KR20010082368A - 통합식 인트라 베이 이송, 저장 및 전달 시스템 - Google Patents

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KR20010082368A
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work station
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KR1020017007674A
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Inventor
안토니 씨. 보노라
리차드 에이치. 고울드
마이클 디. 브레인
데이비드 브이. 아담스
Original Assignee
더글라스 제이. 맥큐천
어사이스트 테크놀로지스, 인코포레이티드
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Abstract

컨베이어와 작업 스테이션 같은 스테이션 사이에서 물품을 이동시키기 위한 통합형 인트라 베이 이송, 저장 및 전달 시스템(18)이 제공된다. 이 시스템은, 리프트 기구와 변위 기구를 포함하는 이송 어셈블리를 포함한다. 이송 어셈블리는 컨베이어 시스템과 물품을 저장하기 위한 버퍼 또는 저장 스테이션 사이에서 물품을 이송한다. 이송 로봇은 물품을 스테이션으로 전달하기 위해 버퍼 또는 저장 스테이션과 작업 스테이션 사이에서 이송한다. 로봇은 수직 이동 기구 및 수평 이동 기구를 포함한다. 이 로봇은 또 물품, 특히 위에 버섯 모양의 핸들을 가지는 표준 구조의 물품을 잡을 수 있는 암도 포함한다. 암은 핸들과 결합하여 물품이나 운송 포드(12)를 저장 스테이션으로부터 작업 스테이션의 적재 포트로 들어올린다. 한 실시예에서, 암은 핸들의 측면으로부터 핸들에 수동적으로 결합되는 C자형의 수용부를 가진다. 한 실시예에서, 암은 위쪽으로부터 핸들을 활성적으로 잡는 어셈블리에 결합되는 액추에이터를 포함한다. 본 발명의 장점에는 이송 포드(12)를 상승된 저장 위치로부터 하강된 저장 위치 또는 작업 스테이션의 적재 포트로 안전하게 이동시킬 수 있는 능력이 포함된다.

Description

통합식 인트라 베이 이송, 저장 및 전달 시스템{INTEGRATED INTRA-BAY TRANSFER, STORAGE, AND DELIVERY SYSTEM}
다양한 분야에서, 정밀하고 값비싼 물품은 작업 스테이션 등의 사이에서 손상되거나 파괴되지 않고 안전하게 이송되어야 한다. 조심해서 취급해야할 물품 중에는, 의약품, 의료 시스템, 평판표시장치, 디스크 드라이브 시스템, 모뎀 등과 같은 컴퓨터 하드웨어, 그리고 반도체 웨이퍼 등이 포함된다. 물품은 작업 스테이션과 같은 스테이션으로부터 스테이션으로 종종 컨베이어에 의해 이송된다. 많은 경우에, 처리를 위해 물품을 잠시 동안 컨베이어로부터 제거하여야 한다. 물품이 컨베이어로부터 제거되는 동안에도 컨베이어 작업은 방해받지 않는 것이 바람직하다. 처리가 끝난 뒤, 물품은 다음 작업 스테이션으로의 이송을 위해 컨베이어로 복귀되어야 한다.
반도체 처리 분야에서는, 예를 들어, 제조설비가 보통 각각 여러 개의 처리 기계를 포함하는 다수의 베이(bay)로 이루어진다. 도 1은 공지의 예시적인 베이(8)를 나타낸다. 이 베이는 웨이퍼 증착, 다양한 단계에서의 웨이퍼 세정 및/또는 조정을 위한 장비를 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 종래 기술에 나타난 바와 같이, 처리 기계의 입구는 보통 적재 포트(load port; 22)가 설치되고, 여기서 웨이퍼는 이송 포드(12) 또는 보호된 환경 내의 다른 컨테이너로부터 자동으로 제거될 수 있다. 공지의 로드 어셈블리(10)는 적재 포트(22)에 포드(12)를 장착한다. 일단 포드(12)가 적재 포트(22) 내에 적절하게 위치하면, 포드(12)는 자동으로 개방되고 웨이퍼는 로봇 장치에 의해 포드(12)로부터 추출된다. 컨베이어(14)는 포드(12)를 처리 기계(16)로부터 처리 기계(16)로 옮긴다. 인터 베이(inter-bay) 컨베이어 포드(12)는 베이 사이에 있으며, 스토커(24)는 인터 베이 컨베이어와 컨베이어(14) 사이에서 포드(12)를 이송한다.
많은 응용분야에서, 물품은 각 작업 스테이션에서 처리된 뒤에 가치가 증대된다. 예를 들어, 집적회로는 반도체 웨이퍼와 같은 기판 위에 다수의 층을 형성함으로써 제조된다. 집적회로를 형성하는데 사용되는 작업 스테이션에는, 각각의 개별적인 층을 증착하기 위한 기계 뿐 아니라 다양한 단계에서 기판을 세정 및/또는 조정하기 위한 기계도 포함된다. 기술의 발달에 따라, 집적회로는 계속 복잡해져 왔고 보통 복잡한 배선이 있는 복수 층을 포함한다. 집적회로의 크기는 감소되어, 하나의 웨이퍼 위의 소자 수를 상당히 증가시켰다. 집적회로가 더욱 복잡해지고 크기는 작아진 결과, 반도체 웨이퍼의 가치는 다양한 처리 단계에 따라 웨이퍼가 진보됨에 따라 현저하게 증가된다. 반도체 웨이퍼의 표준 규격은 200mm에서 300mm 또는 그보다 크게 이후 수년 내에 증가되어, 하나의 웨이퍼 위에 형성될 수 있는 집적회로의 수 따라서 각 웨이퍼의 가치를 더욱 증가시킬 것이다. 반도체 웨이퍼와 같은 물품은 조심스럽게 취급하여, 손상 및 상당한 금전적 손실을 감소시켜야 한다. 작업자의 안전 문제 및 재료의 손상은 웨이퍼 크기가 커짐으로써 물품이 커짐에 따라 더 많아진다.
반도체 웨이퍼와 같은 물품은 처리되는 동안 클린룸 환경에서 유지되어, 웨이퍼 위에 증착되는 층의 순도를 유지할 수 있어야 한다. 클린룸 환경이 필요함에 따라 이들 물품의 취급에 추가적인 제한이 가해진다. 오염물질에 대한 추가적인 보호를 위해, 반도체 웨이퍼는 제조 설비를 통해 이동되는 동안 보통 밀봉된 포드와 같은 소자 내에 유지되어, 처리 기계 외부의 환경에 대한 임의의 노출을 최소화한다. 포드는 컨베이어를 따라 물품을 이송하는데 사용된다.
반도체 처리 기계의 입구는, 보호된 환경에서 포드로부터 웨이퍼를 자동으로 제거할 수 있도록 적재 포트를 포함하는 것이 보통이다. 적재 포트 선반은 2인치 정도의 차수 내에서 제한된 거리를 이동하여, 포드를 기계 입구의 적재 포트로부터 또는 적재 포트로 이동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 다수의 처리 기계는 일반적으로 장비 베이(tool bay)에 위치한다. 종종 스토커 시스템이 사용되어 포드가 처리되기 전이나 후 또는 포드가 여러 처리 기계 사이에서 이송될 때 이러한 처리 사이에서 포드를 저장한다. 스토커는 보통 큰 장치로서, 포드가 저장될 수 있는 다수의 선반과 포드를 스토커내로, 스토커 내에서, 그리고 스토커로부터 이동시킬 수 있는 이송 시스템을 포함한다. 따라서 스토커는 보통 일정량의 베이 공간을 점유하는데, 이 공간은 추가적인 처리 기계를 포함할 수 있다. 이러한 스토커 시스템은 또 인터 베이 컨베이어로부터 인트라 베이 컨베이어로 도 1에 나타난 바와 같이 포드를 이송하는데에도 사용된다. 물품이 스토커 내에서 보내는 시간 뿐 아니라 물품을 스토커로 또는 스토커로부터 이송하는데 드는 시간 역시 물품 처리시간의 손실이 됨을 알야아 한다.
Willian J. Fosnight의 미국특허 5,980,183호에는 통합식 인트라 베이 버퍼 전달장치 및 반도체 웨이퍼 베이 내의 다양한 처리 장비 사이에서 웨이퍼 운반 포드를 이송 및 저장하는 스토커 시스템이 설명되어 있다. 이 특허에 나타난 시스템은 인터 베이 운송, 다양한 처리 장비 및 저장 선반 사이에서 포드를 이송하기 위해 셔틀을 사용한다. 상기 특허에 설명된 시스템을 통한 처리는 병목(bottle neck) 때문에 제한될 수 있는데, 여기서 셔틀이 인터베이 운송로 그리고 인터베이 운송로부터 포드를 이송한다.
안전하고 정확하게 운송 포드 또는 다른 물품을 컨베이어 시스템 및 작업 스테이션 사이에서 스토커 없이 이동시키기 위한 간단한 시스템이 바람직하다. 컨베이어 시스템의 계속되는 작업을 방해하지 심각하게 방해하지 않고 물품을 이송 및 저장할 수 있는 물품 이송 시스템이 필요하다.
본 발명은 넓게는 물품을 이송하기 위한 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 컨베이어 경로와 저장 선반을 따라 물품을 이동시키는 컨베이어 사이에서의 물품 이송(transfer), 저장 선반 위에의 물품 저장 및 작업 스테이션으로의 물품 전달(delivery)을 위한 통합 인트라 베이 이송, 저장 및 전달 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은 도면과 함께 이하의 상세한 설명 및 청구범위에 의해 보다 명백하게 될 것이다.
도 1은 예시적인 공지 컨베이어 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 컨베이어 시스템, 포드, 적재 포트, 저장 선반 및 로봇을 나타내는 본 발명에 따른 이송 시스템의 사시도이다.
도 3은 도 2의 이송 시스템의 평면도이다.
도 4는 도 2에 나타난 것과 유사한 변형된 이송 시스템을 나타내는 측면도이다.
도 5는 도 2에 나타난 것과 유사한 변형된 이송 시스템을 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 도 2에 나타난 컨베이어 시스템의 일부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 제어 시스템의 개략도이다.
도 8은 운송 포드를 지지하는 상승 위치에서 나타난, 본 발명에 따른 다른 이송 어셈블리의 측면도이다.
도 9는 운송 포드가 컨베이어 시스템 위에 위치된 상태에서 수축된 위치로 나타난, 도 8의 이송 어셈블리의 측면도이다.
도 10은 운송 포드를 지지하는 연장된 위치에서 나타난, 도 8의 이송 어셈블리의 측면도이다.
도 11은 적재 포트로부터 이송 포드를 들어올리기 전 연장된 위치에서 나타난, 도 8의 이송 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 12는 상승 위치에서 엘리베이터 어셈블리와 연장된 위치에서 선반 어셈블리를 가지는 본 발명에 따른 다른 이송 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 13은 리프트 장치가 하강된 위치에 있는 것으로 나타난 도 12의 이송 어셈블리의 엘리베이터 어셈블리의 도면이다.
도 14는 리프트 장치가 상승된 위치에 있는 것으로 나타난 도 12의 이송 어셈블리의 엘리베이터 어셈블리의 도면이다.
