CN208954958U - 机械手臂 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的机械手臂，包括驱动器、控制器、承载臂和压力传感器；所述承载臂包括相对分布的第一末端和第二末端，所述驱动器与所述第一末端连接，用于驱动所述承载臂做直线运动；所述压力传感器设置于所述承载臂的运动方向上、并与所述第二末端相对，用于检测所述第二末端施加于其上的压力；所述控制器连接所述驱动器与所述压力传感器，用于判断所述压力传感器检测到的实际压力是否等于参考压力，若是，则获取所述承载臂当前运动的实际距离，并以所述实际距离和参考距离之间的差值作为所述承载臂运动的补偿值。本实用新型降低了机械手臂的校准难度，节省了校准时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种机械手臂。
背景技术
随着智能手机、平板电脑等移动终端向小型化、智能化、节能化的方向发展，芯片的高性能、集成化趋势明显，促使芯片制造企业积极采用先进工艺，对制造出更快、更省电的芯片的追求愈演愈烈。尤其是许多无线通讯设备的主要元件需用40nm以下先进半导体技术和工艺，因此对先进工艺产能的需求较之以往显著上升，带动集成电路厂商不断提升工艺技术水平，通过缩小晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸以提高芯片性能和可靠性，以及通过3D结构改造等非几何工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能等方式，实现硅集成的提高，以迎合市场需求。然而，这些技术的革新或改进都是以晶圆的生成、制造为基础。
机械手臂作为半导体制造工艺中主要的传送装置，以其使用方便且稳定性良好的优势，得到了越来越广泛的应用。随着使用时间的延长，机械手臂内部可能发生故障或者是机械手臂的外部耗材出现磨损，因此，需要对机械手臂的零部件进行更换。当完成零部件的更换之后，需要对机械手臂中各种传送部件的传送位置进行重新校准。在校准之后，采用校准值对所述机械手臂后续的运动进行补偿。然而，随着半导体制造工艺集成度的增加、反应腔室数量的增多，维护空间被进一步压缩，使得机械手臂的校准难度增加、校准时间延长，从而严重影响了机台的工作效率，降低了机台产能。
因此，如何提高机械手臂的校准效率，从而提高机台产能，是目前亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种机械手臂，用于解决现有的机械手臂校准难度大、校准效率低的问题，以提高机台产能，确保半导体的生产效率。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种机械手臂，包括驱动器、控制器、承载臂和压力传感器；其中：
所述承载臂包括相对分布的第一末端和第二末端，所述驱动器与所述第一末端连接，用于驱动所述承载臂做直线运动；
所述压力传感器设置于所述承载臂的运动方向上、并与所述第二末端相对，用于检测所述第二末端施加于其上的压力；
所述控制器连接所述驱动器与所述压力传感器，用于判断所述压力传感器检测到的实际压力是否等于参考压力，若是，则获取所述承载臂当前运动的实际距离，并以所述实际距离和参考距离之间的差值作为所述承载臂运动的补偿值。
优选的，所述机械手臂还包括能够沿竖直方向升降运动的基座以及设置于所述基座顶部的支撑台；所述承载臂的所述第一末端与所述支撑台连接；所述驱动器包括与所述支撑台连接的第一驱动器，用于驱动所述支撑台沿第一水平方向运动；所述压力传感器包括设置于所述第一水平方向上的第一压力传感器。
优选的，所述机械手臂还包括轨道；所述基座的底部与所述轨道连接；所述驱动器还包括与所述基座连接的第二驱动器，用于驱动所述基座沿与所述第一水平方向垂直的第二水平方向运动；所述压力传感器还包括设置于所述第二水平方向上的第二压力传感器。
优选的，所述机械手臂还包括位于所述基座与所述支撑台之间的旋转台；所述驱动器还包括与所述旋转台连接的第三驱动器，用于驱动所述旋转台围绕其轴线自转。
优选的，所述承载臂包括相互平行设置的两个承载臂，两个所述承载臂之间具有一间隙。
优选的，所述第一驱动器与所述第二驱动器均为伺服马达。
优选的，所述参考压力为所述伺服马达的额定负载力的三分之一。
本实用新型提供的机械手臂，通过驱动器驱动承载臂做直线运动，并在所述承载臂的运动方向上、相对于所述承载臂设置一压力传感器，利用控制器获取所述承载臂施加于所述压力传感器上的压力达到参考压力时所述承载臂直线运动的实际距离，并以实际距离与参考距离之间的差值作为所述承载臂运动的补偿值，来实现对所述机械手臂的校准。本实用新型在校准过程中仅需要相对于所述承载臂设置压力传感器，简化了所述机械手臂的校准操作，降低了所述机械手臂的校准难度，大大节省了机械手臂的校准时间，提高了机台产能，确保了半导体的生产效率。
