KR20240095478A - 다수의 엔드-이펙터로써 재료를 핸들링하는 장치 - Google Patents

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KR20240095478A
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마틴 호섹
스캇 윌카스
제이콥 립콘
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퍼시몬 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

모터들과 상기 모터들에 연결된 동축 구동 샤프트들을 가진 로봇 구동장치(robot drive); 및 상기 로봇 구동장치에 연결된 로봇 아암;을 포함하는 장치. 상기 로봇 아암은, 두 개의 상부 아암들, 상기 상부 아암들 중 제1 상부 아암에 연결된 제1 세트의 포어아암들(forearms), 상기 상부 아암들 중 제2 상부 아암에 연결된 제2 세트의 포어아암들 및 상기 포어아암들 중 각개의 포어아암에 연결된 엔드 이펙터들(end effectors)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 상부 아암들은 상기 동축 구동 샤프트들 중 각개의 제1 및 제2 동축 구동 샤프트들에 연결된다. 상기 제1 세트의 포어아암들은 상기 제1 상부 아암에 장착되고 각개의 제1 및 제2 구동 벨트 조립체들에 의해 상기 동축 구동 샤프트들 중 제3 동축 구동 샤프트에 연결된다. 상기 제2 세트의 포어아암들은 상기 제2 상부 아암에 장착되고 각개의 제3 및 제4 구동 벨트 조립체들에 의해 상기 동축 구동 샤프트들 중 제4 동축 구동 샤프트에 연결된다.

Description

다수의 엔드-이펙터로써 재료를 핸들링하는 장치 {Apparatus for Handling Material with Multiple End-Effectors}
예시적이고 비제한적인 실시예들은 일반적으로 재료 핸들링 로봇에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 다수의 엔드-이펙터들(end-effectors)을 가진 재료-핸들링 로봇(material-handling robot)에 관한 것이다.
예를 들어 반도체 웨이퍼 처리 시스템을 위한 재료-핸들링 로봇이 알려져 있다. 몇몇 예들이 아래의 미국 특허 및 특허 공개(이들은 그 전체가 참조로서 여기에 통합된다)에서 발견될 수 있다: 비원형 풀리들이 어떻게 산출될 수 있는지를 개시하고 있는 미국 특허 번호 9,149,936호; 미국 특허 공개번호 US 2016/0167229 A1; 및 미국 특허 공개번호 US 2017/0028546 A1.
아래의 개요는 단지 예시적인 것이다. 개요는 청구항들의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
하나의 양태에 따르면, 모터들과, 상기 모터들에 연결된 동축 구동 샤프트들을 포함하는 로봇 구동장치(robot drive); 및 상기 로봇 구동장치에 연결된 로봇 아암;을 포함하는 장치가 제공되며, 상기 로봇 아암은, 두 개의 상부 아암들, 상기 상부 아암들 중 제1 상부 아암에 연결된 제1 세트의 포어아암들(forearms), 상기 상부 아암들 중 제2 상부 아암에 연결된 제2 세트의 포어아암들 및 상기 포어아암들 중 각개의 포어아암에 연결된 엔드 이펙터들(end effectors)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 상부 아암들은 상기 동축 구동 샤프트들 중 각개의 제1 및 제2 동축 구동 샤프트들에 연결되며, 상기 제1 세트의 포어아암들은 상기 제1 상부 아암에 장착되고 각개의 제1 및 제2 구동 벨트 조립체들에 의해 상기 동축 구동 샤프트들 중 제3 동축 구동 샤프트에 연결되며, 상기 제2 세트의 포어아암들은 상기 제2 상부 아암에 장착되고 각개의 제3 및 제4 구동 벨트 조립체들에 의해 상기 동축 구동 샤프트들 중 제4 동축 구동 샤프트에 연결된다.
다른 측면에 따르면, 예시적인 방법은, 제1 상부 아암을 로봇 구동장치(robot drive)의 제1 동축 구동 샤프트에 연결하는 단계; 제2 상부 아암을 상기 로봇 구동장치의 제2 동축 구동 샤프트에 연결하는 단계; 제1 세트의 포어아암들을 상기 제1 상부 아암에 연결하는 단계로서, 제1 구동 벨트 장치는 상기 제1 세트의 포어아암들 중 제1 포어아암을 상기 로봇 구동장치의 제3 동축 구동 샤프트에 연결하고, 제2 벨트 구동 장치는 상기 제1 세트의 포어아암들 중 제2 포어아암을 상기 로봇 구동장치의 제3 동축 구동 샤프트에 연결하는, 단계; 제2 세트의 포어아암들을 상기 제2 상부 아암에 연결하는 단계로서, 제3 구동 벨트 장치는 상기 제2 세트의 포어아암들 중 제1 포어아암을 상기 로봇 구동장치의 제4 동축 구동 샤프트에 연결하고, 제4 벨트 구동 장치는 상기 제2 세트의 포어아암들 중 제2 포어아암을 상기 로봇 구동장치의 제4 동축 구동 샤프트에 연결하는, 단계; 및 각개의 엔드 이펙터들을 상기 포어아암들에 연결하는 단계;를 포함한다.
다른 측면에 따르면, 예시적인 방법은, 로봇 아암의 제1 상부 아암을 제1 축 둘레로 회전시키기 위해 로봇 구동장치의 제1 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제1 방향으로 회전시키는 단계; 상기 제1 동축 구동 샤프트가 회전되는 동안, 제1 구동 벨트 장치와 제2 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 제1 상부 아암 상의 제1 및 제2 포어아암들을 회전시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 제2 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 회전시키는 단계; 로봇 아암의 제2 상부 아암을 상기 제1 축 둘레로 회전시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 제3 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제2 방향으로 회전시키는 단계; 및 제3 구동 벨트 장치와 제3 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 제2 상부 아암 상의 제3 및 제4 포어아암들을 회전시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 제4 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 회전시키는 단계;를 포함한다.
다른 측면에 따르면, 예시적인 방법은, 로봇 아암의 적어도 하나의 상부 아암을 제1 축 둘레로 회전시키기 위해 로봇 구동장치의 제1 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제1 방향으로 회전시키는 단계; 상기 제1 동축 구동 샤프트가 회전되는 동안, 적어도 제1 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 적어도 하나의 상부 아암 상의 제1 포어아암을 회전시키고 상기 제1 포어아암 상의 제1 엔드 이펙터를 후퇴 위치(retracted position)로부터 연장 위치를 향해 연장시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 제2 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 회전시키는 단계; 및 상기 제1 엔드 이펙터가 후퇴 위치로부터 연장 위치를 향해 이동되는 동안, 적어도 제2 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 적어도 하나의 상부 아암 상의 제2 포어아암을 회전시키고 상기 제2 포어아암 상의 제2 엔드 이펙터를 후퇴 위치에 유지하기 위해 상기 로봇 구동장치의 제3 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제2 방향으로 회전시키는 단계;를 포함한다.
다른 측면에 따르면, 예시적인 방법은, 로봇 아암의 엔드 이펙터 상에 있는 기준점(reference point)의 시작 위치로부터 기준점의 끝 위치까지의 기준점의 원하는 경로에 근거하여, 상기 시작 위치에 대응되고 상기 끝 위치에 대응되는 끼인각을 결정하는 단계로서, 상기 로봇 아암은 상기 로봇 아암을 이동시키기 위한 모터들을 가진 로봇 구동장치에 연결된, 단계; 상기 끼인각들에 적어도 부분적으로 근거하여 상기 엔드 이펙터 상의 기준점의 반경 방향 좌표들로 궤적을 계산하는 단계; 계산된 반경 방향 좌표들에 근거하여, 상기 엔드 이펙터 상의 기준점이 상기 시작 지점과 끝 지점 사이의 원하는 경로를 따라가도록 상기 엔드 이펙터 상의 기준점의 대응되는 각도 좌표들을 계산하는 단계; 역 운동학(inverse kinematics)의 수정된 공식을 사용하여, 궤적의 끼인각과 상기 엔드 이펙터의 대응되는 각속도 및 가속도로 보충된 상기 엔드 이펙터 상의 기준점의 반경 방향 및 각도 좌표들을 상기 로봇 아암을 위한 운동 설정값들(motion setpoints)을 형성하기 위해 원하는 조인트 위치들, 속도들 및 가속도들로 변환하는 단계; 및 상기 운동 설정값들에 근거하여 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 모터들을 제어하는 단계;를 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 예시적인 방법은, 제어기에 의해 로봇 아암의 엔드 이펙터 상의 기준점의 시작 위치와 끝 위치 사이의 기준점(reference point)의 경로를 결정하는 단계로서, 상기 로봇 아암은 로봇 아암을 이동시키기 위한 모터들을 가진 로봇 구동장치에 연결되고, 상기 제어기는 적어도 하나의 프로세서와, 컴퓨터 코드를 가진 적어도 하나의 비-일시적 메모리를 포함하는, 단계; 상기 제어기가 다수의 상이한 이동 제어 모드들로부터 이동 제어 모드를 선택하는 단계로서, 상기 상이한 이동 제어 모드들은; 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점을 가로지르는 것으로 판단하고, 상기 경로로 상기 로봇 아암의 이동을 실행하지 않는 모드, 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 외측을 통과하는 것으로 판단하고, 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 직교 좌표 궤적 생성 방법을 사용하는 모드, 및 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 내부를 통과하는 것으로 판단하고, 상기 시작 위치에 대응되며 상기 끝 위치에 대응되는 끼인각을 결정하며, 상기 시작 위치와 끝 위치를 조인트 좌표들로 계산하고, 상기 끼인각에 적어도 부분적으로 근거하여 상기 시작 위치로부터 끝 위치까지의 궤적을 반경 방향 좌표들로 계산하며, 상기 기준점이 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 직교 좌표 공간 내의 경로를 따라가도록 상기 기준점의 대응되는 각도 좌표를 계산하는 모드를 포함하는, 단계; 및 상기 제어기가 선택된 제어 모드에 근거하여 상기 로봇 아암의 모터들의 운동을 제어하는 단계;를 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 예시적인 실시예는 장치로 제공되며, 상기 장치는, 적어도 하나의 프로세서와, 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 비-일시적 메모리(non-transitory memory)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 메모리와 컴퓨터 프로그램 코드는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 장치가: 상기 적어도 하나의 프로세서와 컴퓨터 프로그램 코드에 의해 궤적을 가진 기준점의 시작 지점과 기준점의 끝 지점 사이의 로봇 아암의 엔드 이펙터 상의 기준점의 경로를 결정하도록 하며, 여기서 상기 로봇 아암은 상기 로봇 아암을 이동시키기 위한 모터들을 가진 로봇 구동장치에 연결되고; 그리고 상기 적어도 하나의 프로세서와 컴퓨터 프로그램 코드에 의해 다수의 상이한 이동 제어 모드들 중 이동 제어 모드를 선택하도록 하며, 여기서 다수의 상이한 이동 제어 모드들은: 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점을 가로지르는 것으로 판단하고, 상기 경로로 상기 로봇 아암의 이동을 실행하지 않는 모드, 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 외측을 통과하는 것으로 판단하고, 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 직교 좌표 궤적 생성 방법을 사용하는 모드, 및 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 내부를 통과하는 것으로 판단하고, 상기 시작 위치에 대응되며 상기 끝 위치에 대응되는 끼인각을 결정하며, 상기 시작 위치와 끝 위치를 조인트 좌표들로 계산하고, 상기 끼인각에 적어도 부분적으로 근거하여 상기 시작 위치로부터 끝 위치까지의 궤적을 반경 방향 좌표들로 계산하며, 상기 기준점이 상기 이동의 시작 위치와 끝 위치 사이의 직교 좌표 공간 내의 경로를 따라가도록 상기 기준점의 대응되는 각도 좌표를 계산하는 모드를 포함한다.
전술한 측면들과 다른 특징들은 첨부된 도면들과 관련하여 아래의 설명에서 설명된다.
도 1a-1f는 여기서 기술되는 특징들을 포함하는 기판 처리 장치에서 기판의 이동의 예들을 보여주며,
도 2a는 도 1a-1f에 도시된 기판 처리 장치 내의 로봇의 평면도이며,
도 2b는 도 2a에 도시된 로봇의 측면도이며,
도 2c-2d는 도 2a-2b에 도시된 로봇의 일부 구성요소들을 도시한 개략도들이며,
도 3a-3k는 여기서 기술되는 특징들을 포함하는 기판 처리 장치에서 기판의 이동의 예들을 보여주며,
도 4a는 도 3a-3g에 도시된 기판 처리 장치 내의 로봇의 평면도이며,
도 4b는 도 4a에 도시된 로봇의 측면도이며,
도 4c-4d는 도 4a-4b에 도시된 로봇의 일부 구성요소들을 도시한 개략도들이며,
도 5a-5h는 여기서 기술되는 특징들을 포함하는 기판 처리 장치에서 기판의 이동의 예들을 보여주며,
도 6a는 도 5a-5h에 도시된 기판 처리 장치 내의 로봇의 평면도이며,
도 6b는 도 6a에 도시된 로봇의 측면도이며,
도 6c-6d는 도 6a-6b에 도시된 로봇의 일부 구성요소들을 도시한 개략도들이며,
도 7a-7h와 도 8a-8g는 여기서 기술되는 특징들을 포함하는 기판 처리 장치에서 기판의 이동의 예들을 보여주며,
도 9a-9b는 로봇 아암의 링크들 사이의 길이와 각도를 위한 예시적인 명명법들을 보여주며,
도 10a-10b는 벨트 장치들의 예들을 보여주며,
도 11a-11c는 엔드 이펙터 A의 초기 위치로부터 최종 위치까지의 직선 경로의 이동을 보여주며,
도 11d-11f는 도 11a-11c에 도시된 이동에 대한 시간에 걸친 조인트 궤적(가속도, 속도 및 위치)을 보여주며,
도 12a-12b는 엔드 이펙터들 중 하나를 연장시키기 위해 각각 상이한 전달비들로 이동하는 로봇 아암의 예로서 엔드 이펙터들의 서로에 대한 이동의 몇몇 예들을 도시하며,
도 13a-13b는 다른 예시적인 실시예의 로봇의 도 6c-6d와 유사한 개략도들이며,
도 14a-14b는 다른 예시적인 실시예의 로봇의 도 6c-6d와 유사한 개략도들이며,
도 15a-15b는 다른 예시적인 실시예의 로봇의 도 6c-6d와 유사한 개략도들이며,
도 16a-16b는 다른 예시적인 실시예의 로봇의 도 6c-6d와 유사한 개략도들이며,
도 17a-17b는 다른 예시적인 실시예의 로봇의 도 6c-6d와 유사한 개략도이며,
도 18a-18t는 도 17a-17b에 도시된 로봇을 포함하는 기판 처리 장치에서 기판 이동의 예들을 보여주며,
도 19a와 19b는 통과 지지체를 가진 로봇의 예들을 도시한 측면도들이다.
도 1a-1f는 예시적인 실시예의 특징들을 통합한 반도체 웨이퍼 처리 시스템(10)의 개략도이다. 상기 특징들은 도면들에 도시된 예시적인 실시예들에 관하여 설명될 것이지만, 이 특징들은 많은 대체 가능한 형태의 실시예들 내에 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 추가로, 임의의 적합한 크기, 형상 또는 유형의 요소들 또는 재료들이 사용될 수 있다.
여기서 설명되는 특징들은 반도체 웨이퍼 처리 시스템 내에 적용하기에 적합한 다수의 엔드-이펙터들(end-effectors)을 가진 재료-핸들링 로봇(material-handling robot)에서 사용될 수 있다.
예시적인 반도체 웨이퍼 처리 시스템(10)은, 예를 들어, 하나 이상의 반경 방향 스테이션들(radial station)(12)과 하나 이상의 오프셋 스테이션들(offset station)(14)을 포함할 수 있다. 로봇(100)은 상기 스테이션들(12, 14) 사이에서 또는 환경 챔버(environment chamber)(13)에 연결된 다른 모듈들/스테이션들(미도시) 사이에서 하나 이상의 기판들(S)을 이동시키기 위해 제공될 수 있다. 상기 환경 챔버(13)는, 예를 들어 진공 환경을 제공할 수 있으며, 상기 챔버(13)의 바닥 벽을 통해 상기 챔버(13)에 의해 적어도 부분적으로 한정된 환경 내부로 연장된 로봇(100)을 가진다. 상기 로봇(100)과 스테이션들(12, 14)은 적어도 하나의 제어기(15)에 연결되며, 상기 제어기(15)는 적어도 하나의 프로세서(17)와, 상기 시스템(10)의 작동을 제어하기 위한 소프트웨어(21)를 포함하는 적어도 하나의 메모리(19)를 포함한다. 상기 시스템(10)은, 예를 들어, 아래의 웨이퍼 핸들링 작동들을 제공할 수 있다.