도 15는 선반 어셈블리가 닫힌 위치에서 나타난, 도 12의 지지 어셈블리의 도면이다.
도 16은 선반 어셈블리가 연장된 위치에서 나타난, 도 12의 지지 어셈블리의 도면이다.
도 17은 선반 어셈블리가 연장된 위치에서 나타난, 도 12의 지지 어셈블리의 도면이다.
도 18a-c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 수직 운송 기구를 가지는 로봇암의 정면, 측면 및 상면을 나타내는 도면이다.
도 19는 도 18a에 나타난 로봇암 z축 액추에이터의 사시도이다.
도 20a-d는 본 발명에 따른 로봇암 z축 액추에이터의 다양한 실시예의 개략도이다.
도 21은 도 18a의 선 21을 따른 로봇암의 단면도이다.
도 22a 및 22b는 각각 본 발명에 따라 변형된 그리퍼의 정면도 및 측면도이다.
도 23a 및 23b는 각각 본 발명에 따라 변형된 다른 그리퍼의 정면도 및 측면도이다.
도 24는 본 발명에 따른 다른 변형된 그리퍼 어셈블리의 측면도이다.
도 25a 및 25b는 각각 본 발명에 따라 변형된 다른 그리퍼의 정면도 및 측면도이다.
도 26a 및 26b는 각각 본 발명에 따라 변형된 또 다른 그리퍼의 정면도 및 측면도이다.
도 27은 본 발명에 따라 변형된 로봇암의 측면도이다.
본 발명에 따른 통합 인트라 베이 이송, 저장 및 전달 시스템은 상술한 제한을 극복하고 물품을 컨베이어 시스템과, 하나 이상의 작업 스테이션 예를 들어 작업 스테이션의 적재 포트 사이에서 이동시킬 수 있는 통합된 시스템을 제공한다. 특히 본 발명의 통합 시스템은 물품을, 컨베이어 시스템과 작업 스테이션 사이에서, 컨베이어 시스템에 의해 이송되는 다른 물품에 영향을 주지 않고, 하나 또는 그 이상의 저장 또는 버퍼 스테이션으로 임시 저장을 위해 이동할 수 있다. 작업 스테이션 부근에 위치한 저장 또는 버퍼 스테이션은 인터 베이 이송 부근에 위치한 종래의 중앙집중식 스토커보다 훨씬 효과적인데, 이는 물품을 중앙집중식 스토커로 그리고 스토커로부터 이송하는데 시간이 덜 소요되기 때문이다.
본 발명의 이송 시스템은 통합식 시스템은, 컨베이어 시스템과 웨이퍼가 저장된 버퍼 스테이션 사이에서, 물품이 작업 스테이션과 버퍼 스테이션 사이에서 물품을 이동시키는 전달 로봇에 의해 작업 스테이션으로 전달될 때까지 물품을 이송하는 이송 어셈블리를 포함한다. 본 발명의 이송 어셈블리는 물품을 컨베이어 시스템과 작업 스테이션 사이에서 직접 이송하도록 구성될 수도 있으며, 전달 로봇은 물품을 하나 이상의 작업 스테이션과 하나 이상의 버퍼 스테이션 사이에서 물품을 이송한다.
이송 어셈블리는 포드를 컨베이어 시스템으로부터 저장 스테이션으로 들어올리기 위하여 통합 리프트 기구 및 변위 어셈블리를 포함한다. 이 대신, 이송 어셈블리는 컨베이어 시스템으로부터 포드를 들어올리기 위한 리프트 어셈블리 및 포드를 저장 스테이션으로 이동시키기 위한 별도의 슬라이드 어셈블리를 포함할 수도 있다.
전달 로봇은 수직 이동 기구 및 수평 이동 기구를 포함한다. 각 물품은 종종 예를 들어 상부에 버섯 모양의 핸들을 가지는 반도체 운송 포드와 같은 표준 배치를 가지며, 로봇은 물품과 결합하는 로봇암을 가진다. 로봇암은 핸들과 결합하며 저장 스테이션과 작업 스테이션 사이에서 물품을 취급 및 운반한다. 예를 들어 로봇암은 운송 포드를 작업 스테이션의 적재 포트로 이송하여, 작업 스테이션의 장비가 운송 포드 내의 웨이퍼에 접근하여 집적회로를 조립하도록 할 수 있다. 한 실시예에서, 암은 한쪽으로부터 물품의 핸들 내로 수동적으로 결합되는 C자형의 수용부(adaptation)를 포함한다. 다른 실시예에서, 암은 위로부터 핸들을 잡는 활성 그리퍼(active gripper)를 포함한다.
본 발명의 목적은 물품을 한 컨베이어 시스템으로부터 하나 이상의 작업 스테이션으로 이송할 수 있으며, 물품 전달을 위해 작업 스테이션이 준비될 수 있는 시간까지, 하나 이상의 저장 스테이션에서 물품을 저장 또는 임시 저장할 수 있는 다른 컨베이어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 물품을 컨베이어 시스템, 저장 스테이션, 및 작업 스테이션 사이에서 안전하게 이송할 수 있는 통합 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 컨베이어 시스템, 저장 스테이션 및 작업 스테이션 사이에서 물품을 안전하게 이송할 수 있는 통합 시스템을 제공하는 것이다.
작업 스테이션의 적재 또는 I/O 영역에 의한 점유되어 있지 않은 임의의 위치에서 물품을 임시 저장할 수 있고, 따라서 종래의 스토커 및 추가의 작업 스테이션을 위한 바닥 면적이 불필요한 통합 시스템을 제공하는 것이다.
첨부된 도면에 나타난 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 도면 전체에 걸쳐, 유사한 구성요소는 같은 도면부호로 표시되어 있다.
도 2 내지 도 5에서, 본 발명에 따른 통합 시스템(10)은 운송 포드(12) 또는 반도체 웨이퍼를 포함하는 다른 컨테이너와 같은 운송 장치를, 컨베이어 시스템(14)과, 포드(12)에 의해 이송된 실리콘 웨이퍼를 처리하기 위한 작업 스테이션 또는 처리 기계와 같은 스테이션 사이에서 이송하는데 특히 적합하다. 이송 어셈블리(18)는 컨베이어 시스템(14)과 저장 또는 버퍼 스테이션(19) 사이에서 물품(12)을 이동시키기 위해 제공된다. 저장 또는 버퍼 스테이션(19)에서는 하나 이상의 물품(12)이 컨베이어 시스템으로부터 임시로 제거되는 동안 저장될 수 있다.다른 스테이션은 다른 기능을 위해 물품을 수용할 수 있다. 전달 로봇(20)은 저장 스테이션(19) 및 작업 스테이션(16) 사이에서 물품(12)을 이송한다. 이하 자세히 설명하는 바와 같이 저장 스테이션(19)은 버퍼 영역에 위치하며 작업 스테이션(16)의 적재 포트(22)는 I/O 즉 입력/출력 영역에 위치한다. 또 이동 영역도 제공되는데, 이 영역은 전달 로봇(20)이 물품(12)을 옆의 영역으로부터 이하 자세히 설명되는 바와 같이 이동할 수 있게 한다.
본 발명의 통합 시스템은 반도체 처리에 한정되지 않는다. 웨이퍼 운송 대신, 통합 시스템은 다른 형태의 재료 특히 의약품, 의료 시스템, 평판표시장치, 하드 디스크 드라이브 및 다른 형태의 컴퓨터 장비 및 리소그래피 레티클과 같이 취급에 주의가 필요한 취급 민감한 재료를 컨베이어 시스템과 스테이션 사이에서 이동시키는데 사용될 수 있다. 본 명세서를 통해 "운송 장치(transport device)" 및 "운송 포드(transport pod)"라는 용어가 편의적으로 사용되었다; 그러나 본 발명의 통합 시스템은 다른 물품, 즉 웨이퍼 운송 포드, 반도체 웨이퍼나 다른 물건을 유지하는 컨테이너, 팔렛, 또는 별도의 운송 장치 및 빈 컨테이너가 없이도 컨베이어 시스템에 의해 직접 운반될 수 있는 물품에 사용될 수 있으나 이러한 물품에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 제조 설비는 보통 다수의 베이로 이루어지며, 각 베이는 다수의 작업 스테이션을 포함한다. 도 2는 2개의 작업 스테이션(16)을 포함하는 베이를 나타내며, 작업 스테이션(16)은 웨이퍼 위에 필름을 증착시키고, 다양한 단계에서 웨이퍼를 세정 및/또는 조정하기 위한 장비를 포함한다. 종래 알려진 바와같이, 작업 스테이션(16)의 입구에는 종종 적재 포트(22)가 설치되며, 여기서 웨이퍼는 자동적으로 포드(21) 또는 다른 보호 환경 내의 컨테이너로부터 제거된다. 이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 이송 어셈블리(18)는 물품 즉 운송 포드(12)를 컨베이어 시스템(14)과 저장 스테이션(19) 사이에서 이송한다. 운반 로봇(20)은 이후 포드(12)를 저장 스테이션(19)으로부터 선택된 작업 스테이션(16)의 적재 포트(22)로 이송한다. 일단 이송 포드가 적재 포트(22) 내에 적절하게 위치되면, 포드(12)는 자동으로 개방되고 웨이퍼는 로봇 장치에 의해 운송 포드로부터 추출된다. 로봇 장치는 도시되지 않았으며 본 발명과는 무관하다. 본 발명의 통합 시스템은 작업 스테이션(16)과 함께 사용될 수 있는데, 작업 스테이션(16)은, 포드(12)가 위치할 수 있는 선반, 표면 또는 다른 지지대를 포함한다면 적재 포트를 포함하지 않을 수 있다. 포드(12)는 픽업되어 미리 정해지고 반복 가능한 위치에서 작업 스테이션에 놓이는 것이 바람직하다.
컨베이어 시스템(14)은, 저장 스테이션(19)을 포함하는 버퍼 위치 역시 작업 스테이션(16)의 근접부에 위치하여, 제공된 포드를 작업 스테이션이 수용할 수 있는 시간까지 포드(12)를 저장한다. 도 2 내지 5에는 컨베이어 시스템(14)의 일부만이 도시되어 있지만, 컨베이어 시스템(14)은 일반적으로 연속적인 경로 또는 루프를 통해 인터 베이 전달 시스템(미도시)으로부터 베이의 단부까지 배치될 수 있으며, 베이의 양쪽에서 기능한다. 베이 양쪽의 2방향 컨테이너가 사용될 수도 있다. 컨베이어 시스템(14)은, 베이의 다른 쪽으로의 지름길로서 사용될 수 있는 하나 이상의 크로스 스퍼(cross-spurs) 또는 크로스 브랜치(cross-branches)를 포함할 수도 있다.
컨베이어 시스템(14)의 구조는 특정한 제조설비, 즉 천장 높이, 베이 길이, 베이 폭, 작업 스테이션의 수 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 제약에 따른 다양한 변수에 의존한다. 컨베이어 시스템(14)은 바닥으로부터 약 7피트 정도 높게 위치하여 작업자가 작업 스테이션(16)에 용이하게 접근할 수 있어야 한다. 도 4에 나타난 바와 같이, 컨베이어 시스템(14)은 저장 스테이션(19)의 전면에 위치하는 것이 바람직하나, 베이의 실링 높이가 작업 스테이션 위의 컨베이어 시스템을 위한 높이를 충분히 제공한다면, 저장 스테이션(19)의 뒤에 위치할 수도 있다. 이하 자세히 설명되는 버퍼의 수, 이동, I/O 영역 역시 베이의 천장 높이에 따라 변할 수 있음을 알아야 할 것이다.
