KR20220028093A - 로봇제어장치, 및 그것을 구비하는 로봇 및 로봇시스템 - Google Patents

로봇제어장치, 및 그것을 구비하는 로봇 및 로봇시스템 Download PDF

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KR20220028093A
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Abstract

기판을 유지하여 반송하는 로봇의 동작을 제어하기 위한 로봇제어장치로서, 로봇은, 적어도 하나의 관절축을 가지는 로봇암과, 로봇암의 선단에 설치되고, 기판을 유지하기 위한 엔드 이펙터를 구비하고, 기판을 재치하기 위한 재치위치에 인접하여 배치되고, 엔드 이펙터의 위치 및 자세는, N개(N은 자연수)의 변수의 값에 의해 규정되고, 재치위치에 재치된 기판을 엔드 이펙터로 유지하기 위한 엔드 이펙터의 유지위치 및 유지자세를 규정하는 N개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값은, 유지위치 및 유지자세의 엔드 이펙터를 재치위치로부터 물러나게 한 후의 엔드 이펙터의 당김 위치 및 당김 자세를 규정하는 N개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하는 것을 특징으로 한다.

Description

로봇제어장치, 및 그것을 구비하는 로봇 및 로봇시스템
본 발명은, 로봇제어장치, 및 그것을 구비하는 로봇 및 로봇시스템에 관한 것이다.
종래로부터, 기판을 유지하여 반송하는 로봇의 동작을 제어하기 위한 로봇제어장치가 알려져 있다. 이와 같은 로봇제어장치가, 예를 들어, 특허문헌 1의 기판반송용 로봇으로 제안되고 있다.
특허문헌 1의 기판반송용 로봇은, 수납용기로의 기판 수수(授受) 위치로서 교시위치를 교시하면, 컨트롤러가, 액세스 대기 위치의 생성과 동시에, 수납용기에서 최소 선회자세가 되기까지의 복수의 안전한 반송경로를 생성한다. 또한, 여기에서 말하는 액세스 대기 위치란, 상기 교시위치로부터 생성되는 위치로서, 기판반송용 로봇이 기판을 수납용기에 수납 또는 반출 개시 가능한 직전의 위치이다. 기판반송용 로봇은, 상기 액세스 대기 위치로부터 수납용기에 대해 기판을 바로 삽입 또는 반출할 수 있다.
일본특허공개공보 2010-184333호
그런데, 특허문헌 1의 기판반송용 로봇은, 수납용기로의 기판 수수 위치로서 교시되는 교시위치에 기초하여, 상기 액세스 대기 위치를 생성하고 있다. 즉, 수납용기로의 기판 수수 위치로서 교시되는 교시위치가 변경된 경우, 그 변경에 따라 상기 액세스 대기 위치도 변경된다. 이에 의해, 상기 액세스 대기 위치가 상기 교시위치에 영향을 받으므로, 상기 액세스 대기 위치가 정확하게 교시되어 있지 않았던 경우에, 기판반송용 로봇이 적절히 기판을 반송할 수 없는 경우가 있었다.
따라서, 본 발명은, 적절히 기판을 반송하는 것이 가능한 로봇제어장치, 및 그것을 구비하는 로봇 및 로봇시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 로봇제어장치는, 기판을 유지하여 반송하는 로봇의 동작을 제어하기 위한 로봇제어장치로서, 상기 로봇은, 적어도 하나의 관절축을 가지는 로봇암과, 상기 로봇암의 선단에 설치되고, 상기 기판을 유지하기 위한 엔드 이펙터를 구비하고, 상기 기판을 재치하기 위한 재치위치에 인접하여 배치되고, 상기 엔드 이펙터의 위치 및 자세는, N개(N은 자연수)의 변수의 값에 의해 규정되고, 상기 재치위치에 재치된 기판을 상기 엔드 이펙터로 유지하기 위한 상기 엔드 이펙터의 유지위치 및 유지자세를 규정하는 N개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값은, 상기 유지위치 및 상기 유지자세의 상기 엔드 이펙터를 상기 재치위치로부터 물러나게 한 후의 상기 엔드 이펙터의 당김 위치 및 당김 자세를 규정하는 N개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 상기 유지위치 및 상기 유지자세를 규정하는 N개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값이, 상기 당김 위치 및 상기 당김 자세를 규정하는 N개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립한다. 이에 의해, 상기 당김 위치 및 상기 당김 자세가 상기 유지위치 및 상기 유지자세에 영향을 받아 변동하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 로봇제어장치는, 적절히 기판을 반송하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 적절히 기판을 반송하는 것이 가능한 로봇제어장치, 및 그것을 구비하는 로봇 및 로봇시스템을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇시스템의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 제어계를 나타내는 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 엔드 이펙터가 제1 교시점의 위치 및 자세일 때의 부분적인 확대도에, 엔드 이펙터의 중심 축선과 기판의 중심점으로부터 개구면을 향해 그은 수직선의 각도관계를 추기한 개략도이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇의 엔드 이펙터가 제2 교시점의 위치 및 자세일 때의 부분적인 확대도에 각종 내용을 추기한 개략도이고, (A)가 상기 확대도에 제1 교시점에서 제2 교시점까지 이동하는 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 도면, (B)가 상기 확대도에 엔드 이펙터의 중심 축선과 기판의 중심점으로부터 개구면을 향해 그은 수직선의 각도관계를 추기한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 엔드 이펙터가 제2 교시점의 위치 및 자세일 때의 부분적인 확대도에 각종 내용을 추기한 개략도이고, (A)가 상기 확대도에 제1 교시점에서 제2 교시점까지 이동하는 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 도면, (B)가 상기 확대도에 엔드 이펙터의 중심 축선과 기판의 중심점으로부터 개구면을 향해 그은 수직선의 각도관계를 추기한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 로봇의 엔드 이펙터, 및 종래로부터 어느 로봇의 엔드 이펙터가, 각각, 제1 교시점의 위치 및 자세일 때의 4개의 변수의 값과, 제2 교시점의 위치 및 자세일 때의 4개의 변수의 값을 열거한 표이다.