(a) 도 1a에 도식적으로 도시된 바와 같이, 단일의 반경 방향 스테이션(12)으로부터/에 단일 웨이퍼 또는 기판(S)의 픽킹/배치(pick/place)(16);
(b) 도 1b에 도식적으로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 적층된 반경 방향 스테이션들(12)로부터/에 한 쌍의 웨이퍼들 또는 기판들(S)의 동시 픽킹/배치(18);
(c) 도 1c에 도식적으로 도시된 바와 같이, 단일의 오프셋 스테이션(14)으로부터/에 단일 웨이퍼 또는 기판(S)의 픽킹/배치(20);
(d) 도 1d에 도식적으로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 적층된 오프셋 스테이션들(14)로부터/에 한 쌍의 웨이퍼들의 동시 픽킹/배치(22);
(e) 도 1e에 도식적으로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 나란한 오프셋 스테이션들(14)로부터/에 한 쌍의 웨이퍼들 또는 기판들(S)의 동시 픽킹/배치(40);
(f) 도 1f에 도식적으로 도시된 바와 같이, 한 쌍의 웨이퍼들 또는 기판들(S)을 한 쌍의 나란한 오프셋 스테이션들(14)에 배치할 때 배치 위치들의 독립적인 조정(26);
(g) 다른 웨이퍼를 위해 단일의 반경 방향 스테이션(12)에서 웨이퍼 또는 기판(S)의 신속한 교체(단일의 반경 방향 스테이션에서의 신속한 교체 작동);
(h) 다른 한 쌍의 웨이퍼들을 위해 한 쌍의 적층된 반경 방향 스테이션들(12)에서 한 쌍의 웨이퍼들 또는 기판들(S)의 신속한 교체(한 쌍의 적층된 반경 방향 스테이션들에서의 신속한 교체 작동);
(i) 다른 웨이퍼를 위해 단일의 오프셋 스테이션(14)에서 웨이퍼 또는 기판(S)의 신속한 교체(단일의 오프셋 스테이션에서의 신속한 교체 작동);
(j) 다른 한 쌍의 웨이퍼들을 위해 한 쌍의 나란한 오프셋 스테이션들(14)에서 한 쌍의 웨이퍼들 또는 기판들(S)의 신속한 교체(한 쌍의 나란한 오프셋 스테이션들에서의 신속한 교체 작동).
본 발명에 따른 다수의 엔드-이펙터들을 가진 로봇의 다양한 실시예들은 상기한 요구들의 다양한 조합들을 다루도록 의도되었다. 이 문서 전체에 걸쳐 사용되는 명명법은 아래의 테이블 1에 요약된다. 또한, 도 9a-9b에는 주요 파라미터들이 도시되어 있다.
테이블 1; 명명법
l1 - 샤프트 T1에 의해 구동되는 (좌측) 상부 아암의 조인트에서 조인트까지의 길이(m)
l3 - 샤프트 T3에 의해 구동되는 우측 상부 아암의 조인트에서 조인트까지의 길이(m)
li - 엘보우 조인트로부터 웨이퍼 중심까지 측정된, 엔드-이펙터 i를 가진 포어아암(forearm)의 길이(m), i = A, B, C, D
ni - 엔드-이펙터 i와 연관된 전달비, i = A, B, C, D
t - 시간(s)
xi - 엔드-이펙터 i의 x-좌표(m), i = A, B, C, D
yi - 엔드-이펙터 i의 y-좌표(m), i = A, B, C, D
Δθ1(t) - 샤프트 T1에 의해 구동되는 좌측 상부 아암의 방향 변화(도)
Δθ2(t) - 샤프트 T2에 의해 구동되는 풀리(들)의 방향 변화(도)
Δθ3(t) - 샤프트 T3에 의해 구동되는 우측 상부 아암의 방향 변화(도)
Δθ4(t) - 샤프트 T4에 의해 구동되는 풀리(들)의 방향 변화(도)
Δθi(t) - 엔드-이펙터 i의 방향 변화(도), i = A, B, C, D
Δθi1(t) - 샤프트 T1에 의해 구동되는 좌측 상부 아암에 대한 엔드-이펙터 i의 상대적인 방향(도), i = A, B
Δθi3(t) - 샤프트 T3에 의해 구동되는 우측 상부 아암에 대한 엔드-이펙터 i의 상대적인 방향(도), i = C, D
θ1(t) - 샤프트 T1에 의해 구동되는 좌측 상부 아암의 방향(도)
θ1O - 샤프트 T1에 의해 구동되는 좌측 상부 아암의 초기 방향(도)
θ1ext - 좌측 링크 장치(linkage)가 연장된 때 샤프트 T1에 의해 구동되는 좌측 상부 아암의 방향(도)
θ1ret - 좌측 링크 장치가 후퇴한 때 샤프트 T1에 의해 구동되는 좌측 상부 아암의 방향(도)
θ2(t) - 샤프트 T2에 의해 구동되는 풀리의 방향(도)
θ20 - 샤프트 T2에 의해 구동되는 풀리의 초기 방향(도)
θ2exti - 엔드-이펙터 j가 연장된 때 샤프트 T2에 의해 구동되는 풀리의 방향(도), i = A, B
θ2ret - 좌측 링크 장치가 후퇴한 때 샤프트 T2에 의해 구동되는 풀리의 방향(도)
θ3(t) - 샤프트 T3에 의해 구동되는 우측 상부 아암의 방향(도)
θ30 - 샤프트 T3에 의해 구동되는 우측 상부 아암의 초기 방향(도)
θ3ext - 우측 링크 장치가 연장된 때 샤프트 T3에 의해 구동되는 우측 상부 아암의 방향(도)
θ3ret - 우측 링크 장치가 후퇴한 때 샤프트 T3에 의해 구동되는 우측 상부 아암의 방향(도)
θ4(t) - 샤프트 T4에 의해 구동되는 풀리의 방향(도)
θ40 - 샤프트 T4에 의해 구동되는 풀리의 초기 방향(도)
θ4exti - 엔드-이펙터 j가 연장된 때 샤프트 T4에 의해 구동되는 풀리의 방향(도), i = C, D
θ4ret - 좌측 링크 장치가 후퇴한 때 샤프트 T4에 의해 구동되는 풀리의 방향(도)
θi(t) - 엔드-이펙터 i의 방향(도), i = A, B, C, D
θi0 - 엔드-이펙터 i의 초기 방향(도), i = A, B, C, D
θiextj - 엔드-이펙터 j가 연장된 때 엔드-이펙터 i의 방향(도), i= A, B, j = A, B 또는 i = C, D, j = C, D
θiret - 대응되는 링크 장치가 후퇴한 때 엔드-이펙터 i의 방향(도)
도 2a-2c를 참조하면, 하나의 예시적인 실시예에서, 상기 로봇(100)은 두 개의 엔드-이펙터들(102, 104)을 포함할 수 있다. 도면들에서, 도 2a는 로봇(100)의 평면도를 보여주고 도 2b는 로봇(100)의 측면도를 묘사한다. 이 예에서, 상기 로봇(100)은 로봇 구동 유닛(106)과 로봇 아암(108)을 포함한다. 상기 엔드 이펙터들(102, 104)은 기판들(S) 중 하나를 지지하기 위한 각개의 영역들(A, B)을 포함한다. 이 설명과 도면들의 다양한 장소에서 상기 엔드 이펙터들은 예를 들어 기판들을 지지하기 위한 영역들에 대응하여 때때로 문자들 A, B 또는 C-D로 언급된다.
상기 로봇(100)의 예시적인 내부 구조는 도 2c-2d에 도식적으로 묘사된다. 상기 로봇 아암(108)은, 이 예에서, 상부 아암(110), 이 예에서 상부 엔드-이펙터를 형성하는 엔드 이펙터(102)에 연결된 상부 포어아암(forearm)(111a), 및 이 예에서 하부 엔드-이펙터를 형성하는 엔드 이펙터(104)에 연결된 하부 포어아암(111b)을 포함한다. 상기 로봇 아암(108)은 로봇 구동 유닛(106)에 의해 구동될 수 있다. 이 예에서, 상기 로봇 구동 유닛(106)은, 세 개의 동축 샤프트들, 예컨대 외부 T1 샤프트(114), T2 샤프트(116) 및 내부 T3 샤프트(118)를 가진 3축 스핀들(112)을 포함한다.
상기 로봇 아암(108)의 상부 아암(110)은 T1 샤프트(114)에 직접 부착될 수 있다. 상부 포어아암(111a)은 회전 조인트(120)(엘보우 조인트)를 통해 상부 아암(110)에 결합될 수 있으며, 벨트 장치(126)를 사용하여 T2 샤프트(116)에 의해 작동될 수 있다. 상기 벨트 장치는, T2 샤프트(116)에 부착될 수 있는 어깨 풀리(122), 상부 포어아암(111a)에 부착될 수 있는 엘보우 풀리(124), 및 상기 두 개의 풀리들(122, 124) 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블(126a)을 포함할 수 있다. 상기 벨트 장치는 일정한 또는 가변적인 전달비(transmission ratio)를 특징으로 할 수 있다. 예로서, 가변적인 전달비는 비원형 풀리들을 사용하여 실현될 수 있다.
유사하게, 상기 하부 포어아암(111b)은 회전 조인트(엘보우 조인트)(128)를 통해 상부 아암(110)에 결합될 수 있으며, 그 방향은 다른 밴드, 벨트 또는 케이블 장치(130)를 사용하여 T3 샤프트(118)에 의해 제어될 수 있다. 상기 벨트 장치는, T3 샤프트에 부착될 수 있는 어깨 풀리 B(132), 포어아암 B에 부착될 수 있는 엘보우 풀리 B(134), 및 상기 두 개의 풀리들(132, 134) 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블(130b)을 포함할 수 있다. 상기 벨트 장치는 일정한 또는 가변적인 전달비(transmission ratio)를 특징으로 할 수 있으며, 가변적인 전달비는 예를 들어 비원형 풀리들을 사용하여 실현된다.
상기 로봇 구동 유닛(106)의 T1, T2 및 T3 샤프트들은, 도 3a-3g에 도식적으로 도시된 바와 같이, 상부 엔드-이펙터(102)와 하부 엔드-이펙터(104)가 개별적으로 또는 동시에 다양한 오프셋 및 반경 방향 스테이션들(12, 14)에 접근할 수 있도록 회전될 수 있다. 예시적인 단계적인 동작들은 도 3h-3k에 도시된다. 도 3h에서, 상기 아암(108)은 엔드 이펙터(102)(A)를, 예컨대 스테이션의 앞의 부분적으로 펴진 후퇴 위치로부터, 예컨대 도 3d에 도시된 스테이션(14a) 내의 연장된 위치로 이동시킨다. 다른 엔드-이펙터(104)(B), 즉 이동을 수행하지 않는 엔드-이펙터는 상부 아암(110)의 위에 접힌 상태로 편안하게 유지될 수 있으며, 이에 따라 그 움직임을 바람직하게 제한한다. 도 3i에서, 상기 아암(108)은 엔드 이펙터(102)(A)를, 예컨대 스테이션의 앞의 부분적으로 펴진 후퇴 위치로부터, 예컨대 도 3e에 도시된 스테이션(14b) 내의 연장된 위치로 이동시킨다. 다른 엔드-이펙터(104)(B), 즉 이동을 수행하지 않는 엔드-이펙터는 상부 아암(110)의 위에 접힌 상태로 편안하게 유지될 수 있으며, 이에 따라 그 움직임을 바람직하게 제한한다. 도 3j에서, 상기 아암(108)은 엔드 이펙터(104)(B)를, 예컨대 스테이션의 앞의 부분적으로 펴진 후퇴 위치로부터, 예컨대 도 3f에 도시된 스테이션(14a) 내의 연장된 위치로 이동시킨다. 다른 엔드-이펙터(102)(A), 즉 이동을 수행하지 않는 엔드-이펙터는 상부 아암(110)의 위에 접힌 상태로 편안하게 유지될 수 있으며, 이에 따라 그 움직임을 바람직하게 제한한다. 도 3g에서, 상기 아암(108)은 엔드 이펙터(104)(B)를, 예컨대 스테이션의 앞의 부분적으로 펴진 후퇴 위치로부터, 예컨대 도 3g에 도시된 스테이션(14b) 내의 연장된 위치로 이동시킨다. 다른 엔드-이펙터(102)(A), 즉 이동을 수행하지 않는 엔드-이펙터는 상부 아암(110)의 위에 접힌 상태로 편안하게 유지될 수 있으며, 이에 따라 그 움직임을 바람직하게 제한한다.
완전히 후퇴한 때, 상기 상부 포어아암(111a)과 하부 포어아암(111b)은, 도 3a에 도시된 바와 같이 상부 아암(110)의 각도로부터 180도로 지향된다. 이러한 "접힌(folded)" 자세에서, 회전 직경이 최소화되며, 이는 상이한 스테이션들 사이에서의 회전 운동에서 이상적이다. 이러한 접힌 위치에서 로봇 중심에 대한 웨이퍼 중심의 반경은 원형의 영역을 형성하며, 원형 영역의 내부에는 페이로드(payload)의 중심을 배치하는 것이 불가능하다. 페이로드 위치들의 원형의 장소는 운동학적 특이점을 나타내며 - 이 영역 부근에서의 역 운동학 계산(inverse kinematics calculation)은 좋지 않다(역 운동학의 예시적인 상세를 위한 방정식 (22) 내지 (29)를 참조). 종래 기술의 궤적 생성은, 정규화된 경로 변수(normalized path variable)에서 일차원 궤적 프로파일을 산출하고, 이를 시작 위치와 끝 위치를 연결하는 선분(line segment)에 적용하며, 경로 변수를 직교 좌표 공간에 기초한 선분 내부의 중간 지점들에 맵핑한다. 페이로드를 이 특이점(singularity)으로부터 멀어지도록(연장 이동) 또는 이 특이점으로 돌아오도록(후퇴 이동) 하는 계획된 경로들에 이 기술을 적용하는 것은 일반적으로 너무 높고 로봇에 의해 실제로 달성할 수 없는 지시 각속도와 가속도를 생성할 것이다.
본 실시예에서 이 기술적 도전을 다루기 위해, 조인트 공간 궤적 생성 알고리즘(joint space trajectory generation algorithm)이 포함될 수 있다. 지시된 이동을 위한 시작 및 끝 위치들이 주어지면, 조인트 공간 궤적 생성 알고리즘은 아래의 프로토콜을 실행할 수 있다.
● 끝 위치들 사이의 직선 경로가 특이점과 교차하지 않는지를 확인한다. 교차가 예측될 경우, 그 이동을 실행하지 않는다. 예로서, 상기 확인은 아래의 방법을 사용할 수 있다.
a. 상기 이동은 시작 지점(P1)을 끝 지점(P2)에 연결하는 직선의 선분(straight-line segment)과 대응되는 벡터 Vp = P2-P1으로서 정의될 수 있다.
b. 상기 특이점은, 로봇 중심(Pc)에 있는 지점을 가로지르며 엔드-이펙터 A를 위해 반경 rc=lA-l1 를 가지거나 또는 엔드-이펙터 B를 위해 반경 rc=lB-l1 를 가지는, 벡터 Vc를 따른 축(명목상 "Z" 축으로서 정의됨)을 가진 무한 원통(infinite cylinder)으로서 정의될 수 있다.
c. 추가적인 벡터 Va = P1-Pc를 정의한다.
d. 계수들에 의해 정의된 2차 방정식을 푼다:
e. 범위 [0, 1] 내에 임의의 실근(real root)이 있는 경우, 선분은 아래의 지점에서 상기 원통을 가로지른다.
● 끝 지점들 사이의 직선 경로가 상기 특이점으로부터 거리를 둔 몇몇 임계점(threshold) 내부를 통과하는지를 확인한다. 이동이 임의의 지점에서 상기 특이점 가까이에 접근하지 않는 경우에, 표준 직교 좌표 궤적 생성 방법을 채용한다. 예로서, 상기 확인은 아래의 방법을 사용할 수 있다.
a. 상기 원통의 축에 가장 가까운 선상의 지점을 찾는다.
b. 찾은 지점이 P1과 P2 사이의 선분 내에 있는지를 확인하고, 필요할 경우 찾은 지점을 선분의 끝 지점들 중 하나와 교체한다.
c. 원통의 표면으로부터 선분 상의 가장 가까운 지점(nearest point)까지의 거리(distance)를 산출한다.
d. 최소 거리가 미리 결정된 값보다 작을 경우에, 조인트 공간 궤적 생성 알고리즘이 사용될 수 있다.
● 계획된 경로가 상기 특이점에 가까울 경우에, 조인트 좌표의 면에서 이동의 시작 및 끝 위치들을 산출하며, 예를 들어, 엔드-이펙터(A)가 명령받은 경우에는 끼인각 θA1(t) 또는 θ1(t)-θ2(t)의 차이가 사용될 수 있고, 엔드-이펙터(B)가 명령받은 경우에는 θB1(t) 또는 θ1(t)-θ3(t)가 사용될 수 있다.
● 정규화된 경로 변수에서 일차원 궤적 프로파일(one dimensional trajectory profile)을 산출하고, 이를 시작 지점으로부터 끝 지점까지의 끼인각으로 표현된 원하는 경로에 적용한다. 궤적을 생성하는데 사용되는 운동 제한(motion constraints)은 조인트 속도와 가속도에 관한 제한으로 표현될 수 있다.
