KR20130026363A - 로봇용 자기적 회전 하드스톱 - Google Patents

로봇용 자기적 회전 하드스톱 Download PDF

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KR20130026363A
KR20130026363A KR1020117028014A KR20117028014A KR20130026363A KR 20130026363 A KR20130026363 A KR 20130026363A KR 1020117028014 A KR1020117028014 A KR 1020117028014A KR 20117028014 A KR20117028014 A KR 20117028014A KR 20130026363 A KR20130026363 A KR 20130026363A
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리치 브랭크
짐 로버츠
웨인 탕
마이클 버거슨
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노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

기구를 회전시키기 위해 360° 초과의 불-연속 회전을 제공하는 회전식 하드스톱 조립체가 제공된다. 특정 실시예에서, 조립체는 웨이퍼 전달 로봇과 같이 로봇의 숄더 축에 대한 630°이상의 회전을 제공하는데 사용된다. 회전식 하드스톱 조립체는 스프링과 같이 상반된 자석을 포함한다. 다양한 실시예에 따라서, 상반된 자석은 비-접촉 맞물림을 제공하고 접촉 소음을 생성하지 않으며 시간이 지남에 따라 마모되지 않는다. 회전식 하드스톱 조립체는 로봇 원통 좌표계의 회전 방향으로부터 위치에 접근하는 능력을 제공한다.

Description

로봇용 자기적 회전 하드스톱{MAGNETIC ROTATIONAL HARDSTOP FOR ROBOT}
본 출원은 그 전체가 본 원에 참고로 인용된 2009년 4월 29일 출원된 미국 특허 출원 제12/432,620호를 우선권 주장한다.
반도체 가공 시에 웨이퍼 전달 시스템을 포함하는 다양한 응용예에서 물체를 집고 놓기 위하여 원통형 로봇이 사용된다. 원통형 로봇의 축은 반경방향, 회전방향 및 수직 방향 움직임을 갖는 로봇 암과 원통 좌표계를 형성한다. 360° 초과로 회전하는 로봇은 360° 이하의 움직임 범위를 갖는 로봇에 대해 필요한 것보다 최소 또는 감소된 횟수의 움직임에 따라 물체를 집고 놓음으로써 처리량이 향상된다.
연속 회전은 최적의 로봇 움직임과 처리량에 대해 유효하지만 전기적 및 공압식 슬립 링 조립체를 필요로 한다. 360° 초과의 회전이 케이블의 파괴 및 얽힘을 야기하기 때문에, 숄더를 통과하는 표준 케이블이 또한 사용될 수 없다. 하드스톱 조립체는 암의 초과 회전을 방지하기 위하여 사용되며, 이에 따라 숄더를 통과하는 케이블과 관이 이의 기능적 한계를 넘어서 과도하게 회전되지 않는다. 360° 초과의 회전을 방지하기 위하여, 암과 함께 회전하는 또 다른 구조적 특징부와 맞물리는 구조적 특징부가 제공된다. 맞물림에 의해 암은 한 방향으로 과도하게 회전되는 것이 방지된다. 그 결과, 진로를 역행하고 더 긴 경로를 이동할 필요가 있다(예를 들어, 260° 내지 10°를 얻기 위해 110°를 제외한 250°를 이동시킬 필요가 있음). 이는 또한 환경 내에서 로봇의 접근가능한 범위를 한정한다. 이동식 하드스톱은 360° 초과의 불-연속적인 회전을 제공하는데 사용될 수 있다.
기구를 회전시키기 위해 360° 초과의 불-연속 회전을 제공하는 회전식 하드스톱 조립체가 제공된다. 특정 실시예에서, 조립체는 웨이퍼 전달 로봇과 같이 로봇의 숄더 축에 대해 360° 내지 720°의 회전을 제공하는데 사용된다. 회전식 하드스톱 조립체는 상반된 자석을 포함한다. 다양한 실시예에 따라서, 상반된 자석은 비-접촉 맞물림을 제공하고 접촉 소음을 생성하지 않으며 시간이 지남에 따라 마모되지 않는다. 회전식 하드스톱 조립체는 로봇 원통 좌표계의 회전 방향으로부터 위치에 접근하는 능력을 제공한다.
