TWI721730B - 機器人之位置修正方法及機器人 - Google Patents

Abstract

位置修正方法包括：藉由以手成為預先決定之第1初始姿勢之方式使上述手移動，而使上述手與目標物對向之步驟；第1位置檢測步驟，擺動手，來檢測上述目標物遮擋上述檢測光時之上述旋轉軸之旋轉角；藉由以手成為預先決定之第2初始姿勢之方式使上述手移動，而使上述手與目標物對向之步驟；第2位置檢測步驟，擺動上述手來檢測上述目標物遮擋上述檢測光時之上述旋轉軸之旋轉角；以及修正量運算步驟，基於以上述第1初始姿勢取得之目標物之位置、與以上述第2初始姿勢取得之目標物之位置之差，來求出上述第2軸及上述第3軸之旋轉角修正量。

Description

機器人之位置修正方法及機器人

本發明係關於機器人之位置修正方法及機器人。位置修正中包含歸零修正、或者教示位置修正。

如專利文獻1所揭示，基板搬送用之機器人中，有包括安裝於手之前端之感測器者。此種機器人中，為提高教示精度，藉由繞某個既定之回旋軸而擺動手，來對感測器之實際之位置與由機器人所識別之位置之偏移進行修正。

現有技術文獻 專利文獻

專利文獻1：美國專利第9796086號說明書

根據該技術，可修正某個單一回旋軸所發生之偏移。另一方面，通常機器人包括複數個旋轉軸。因此，修正偏移之技術中可能有改善之餘地。

因此，本發明之目的在於改善機器人之位置控制精度。

本發明之一形態之機器人之位置修正方法中，上述機器人包括： 基台；臂，藉由將2個以上之連桿連結而構成，且與上述基台連結；手，與上述臂連結，且包括分成兩股之第1前端部及第2前端部；感測器，以檢測光於上述第1前端部與上述第2前端部之間傳播之方式來構成，並檢測目標物是否遮擋該檢測光；以及控制裝置，控制上述臂及上述手之動作；並且複數個旋轉軸於複數個連結部之各個中設定為相互平行，上述複數個連結部中包含上述基台與上述臂之連結部、形成上述臂之連桿中鄰接的2連桿之連結部、以及上述臂與上述手之連結部；於對於上述旋轉軸中之3個，從接近上述基台者起依序設為第1軸、第2軸及第3軸之情形時，上述機器人之位置修正方法包括：藉由以上述手成為預先決定之第1初始姿勢之方式使上述手移動，而使上述手與目標物對向之步驟；第1位置檢測步驟，擺動上述手來檢測上述目標物遮擋上述檢測光時之上述旋轉軸之旋轉角；藉由以上述手成為與上述第1初始姿勢不同之預先決定之第2初始姿勢之方式使上述手移動，而使上述手與目標物對向之步驟；第2位置檢測步驟，擺動上述手來檢測上述目標物遮擋上述檢測光時之上述旋轉軸之旋轉角；以及修正量運算步驟，基於以上述第1初始姿勢取得之上述旋轉軸之旋轉角、與以上述第2初始姿勢取得之上述旋轉軸之旋轉角之差，來求出上述第2軸及上述第3軸之旋轉角修正量。

根據上述構成，不僅第3軸，第2軸之位置亦可修正，機器人之位置控制精度得到改善。

1:機器人

2:匣盒

10:基台

11:升降軸

12:臂

13a:第1連桿

13b:第2連桿

14:手

15:基端部

16a:第1前端部

16b:第2前端部

17:感測器

18a:發光元件

18b:受光元件

19a、19b:光纖

20:控制裝置

21:運算部

22:儲存部

23:伺服控制部

26:驅動裝置

27a:升降致動器

28a、28b、28c:旋轉致動器

40:目標物

40a:第1目標物

40b:第2目標物

A1:旋轉軸(第1軸)

A2:旋轉軸(第2軸)

A3:旋轉軸(第3軸)