● 조인트 공간 궤적은 직교 좌표로 표현된 임의의 운동 제한들(예컨대, 페이로드의 최대 선속도와 가속도)을 위반하는지를 판단하기 위해 선택된 지점들의 그리드(selected grid of points)에서 평가될 수 있다. 이 시험은 오직 직접(순방향) 운동학 공식만 채용하며, 그래서 특이점의 근접에 상관없이 이루어진다. 예를 들어 직접 운동학 공식을 위한 방정식 (12) 내지 (16)을 참조하라. 직교 좌표 운동 제한이 위반된 경우에, 모든 제한들에 충분히 맞도록 운동을 늦추기 위해 시간 스케일 팩터(time scale factor)를 산출한다. 예로서, 아래 사항들이 단계 (5)에서 사용될 수 있다.
a. 확인된 지점 각각에서, 직교 좌표 속도(velocity) 제한과 가속도(acceleration) 제한은 아래와 같다:
b. 제한들 중 어느 하나가 임의의 지점에서 위반된 경우에, 스케일 팩터(scale factor)가 산출된다:
c. 스케일 팩터는 1보다 크거나 1과 동일할 것이며 아래와 같이 궤적에 적용된다:
● 끼인각 내에서 조인트 공간 궤적이 주어지면, 반경 방향 좌표에서의 대응되는 궤적은 직접 계산될 수 있다. 임의의 값의 끼인각에 대해, 페이로드 중심의 대응되는 반경 방향 연장이 있다. 예로서, 아래의 접근이 이 단계를 위해 사용될 수 있다.
a. 예를 들어 엔드 이펙터 A에 의한 직접 운동학을 위한 방정식 (12) 내지 (16)을 고려한다. 끼인각 θA1(t)이 알려져 있는 경우에, 반경 방향 연장을 계산하기 위한 목적으로 θ1(t)=θA1(t)이고 θA(t)=0 이라는 단순화 가정을 만들 수 있다.
b. 끼인각의 부호는 링크 장치의 좌우성(handedness)(즉, 엘보우 조인트가 어깨 조인트를 페이로드 중심에 연결하는 선의 좌측 또는 우측인지 여부)을 나타낸다.
● 결정된 반경 방향 좌표로, 페이로드 중심의 경로가 이동의 시작 지점과 끝 지점 사이에서 직교 좌표 공간 내의 직선을 따르도록 페이로드 중심의 대응되는 각도 좌표를 계산한다. 예로서, 아래의 방법이 사용될 수 있다.
지점들 P1과 P2 사이의 직교 좌표 공간 내에서 직선일 수 있는 이동 경로가 주어지고, 궤적의 끼인각, 각속도 및 각가속도로부터 계산된 몇몇 반경 방향 위치, 속도 및 가속도가 주어지면, 대응되는 회전 각도, 각속도, 및 각가속도를 찾아서 페이로드 중심이 이동 경로 내에 유지되도록 한다.
● 역 운동학(inverse kinematics)의 수정된 공식을 사용하여, 바람직한 끼인각과 대응되는 각속도 및 가속도로 보충된 원통형 좌표로 표현된 바람직한 페이로드 중심을 바람직한 조인트 위치들, 속도 및 가속도로 변환한다. 이들은 로봇을 위한 모션 설정값들이 된다. 특이점 가까이의 역 운동학을 계산하는 원래의 문제점은, 궤적이 조인트 속도와 가속도를 제한하도록 형상화되고 알고리즘은 계산의 문제가 있는 부분들을 바이패스 하도록 바람직한 끼인각의 지식을 사용하기 때문에 해결된다.
다른 엔드-이펙터, 즉 이동을 수행하지 않는 엔드-이펙터는 상부 아암 위에 접힌 상태로 편안하게 유지될 수 있으며, 따라서 바람직하게는 그 운동을 제한한다.
도 11a-11c를 참조하면, 특이점에서 출발하여 직선 경로 상에서 스테이션까지 연장되는 이동의 예가 도시된다. 이 설명은 도 2a-2d에 도시된 로봇을 참조하여 이루어지지만, 여기서 설명되는 다른 로봇들 중 적어도 일부의 적어도 부분에 동등하게 적용될 수 있다.
도 11a는 초기 위치를 보여주고, 도 11b는 최종 연장된 위치를 보여주며, 도 11c는 강조된 몇몇의 중간 위치들을 가진, 초기 위치로부터 최종 위치까지의 경로를 보여준다. 이 예에서, 도 11a는 로봇 아암이 후퇴된 두 개의 엔드 이펙터들(A, B)을 가지는 시작 지점(starting point)을 보여주며, 도 11b는 로봇 아암이 이동하여 제1 엔드 이펙터(A)를 연장된 위치로 이동시킨 끝 지점을 보여주지만, 제2 엔드 이펙터(B)는 후퇴 위치에 유지된다. 도 11c는 도 11a와 11b에 도시된 위치들 사이에서 로봇 아암과 엔드 이펙터들의 이동 시에 일련의 스냅-사진들(snap-shots)을 보여준다. 이 예에서, 도 11c는 또한 제1 엔드 이펙터(A)의 후퇴 위치로부터 연장 위치까지의 이동 세그먼트들(movement segments)을 보여주며, 이동 세그먼트는 오프셋 스테이션들 중 하나로의 직선이다. 이 예에서, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상부 아암과 포어아암들의 조인트는 단순히 로봇 구동장치의 중심축 둘레의 원형의 경로를 따라가며, 제2 엔드 이펙터(그리고 제2 엔드 이펙터 상의 기판)의 페이로드 중심도 단순히 로봇 구동장치의 중심축 둘레의 원형의 경로를 따라간다. 끼인각의 면에서 계산된 궤적은, θ1(t)-θ2(t)로서 정의된 특정 예에서, 도 11d에 도시되며; 이 특정 예에서, 가속도 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이 저크(jerk)와 가속도 제한이 적용되었다. 구동 샤프트 각도의 면에서 대응되는 스케일링 된 궤적(scaled trajectory)은 도 11e에 도시되고, 직교 좌표의 면에서 대응되는 스케일링 된 궤적은 도 11f에 도시되며; 가속도 그래프는, 전체 가속도, 즉 x-성분과 y-성분의 벡터 합이 주어진 제한(쇄선)을 초과하지 않도록 스케일링이 적용되었다는 것을 보여준다. 결과적으로, 운동은 조인트 공간(즉, 끼인각 공간) 및 직교 좌표 공간 둘 다의 제약들을 준수한다.
특이점 가까이의 역 운동학을 계산하는 원래의 문제점은, 궤적이 조인트 속도와 가속도를 제한하도록 형상화되고 계산은 계산의 문제가 있는 부분들을 바이패스 하도록 바람직한 끼인각의 지식을 사용하기 때문에 해결되었다.
다수의 이동 세그먼트들은 차례로 계산되고 실행될 수 있다. 이동 세그먼트들은, 중간 지점들에서 정지(stop)를 제거함으로써 전체 이동 시간을 줄이기 위해 함께 조합될 수 있다. 일련의 이동 세그먼트들은 상술한 조인트 공간 궤적 생성 방법을 사용하여 계산된 일부 세그먼트들과 임의의 다른 방법에 의해 계산된 다른 세그먼트들을 포함할 수 있다. 이동 세그먼트들의 수, 이동 세그먼트들의 타입, 및 이동 세그먼트 타입들의 순서는 임의의 제약의 대상이 아니다.
도 2c-2d의 예시적인 내부 구성의 대체 가능한 예로서, 로봇 아암의 상부 아암은 단일-축 스핀들을 가진 로봇 구동 유닛에 의해 구동될 수 있으며, 포어아암들은 상부 아암에 부착된 한 쌍의 액추에이터들에 의해 구동될 수 있다. 특히, 하나의 액추에이터는 상부 포어아암을 구동시키도록 구성될 수 있고, 다른 액추에이터는 하부 포어아암을 구동시키도록 구성될 수 있다. 상기 액추에이터들은, 도 15a-15b의 예시적인 구성과 유사하게, 포어아암들에 직접 연결될 수 있으며, 또는 도 16a-16b의 예시적인 구성과 유사하게, 밴드, 벨트 또는 케이블 장치를 통해 포어아암들에 결합될 수 있다.
로봇의 다른 예시적인 실시예는 도 4a-4c에 도시된다. 이 예에서, 상기 로봇(200)은 두 개의 엔드-이펙터들(202, 204)을 포함한다. 도 4a는 로봇(200)의 평면도를 보여주고, 도 4b는 로봇(200)의 측면도를 묘사한다. 상기 로봇(200)은 로봇 구동 유닛(206)과 로봇 아암(208)을 포함한다. 상기 로봇 아암(208)은, 예를 들어 좌측 링크 장치(210) 및 우측 링크 장치(212)와 같은 링크 장치(linkage)를 특징으로 한다.
상기 좌측 링크 장치(210)는 좌측 상부 아암(214)과, 기판 지지 영역(A)을 가진 좌측 엔드-이펙터(202)를 갖춘 좌측 포어아암(216)으로 이루어질 수 있다. 유사하게, 상기 우측 링크 장치(212)는 우측 상부 아암(218)과, 기판 지지 영역(C)을 가진 우측 엔드-이펙터(204)를 갖춘 우측 포어아암(220)으로 이루어질 수 있다.
상기 로봇의 예시적인 내부 구조는 도 4c-4d에 도식적으로 묘사된다. 상기 로봇 아암(208)은 로봇 구동 유닛(206)에 의해 구동될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 로봇 구동 유닛(206)은, 네 개의 동축 샤프트들, 예컨대 외부 T1 샤프트(224), T2 샤프트(226), T3 샤프트(228) 및 내부 T4 샤프트(230)를 가진 4-축 스핀들(222)을 포함한다.
상기 로봇 아암(208)의 우측 상부 아암(218)은 T1 샤프트(224)에 직접 부착될 수 있다. 상기 우측 포어아암(220)은 회전 조인트(우측 엘보우 조인트)(232)를 통해 우측 상부 아암(218)에 결합될 수 있으며, 벨트 장치(234)를 사용하여 T2 샤프트(226)에 의해 작동될 수 있다. 상기 벨트 장치(234)는, T2 샤프트에 부착될 수 있는 우측 어깨 풀리(236), 우측 포어아암(220)에 부착될 수 있는 우측 엘보우 풀리(238), 및 상기 두 개의 풀리들(236, 238) 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 상기 벨트 장치(234)는 일정한 또는 가변적인 전달비(transmission ratio)를 특징으로 할 수 있다. 예로서, 가변적인 전달비는, 우측 엔드-이펙터(204)를 가진 우측 포어아암(220)의 방향이 우측 상부 아암(218)과 T2 샤프트의 상대적인 위치에 따라 미리 결정된 방식으로 변하도록 선택될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적합한 장치가 사용될 수 있다.
유사하게, 상기 로봇 아암(208)의 좌측 상부 아암(214)은 T3 샤프트(228)에 직접 부착될 수 있다. 상기 좌측 포어아암(216)은 회전 조인트(좌측 엘보우 조인트)(240)를 통해 좌측 상부 아암(214)에 결합될 수 있으며, 벨트 장치(242)를 사용하여 T4 샤프트(226)에 의해 작동될 수 있다. 상기 벨트 장치(242)는, T4 샤프트에 부착될 수 있는 좌측 어깨 풀리(244), 좌측 포어아암(216)에 부착될 수 있는 좌측 엘보우 풀리(246), 및 상기 두 개의 풀리들(244, 246) 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 상기 벨트 장치(242)는 일정한 또는 가변적인 전달비를 특징으로 할 수 있다. 예로서, 가변적인 전달비는, 좌측 엔드-이펙터(202)를 가진 좌측 포어아암(216)의 방향이 좌측 상부 아암(210)과 T4 샤프트의 상대적인 위치에 따라 미리 결정된 방식으로 변하도록 선택될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적합한 장치가 사용될 수 있다. 도 4a-4c의 예시적인 실시예는 서로 수직으로 오프셋 된 엔드-이펙터들(202, 204)을 보여주고 있을지라도, 엔드-이펙터들은 동일 평면에 있을 수 있다.
상기 로봇 구동 유닛(206)의 T1, T2, T3 및 T4 샤프트들은, 도 5a-5h에 도식적으로 도시된 바와 같이, 좌측 엔드-이펙터(202)와 우측 엔드-이펙터(204)가 개별적으로 또는 동시에 다양한 오프셋 및 반경 방향 스테이션들(12, 14)에 접근할 수 있도록 회전될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 상기 로봇은 네 개의 엔드-이펙터들을 특징으로 할 수 있으며, 이들은 적층된 배치와 나란한 배치에서 작동될 수 있다. 도 4c-4d의 예시적인 내부 구조의 대안으로서, 상기 로봇 아암의 상부 아암들은 2-축 스핀들을 가진 로봇 구동 유닛에 의해 구동될 수 있고, 포어아암들은 한 쌍의 액추에이터들에 의해 구동될 수 있으며, 상기 로봇 아암의 두 개의 상부 아암들 각각에 하나의 액추에이터가 배치될 수 있다. 특히, 하나의 액추에이터는 좌측 상부 아암에 부착되어 좌측 포어아암을 구동시킬 수 있으며, 다른 액추에이터는 우측 상부 아암에 부착되어 우측 포어아암을 구동시킬 수 있다. 상기 액추에이터들은, 도 15a-15b의 예시적인 구성과 유사하게, 포어아암들에 직접 연결될 수 있으며, 또는 도 16a-16b의 예시적인 구성과 유사하게, 밴드, 벨트 또는 케이블 장치를 통해 포어아암들에 결합될 수 있다.
도 6a-6c를 참조하면, 로봇의 또 다른 예시적인 실시예가 도시된다. 이 예시적인 실시예에서, 상기 로봇(300)은 네 개의 엔드-이펙터들(302, 304, 306, 308)을 포함한다. 도 6a는 로봇(300)의 평면도를 보여주며, 도 6b는 로봇(300)의 측면도를 묘사한다. 상기 로봇(300)은, 이 예에서, 로봇 구동 유닛(310)과 로봇 아암(312)을 포함한다. 상기 로봇 아암(312)은 예를 들어 좌측 링크 장치(314) 및 우측 링크 장치(316)와 같은 링크 장치들을 특징으로 할 수 있다.
상기 좌측 링크 장치(314)는 좌측 상부 아암(318)과, 기판 지지 영역(A)을 가진 좌측 상부 엔드-이펙터(302)를 갖춘 좌측 상부 포어아암(320)과, 기판 지지 영역(B)을 가진 좌측 하부 엔드-이펙터(304)를 갖춘 좌측 하부 포어아암(322)으로 이루어질 수 있다. 유사하게, 상기 우측 링크 장치(316)는 우측 상부 아암(324)과, 기판 지지 영역(C)을 가진 우측 상부 엔드-이펙터(306)를 갖춘 우측 상부 포어아암(326)과, 기판 지지 영역(D)을 가진 우측 하부 엔드-이펙터(308)를 갖춘 우측 하부 포어아암(328)으로 이루어질 수 있다.
상기 로봇(300)의 예시적인 내부 구조는 도 6c-6d에 도식적으로 묘사된다(도 6c에서 상부 아암들에 대한 엔드-이펙터들의 방향들은 도 6a에 도시된 구성과 대응되지 않을 수 있고 임의의 실제 배치를 나타내지도 않으며; 방향들은 오로지 로봇의 내부 구조를 시각적으로 명확하게 보여주기 위해 선택되었으며, 엔드-이펙터들은 애플리케이션의 요구에 따라 도시된 방향으로부터 각도적으로 오프셋 될 수 있다). 상기 로봇 아암(312)은, 네 개의 동축 샤프트들, 예컨대 외부 T1 샤프트(332), T2 샤프트(334), T3 샤프트(336) 및 내부 T4 샤프트(338)를 가진 4-축 스핀들(330)을 갖춘 로봇 구동 유닛(310)에 의해 구동될 수 있다.
상기 로봇 아암(312)의 좌측 상부 아암(318)은 T3 샤프트(224)에 직접 부착될 수 있다. 상기 좌측 상부 포어아암(320)은 회전 조인트(좌측 엘보우 조인트)(340)를 통해 좌측 상부 아암(318)에 결합될 수 있으며, 벨트 장치(342)를 사용하여 T4 샤프트에 의해 작동될 수 있다. 상기 벨트 장치(342)는, T2 샤프트에 부착될 수 있는 좌측 어깨 풀리(344), 좌측 상부 포어아암(318)에 부착될 수 있는 좌측 엘보우 풀리(346), 및 상기 두 개의 풀리들(344, 346) 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 상기 벨트 장치(342)는 일정한 또는 가변적인 전달비를 특징으로 할 수 있다. 예로서, 가변적인 전달비는, 좌측 상부 엔드-이펙터(302)를 가진 좌측 상부 포어아암(320)의 방향이 좌측 상부 아암(318)과 T4 샤프트의 상대적인 위치에 따라 미리 결정된 방식으로 변하도록 선택될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적합한 장치가 사용될 수 있다.
유사하게, 좌측 하부 포어아암(322)은 회전 조인트(좌측 엘보우 조인트)(348)를 통해 좌측 상부 아암(318)에 결합될 수 있으며, 그 방향은 다른 밴드, 벨트 또는 케이블 장치(350)를 사용하여 T4 샤프트에 의해 제어될 수 있다. 상기 벨트 장치(350)는, 도 6d에 도시된 바와 같이, 교차형 배치형태(crossover configuration)로 구성될 수 있다. 상기 벨트 장치(350)는, T4 샤프트에 부착될 수 있는 어깨 풀리(352), 좌측 하부 포어아암(322)에 부착될 수 있는 좌측 엘보우 풀리(354), 및 상기 두 개의 풀리들(352, 354) 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 상기 벨트 장치(350)는 일정한 또는 가변적인 전달비를 특징으로 할 수 있다. 예로서, 가변적인 전달비는, 좌측 엔드-이펙터(304)를 가진 좌측 하부 포어아암(322)의 방향이 좌측 상부 아암(318)과 T4 샤프트의 상대적인 위치에 따라 미리 결정된 방식으로 변하도록 선택될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적합한 장치가 사용될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 상기 로봇 아암(312)의 우측 상부 아암(324)은 T1 샤프트에 직접 부착될 수 있다. 상기 우측 상부 포어아암(326)은 회전 조인트(우측 엘보우 조인트)(356)를 통해 우측 상부 아암(324)에 결합될 수 있으며, 벨트 장치(358)를 사용하여 T2 샤프트에 의해 작동될 수 있다. 상기 벨트 장치(358)는, T2 샤프트에 부착될 수 있는 어깨 풀리(360), 우측 상부 포어아암(326)에 부착될 수 있는 우측 엘보우 풀리(362), 및 상기 두 개의 풀리들(360, 362) 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 상기 벨트 장치(358)는 일정한 또는 가변적인 전달비를 특징으로 할 수 있다. 예로서, 가변적인 전달비는, 우측 엔드-이펙터(306)를 가진 우측 상부 포어아암(326)의 방향이 우측 상부 아암(324)과 T2 샤프트의 상대적인 위치에 따라 미리 결정된 방식으로 변하도록 선택될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적합한 장치가 사용될 수 있다.
