TW202228944A - 機器人以及教示方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種水平多關節型機器人，該水平多關節型機器人包括機械手臂、手以及教示構件。前述手連接在前述機械手臂。前述手能夠保持基板。前述教示構件連接在前述機械手臂。前述教示構件不用於基板的搬送。

Description

機器人以及教示方法
本發明係有關於一種對水平多關節型機器人的教示。
專利文獻1公開了進行晶圓搬送機器人的定位(教示)的教示裝置。該教示裝置包括基板以及嵌合部。嵌合部嵌合到晶圓搬送機器人包括的末端執行器。當將末端執行器配置為與基板接觸時，末端執行器的上表面位置與晶圓的下表面一致。當末端執行器嵌合到嵌合部時，執行晶圓搬送機器人的末端執行器、臂以及旋轉軸的教示。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利第4601130號公報。
[發明所欲解決之課題]
上述專利文獻1的構成由於直接使用作為末端執行器的手進行教示，因此負荷很容易施加在手上，在教示時有可能會發生變形、破損等。由於要求搬送晶圓的手輕量且小型，因此也難以提高手的機械強度。
鑒於上述內容，本發明的目的在於提供一種對於教示作業的耐久性較好的機器人。 [用以解決課題之手段]
本發明所要解決的課題如上前述，以下，說明用於解決該課題的手段以及其功效。
根據本發明的第一觀點，提供以下的構成的機器人。亦即，水平多關節型機器人包括機械手臂、手以及教示構件。前述手以上下方向的軸為中心可旋轉地連接在前述機械手臂。前述手能夠保持基板。前述教示構件以上下方向的軸為中心可旋轉地連接在前述機械手臂。前述教示構件不用於基板的搬送。
根據本發明的第二觀點，提供一種以下的教示方法，該教示方法是對於藉由連接在機械手臂的手來保持基板進行搬送的水平多關節型機器人的教示方法。亦即，在該教示方法中，使用連接在前述機械手臂且不用於基板的搬送的教示構件進行教示。
藉此，能夠使用機器人側包括的教示構件來實現對機器人的自動教示。由於使用作為與手不同的構件的教示構件來進行教示，因此能夠防止手的破損等。 [發明功效]
藉由本發明，能夠提供一種對於教示作業的耐久性較好的機器人。
其次，參照圖式，對所公開的實施形態進行說明。圖1是表示本發明的第一實施形態的機器人系統100的構成的立體圖。圖2是表示機器人1的構成的立體圖。圖3是表示機器人系統100的一部分的構成的方塊圖。圖4是表示教示構件12被設置在教示台8的樣子的立體圖。
圖1所示的機器人系統100是在無塵室等作業空間內使機器人1進行作業的系統。
機器人系統100包括機器人1、控制器5以及教示台8。
機器人1例如作為晶圓移載機器人發揮作用，該晶圓移載機器人用於搬送保管在保管容器3中的晶圓(基板)2。在本實施形態中，機器人1藉由SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm；選擇順應性關節機械手臂)型水平多關節機器人實現。SCARA是選擇順應性關節機械手臂的簡稱。
如圖2所示，機器人1包括手(保持部)11、教示構件12以及機械手臂13。
手11是末端執行器的一種，通常形成為在俯視時V字形或U字形。手11被機械手臂13(具體為後述的第二連桿18)的前端支撐著。手11以沿上下方向延伸的第三軸a3作為中心相對於第二連桿18可旋轉。
手11作為邊緣抓握型手構成。在手11中分叉的每一個前端部分設置有邊緣引導6。在手11的手腕附近設置有按壓構件。按壓構件7藉由內置在手11的手腕部的省略圖示的致動器(例如，空氣氣缸)朝向手11的前端方向移動。