본 발명의 일 양태는 Z-축 주위에서 θ-회전 움직임을 갖는 기구에서 회전을 제한하기 위한 장치에 관한 것이다. 특정 실시예에서, 상기 장치는 고정식 자석 조립체를 갖는 고정식 부재를 포함하고, 상기 고정식 자석 조립체는 제1 자극이 조립체의 제1 단부에 배열되고 제2 자극이 조립체의 제2 단부에 배열되도록 세로방향으로 배열된 하나 이상의 자석을 포함하고, 회전식 자석 조립체를 갖는 고정식 부재에 인접한 회전식 스톱 부재를 포함하고, 상기 회전식 자석 조립체는 제3 자극이 회전식 자석 조립체의 제1 단부에 배열되며 제4 자극이 회전식 조립체의 제2 단부에 배열되도록 세로방향으로 배열된 하나 이상의 자석을 포함하고, 회전식 자석 조립체는 고정식 자석 조립체와 맞물리며, 회전식 스톱 부재는 고정식 부재에 의해 맞물리지 않을 때 기구와 함께 회전하도록 구성된다.
고정식 부재는 숄더와 같이 로봇 구동장치의 일부일 수 있다. 이는 원형 내측 및/또는 외측 표면을 가질 수 있다. 고정식 자석 조립체는 한 단부 상의 자극이 회전식 조립체 상의 자극과 만나서 노출되도록 고정식 부재상에 장착된다. 고정식 부재와 고정식 자석 조립체는 고정식 자석 조립체에 의해 맞물리지 않을 때 회전식 자석 조립체가 회전하는 명확한 경로를 제공하도록 구성된다. 특징 실시예에서, 고정식 자석 조립체는 고정식 부재의 내측 표면으로부터 돌출된다. 그 외의 다른 실시예에서, 고정식 자석 조립체는 외측 표면으로부터 돌출될 수 있거나 또는 고정식 부재의 표면 아래 또는 위에 장착될 수 있다. 특정 실시예에서, 고정식 부재는 고정식 자석 조립체가 배열되는 환형 리세스 또는 그 외의 다른 환형 경로를 형성하고, 이 경로 주위에서 회전식 자석 조립체가 회전할 수 있다. 예를 들어, 일 방향으로의 회전의 경우, 단지 하나의 자극만이 노출되거나 또는 자극은 물리적으로 노출되지 않거나 또는 비-접촉 스프링으로서 작용하도록 충분한 힘을 가지는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 고정식 자석 조립체는 하나 이상의 자석을 가질 수 있다.
회전식 스톱 부재는 고정식 부재에 의해 맞물리지 않을 때 기구와 함께 회전하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 회전식 스톱 부재는 기구, 예를 들어, 회전식 스톱 부재와 기구 사이에 위치된 베어링 상에 장착된다. 회전식 스톱 부재는 환형 부재일 수 있다. 회전식 스톱 부재는 회전식 자석 조립체를 포함할 수 있다.
고정식 자석 조립체는 선택된 회전 위치를 초과하여 회전식 스톱 부재의 회전을 중단시키기 위해 회전식 자석 조립체와 맞물릴 수 있다. 특정 실시예에서, 장치는 제3 자극이 선택된 회전 위치에서 제1 자극에 인접하게 구성되도록 형성되어 선택된 회전 위치를 넘어서 회전식 스톱 부재의 회전을 중단시키도록 구성된다. 제4 자극은 선택된 회전 위치에서 제2 자극에 인접하게 배열될 수 있어서 회전 스톱 부재의 역방향 회전이 중단된다.