B、B':距離

C:中心線

L:檢測光

S:基板

S1~S5:步驟

φ1:第1旋轉角

φ2:第2旋轉角

φ3:第3旋轉角

φ1':第1軸A1之旋轉角

△φ2、△φ3:修正量

[圖1]圖1係表示實施方式之機器人之概念圖。

[圖2]圖2係表示實施方式之手之俯視圖。

[圖3]圖3係表示實施方式之機器人之控制系統之方塊圖。

[圖4]圖4係表示實施方式之機器人之位置修正方法之流程圖。

[圖5]圖5A係表示理想狀態下之手與目標物之位置關係之圖，圖5B係表示現實中可能發生之手與目標物之位置關係之圖，圖5C係對第2軸之修正量進行說明之圖，圖5D係對第3軸之修正量進行說明之圖。

[圖6]圖6係表示第2實施方式之位置修正方法之圖。

以下，參照圖式來對實施方式進行說明。於所有圖中對同一或對應之要素標註同一符號，且省略重複說明。

圖1表示機器人1。機器人1於製造半導體元件之半導體處理設備中，可用於搬送基板S。基板S係稱為晶圓之半導體元件之材料，形成為圓盤狀。半導體處理設備中，為了對基板S實施熱處理、雜質導入處理、薄膜形成處理、微影處理、洗滌處理、或者平坦化處理等各種處理，而設置有複數個處理裝置。

機器人1將例如收納於匣盒2中之基板S搬送至處理裝置。匣盒2例如為前開一體式晶圓傳送盒(Front Opening Unified Pod，FOUP)。此外，雖圖示有單一之匣盒2，但半導體處理設備中，集約性地設置有包括複數個(例如2個或3個)匣盒2之設備前端模組(Equipment Front End Module，EFEM)亦可。於該情形時，較佳為機器人1構成為可於無行走裝置之情況下於各匣盒2內進出。

機器人1包括：基台10、臂12、手14、感測器17及控制裝置20。

基台10固定於半導體處理設備之適當位置(例如水平之地面)(或者經由行走裝置而支持於設備底面亦可)。以下，以基台10適當設置於水平之地面者，對方向進行說明。

臂12透過升降軸11而與基台10連結。升降軸11可相對於基台10而於上下方向(Z方向)動作，藉此使臂12及手14於上下方向移動。臂12係藉由將 2個以上之連桿連結而構成。手14係與臂12連結。機器人1或臂12係所謂之水平多關節型。機器人1中，複數個旋轉軸A1、A2......於複數個連結部之各個中設定為相互平行。任一個旋轉軸A1、A2......均朝向上下方向(Z方向)。

於「複數個連結部」中包含：基台10與臂12之連結部、構成臂12之連桿中鄰接的2連桿彼此之連結部、以及臂12與手14之連結部。機器人1中之旋轉軸之個數係與從基台10至手14為止設置之連結部的個數對應。例如，於本實施方式中，臂12包括第1連桿13a及第2連桿13b之2連桿，於機器人1上設定有3個連結部及3個旋轉軸。(若連桿根數為3以上，則於機器人1上設定4個以上之旋轉軸)

第1連桿13a之基端部係以可繞旋轉軸A1而旋轉之方式與基台10連結。第2連桿13b之基端部係以可繞旋轉軸A2而旋轉之方式與第1連桿13a之前端部連結。手14係以可繞旋轉軸A3而旋轉之方式與第2連桿13b之前端部連結。連桿13a、13b及手14可於水平面(XY平面)內擺動。手14可根據臂12之姿勢(繞各旋轉軸A1~A3之旋轉角)，於水平面內沿著任意之軌跡(包含直線及曲線)而移動。

將3個旋轉軸A1~A3從接近基台10者起依序稱為第1軸A1、第2軸A2及第3軸A3。將繞第1軸A1之旋轉角稱為第1旋轉角φ1，將繞第2軸A2之旋轉角稱為第2旋轉角φ2，將繞第3軸A3之旋轉角稱為第3旋轉角φ3。關於設定於中央之第2軸A2之連結部(2連桿式之本實施方式中，為第1連桿13a與第2連桿13b之連結部)，為便於說明，有稱為「肘關節Je」之情形。

圖2表示手14。手14為薄板狀。手14從臂12之前端部起水平延伸。手14可於其上表面保持圓盤狀之基板S，藉此，將基板S保持為大致水平之姿勢。用以保持之構成並無特別限定，可採用邊緣夾持式或者吸引式。藉由於手14保持基板S之狀態下，使臂12及手14升降及/或擺動，機器人1可於X、Y及/或Z方向沿著任意之軌跡，將基板S一面保持為水平姿勢一面搬送。