이송 어셈블리(18)는 미국특허출원 09/103,479호에 기재된 형태의 컨베이어 시스템에 사용하기에 특히 적합하다. 도 2 및 6에 도시된 바와 같이 예를 들어 컨베이어 시스템(14)은 보통 포드(12)가 컨베이어 경로를 따라 움직임에 따라 이를 지지하기 위한 한 쌍의 레일(32, 34)을 포함한다. 레일(32)은 드라이브 레일로서 작용하며, 이는 포드(12)를 레일(32, 34)을 따라 밀어내고 또 선택적으로 안내한다. 이송 포드(12)를 움직이기 위한 모든 추진력은 구동 레일(32)을 통해 전달된다. 동력은 종래의 수단을 통해 구동 레일(32)에 전달될 수 있다. 이와 달리, 동력은 파워 버스(미도시)에 의해 구동 레일(32)에 전달될 수 있다. 레일(34)은 주된 기능이 포드(12)를 지지하여, 포드가 컨베이어 경로를 따라 이동됨에 따라 높이 방향에 위치하도록 하는 아이들러 또는 지지 레일이다. 선택적으로 지지 레일(34)은 구동 레일(32)에 마주하는 상태에서, 운송 포드를 컨베이어 시스템을 따라 이동할 때 안내하는데 사용될 수 있다. 컨베이어 시스템(14) 역시 웨이퍼 또는 다른 재료를 움직이기 위한 카트와 유사한 운송 장치를 포함할 수 있다. 도 6에 나타난 실시예에서, 운송 장치는 포드(12)의 일부이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 운송 장치는 다른 컨테이너 또는 물품의 일부일 수 있다. 또는 운송 장치는 컨베이어 시스템(14)을 따라 재료를 운반하는데 사용될 수 있는 별도의 장치일 수도 있다.
구동 레일(32)은 보통 36으로 표시되는 구동 시스템을 포함하여, 포드(12)를 레일(32, 34)을 따라 추진시킨다. 도시된 본 발명의 실시예에서, 구동 시스템(36)은 구동 레일(34)의 상부면으로부터 돌출되는 다수의 휠(38)을 포함한다. 구동 휠(38)은 포드(12)의 하부에 마찰에 의해 결합되어, 이를 구동 레일(32)을 따라 추진시킨다. 구동 시스템(36)은 휠에 연결된 모터 및 벨트와 같이 휠(38)을 구동하기 위한 수단을 포함한다. 모터는 독립적으로 작동하여 독립적으로 제어되는 다수의 구동 영역을 제공하여, 각 영역의 구동 속도 및 방향(정방향 및 역방향)이 독립적으로 제어되는 것이 바람직하다. 인접한 작업 영역의 휠(38)은 같은 속도로 가속 및 감속되어, 이송되는 때, 인접 영역에서 휠에 의해 포드(12)에 가해지는 시간이 영역 사이의 이송시간과 동기화된다. 포드가 컨베이어 시스템을 따라 추진됨에 따라, 운송 포드 바로 아래의 작동 영역 및 운송 포드에 인접한 하나 이상의 영역만이 언제나 활성화되어 있다. 이에 따라 통합 시스템(10)의 동력 소비가 감소되어, 구동 시스템(36) 구성요소의 수명을 증가시켜, 베이의 클린룸 환경 내에서의 특정한 생성을 감소시킨다.
구동 시스템(36)의 작동은 제어 시스템에 의해 제어된다. 본 발명의 예시적인 제어 시스템(33)이 도 5에 나타나 있다. 제어 시스템(33)은 컨베이어 시스템의 활성화를 제어하는 컴퓨터, 이송 어셈블리, 작업 스테이션의 적재 포트, 및 작업 스테이션을 포함한다. 제어 시스템(33)은 또 컨베이어 시스템을 따른 포드의 전진을 모니터하기 위한 하나 이상의 센서를 포함한다. 이러한 제어 시스템은 1998년 12월 14일 출원된 미국 특허출원 09/212,002에 자세히 나타나 있다. 본 발명의 제어 시스템(33)은 이하 설명되는 바와 같이 전달 로봇(20)의 운동을 제어하는 로봇 컨트롤러(35)도 포함한다.
도 6에 나타난 바와 같이, 구동 휠(38)은 홈(40) 또는 포드(12)의 아래쪽에 형성된 다른 적절한 표면과 결합하여, 컨베이어 경로를 따라 포드를 추진 또는 선택적으로는 안내한다. 홈(40)은 포드가 구동 휠(38) 위에 놓이는 수평면을 규정한다. 구동 휠(38)과 홈(40) 사이의 결합에 의해, 포드(12)의 수직이동 뿐만 아니라 옆방향 또는 측면에서 측면으로의 이동이 제어된다. 홈(40)과 구동 휠(38)의 조합이 선호되지만, 운송 장치, 구동 레일(32) 또는 아이들러 레일(34)이 포드(12)가 레일(32, 34)을 따라 이동함에 따라 포드를 안내하는 장치를 포함한다면, 홈(40)은 제거될 수도 있다.
아이들러 레일(34)은 구동 레일(32)로부터 수평이며 거리를 두고 떨어져 있다. 하나 이상의 커넥터(44)가 레일(32, 34) 위에 장착되어, 레일 사이의 소정의 거리를 유지하여, 컨베이어 시스템(14)의 설치를 용이하게 한다. 레일(32, 34) 및 커넥터(44)는 적절한 장착 프레임에 장착될 수 있다. 장착 프레임은 오버헤드 프레임 또는 상부구조(45)에 의해 도 2 내지 5에 도시되고 이하 상세히 설명되는 바와 같이 천장으로부터 매달려 있다. 이와 달리, 레일(32, 34) 및 커넥터(44)는 처리 장비 또는 작업 스테이션(미도시)에 의해 직접 또는 간접으로 지지될 수도 있다. 포드(12)는 아이들러 레일(34)의 상부면을 따라 이동되며, 아이들러 레일(34)은 운송 장치와 함께 작동되어 포드(12)의 측면을 지지한다.
패드 또는 쿠션재(46)가 레일(34)의 상부면을 따라 설치되어, 포드(12)의 이동을 보다 부드럽게 할 수 있으나, 필요하다면 패드(46)는 생략될 수 있고 포드(12)는 레일(34)의 상부면 위를 직접 이동할 수 있다. 도 6에 나타난 바와 같이 바람직한 실시예에서, 레일(34)에는 아이들러 휠(37)이 제공되어 포드(12)의 이동을 부드럽게 한다. 이와 달리, 포드, 쿠션 또는 탄성재는 구동 휠(미도시)의 바깥쪽 둘레에 포함될 수 있다. 포드(12)의 운송 장치에는 또 아이들러 레일(34)의 상부면을 따라 이동하는 슈(미도시)가 설치되어, 포드의 충돌, 요동(jolting) 또는 진동(shimmying)을 최소로 하여, 포드가 부드럽게 제어되는 방식으로 이동되도록 할 수도 있다. 포드를 부드럽고 제어된 방식으로 이동시키기 위해 다른 적절한 수단이 채용될 수도 있다.
비록 한 실시예에서의 통합 시스템(10)이, 동시 계류중인 미국 특허출원 제 09/103,479 호의 컨베이어 시스템에 사용되는 이송 어셈블리(18)를 포함하나, 본 발명에 따른 통합 시스템을 제공하기 위해 다른 종류의 컨베이어에도 상기 이송 어셈블리(18)가 사용될 수 있음을 인식해야 할 것이다.
운송 포드(12)는 전달 로봇(20)이 포드(12)를 작업 스테이션(16)으로 전달하거나 그 반대의 경우에, 저장 또는 완충의 목적으로 컨베이어(14)에서 저장 스테이션(19)으로 이송 어셈블리(18)에 의해 자동으로 이동된다. 앞서 언급했듯이, 이송 어셈블리(18)는 반도체 프로세싱 분야에서 사용되기에 특히 적합하나, 본 발명의 범주 내에서 다른 분야에도 적용될 수 있다.
도 8-11에 도시된 한 실시예에서, 이송 어셈블리(18)가 컨베이어 시스템(14)과 함께 사용되고, 포드(12)가 컨베이어 시스템(14)으로부터 분리되어야 하는데; 즉, 홈(40)이 구동 레일(32)을 클리어링하고 포드(12)의 나머지 부분이 양쪽 레일(32, 34)을 클리어링하도록 포드(12)가 레일(32, 34) 위로 충분히 상승되어야 한다. 포드(12)가 컨베이어 시스템에 복귀되면, 포드(12)는 홈(40) 또는 다른 적절한 표면이 구동 휠(38) 상에 시팅되고 포드(12)가 양쪽 레일(32, 34) 위에 적절히 시팅되도록 정교하게 컨베이어 시스템(14)과 정렬되어야 한다. 마찬가지로, 포드(12)와 저장 스테이션(19)과의 정렬은 정밀하게 제어되어야 한다.
종래기술에서 공지된 바와 같이, 적재 포트는 흔히 운송 포드의 저면 상의 슬롯과 맞물려지는 다수개의 운동학적 핀을 포함한다. 저장 스테이션(19)에는 도 8에 도시된 바와 같이, 포드(12)의 저면 상의 슬롯(미도시됨)과 맞물리는 유사한 운동학적 핀(23)이 제공된다. 포드(12)가 저장 스테이션(19) 위로 하강되기 전에, 상기 슬롯은 저장 스테이션(19) 상의 운동학적 핀(23)과 정렬되어야 한다. 컨베이어 시스템(미도시됨) 상의 하나 또는 그 이상의 센서가, 컨베이어와 이송 어셈블리(18)에 의한 적재 포트 사이에서 포드(12)를 전달하기 위한 적재/하역 위치에서 컨베이어 시스템(14) 상에 포드(12)가 정확히 배치되었는지 여부를 검증한다. 이송 어셈블리(18)는 도 8-11을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 8은 수축 위치에 있는 이송 어셈블리(18)를 나타낸다. 이 위치에서, 이송 어셈블리(18)는 레일(32, 34) 높이 아래에 있는데, 이로써 포드(12)가 저장 스테이션(19) 상에 위치할 때 하나 또는 그 이상의 운송 포드(12)가 저장 스테이션(19)을 지나서 이동할 수 있다. 따라서, 이송 어셈블리(18)는 컨베이어 시스템(14)의 작동을 방해하지 않는다.