附图说明
附图1是本实用新型具体实施方式中机械手臂的截面结构示意图；
附图2是本实用新型具体实施方式中机械手臂的俯视结构示意图；
附图3是本实用新型具体实施方式中机械手臂的控制框图；
附图4是本实用新型具体实施方式中压力传感器检测到的压力与承载臂运动的实际距离之间的对应关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型提供的机械手臂的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种机械手臂，附图1是本实用新型具体实施方式中机械手臂的截面结构示意图，附图2是本实用新型具体实施方式中机械手臂的俯视结构示意图，附图3是本实用新型具体实施方式中机械手臂的控制框图。
如图1、图2和图3所示，本具体实施方式提供的机械手臂包括驱动器31、控制器30、承载臂10和压力传感器32；其中：所述承载臂10包括相对分布的第一末端101和第二末端102，所述驱动器31与所述第一末端101连接，用于驱动所述承载臂10做直线运动；所述压力传感器32设置于所述承载臂10的运动方向上、并与所述第二末端102相对，用于检测所述第二末端102施加于其上的压力；所述控制器30连接所述驱动器31与所述压力传感器32，用于判断所述压力传感器32检测到的实际压力是否等于参考压力，若是，则获取所述承载臂10当前运动的实际距离，并以所述实际距离和参考距离之间的差值作为所述承载臂10运动的补偿值。
附图4是本实用新型具体实施方式中压力传感器检测到的压力与承载臂运动的实际距离之间的对应关系图。具体来说，所述压力传感器32的位置保持固定，所述驱动器31驱动所述承载臂10朝向所述压力传感器32运动。如图4所示，当所述承载臂10未接触到所述压力传感器32时，即所述承载臂10直线运动的距离S小于S0时，所述压力传感器32检测到的压力值F为0。当所述承载臂10运动的距离大于S0时，所述承载臂10的第二末端102开始与所述压力传感器32接触，所述压力传感器32检测到的压力值F大于0。并且随着所述承载臂10的继续运动，所述压力传感器32检测到的压力值F在一预设时间段内呈线性增加。所述参考距离Sr是指，所述承载臂10的位置未发生偏移时，所述承载臂10施加于所述压力传感器32上的压力等于参考压力Fr时所述承载臂直线运动的距离。换句话说，当所述承载臂10的位置未发生偏移时，所述压力传感器32检测到的压力等于参考压力Fr时，所述承载臂10直线运动的距离应等于所述参考距离Sr。因此，当所述压力传感器32检测到的压力值等于所述参考压力Fr时，若所述承载臂10运动的实际距离与所述参考距离Sr不同，则说明所述承载臂10发生了偏移。所述控制器30以所述实际距离与所述参考距离Sr之间的差值作为所述承载臂10运动的补偿值，在所说承载臂10后续运动的过程中，在所述承载臂10理论运动距离的基础上加上所述补偿值，作为所述承载臂10的实际运动距离，实现了所述机械手臂的自动校准。
在获得所述补偿值之后，采用所述补偿值对所述机械手臂的后续运动进行补偿的具体方法，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如直接在所述机械手臂理论运动距离的基础上加上所述补偿值，作为所述机械手臂实际应该运动的距离。
其中，所述压力传感器32的感应材料不同，图4所示的压力变化关系图中线性变化部分的斜率不同。一般来说，感应材料的硬度越大，斜率越大，所述压力传感器32的检测区间W越小；感应材料的硬度过小，则斜率会相应减小，但是感应材料易出现变形，所述压力传感器32的稳定性下降，影响检测结果的准确度。因此，在确保所述压力传感器32检测结果可靠性的同时，避免应力因素对所述承载臂10造成损伤，优选的，所述压力传感器32中的压力感应材料为硬质树脂。
优选的，所述机械手臂还包括能够沿竖直方向升降运动的基座12以及设置于所述基座12顶部的支撑台13；所述承载臂10的所述第一末端101与所述支撑台13连接；所述驱动器31包括与所述支撑台13连接的第一驱动器311，用于驱动所述支撑台13沿第一水平方向运动；所述压力传感器32包括设置于所述第一水平方向上的第一压力传感器11。
具体来说，如图1、图2所示，所述第一水平方向为X轴方向，所述基座12能够沿Z轴方向升降运动，从而带动所述承载臂10沿Z轴方向升降。所述支撑台13能够沿X轴方向运动，从而带动所述承载臂10朝向位于X轴方向的所述第一压力传感器11运动，实现所述机械手臂在X轴方向的校准。