회전식 자석 조립체는 일 단부 상의 자극이 고정식 조립체 상의 자극과 만나서 노출되도록 회전식 스톱 부재상에 장착된다. 회전식 스톱 부재와 고정식 부재는 각각의 자석 조립체의 반발 극이 맞물릴 때(예를 들어, S극-S극, N극-N극) 인접하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 장치는 선택된 회전 위치를 초과하여 기구가 회전하는 것을 방지하기 위하여 추가 스톱 구조물을 포함한다. 이는 디봇, 핀, 또는 임의의 그 외의 다른 스톱 구조물일 수 있다. 특정 실시예에서, 추가 자석 조립체가 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 기구는 θ-회전 움직임을 할 수 있는 로봇 암 기구이거나 또는 이의 일부일 수 있다. 로봇 암은 또한 반경방향 및 수직방향 움직임을 수행할 수 있다.
특정 실시예에서, 고정식 및 회전식 자석 조립체의 하나 이상의 자석은 고정식 자석 조립체의 자석(들)의 곡률이 회전식 자석 조립체의 자석(들)의 곡률과 일치되도록 아치형으로 형성된다. 이에 따라 맞물림을 위해 사용되는 자석들 사이에 완전히 상반된 힘이 형성될 수 있다.
특정 실시예에서, 회전식 스톱 부재와 고정식 부재 사이의 맞물림은 비-접촉식 맞물림이다. 회전식 자석 조립체의 극이 고정식 자석 조립체의 극에 대해 근접한 위치로 회전할 때 맞물림이 수행된다. 상반된 자기력(2개의 N극 사이 또는 2개의 S 극 사이)은 회전식 스톱 부재가 회전식 기구와 함께 회전할 수 있도록 지지 및 그 외의 다른 힘을 극복하기에 충분하다.
본 발명의 또 다른 양태는 회전식 자석 조립체를 갖는 고정식 부재에 인접한 회전식 스톱 부재 및 고정식 자석 조립체를 갖는 고정식 부재를 이용하여 Z-축 주위에서 θ-회전 움직임을 갖는 기구를 회전시키기 위한 방법에 관한 것이다. 다양한 실시예에 따라서, 이 방법은 제1 회전 방향으로 기구 및 회전식 스톱 부재를 회전시키는 단계를 포함하고, 선택된 회전 위치에서 고정식 부재와 회전식 스톱 부재를 맞물리게 하여 회전식 스톱 부재의 회전을 중단시키고 스톱 부재를 고정시키는 단계를 포함하고, 이러한 맞물림은 비-접촉식이며, 제1 회전 방향으로 회전식 스톱 부재를 지나 기구를 회전시키는 단계를 포함한다.
특정 실시예에서, 방법은 제2 선택된 회전 위치에서 기구를 중단시키고, 그 뒤 제2 회전 방향으로 기구를 회전시키는 단계를 포함할 수 있으며, 제2 회전 방향은 제1 회전 방향과 상반된다. 회전식 스톱 부재와 회전식 기구는 그 뒤 제2 회전 방향으로 회전할 수 있다. 특정 실시예에서, 회전식 스톱 부재는 제3 선택된 회전 위치에서 고정식 부재와 맞물린다. 회전식 기구는 제2 회전 방향으로 회전식 스톱 부재를 지나 회전한다.
다양한 실시예에 따라서, 방법은 제1 위치로부터 기판을 집고, 제2 위치에 기판을 높고 및/또는 제3 위치에서 기판을 놓고 및 제4 위치로부터 웨이퍼를 집는데 사용될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는 기판 전달을 위한 시스템을 제공한다. 다양한 실시예에 따라서, 시스템은 복수의 집는 위치와 놓는 위치를 포함하고, a) 360° 초과의 불-연속 회전을 하도록 구성된 로봇 암 및 b) 자기적 회전 하드스톱 조립체를 포함하는 기판 전달 로봇을 포함한다. 복수의 집는 및 놓는 위치는 기판 보관 용기, 로드록 및/또는 처리 스테이션의 일부 조합을 포함할 수 있다. 자기적 회전 하드스톱 조립체는 로봇의 숄더와 회전식 스톱 부재 사이에 비-접촉식 맞물림을 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이들 및 그 외의 다른 특징과 이점은 연관된 도면을 참조하여 하기에 더 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 웨이퍼 처리 시스템의 평면도.
도 2A는 본 발명의 실시예에 따르는 원통형 로봇의 측면도.