藉由在將晶圓2放置在手11的上表面側的狀態下使按壓構件7向前端側位移，能夠在邊緣引導6與按壓構件7之間夾著晶圓進行保持。
教示構件12形成為板狀。教示構件12的厚度方向朝向上下方向配置著。教示構件12被機械手臂13(第二連桿18)的前端支撐著。教示構件12以前述第三軸a3為中心相對於第二連桿18可旋轉。
在本實施形態中，教示構件12形成為圓板狀。不過，俯視時的教示構件12的形狀是任意的。如圖1中的點劃線所示，教示構件12的外周面能夠接觸到教示台8包括的教示用銷82。後面將對教示台8的詳細構成進行說明。在本實施形態中，教示構件12的圓板狀部分的直徑與作為搬送對象的晶圓2的直徑相等。不過，教示構件12的圓板狀部分的直徑既可以大於晶圓2的直徑，也可以小於晶圓2的直徑。
教示構件12不以晶圓2的搬送為目的。因此，邊緣引導6以及按壓構件7等沒有被設置在教示構件12。
機械手臂13主要包括基座15、昇降軸16、複數個連桿(這裡為第一連桿17以及第二連桿18)。
基座15被固定在例如構成無塵室的天花板面。基座15作為支撐昇降軸16的基底構件發揮作用。
昇降軸16相對於基座15在上下方向移動。藉由該昇降，能夠改變第一連桿17、第二連桿18、手11以及教示構件12的高度。
在基座15設置有馬達M1以及編碼器E1。馬達M1經由例如省略圖示的螺絲機構驅動昇降軸16。編碼器E1檢測昇降軸16的上下方向的位置。
第一連桿17被昇降軸16的下部支撐著。第一連桿17以上下方向延伸的第一軸a1為中心相對於昇降軸16旋轉。因此，能夠在水平面內改變第一連桿17的姿勢。
在第一連桿17設置有馬達M2以及編碼器E2。馬達M2驅動第一連桿17相對於昇降軸16旋轉。編碼器E2檢測第一連桿17相對於昇降軸16的角度。
第二連桿18被第一連桿17的前端支撐著。第二連桿18以上下方向延伸的第二軸a2為中心相對於第一連桿17旋轉。因此，能夠在水平面內改變第二連桿18的姿勢。
在第一連桿17設置有馬達M3以及編碼器E3。馬達M3驅動第二連桿18相對於第一連桿17旋轉。編碼器E3檢測第二連桿18相對於第一連桿17的角度。
在第二連桿18設置有馬達M4以及編碼器E4。馬達M4驅動手11相對於第二連桿18旋轉。編碼器E4檢測手11相對於第二連桿18的角度。
在第二連桿18設置有馬達M5以及編碼器E5。馬達M5驅動教示構件12相對於第二連桿18旋轉。編碼器E5檢測教示構件12相對於第二連桿18的角度。
馬達M1至M5是驅動機器人1的各個部的致動器。馬達M1至M5作為伺服馬達構成，該伺服馬達是電動馬達的一種。藉由驅動馬達M1至M5，能夠將手11以及教示構件12的位置以及姿勢改變為各種各樣。如圖3所示，馬達M1至M5與控制器5電連接。馬達M1至M5的每一個以反映從控制器5輸入的指令值的方式被驅動。
控制器5包括用於驅動馬達M1至M5的驅動電路。該驅動電路以及機器人1的馬達M1至M5藉由未圖示的電纜連接。在該驅動電路設置有電流感測器C1至C5。電流感測器C1至C5能夠檢測馬達M1至M5的電流值。
編碼器E1是檢測位置的感測器。編碼器E2至E5是檢測角度的感測器。根據編碼器E1至E5的檢測結果，能夠檢測手11以及教示構件12的位置以及姿勢。編碼器E1至E5與控制器5電連接。編碼器E1至E5的每一個將檢測結果輸出給控制器5。
控制器5按照預先規定的動作程式或者從使用者輸入的移動指令，將指令值輸出給馬達M1至M5進行控制，使手11以及教示構件12移動到預先規定的位置。
如圖3所示，控制器5包括運算部51以及伺服控制部52。運算部51按照前述程式進行運算處理。伺服控制部52進行馬達M1至M5的伺服控制所需的處理。