도 7은, 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 로봇의 엔드 이펙터의 부분적인 확대도에 이동한 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 개략도이고, (A)가 상기 확대도에 제1 교시점에서 제2 교시점까지 이동한 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 도면, (B)가 상기 확대도에 제2 교시점에서 제1 교시점까지 이동한 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 도면이다.
(제1 실시예)
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇제어장치, 및 그것을 구비하는 로봇 및 로봇시스템에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에서는, 모든 도면을 통하여, 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 참조부호를 부여하고, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 1은, 본 실시예에 따른 로봇시스템의 전체 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇시스템(10)은, 기판(S)을 유지하여 반송하기 위한 로봇(20)과, 기판(S)을 수용하기 위한 밀폐용기(50)를 구비한다. 로봇(20)은, 밀폐용기(50) 및 처리장치(60)에 인접하여 배치된다.
(로봇(20))
도 1에 나타내는 바와 같이, 로봇(20)은, 수평 다관절형 로봇으로서 구성된다. 로봇(20)은, 기대(22)와, 상기 기대(22)에 설치되는 상하방향으로 신축 가능한 승강축(도시하지 않음)과, 상기 승강축의 상단에 설치되는 로봇암(30)과, 상기 로봇암의 선단에 설치되는 엔드 이펙터(35)를 구비한다. 또한, 로봇(20)은, 로봇암(30) 및 엔드 이펙터(35)의 동작을 제어하기 위한 로봇제어장치(40)를 더 구비한다.
기대(22)에 설치되는 승강축은, 도시하지 않은 볼 스크루 등으로 상하방향으로 신축 가능하게 구성된다. 이 승강동작은, 기대(22)의 내부에 설치되는 서보모터(24a)(도 2 참조)에 의해 행해진다. 또한, 상기 승강축은, 기대(22)에 대해 연직방향으로 연장하는 회전축 둘레로 회전 가능하게 설치되어 있고, 이 회전동작은, 기대(22)의 내부에 설치된 서보모터(24b)(앞과 동일함)에 의해 행해진다.
로봇암(30)은, 수평방향으로 연장하는 장척형의 부재로 구성되는 제1 링크(32) 및 제2 링크(34)를 포함한다.
제1 링크(32)는, 그 길이방향의 기단이 상기 승강축의 상단에 장착된다. 제1 링크(32)는, 상기 승강축과 일체적으로 승강하고, 또한, 상기 승강축과 일체적으로 회전한다.
제2 링크(34)는, 그 길이방향의 기단이 제1 링크(32)의 길이방향의 선단에 연직방향으로 연장하는 회전축 둘레로 회전 가능하게 장착된다. 제2 링크(34)의 제1 링크(32)에 대한 회전동작은, 제1 링크(32)의 내부에 설치된 서보모터(34a)(도 2 참조)에 의해 행해진다.
엔드 이펙터(35)는, 그 길이방향의 기단이 제2 링크(34)의 길이방향의 선단에 연직방향으로 연장하는 회전축 둘레로 회전 가능하게 장착되는 손목부(36)와, 손목부(36)의 선단에 설치되고, 손목부(36)와 일체적으로 동작하는 베이스체(37)를 구비한다.
손목부(36)의 제2 링크(34)에 대한 회전동작은, 제2 링크(34)의 내부에 설치된 서보모터(35a)(도 2 참조)에 의해 행해진다.
베이스체(37)는, 손목부(36)의 선단(로봇암의 선단)에 접속되는 기단부분(38)과, 기단부분(38)으로부터 갈라져 선단측으로 연장하는 2개의 선단부분(39a, 39b)를 가진다. 선단부분(39a)은, 기단부분(38)의 폭방향의 일단의 선단측에서 두께방향으로 직교하는 평면 내로 돌출하고, 선단부분(39b)은, 기단부분(38)의 폭방향의 타단의 선단측에서 두께방향으로 직교하는 평면 내로 돌출한다. 베이스체(37)는, 기단부분(38), 및 선단부분(39a, 39b)을 가짐으로써, 그 두께방향으로 보아 Y자형이다.