도 2B는 본 발명의 실시예에 따르는 원통형 로봇의 사시도.
도 3A 및 도 3B는 회전식 자석 조립체를 포함하는 이동식 하드스톱과 고정식 자석 조립체를 포함하는 숄더를 포함한, 본 발명에 따르는 로봇 조립체의 분해도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 구동장치의 단면도.
도 5A는 로봇 암이 시계 방향으로 움직이는 동안 고정식 숄더, 이동식 하드스톱 및 로봇 암의 회전 위치를 도시하는 도면.
도 5B는 로봇 암이 반시계 방향으로 움직이는 동안 고정식 숄더, 이동식 하드스톱 및 로봇 암의 회전 위치를 도시하는 도면.
도 6A 및 도 6B는 다양한 실시예에 따라서 반시계 방향으로 회전하는 동안(도 6B) 및 로봇 암에 의해 시계 방향으로 회전하는 동안(도 6A) 고정식 및 회전식 자석 조립체의 맞물림을 도시하는 도면.
본 발명의 하기 상세한 설명에서, 다양한 특정의 실시예들이 본 발명의 이해를 위해 제공된다. 그러나, 종래 기술의 당업자에게 자명한 듯이, 본 발명은 대안의 요소와 공정을 이용하거나 또는 특정의 세부사항 없이 구현될 수 있다. 그 외의 다른 실례에서, 잘 공지된 공정, 절차 및 부품들은 본 발명의 특징들을 불필요하게 불명확하게 하지 않도록 하기 위하여 기술되지 않는다.
본 명세서에 기재된 장치 및 방법은 Z-축 주위에서 회전 부재 또는 기구의 360°초과의 회전을 제공하는데 사용될 수 있다. 설명의 목적으로, 하기 기술내용은 회전식 로봇 암인 기구에 관한 것이다. 그러나, 종래 기술의 당업자는 전술된 회전 자석 하드스톱 조립체(rotational magnetic hardstop assembly)가 이에 한정되지 않고 임의의 회전 기구의 360° 불-연속 회전보다 더 큰 회전을 제공하는 데 사용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 명세서에 기재된 장치 및 방법은 Z-축 주위에서 로봇 암의 360° 초과(테타 방향으로 360° 초과)의 회전을 제공하는 데 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 장치 및 방법은 공정 스테이션, 로드록, 보관 유닛(예를 들어, 전방 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod) 또는 FOUP), 등 사이에서 반도체 웨이퍼를 이동시키기 위해 사용된다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 웨이퍼 처리 시스템(100)의 평면도이다. 시스템(100)은 로봇(150), 하나 이상의 로드록(loadlock, 102)(즉, 102A, 102B), 및 하나 이상의 웨이퍼 보관 유닛(170)(즉, 7OA, 170B)을 포함한다.
로봇(150)은 웨이퍼 처리 시스템 내에서 웨이퍼를 처리하기에 적합한 다-링크 로봇이다. 로봇(150)은 로드 록(102)과 보관 유닛(170) 사이에서 웨이퍼를 이동시키도록 구성된다. 로봇(150)은 로봇 암(130) 및 하나 이상의 웨이퍼를 지지하기 위한 엔드 이펙터(end effector, 160)를 포함한다(로봇은 또한 다수의 엔드 이펙터를 포함할 수 있으며, 이는 설명의 용이함을 위해 단지 하나만이 도시됨). 로봇(150)은 암(130)과 엔드 이펙터(160)에 회전(θ 또는 테타)을 인가하도록 구성된다. 로봇은 또한 엔드 이펙터(160)에 반경방향 움직임("R"; 로봇(150)의 중심으로부터 반경방향) 및 수직방향 움직임("Z"; 높이)을 인가하도록 구성된다. 따라서, 웨이퍼는 집는 위치(pick location)를 대향하여 회전되고, 웨이퍼 아래의 위치로 하강되며, 집는 위치로 연장되고 및 웨이퍼를 집기 위해 들어올려짐으로써 집는 위치로부터 집어올려 질 수 있다. 엔드 이펙터(160)는 그 뒤 인입되고, 로봇 암(130)과 엔드 이펙터(160)는 배치 위치를 대향하도록 회전되며, 놓는 위치를 연장시키고 웨이퍼를 배치하기 위해 하강된다. 시스템(100)은 본 명세서에 기술된 장치 및 방법이 이용될 수 있는 웨이퍼 전달 시스템의 단지 예이다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 이는 로드록과 처리 모듈 사이에서 전달을 위한 시스템 내에서 사용될 수 있다.