控制器5作為包括CPU(Central Processing Unit；中央處理單元)、ROM(Read Only Memory；唯讀記憶體)、RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)、輔助儲存裝置等的已知的電腦構成。輔助儲存裝置例如作為HDD(Hard Disk Drive；硬碟機)、SSD(Solid State Drives；固態硬碟)等構成。在輔助儲存裝置中儲存有機器人控制程式以及用於實現本發明的教示方法的程式等。藉由這些硬體以及軟體的協同作業，能夠使控制器5作為運算部51以及伺服控制部52等動作。
如圖4所示，教示台8包括基底構件81以及教示用銷(定位構件)82。
基底構件81相對於機器人1的設置面固定設置。基底構件81被固定在配置在機器人1的周圍的未圖示的台的上表面。
在基底構件81的上表面固定有四個教示用銷82。每一個教示用銷82從基底構件81向上方突出設置著。四個教示用銷82的形狀彼此相同。在俯視時，四個教示用銷82從規定的基準點開始彼此之間等距離配置著。該基準點相當於俯視時的教示位置。能夠將教示構件12的圓板部分從上方插入藉由四個教示用銷82包圍的空間。
四個教示用銷82都包括前端錐部82a、圓柱部82b以及根錐部82c。
前端錐部82a被配置在教示用銷82的上端部。前端錐部82a形成為越靠下方直徑越大的圓錐狀。前端錐部82a的下端連接在圓柱部82b。藉由該前端錐部82a，能夠引導從上方插入的教示構件12進入四個教示用銷82的圓柱部82b之間。
圓柱部82b被配置在教示用銷82的上下方向的中間的部分。在教示構件12被插入到相當於該圓柱部82b的高度的狀態下，以教示構件12的外周面與圓柱部82b的外周面之間的間隙只有一點點的方式，規定四個教示用銷82的位置。
根錐部82c被配置在教示用銷82的下端部。根錐部82c形成為越靠下方直徑越大的圓錐狀。根錐部82c的上端連接在圓柱部82b。圓柱部82b與根錐部82c的邊界部分的高度相當於上下方向的教示位置。
其次，詳細說明伺服控制部52。在圖5中，以使教示構件12相對於第二連桿18旋轉的馬達M5為例，示意地表示了機器人1的控制系統。
伺服控制部52包括位置控制器55、速度控制器56、電流控制器57以及微分器58。並且，伺服控制部52包括減法器61、62、63。
控制器5包括的運算部51生成角度位置的指令值後輸出給減法器61。編碼器E5所檢測的角度位置的檢測值被輸入到該減法器61。減法器61計算角度位置的偏差，並將該結果輸出給位置控制器55。
位置控制器55藉由預先規定的傳遞函數或者基於比例係數的運算處理，根據從減法器61輸入的角度偏差生成速度指令值。位置控制器55將所生成的速度指令值輸出給減法器62。用微分器58對編碼器E5的角度位置進行微分所得到的速度值被輸入到該減法器62。減法器62計算速度的偏差，並將該結果輸出給速度控制器56。
速度控制器56藉由預先規定的傳遞函數或者基於比例係數的運算處理，根據從減法器62輸入的速度偏差生成電流指令值。速度控制器56將所生成的電流指令值輸出給減法器63。電流感測器C5檢測到的馬達M5的電流值被輸入到該減法器63。減法器63計算電流的偏差，並將該結果輸出給電流控制器57。
電流控制器57根據從減法器63輸入的電流偏差，來控制輸出給馬達M5的電流值。
運算部51對於伺服控制部52包括的位置控制器55、速度控制器56以及電流控制器57中的至少任意之一輸出指示增益的切換的信號。藉此，在位置控制器55、速度控制器56以及電流控制器57中的至少任意之一中，增益實質上成為零。換言之，位置環增益、速度環增益以及電流環增益中的至少任意之一實質上成為零。