엔드 이펙터(35)는, 예를 들어, 그 기단부분(38)에 설치되고, 엔드 이펙터(35)의 중심 축선 상을 왕복운동 가능한 가동부재(도시하지 않음)와, 그 선단부분(39a, 39b) 각각에 설치되는 고정부재(앞과 동일함)를 가져도 좋다. 그리고, 엔드 이펙터(35)는, 예를 들어, 상기 가동부재를 중심 축선의 선단측으로 이동시켜, 상기 가동부재와 상기 고정부재로 기판(S)을 끼움으로써 상기 기판(S)을 유지해도 좋다.
(밀폐용기(50))
밀폐용기(50)는, 기판(S)을 재치하기 위한 재치위치(52)와, 상기 재치위치(52)의 주연(周緣)을 위요하는 위요부재(54)(위요부)와, 상기 위요부재(54)에 설치되는 개구면(56)(출납면)을 구비한다. 재치위치(52)는, 개구면(56)으로부터 기판(S)을 출납시킨다. 밀폐용기(50)는, 도시하지 않은 개폐부재에 의해 개구면(56)을 개폐 가능하다. 그리고, 밀폐용기(50)는, 상기 개구부재에 의해 개구면(56)을 닫은 상태로 함으로써, 재치위치(52)의 밀폐성을 확보하는 것이 가능하다. 밀폐용기(50)는, 예를 들어, 복수 매의 기판(S)을 상하방향으로 적층하여 수용 가능한, 이른바 후프(FOUP: Front Opening Unified Pod)로서 구성되어도 좋다.
(처리장치(60))
처리장치(60)는, 예를 들어, 기판(S)에 대해, 열처리, 불순물 도입처리, 박막형성처리, 리소그래피처리, 세정처리 및 에칭처리 등을 행하기 위해 설치된다.
(로봇제어장치(40))
도 2는, 본 실시예에 따른 로봇의 제어계를 나타내는 블록도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇제어장치(40)는, 기억부(42)와, 기억부(42)에 격납된 프로그램을 실행하기 위한 처리부(44)를 구비한다. 처리부(44)는, 서보모터(24a, 24b, 34a, 35a) 각각에 대해 접속된다. 로봇제어장치(40)는, 서보모터(24a, 24b, 34a, 35a)에 의해, 로봇(20)의 동작을 서보제어할 수 있다.
도 3은, 본 실시예에 따른 로봇의 엔드 이펙터가 제1 교시점의 위치 및 자세일 때의 부분적인 확대도에, 엔드 이펙터의 중심 축선과 기판의 중심점으로부터 개구면을 향해 그은 수직선의 각도관계를 추기한 개략도이다. 또한, 도 3에서는, 외관의 번잡함을 피하기 위한, 엔드 이펙터(35) 이외의 로봇(20)의 구성요소는 생략하고 있다. 후술하는 도 4, 도 5 및 도 7에서도 동일하다.
로봇제어장치(40)는, 재치위치(52)에 재치된 기판(S)을 엔드 이펙터(35)로 유지 가능한 엔드 이펙터(35)의 유지위치 및 유지자세(즉, 도 3에 나타내는 엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세)를 미리 교시에 의해 기억부(42)에 기억하고 있다. 이 때의 엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세를 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점이라고 한다.
또한, 로봇제어장치(40)는, 실제로 엔드 이펙터(35)가 제1 교시점으로 이동된 상태에서의 서보모터(24a, 24b, 34a, 35a) 각각의 인코더값에 기초하여, 후술하는 4개의 변수의 값을 기억부(42)에 기억함으로써, 상기 제1 교시점을 미리 교시해도 좋다. 또한, 로봇제어장치(40)는, 후술하는 제2 교시점에 대해서도 동일한 양태로 미리 교시되어도 좋다.
도 4는, 본 실시예에 따른 로봇의 엔드 이펙터가 제2 교시점의 위치 및 자세일 때의 부분적인 확대도에 각종 내용을 추기한 개략도이고, (A)가 상기 확대도에 제1 교시점에서 제2 교시점까지 이동하는 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 도면, (B)가 상기 확대도에 엔드 이펙터의 중심 축선과 기판의 중심점으로부터 개구면을 향해 그은 수직선의 각도관계를 추기한 도면이다.
로봇제어장치(40)는, 상기 제1 교시점에 위치하는 엔드 이펙터(35)를 재치위치(52)로부터 물러나게 한 후의 당김 위치로서 개구면(56)의 근방에 설치되는 엔드 이펙터(35)의 당김 위치 및 당김 자세(즉, 도 4에 나타내는 엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세)를 미리 교시에 의해 기억부(42)에 기억하고 있다. 이 때의 엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세를 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점이라고 한다.
도 4(A)에서, 재치위치(52)에 재치된 기판(S), 및 제1 교시점에 위치하는 엔드 이펙터(35)가 파선으로 나타난다. 도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 로봇제어장치(40)는, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 로봇(20)의 동작을, 보간(補間)에 의해 도출한 값에 기초하여 제어한다. 동일한 도면에서, 관절축(JT6)이 상기 제1 교시점에서 상기 제2 교시점까지 이동하는 궤적이 화살표(AR1)로 나타난다.