로봇(150)은 360° 초과의 불-연속 회전을 암(130)에 인가하도록 구성된다. 일반적으로, 로봇 암의 회전은 다수의 방법에 의해 수행될 수 있다. 연속 회전은 최적의 로봇 움직임과 처리량에 대해 유효하지만 전기적 및 공압식 슬립 링 조립체를 필요로 한다. 360° 초과의 회전이 케이블의 파괴 및 얽힘을 야기하기 때문에, 숄더(shoulder)를 통과하는 표준 케이블이 또한 사용될 수 없다. 하드스톱 조립체는 암의 초과 회전을 방지하기 위하여 사용되며, 이에 따라 숄더를 통과하는 케이블과 관이 이의 기능적 한계를 넘어서 과도하게 회전되지 않는다. 360° 초과의 회전을 방지하기 위하여, 암과 함께 회전하는 또 다른 구조적 특징부와 맞물리는 구조적 특징부가 제공된다. 맞물림에 의해 암은 한 방향으로 과도하게 회전되는 것이 방지된다. 그 결과, 진로를 역행하고 더 긴 경로를 이동할 필요가 있다(예를 들어, 260° 내지 10°를 얻기 위해 110°를 제외한 250°를 이동시킬 필요가 있음). 이는 또한 도 1에 예시된 바와 같이 소규모-환경(mini-environment) 내에 로봇의 허용가능한 범위를 한정한다. 전형적으로 로봇은 360° 미만의 불-연속 회전과 단지 약 270°의 완전한 범위만을 갖는다. 360°초과의 회전은 추가로 하기에 기술된 바와 같이 이동식 하드스톱(moving hardstop)을 사용하여 수행될 수 있다. 그러나, 회전식 하드스톱의 충격을 흡수하기 위해 연성 재료가 사용된다면, 스톱 구조물은 빠르게 움직이는 동안 관성을 흡수할 수 없고, 움직임이 너무 빠르다면 클릭음(clicking sound)이 발생된다. 연성 재료는 또한 마모되고 초기 고장을 야기할 수 있다.
도 2A 및 도 2B는 특정 실시예에 따르는 로봇(250)의 도면을 도시하며, 도 2A는 구동 조립체 하우징(210), 로봇 암(230) 및 엔드 이펙터(260)를 갖는 로봇(250)의 측면도를 도시하고, 도 2B는 엔드 이펙터가 연결되는 로봇 암(230) 및 하우징(210)을 포함하는 로봇(250)의 사시도를 도시한다. 본 명세서에 기재된 회전식 하드스톱 조립체 및 방법에 따라 로봇 암은 긴 테타 이동 속도를 제한하지 않고 360°를 초과하여 회전할 수 있다. 이에 따라 숄더 축을 통과하여 사용되는 표준 고유연성 케이블 및 관의 사용을 제지하며 복잡한 슬립 링 조립체를 필요로 할 수 있는 연속 회전 설계 없이 회전 방향으로부터 처리 스테이션, 로드 록 또는 그 외의 다른 집는/놓는 위치로 접근할 수 있다. 회전식 하드스톱 조립체는 최대 720°의 회전 각도를 제공하고(단지 조립체의 크기에 의해서만 제한됨), 과도한 회전을 방지하며, 하드스톱 조립체는 스톱에 대한 비-접촉 스프링으로서 작용하는 자석을 포함한다. 자석은 소음을 발생시키지 않으며 시간이 지남에 따라 임의로 마모되지 않는다.