우측 하부 포어아암(328)은 회전 조인트(우측 엘보우 조인트)(364)를 통해 우측 상부 아암(324)에 결합될 수 있으며, 그 방향은 다른 밴드, 벨트 또는 케이블 장치(366)를 사용하여 T2 샤프트에 의해 제어될 수 있다. 상기 벨트 장치(366)는, 도 6d에 도시된 바와 같이, 교차형 배치형태(crossover configuration)로 구성될 수 있다. 상기 벨트 장치(366)는, T2 샤프트에 부착될 수 있는 어깨 풀리(368), 우측 하부 포어아암(328)에 부착될 수 있는 우측 엘보우 풀리(370), 및 상기 두 개의 풀리들(368, 370) 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 상기 벨트 장치(366)는 일정한 또는 가변적인 전달비를 특징으로 할 수 있다. 예로서, 가변적인 전달비는, 우측 하부 엔드-이펙터(308)를 가진 우측 하부 포어아암(328)의 방향이 우측 상부 아암(324)과 T2 샤프트의 상대적인 위치에 따라 미리 결정된 방식으로 변하도록 선택될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적합한 장치가 사용될 수 있다.
도 6a-6c의 예시적인 실시예는 서로 수직으로 오프셋 된 엔드 이펙터들(302 및 306)을 보여주지만, 아암의 기하구조, 밴드 구동장치들의 전달비 및/또는 아암의 작동 순서가 엔드-이펙터들이 서로 치우도록 허용할 경우에 엔드-이펙터들은 동일한 평면에 있을 수 있다는 것을 주의하라. 이는 엔드-이펙터들(304 및 308)에도 동일하게 적용된다.
모든 밴드 구동장치들이 일정한 전달비를 특징으로 하는 예시적인 로봇 아암을 고려하면, 구동 샤프트들과 좌측 링크 장치의 개개의 링크들(즉, 좌측 상부 아암, 엔드 이펙터(302)를 가진 포어아암(320) 및 엔드 이펙터(304)를 가진 포어아암(322))의 각도 방향의 면에서 좌측 링크 장치의 운동학은 아래와 같이 기재될 수 있다:
θi(t)=θi0 + Δθi(t), i = 302, 304(A, B) (1)
여기서, θi는 엔드-이펙터 i의 방향이고, θi0는 엔드-이펙터 i의 초기 방향이며, Δθi는 엔드-이펙터 i의 방향의 변화이고, t는 시간이다. 엔드-이펙터 i의 방향의 변화는 아래와 같이 표현될 수 있다:
Δθi(t)=Δθil(t) + Δθl(t), i = 302, 304(A, B) (2)
여기서, Δθil은 좌측 상부 아암에 대한 엔드-이펙터 i의 상대적인 방향이고, Δθl는 좌측 상부 아암의 방향의 변화이다. 좌측 상부 아암에 대한 엔드-이펙터 i의 상대적인 방향은 아래와 같이 기재될 수 있다:
Δθil(t)= ni[Δθ2(t)-Δθl(t)] (3)
여기서, ni는 엔드-이펙터 i와 연관된 전달비이고, Δθ2는 구동 샤프트(332 또는 334)(T1 또는 T2)의 방향의 변화이다. 상기 전달비 ni는, 교차형 벨트 구성을 반영하여, 엔드-이펙터(302)(A)에 대해 양일 수 있고, 엔드-이펙터(304)(B)에 대해 음일 수 있다. 구동 샤프트(336)(T3)에 의해 구동되는 좌측 상부 아암(318)의 방향의 변화와 구동 샤프트(332 또는 334)(T1 또는 T2)의 방향의 변화는 아래와 같이 계산될 수 있다.
Δθ1(t)= θ1(t)-θ10 (4)
Δθ2(t)= θ2(t)-θ20 (5)
여기서, θ10 및 θ20는 구동 샤프트(332)(T1)와 구동 샤프트(334)(T2) 각각의 초기 방향이다. 방정식 (1) 내지 (5)는, 구동 샤프트들(T1 및 T2)의 방향의 함수로서 엔드-이펙터(302)(A) 또는 엔드-이펙터(304)(B)의 방향을 위한 아래의 표현을 얻기 위해 결합될 수 있다.
θi(t)= θi0 + (1-ni)Δθ1(t) + niΔθ2(t), i=302, 304(A, B) (6)
여기서,
Δθ1(t)= θ1(t)-θ10 (7)
Δθ2(t)= θ2(t)-θ20 (8)
유사하게, 구동 샤프트들(336, 338)(T3 및 T4)과 우측 링크 장치의 개개의 링크들(우측 상부 아암(324), 엔드 이펙터(306)를 가진 포어아암(326) 및 엔드 이펙터(308)를 가진 포어아암(328))의 각도 방향의 면에서 우측 링크 장치의 운동학은 아래의 표현들로 기재될 수 있다(명명법을 위한 테이블 1 참조).
θi(t)= θi0 + (1-ni)Δθ3(t) + niΔθ4(t), i=306, 308(C, D) (9)
여기서,
Δθ3(t)= θ3(t)-θ30 (10)
Δθ4(t)= θ4(t)-θ40 (11)
상기한 운동학 방정식들을 보여주기 위해, nA = 1, nB = -1, nC = 1, nD = -1의 전달비들을 가진 예시적인 아암을 고려하고, 상기 아암이 초기에는 도 7a의 후퇴 위치, 즉, θ1ret=225도, θAret=90도, θBret=90도, θCret=90도, θDret=90도인 위치에 있다고 가정한다.
구동 샤프트 T1이 시계 방향으로 90도 회전할 때(즉, Δθ1 = -90도) 그리고 구동 샤프트 T2가 정지 상태로 유지될 때, 도 7e에 도시된 바와 같이, 엔드-이펙터(302)는 연장되어 θAextA = 90도의 방향을 가진 최종 연장 위치에 도달할 것이며, 엔드 이펙터(304)는 시계 방향으로 180도 회전(ΔθB = -180도)하여 θBextA = 270도의 최종 방향에 도달할 것이다. 도시된 예에서, 엔드-이펙터 A는 초기 후퇴 위치로부터 최종 연장 위치로 직선을 따라서 이동하지 않을 수도 있다: 뒤에서 설명되는 바와 같이, 엔드-이펙터 A를 직선 경로를 따라서 연장시키기 위해 구동 샤프트 T2는 구동 샤프트 T1과 협조하여 회전될 필요가 있을 것이다; 그러나, 구동 샤프트 T2의 초기 위치와 최종 위치 사이에서의 전체 회전은 0으로 유지될 것이다.
구동 샤프트 T1이 시계 방향으로 90도 회전할 때(Δθ1 = -90도) 그리고 구동 샤프트 T2가 동일한 방향으로 180도 회전할 때(Δθ2 = -180도), 도 7g에 도시된 바와 같이, 엔드-이펙터(304)는 연장되어 θBextB = 90도의 방향을 가진 최종 연장 위치에 도달할 것이며, 엔드 이펙터(302)는 시계 방향으로 180도 회전(ΔθA = -180도)하여 θAextB = 270도의 최종 방향에 도달할 것이다.
유사하게, 구동 샤프트 T3이 반시계 방향으로 90도 회전할 때(Δθ3 = 90도) 그리고 구동 샤프트 T4가 정지 상태로 유지될 때(Δθ4 = 0도), 도 7f에 도시된 바와 같이, 엔드-이펙터(306)는 연장되어 θCextC = 90도의 방향을 가진 최종 연장 위치에 도달할 것이며, 엔드 이펙터(308)는 반시계 방향으로 180도 회전(ΔθD = 180도)하여 θDextC = 270도의 최종 방향에 도달할 것이다. 도시된 예에서, 엔드-이펙터 C는 초기 후퇴 위치로부터 최종 연장 위치로 직선을 따라서 이동하지 않을 수도 있다: 뒤에서 설명되는 바와 같이, 엔드-이펙터 C를 직선 경로를 따라서 연장시키기 위해 구동 샤프트 T4는 구동 샤프트 T3과 협조하여 회전될 필요가 있을 것이다; 그러나, 구동 샤프트 T4의 초기 위치와 최종 위치 사이에서의 전체 회전은 0으로 유지될 것이다.
마지막으로, 구동 샤프트 T3이 반시계 방향으로 90도 회전할 때(Δθ3 = 90도) 그리고 구동 샤프트 T4가 시계 방향으로 180도 회전할 때(Δθ4 = 180도), 도 7h에 도시된 바와 같이, 엔드-이펙터(308)는 연장되어 θDextD = 90도의 방향을 가진 최종 연장 위치에 도달할 것이며, 반면에 엔드 이펙터(306)는 반시계 방향으로 180도 회전(ΔθC = 180도)하여 θCextD = 270도의 최종 방향에 도달할 것이다.
방정식 (7) 내지 (9)를 사용하여, 엔드-이펙터들(302, 304)(A 및 B)과 연관된 직접 운동학(즉, 엔드-이펙터들(302, 304)의 위치들과 구동 샤프트들 T1 및 T2의 각도 방향들 사이의 관계)은 아래와 같이 요약될 수 있다(명명법을 위한 테이블 1 참조):
xi(t) = l1cosθ1(t) + licosθi(t), i = 302, 304(A, B) (12)
yi(t) = l1sinθ1(t) + lisinθi(t), i = 302, 304(A, B) (13)
여기서,
θi(t) = θi0 + (1-ni)Δθ1(t) + niΔθ2(t), i = 302, 304(A, B) (14)
그리고,
Δθ1(t) = θ1(t) - θ10 (15)
Δθ2(t) = θ2(t) - θ20 (16)
상기 직접 운동학 방정식들 (12) 내지 (16)은 구동 샤프트들 T1 및 T2의 각도 위치들에 근거하여 엔드-이펙터들(302, 304)(A, B)의 좌표들을 결정하는데 사용될 수 있다.
엔드-이펙터들(306, 308)(C 및 D)과 연관된 직접 구동학은 아래와 같이 요약될 수 있다(명명법을 위한 테이블 1 참조):
xi(t) = l3cosθ3(t) + licosθi(t), i = 306, 308(C, D) (17)
yi(t) = l3sinθ3(t) + lisinθi(t), i = 306, 308(C, D) (18)
여기서,
θi(t) = θi0 + (1-ni)Δθ3(t) + niΔθ4(t), i = 306, 308(C, D) (19)
그리고,
Δθ3(t) = θ3(t) - θ30 (20)
Δθ4(t) = θ4(t) - θ40 (21)
상기 표현들을 얻기 위해 방정식 (9) 내지 (11)이 사용되었다는 점을 주목하라. 상기 직접 운동학 방정식들 (17) 내지 (21)은 구동 샤프트들 T3 및 T4의 각도 위치들에 근거하여 엔드-이펙터들(306, 308)(C, D)의 좌표들을 결정하는데 사용될 수 있다.
만약, 가변적인 전달비들을 가진 밴드 구동장치가 채용된 경우에, 방정식 (14)와 (19)는 구체적인 밴드 장치(들)의 특징들을 나타내는 관계들에 의해 교체될 필요가 있다. 예를 들어, (Δθ2 -Δθ1)의 함수로서 ΔθA와 ΔθB를 위한 룩업 테이블(look-up table)과 (Δθ4 -Δθ3)의 함수로서 ΔθC와 ΔθD를 위한 룩업 테이블이 편리하게 사용될 수 있다.
좌측 링크 장치를 위한 역 운동학 방정식들은, 엔드-이펙터(302) 또는 엔드-이펙터(304)의 방향의 함수로서의 구동 샤프트들 T1과 T2의 방향들을 위한 직접 운동학 방정식들을 풀어서 얻을 수 있다(명명법을 위한 테이블 1 참조):
θ1(t) = Ti(t) - αi(t), i = 302 또는 304 (A 또는 B) (22)
θi(t) = Ti(t) - βi(t), i = 302 또는 304 (A 또는 B) (23)
여기서,
αi(t)=acos[ri 2(t)+l1 2-li 2]/[2Ri(t)l1], i = 302 또는 304 (A 또는 B) (24)
βi(t)=acos[ri 2(t)-l1 2+li 2]/[2Ri(t)li], i = 302 또는 304 (A 또는 B) (25)
그리고,
Ri(t) = √[xi 2(t)+yi 2(t)], i = 302 또는 304 (A 또는 B) (26)
Ti(t) = atan[yi(t)/xi(t)], i = 302 또는 304 (A 또는 B) (27)
엔드-이펙터(302)의 위치가 역 운동학 계산에 입력으로서 사용될 때, 구동 샤프트 T2의 각도 위치는 아래의 표현에 근거하여 결정될 수 있다.
θ2(t) = θ20 + [θA(t) - θA0 + (nA-1)(θ1(t)-θ10)]/nA (28)
또는, 엔드-이펙터(304)의 위치가 역 운동학 계산에 입력으로서 사용될 때, 구동 샤프트 T2의 각도 방향은 아래의 표현에 근거하여 결정될 수 있다.
θ2(t) = θ20 + [θB(t) - θB0 + (nB-1)(θ1(t)-θ10)]/nB (29)
유사하게, 우측 링크 장치를 위한 역 운동학 방정식들은, 엔드-이펙터(306)(C) 또는 엔드-이펙터(308)(D)의 방향의 함수로서의 구동 샤프트들 T3과 T4의 방향들을 위한 직접 운동학 방정식들을 풀어서 얻을 수 있다(명명법을 위한 테이블 1 참조):
θ3(t) = Ti(t) - αi(t), i = 306 또는 308 (C 또는 D) (30)
θi(t) = Ti(t) - βi(t), i = 306 또는 308 (C 또는 D) (31)
여기서,
αi(t)=acos[ri 2(t)+l3 2-li 2]/[2Ri(t)l3], i = 306 또는 308 (C 또는 D) (32)
βi(t)=acos[ri 2(t)-l3 2+li 2]/[2Ri(t)li], i = 306 또는 308 (C 또는 D) (33)
그리고,
Ri(t) = √[xi 2(t)+yi 2(t)], i = 306 또는 308 (C 또는 D) (34)
Ti(t) = atan[yi(t)/xi(t)], i = 306 또는 308 (C 또는 D) (35)
엔드-이펙터(306)의 위치가 역 운동학 계산에 입력으로서 사용될 때, 구동 샤프트 T4의 각도 위치는 아래의 표현에 근거하여 결정될 수 있다.
θ4(t) = θ40 + [θC(t) - θC0 + (nC-1)(θ3(t)-θ30)]/nC (36)
또는, 엔드-이펙터 D의 위치가 역 운동학 계산에 입력으로서 사용될 때, 구동 샤프트 T4의 각도 방향은 아래의 표현에 근거하여 결정될 수 있다.
θ4(t) = θ40 + [θD(t) - θD0 + (nD-1)(θ3(t)-θ30)]/nD (37)
전체 로봇 아암이 회전하도록 하기 위해, 모든 구동 샤프트들, 즉 T1, T2, T3 및 T4는 고정된 기준 프레임에 대해 동일한 양으로 원하는 아암의 회전 방향으로 움직일 필요가 있다. 이는 도 7a-7b에 도식적으로 도시된다. 이러한 특정 예에서, 전체 로봇 아암은 시계 방향으로 90도 회전한다.
좌측 상부 엔드-이펙터(302)가 도 7a의 후퇴 위치로부터, 도 7e의 예에서 도식적으로 묘사된 바와 같이, 미리 결정된 경로, 예컨대 직선 경로를 따라서 좌측 오프셋 스테이션(14a)으로 연장되도록 하기 위해, 샤프트들 T1과 T2는 협조 방식으로 회전될 필요가 있다. 보다 구체적으로, 좌측 상부 엔드-이펙터(302)를 위한 역 운동학 방정식들(방정식 (22) 내지 (28))이 좌측 엔드-이펙터(302)의 위치에 따라 T1과 T2 샤프트들의 방향을 결정하는데 사용될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 좌측 상부 엔드-이펙터(302)가 스테이션(14a)으로 연장됨에 따라 좌측 하부 엔드-이펙터(304)는 비키도록 회전할 수 있다. 좌측 상부 엔드-이펙터(302)는 T1과 T2 샤프트들의 회전에 의해 유사한 방식으로 뒤로 후퇴할 수 있다.
도 7a의 후퇴 위치와 도 7e의 연장 위치 사이에서 엔드-이펙터(302)를 이동시키는 상기 예에서, 좌측 링크 장치의 개개의 링크들의 아래의 방향들이 도시된다: 후퇴 위치에서, θ1ret=225도, θAret=90도, θBret=90도; 연장 위치에서, θ1ext=135도, θAextA=90도, θBextA=270도. 예시적인 전달비 nA = 1, nB = -1이고, 엔드-이펙터(302)가 연장될 때, 구동 샤프트 T1은 시계 방향으로 90도 회전하도록 작동되며, 구동 샤프트 T2는, 엔드-이펙터 A가 원하는 경로를 따라가도록 협조 방식으로 회전하도록 작동된다; 이 특정 예에서, 구동 샤프트 T2의 전체 회전은 0이며, 즉 구동 샤프트 T2의 초기 및 최종 각 위치들은 동일하다. 엔드-이펙터(302)가 후퇴할 때, 구동 샤프트 T1은 반시계 방향으로 90도 회전하도록 작동되고, 구동 샤프트 T2는 반대 방식으로 회전하도록 작동된다.