이송 어셈블리(18)는 일반적으로 지지대(112)와, 지지대(112)를 컨베이어 시스템(14) 및 저장 스테이션(19)의 높이와 상대적으로 상승 또는 하강시킴에 의해 그리고 컨베이어 시스템(14)과 저장 스테이션(19) 사이에서 지지대(112)를 연장 또는 수축시킴에 의해 지지대(112)를 이동시키는 변위 어셈블리(114)를 포함한다. 포드(12)를 컨베이어 시스템(14)으로 복귀시키기 위해, 도 8에 도시된 수축 위치로부터 도 9에 도시된 상승 위치로 지지대(112)를 이동시키도록 변위 어셈블리(114)가 작동된다. 그 다음, 변위 어셈블리는 지지대(112)를 도 10 및 11에 도시되어진 전개 위치로 이동시키도록 작동되고, 지지대(112)를 저장 스테이션(19)의 어느 측면 상에서 포드(12) 아래에 위치시킨다. 그 다음, 변위 어셈블리(114)는 지지대(112)가 포드(12)의 밑면과 맞물리고 포드(12)가 저장 스테이션(19) 위로 상승되도록 지지대(112)를 저장 스테이션(19)에 대해 상승시키게 작동된다. 그 다음, 지지대(112)는 도 9에 나타낸 위치로 되돌아가도록 변위 어셈블리(114)에 의해 수축되고, 그 다음, 이송 어셈블리(18)를 컨베이어 시스템(14) 높이 아래로 수축시키고 포드(12)를 레일(32, 34) 상에 위치시킨 채, 지지대(112)가 도 8에 도시된 위치로 하강된다.
도 11에 특히 도시된 바와 같이, 지지대(112)는 일반적으로 한 쌍의 이격된 지지 부재(116)를 포함한다. 지지 부재(116)는 각각 포드(12)의 외측 에지를 지지하는 형상을 갖는 L자형 플랜지(119)를 포함한다. 플랜지(119)로부터 상방으로 돌출된 비이드(미도시됨)가 포드(12)의 베이스 플레이트(124) 내에 형성된 통공(122) 내에 시팅되어, 컨베이어 시스템(14)과 저장 스테이션(19) 사이에서 이동시 포드(12)가 시프팅되는 것으로부터 안정화시킨다. 상기 비이드 및 L자형 플랜지(119)의 대신으로 혹은 이에 부가하여, 포드(12)를 지지 부재(116)에 고정하는데 있어 다른 수단이 사용될 수 있다. 지지 부재(116)의 구성은 상당한 변경을 받기 쉽고, 포드(12)의 베이스의 구성에 부분적으로 의존한다는 것을 인식하여야 한다.
변위 어셈블리(114)는 일반적으로 저장 스테이션(19)과 컨베이어(14) 사이에서 지지대를 전개 및 수축하기 위한 한 쌍의 이격된 슬라이드 어셈블리를 포함한다. 슬라이드 어셈블리(미도시됨)는 특히 도 11에 도시된, 하우징(128, 130) 및 지지 부재(116) 내에 배열된 다수의 링크를 포함하는 것으로 제공된다. 하우징(128, 130) 및 지지 부재(116)는 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 수축될 때 서로 포개질 수 있도록 하는 형상을 갖는다. 슬라이드 어셈블리(미도시됨)에는 링크, 풀리 및 벨트가 제공될 수 있고, 상기 풀리 및 벨트는 슬라이드 어셈블리를 전개 및 수축하기 위해 모터로 구동된다. 공통 모터 또는 몇 개의 별개의 모터는 물론, 다른 적절한 구성요소들이 채용될 수 있음을 인식해야 한다. 이러한 슬라이드 어셈블리는 본 발명의 참고자료인, _____에 출원된 미국 특허출원 제_____(대리인 사건번호 제 A-65824/DCA/MSS)에 충분히 기재되어 있다. 제어 시스템은 지지대(112)가 전개 위치에 있을 때 전달 로봇과 변위 어셈블리(114) 간의 접촉을 방지하도록 구성될 수 있음을 인식하여야 할 것이다.
이제 도 12-17에 도시된 대안적 실시예를 보면, 변형된 이송 어셈블리(18)가, 일반적으로 포드(12) 또는 다른 물체를 컨베이어 시스템(14)으로부터 들어올리기 위한 리프트 또는 엘리베이터 어셈블리(132)와 물체를 저장 스테이션(19)에 지지하기 위한 지지 어셈블리(138)를 포함한다. 이러한 이송 어셈블리는 본 발명의 참고자료인, _____에 출원된 동시 계류중인 미국 특허출원 제_____(대리인 사건번호 제 A-66244/DCA/MSS)에 충분히 기재되어 있다. 이 실시예에서, 물체가 컨베이어 시스템(14)을 따라 이동할 때 엘리베이터 어셈블리(132) 위로 직접 통과하도록, 엘리베이터 어셈블리(132)가 레일(32, 34) 사이에서 컨베이어 시스템(14) 아래에 위치된다. 그러나, 이송 어셈블리는 본 발명에 따른 다른 형태의 리프트 시스템을 포함할 수 있음을 이해하여야 하고, 여기에는 컨베이어의 한 측면에 위치되는 리프트 시스템이 포함된다. 물체를 컨베이어 시스템(14)으로부터 들어올리기 위해 물체(12)의 상단과 결합되는 호이스트-형태의 리프트 시스템이 채용될 수도 있다.
도 13 및 14에 특히 도시된 바와 같이, 리프트 또는 엘리베이터 어셈블리(132)는 일반적으로 물체(12)가 컨베이어 시스템(14) 위로 들어올려질 때 물체(12)를 지지하는 적어도 하나의 리프트 지지 부재(134)를 포함한다. 도시된실시예에서, 엘리베이터 어셈블리(132)는 2개의 이격된 리프트 지지 부재(134)를 포함하며, 이 지지 부재들은 포드의 측면 가장자리를 따라 운송 포드 또는 물체(12)의 바닥 가장자리를 맞물리게 하고 리프트 지지 부재(134) 사이에 실질적 간극을 제공하도록 위치된다. 리프트 지지 부재(134)는 리프트 지지 부재에 의해 이송시 포드가 시프트되는 경우 리프트 지지 부재(134)로부터 포드가 떨어져 나가는 것을 방지하기 위해 상방으로 연장된 립 또는 플랜지(134)를 포함한다. 필요한 경우, 립(136)의 높이 또는 형상은 보호의 정도를 높거나 낮게 제공하도록 조절될 수 있다. 2개의 리프트 지지 부재(134)가 도시된 실시예에서 사용되나, 본 발명의 다른 실시예에서는 리프트 지지 부재의 개수가 더 많거나 더 적게 채용될 수 있음을 인지하여야 한다. 앞서 설명된 바와 같이, 리프트 지지 부재는 리프트 지지 부재로부터 지지 어셈블리(138)로 물체를 효율적으로 전달하기 위한 지지 어셈블리(138)의 형태로 된 변형된 저장 스테이션(19)과 협동하도록 하는 형상을 갖는 것이 바람직하다.
리프트 지지 부재(134)는 레일(32, 34) 아래에 위치된 프레임 바디(140)에 수반된다. 이 실시예에서, 프레임 바디(140)는 레일(32, 34)의 프레임 구조체에 고정된 (미도시된) 지지 이음보에 설치된다. 그러나, 프레임 바디(140)를 컨베이어 시스템(14)에 고정하는데 있어서 다른 수단이 이용될 수 있음을 인식하여야 한다. 프레임 바디(140)를 컨베이어 시스템(14)에 설치하는 대신, 컨베이어가 설비 플로어 또는 별도의 프레임 구조체에 고정될 수 있다.
프레임 바디(140)는 엘리베이터 어셈블리(132)의 구성요소를 내장하는 (미도시된) 착탈식 커버를 포함한다. 도 13 및 14에 도시된 바와 같이, 프레임 바디(140)에 대한 리프트 지지 부재(134)의 수직, 직선 운동을 위해, 리프트 부재(134)가 프레임 바디(140)의 측벽에 미끄럼 가능하게 결합된다. 다른 변형예에서 양쪽 리프트 지지 부재(134)가 공통의 슬라이드-레일 어셈블리에 결합될 수 있음을 이해하여야 한다. 더욱이, 슬라이드-레일 어셈블리는 리프트 지지 부재(134)의 수직, 직선 운동을 발생시키기 위해 다른 형태의 시스템으로 교체될 수 있다. 이러한 대안적 시스템의 예로서, 에어 실린더 리프팅 기구, 공압 리프링 기구 및 가위날 구성을 갖는 기구를 들 수 있으나 여기에 한정되는 것은 아니다. 구동 시스템(미도시됨)이 선형 슬라이드의 수직 운동을 제어한다. 예를 들어, 선형 슬라이드의 수직 운동을 제어하기 위해 스텝퍼 모터(미도시됨)나 다른 형태의 모터가 채용될 수 있다.
리프트 지지 부재(134)는 모터를 작동시킴으로써 컨베이어의 레일(32, 34)과 프레임 바디(140)에 상대적으로 승강된다. 도 13은 하강 위치에 있는 리프트 지지 부재(134)를 나타내는데, 여기서 리프트 지지 부재(134)가 레일(32, 34) 상의 상부 표면 아래에 위치된다. 리프트 지지 부재(134)가 상향 이동될 때, 도 14에 도시된 바와 같이, 물체(12)의 밑면과 결합된다. 하기에 보다 상세히 설명될 바와 같이 리프트 지지 부재(134)가 포드의 전달시 포드의 하중을 견디는 한편 포드를 지지 어셈블리(138)로 전달함이 허용되도록 포드가 컨베이어 시스템(14) 위로 충분히 상승될 때까지, 리프트 지지 부재(134)의 연속되는 상향 운동이 포드를 컨베이어로부터 들어올린다. 포드가 전달된 후에, 리프트 지지 부재(134)는 다른 물체들이 엘리베이터 어셈블리를 지나서 이동하는 것이 허용되도록 컨베이어 시스템(14)의 표면 아래로 하강됨이 바람직하다. 그러나, 필요한 경우, 리프트 지지 부재(134)는 포드가 엘리베이터 어셈블리(132)로 복귀될 때까지 상승 위치에서 유지될 수 있다. 포드가 리프트 지지 부재(134) 상에 재배치된 다음, 아래에 기재된 바와 같이, 슬라이드 및 관련 리프트 지지 부재(134)를 하강시키도록 작동되고, 이로써 컨베이어 시스템(14)을 따라 포드를 더욱 이송하기 위해 포드를 레일(32, 34) 상에 놓는다.
도시된 적용예에서, 이송 어셈블리(18)가 하나 또는 그 이상의 반도체 웨이퍼로 채워진 포드를 이동시키는데 이용된다. 포드의 내용물의 취약성을 감안하여, 전달에 앞서 운송 포드의 적절한 위치선정을 결정하는데 센서가 이용된다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 저장 스테이션(19)의 정반대 위치로부터 상류로 컨베이어 시스템(14) 상에 하나 또는 그 이상의 센서(미도시됨)가 제공된다. 컨베이어 시스템(14)을 따라 이동하는 운송 포드는 이 상류 위치에서 정지된다. 상기 센서는 이송 포드가 이 상류 위치에 존재하는지를 검지하고, 그 다음, 운송 포드는 상기 상류 위치와 저장 스테이션(19) 바로 정면과 리프트 지지 부재의 바로 위 사이에서 정밀한 간격만큼 전방으로 이동된다. 또한, 적어도 하나, 바람직하게는 리프트 지지 부재(134) 양쪽 모두가, 리프트 지지 부재(134)가 운송 포드의 밑면과 접촉할 때를 검출하기 위한 센서(144)를 포함한다. 이런 식으로, 센서가 리프트 지지 부재(134)가 컨베이어 시스템(14) 위로 포드를 상승시키기 전에, 포드가 리프트 지지 부재 상에 적절히 시팅될 때를 검출한다. 도시된 실시예에서, 센서는 광학 센서이나 필요한 경우 다른 형태의 센서가 채용될 수도 있다. 리프트 지지 부재(134) 상에서 포드(12)의 부가적인 안정성을 위해 리프트 지지 부재(134)에 수반되는 핀(146)이 포드(12)의 밑면과 결합된다. 다른 적용예에서, 리프트 지지 부재(134)에 대해 물체의 위치를 이처럼 정교히 제어하는 것이 불필요할 수 있다.