手14於俯視時形成為U狀。手14包括單一之基端部15、以及從基端部15分成兩股狀而延伸之第1前端部16a及第2前端部16b。手14於俯視時，相對於中心線C而左右對稱。以旋轉軸A3位於中心線C上之方式，手14之基端部15與臂12連結。

感測器17係形成檢測光L之光學感測器，所述檢測光L於手14之第1前端部16a與第2前端部16b之間之空間中傳播。檢測光L為柱狀，於空間內直線地形成。感測器17檢測物體是否遮擋檢測光L，換言之，檢測上述空間內是否存在物體。本實施方式中，雖將感測器17構成為穿透型，但構成為反射型亦可。感測器17包括發光元件18a及受光元件18b。發光元件18a被控制裝置20驅動而產生檢測光L，檢測光L經由光纖19a而被引導至第1前端部16a，從第1前端部16a向上述空間中射出。若上述空間中無物體，則檢測光L直線地進入上述空間內而射入第2前端部16b，且經由光纖19b而被引導至受光元件18b。受光元件18b將與受光量相應之訊號輸出至控制裝置20。從感測器17輸出之訊號特性會隨著物體是否遮擋檢測光L而變化。控制裝置20可基於該訊號特性之不同，來判斷檢測光L是否被遮擋。

圖3示出機器人1之控制系統。控制裝置20控制臂12及手14之動作。控制裝置20係例如微控制器等包括電腦之機器人控制器，並不限定為單一之裝置，包括複數個裝置亦可。

控制裝置20包括運算部21、儲存部22及伺服控制部23。儲存部22係儲存控制裝置20之基本程式、機器人1之動作程式、以及動作程式之執行中所取得之資料等資訊。動作程式中，不僅包括用以使機器人1於半導體處理設備中實際使用而自動進行基板S之搬送作業的作業程式，亦包括於作業前對因機器人1之加工誤差、組裝誤差及/或裝配誤差等誤差所引起之位置偏移進行修正之程式。該所謂「位置偏移」，係指控制裝置20所識別之臂12或手14之位置、姿勢或 座標(以下，有時稱為軟體值)與因誤差而產生之實際之臂12或手14之位置、姿勢或座標(以下，有時稱為實際值)之差。藉由執行用以進行該修正之程式，來執行實施方式之位置修正方法。

運算部21執行用以進行機器人控制之運算處理，並生成機器人1之控制指令。伺服控制部23係構成為：基於由運算部21所生成之控制指令，來控制機器人1之驅動裝置26。該驅動裝置26中，例如包含：使升降軸11升降之升降致動器27a(例如氣缸)、以及與旋轉軸A1~A3分別對應之複數個旋轉致動器28a、28b、28c(例如電動馬達)。驅動裝置26依據來自控制裝置20之控制指令而使手14移動。以下之說明中，臂12及手14之姿勢或位置之變化係通過由控制裝置20來執行之控制而實現。

以下，對藉由利用控制裝置20之程式之執行、與其伴隨之機器人1之動作來實現之位置修正方法進行說明。作為實施位置修正方法之前提，目標物40設置於機器人1之可動範圍內(手14可進出之位置)。目標物40可設置為可由作業者利用半導體處理設備來拆除，預先設置於匣盒2之內部或外表面亦可。

此外，目標物40之形狀、設置時姿勢及設置地點為任意。作為一例，目標物40可形成為圓柱狀，為稱為「銷」者亦可。於該情形時，目標物40之水平剖面成為圓。作為其他例，目標物40僅將其水平剖面之一部分設為圓弧亦可。作為一例，目標物40係以於上下方向延伸之姿勢來設置。目標物40可設置於匣盒2之內部或外表面，設置於模擬晶圓之冶具亦可。冶具為收納於匣盒2內之狀態亦可。以下之說明中，所謂目標物40之中心，係設為目標物40之水平剖面之圓或者圓弧之中心。