좌측 하부 엔드-이펙터(304)가 도 7a의 후퇴 위치로부터, 도 7g의 예에서 도식적으로 묘사된 바와 같이, 미리 결정된 경로, 예컨대 직선 경로를 따라서 동일한 좌측 오프셋 스테이션(14a)으로 연장되도록 하기 위해, 샤프트들 T1과 T2는 좌측 하부 엔드-이펙터(304)를 위한 역 운동학 방정식들(방정식 (22) 내지 (27) 및 (29))에 따라 협조 방식으로 회전될 필요가 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 좌측 하부 엔드-이펙터(304)가 스테이션(14a)으로 연장됨에 따라 좌측 상부 엔드-이펙터(302)는 비키도록 회전할 수 있다. 좌측 하부 엔드-이펙터(304)는 T1과 T2 샤프트들의 회전에 의해 유사한 방식으로 뒤로 후퇴할 수 있다.
도 7a의 후퇴 위치와 도 7g의 연장 위치 사이에서 엔드-이펙터(304)를 이동시키는 상기 예에서, 좌측 링크 장치의 개개의 링크들의 아래의 방향들이 도시된다: 후퇴 위치에서, θ1ret=225도, θAret=90도, θBret=90도; 연장 위치에서, θ1ext=135도, θAextB=270도, θBextB=90도. 예시적인 전달비 nA = 1, nB = -1이고, 엔드-이펙터(304)가 연장될 때, 구동 샤프트 T1은 시계 방향으로 90도 회전하도록 작동되며, 구동 샤프트 T2는 동일한 방향으로 180도 회전하도록 작동된다. 상기 두 개의 구동 샤프트들은 엔드-이펙터(304)가 후퇴할 때 반대 방향으로 동일한 양으로 회전하도록 작동될 수 있다.
상술한 작동들은 웨이퍼 또는 기판을 오프셋 스테이션(14)으로부터 픽킹하고 오프셋 스테이션(14)에 배치하는 데 사용될 수 있다. 하나의 엔드-이펙터, 예를 들어 엔드-이펙터(302)에 의한 픽킹 작업 후에 다른 엔드-이펙터, 예를 들어 엔드-이펙터(304)에 의한 배치 작업이 뒤따르는 순서는 오프셋 스테이션에서 웨이퍼들/기판들을 신속히 교체하는데 사용될 수 있다(신속한 교체 작동). 예로서, 좌측 상부 엔드-이펙터(302)는 스테이션으로 연장되어 웨이퍼를 픽킹하고 후퇴할 수 있다. 좌측 하부 엔드-이펙터(304)는 다른 웨이퍼를 운반할 수 있으며 동일한 스테이션으로 연장되어 웨이퍼를 배치하고 후퇴할 수 있다.
우측 상부 엔드-이펙터(306)가 도 7a의 후퇴 위치로부터, 도 7f의 예에서 도식적으로 묘사된 바와 같이, 미리 정의된 경로, 예컨대 직선 경로를 따라서 우측 오프셋 스테이션(14b)으로 연장되도록 하기 위해, 샤프트들 T3과 T4는 협조 방식으로 회전될 필요가 있다. 보다 구체적으로, 우측 상부 엔드-이펙터(306)를 위한 역 운동학 방정식들(방정식 (30) 내지 (36))이 우측 상부 엔드-이펙터(306)의 위치에 따라 T3과 T4 샤프트들의 방향을 결정하는데 사용될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 우측 상부 엔드-이펙터(306)가 스테이션으로 연장됨에 따라 우측 하부 엔드-이펙터(308)는 비키도록 회전될 수 있다. 우측 상부 엔드-이펙터(306)는 T3과 T4 샤프트들의 회전에 의해 유사한 방식으로 뒤로 후퇴할 수 있다.
도 7a의 후퇴 위치와 도 7f의 연장 위치 사이에서 엔드-이펙터(306)를 이동시키는 상기 예에서, 우측 링크 장치의 개개의 링크들의 아래의 방향들이 도시된다: 후퇴 위치에서, θ3ret=315도, θCret=90도, θDret=90도; 연장 위치에서, θ1ext= 45도, θCextC=90도, θDextD=270도. 예시적인 전달비 nC = 1, nD = -1이고, 엔드-이펙터(306)가 연장될 때, 구동 샤프트 T3은 반시계 방향으로 90도 회전하도록 작동되며, 구동 샤프트 T4는, 엔드-이펙터(306)(C)가 원하는 경로를 따라가도록 협조 방식으로 회전하도록 작동된다; 이 특정 예에서, 구동 샤프트 T4의 전체 회전은 0이며, 즉 구동 샤프트 T4의 초기 및 최종 각 위치들은 동일하다. 엔드-이펙터(306)가 후퇴할 때, 구동 샤프트 T3은 시계 방향으로 90도 회전하도록 작동되고, 구동 샤프트 T4는 반대 방식으로 회전하도록 작동된다.
우측 하부 엔드-이펙터(308)가 도 7a의 후퇴 위치로부터, 도 7h의 예에서 도식적으로 묘사된 바와 같이, 미리 정의된 경로, 예컨대 직선 경로를 따라서 동일한 우측 오프셋 스테이션(14b)으로 연장되도록 하기 위해, 샤프트들 T1과 T2는 우측 하부 엔드-이펙터(308)를 위한 역 운동학 방정식들(방정식 (30) 내지 (35) 및 (37))에 따라 협조 방식으로 회전될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 우측 하부 엔드-이펙터(308)가 스테이션(14b)으로 연장됨에 따라 우측 상부 엔드-이펙터(306)는 비키도록 회전할 수 있다. 우측 하부 엔드-이펙터(308)는 T3과 T4 샤프트들의 회전에 의해 유사한 방식으로 뒤로 후퇴할 수 있다.
도 7a의 후퇴 위치와 도 7h의 연장 위치 사이에서 엔드-이펙터(308)를 이동시키는 상기 예에서, 좌측 링크 장치의 개개의 링크들의 아래의 방향들이 도시된다: 후퇴 위치에서, θ1ret=315도, θCret=90도, θDret=90도; 연장 위치에서, θ1ext= 135도, θCextD=270도, θDextD=90도. 예시적인 전달비 nC = 1, nD = -1이고, 엔드-이펙터(308)가 연장될 때, 구동 샤프트 T3은 반시계 방향으로 90도 회전하도록 작동되며, 구동 샤프트 T4는 동일한 방향으로 180도 회전하도록 작동된다. 상기 두 개의 구동 샤프트들은 엔드-이펙터(308)가 후퇴할 때 반대 방향으로 동일한 양으로 회전하도록 작동될 수 있다.
다시, 상술한 작동들은 웨이퍼를 오프셋 스테이션으로부터 픽킹하고 오프셋 스테이션에 배치하는 데 사용될 수 있다. 하나의 엔드-이펙터에 의한 픽킹 작업 후에 다른 엔드-이펙터에 의한 배치 작업이 뒤따르는 순서는 오프셋 스테이션에서 웨이퍼들을 신속히 교체하는데 사용될 수 있다(신속한 교체 작동). 예로서, 우측 상부 엔드-이펙터(306)는 스테이션으로 연장되어 웨이퍼를 픽킹하고 후퇴할 수 있다. 우측 하부 엔드-이펙터(308)는 다른 웨이퍼를 운반할 수 있으며 동일한 스테이션(14b)으로 연장되어 웨이퍼를 배치하고 후퇴할 수 있다.
좌측 상부 엔드-이펙터(302)와 우측 상부 엔드-이펙터(306)는 도 7e와 7f에 관하여 위에서 설명된 연장(후퇴) 작동을 동시에 수행함으로써 각각의 좌측 및 우측 오프셋 스테이션으로(으로부터) 동시에 연장(후퇴)될 수 있다. 이는 도 7c에 도시된다.
또한, 좌측 상부 엔드-이펙터(302)와 우측 상부 엔드-이펙터(306)를 위한 배치 위치들은 독립적으로 조절될 수 있다(도 1f 참조). 예로서, 이러한 기능성은, 로봇 엔드-이펙터들 상의 두 개의 웨이퍼들의 임의의 오정렬을 보상하고 두 개의 웨이퍼들을 각각의 스테이션들 내의 원하는 장소들에 정확하게 전달하는데 편리하게 사용될 수 있다.
좌측 하부 엔드-이펙터(304)와 우측 하부 엔드-이펙터(308)도 도 7g와 7h에 관하여 위에서 설명된 연장(후퇴) 작동을 동시에 수행함으로써 각각의 좌측 및 우측 오프셋 스테이션들(14a, 14b)로(로부터) 동시에 연장(후퇴)될 수 있다. 이는 도 7d에 도시된다.
다시, 좌측 하부 엔드-이펙터(304)와 우측 하부 엔드-이펙터(308)를 위한 배치 위치들은 독립적으로 조절될 수 있다. 앞에서 설명된 바와 같이, 이러한 기능성은, 예를 들어, 로봇 엔드-이펙터들 상의 두 개의 웨이퍼들의 임의의 오정렬을 보상하고 두 개의 웨이퍼들을 각각의 스테이션들 내의 원하는 장소들에 정확하게 전달하는데 사용될 수 있다.
한 쌍의 엔드-이펙터들, 예를 들어 엔드-이펙터들(302와 306)에 의한 픽킹 작업 후에 다른 쌍의 엔드-이펙터들, 이 특정 예에서 엔드-이펙터들(304와 308)에 의한 배치 작업이 뒤따르는 순서는, 한 쌍의 나란한 오프셋 스테이션들, 예컨대 14a와 14b에서 한 쌍의 웨이퍼들을 신속히 교체하는데 사용될 수 있다(한 쌍의 나란한 오프셋 스테이션들에서 신속한 교체 작동). 상기 예에서, 좌측 상부 엔드-이펙터(302)와 우측 상부 엔드-이펙터(306)는 한 쌍의 나란한 오프셋 스테이션들로 연장되어 한 쌍의 웨이퍼들을 픽킹하고 이 스테이션들로부터 후퇴할 수 있다. 좌측 하부 엔드-이펙터(304)와 우측 하부 엔드-이펙터(308)는 다른 쌍의 웨이퍼들을 운반할 수 있으며 동일한 쌍의 스테이션들로 연장되어 다른 쌍의 웨이퍼들을 각각 배치하고 이 스테이션들로부터 후퇴할 수 있다.
상기 로봇의 엔드-이펙터들 각각은, 즉 좌측 상부 엔드-이펙터(302), 좌측 하부 엔드-이펙터(304), 우측 상부 엔드-이펙터(306) 및 우측 하부 엔드-이펙터(308)는 또한 반경 방향으로 지향된 스테이션들(도 1a)에 접근할 수 있다.
좌측 상부 엔드-이펙터(302)가, 도 8d의 예에서 도식적으로 묘사된 바와 같이, 미리 정의된 경로, 예컨대 반경 방향의 직선 경로를 따라서 반경 방향 스테이션(12)으로 연장되도록 하기 위해, 샤프트들 T1과 T2는 좌측 상부 엔드-이펙터(302)를 위한 역 운동학 방정식들에 따라 협조 방식으로 회전할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 좌측 상부 엔드-이펙터(302)가 스테이션(12)으로 연장됨에 따라 좌측 하부 엔드-이펙터(304)는 방해되지 않게 비키도록 회전할 수 있다. 좌측 상부 엔드-이펙터(302)는 T1과 T2 샤프트들의 회전에 의해 유사한 방식으로 뒤로 후퇴할 수 있다.
좌측 하부 엔드-이펙터(304)가, 도 8f의 예에서 도식적으로 묘사된 바와 같이, 미리 정의된 경로, 예컨대 반경 방향의 직선 경로를 따라서 동일한 반경 방향 스테이션(12)으로 연장되도록 하기 위해, 샤프트들 T1과 T2는 좌측 하부 엔드-이펙터(304)를 위한 역 운동학 방정식들에 따라 협조 방식으로 회전할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 좌측 하부 엔드-이펙터(304)가 스테이션(12)으로 연장됨에 따라 좌측 상부 엔드-이펙터(302)는 방해되지 않게 비키도록 회전할 수 있다. 좌측 하부 엔드-이펙터(304)는 T1과 T2 샤프트들의 회전에 의해 유사한 방식으로 뒤로 후퇴할 수 있다.
상술한 작동들은 웨이퍼를 반경 방향 스테이션(12)으로부터 픽킹하고 반경 방향 스테이션(12)에 배치하는 데 사용될 수 있다. 하나의 엔드-이펙터에 의한 픽킹 작업 후에 다른 엔드-이펙터에 의한 배치 작업이 뒤따르는 순서는 반경 방향 스테이션에서 웨이퍼들을 신속히 교체하는데 사용될 수 있다(신속한 교체 작동).
우측 상부 엔드-이펙터(306)가, 도 8e의 예에서 도식적으로 묘사된 바와 같이, 미리 정의된 경로, 예컨대 반경 방향의 직선 경로를 따라서 반경 방향 스테이션(12)으로 연장되도록 하기 위해, 샤프트들 T3과 T4는 우측 상부 엔드-이펙터(306)를 위한 역 운동학 방정식들에 따라 협조 방식으로 회전할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 우측 상부 엔드-이펙터(306)가 스테이션(12)으로 연장됨에 따라 우측 하부 엔드-이펙터(308)는 방해되지 않게 비키도록 회전할 수 있다. 우측 상부 엔드-이펙터(306)는 T3과 T4 샤프트들의 회전에 의해 유사한 방식으로 뒤로 후퇴할 수 있다.
우측 하부 엔드-이펙터(308)가, 도 8g의 예에서 도식적으로 묘사된 바와 같이, 미리 정의된 경로, 예컨대 반경 방향의 직선 경로를 따라서 동일한 반경 방향 스테이션으로 연장되도록 하기 위해, 샤프트들 T3과 T4는 우측 하부 엔드-이펙터(308)를 위한 역 운동학 방정식들에 따라 협조 방식으로 회전할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 우측 하부 엔드-이펙터(308)가 스테이션(12)으로 연장됨에 따라 우측 상부 엔드-이펙터(306)는 방해되지 않게 비키도록 회전할 수 있다. 우측 하부 엔드-이펙터(308)는 T3과 T4 샤프트들의 회전에 의해 유사한 방식으로 뒤로 후퇴할 수 있다.
상술한 작동들은 웨이퍼를 반경 방향 스테이션(12)으로부터 픽킹하고 반경 방향 스테이션(12)에 배치하는 데 사용될 수 있다. 하나의 엔드-이펙터에 의한 픽킹 작업 후에 다른 엔드-이펙터에 의한 배치 작업이 뒤따르는 순서는 오프셋 스테이션에서 웨이퍼들을 신속히 교체하는데 사용될 수 있다(신속한 교체 작동).
좌측 상부 엔드-이펙터(302)와 우측 상부 엔드-이펙터(306)는, 도 8d와 8e에 관하여 상술한 연장(후퇴) 작동을 동시에 수행함으로써, 한 쌍의 수직으로 적층된 반경 방향 스테이션들(12)로 동시에 연장될 수 있고 이들로부터 동시에 후퇴될 수 있다. 이는 도 8b에 도시된다.
좌측 상부 엔드-이펙터(302)와 우측 상부 엔드-이펙터(306)를 위한 배치 위치들은 독립적으로 조절될 수 있다. 예로서, 이러한 기능성은, 로봇 엔드-이펙터들 상의 두 개의 웨이퍼들의 임의의 오정렬을 보상하고 두 개의 웨이퍼들을 각각의 스테이션들 내의 원하는 장소들에 정확하게 전달하는데 편리하게 사용될 수 있다.
좌측 하부 엔드-이펙터(304)와 우측 하부 엔드-이펙터(308)는, 도 8f와 8g에 관하여 상술한 연장(후퇴) 작동을 동시에 수행함으로써, 한 쌍의 수직으로 적층된 반경 방향 스테이션들로 동시에 연장될 수 있고 이들로부터 동시에 후퇴될 수 있다. 이는 도 8c에 도시된다.
다시, 좌측 하부 엔드-이펙터(304)와 우측 하부 엔드-이펙터(308)를 위한 배치 위치들은 독립적으로 조절될 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 이러한 기능성은, 예를 들어, 로봇 엔드-이펙터들 상의 두 개의 웨이퍼들의 임의의 오정렬을 보상하고 두 개의 웨이퍼들을 각각의 반경 방향 스테이션들 내의 원하는 장소들에 정확하게 전달하는데 사용될 수 있다.
한 쌍의 엔드-이펙터들, 예를 들어 엔드-이펙터들(302 및 306)에 의한 픽킹 작업 후에 다른 쌍의 엔드-이펙터들, 이 특정 예에서 엔드-이펙터들(304 및 308)에 의한 배치 작업이 뒤따르는 순서는 한 쌍의 수직으로 적층된 반경 방향 스테이션들에서 한 쌍의 웨이퍼들을 신속히 교체하는데 사용될 수 있다(한 쌍의 적층된 반경 방향 스테이션들에서 신속한 교체 작동).