이 실시예에서, 도 14에 도시된 바와 같이, 지지 어셈블리(138)가 저장 스테이션(미도시됨)상에 제공된다. 도시된 적용예에서는 컨베이어 시스템(14)과 이송 어셈블리(18)가 반도체 프로세싱 분야에 이용되고, 지지 어셈블리(138)가 작업 스테이션(16) 또는 프로세싱 장치에, 아래에 기재된 바와 같이, 장치의 도어 또는 포트에서 이격된 위치에 그리고 작업 스테이션(16) 근처의 I/O 구역 바깥쪽에 그리고 전달 지역의 바깥쪽에 설치될 수 있다. 그러나, 프로세싱 장치의 바로 정면 및/또는 측면에 위치된 프레임에 지지 어셈블리(138)가 설치될 수도 있음을 이해하여야 한다.
도 5-17로 넘어가서, 지지 어셈블리(138)가 일반적으로 물체를 지지하는 선반 부재 또는 지지 부재(148)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 이송 어셈블리(18)는 반도체 프로세싱에 사용되고, 선반 지지 부재(148)가 흔히 운동학적 핀이라고 칭해지는 다수의 상향-돌출 리테이너(150)를 포함한다. 상기 리테이너는 포드의 정교한 위치선정을 보장하도록 운송 포드(미도시됨)의 저면 상의 운동학적 슬롯과 협동한다.
선반 지지 부재(148)가 컨베이어 시스템(14) 위로 위치되도록 프레임 바디(152)로부터 횡방향으로 지지되는 한편, 선반 지지 부재(148)가 도 15에 나타낸 밀폐 위치와 도 15 및 16에 나타낸 개방 또는 전개 위치 사이에서 활주하도록선반 지지 부재(148)가 프레임 바디(152)에 결합된다. 선반 지지 부재(148)의 총 이동 거리는 컨베이어의 저장 스테이션에 대한 위치에 따라 증가 또는 감소될 수 있음을 이해하여야 한다.
선반 지지 부재(148)는 프레임 바디(152)에 수반되고 가동 캐리지(154)에 의해 밀폐 및 전개 위치 사이에서 이동되는 가동 캐리지(154)에 결합된다. 가동 캐리지(154)는 프레임 바디(152)의 고정된 상부 선반 플레이트(156) 아래에 위치된다. 차폐 플레이트(156)가 지지 어셈블리(138)의 내부 구성요소를 보호한다. 가동 캐리지(154)의 내부 구성요소는 제 2 차폐 플레이트(158)에 의해 덮이는데, 상기 제 2 차폐 플레이트(158)는 또한 증가된 트래킹 강성을 갖는 가동 캐리지(154)를 제공한다. 가동 캐리지(154)는 가동 캐리지(154)에 설치된 한 쌍의 이격된 신축 가능한 슬라이드(160)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 각 슬라이드(160)는 슬라이드의 전개 및 수축이 용이하도록 다수개의 볼 부싱(162)(도 17)을 포함한다.
가동 캐리지(154)의 이동은 제 2 차폐 플레이트(158)에 수반된 구동 시스템(미도시됨)에 의해 제어된다. 바람직하게는, 구동 시스템이 가동 캐리지(154)에 장착된 모터를 포함하나, 모터가 프레임 바디(154) 또는 선반 지지 부재(148) 중 어느 하나에 대신 설치될 수 있음을 인식하여야 한다. 모터는 정방향 또는 역방향으로 작동가능한데, 이들 중 한 방향은 슬라이드(160)를 전개시키는데 이용되고 다른 한 방향은 슬라이드(160)를 수축시키는데 이용된다. 케이블 어셈블리(164)가 선반 지지 부재(148)의 전개 뿐 아니라 슬라이드(160)의 수축을 용이하게 하여 선반 지지 부재(148)를 밀폐 위치로 이동시킨다. 도시된 실시예에서, 2개의 케이블(166a,166b)이 각각의 슬라이드를 제어하기 위해 제공된다. 슬라이드(160)를 프레임 바디(152)로 수축시키기 위해 케이블 어셈블리(164) 대신에 또는 부가적으로 다른 수단이 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
모터(146)의 작동은 제어 시스템에 의해 제어된다. 또한 선반 지지 부재(148)가 전개 위치에 있을 때 전달 로봇 및 지지 어셈블리(138) 사이의 접촉을 방지하도록 제어 시스템이 구성될 수도 있음을 인식하여야 한다. 바람직하게는, 제어 시스템은 또한 엘리베이터 어셈블리(132)를 제어한다. 지지 어셈블리(138)는 또한 선반 지지 부재(148)의 움직임을 모니터링하고 이것이 완전 전개 위치로 이동되었을 때를 검지하는데 이용될 수 있는 리미트 스위치(미도시됨)를 포함한다.
작동시, 운송 포드 또는 다른 물체가 컨베이어 시스템(14)을 따라 이송되고 적절한 위치에 위치된다. 컨베이어 시스템(14)의 구동 시스템(36)에 대한 정밀 제어는 포드(12)로 하여금 포드나 그 내용물에 대해 최소의 충격으로 적절한 전달 위치에 정확하게 위치되도록 한다. 그러나, 본 발명의 이송 어셈블리는 포드가 지지 어셈블리 앞에서 정지되도록 하기 위해 다른 수단에 의존하는 다른 컨베이어 시스템에 대해 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
포드가 적절한 전달 위치로 전달되고 나면, 제어 시스템은 포드(12)를 컨베이어 시스템(14) 위로 들어올리도록 엘리베이터 어셈블리(132)를 구동한다. 지지 부재(134) 상에 포드(12)가 적절히 시팅되었음이 센서에 의해 검지되면, 리프트 지지 부재(134)는 포드가 상승 위치로 이동될 때까지 상승을 계속한다. 예를 들면, 엘리베이터 어셈블리(132)가 포드(12)를 약 3 내지 5 인치, 바람직하게는 약 4 인치 정도 컨베이어 시스템(14)의 상부 표면 위로 상승시킨다. 상기한 간격은 필요에 따라 증감될 수 있다. 포드가 원하는 높이까지 상승되면, 포드는 지지 부재(134)에 의해 제자리에 유지된다.
포드(12)가 상승 위치로 상승되었음을 지시하는 제어 시스템으로부터의 신호를 지지 어셈블리(138)가 수신하면, 가동 캐리지(154)가 프레임 바디(152)로부터 연장되고, 이로 인해 선반 지지 부재(148)를 포드(12)의 밑면과 컨베이어 시스템(14) 사이로 이동시킨다. 따라서, 컨베이어 위쪽으로 포드를 최소로 상승시키는 것은 부분적으로는 선반 지지 부재(148)의 높이에 의해 결정된다. 선반 지지 부재(148)가 완전히 전개되면, 운동학적 핀(150)은 이송 기구의 저 면의 운동학적 슬롯(미도시됨)과 거의 정렬된다. 선반 지지 부재(148)가 완전 전개 위치에 있음을 지시하는 피드백 신호가 제어 시스템에 전송된다.
지지 부재(134)는 포드(12)를 선반 지지 부재(148)상에 놓도록 하강된다. 도시된 실시예에서, 지지 부재(134)가 레일(32, 34)의 상부 표면 아래로 이동되어 엘리베이터 어셈블리가 컨베이어 시스템(14)을 따라 이동하는 다른 포드의 통과를 방해하지 않게 될 때가지 지지 부재(134)의 하향 이동이 계속된다.
포드가 선반 위에 놓여진 다음에 지지 부재(134) 상에 포드(12)의 존재 여부를 센서(146)가 검지한다. 제어 시스템은 구동 시스템을 작동하여 가동 캐리지(154)를 수축시키고 선반 지지 부재(148)를 폐쇄 위치로 이동시킴으로써 포드(12)를 저장 위치 또는 버퍼 영역에 위치시키도록 한다. 이제, 포드(12)가 프로세싱을 위해 전달 로봇(20)에 의해 작업 스테이션(16)으로 이송됨에 있어서, 이러한 작업 스테이션(16)의 사용 가능시에 사용 가능하게 된다.
포드의 웨이퍼 프로세싱이 완료되고 포드가 로봇(20)에 의해 저장 스테이션(19)으로 복귀되면, 상기 공정이 반대로 수행되어 포드(12)를 컨베이어로 복귀시킨다. 상세하게는, 구동 시스템이 선반 지지 부재(148)를 컨베이어 시스템(14) 위에서 전개 위치로 이동시키도록 작동된다. 그 다음, 엘리베이터 어셈블리(132)가 지지 부재(134)를 포드(12) 바로 아래의 소정 위치로 상승시키도록 작동된다. 그 다음, 리프트 지지 부재(134)가 포드(12)의 밑면과 접촉할 때까지 엘리베이터 어셈블리(132)가 지지 부재(134)를 천천히 상승시킨다. 리프트 지지 부재(134) 상에 포드가 적절히 놓여졌음을 센서가 감지하고 나면, 지지 부재(134)가 상승되어 선반 지지 부재(148)로부터 포드를 들어올린다. 그 다음, 선반 지지 부재(148)가 수축되고, 지지 부재(134)가 컨베이어의 높이 바로 위의 소정 위치로 하강된다. 그 다음, 포드(12)가 컨베이어 상에 놓여질 때까지 지지 부재(134)가 서서히 하강된다. 센서(144)가 포드가 더 이상 지지 부재(134)와 접촉하지 않음을 검지하면, 상기 엘리베이터가 지지 부재(134)를 완전 수축 위치까지 하강시킨다.
도 2-5로 돌아가 보면, 전달 로봇(20)에 의한 컨베이어 시스템(14)과 작업 스테이션(16) 사이의 전달 도중에 포드(12)를 저장하는데 이용되는 버퍼 지점들을 저장 스테이션(19)이 제공한다. 상기에 상세히 설명된 바와 같이, 이송 어셈블리(18)가 컨베이어 시스템(14)으로부터 포드(12)를 제거하여, 포드(12)가 전달 로봇(20)에 의해 접근될 수 있는 위치로 상기 포드를 저장 스테이션(19) 상의 저장 또는 버퍼 위치 내로 배치시킨다. 도 4를 참고하면, 저장 스테이션(19)은 컨베이어 시스템(14)의 컨베이어 경로에 근접한 버퍼 영역 내에 위치되는 것이 바람직하다. 예컨대, 저장 스테이션(19)은 도 4에 도시된 바와 같이 상부 버퍼 영역 내에 위치된다. 부가적 저장 스테이션(19')이 하나 또는 그 이상의 버퍼 영역 내에 위치될 수도 있다. 예를 들어, 도 5는 컨베이어 시스템(14)의 높이 아래에 그리고 저장 스테이션(19)의 높이 아래에 위치하는 저장 스테이션(19')을 나타낸다.