도 3A 및 도 3B는 본 발명의 실시예에 따르는 로봇 조립체의 분해도를 도시한다. 숄더(320)는 구동부의 일부이고 고정된다. 숄더는 일반적으로 관형 부재이다. 고정식 자석 조립체(365)는 회전 자석 조립체(355)와 맞물리도록 숄더(320)의 내측에 장착된다. 고정식 자석 조립체(365)는 조립체의 각각의 단부에 노출된 막대 자석 또는 자석들의 극과 하우징(367) 내에 하나 이상의 막대 자석(366)을 포함할 수 있다.
회전식 플랜지(330)는 구동 샤프트에 연결되고, 숄더(Z) 축 주위에서 회전한다. 로봇 암(도시되지 않음)은 플랜지(330)에 부착된다. 이동식 하드스톱(340)은 베어링(360) 상에 장착되고 회전식 자석 조립체(355)를 포함한다. 회전식 자석 조립체(355)는 조립체의 각각의 단부에 노출된 막대 자석 또는 자석들의 극과 하우징(357) 내에 하나 이상의 막대 자석(356)을 포함할 수 있다. 고정식 및 회전식 자석 조립체는 막대 자석을 포함하며, 이에 따라 고정식 및 회전식 자석 단부를 대향하는 극이 동일하다. 조립체가 너무 근접할 때, 결과적인 반발력이 베어링 상의 드래그 저항력(drag resistance)을 극복하기에 충분하다.
이동식 하드스톱은 회전식 자석 조립체(355)가 고정식 자석 조립체(365)에 의해 맞물릴 때까지 회전식 암과 함께 회전하도록 구성된 회전식 부재이다. 베어링(360)과 회전식 플랜지(330) 사이의 마찰은 충분하여서 이동식 하드스톱(340)은 맞물릴 때까지 회전식 플랜지(330)와 함께 회전한다. 맞물림 시, 베어링(360)의 마찰은 자기력을 극복한다. 회전식 플랜지 암은 그 뒤 설계 한계치까지 지속적으로 회전할 수 있다. 예시된 조립체 내에서, 다월 핀(dowel pin, 370)은 설계 한계치에 대한 스톱 구조물로서 예시된다. 고정식 하드스톱을 지나 회전하고 이와 맞물리는 동안에, 다월 핀(370)은 하드스톱의 환형 리세스(375) 내에서 이동한다. 설계 한계치에서 역진 및 암의 회전 위치를 탐지하기 위한 적절한 센서 기구, 제어 회로 및 모터가 이용될 수 있다.
도 4는 암이 없는 상태로 예시된 구동장치(410)의 단면도를 도시한다. 구동 샤프트(405)는 암이 부착될 수 있는 회전식 플랜지(430)를 회전시킨다. 숄더(420)는 환형 리세스(425)를 가지며, 상기 환형 리세스를 통해 이동식 하드스톱(440) 상에 장착된 회전식 자석 조립체(도시되지 않음)가 환형 리세스(425)의 일부를 점유하는 고정식 자석 조립체(도시되지 않음)와 맞물리지 않을 때 회전하는 동안에 이동한다. 베어링(460)은 자석 조립체가 회전식 플랜지(430)와 이동식 하드스톱(440) 사이에서의 마찰을 극복하고 이와 맞물리기에 충분히 인접할 때까지 이동식 하드스톱(440)을 회전식 플랜지(430)와 함께 회전하도록 한다.
도 5A 및 도 5B는 로봇 암이 움직이는 동안 고정식 숄더, 이동식 하드스톱 및 로봇 암을 도시하는 대표도를 도시한다. 우선 510에서 로봇 암(501), 이동식 하드스톱(503) 및 고정식 숄더(505)가 초기 위치에 있는 것으로 도시된다. 디보트(divot)는 각각의 부품의 상대적인 위치를 나타내는 것으로 도시된다(여기서 12시 위치). 회전식 암(501)과 하드스톱(503)은 그 뒤 520으로 도시된 바와 같이 제1 움직임으로 제2 위치로 함께 회전하며, 이 지점에서 이동식 하드스톱 상에 장착된 회전식 자석 조립체(도시되지 않음)는 숄더 상에 장착된 고정식 자석 조립체(도시되지 않음)와 맞물린다. 하드스톱(503)은 고정된 상태로 유지되는 반면 회전식 암(501)은 530으로 도시된 바와 같이 제2 움직임 시 제3 위치로 이동된다.