상기한 로봇의 작동 예들에서 도시된 바와 같이, 좌측(우측) 상부 엔드-이펙터가 스테이션으로 연장됨에 따라 좌측(우측) 하부 엔드-이펙터는 방해가 안 되게 비키도록 회전할 수 있으며, 유사하게, 좌측(우측) 하부 엔드-이펙터가 스테이션으로 연장됨에 따라 좌측(우측) 상부 엔드-이펙터는 방해가 안 되게 비키도록 회전할 수 있다. 회전의 범위는 바람직하게는, 로봇 아암의 어깨 풀리들과 엘보우 풀리들 사이에 가변적인 전달비들을 가진 밴드장치들을 사용함으로써 감소될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 임의의 벨트 장치는 원형 및/또는 비원형 풀리들의 사용을 통해 수행되는 일정하거나 또는 가변적인 전달비를 특징으로 할 수 있다. 도 10a-10b는 밴드들/벨트들(408)에 의해 연결된 원형 풀리(400)와 비원형 풀리들(402, 404, 406)의 몇몇 예들을 보여준다. 이들은 단순히 예들이며 한정하는 것으로 생각해서는 안 된다. 다른 적합한 크기 및 형상의 비원형 풀리들도 제공될 수 있다. 예로서, 그 전체가 여기에 참조로서 통합된 미국 특허 9,149,936호에 기재된 바와 같은 하나 또는 두 개의 비원형 풀리들이 이 목적을 위해 채용될 수 있다.
앞에서 설명된 바와 같이, 가변적인 전달비들은, 좌측(우측)상부 아암과 좌측(우측) 엔드-이펙터들을 구동시키는 어깨 풀리의 상대적인 위치에 따라 좌측(우측) 엔드-이펙터들의 방향을 제어하기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 가변 전달비들은, 좌측 상부 엔드-이펙터(302)가 스테이션을 향해 연장됨에 따라 좌측 하부 엔드-이펙터(304)는 신속하게 비키도록 회전한 다음에 느려진다. 이는 도 12a-12b의 예에 도시된다. 도 12a와 12b는 도 11c에 도시된 위치들과 유사한 로봇 아암(108)과 엔드 이펙터들의 이동 시에 일련의 스냅-사진들(snap-shots)을 보여준다. 이 설명은 도 2a-2d에 도시된 로봇에 관한 것이지만, 여기서 설명되는 다른 로봇들 중 적어도 일부의 적어도 부분에도 동등하게 적용될 수 있다. 도 12a에 도시된 예에서, 제1 엔드 이펙터 A는 후퇴 위치로부터 연장 위치로 이동되며, 여기서 이동 세그먼트는 오프셋 스테이션들 중 하나로의 직선이다. 이 예에서, 상부 아암과 포어아암들의 조인트는 단순히 로봇 구동장치의 중심축 둘레의 원형의 경로를 따라가며, 제2 엔드 이펙터(그리고 제2 엔드 이펙터 상의 기판)의 페이로드 중심은 만곡된 경로를 가지지만 제1 엔드 이펙터가 연장되는 동안 수축된 상태를 유지한다. 도 12b는 도 12a와 유사한 이동을 보여주지만, 상이한 전달비를 가진다. 도 12a에서, -1의 일정한 전달비 nB가 사용되며, 그 결과 엔드-이펙터 B는 180도 회전한다. 도 12b에서, 전달비는 -1로부터 -0.25까지 점차 변하며, 그 결과 엔드-이펙터 B는 대략 145도 회전한다.
다른 예시적인 실시예에서, 로봇 아암의 상부 아암들은 2축 스핀들을 가진 로봇 구동 유닛에 의해 구동될 수 있으며, 로봇 아암의 포어아암들은 상부 아암들에 부착된 액추에이터들에 의해 구동될 수 있다. 이러한 장치의 예는 도 13a-13b에 도식적으로 묘사되어 있다. 도 13a-13b의 예에서, 로봇 아암의 좌측 상부 아암(1318)은 로봇 구동 유닛의 샤프트(T1L)에 연결될 수 있고, 좌측 포어아암들(320, 322)은 액추에이터, 예를 들어 모터(1302)에 의해 구동되는 샤프트(T2L)에 결합될 수 있으며, 상기 모터(1302)는 좌측 상부 아암에 부착될 수 있다. 유사하게, 로봇 아암의 우측 상부 아암(1324)은 로봇 구동 유닛의 샤프트(T1R)에 연결될 수 있고, 우측 포어아암들(326, 328)은 액추에이터, 예를 들어 모터(1304)에 의해 구동되는 샤프트(T2R)에 결합될 수 있으며, 상기 모터(1304)는 우측 상부 아암에 부착될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 로봇 아암의 상부 아암들과 포어아암들은, 6개의 독립적으로 구동되는 샤프트들을 특징으로 하는 6축 스핀들을 가진 로봇 구동 유닛에 의해 독립적으로 작동될 수 있다. 이 예는 도 14a-14b에 도시되어 있다. 이는 로봇이 동일한 상부 아암에 의해 운반되는 엔드-이펙터들을 동시에 연장시키는 것을 허용하며, 예컨대, 한 번의 작동에서 두 개의 웨이퍼들을 동일한 스테이션으로부터 픽킹하거나 동일한 스테이션에 배치할 수 있게 한다. 로봇 구동장치(1410)는 6개의 독립적으로 구동되는 샤프트들을 특징으로 하는 6축 스핀들을 포함하도록 제공된다. 로봇 아암(1408)은 상부 아암들(318, 324), 포어아암들(320, 322, 26, 328), 벨트 장치들(342, 350, 358, 366) 및 도 6a-6d에 도시된 것과 유사한 엔드 이펙터들(A-D)을 가진다.
대안으로서, 로봇 아암의 상부 아암들은 2축 스핀들을 가진 로봇 구동 유닛에 의해 구동될 수 있고, 포어아암들은 두 쌍의 액추에이터들에 의해 구동될 수 있으며, 로봇 아암의 두 개의 상부 아암들 각각에 한 쌍의 액추에이터들이 부착된다. 구체적으로, 한 쌍의 액추에이터들은 좌측 상부 아암에 부착되어 좌측 포어아암들을 구동시킬 수 있으며, 다른 쌍의 액추에이터들은 우측 상부 아암에 부착되어 우측 포어아암들을 구동시킬 수 있다. 액추에이터들은, 도 15a-15b에 도식적으로 묘사된 바와 같이, 포어아암들에 직접 연결될 수 있으며, 또는 도 16a-16b에 도식적으로 도시된 바와 같이, 밴드, 벨트 또는 케이블 장치를 통해 포어아암들에 결합될 수 있다. 진공-환경 애플리케이션에 대해, 상기 액추에이터들(그리고, 센서들, 제어기들 및 이들과 연관된 다른 구성요소들)은 밀봉될 수 있고, 전력이 공급될 수 있으며, 냉각될 수 있고, 그 전체가 참조로서 여기에 통합된 미국 특허 출원 공개 번호 2016/0064263호에 기재된 접근법을 사용하여 통신할 수 있다. 도 15a-15b는 로봇 구동장치의 예를 보여주며, 상기 로봇 구동장치는, 두 개의 모터들(1502, 1503)과 두 개의 상부 아암들(318, 324)에 연결된 두 개의 동축 구동 샤프트들(T1, T2)을 가진 제1 섹션, 제1 상부 아암(318) 상의 제1 및 제2 포어아암들(320, 322)을 회전시키기 위한 모터들(1506, 1508)을 가진 제1 상부 아암(318)에 회전 가능하게 연결된 제1 및 제2 포어아암들(320, 322), 및 제2 상부 아암(324) 상의 제3 및 제4 포어아암들(326, 328)을 회전시키기 위한 모터들(1510, 1512)을 가진 제2 상부 아암(324)에 회전 가능하게 연결된 제3 및 제4 포어아암들(326, 328)을 구비한다. 도 16a-16b는 로봇 구동장치의 예를 보여주며, 상기 로봇 구동장치는, 두 개의 모터들(1502, 1503)과 두 개의 상부 아암들(318, 324)에 연결된 두 개의 동축 구동 샤프트들(T1, T2)을 가진 제1 섹션, 제1 상부 아암(318) 상의 제1 및 제2 포어아암들(320, 322)을 회전시키기 위한 밴드 구동 장치들(1602, 1604)에 연결된 모터들(1506, 1508)을 가진 제1 상부 아암(318)에 회전 가능하게 연결된 제1 및 제2 포어아암들(320, 322), 및 제2 상부 아암(324) 상의 제3 및 제4 포어아암들(326, 328)을 회전시키기 위한 밴드 구동 장치들(1606, 1608)에 연결된 모터들(1510, 1512)을 가진 제2 상부 아암(324)에 회전 가능하게 연결된 제3 및 제4 포어아암들(326, 328)을 구비한다.
예시적인 실시예들의 도면들이 동일한 조인트간(joint-to-joint) 길이를 가진 로봇의 상부 아암을 보여주고 있을지라도, 도 17a-17b의 예에서 도식적으로 묘사된 바와 같이, 상부 아암들(318a, 324a)은 상이한 조인트간 길이들(318b, 324b)을 가질 수 있다. 상부 아암들의 조인트에서 조인트까지의 길이들은, 하나의 상부 아암이 다른 상부 아암을, 예컨대, 좌측편으로부터 우측편으로 또는 우측편으로부터 좌측편으로 가로지르도록 선택될 수 있다. 이는, 반도체 웨이퍼 처리 시스템 내의 스테이션들에 접근하는 로봇의 다양한 예들을 보여주는 도 18a-18b에 도식적으로 묘사된 바와 같이, 로봇이 웨이퍼들을 좌측과 우측 스테이션들로부터 픽킹하고 좌측과 우측 스테이션들에 배치할 수 있도록 허용한다. 원하는 경우, 두 쌍의 엔드-이펙터들은 상이한 수직 간격을 가질 수 있으며, 이는 로봇이 두 개의 엔드-이펙터들을 동일한 평면에서(동일한 수직 높이에서) 동시에 연장시킬 수 있도록 하며, 다른 두 개의 엔드-이펙터들은 비키도록 회전할 수 있으며, 상이한 평면들에서(상이한 수직 높이들에서) 서로 지나간다.
대안으로서, 상부 아암들은 동일한 조인트간(joint-to-joint) 길이를 특징으로 할 수 있으며, 하나의 상부 아암에 의해 운반되는 엔드-이펙터(들)은, 다른 상부 아암과 이와 관련된 엔드-이펙터(들)이 통과할 수 있도록 구성된 구조적 지지체 상에 올려질 수 있다. 이러한 실시예의 예는 도 19a-19b에 도시되어 있으며, 여기서 도 19a는 두 개의 엔드-이펙터들과 통과 지지체(pass-through support)(1902)를 가진 로봇을 보여주고, 도 19b는 네 개의 엔드-이펙터들과 통과 지지체들(1904, 1906)을 가진 로봇을 묘사한다.
로봇 구동 유닛은 로봇 아암의 수직 높이를 제어하기 위한 하나 이상의 수직 승강 기구를 포함할 수 있으며, 이는 상이한 높이들에 있는 스테이션들에 접근하고, 로봇 아암의 엔드-이펙터들 사이의 수직 거리를 보상하며, 재료 픽킹/배치 작동을 용이하게 하는데 사용될 수 있다. 예로서, 도 4c와 6c에 도시된 예들을 고려하면, 로봇 구동 유닛(206, 310)은 T1, T2, T3 및 T4 샤프트들의 높이를 조절하기 위해 단일의 수직 승강 기구를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 로봇 구동 유닛은 T1 및 T2 샤프트들의 높이를 제어하기 위한, 따라서 로봇 아암의 좌측 링크 장치의 높이를 독립적으로 제어하기 위한 하나의 수직 기구와, T1 및 T2 샤프트들의 높이와는 별도로 T3 및 T4 샤프트들의 높이를 적어도 부분적으로 제어하기 위한, 따라서 로봇 아암의 우측 링크 장치의 높이를 독립적으로 제어하기 위한 다른 수직 기구를 포함할 수 있다. 이러한 장치의 예는 도 17b에 도식적으로 도시되어 있다.
상기 수직 기구들(vertical mechanisms)은, 도 7b의 예에 도시된 바와 같이, 각각 볼-스크루(ball-screw)를 구동시키는 두 개의 모터들을 사용하여 시행될 수 있다. 대안으로서, 단일의 정지된 볼 스크루가 로봇 구동 유닛의 프레임에 부착되고, 두 개의 모터들이 정지된 볼 스크루 상에서 이동하는 볼 스크루 너트를 구동시킬 수 있으며, 여기서 하나의 모터는 T1 및 T2 샤프트 스핀들에 부착되고 다른 모터는 T3 및 T4 샤프트 스핀들에 부착된다. 다른 대안으로서, 두 개의 스핀들 중 하나는 로봇 구동 유닛의 프레임에 대하여 구동될 수 있고, 다른 스핀들은 제1 스핀들에 대하여 구동될 수 있다; 예를 들어, T1 및 T2 샤프트 스핀들은 T3 및 T4 샤프트 스핀들에 대하여 구동될 수 있고, T3 및 T4 샤프트 스핀들은 로봇 프레임에 대하여 구동될 수 있다. 상기 예에서 모터 구동 볼 스크루를 사용하는 것으로 설명되었지만, 임의의 다른 적합한 작동 기구가 사용될 수도 있으며, 이러한 작동 기구로는 리드 스크루, 선형 모터, 링크 기구, 시저 기구(scissor mechanism), 유압 액추에이터, 공압 액추에이터 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
예시적인 실시예들의 도면들 대부분이 우측 상부 아암 위에 좌측 상부 아암이 위치하고, 좌측 상부 아암 위에 좌측 상부 엔드-이펙터와 좌측 하부 엔드-이펙터가 위치하며, 우측 상부 아암 위에 우측 상부 엔드-이펙터와 우측 하부 엔드-이펙터가 위치하고, 우측 상부 엔드-이펙터 위에 좌측 상부 엔드-이펙터가 위치하며, 우측 하부 엔드-이펙터 위에 좌측 하부 엔드-이펙터가 위치한 로봇을 보여주지만, 상부 아암들과 엔드-이펙터들은 다양한 배치 형태로 배치될 수 있다.
예를 들어, 로봇은 아래의 예시적인 구성들과 이들의 조합을 특징을 할 수 있다:
● 좌측 상부 아암은 우측 상부 아암 아래에 위치할 수 있다.
● 좌측 상부 엔드-이펙터는 좌측 상부 아암 위에 위치할 수 있으며, 좌측 하부 엔드-이펙터는 좌측 상부 아암 아래에 위치할 수 있다.
● 좌측 상부 엔드-이펙터와 좌측 하부 엔드-이펙터는 좌측 상부 아암 아래에 위치할 수 있다.
● 우측 상부 엔드-이펙터는 우측 상부 아암 위에 위치할 수 있고, 우측 하부 엔드-이펙터는 우측 상부 아암 아래에 위치할 수 있다.
● 우측 상부 엔드-이펙터와 우측 하부 엔드-이펙터는 우측 상부 아암 아래에 위치할 수 있다.
● 좌측 상부 엔드-이펙터는 우측 상부 엔드-이펙터와 실질적으로 동일한 평면에 위치할 수 있다.
● 좌측 상부 엔드-이펙터는 우측 상부 엔드-이펙터 아래에 위치할 수 있다.
● 좌측 하부 엔드-이펙터는 우측 하부 엔드-이펙터와 실질적으로 동일한 평면에 위치할 수 있다.
● 좌측 하부 엔드-이펙터는 우측 하부 엔드-이펙터 아래에 위치할 수 있다.
● 대안으로서, 상부 아암들과 엔드-이펙터들의 임의의 적합한 배치 형태가 사용될 수 있다.
예시적인 실시예는 장치로서 제공될 수 있으며, 상기 장치는: 모터들과 상기 모터들에 연결된 동축 구동 샤프트들을 포함하는 로봇 구동장치(robot drive); 및 상기 로봇 구동장치에 연결된 로봇 아암;을 포함하며, 상기 로봇 아암은, 두 개의 상부 아암들, 상기 상부 아암들 중 제1 상부 아암에 연결된 제1 세트의 포어아암들(forearms), 상기 상부 아암들 중 제2 상부 아암에 연결된 제2 세트의 포어아암들 및 상기 포어아암들 중 각개의 포어아암에 연결된 엔드 이펙터들(end effectors)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 상부 아암들은 상기 동축 구동 샤프트들 중 각개의 제1 및 제2 구동 샤프트에 연결되며, 상기 제1 세트의 포어아암들은 상기 제1 상부 아암에 장착되고 각개의 제1 및 제2 구동 벨트 조립체들에 의해 상기 동축 구동 샤프트들 중 제3 구동 샤프트에 연결되며, 상기 제2 세트의 포어아암들은 상기 제2 상부 아암에 장착되고 각개의 제3 및 제4 구동 벨트 조립체들에 의해 상기 동축 구동 샤프트들 중 제4 구동 샤프트에 연결된다.
