회동가능하게 장착되는 제1링크;
상기 제1링크의 단부에 회동가능하게 장착되는 제2링크;
상기 제2링크에 결합되는 엔드이펙터;
상기 수평대의 단부와 상기 제1링크의 단부에 각각 부채꼴대 형태로 구비되는 전자석;
상기 제1링크의 하면과 상기 제2링크의 하면에 상기 전자석에 대향하도록 각각 구비되는 영구자석; 및
상기 엔드이펙터의 처짐량에 따라 상기 전자석에 입력되는 전류를 제어하여 상기 영구자석에 대한 상기 전자석의 척력을 조절함으로써 상기 엔드이펙터의 처짐량을 보상하는 제어부를 포함하는 링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터.As a robot manipulator provided in the form of a cantilever inside a vacuum chamber to support a load object for precise measurement or quantitative analysis of the load object,
a support frame fixed to the inside of the vacuum chamber;
a horizontal bar coupled to the support frame;
a first link rotatably mounted to an end of the horizontal bar;
a second link rotatably mounted to an end of the first link;
an end effector coupled to the second link;
an electromagnet provided in a sectoral shape at an end of the horizontal bar and an end of the first link;
a permanent magnet provided on a lower surface of the first link and a lower surface of the second link to face the electromagnet; and
By controlling the current input to the electromagnet according to the amount of deflection of the end effector and adjusting the repulsive force of the electromagnet with respect to the permanent magnet, the electromagnet module for preventing link deflection including a control unit for compensating for deflection of the end effector Robot Manipulator. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전자석은 상기 수평대의 단부 양측과 상기 제1링크의 단부 양측에 각각 한 쌍이 구비되고,
상기 영구자석은 상기 제1링크의 하면 양측과 상기 제2링크의 하면 양측에 상기 한 쌍의 전자석에 대향하도록 각각 한 쌍이 구비되는 것을 특징으로 하는 링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터.According to claim 1,
A pair of the electromagnets are provided on both sides of the end of the horizontal bar and on both sides of the end of the first link,
A robot manipulator having an electromagnet module for preventing link deflection, characterized in that a pair of permanent magnets are provided on both sides of a lower surface of the first link and on both sides of a lower surface of the second link to face the pair of electromagnets. 제1항에 있어서,
상기 진공챔버 내부에서 상기 엔드이펙터의 아래에 구비되어 상기 엔드이펙터의 처짐량을 측정하는 처짐량 측정 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터.According to claim 1,
A robot manipulator having an electromagnet module for preventing link deflection, characterized in that it further comprises a deflection amount measuring sensor provided under the end effector inside the vacuum chamber to measure the deflection amount of the end effector. 제4항에 있어서,
상기 제어부는
상기 처짐량 측정 센서와 통신하는 통신부와,
상기 엔드이펙터의 처짐량에 따라 상기 전자석에 입력하는 전류값을 설정하는 게인 설정부와,
상기 엔드이펙터의 처짐량을 보상하기 위해 상기 전자석에 입력해야 하는 전류를 발생하는 필요 전류 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터.5. The method of claim 4,
the control unit
and a communication unit communicating with the deflection measurement sensor;
a gain setting unit for setting a current value input to the electromagnet according to the amount of deflection of the end effector;
A robot manipulator having an electromagnet module for preventing link deflection, characterized in that it further comprises a necessary current generator for generating a current to be input to the electromagnet in order to compensate the deflection amount of the end effector. 제5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 로봇 매니퓰레이터의 링크 처짐량을 측정하고, 상기 처짐을 보상하기 위한 필요 척력을 계산하며, 상기 전자석에 전류 전원을 입력하여 상기 영구자석과의 사이에 척력을 조절함으로써 상기 부하물체의 처짐을 방지하는 것을 특징으로 하는 링크 처짐 방지를 위한 전자석 모듈을 구비하는 로봇 매니퓰레이터.
6. The method of claim 5,
The control unit measures the amount of link deflection of the robot manipulator, calculates a repulsive force required to compensate the deflection, and controls the deflection of the load object by inputting a current power to the electromagnet and adjusting the repulsive force between the permanent magnet and the permanent magnet. A robot manipulator having an electromagnet module for preventing link deflection, characterized in that to prevent.
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