도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 로봇제어장치(40)는, 재치위치(52)에 재치된 기판(S)의 두께방향으로 보아, 관절축(JT6)이 직선형으로 이동하도록, 또한, 엔드 이펙터(35) 및 상기 엔드 이펙터(35)에 유지된 기판(S)이 밀폐용기(50)의 위요부재(54) 및 처리장치(60)에 충돌하지 않도록, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 로봇(20)의 동작을, 상기 보간에 의해 도출한 값에 기초하여 제어한다.
여기에서, 상기 보간은, 관절축(JT2, JT4, JT6) 각각을 지정한 각도씩 동작시키는 각 축보간이어도 좋고, 또는, 관절축(JT2, JT4, JT6) 각각을 협동시킴으로써 로봇암(30)의 선단을 직진시키는 직선보간이어도 좋다.
(제2 실시예)
도 5는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 로봇의 엔드 이펙터가 제2 교시점의 위치 및 자세일 때의 부분적인 확대도에 각종 내용을 추기한 개략도이고, (A)가 상기 확대도에 제1 교시점에서 제2 교시점까지 이동하는 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 도면, (B)가 상기 확대도에 엔드 이펙터의 중심 축선과 기판의 중심점으로부터 개구면을 향해 그은 수직선의 각도관계를 추기한 도면이다.
본 실시예에서는, 엔드 이펙터(35)의 이동하는 양태만이 상기 실시예에 따른 로봇시스템(10)과 상이하고(즉, 로봇제어장치(40)가 미리 교시에 의해 기억하고 있는 내용만이 상기 실시예에 따른 로봇시스템(10)과 상이하고), 로봇(20), 밀폐용기(50) 및 처리장치(60)의 구조는 상기 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 동일부분에는 동일 참조번호를 부여하고, 동일한 설명은 반복하지 않는다.
도 5(A)에서, 재치위치(52)에 재치된 기판(S), 및 제1 교시점에 위치하는 엔드 이펙터(35)가 파선으로 나타난다. 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 로봇제어장치(40)는, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 로봇(20)의 동작을, 중심 축선(L)과 수직선(P)이 이루는 각도를 유지하면서 제어한다.
또한, 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 관절축(JT6)이 상기 제1 교시점에서 상기 제2 교시점까지 이동하는 궤적이 화살표(AR2)로 나타난다. 로봇제어장치(40)는, 재치위치(52)에 재치된 기판(S)의 두께방향으로 보아, 관절축(JT6)이 직선형으로 이동하도록, 또한, 엔드 이펙터(35) 및 상기 엔드 이펙터(35)에 유지된 기판(S)이 밀폐용기(50)의 위요부재(54) 및 처리장치(60)에 충돌하지 않도록, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 로봇(20)의 동작을 제어한다.
로봇제어장치(40)는, 상기한 바와 같은 양태로 로봇(20)의 동작을 제어해도 좋다. 또한, 본 실시예에서, 로봇제어장치(40)는, 제2 교시점에서의 중심 축선(L)과 수직선(P)이 이루는 각도를 기억하고 있지 않아도 좋다.
(엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세)
도 3 및 도 4에 기초하여 설명한 제1 실시예, 및 도 3 및 도 5에 기초하여 설명한 제2 실시예에서, 엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세는, 4개의 변수의 값(N개(N은 자연수)의 변수의 값)에 의해 규정된다. 여기에서는, 엔드 이펙터(35)의 위치가, 도 3~5에 나타내는 X방향의 성분, Y방향의 성분, 및 Z방향의 성분으로 규정된다. 또한, 엔드 이펙터(35)의 자세가, 동일한 도면에 나타내는 바와 같이, 재치위치(52)에 재치된 기판(S)의 두께방향으로 보아, 엔드 이펙터(35)의 중심 축선(L)과, 재치위치(52)에 재치된 기판(S)의 중심점(C)으로부터 개구면(56)을 향해 그은 수직선(P)이 이루는 각도에 의해 규정된다.
도 6은, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 로봇의 엔드 이펙터, 및 종래로부터 어느 로봇의 엔드 이펙터가, 각각, 제1 교시점의 위치 및 자세일 때의 4개의 변수의 값과, 제2 교시점의 위치 및 자세일 때의 4개의 변수의 값을 열거한 표이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 실시예에서는, 제1 교시점의 X방향의 성분의 값(X1)이, 제2 교시점의 X방향의 성분의 값(X2)과 독립하고 있다. 또한, 제1 교시점의 Y방향의 성분의 값(Y1)이, 제2 교시점의 Y방향의 성분의 값(Y2)과 독립하고 있다. 또한, 제1 교시점의 Z방향의 성분의 값(Z1)이, 제2 교시점의 Z방향의 성분의 값(Z2)과 독립하고 있다. 그리고, 제1 교시점의 중심 축선(L)과 수직선(P)이 이루는 각도(θ1)(제1 각도)가, 제2 교시점의 중심 축선(L)과 수직선(P)이 이루는 각도(θ2)(제2 각도)와 독립하고 있다. 여기에서, "2개의 값이 독립하고 있다"란, 일방의 값이 변경된 경우에, 그 변경에 따라 타방의 값이 변경되지 않는 것을 말한다.