位置修正方法中，首先，以臂12成為第1初始姿勢之狀態，使手14與目標物40對向(S1)。其次，擺動手14，基於繞複數個旋轉軸之旋轉角來檢測目標物40之中心之位置(S2)。該檢測中，可適當應用上述專利文獻1所教示之 技術，將該文獻所教示之技術援用於本文中。若闡述概要，則為了使手14擺動，而使手14繞第3軸A3旋轉。為了檢測位置，而監視感測器17之輸出以判斷目標物40是否遮擋檢測光L，取得遮擋時之第1軸A1、第2軸A2及第3軸A3之旋轉角。而且，以與第1初始姿勢不同之第2初始姿勢，使手14與目標物40對向(S3)。與先前同樣，擺動手14，基於繞複數個旋轉軸之旋轉角來檢測目標物40之中心之位置(S4)。

經檢測之2個目標物40之中心之位置由於上述誤差而不完全一致，產生2個位置之差。而且，用以消除該差之修正量成為用以消除誤差之修正量。例如，基於2個位置之差來運算出用以消除誤差之修正量(S5)。修正量係關於第2軸A2之旋轉角及第3軸A3之旋轉角而求出。具體而言，從第1初始姿勢及第2初始姿勢之各個起，繞第2軸A2而旋轉相同之修正量△φ2(參照圖5C)，進一步地，當從第1初始姿勢及第2初始姿勢之各個起，繞第3軸A3而旋轉相同之修正量△φ3時(參照圖5D)，求出手14之前端成為相同位置之修正量△φ2、△φ3。

藉由對軟體值添加以上述方式求出之修正量△φ2、△φ3，可吸收初始之誤差來校正機器人1之初始位置，提高位置控制精度。

如圖6所示，於目標物存在2個之情形時，亦可對第1軸A1之旋轉角進行修正。此處，將2個目標物稱為第1目標物40a、第2目標物40b。理想之配置中，以使從第1軸A1至第1目標物40a為止之距離、與從第1軸A1至第2目標物40b為止之距離成為相等之方式，設置2個目標物40a、40b。包括2個以上之匣盒2之EFEM中，容易配置此種目標物40a、40b。第1目標物40a設置於某一個匣盒2中，第2目標物40b設置於另一匣盒2中。但是，由於上述誤差，2個距離未必相等。關於第2軸A2及第3軸A3之矯正係通過上述修正量運算步驟而進行，因此，此處藉由對關於第1軸A1之軟體值加以修正，而進行最終之位置修正。

具體而言，使手14朝向第1目標物40a而移動，監視感測器17，使 第1目標物40a遮擋檢測光L。取得遮擋時之從第1軸A1至第1目標物40a為止之距離B、及第1軸A1之旋轉角φ1。與其相同地，使手14朝向第2目標物40b移動，取得從第1軸A1至第2目標物40b為止之距離B'及第1軸A1之旋轉角φ1'。

假設現實中從第1軸至第1目標物為止之距離、與從第1軸至第2目標物為止之距離相等，則所取得之2個距離相互相等，又，以第1姿勢取得之第1旋轉角、與以第2姿勢取得之第2旋轉角相等。於不同之情形時，意指2個距離及/或繞第1旋轉軸之致動器之安裝等存在誤差。因此，於距離不同之情形時，運算出用以修正距離之修正量。若第1旋轉角之絕對值存在差異，則運算出用以消除該差異之修正量。

如上所述，依據本實施方式，不僅第2軸A2及第3軸A3，亦可修正第1軸A1之旋轉角以及至2個目標物40a、40b為止之距離，可進一步地提高位置控制之精度。

至此已對實施方式進行說明，但上述構成及方法可於本發明之主旨之範圍內進行追加、變更及/或刪除。

例如，如上所述，包括3個以上之連桿之臂中亦可同樣地應用。於3連桿式之情形時，旋轉軸成為4個。於該情形時，當應用上述方法時，例如，首先，從手14側起依序將3個旋轉軸設為第3軸、第2軸及第1軸，且使基台10與臂12之連結部中之旋轉軸不動作。藉此，可對此處所定義之第1~第3軸之旋轉角進行修正。其次，從基台10側起依序將3個旋轉軸設為第1軸、第2軸及第3軸，且使手14與臂12之連結部中之旋轉軸不動作。藉此，於存在4個以上之旋轉軸之機器人中，亦可提高修正精度，提高位置控制精度。