작업 스테이션(16)의 각 적재 포트(22)는 작업 스테이션 적재 영역, 입/출력 영역, 또는 I/O 영역으로도 알려져 있는, 작업 스테이션 영역을 형성한다. 예를 들어, 도 5는 대체로 컨베이어(14) 아래에서 동일 높이에 있는 그리고 부가적 저장 스테이션(19')의 높이 아래에 있는 적재 포트(22)를 나타내고 있다. 따라서, 작업 스테이션 적재 영역 또는 I/O 영역은 대체로 부가적 저장 스테이션(19')의 높이 아래에 위치한다. 상기 작업 스테이션(19')은 대체로 버퍼 영역을 형성하고 버퍼 영역 내에 위치된다. I/O 영역의 위치는 사용되는 작업 스테이션의 구성에 따라 변할 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, I/O 영역은 도 4에 도시된 상부 I/O 영역에 의해 보여지는 바와 같이 부가적 저장 스테이션(19')의 높이 위에 위치될 수 있다. 또한, 적재 포트(22)는 흔히 실질적인 수평 간격으로 서로 이격됨을 이해하여야 한다. 상기 간격 내에서 I/O 영역과 동일 높이에 그러나 적재 포트(22) 사이에 부가적 저장 스테이션(19")이 배치될 수 있다. 도 5를 참고하라. 따라서, I/O 영역 및 버퍼 영역이 같은 높이에 공존할 수 있다. 그러나, 각 영역이 특별한 목적에 할당되기 때문에 I/O 영역 및 버퍼 영역은 서로 배타적이다.
전달 로봇(20)은 2축 운동을 갖는다. 제 1 축, x축은 컨베이어 시스템(14)을 따라 뻗으며 거의 수평이다. 전달 로봇은 x축을 따른 모션에 대해 상부구조물(45)에 의해 지지된다. 상부구조물(45)은 베이(bay) 내에 위치된 둘 또는 그 이상의 작업 스테이션(16)의 구성을 허용하도록 길이로 모듈화된다. 베이가 100 피트 또는 그 이상의 길이를 가질 수 있으며 몇 개의 전달 로봇이 상기 길이를 따라 채용될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 그러나, 전달 로봇(20)은 하나의 작업 스테이션(16) 만큼의 역할을 하도록 구성될 수도 있다. 상기 x축 모션은 도 2 및 20(a)-(d)에 도시된 바와 같이 x축 액추에이터(168)에 의해 제어된다. 상기 액추에이터는 컨베이어 시스템(14), 이송 어셈블리 및 작업 스테이션(16)을 조정하는데 역할도 담당하는 상기 언급한 제어 시스템으로부터 명령을 수신한다. 상부구조물(45)은 바람직하게는 천장 및 지지 전달 로봇(20)에 부착된다. 도 20a를 참고하면, 로봇 프레임(174)이 벨트(175)에 부착되고, 상기 벨트(175)는 컴퓨터 시스템에 의해 제어되는 x축 액추에이터(168) 및 자유회전장치(177) 사이에서 장력을 받는다. x축 액추에이터(168)가 벨트(175)를 움직일 때, 로봇 프레임(174)은 x축에서 움직인다. 프레임(174)은 도 2 및 5에 도시된 바와 같이 상부구조물(45)에 의해 지지되고 상부 구조물(45)의 트랙(179)에 결합된 베어링(미도시됨) 상에 떠받쳐진다.
전달 로봇(20)의 x축 모션을 제어하고 프레임(174)을 움직이기 위한 대안적인 구성이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 20b는 기어 모터(225), 및 상부구조물의 트랙(179b)을 따라 프레임(174)과 함께 이동하도록 로봇 프레임(174)에 부착된 다수개의 롤러(227)를 나타낸다. 바람직하게는, 치형 풀리(228b) 또는 치형 기어와 같은 치형 구동 휠이 기어 모터(225)의 출력 샤프트에 작동 가능하게 연결된다. 바람직하게는 치형 풀리(228b)가 인식할 수 있는 상대적 움직임 없이 출력 샤프트에 단단히 부착된다. 프레임(174), 로봇 암, 물체 그리퍼, 및 기어 모터(225)를 포함하는 전달 로봇의 하중 및 물체의 하중은 롤러(227)를 통해 상부구조물에 의해 전달되고 그에 의해 지지된다. 프레임(174)이 x축으로만 움직이는 것을 막고자 적어도 2개의 롤러(227)가 사용된다. 치형 풀리(228b)는 패스너(fastener)를 이용하여 상부구조물의 트랙(179)에 고정된 치형 벨트(226b)와 같은 치형 가이드와 맞물린다. 상기 패스너는 클램프, 리벳, 스크류, 접착성 본딩 또는 적당한 수단을 포함하는 하나 또는 그 이상의 다양한 수단이 포함될 수 있다. 피니언 랙 또는 다른 적절한 수단이 치형 벨트(226b)를 대신하여 사용될 수 있다는 것을 인지하여야 할 것이다. 기어 모터(225)의 회전은 로봇 프레임(174) 및 전달 로봇을 x축을 따라 한 방향으로 이동시키는 한편, 기어 모터(225)의 역방향 회전은 전달 로봇을 반대 방향으로 이동시킨다.
도 20(b)에 도시된 것과 유사한 다른 실시예가 도 20(c)에 도시되었다. 상기 언급된 치형 기어 및 벨트 구성 대신에, 프리-로드(pre-loaded) 케이블(226c)과 같은 프리-로드 가요성 가이드가 구동 풀리(228c)와 같은 구동 휠과 작동 가능하게 맞물리고 그 주위로 작동 가능하게 안내되며, 상부구조물의 트랙(179c)에 프리-로드 방식으로 고정된다. 풀리(228c)는 기어 모터(225)의 출력 샤프트에 대해 상기한 치형 풀리(228b)에서와 동일한 방식으로 부착된다. 아이들 휠(229)이 구동 풀리(228b)에 대해 고정 케이블(226b)을 압박하여 구동 풀리(228b)와 양호한 맞물림을 이루도록 한다. 바람직하게는, 구동 풀리(228c)와 케이블(226c)의 맞물림은 화살표(230)로 표시된 바처럼, 구동 풀리(228b) 주위로 적어도 180도 연장된다. 대안적으로, 케이블(226c)이 구동 풀리(228c) 주위로 감겨진 것과 동일한 방식으로 치형 풀리 주위로 감겨진 프리-로드 치형 벨트(226)와 치형 풀리가 맞물릴 수 있다.
x축 구동에 대한 또 다른 실시예가 도 20(d)에 도시되었다. 쿠션 구동 휠(228d)과 같은 구동 휠이 기어 모터(225)의 출력 샤프트에 부착된다. 구동 휠(228d)은 상부 구조물의 트랙(179d)상에서 베어링 표면(230)과 마찰 결합된다. 트랙(179d)은 또한 로봇 프레임(174)이 x축 내부 모션에 제한되도록 롤러(227)를 지지한다. 롤러(227)는 프레임(174) 및 다른 구성 요소를 포함한 전달 로봇의 하중을 상기한 바와 유사한 방식으로 상부구조물(45c)의 트랙(179d)에 전달한다. 기어 모터(225)를 선택적으로 작동시키는 것은 구동 휠(228d)이 트랙(179c)을 따라 x축 방향으로 로봇 프레임(174)을 이동시킨다. 구동 휠(228d)은 그 원주가 트랙(179d)의 베어링 면(230)과 마찰 결합하는 경우 사실상 쿠셔닝될 필요가 없음을 인식하여야 한다. 예컨대, 베어링 면(230)과 마찰 결합하기만 한다면 고무 또는 플라스틱 휠이 사용될 수 있다.
도 20(b), 20(c), 및 20(d)의 x축 구동 구성은 이들 실시예가 이동 길이를 변화시키는 것이 용이하게 구성된다는 점에서 바람직하다. 예를 들어, 도 20(d)에 도시된 기구의 이동 거리를 증가시키는데 필요한 주된 변형은 단지 트랙(179d)의 길이를 변경시키는 것이다. 도 20(b) 및 20(d)의 x축 구동은 x축 구동에 대한 로봇 프레임(174)의 설치 및 교체가 다른 구성예에 비해 간단하다는 점에서 선호된다. 예를 들어, 도 20(b)의 로봇 프레임(174)은 상응하는 풀리나 롤러 주위에 벨트나 케이블을 감지 않아도 교체 가능하다. 도 20(b)의 x축 구동은 로봇 프레임(174)의 위치가 치형과의 협동에 의해 효과적으로 이동되므로 상기 위치가 정교하게 결정될 수 있다는 점에서 바람직하다. 따라서 도 20(b)에 도시된 x축 구동은 바람직한 실시예이다. 그러나, 로봇 프레임(174)에 대한 다른 적절한 x축 구동 또한 가능함을 인식해야 할 것이다.
도 5를 참조하면, 이동 영역이 로봇(20)에 의해 방해받지 않는 포드(12)의 모션을 허용하도록 제공된다. 고속 이동 영역이 제공되어 x축을 따른 포드의 비교적 고속 이동이 가능하도록 할 수 있다. 예를 들어, 전달 로봇(20)은 2개의 작업 스테이션(16) 사이, 작업 스테이션(16)과 저장 스테이션(19) 사이, 또는 서로 상당 거리 떨어져 있는 2개의 저장 스테이션(19) 사이에서 ETZ 경로를 따라 포드(12)를 신속히 이동시킬 수 있다. 국지적 전달 영역이 제공되어 비교적 서로 근접하게 위치된 2개의 작업 스테이션 혹은 저장 스테이션 사이에서 국지적 전달을 허용할 수 있다. 예를 들어, 전달 로봇은 포드를 저장 스테이션(19")로부터 인접한 작업 스테이션으로 LTZ 경로를 따라 이동시킬 수 있다.
또한, 전달 로봇(20)은 제 2 축, z축을 따라 움직인다. 상기 z축은 상기 x축에 대해 각져 있다. 바람직하게는, z축은 x축에 대해 거의 직각이고 거의 수직이다. 그러나, 이들 축의 배열이 전달 로봇(20)의 이동 평면 내에서의 2차원 운동을 제공한다면, x축, z축 또는 양쪽 모두가 수평축과 수직축에 대해 각을 이루고있는 것과 같은 다른 구성이 가능하다는 것을 인식하여야 한다. z축 모션은 전달 로봇(20)으로 하여금 낮은 적재 포트 높이와 상부 저장 스테이션(19) 위쪽의 높은 위치 사이에서 포드(12)를 이동시키도록 한다. 포드를 버퍼 영역, 이동 영역 및 I/O 영역 사이에서 수직으로 이송시키기 위해 z축을 따르는 방해받지 않는 수직 이동을 허용하는 침니 영역(chimney zone)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전달 로봇이, 대체로 CZ 경로로서 도 5에 표시된, 침니 영역을 따라 포드(12)를 이송할 수 있다.
z축의 이동 영역은 로봇(20)의 x-이동이 포드(12)를 작업 스테이션(16) 사이에서 수평으로 안전하게 이동시키는 거의 일정한 높이 이다. 이것은 대부분의 x축 이동이 발생하는 곳이다. 로봇(20)의 z축 이동은 도 2 및 19에 도시된 바와 같이 제어 시스템으로부터 명령을 수신하는 서보 시스템(176)에 의해 제어된다.