이와 같이, 제1 실시예에서는, 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점(즉, 도 3에 나타내는 엔드 이펙터(35)의 유지위치 및 유지자세)을 규정하는 4개의 변수 전체의 값이, 각각, 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점(즉, 도 4에 나타내는 엔드 이펙터(35)의 당김 위치 및 당김 자세)을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제2 실시예에서는, 제1 교시점의 X방향의 성분의 값(X1)이, 제2 교시점의 X방향의 성분의 값(X2)과 독립하고 있다. 한편, 제1 교시점의 Y방향의 성분의 값(Y1)은, 제2 교시점의 Y방향의 성분의 값(Y1)과 동일하다. 또한, 제1 교시점의 Z방향의 성분의 값(Z1)이, 제2 교시점의 Z방향의 성분의 값(Z1)과 동일하다. 또한, 제1 교시점의 중심 축선(L)과 수직선(P)이 이루는 각도(θ1)(제1 각도)가, 제2 교시점의 중심 축선(L)과 수직선(P)이 이루는 각도(θ1)(제2 각도)와 동일하다.
이와 같이, 제2 실시예에서는, 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점(즉, 도 3에 나타내는 엔드 이펙터(35)의 유지위치 및 유지자세)을 규정하는 4개의 변수 중 1개의 변수의 값(X1)이, 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점(즉, 도 5에 나타내는 엔드 이펙터(35)의 당김 위치 및 당김 자세)을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값(X2)과 독립하고 있다.
한편, 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점을 규정하는 남은 3개의 변수의 값(Y1, Z1, θ1)이, 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점을 규정하는 남은 3개의 변수의 값(Y1, Z1, θ1)과 동일하다. 즉, 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점을 규정하는 남은 3개의 변수의 값(Y1, Z1, θ1)이, 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하고 있지 않다.
(효과)
종래로부터, 예를 들어, 상기 제1 교시점에 기초하여 상기 제2 교시점을 도출함으로써, 로봇의 동작을 제어하는 로봇제어장치(이하 "종래로부터 어느 로봇제어장치"라고도 칭한다)가 알려져 있었다. 구체적으로는, 상기 종래로부터 어느 로봇제어장치는, 상기 제1 교시점과, 상기 제1 교시점에서 로봇암의 선단(즉, 엔드 이펙터)을 당기는 거리에 기초하여, 상기 제2 교시점을 도출하고 있었다.
예를 들어, 도 6에 나타내는 바와 같은 종래예에서는, 제2 교시점의 X방향의 성분의 값(X1-200)이, 제1 교시점의 X방향의 성분의 값(X1)에 기초하여 도출되고 있다. 또한, 제1 교시점의 Y방향의 성분의 값(Y1)이, 제2 교시점의 Y방향의 성분의 값(Y1)과 동일하다. 또한, 제1 교시점의 Z방향의 성분의 값(Z1)이, 제2 교시점의 Z방향의 성분의 값(Z1)과 동일하다. 그리고, 제1 교시점의 중심 축선(L)과 수직선(P)이 이루는 각도(θ1)(제1 각도)가, 제2 교시점의 중심 축선(L)과 수직선(P)이 이루는 각도(θ1)(제2 각도)와 동일하다.
상기와 같이, 종래로부터 어느 로봇제어장치에서는, 엔드 이펙터의 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 전체의 값이, 각각, 엔드 이펙터의 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하고 있지 않다.
상기와 같은 종래로부터 어느 로봇제어장치는, 상기 제2 교시점이 상기 제1 교시점에 영향을 받아 변동해 버린다. 이에 의해, 예를 들어, 상기 제1 교시점이 정확하게 교시되지 않았던 경우에, 예를 들어 상기 제1 교시점에서 문제가 발생하지 않아도, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이 또는 상기 제2 교시점에서 엔드 이펙터 또는 기판이 밀폐용기나 처리장치에 충돌해버려, 로봇이 적절히 기판을 반송할 수 없는 경우가 있었다.
한편, 상기 제1 실시예에 따른 로봇제어장치(40)는, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점을 미리 교시에 의해 기억하고 있으며, 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 전체의 값이, 각각, 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하고 있다. 이에 의해, 상기 제1 교시점이 상기 제2 교시점에 영향을 받아 변동하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 제1 실시예에 따른 로봇제어장치(40)는, 적절히 기판(S)을 반송하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제2 실시예에서는, 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 1개의 변수(X1)의 값이, 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수(X2)의 값과 독립하고 있다. 즉, 제1 교시점을 규정하는 변수(X1)와 제2 교시점을 규정하는 변수(X2)를 서로 독립적으로 함으로써, 처리장치(60)가 존재하여 좁아질 수 있는 X방향에 대한 동작을 정확하게 교시하는 것이 가능해진다. 이와 같은 양태로, 제2 실시예에 따른 로봇제어장치(40)는, 상기 제1 교시점이 상기 제2 교시점에 영향을 받아 변동하는 것을 억제할 수 있다.
(변형예)
상기 설명에서, 당업자에게는, 본 발명의 많은 개량이나 기타 실시예가 명확하다. 따라서, 상기 설명은, 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 당업자에게 교시하는 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고, 그 구성 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.