13a:第1連桿

13b:第2連桿

14:手

40:目標物

A1:旋轉軸(第1軸)

A2:旋轉軸(第2軸)

A3:旋轉軸(第3軸)

L:檢測光

△φ2、△φ3:修正量

Claims (4)

1. 一種機器人之位置修正方法，上述機器人包括：基台；臂，藉由將2個以上之連桿連結而構成，且與上述基台連結；手，與上述臂連結，且包括分成兩股之第1前端部及第2前端部；感測器，以檢測光於上述第1前端部與上述第2前端部之間傳播之方式來構成，並檢測目標物是否遮擋上述檢測光；以及控制裝置，控制上述臂及上述手之動作；並且複數個旋轉軸於複數個連結部之各個中設定為相互平行，上述複數個連結部中包含上述基台與上述臂之連結部、形成上述臂之連桿中鄰接的2連桿之連結部、及上述臂與上述手之連結部；於對於上述旋轉軸中之3個，從接近上述基台者起依序設為第1軸、第2軸及第3軸之情形時，上述機器人之位置修正方法包括：藉由以上述手成為預先決定之第1初始姿勢之方式使上述手移動，而使上述手與目標物對向之步驟；第1位置檢測步驟，擺動上述手來檢測上述目標物遮擋上述檢測光時之上述旋轉軸之旋轉角；藉由以上述手成為與上述第1初始姿勢不同之預先決定之第2初始姿勢之方式使上述手移動，而使上述手與目標物對向之步驟；第2位置檢測步驟，擺動上述手來檢測上述目標物遮擋上述檢測光時之上述旋轉軸之旋轉角；以及修正量運算步驟，基於以上述第1初始姿勢取得之上述旋轉軸之旋轉角、與以上述第2初始姿勢取得之上述旋轉軸之旋轉角之差，來求出上述第2軸及上述 第3軸之旋轉角修正量。
2. 如請求項1之機器人之位置修正方法，其中於上述第1位置檢測步驟及上述第2位置檢測步驟中，根據上述目標物遮擋上述檢測光時之上述旋轉軸之旋轉角來求出上述目標物之位置，且於上述修正量運算步驟中，基於所求出之2個位置之差來求出旋轉角修正量。
3. 如請求項1之機器人之位置修正方法，其中上述目標物包含第1目標物及第2目標物，於添加有上述第2軸及上述第3軸之旋轉角修正量之狀態下，使用上述第1目標物來執行上述第1及/或第2位置檢測步驟，並且使用上述第2目標物來執行上述位置檢測步驟，基於由上述2個位置檢測步驟所取得之從上述第1軸至目標物為止之距離之資料以及上述第1軸之旋轉角之資料，來求出上述第1軸之旋轉角修正量。
4. 一種機器人，其包括：基台；臂，藉由將2個以上之連桿連結而構成，且與上述基台連結；手，與上述臂連結，且包括分成兩股之第1前端部及第2前端部；感測器，以檢測光於上述第1前端部與上述第2前端部之間傳播之方式來構成，並檢測目標物是否遮擋上述檢測光；以及控制裝置，控制上述臂及上述手之動作；並且複數個旋轉軸於複數個連結部之各個中設定為相互平行，上述複數個連結部中包含上述基台與上述臂之連結部、形成上述臂之連桿中鄰接的2連桿之連結部、以及上述臂與上述手之連結部，於對於上述旋轉軸中之3個，從接近上述基台者起依序設為第1軸、第2軸及 第3軸之情形時，上述控制裝置係構成為：藉由以上述手成為預先決定之第1初始姿勢之方式使上述手移動，而使上述手與目標物對向，擺動上述手，以檢測上述目標物遮擋上述檢測光時之上述旋轉軸之旋轉角，藉由以上述手成為與上述第1初始姿勢不同之預先決定之第2初始姿勢之方式使上述手移動，而使上述手與目標物對向，擺動上述手，以檢測上述目標物遮擋上述檢測光時之上述旋轉軸之旋轉角，並且基於以上述第1初始姿勢取得之上述旋轉軸之旋轉角、與以上述第2初始姿勢取得之上述旋轉軸之旋轉角之差，來求出上述第2軸及上述第3軸之旋轉角修正量。

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