當增益成為零或者接近於零的值時，藉由施加在教示構件12的外力(例如，教示構件12接觸到教示用銷82時的反作用力)，馬達M5的旋轉角度成為被自由改變的狀態。
以上，以馬達M5為例子進行了說明，對於其它馬達M1至M4也是一樣，藉由使伺服控制的增益實質上為零，該馬達M1至M4的旋轉角度成為被自由改變的狀態。
在本實施形態中，當進行機器人1的自動教示時，控制器5控制馬達M1至M5，以使機器人1的教示構件12位於教示台8的幾乎正上方。此時，事先使手11為與教示構件12實質上不重疊的姿勢。
接著，控制器5的運算部51關於馬達M1至M3、M5，使伺服控制的增益實質上為零。在該狀態下，運算部51驅動馬達M1，使教示構件12與昇降軸16一起下降。
有時因機器人1的公差等使得教示構件12的中心與教示台8的中心不一致。此時，向下方移動的教示構件12的外周面接觸到任意一個教示用銷82的前端錐部82a而被推壓。由於伺服控制的增益實質上是零，因此教示構件12、第一連桿17以及第二連桿18的姿勢響應於教示構件12被推壓而自由變化。
當使教示構件12下降時，最終，教示構件12被放置在教示用銷82的根錐部82c之上。其結果是，即使驅動馬達M1，昇降軸16也不下降。此時的教示構件12的位置成為教示位置。控制器5的運算部51儲存此時的編碼器E1至E3、E5的檢測結果。藉此，能夠實現使用了教示構件12的自動教示。
使馬達M1至M5的旋轉角度為可自由改變的狀態的方法各種各樣。運算部51也可以使位置偏差、速度偏差以及電流偏差中的任意之一為零或者接近於零的值來代替降低增益。運算部51也可以使從電流控制器57輸出到馬達M1至M5的電流值為零或者接近於零的值。也可以使從速度控制器56輸出的電流指令值為零或者接近於零的值。
在本實施形態中，在用於晶圓2的搬送的手11之外，將教示構件12設置在機器人1側。該教示構件12沒有被用於晶圓2的搬送。因此，與需要按壓構件7等精密機構的手11相比，很容易構成簡單且機械強度較好的教示構件12。因此，即使在教示時施加有外力，也能夠實現難以破損，具有優良耐久性的構成。
例如，當搬送半導體的晶圓2時，為了在高度清潔的環境中進行作業，有時機器人1被配置在封閉的空間內。在該構成中，由於教示台8從外部看不到，因此難以藉由使用了已知的教示器的目視來進行教示。但是，在本實施形態中，由於藉由機器人1包括的教示構件12自動進行教示，因此即使機器人1被配置在封閉的空間，也能夠毫無問題地進行教示。
當進行用水等液體弄濕晶圓2的處理時，在很多情況下，難以將作為電氣構件的感測器配置在教示構件12的附近。在本實施形態中，使用機器人1為了進行控制而通常具有的編碼器E1至E3、E5，實現了教示。因此，本實施形態的構成特別較佳地適用於潮濕環境。
如圖1的實線所示，當沒有使用教示構件12時，控制器5控制教示構件12的姿勢，以相對於第二連桿18成為折疊180度的狀態。折疊180度的狀態的姿勢也能夠換句話說是沿著第二連桿18的姿勢。藉由控制姿勢，以在俯視時教示構件12的一部分重疊在第二連桿18，能夠防止教示構件12妨礙晶圓2的搬送，且難以與周邊構件相互干涉。
如圖4等所示，當在使用教示構件12時，控制手11的姿勢，以相對於第二連桿18成為折疊180度的狀態。藉由控制姿勢，以在俯視時手11的一部分重疊在第二連桿18，能夠防止手11妨礙對機器人1的教示。