상기 제1 실시예에서는, 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 전체의 값이, 각각, 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하고 있는 경우에 대해 설명했다. 또한, 상기 제2 실시예에서는, 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 1개의 변수(X1)의 값이, 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수(X2)의 값과 독립하고 있는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 이들의 경우에 한정되지 않아, 엔드 이펙터(35)의 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값이, 엔드 이펙터(35)의 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하고 있으면 좋다.
상기 실시예에서는, 엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세는, 4개의 변수의 값에 의해 규정되는 경우를 설명했다. 그러나, 이 경우에 한정되지 않아, 엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세는, 4개 이외의 N개(N은 자연수)의 변수의 값에 의해 규정되어도 좋다.
상기 실시예에서는, 로봇(20)이, 하나의 승강축, 및 3개의 관절축(JT2, JT4, JT6)을 가짐으로써, 로봇암(30)의 손끝 자유도가 4이고, 엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세를 규정하는 변수의 수와 동일한 경우에 대해 설명했다. 이에 의해, 로봇암(30)의 구조가 장황해지는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 이 경우에 한정되지 않아, 로봇(20)은, 하나의 승강축, 및 4개 이상의 관절축을 가짐으로써, 로봇암(30)의 손끝 자유도가 5 이상이고, 엔드 이펙터(35)의 위치 및 자세를 규정하는 변수의 수보다 많아도 좋다.
상기 실시예 및 그 변형예에서는, 밀폐용기(50)가 이른바 후프로서 구성되는 경우를 설명했다. 그러나, 이 경우에 한정되지 않아, 밀폐용기(50)는, 예를 들어, 진공상태와 대기상태를 전환하는 로드락장치, 기판(S)의 위치 맞춤을 행하는 얼라인먼트장치, 또는, 기판(S)에 레지스트 도포 등의 처리를 행하는 처리장치여도 좋다.
또한, 밀폐용기(50) 대신에, 기판(S)의 회전위치를 조절하는 얼라이너가 설치되어도 좋다. 그리고, 상기 얼라이너는, 재치위치(52)가 노출하고 있어도 좋다. 즉, 상기 얼라이너는, 밀폐용기(50)의 위요부재(54)에 상당하는 구성을 구비하지 않고, 밀폐용기(50)의 개구면(56)에 상당하는 구성으로서 출납면을 구비해도 좋다.
상기 실시예에서는, 엔드 이펙터(35)가, 그 기단부분(38)에 설치되고, 베이스체(37)의 중심 축선 상을 왕복운동 가능한 가동부재(도시하지 않음)와, 그 선단부분(39a, 39b) 각각에 설치되는 고정부재(앞과 동일함)로 기판(S)을 끼움으로써 상기 기판(S)을 유지하는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 이 경우에 한정되지 않아, 엔드 이펙터(35)는, 기판(S)을 승재, 또는 흡착함으로써 유지해도 좋다.
상기 실시예에서는, 로봇제어장치(40)가, 재치위치(52)에 재치된 기판(S)의 두께방향으로 보아, 관절축(JT6)이 직선형으로 이동하도록, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 로봇(20)의 동작을, 상기 보간에 의해 도출한 값에 기초하여 제어하는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 이 경우에 한정되지 않아, 로봇제어장치(40)는, 엔드 이펙터(35) 및 상기 엔드 이펙터(35)에 유지된 기판(S)이 밀폐용기(50)의 위요부재(54) 및 처리장치(60)에 충돌하지 않는 것이라면, 관절축(JT6)이 굴곡하여 또는 원호형으로 이동하도록, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 로봇(20)의 동작을, 상기 보간에 의해 도출한 값에 기초하여 제어해도 좋다.
상기 실시예에서는, 로봇제어장치(40)가, 실제로 엔드 이펙터(35)가 제1 교시점 및 제2 교시점으로 이동된 상태에서의 서보모터(24a, 24b, 34a, 35a) 각각의 인코더값에 기초하여, 4개의 변수의 값을 기억부(42)에 기억함으로써, 상기 제1 교시점 및 상기 제2 교시점을 미리 교시되는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 이 경우에 한정되지 않아, 로봇제어장치(40)는, 제1 교시점 및 제2 교시점에 엔드 이펙터(35)를 이동시켰을 때의 이상적인 위치 및 자세에 관한 정보(예를 들어, CAD(Computer Aided Design) 상의 위치 및 자세에 관한 정보)에 기초하여, 4개의 변수의 값을 기억부(42)에 기억함으로써, 상기 제1 교시점 및 상기 제2 교시점을 미리 교시해도 좋다.
혹은, 로봇제어장치(40)는, 실제로 엔드 이펙터(35)가 제1 교시점 및 제2 교시점 중 어느 일방으로 이동된 상태에서의 서보모터(24a, 24b, 34a, 35a) 각각의 인코더값에 기초하여, 4개의 변수의 값을 기억부(42)에 기억해도 좋다. 그리고, 로봇제어장치(40)는, 기억부(42)에 기억한 상기 4개의 변수에 기초하여, 상기 제1 교시점 및 상기 제2 교시점 중 어느 타방으로 이동시킨 엔드 이펙터(35)의 4개의 변수의 값을 도출해도 좋다.