전술된 제1 움직임의 범위, 즉 이동식 하드스톱이 회전할 때 생성되는 회전 움직임은 이들이 갖는 회전 도(rotational degree)의 수와 자석 조립체의 크기에 의해서만 제한된다. 다양한 실시예에 따라서, 제1 움직임의 범위는 0° - 350°, 0 - 340°, 0 - 330°, 또는 0 - 320°이고, 맞물린 자석 조립체는 10°이하, 20°이하, 30°이하, 40°이하, 50°이하, 등을 차지한다. 하드스톱이 숄더와 고정되고 자석 조립체가 이와 맞물릴 때 전술된 제2 움직임의 범위는 핀 조립체 또는 그 외의 다른 스톱 구조물의 크기에 의해서만 제한되며, 0 - 355 °정도로 클 수 있다. 따라서, 로봇 암의 전체 범위는 예를 들어, 630°, 640° 또는 이를 초과하는 각도와 같이 스톱 구조물에 의해 점유된 물리적인 공간보다 작도록 720° 정도로 크다. 그 외의 다른 실시예에서, 추가 이동식 하드스톱은 넓은 범위의 움직임을 구현하기 위하여 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 추가 회전식 자석 하드스톱이 사용된다.
도 5B는 로봇 암이 역(반시계) 방향으로 움직이는 동안 고정식 숄더, 이동식 하드스톱 및 로봇 암을 도시하는 대표적인 도면을 도시한다. 540에서, 회전식 암(501)은 도 5A에서 530으로 도시된 제3 위치로부터 회전식 하드스톱(503)이 맞물리는 제2 회전 위치로 회전한다. 하드스톱(503)은 암(501)과 분리되고 암과 함께 반시계 방향으로 제4 위치로 회전하며, 이 지점에서 이동식 하드스톱의 자석 조립체는 숄더의 고정식 자석 조립체와 맞물린다. 이는 550으로 도시된다. 하드스톱(503)이 고정된 상태로 유지되는 반면 회전식 암(501)은 560으로 도시된 바와 같이 제5 위치에서 제2 움직임을 지속한다.
특정 실시예에서 최대의 상반된 힘을 수득하기 위하여, 마주보는 자석들이 중심에 위치되도록 구성되며, 맞물림 시 서로에 대해 수평이 되도록 배열된다. 도 6A 및 도 6B는 아치형 고정식 자석(665)과 회전식 자석(655)을 예시적으로 도시하고, 도 6A는 로봇 암에 의해 시계 방향으로 회전하는 동안의 맞물림을 도시하고, 도 6B는 반시계방향 회전 동안 맞물림을 도시한다.
전술된 바와 같이, 자석은 전술된 실시예에서 베어링인 이동식 하드스톱을 회전할 수 있도록 하는 힘을 극복하기에 충분히 강해야 한다. 네오디뮴(ND) 자석인 자석의 예가 사용될 수 있다. 특정 예에서, ND 35 또는 ND 자석이 사용된다. 베어링의 예는 KA 씬 시리즈 베어링(KA thin series bearing)(일리노이주 시카고의 Kaydon?)이다.
다양한 실시에에 따라서, 본 명세서에 기술된 로봇 암의 회전 속도는 예를 들어, 120 rpm 이상과 같이 최대 150 rpm이다. 이는 30 rpm에서 하드스톱 맞물림과 연계된 클릭 소음을 유발하는 하드스톱을 갖는 로봇과 비교된다.
전술된 도면 및 기술 내용은 회전식 하드스톱 조립체가 어떻게 구성되고 실시되는지의 단지 예시이다.