전달 로봇(20)은 z축을 따라 이동하는 암(170)과 운송 포드의 상단에서 버섯형상의 핸들(H)과 결합하도록 구성된 물체 그리퍼를 포함한다. 그리퍼는 패시브 또는 액티브일 수 있다. 도 18b는 수동 그리퍼를 갖는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 전달 로봇(20)은 x축을 따른 움직임을 위해 상부구조물(45)에 의해 지지되는 로봇 프레임(174)을 포함한다. z축 서보 시스템 또는 액추에이터(176)는 프레임(174) 상에 배열되고 제어 시스템에 의해 제어 가능한 서보 모터 또는 다른 형태의 모터를 포함한다. z축 액추에이터(176)는 로봇 슬레드(sled)(180)에 연결된 케이블(178)을 제어한다. 로봇 슬레드(180)는 베어링(182) 상에서 z축 방향으로 그리고 z축 액추에이터(176)의 제어 하에 자유롭게 이동한다. 암(170)은 로봇슬레드(180)로부터 일정 각도로 연장된다. 그 대신에 암(170)이 로봇 슬레드(180)로부터 수직으로 연장될 수 있다. 암(170)은 도 18(a) 및 18(b)에서 C자-형상 패시브 그리퍼(172)인 그리퍼를 갖는다. 그리퍼(172)는 포드(12)의 버섯모양 핸들 아래에 맞춰지고 그의 핸들에 의해 포드(12)를 들어올리도록 구성된다. 그리퍼(172)는 암(170)을 핸들의 측면으로부터 일정 위치로 이동시키고 암(170)을 들어올려서 이동 포드와 결합시킴으로써 핸들 주위에 맞춰진다. 이러한 기법과 관련된 위험성은 제어 시스템이 암(170)을 패시브 그리퍼(172)의 측면으로부터 조심스럽게 이동시켜서 핸들과 결합시켜야만 한다는 점이다. 이러한 기법의 한가지 장점은 운송 포드가 그리퍼와 물리적으로 결합되어 운송 포드를 떨어뜨릴 염려가 없다는 것이다.
도 22-26은 패시브 그리퍼(172) 대신에 로봇 슬레드(180)의 암(170)에 제공될 수 있는 액티브 그리퍼(184)의 다양한 실시예를 보여준다. 바람직하게는, 액티브 그리퍼(184)가 안전 장치가 구비하여 전력의 중단이 포드(12)의 분리를 초래하지 않도록 한다. 액티브 그리퍼(184)는 안전 장치 그리퍼 메커니즘의 병합으로 인해 기계적으로 보다 복잡하지만 암(170)의 움직임은 덜 복잡하다. 액티브 그리퍼는 위쪽으로부터 운송 포드(12)와 결합할 수 있고 암(170)의 측면 모션은 필요하지 않다. 작동시, 액티브 그리퍼(184)가 운송 포드 핸들 위에 있고 z축 액추에이터(176)에 의해 하강되도록 전달 로봇(20)이 위치된다. 그 다음, 액티브 그리퍼(184)가 핸들과 결합되고 로봇 슬레드(180)가 포드와 함께 상승된다. 그 다음, 로봇 슬레드(180)가 운송 포드를 원하는 목적지로 운반한다.
도 22는 모터(186)가 케이블(188)에 결합된 액티브 그리퍼(184)의 세부도를 나타낸 것이다. 케이블(188)은 가이드(192a-192d) 주위로 둘러져 있고 각 모서리에서 스프링(194a-194d)에 의해 유지된다. 모터(186)가 케이블(188)을 느슨하게 하면, 스프링(194a-194d)이 케이블(188)을 개방 위치로 편향시키는데, 이 개방 위치에서는 액티브 그리퍼(184)로 하여금 운송 포드 핸들(H) 위로 하강되도록 한다. 모터(186)가 케이블(188)을 팽팽하게 하면, 케이블(188)이 가이드(192)에 대해 당겨져서 폐쇄 위치가 되는데, 이 폐쇄 위치는 운송 포드 핸들(H)과 결합하고 포드(12)가 전달 로봇(20)에 의해 위치 이동될 때 포드(12)를 지지하는 위치이다.
도 23은 가이드 케이블(202, 204)에 의해 서로 연결된 슬라이딩 블레이드(198)를 갖는 변형된 액티브 그리퍼(184a)를 도시한 것이다. 가이드 케이블(202, 204)은 서로 대향되고 이로써 슬라이딩 블레이드(198)가 동등하고 대향되는 모션을 갖는다. 케이블(202)이 풀리(206) 주위를 둘러싸고, 케이블(204)은 풀리(208) 주위를 둘러싸며, 함께 슬라이딩 캠(198)의 모션을 동조시킨다. 모터(204)의 작동은 슬라이딩 블레이드(198)를 거의 포드(12)의 핸들(H)과 결합될 정도로 서로를 향해 끌어당긴다.
도 24는 핸들(H)과 결합되도록 솔레노이드(212)에 의해 이동 가능하게 제어되는 핀(210)을 갖는 변형된 액티브 그리퍼(184b)를 보여준다. 스프링(214)이 핀을 결합 위치로 편향시키고 이로써 정전의 경우에 핸들(H)의 분리를 방지하는 안정 장치 구성을 제공한다.
도 25는 한 쌍의 슬라이딩 캠-구동 블레이드(216)를 갖는 변형된 액티브 그리퍼(184c)를 나타낸다. 모터(218) 또는 다른 적절한 선형 액추에이터가 핀(220)을 화살표(A)의 방향으로 이동시킨다. 이것은 블레이드(216)가 핸들(H)과 결합 또는 분리되도록 화살표(B)의 방향으로 움직이게 만든다.
도 26은 워엄 스크류(224, 226)를 구동시키는 모터(222)를 갖는 변형된 액티브 그리퍼(184d)를 개시한다. 스크류(224, 226)는 반대의 나사산을 가지며 이로써 모터(222)의 일방향 작동이 너트(228, 230)로 하여금 서로 떨어지도록 한다. 모터(222)의 역방향 작동은 너트(228, 230)를 서로를 향해 끌어당긴다. 너트(228, 230)는 조(jaw)(232)에 작동 가능하게 연결되고, 상기 조는 포드(12)의 핸들(H)의 파지 및 해제를 위한 결합 및 분리 위치 사이에서 피봇운동하도록 액티브 그리퍼(184d)의 하우징(234)에 피봇가능하게 장착된다. 바람직하게는 액티브 그리퍼(184d)는, 로봇 암(170)에 대해 액티브 그리퍼(184d)의 제한된 움직임을 허용하는 플로팅 샤프트(236)를 통해 로봇 암(170)에 장착된다. 바람직하게는 로봇암의 가속도 및 다른 원하는 측정을 판단하도록 그리퍼(184d)와 로봇 암(170)의 상대적인 정렬을 나타내기 위해 그리퍼(184d)에 센서(185)가 제공된다. 예를 들어, 센서(185)는 운동학적 핀(23) 상에서 포드(12)의 정교하고 안정적인 배치를 나타낼 수 있다.
전달 로봇(20)을 상세히 살펴보면, 도 5는 통합 시스템(10)에 의해 이송되는 동안 상이한 위치들에서 다양한 운송 포드(12)를 나타낸다. 단순성을 위해, 포드(12)는 그들 각각의 위치와 연관될 것이다. 작동시, 컨베이어 포드 위치(12a)에서 컨베이어 시스템(14) 상의 컨베이어 경로를 따라 포드(12)가 전진한다. 앞서상세히 설명된 이송 어셈블리(18)가 버퍼 포드 위치(12b)에서 저장 스테이션(19)으로 운송 포드를 전달하는데 이용된다. 그 다음, 로봇이, 액티브 그리퍼(184)를 버섯 모양 운송 포드 핸들(H) 위로 하는 위치로 로봇 슬레드(180)를 가져오기 위해 수직방향 z축 액추에이터(176) 및 수평방향 x축 액추에이터(168)를 이용하도록 제어 시스템으로부터 명령을 받는다. 슬레드(180)는 약간 낮춰지고 액티브 그리퍼(184)는 운송 포드 핸들(H)과 결합된다. 그 다음, 슬레드(180)가 z축 액추에이터(176)에 의해 상승되고, z축 액추에이터(176) 및 x축 액추에이터(168)가 운송 포드 위치(12c)에서 운송 포드와 함께 작동한다. 그 목적은 포드(12)를 작업 스테이션(16)으로 전달하고 포드(12)를 적재 포트(22)로 전달하는 것이다. 특히, 제어 시스템은 작업 스테이션 위치(12d)로 표시된 바와 같은, 작업 스테이션(16)의 적재 포트(22)로 포드(12)를 전달하도록 로봇(20)을 제어한다. 바람직하게는, 그리퍼(184)내의 센서(185)가 작업 스테이션(16)에 대한 포드(12)의 정확한 위치선정을 지시한다. 액티브 그리퍼(184)는 해제되고 액티브 그리퍼(184)는 운송 포드 핸들(H)과 분리된다. 그 다음, 로봇 슬레드(180)가 상승되고 로봇(180)은 다른 전달 작업을 향해 계속 이동한다. 작업 스테이션 포드 위치(12d)로부터 운송 포드를 회수하기 위해 상기한 단계들이 역으로 수행된다.
다수의 전달 로봇이 상기한 바와 같은 방식으로 포드를 동시에 전달하기 위해 상부 구조물의 공통 트랙 상에서 작동되게끔 제공될 수 있음을 인식하여야 할 것이다. 일세트의 작업 스테이션에 낮은 처리량이 요구되는 경우, 포드를 컨베이어, 저장 스테이션, 및 작업 스테이션 사이에서 전달시키는데 있어 하나의 전달 로봇으로 충분할 수 있다. 보다 높은 처리량이 요구되는 경우, 둘 또는 그 이상의 전달 로봇이 제공되어 상부 구조물의 공통 트랙 상에서 작동될 수 있다. 다수의 로봇은 하나의 로봇이 고장난 경우 부가의 로봇이 백업으로 사용될 수 있다는 점에서 다른 장점을 갖는다. 예를 들어, 하나의 트랙 상에 제공된 다수의 로봇 중 한 개가 고장나면, 로봇에 의해 달성되는 작업 스테이션의 처리량이 감소될 것이지만, 백업 로봇이 여전히 작업 스테이션에 작동하므로 작업 스테이션은 계속 사용될 수 있다. 다수의 로봇이 사용될 때, 제어 시스템은 다수의 로봇을 제어하고 이들 사이의 사고를 방지하도록 구성되어야 한다.