즉, 상기 제1 교시점 및 상기 제2 교시점 각각의 4개의 변수를 기억 또는 도출하는 단계에서는, 엔드 이펙터(35)의 상기 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값이, 엔드 이펙터(35)의 상기 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값에 기초하여 기억 또는 도출되어도 좋다. 또한, 엔드 이펙터(35)의 상기 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값이, 엔드 이펙터(35)의 상기 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값에 기초하여 기억 또는 도출되어도 좋다. 이와 같은 경우여도, 엔드 이펙터(35)의 상기 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값이 변경된 경우에, 그 변경에 따라 엔드 이펙터(35)의 상기 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값이 변경되지 않도록 함으로써, 엔드 이펙터(35)의 상기 제1 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값과 엔드 이펙터(35)의 상기 제2 교시점을 규정하는 4개의 변수 중 대응하는 변수의 값을 독립적으로 할 수 있다.
또한, 상기 실시예 및 그 변형예에서 설명한 3개의 양태를 조합하여, 로봇제어장치(40)가, 상기 제1 교시점 및 상기 제2 교시점을 미리 교시해도 좋다.
도 7은, 상기 제1 실시예의 변형예에 따른 로봇의 엔드 이펙터의 부분적인 확대도에 이동한 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 개략도이고, (A)가 상기 확대도에 제1 교시점에서 제2 교시점까지 이동한 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 도면, (B)가 상기 확대도에 제2 교시점에서 제1 교시점까지 이동한 엔드 이펙터의 궤적을 추기한 도면이다.
도 7(A)에서, 제1 교시점에 위치하는 엔드 이펙터(35)가 파선으로 나타나고, 제2 교시점에 위치하는 엔드 이펙터(35)가 실선으로 나타난다. 또한, 관절축(JT6)이 제1 교시점에서 제2 교시점까지 이동하는 궤적이 화살표(AR1’)로 나타난다. 도 7(A)에 나타내는 바와 같이, 제1 교시점은, 엔드 이펙터(35)로 유지한 기판(S)을 재치위치(52)에 재치 가능한 엔드 이펙터(35)의 교시점이어도 좋다.
도 7(B)에서, 제2 교시점에 위치하는 엔드 이펙터(35)가 파선으로 나타나고, 제1 교시점에 위치하는 엔드 이펙터(35)가 실선으로 나타난다. 또한, 관절축(JT6)이 제2 교시점에서 제1 교시점까지 이동하는 궤적이 화살표(AR1’’)로 나타난다. 도 7(B)에 나타내는 바와 같이, 제2 교시점은, 엔드 이펙터(35)를 개구면(56)으로부터 삽입하여 제1 교시점에 위치시키기 전의 당김 위치로서 개구면(56)의 근방에 설치되는 엔드 이펙터(35)의 교시점이어도 좋다.
또한, 제1 교시점이 엔드 이펙터(35)로 유지한 기판(S)을 재치위치(52)에 재치 가능한 엔드 이펙터(35)의 교시점이고, 또한, 제2 교시점이 엔드 이펙터(35)를 개구면(56)으로부터 삽입하여 제1 교시점에 위치시키기 전의 당김 위치로서 개구면(56)의 근방에 설치되는 엔드 이펙터(35)의 교시점이어도 좋다.
(정리)
본 발명에 따른 로봇제어장치는, 기판을 유지하여 반송하는 로봇의 동작을 제어하기 위한 로봇제어장치로서, 상기 로봇은, 적어도 하나의 관절축을 가지는 로봇암과, 상기 로봇암의 선단에 설치되고, 상기 기판을 유지하기 위한 엔드 이펙터를 구비하고, 또한, 상기 기판을 재치하기 위한 재치위치에 인접하여 배치되고, 상기 엔드 이펙터의 위치 및 자세는, N개(N은 자연수)의 변수의 값에 의해 규정되고, 상기 재치위치에 재치된 기판을 상기 엔드 이펙터로 유지하기 위한 상기 엔드 이펙터의 유지위치 및 유지자세를 규정하는 N개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값은, 상기 유지위치 및 상기 유지자세의 상기 엔드 이펙터를 상기 재치위치로부터 물러나게 한 후의 상기 엔드 이펙터의 당김 위치 및 당김 자세를 규정하는 N개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 상기 유지위치 및 상기 유지자세를 규정하는 N개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값이, 상기 당김 위치 및 상기 당김 자세를 규정하는 N개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하고 있다. 이에 의해, 상기 당김 위치 및 상기 당김 자세가 상기 유지위치 및 상기 유지자세에 영향을 받아 변동하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 로봇제어장치는, 적절히 기판을 반송하는 것이 가능해진다.
상기 로봇암의 손목 자유도가 N이어도 좋다.
상기 유지위치 및 상기 유지자세를 규정하는 N개의 변수 전체의 값이, 각각, 상기 당김 위치 및 상기 당김 자세를 규정하는 N개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하고 있어도 좋다.
상기 재치위치는, 출납면으로부터 상기 기판을 출납시키고, 상기 재치위치에 재치된 기판의 두께방향으로 보아, 상기 엔드 이펙터가 상기 유지위치 및 상기 유지자세일 때에, 상기 엔드 이펙터의 중심 축선과, 상기 재치위치에 재치된 기판의 중심점으로부터 상기 출납면을 향해 그은 수직선이 이루는 제1 각도, 및, 상기 두께방향으로 보아, 상기 엔드 이펙터가 상기 당김 위치 및 상기 당김 자세일 때에, 상기 엔드 이펙터의 중심 축선과, 상기 수직선이 이루는 제2 각도 중 적어도 어느 것을 미리 교시에 의해 기억하고 있어도 좋다.