상기 제1 세트의 포어아암들은 공통 축 또는 회전에서 상기 제1 상부 아암에 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 구동 벨트 조립체들은 각각 적어도 한 세트의 풀리들과 상기 풀리들 사이의 구동 벨트를 포함할 수 있으며, 상기 풀리들 중 적어도 하나는 비원형 풀리이다. 상기 적어도 하나의 비원형 풀리를 포함하는 상기 제1 및 제2 구동 벨트 조립체들은, 상기 제1 상부 아암이 제1 방향으로 회전될 때 상기 제1 세트의 포어아암들을 이들 사이에 상대적인 회전 없이 이동시키도록 구성될 수 있으며, 상기 적어도 하나의 비원형 풀리를 포함하는 상기 제1 및 제2 구동 벨트 조립체들은, 상기 제1 상부 아암이 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 회전될 때 상기 제1 세트의 포어아암들을 이들 사이에 상대적인 회전을 가지며 이동시키도록 구성될 수 있다. 상기 장치는 상기 로봇 구동장치에 연결된 제어기를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어기는 적어도 하나의 프로세서와, 상기 모터들을 제어하기 위한 컴퓨터 코드를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함한다. 상기 장치는 상기 로봇 구동장치가 연결된 기판 이송 챔버(substrate transport chamber)와, 상기 기판 이송 챔버에 연결된 다수의 기판 스테이션들(substrate stations)을 더 포함할 수 있으며, 상기 로봇 아암은 상기 기판 이송 챔버 내부에 위치하고, 상기 다수의 기판 스테이션들은, 상기 기판 이송 챔버와 로봇 구동장치의 연결축으로부터 반경 방향에 대하여 오프셋 된 스테이션들과, 상기 기판 이송 챔버와 로봇 구동장치의 연결축으로부터 반경 방향에 대하여 오프셋 되지 않은 적어도 하나의 스테이션을 포함하며, 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 엔드 이펙터들이 상기 스테이션들에 대해 기판들을 삽입 및 제거하도록 상기 엔드 이펙터들을 이동시키도록 구성된다. 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 제1 세트의 포어아암들 상의 엔드 이펙터들 중 제1 엔드 이펙터와 상기 제2 세트의 포어아암들 상의 엔드 이펙터들 중 제2 엔드 이펙터를 동시에 상기 기판 이송 챔버와 로봇 구동장치의 연결축으로부터 반경 방향에 대하여 오프셋 되지 않은 적어도 하나의 스테이션 내부로 이동시키도록 구성될 수 있다. 상기 장치는 상기 기판 이송 챔버의 동측(same side)에 상기 오프셋 기판 스테이션들 중 두 개를 포함할 수 있으며, 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 제1 세트의 포어아암들 상의 엔드 이펙터들 중 제1 엔드 이펙터와 상기 제2 세트의 포어아암들 상의 엔드 이펙터들 중 제2 엔드 이펙터를 동시에 두 개의 오프셋 스테이션들 내부로 각각 이동시키도록 구성된다. 상기 장치는 상기 기판 이송 챔버의 동측(same side)에 상기 오프셋 기판 스테이션들 중 두 개를 포함할 수 있으며, 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 제2 상부 아암과 제2 세트의 포어아암들이 이동하지 않는 동안 상기 제1 엔드 이펙터를 상기 두 개의 오프셋 기판 스테이션들 중 제1 스테이션 내부로 이동시키도록 구성되고, 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 제1 상부 아암과 제1 세트의 포어아암들이 이동하지 않는 동안 상기 제2 엔드 이펙터를 상기 두 개의 오프셋 기판 스테이션들 중 제2 스테이션 내부로 이동시키도록 구성된다.
예시적인 방법은, 제1 상부 아암을 로봇 구동장치(robot drive)의 제1 동축 구동 샤프트에 연결하는 단계; 제2 상부 아암을 상기 로봇 구동장치의 제2 동축 구동 샤프트에 연결하는 단계; 제1 세트의 포어아암들을 상기 제1 상부 아암에 연결하는 단계로서, 제1 구동 벨트 장치는 상기 제1 세트의 포어아암들 중 제1 포어아암을 상기 로봇 구동장치의 제3 동축 구동 샤프트에 연결하고, 제2 벨트 구동 장치는 상기 제1 세트의 포어아암들 중 제2 포어아암을 상기 로봇 구동장치의 제3 동축 구동 샤프트에 연결하는, 단계; 제2 세트의 포어아암들을 상기 제2 상부 아암에 연결하는 단계로서, 제3 구동 벨트 장치는 상기 제2 세트의 포어아암들 중 제1 포어아암을 상기 로봇 구동장치의 제4 동축 구동 샤프트에 연결하고, 제4 벨트 구동 장치는 상기 제2 세트의 포어아암들 중 제2 포어아암을 상기 로봇 구동장치의 제4 동축 구동 샤프트에 연결하는, 단계; 및 각개의 엔드 이펙터들을 상기 포어아암들에 연결하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1 세트의 포어아암들은 공통 축 또는 회전에서 상기 제1 상부 아암에 연결될 수 있다. 상기 제1 구동 벨트 장치는, 상기 제1 구동 벨트 장치의 구동 벨트를 상기 제3 동축 구동 샤프트의 회전에 대하여 가변적인 속도로 이동시키기 위한 적어도 하나의 비원형 풀리를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 구동 벨트 조립체들의 적어도 하나의 비원형 풀리를 포함하는 상기 제1 및 제2 구동 벨트 조립체들은, 상기 제1 상부 아암이 제1 방향으로 회전될 때 상기 제1 세트의 포어아암들을 이들 사이에 상대적인 회전 없이 이동시킬 수 있도록 연결될 수 있으며, 상기 제1 상부 아암이 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 회전될 때 상기 제1 세트의 포어아암들을 이들 사이에 상대적인 회전을 가지며 이동시킬 수 있도록 연결될 수 있다. 상기 방법은 제어기를 상기 로봇 구동장치에 결합하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어기는 적어도 하나의 프로세서와, 상기 로봇 구동장치의 모터들을 제어하기 위한 컴퓨터 코드를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함한다. 상기 방법은 상기 로봇 구동장치를 기판 이송 챔버(substrate transport chamber)에 연결하는 단계와, 다수의 기판 스테이션들을 상기 기판 이송 챔버에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 로봇 아암은 상기 기판 이송 챔버 내부에 위치하고, 상기 다수의 기판 스테이션들은, 상기 기판 이송 챔버와 로봇 구동장치의 연결축으로부터 반경 방향에 대하여 오프셋 된 스테이션들과, 상기 기판 이송 챔버와 로봇 구동장치의 연결축으로부터 반경 방향에 대하여 오프셋 되지 않은 적어도 하나의 스테이션을 포함하며, 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 엔드 이펙터들이 상기 스테이션들에 대해 기판들을 삽입 및 제거하도록 상기 엔드 이펙터들을 이동시키도록 구성된다. 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 제1 세트의 포어아암들 상의 엔드 이펙터들 중 제1 엔드 이펙터와 상기 제2 세트의 포어아암들 상의 엔드 이펙터들 중 제2 엔드 이펙터를 동시에 상기 기판 이송 챔버와 로봇 구동장치의 연결축으로부터 반경 방향에 대하여 오프셋 되지 않은 적어도 하나의 스테이션 내부로 이동시킬 수 있도록 조립될 수 있다. 상기 장치는 상기 기판 이송 챔버의 동측(same side)에 상기 오프셋 기판 스테이션들 중 두 개를 포함할 수 있으며, 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 제1 세트의 포어아암들 상의 엔드 이펙터들 중 제1 엔드 이펙터와 상기 제2 세트의 포어아암들 상의 엔드 이펙터들 중 제2 엔드 이펙터를 동시에 두 개의 오프셋 스테이션들 내부로 각각 이동시킬 수 있도록 조립된다. 상기 방법은 상기 기판 이송 챔버의 동측(same side)에 상기 오프셋 기판 스테이션들 중 두 개를 포함하는 장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 제2 상부 아암과 제2 세트의 포어아암들이 이동하지 않는 동안 상기 제1 엔드 이펙터를 상기 두 개의 오프셋 기판 스테이션들 중 제1 스테이션 내부로 이동시킬 수 있도록 조립되고, 상기 로봇 구동장치와 로봇 아암은, 상기 제1 상부 아암과 제1 세트의 포어아암들이 이동하지 않는 동안 상기 제2 엔드 이펙터를 상기 두 개의 오프셋 기판 스테이션들 중 제2 스테이션 내부로 이동시키도록 구성된다.
예시적인 방법은, 로봇 아암의 제1 상부 아암을 제1 축 둘레로 회전시키기 위해 로봇 구동장치의 제1 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제1 방향으로 회전시키는 단계; 상기 제1 동축 구동 샤프트가 회전되는 동안, 제1 구동 벨트 장치와 제2 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 제1 상부 아암 상의 제1 및 제2 포어아암들을 회전시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 제2 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 회전시키는 단계; 로봇 아암의 제2 상부 아암을 상기 제1 축 둘레로 회전시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 제3 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제2 방향으로 회전시키는 단계; 및 제3 구동 벨트 장치와 제3 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 제2 상부 아암 상의 제3 및 제4 포어아암들을 회전시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 제4 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 회전시키는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 동축 구동 샤프트들이 회전되는 동안 상기 로봇 구동장치의 제4 동축 구동 샤프트의 상기 제1 축 둘레로의 회전이 일어날 수 있다.
예시적인 방법은, 로봇 아암의 적어도 하나의 상부 아암을 제1 축 둘레로 회전시키기 위해 로봇 구동장치의 제1 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제1 방향으로 회전시키는 단계; 상기 제1 동축 구동 샤프트가 회전되는 동안, 적어도 제1 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 적어도 하나의 상부 아암 상의 제1 포어아암을 회전시키고 상기 제1 포어아암 상의 제1 엔드 이펙터를 후퇴 위치(retracted position)로부터 연장 위치를 향해 연장시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 제2 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 회전시키는 단계; 및 상기 제1 엔드 이펙터가 후퇴 위치로부터 연장 위치를 향해 이동되는 동안, 적어도 제2 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 적어도 하나의 상부 아암 상의 제2 포어아암을 회전시키고 상기 제2 포어아암 상의 제2 엔드 이펙터를 후퇴 위치에 유지하기 위해 상기 로봇 구동장치의 제3 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제2 방향으로 회전시키는 단계;를 포함할 수 있다.
예시적인 장치는, 모터들과 상기 모터들에 연결된 동축 구동 샤프트들을 포함하는 로봇 구동장치; 및 상기 로봇 구동장치에 연결된 로봇 아암;을 포함하며, 상기 로봇 아암은, 제1 상부 아암, 상기 제1 상부 아암에 연결된 제1 포어아암, 상기 제1 상부 아암에 연결된 제2 포어아암 및 상기 포어아암들 중 각개의 포어아암에 연결된 엔드 이펙터들을 포함하고, 상기 제1 상부 아암은 상기 동축 구동 샤프트들 중 제1 동축 구동 샤프트에 연결되며, 상기 제1 포어아암은 상기 제1 상부 아암에 장착되고 제1 구동 벨트 조립체에 의해 상기 동축 구동 샤프트들 중 제2 동축 구동 샤프트에 연결되며, 상기 제2 포어아암은 상기 제1 상부 아암에 장착되고 제2 구동 벨트 조립체에 의해 상기 제2 동축 구동 샤프트에 연결되고, 상기 제1 구동 벨트 조립체는 상기 제1 포어아암에 연결된 직선형 벨트 구동장치(straight belt drive)를 포함하며, 상기 제2 구동 벨트 조립체는 상기 제2 포어아암에 연결된 교차형 벨트 구동장치(crossover belt drive)를 포함한다.
예시적 방법은, 로봇 아암을 위한 정규화된 경로 변수에서 일차원의 조인트 공간 궤적 프로파일을 계산하고, 상기 조인트 공간 궤적 프로파일을 상기 로봇 아암 상의 엔드 이펙터(또는 상기 엔드 이펙터 상의 기판)의 시작 지점(start point)으로부터 상기 엔드 이펙터(또는 상기 엔드 이펙터 상의 기판)의 끝 지점(end point)까지의 끼인각(included angle)으로 표현된 원하는 경로에 적용하는 단계; 상기 끼인각에서의 조인트 공간 궤적 프로파일에 근거하여 반경 방향 좌표에서 대응되는 궤적을 계산하는 단계; 페이로드 중심의 경로가 상기 시작 지점과 끝 지점 사이의 직교 좌표 공간 내에서 직선을 따르도록, 계산된 반경 방향 좌표에 근거하여 페이로드 중심의 대응되는 각도 좌표를 계산하는 단계; 및 역 운동학의 수정된 공식을 사용하여, 원하는 끼인각과 대응되는 각속도 및 가속도로 보충된 원통형 좌표들로 표현된 원하는 페이로드 중심을 로봇 아암을 위한 운동 설정값들(motion setpoints)을 형성하기 위해 원하는 조인트 위치들, 속도들 및 가속도들로 변환하고, 그 다음에 상기 설정값들에 근거하여 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 모터들을 제어하는 단계;를 포함한다.
상기 방법은 상기 끝 지점들 사이의 직선 경로가 상기 특이점과 교차하지 않는지를 확인할 수 있다. 만약, 상기 교차가 예측되면, 상기 방법은 상기 이동을 중지하거나 또는 실행하지 않는다. 상기 방법은 상기 끝 지점들 사이의 직선 경로가 상기 특이점으로부터 일부 임계 거리 내부를 통과하는지를 확인할 수 있다. 상기 이동이 어떤 지점에서든 특이점 가까이에 접근하지 않는 경우, 상기 방법은 표준 직교 좌표 궤적 생성 방법을 채용할 수 있다. 계획된 경로가 특이점에 가까운 경우, 상기 방법은 위에서 언급한 바와 같이 조인트 좌표들로, 구체적으로 어느 엔드 이펙터가 명령받았는지에 따라 끼인각 θ1(t)-θ2(t)으로 상기 이동의 시작 및 끝 위치들을 계산할 수 있다.
조인트 공간 궤적은, 직교 좌표로 표현된 임의의 운동 제한들(즉, 페이로드의 최대 선속도와 가속도)을 위반하는지를 판단하기 위해 선택된 지점들의 그리드(selected grid of points)에서 평가될 수 있다. 이 시험은 오직 직접(순방향) 운동학 공식만 채용하며, 그래서 특이점의 근접에 상관없이 이루어진다. 직교 좌표 운동 제한이 위반된 경우에, 상기 방법은 모든 제한들에 충분히 맞도록 운동을 늦추기 위해 시간 스케일 팩터(time scale factor)를 계산할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서와, 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 비-일시적 메모리(non-transitory memory)를 포함하는 장치가 제공되며, 상기 적어도 하나의 메모리와 컴퓨터 프로그램 코드는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 장치가: 로봇 아암을 위한 정규화된 경로 변수에서 일차원의 조인트 공간 궤적 프로파일을 계산하고, 상기 조인트 공간 궤적 프로파일을 상기 로봇 아암 상의 엔드 이펙터(또는 상기 엔드 이펙터 상의 기판)의 시작 지점(start point)으로부터 상기 엔드 이펙터(또는 상기 엔드 이펙터 상의 기판)의 끝 지점(end point)까지의 끼인각(included angle)으로 표현된 원하는 경로에 적용하며; 상기 끼인각에서의 조인트 공간 궤적 프로파일에 근거하여 반경 방향 좌표에서 대응되는 궤적을 계산하며; 페이로드 중심의 경로가 상기 시작 지점과 끝 지점 사이의 직교 좌표 공간 내에서 직선을 따르도록, 계산된 반경 방향 좌표에 근거하여 페이로드 중심의 대응되는 각도 좌표를 계산하며; 그리고 역 운동학의 수정된 공식을 사용하여, 원하는 끼인각과 대응되는 각속도 및 가속도로 보충된 원통형 좌표들로 표현된 원하는 페이로드 중심을 로봇 아암을 위한 운동 설정값들(motion setpoints)을 형성하기 위해 원하는 조인트 위치들, 속도들 및 가속도들로 변환하도록 한다.
예시적인 실시예에 따르면, 예를 들어 도 1a에 도시된 메모리(19)와 같은, 기계에 의해 판독 가능한 비-일시적 프로그램 저장 장치가, 작동들을 수행하기 위한 기계에 의해 실행될 수 있는 지시들의 프로그램을 명확하게 구현하도록 제공될 수 있으며, 상기 작동들은: 로봇 아암을 위한 정규화된 경로 변수에서 일차원의 조인트 공간 궤적 프로파일을 계산하고, 상기 조인트 공간 궤적 프로파일을 상기 로봇 아암 상의 엔드 이펙터(또는 상기 엔드 이펙터 상의 기판)의 시작 지점(start point)으로부터 상기 엔드 이펙터(또는 상기 엔드 이펙터 상의 기판)의 끝 지점(end point)까지의 끼인각(included angle)으로 표현된 원하는 경로에 적용하는 단계; 상기 끼인각에서의 조인트 공간 궤적 프로파일에 근거하여 반경 방향 좌표에서 대응되는 궤적을 계산하는 단계; 페이로드 중심의 경로가 상기 시작 지점과 끝 지점 사이의 직교 좌표 공간 내에서 직선을 따르도록, 계산된 반경 방향 좌표에 근거하여 페이로드 중심의 대응되는 각도 좌표를 계산하는 단계; 및 역 운동학의 수정된 공식을 사용하여, 원하는 끼인각과 대응되는 각속도 및 가속도로 보충된 원통형 좌표들로 표현된 원하는 페이로드 중심을 로봇 아암을 위한 운동 설정값들(motion setpoints)을 형성하기 위해 원하는 조인트 위치들, 속도들 및 가속도들로 변환하는 단계;를 포함한다.
하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 매체(들)의 임의 조합이 상기 메모리로서 사용될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 매체는 컴퓨터 판독 가능한 신호 매체 또는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체일 수 있다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 전파 신호(propagating signal)를 포함하지 않으며, 예를 들어, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 또는 디바이스, 또는 이들의 임의의 적합한 조합일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체의 더욱 구체적인 예들(완전하지 않은 목록)은 다음을 포함할 수 있을 것이다: 하나 이상의 와이어들을 가진 전기적 연결구, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(RAM), 소거 가능한 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리(EP-ROM 또는 플래시 메모리), 광섬유, 휴대용 콤팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM), 광 저장 장치, 자기 저장 장치, 또는 이들의 임의의 조합.