Claims (21)

  1. Z-축 주위에서 θ 회전 움직임을 갖는 기구에서 회전을 제한하기 위한 장치로서,
    -고정식 자석 조립체를 갖는 고정식 부재를 포함하고, 상기 고정식 자석 조립체는 제1 자극이 조립체의 제1 단부에 배열되고 제2 자극이 조립체의 제2 단부에 배열되도록 세로방향으로 배열된 하나 이상의 자석을 포함하고,
    -회전식 자석 조립체를 갖는 고정식 부재에 인접한 회전식 스톱 부재를 포함하고, 상기 회전식 자석 조립체는 제3 자극이 회전식 자석 조립체의 제1 단부에 배열되며 제4 자극이 회전식 조립체의 제2 단부에 배열되도록 세로방향으로 배열된 하나 이상의 자석을 포함하고, 회전식 자석 조립체는 고정식 자석 조립체와 맞물리며, 회전식 스톱 부재는 고정식 부재에 의해 맞물리지 않을 때 기구와 함께 회전하도록 기구상에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 고정식 자석 조립체는 선택된 회전 위치를 넘어 회전식 스톱 부재의 회전을 중단시키기 위하여 회전식 자석 조립체와 맞물릴 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 장치는 제3 자극이 선택된 회전 위치에서 제1 자극에 인접하게 구성되도록 형성되어 선택된 회전 위치를 넘어서 회전식 스톱 부재의 회전을 중단시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기구는 반경방향 및 θ-회전 움직임을 수행할 수 있는 로봇 암 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 선택된 회전 위치를 넘어 기구의 회전을 중단시키기 위한 추가 스톱 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 고정식 부재는 내측 환형 리세스를 포함하는 관형 부재인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 고정식 자석 조립체는 내측 환형 리세스 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제6항에 있어서, 장치는 회전식 자석 조립체의 회전 경로가 고정식 부재의 내측 환형 리세스의 적어도 일부를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 고정식 자석의 하나 이상의 자석이 아치형인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 고정식 자석 조립체의 하나 이상의 자석이 고정식 부재의 곡률과 일치되도록 아치형인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 회전식 스톱 부재와 회전식 자석 조립체의 하나 이상의 자석이 아치형인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 회전식 스톱 부재는 환형 부재인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 회전식 자석 조립체의 하나 이상의 자석은 회전식 스톱 부재의 곡률과 일치되도록 아치형인 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 회전식 스톱 부재와 기구 사이에 베어링을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 회전식 자석 조립체는 비-접촉 맞물림에 의해 고정식 자석 조립체와 맞물릴 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 회전식 자석 조립체를 갖는 고정식 부재에 인접한 회전식 스톱 부재 및 고정식 자석 조립체를 갖는 고정식 부재를 이용하여 Z-축 주위에서 θ-회전 움직임을 갖는 기구를 회전시키기 위한 방법으로서,
    -제1 회전 방향으로 기구 및 회전식 스톱 부재를 회전시키는 단계를 포함하고,
    -선택된 회전 위치에서 고정식 부재와 회전식 스톱 부재를 맞물리게 하여 회전식 스톱 부재의 회전을 중단시키고 스톱 부재를 고정시키는 단계를 포함하고, 이러한 맞물림은 비-접촉식이며,
    -제1 회전 방향으로 회전식 스톱 부재를 지나 기구를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 제2 회전 방향으로 기구를 회전시키는 단계를 추가로 포함하고, 제2 회전 방향은 제1 회전 방향과 상반되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 제2 회전 방향으로 회전식 기구와 회전식 스톱 부재를 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 기판을 전달하기 위한 시스템으로서,
    -복수의 집는 위치와 놓는 위치를 포함하고,
    -a) 360° 초과의 불-연속 회전을 하도록 구성된 로봇 암 및 b) 자기적 회전 하드스톱 조립체를 포함하는 기판 전달 로봇을 포함하는 것을 특징을 하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 자기적 회전 하드스톱 조립체는 회전식 스톱 부재와 로봇의 숄더 사이에 비-접촉 맞물림을 제공하도록 구성되는 것을 특징을 하는 시스템.
  21. 제1항에 있어서, 기판 전달 로봇은 제1항의 장치를 포함하는 것을 특징을 하는 시스템.
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