상기 제1 및 상기 제2 각도를 미리 교시에 의해 기억하고 있으며, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 상기 로봇의 동작을, 보간에 의해 도출한 값에 기초하여 제어해도 좋다.
상기 제1 각도와 상기 제2 각도가 동일한 크기이고, 상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 상기 로봇의 동작을, 상기 제1 각도를 유지하면서 제어해도 좋다.
본 발명에 따른 로봇은, 상기 어느 것의 구성을 가지는 로봇제어장치와, 상기 로봇암과, 상기 엔드 이펙터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 상기 어느 것의 구성을 가지는 로봇제어장치를 구비하므로, 적절히 기판을 반송하는 것이 가능해진다.
상기 로봇은, 수평 다관절형 로봇으로서 구성되어도 좋다.
본 발명에 따른 로봇시스템은, 상기 어느 것의 구성을 가지는 로봇과, 상기 재치위치를 가지는 재치장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 상기 어느 것의 구성을 가지는 로봇을 구비하므로, 적절히 기판을 반송하는 것이 가능해진다.
상기 재치장치는, 상기 재치위치의 주연 중 적어도 일부를 위요하는 위요부와, 상기 위요부에 설치되는 개구면을 가지고, 상기 개구면을 개폐 가능한 밀폐용기로서 구성되어도 좋다.
10: 로봇시스템
20: 로봇
22: 기대
30: 로봇암
32: 제1 링크
34: 제2 링크
35: 엔드 이펙터
36: 손목부
37: 베이스체
38: 기단부분
39: 선단부분
40: 로봇제어장치
42: 기억부
44: 처리부
50: 밀폐용기
52: 재치위치
54: 위요부재
56: 개구면
60: 처리장치
L: 엔드 이펙터의 중심 축선
P: 기판의 중심점으로부터 개구면을 향해 그은 수직선
S: 기판
C: 중심점
JT: 관절축
θ: 각도
AR: 화살표

Claims (10)

  1. 기판을 유지하여 반송하는 로봇의 동작을 제어하기 위한 로봇제어장치로서,
    상기 로봇은, 적어도 하나의 관절축을 가지는 로봇암과, 상기 로봇암의 선단에 설치되고, 상기 기판을 유지하기 위한 엔드 이펙터를 구비하고, 상기 기판을 재치하기 위한 재치위치에 인접하여 배치되고,
    상기 엔드 이펙터의 위치 및 자세는, N개(N은 자연수)의 변수의 값에 의해 규정되고,
    상기 재치위치에 재치된 기판을 상기 엔드 이펙터로 유지하기 위한 상기 엔드 이펙터의 유지위치 및 유지자세를 규정하는 N개의 변수 중 적어도 1개의 변수의 값은, 상기 유지위치 및 상기 유지자세의 상기 엔드 이펙터를 상기 재치위치로부터 물러나게 한 후의 상기 엔드 이펙터의 당김 위치 및 당김 자세를 규정하는 N개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하는 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로봇암의 손목 자유도가 N인 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유지위치 및 상기 유지자세를 규정하는 N개의 변수 전체의 값이, 각각, 상기 당김 위치 및 상기 당김 자세를 규정하는 N개의 변수 중 대응하는 변수의 값과 독립하는 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재치위치는, 출납면으로부터 상기 기판을 출납시키고,
    상기 재치위치에 재치된 기판의 두께방향으로 보아서 상기 엔드 이펙터가 상기 유지위치 및 상기 유지자세일 때에, 상기 엔드 이펙터의 중심 축선과, 상기 재치위치에 재치된 기판의 중심점으로부터 상기 출납면을 향해 그은 수직선이 이루는 제1 각도, 및 상기 두께방향으로 보아서 상기 엔드 이펙터가 상기 당김 위치 및 상기 당김 자세일 때에, 상기 엔드 이펙터의 중심 축선과, 상기 수직선이 이루는 제2 각도 중 적어도 어느 것을 미리 교시에 의해 기억하고 있는 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 각도를 미리 교시에 의해 기억하고 있으며,
    상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 상기 로봇의 동작을, 보간에 의해 도출한 값에 기초하여 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 각도와 상기 제2 각도가 동일한 크기이고,
    상기 제1 교시점과 상기 제2 교시점의 사이에서의 상기 로봇의 동작을, 상기 제1 각도를 유지하면서 제어하는 것을 특징으로 하는 로봇제어장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 로봇제어장치와, 상기 로봇암과, 상기 엔드 이펙터를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로봇은, 수평 다관절형 로봇으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇
  9. 제7항 또는 제8항에 기재된 로봇과, 상기 재치위치를 가지는 재치장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 재치장치는, 상기 재치위치의 주연 중 적어도 일부를 위요하는 위요부와, 상기 위요부에 설치되는 개구면을 가지고, 상기 개구면을 개폐 가능한 밀폐용기로서 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇시스템.
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