컨베이어 시스템(14)에 인접하게 위치된 저장 스테이션(19)에 추가로, 부가적 저장 스테이션(19')의 형태로 부가적 버퍼 지점들이 적재 포트(22) 사이에 또는 인접하게 I/O 영역의 높이에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 저장 스테이션(19")이 인접 작업 스테이션(16)의 적재 포트(22) 사이에 위치될 수 있다. 이에 따라, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 버퍼 영역 및 I/O 영역이 플로어 또는 베이의 컨베이어 시스템과 동일한 높이로 제공될 수 있다. 이러한 부가적 버퍼 저장 지점(19")은 컨베이어 시스템(14)으로부터 직접 접근 가능하지 않을 수 있으나, 전달 로봇(20)에 의해 접근 가능할 것이다.
도 27은 전달 로봇(20)이 y축으로 이동하도록 부가적으로 설정된 다른 실시예를 나타낸다. 도 27은 적어도 하나의 암(172a)이 y축으로 이동 가능하여 컨베이어 시스템(14)으로부터 운송 포드를 집어 올리고 상기 운송 포드를 저장 스테이션(19) 또는 작업 스테이션(16)으로 전달하는 실시예를 나타낸다. 이와 같은 암은 고정 부재(238) 및 가동 부재(242)의 2부분으로 구성된다. 가동 부재(242)는, 고정 또는 액티브 그리퍼인, 그리퍼(244)를 구비하고, y축으로 이동 가능하여 운송 포드를 집어 올려서 저장 스테이션이나 작업 스테이션으로 전달한다. 가동 부재(242)는 액추에이터 및 도 20에 도시된 구조와 유사한 구조를 갖는 벨트 구동기(미도시됨)에 의해 구동된다. 가동 부재(242)는 바람직하게는 고정 부재(244) 내에 위치하는 레일(미도시됨) 상의 베어링 상에 떠받쳐지고, 서보 모터와 같은 액추에이터(미도시됨)에 의해 제어된다. 이런 식으로, 도 27에 도시된 3-축 전달 로봇(20a)을 구비한 통합 시스템(10)의 실시예가 전술한 이송 어셈블리(18)와 함께 혹은 이송 어셈블리(18)없이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 통합 시스템은 운송 포드와 같은 그러나 이에 한정되지 않는 물체들을 상승된 버퍼 또는 저장 스테이션, 작업 스테이션의 적재 포트, 부가적 버퍼 또는 저장 스테이션 사이에서 안전하게 이동시킬 수 있다는 것을 포함한 많은 장점을 제공한다.
예시적인 실시예들과 최적 모드에 대해 개시하였으나, 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어남 없이 상기 개시된 실시예들에 대한 변경 또는 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (24)

  1. 물품을 이송하기 위한 통합 시스템으로서,
    컨베이어 경로를 따라 물품을 움직이기 위한 컨베이어;
    상기 컨베이어에 의해 운반되는 물품과 결합하여 상기 물품을 상기 컨베이어 위로 들어올리도록 구성되는 리프트 장치를 가지는 엘리베이터 시스템으로서, 상기 리프트 장치가, 물품이 상기 리프트 장치를 지나 상기 컨베이어 경로를 따라 이동할 수 있도록 하는 준비 위치와, 상기 리프트 장치가 상기 물품을 상기 컨베이어 위에서 유지하는 활성 위치 사이에서 이동할 수 있는 엘리베이터 시스템;
    버퍼 영역(buffer zone) 내에서 물품을 지지하기 위한 저장 지지 어셈블리;
    상기 리프트 장치의 상기 활성 위치와 상기 저장 지지 어셈블리 사이에서 물품을 이동시키기 위한 변위기구;
    작업 스테이션 부근의 작업 스테이션 영역 내에서 물품을 지지하기 위한 작업 스테이션 지지 어셈블리;
    제 1 방향 및 제 2 방향 내에서 움직이도록 구성되며, 각각 제 1 액추에이터와 제 2 액추에이터 사이에서 상기 움직임이 제어되는 이송 암;
    상기 이송 암 위에 장착되어 물품과 결합하는 그리퍼(gripper); 및
    상기 제 1 및 제 2 액추에이터를 제어하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 방향 내에서 상기 이송 암의 선택적 움직임에 의해 물품이 상기 저장 지지 어셈블리와 상기 작업 스테이션 지지 어셈블리 사이에서 이송되는 통합 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 컨베이어가, 천장에 장착되고 상기 작업 스테이션의 앞에 위치하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 컨베이어가, 천장에 장착되고 상기 작업 스테이션의 위에 위치하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 변위기구가 상기 저장 지지 어셈블리 및 상기 엘리베이터 시스템 중 하나 위에 위치하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 방향은 상기 컨베이어 경로에 실질적으로 평행한 실질적으로 수평인 위치이고, 상기 제 2 방향은 실질적으로 수직인 방향인, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 액추에이터 중 적어도 하나는 전기 서보 모터인, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 액추에이터 중 적어도 하나는 전기 스텝 모터인, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  8. 상기 운송 시스템을 천장에 장착하기 위한 장착 구조;
    상기 장착 구조에 이동 가능하게 장착되며, 상기 제 1 방향 내에서 이동 가능한 이송 암 프레임;
    상기 이송 암 프레임에 이동 가능하게 장착되며 상기 제 1 방향으로 이동 가능한 이송 암 슬레드(sled)를 포함하며;
    상기 이송 암은 추가로 상기 이송 암 슬레드 위에 장착되는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 이송 암 프레임에 작동 가능하게 연결되는 이송 암 프레임 벨트;
    상기 이송 암 프레임 벨트 및 상기 이송 암 프레임을 상기 제 1 방향으로 이동시키기 위해 상기 장착 구조에 장착되는 이송 암 프레임 벨트 액추에이터를 추가로 포함하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 제 1 방향 내의 상기 이송 암 프레임을 이동시키기 위해 이송 암 프레임 액추에이터를 추가로 포함하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 이송 프레임 액추에이터에 의해 구동되는, 기어가 형성된 구동 휠; 및
    상기 장착 구조에 장착된 기어가 형성된 가이드로서, 상기 기어가 형성된 구동 휠에 작동 가능하게 결합되는 가이드를 추가로 포함하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 이송 프레임 액추에이터에 의해 작동 가능하게 구동되는 구동 휠; 및
    상기 장착 구조에 장착되는 탄성 가이드로서, 상기 구동 휠에 작동 가능하게 결합되는 탄성 가이드를 추가로 포함하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 이송 프레임 액추에이터에 의해 작동 가능하게 구동되는 구동 휠; 및
    상기 장착 구조에 위치하는 베어링 표면으로서, 상기 구동 휠과 작동 가능하게 그리고 마찰식으로 결합하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 제 2 액추에이터는 케이블에 의해 상기 이송 암에 작동 가능하게 결합되며 상기 이송 암 슬레드 위에 장착되는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 이송 암 슬레드 위에 장착되는 고정 부재; 및
    상기 고정 부재 위에 이동 가능하게 장착되는 이동 가능 부재로서, 상기 제 1 및 제 2 방향에 대해 실질적으로 수직인 제 3의 방향으로 이동 가능한 이동 가능 부재를 추가로 포함하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 그리퍼가 물품과 활성적으로 결합하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  17. 버퍼 영역 내에서 지지하기 위한 저장 스테이션 지지 어셈블리와, 작업 스테이션 부근의 작업 스테이션 영역 내에서 물품을 지지하기 위한 작업 스테이션 지지 어셈블리 사이에서 물품을 이송하기 위한 로봇으로서,
    제 1 방향 및 제 2 방향 내에서 움직이도록 구성된 이송 암으로서, 상기 움직임이 각각 제 1 액추에이터 및 제 2 액추에이터에 의해 제어되는 이송 암;
    상기 이송 암에 장착되어 상기 물품과 결합하는 그리퍼; 및
    상기 제 1 및 제 1 액추에이터를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 방향 내에서의 상기 이송 암의 운동에 의해, 저장 지지 어셈블리와 작업 스테이션 지지 어셈블리 사이에서 물품이 이송되게 할 수 있는 로봇.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 그러퍼가,
    그리퍼 케이블;
    상기 그리퍼 케이블을 개방 위치로 바이어싱하기 위한 스프링; 및
    물품과의 결합을 위해 상기 그리퍼 케이블을 결합 위치로 팽팽하게 당기기 위한 선형 액추에이터를 추가로 포함하는, 물품을 이송하기 위한 로봇.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 그리퍼가,
    결합 핀;
    상기 핀을 개방 위치와 결합 위치 사이에서 이동시키기 위한 솔레노이드 액추에이터; 및
    핀을 상기 결합 위치로 바이어싱시키는 스프링을 추가로 포함하는, 물품을 이송하기 위한 로봇.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 그리퍼가,
    개방 위치와 결합 위치 사이에서 이동 가능한 캠 플레이트;
    상기 캠 플레이트를 상기 개방 위치와 결합 위치 사이에서 이동시키기 위한 선형 액추에이터를 추가로 포함하는, 물품을 이송하기 위한 로봇.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 그리퍼가,
    개방 위치와 결합 위치 사이에서 이동 가능한 한 쌍의 결합 블레이드;
    상기 블레이드의 이동을 동기화하는 적어도 하나의 블레이드 케이블을 추가로 포함하는, 물품을 이송하기 위한 로봇.
  22. 물품을 이송하기 위한 통합 시스템으로서,
    컨베이어 경로;
    상기 컨베이어 경로를 따라 물품을 이송하기 위한 컨베이어;
    상기 컨베이어에 의해 운반된 물품과 결합하여 상기 물품을 상기 컨베이어 위로 올리도록 구성된 리프트 장치를 가지는 엘리베이터 시스템으로서, 물품이 상기 리프트 장치를 지나 컨베이어를 따라 이동하도록 위치하도록 위치하는 준비 위치와, 상기 리프트 장치가 물품을 컨베이어 위에서 유지하는 활성 위치 사이에서 상기 리프트 장치가 이동할 수 있는 엘리베이터 시스템; 및
    버퍼 영역;
    물품을 버퍼 영역 내에서 지지하기 위한 저장 지지 어셈블리;
    물품을 상기 리프트 장치의 상기 하나의 활성화된 위치와 상기 저장 지지 어셈블리 사이에서 이동시키기 위한 변위 기구;
    작업 스테이션 부근의 작업 스테이션 영역;
    물품을 상기 작업 스테이션 영역 내에서 지지하기 위한 작업 스테이션 지지 어셈블리;
    이동 영역;
    상기 이동 영역 내에서, 제 1 이동 방향 및 제 2 이동 방향으로, 각각 제 1 액추에이터 및 제 2 액추에이터에 의해 제어되는 움직임을 수행하기 위한 이송 암;
    상기 이송 암에 장착되어 물품과 결합하는 그리퍼; 및
    상기 제 1 및 제 2 액추에이터를 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하며, 상기제 1 및 제 2 방향 내에서 상기 이송 암의 움직임에 의해 물품이 상기 버퍼 영역과 상기 작업 스테이션 영역 사이에서 이송하는, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 이동 영역이 상기 제 1 방향으로 연장되는, 물품을 이송하기 위한, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 제 1 방향은 상기 컨베이어 경로에 대해 실질적으로 평행한 실질적으로 수평인 위치이며, 상기 제 2 방향은 실질적으로 수직 방향인, 물품을 이송하기 위한 통합 시스템.
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