如上所述，本實施形態的水平多關節型機器人1包括機械手臂13、手11以及教示構件12。手11以上下方向的第三軸a3為中心可旋轉地連接在機械手臂13。手11能夠保持晶圓2。教示構件12以上下方向的第三軸a3為中心可旋轉地連接在機械手臂13。教示構件12不用於晶圓2的搬送。
藉此，能夠使用機器人1側包括的教示構件12來實現對機器人1的自動教示。由於使用作為與手11不同的構件的教示構件12來進行教示，因此能夠防止手11的破損等。
並且，在本實施形態的機器人1中，教示構件12被用於對機器人1進行教示。
藉此，在對機器人1進行教示時，不必將治具安裝在機器人1。因此，能夠簡化用於教示的機器人1的動作。
並且，在本實施形態的機器人1中，機械手臂13包括連桿17、18以及編碼器E2、E3、E5。編碼器E2、E3、E5檢測連桿17、18以及教示構件12的姿勢。根據教示構件12接觸到相對於機器人1的設置面固定設置的教示用銷82時的編碼器E2、E3、E5的檢測結果，對機器人1進行教示。
藉此，由於不必特別追加感測器等電氣構成，因此能夠降低成本。
並且，在本實施形態的機器人1中，當藉由手11搬送晶圓2時，教示構件12成為在俯視時至少一部分與機械手臂13重疊的姿勢。
藉此，能夠防止在搬送晶圓2時教示構件12成為障礙。
並且，在本實施形態的機器人1中，當藉由手11搬送晶圓2時，教示構件12保持沿著在俯視時位於機械手臂13中的最前端側的連桿18的姿勢。
藉此，能夠使教示構件12難以與周圍相互干涉。
並且，在本實施形態的機器人1中，當藉由教示構件12對機器人1進行教示時，手11成為在俯視時至少一部分與機械手臂13重疊的姿勢。
藉此，在進行教示時，能夠使手11不會成為障礙。
並且，在本實施形態的機器人1中，手11以上下方向的第三軸a3為中心可旋轉地連接在機械手臂13的前端。教示構件12用作為與手11同軸的第三軸a3可旋轉地連接在機械手臂13的前端。
藉此，由於教示構件12與手11同軸配置，因此藉由教示構件12進行的教示，能夠確實地使手11的動作精度較好。
以上，說明了本發明的較佳地實施形態，上述構成例如能夠如下述那樣改變。
也可以僅進行俯視時的位置的教示，省略上下方向的位置的教示。此時，能夠在教示用銷82中省略根錐部82c。
在進行教示時，也可以不利用教示構件12接觸到教示用銷82而被推壓的情況。例如，能夠將非接觸型感測器(例如，光感測器)配置在適當的位置，使該感測器檢測到教示構件12的位置為教示位置。
教示構件12也可以構成為例如連接到第二軸a2或者第一軸a1來代替連接到第三軸a3。
教示構件12也可以不形成為圓板狀。例如，教示構件12能夠形成為使細長的矩形的對著的兩條邊以圓弧狀向外側突出的橢圓形。並且，還能夠使教示構件12構成為三角形、四邊形或者六邊形等多邊形。
能夠在教示構件12形成貫穿狀的軸孔。此時，能夠構成為使教示用銷82接觸到軸孔的內周面。當使軸孔為圓形孔時，能夠在教示台8設置可插入軸孔的圓錐狀的定位構件來代替教示用銷82。
教示用銷82的個數並不限於四個，例如，也可以是3個。
在前述實施形態中，在手11的上方配置教示構件12，在教示構件12的上方配置第二連桿18。換言之，在第三軸a3的方向，教示構件12與手11相比更靠近第二連桿18。但是，也可以在手11的下方配置教示構件12。
機器人1還可以構成為基座15被設置在地板，來代替基座15被設置在天花板面的構成(吊頂式)。
手11也可以構成為可翻轉動作。即使在此時，教示構件12也不必具有翻轉動作功能。藉由教示構件12不具有翻轉動作功能，能夠實現簡單構成的教示構件12。
本發明還能夠適用於搬送晶圓2之外的基板(例如，玻璃板)用的機器人。