다른 예시적인 방법은, 로봇 아암의 적어도 하나의 상부 아암을 제1 축 둘레로 회전시키기 위해 로봇 구동장치의 제1 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제1 방향으로 회전시키는 단계; 상기 제1 동축 구동 샤프트가 회전되는 동안, 적어도 제1 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 적어도 하나의 상부 아암 상의 제1 포어아암을 회전시키고 상기 제1 포어아암 상의 제1 엔드 이펙터를 후퇴 위치(retracted position)로부터 연장 위치를 향해 연장시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 제2 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 회전시키는 단계; 및 상기 제1 엔드 이펙터가 후퇴 위치로부터 연장 위치를 향해 이동되는 동안, 적어도 제2 구동 벨트 장치를 이동시켜 상기 적어도 하나의 상부 아암 상의 제2 포어아암을 회전시키고 상기 제2 포어아암 상의 제2 엔드 이펙터를 후퇴 위치에 유지하기 위해 상기 로봇 구동장치의 제3 동축 구동 샤프트를 상기 제1 축 둘레로 제2 방향으로 회전시키는 단계;를 포함할 수 있다.
예시적인 방법은, 로봇 아암의 엔드 이펙터 상에 있는 기준점(reference point)의 시작 위치로부터 기준점의 끝 위치까지의 기준점의 원하는 경로에 근거하여, 상기 시작 위치에 대응되고 상기 끝 위치에 대응되는 끼인각을 결정하는 단계로서, 상기 로봇 아암은 상기 로봇 아암을 이동시키기 위한 모터들을 가진 로봇 구동장치에 연결된, 단계; 상기 끼인각들에 적어도 부분적으로 근거하여 상기 엔드 이펙터 상의 기준점의 반경 방향 좌표들로 궤적을 계산하는 단계; 계산된 반경 방향 좌표들에 근거하여, 상기 엔드 이펙터 상의 기준점이 상기 시작 지점과 끝 지점 사이의 원하는 경로를 따라가도록 상기 엔드 이펙터 상의 기준점의 대응되는 각도 좌표들을 계산하는 단계; 역 운동학의 수정된 공식을 사용하여, 궤적의 끼인각과 상기 엔드 이펙터의 대응되는 각속도 및 가속도로 보충된 상기 엔드 이펙터 상의 기준점의 반경 방향 및 각도 좌표들을 상기 로봇 아암을 위한 운동 설정값들(motion setpoints)을 형성하기 위해 원하는 조인트 위치들, 속도들 및 가속도들로 변환하는 단계; 및 상기 운동 설정값들에 근거하여 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 모터들을 제어하는 단계;를 포함한다.
상기 방법은, 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 원하는 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점과 교차하는지를 판단하고, 상기 로봇 아암의 이동을 실행하지 않는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 원하는 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 내부를 통과하는지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있으며; 상기 이동이 상기 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 내부를 통과하지 않을 때, 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 직교 좌표 궤적 생성 방법을 사용하고, 상기 이동이 상기 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 내부를 통과할 때, 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 직교 좌표 궤적 생성 방법을 사용하지 않는다. 상기 방법은, 상기 궤적이 직교 좌표들로 표현된 적어도 하나의 운동 제한을 위반하는지를 판단하기 위해 선택된 지점들의 그리드(selected grid of points)에서 상기 궤적을 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 운동 제한은 상기 엔드 이펙터의 최대 선속도 및 최대 가속도를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 운동 제한이 위반된 것으로 판단된 때, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 운동 제한을 맞추기 위해 상기 모터들 중 적어도 하나를 움직이고 상기 로봇 아암의 이동을 늦추기 위한 시간 스케일 팩터(time scale factor)를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 엔드 이펙터 상의 기준점은 상기 엔드 이펙터 상의 기판 페이로드의 페이로드 중심을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 엔드 이펙터를 위한 정규화된 경로 변수에서 일차원의 궤적 프로파일을 계산하는 단계와, 상기 일차원 궤적 프로파일을 상기 엔드 이펙터 상의 기준점의 시작 위치로부터 끝 위치까지의 끼인각(included angle)으로 표현된 원하는 경로에 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 기계에 의해 판독 가능한 비-일시적 프로그램 저장 장치는, 작동들을 수행하기 위한 기계에 의해 실행될 수 있는 지시들의 프로그램을 명확하게 구현하도록 제공될 수 있으며, 상기 작동들은 위에서 설명된 바와 같은 방법을 포함한다.
예시적인 방법은, 제어기에 의해 로봇 아암의 엔드 이펙터 상의 기준점의 시작 위치와 끝 위치 사이의 기준점(reference point)의 경로를 결정하는 단계로서, 상기 로봇 아암은 로봇 아암을 이동시키기 위한 모터들을 가진 로봇 구동장치에 연결되고, 상기 제어기는 적어도 하나의 프로세서와, 컴퓨터 코드를 가진 적어도 하나의 비-일시적 메모리를 포함하는, 단계; 상기 제어기가 다수의 상이한 이동 제어 모드들로부터 이동 제어 모드를 선택하는 단계로서, 상기 상이한 이동 제어 모드들은; 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점을 가로지르는 것으로 판단하고, 상기 경로로 상기 로봇 아암의 이동을 실행하지 않는 모드, 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 외측을 통과하는 것으로 판단하고, 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 직교 좌표 궤적 생성 방법을 사용하는 모드, 및 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 내부를 통과하는 것으로 판단하고, 상기 시작 위치에 대응되며 상기 끝 위치에 대응되는 끼인각을 결정하며, 상기 시작 위치와 끝 위치를 조인트 좌표들로 계산하고, 상기 끼인각에 적어도 부분적으로 근거하여 상기 시작 위치로부터 끝 위치까지의 궤적을 반경 방향 좌표들로 계산하며, 상기 기준점이 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 직교 좌표 공간 내의 경로를 따라가도록 상기 기준점의 대응되는 각도 좌표를 계산하는 모드를 포함하는, 단계; 및 상기 제어기가 선택된 제어 모드에 근거하여 상기 로봇 아암의 모터들의 운동을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 역 운동학의 수정된 공식을 사용하여, 상기 끼인각과 기준점의 대응되는 각속도 및 가속도로 보충된 상기 기준점의 반경 방향 및 각도 좌표들을 상기 로봇 아암을 위한 운동 설정값들(motion setpoints)을 형성하기 위해 조인트 좌표들, 각속도들, 및 가속도들로 변환하는 단계; 및 상기 운동 설정값들에 근거하여 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 상기 로봇 구동장치의 모터들을 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 궤적이 직교 좌표들로 표현된 적어도 하나의 운동 제한을 위반하는지를 판단하기 위해 선택된 지점들의 그리드(selected grid of points)에서 상기 궤적을 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 운동 제한은 상기 기준점의 최대 선속도 및 최대 가속도를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 운동 제한이 위반된 것으로 판단된 때, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 운동 제한을 맞추기 위해 상기 모터들 중 적어도 하나를 움직이고 상기 로봇 아암의 이동을 늦추기 위한 시간 스케일 팩터(time scale factor)를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 기계에 의해 판독 가능한 비-일시적 프로그램 저장 장치는, 작동들을 수행하기 위한 기계에 의해 실행될 수 있는 지시들의 프로그램을 명확하게 구현하도록 제공될 수 있으며, 상기 작동들은 위에서 설명된 바와 같은 방법을 포함한다.
예시적인 실시예는 적어도 하나의 프로세서와, 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 비-일시적 메모리(non-transitory memory)를 포함하는 장치로 제공되며, 상기 적어도 하나의 메모리와 컴퓨터 프로그램 코드는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 장치가: 상기 적어도 하나의 프로세서와 컴퓨터 프로그램 코드에 의해 궤적을 가진 기준점의 시작 지점과 기준점의 끝 지점 사이의 로봇 아암의 엔드 이펙터 상의 기준점의 경로를 결정하도록 하며, 여기서 상기 로봇 아암은 상기 로봇 아암을 이동시키기 위한 모터들을 가진 로봇 구동장치에 연결되고; 그리고 상기 적어도 하나의 프로세서와 컴퓨터 프로그램 코드에 의해 다수의 상이한 이동 제어 모드들 중 이동 제어 모드를 선택하도록 하며, 여기서 다수의 상이한 이동 제어 모드들은: 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점을 가로지르는 것으로 판단하고, 상기 경로로 상기 로봇 아암의 이동을 실행하지 않는 모드, 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 외측을 통과하는 것으로 판단하고, 상기 로봇 아암을 이동시키기 위해 직교 좌표 궤적 생성 방법을 사용하는 모드, 및 상기 시작 위치와 끝 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 미리 결정된 임계 거리 내부를 통과하는 것으로 판단하고, 상기 시작 위치에 대응되며 상기 끝 위치에 대응되는 끼인각을 결정하며, 상기 시작 위치와 끝 위치를 조인트 좌표들로 계산하고, 상기 끼인각에 적어도 부분적으로 근거하여 상기 시작 위치로부터 끝 위치까지의 궤적을 반경 방향 좌표들로 계산하며, 상기 기준점이 상기 이동의 시작 위치와 끝 위치 사이의 직교 좌표 공간 내의 경로를 따라가도록 상기 기준점의 대응되는 각도 좌표를 계산하는 모드를 포함한다.
상기 적어도 하나의 프로세서와 컴퓨터 프로그램 코드는, 상기 궤적이 직교 좌표들로 표현된 적어도 하나의 운동 제한을 위반하는지를 판단하기 위해 선택된 지점들의 그리드(selected grid of points)에서 상기 궤적을 평가하도록 구성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 운동 제한은 상기 기준점의 최대 선속도 및 최대 가속도를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 운동 제한이 위반된 것으로 판단된 때, 상기 적어도 하나의 프로세서와 컴퓨터 프로그램 코드는 상기 적어도 하나의 운동 제한을 맞추기 위해 상기 모터들 중 적어도 하나를 움직이고 상기 로봇 아암의 이동을 늦추기 위한 시간 스케일 팩터(time scale factor)를 계산하도록 구성될 수 있다.
상술한 설명에서, 직선 경로는 시작 위치와 끝 위치 사이에서 언급된다. 그러나, 이는 단순히 예이다. 대체 가능한 예에서, 경로는 직선이 아닐 수도 있으며, 또는 오직 부분적으로만 직선일 수 있다. 추가적으로, 상술한 설명은 로봇 아암 상의 엔드 이펙터를 위한 정규화된 경로 변수에서 일차원 궤적 프로파일을 계산하는 것을 언급한다. 그러나, 이는 단순히 예이다. 대체 가능한 예들에서, 시작 지점에 대응되는 끼인각으로부터 끝 지점에 대응되는 끼인각까지의 끼인각으로 계산되는 일차원 운동 프로파일은 임의의 적합한 유형의 방법을 사용하여 계산될 수 있으며; 정규화된 경로 변수에서 일차원 궤적 프로파일을 계산하는 것에 한정되지 않는다.
하나의 유형의 예시적인 방법에서, 상기 방법은 아래의 단계들을 포함할 수 있다:
1. 로봇 엔드-이펙터 상의 기준점의 시작 위치, 및 상기 로봇 엔드-이펙터 상의 기준점의 끝 위치는 주어진 것이다. 이는 로봇이 (후퇴 위치로부터) 시작하는 곳과 로봇이 (기판 픽킹/배치 작업을 위해) 끝나는 곳을 정의한다.
2. 추가로, 로봇 엔드-이펙터 상의 기준점의 운동의 속도, 가속도 및 저크(jerk)를 제한하는 제한들과, 끼인각의 속도, 가속도 및 저크를 제한하는 제한들이 있다.
3. 로봇 엔드-이펙터 상의 기준점의 시작 위치와 로봇 엔드-이펙터 상의 기준점의 끝 위치를, 예를 들어 직선과 같은 경로로 연결한다.
4. 단계 3에서 계산된 직선이 운동학적 특이점의 원통을 통과할 경우에는, 이동을 실행하지 않고 정지한다.
5. 단계 3에서 계산된 직선이 운동학적 특이점의 원통 외측에 있고, 운동학적 특이점의 원통에 미리 결정된 거리보다 더 가깝지 않은 경우, 직교 좌표 공간에서 기준점의 궤적을 계산하고, 아래의 단계들을 무시한다.
6. 단계 4와 5에서 설명된 조건들이 맞지 않은 경우에, 아래의 단계들을 따라 진행한다.
7. 역 운동학 방정식을 사용하여, 시작 지점에 대응되는 끼인각과 끝 지점에 대응되는 끼인각을 결정한다.
8. 일차원 운동 프로파일을 단계 3에서 결정된 시작 지점에 대응되는 끼인각으로부터 끝 지점에 대응되는 끼인각까지의 끼인각으로 계산한다. 이 계산은 단계 2에서 도입된 끼인각의 속도, 가속도 및 저크에 관한 제한들을 사용한다.
9. 단계 8에서 끼인각으로 표현된 프로파일을 반경 방향 좌표의 운동 프로파일로 변환한다(이는, 극좌표 시스템 또는 원통형 좌표 시스템에서 일반적으로 사용되는 바와 같이, 로봇 엔드-이펙터 상의 기준점까지의 반경 방향 거리이다).
10. 단계 3에서 계산된 직선과 단계 9에서 반경 방향 좌표로 표현된 프로파일을 사용하여, 운동 프로파일을 각도 좌표로 계산한다(이는, 극좌표 시스템 또는 원통형 좌표 시스템에서 일반적으로 사용되는 바와 같이, 로봇 엔드-이펙터 상의 기준점까지의 반경 방향 선의 각도이다).
11. 반경 방향 및 각도 좌표의 운동 프로파일을 직교 좌표로 표현된 운동 프로파일로 변환한다. 이는 단순히 잘 알려진 극좌표(또는 원통형 좌표) 시스템으로부터 직교 좌표 시스템으로의 위치, 속도 및 가속도의 변환의 사용을 포함할 수 있다.
12. 단계 11에서 계산된 운동 프로파일이 단계 2에서 도입된 로봇 엔드-이펙터 상의 기준점의 운동의 속도, 가속도 및 저크를 제한하는 임의의 제한들을 위반하는지를 확인한다. 위반하지 않을 경우, 이동을 실행하고 단계 13을 무시한다.
13. 단계 12에서의 확인이 위반을 나타낼 경우, 로봇 엔드-이펙터 상의 기준점의 운동의 속도, 가속도 및 저크를 제한하는 제한들 중 어느 것도 위반하지 않도록 직교 좌표의 운동 프로파일을 스케일링한다. 이는 로봇 이동의 시간을 연장함으로써 편리하게 수행될 수 있다.
상기한 설명은 단지 예시적인 것이라는 점을 이해하여야 한다. 본 기술분야의 기술자에 의해 다양한 대안들과 변형들이 고안될 수 있다. 예를 들어, 다양한 종속항들에 기재된 특징들은 임의의 적합한 조합(들)으로 서로 조합될 수 있을 것이다. 추가로, 상술한 상이한 실시예들의 특징들은 선택적으로 새로운 실시예에 조합될 수 있다. 따라서, 상기 설명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되는 모든 대안들, 수정 및 변형들을 포괄하도록 의도되었다.
10: 반도체 웨이퍼 처리 시스템
12: 반경방향 스테이션
13: 환경 챔버
14: 오프셋 스테이션
100: 로봇

Claims (1)

  1. 적어도 하나의 프로세서; 및
    컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 적어도 하나의 비-일시적인 메모리;를 포함하는 장치에 있어서, 상기 메모리 및 프로그램 코드는 상기 프로세서를 이용하여 장치가,
    적어도 하나의 프로세서 및 컴퓨터 프로그램 코드를 이용하여, 기준점의 제1 위치 및 기준점의 다른 제2 위치 사이에서 로봇 아암의 엔드 이펙터 상의 기준점의 희망하는 경로를 결정하는 단계로서, 상기 로봇 아암은 로봇 아암을 움직이도록 모터를 가지는 로봇 구동부에 연결되는, 결정하는 단계;
    적어도 하나의 프로세서 및 컴퓨터 프로그램 코드를 이용하여, 복수의 서로 다른 움직임 제어 모드로부터 움직임 제어 모드를 선택하는 단계;를 수행하도록 하며,
    복수의 서로 다른 움직임 제어 모드는,
    상기 제1 위치 및 다른 제2 위치 사이의 경로가 상기 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 소정의 임계 거리 밖에서 통과하는지를 결정하고 상기 로봇 아암을 움직이도록 직교 좌표 궤적 생성 계획을 사용하는 단계에 기초하는 제1 움직임 제어 모드; 및
    상기 제1 위치 및 다른 제2 위치 사이의 경로가 로봇 아암의 운동학적 특이점으로부터 소정의 임계 거리 이내에서 통과하는지를 결정하는 단계에 기초하는 다른 제2 움직임 제어 모드로서, 상기 제2 움직임 제어 모드는,
    상기 로봇 아암의 2개의 링크 사이의 조인트에서의 2개의 링크 간의 제1 끼인각을 결정하는 단계;
    상기 로봇 아암의 2개의 링크 사이의 조인트에서의 2개의 링크 간의 제2 끼인각을 결정하는 단계;
    상기 끼인각, 2개의 링크 사이의 조인트에서의 끼인각에 대한 대응하는 각속도 및 2개의 링크 사이의 조인트에서의 끼인각에 대한 대응하는 각가속도에 적어도 부분적으로 기초하여 기준점의 궤적을 계산하는 단계로서, 상기 끼인각, 각속도 및 각가속도는 조인트 위치, 속도 및 가속도를 결정하도록 된, 계산하는 단계;를 포함하는 제2 움직임 제어 모드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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