在本說明書中公開的要素的功能能夠使用電路或處理電路執行，該電路或處理電路包含為執行所公開的功能而構成或程式化的通用處理器、專用處理器、積體電路、ASIC(Application Specific Integrated Circuits；特定應用積體電路)、常規電路以及／或者它們的組合。處理器由於包含電晶體以及其它電路，因此被看作處理電路或電路。在本發明中，電路、單元或手段是執行所列舉的功能的硬體或者為了執行所列舉的功能而被程式化的硬體。硬體既可以是在本說明書中所公開的硬體，或者，也可以是為了執行所列舉的功能而被程式化或構成的其它已知的硬體。當硬體是被認為是電路的一種的處理器時，電路、手段或單元是硬體與軟體的組合，軟體被用於硬體以及／或者處理器的構成。
1:機器人 2:晶圓 3:保管容器 5:控制器 6:邊緣引導 7:按壓構件 8:教示台 11:手 12:教示構件 13:機械手臂 15:基座 16:昇降軸 17:第一連桿 18:第二連桿 51:運算部 52:伺服控制部 55:位置控制器 56:速度控制器 57:電流控制器 58:微分器 61,62,63:減法器 81:基底構件 82:教示用銷 82a:前端錐部 82b:圓柱部 82c:根錐部 100:機器人系統 a1:第一軸 a2:第二軸 a3:第三軸 C1至C5:電流感測器 E1至E5:編碼器 M1至M5:馬達
[圖1]是表示本發明的第一實施形態的機器人系統的整體構成的立體圖。 [圖2]是表示機器人的構成的立體圖。 [圖3]是表示機器人系統的一部分的構成的方塊圖。 [圖4]是表示教示構件被設置在教示台的樣子的立體圖。 [圖5]是說明旋轉驅動教示構件的馬達的伺服控制的方塊圖。
1:機器人
2:晶圓
3:保管容器
5:控制器
6:邊緣引導
7:按壓構件
8:教示台
11:手
12:教示構件
13:機械手臂
15:基座
16:昇降軸
17:第一連桿
18:第二連桿
81:基底構件
82:教示用銷
100:機器人系統

Claims (8)

  1. 一種水平多關節型機器人，係包括機械手臂、手以及教示構件； 前述手以上下方向的軸為中心可旋轉地連接在前述機械手臂，能夠保持基板； 前述教示構件以上下方向的軸為中心可旋轉地連接在前述機械手臂，不被用於基板的搬送。
  2. 如請求項1所記載之機器人，其中前述教示構件用於對前述機器人進行教示。
  3. 如請求項2所記載之機器人，其中前述機械手臂包括連桿以及感測器，前述感測器對前述連桿以及前述教示構件中的至少任意之一的姿勢進行檢測； 根據前述教示構件接觸到相對於前述機器人的設置面固定設置的定位構件時的前述感測器的檢測結果，來對前述機器人進行教示。
  4. 如請求項1至3中任一項所記載之機器人，其中當藉由前述手搬送前述基板時，前述教示構件成為在俯視時至少一部分與前述機械手臂重疊的姿勢。
  5. 如請求項4所記載之機器人，其中當藉由前述手搬送前述基板時，前述教示構件保持在俯視時沿著位於前述機械手臂中的最前端側的連桿的姿勢。
  6. 如請求項1至5中任一項所記載之機器人，其中當藉由前述教示構件對前述機器人進行教示時，前述手成為在俯視時至少一部分與前述機械手臂重疊的姿勢。
  7. 如請求項1至6中任一項所記載之機器人，其中前述手以上下方向的軸為中心可旋轉地連接到前述機械手臂的前端； 前述教示構件與前述手同軸地可旋轉地連接在前述機械手臂的前端。
  8. 一種教示方法，對於藉由連接在機械手臂的手來保持基板進行搬送的水平多關節型機器人的教示方法； 使用連接在前述機械手臂且不用於基板的搬送的教示構件來進行教示。
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