为了进一步提高所述机械手臂的校准精度，优选的，所述机械手臂还包括轨道15；所述基座12的底部与所述轨道15连接；所述驱动器31还包括与所述基座12连接的第二驱动器312，用于驱动所述基座12沿与所述第一水平方向垂直的第二水平方向运动；所述压力传感器32还包括设置于所述第二水平方向上的第二压力传感器20。更优选的，所述机械手臂还包括位于所述基座12与所述支撑台13之间的旋转台14；所述驱动器31还包括与所述旋转台14连接的第三驱动器313，用于驱动所述旋转台14围绕其轴线自转。
具体来说，如图1、图2所示，所述第二水平方向为Y轴方向，所述轨道15沿Y轴方向延伸。所述第二驱动器312驱动所述基座12沿所述轨道15运动，同时，所述第三驱动器313驱动所述旋转台14转动，从而带动所述支撑台13与所述承载臂10的转动，使得所述承载臂10的第二末端102朝向所述第二压力传感器20。所述第一驱动器311驱动所述支撑台13沿Y轴方向做直线运动。与X轴方向上的校准方式相同，通过获取所述第二压力传感器20检测到另一参考压力时所述承载臂10沿Y轴方向运动的实际距离与另一参考距离之间的差值，来对所述机械手臂沿Y轴方向上的运动进行校准。
其中，所述参考距离的具体数值可以是根据理论经验设定的，也可以是根据机械手臂的实际情况测得的。为了进一步提高机械手臂的校准精度，所述承载臂10位于初始位置、所述第一压力传感器11相对于所述承载臂10设置于X轴正方向时，所述参考距离可以通过如下方式获得：首先，所述承载臂10先相对于所述初始位置沿X轴负方向运动一预设距离(例如10mm)，达到调整位置；然后沿X轴正方向直线运动至所述第一压力传感器11，并通过所述控制器30获取所述第一压力传感器11检测到的压力值等于参考压力时所述承载臂10自所述调整位置沿X轴正方向运动的检测距离；接着，所述承载臂10返回所述调整位置，围绕所述第一末端101转动一预设角度后，再沿X轴正方向直线运动至所述第一压力传感器11，并通过所述控制器30获取所述第一压力传感器11检测到的压力值等于参考压力时所述承载臂10自所述调整位置沿X轴正方向运动的检测距离。重复上述步骤，可以得到与多个角度一一对应的多个距离值，以其中最小的距离值与所述预设距离之间的差值作为所述参考距离，并以与最小的距离值对应的角度作为参考角度。
当后续所述机械手臂因为更换零部件或者所述承载臂10因碰撞等原因，使得所述承载臂10的位置出现偏移时，可以将所述机械手臂恢复至所述初始位置，并在调整所述承载臂10的角度为所述参考角度之后，以所述参考距离为参考标准，对所述承载臂10进行校准。
优选的，所述承载臂10包括相互平行设置的两个承载臂10，两个所述承载臂10之间具有一间隙。可以采用同一压力传感器先后对两个所述承载臂10分别进行校准。
优选的，所述第一驱动器311与所述第二驱动器312均为伺服马达。这是因为通过记录伺服马达(转矩控制)的最小单位脉冲，转化为线性方向的移动距离后，其精确度可以达到0.001mm，从而可以提高对所述承载臂10运动距离测量的精确度，最终实现对所述机械手臂校准精度的进一步提高。
为了确保所述机械手臂的安全性，避免所述机械手臂在校准过程中因受应力而出现破损，优选的，所述参考压力Fr为所述伺服马达的额定负载力的三分之一。更优选的，可以进一步考虑所述伺服马达内部的摩擦力，将所述伺服马达额定负载力的三分之一与所述伺服马达内部摩擦力之间的差值作为所述参考压力Fr。
本具体实施方式提供的机械手臂，通过驱动器驱动承载臂做直线运动，并在所述承载臂的运动方向上、相对于所述承载臂设置一压力传感器，利用控制器获取所述承载臂施加于所述压力传感器上的压力达到参考压力时所述承载臂直线运动的实际距离，并以实际距离与参考距离之间的差值作为所述承载臂运动的补偿值，来实现对所述机械手臂的校准。本具体实施方式在校准过程中仅需要相对于所述承载臂设置压力传感器，简化了所述机械手臂的校准操作，降低了所述机械手臂的校准难度，大大节省了机械手臂的校准时间，提高了机台产能，确保了半导体的生产效率。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种机械手臂，其特征在于，包括驱动器、控制器、承载臂和压力传感器；其中：
所述承载臂包括相对分布的第一末端和第二末端，所述驱动器与所述第一末端连接，用于驱动所述承载臂做直线运动；
所述压力传感器设置于所述承载臂的运动方向上、并与所述第二末端相对，用于检测所述第二末端施加于其上的压力；
所述控制器连接所述驱动器与所述压力传感器，用于判断所述压力传感器检测到的实际压力是否等于参考压力，若是，则获取所述承载臂当前运动的实际距离，并以所述实际距离和参考距离之间的差值作为所述承载臂运动的补偿值。
2.根据权利要求1所述的机械手臂，其特征在于，所述机械手臂还包括能够沿竖直方向升降运动的基座以及设置于所述基座顶部的支撑台；所述承载臂的所述第一末端与所述支撑台连接；所述驱动器包括与所述支撑台连接的第一驱动器，用于驱动所述支撑台沿第一水平方向运动；所述压力传感器包括设置于所述第一水平方向上的第一压力传感器。
3.根据权利要求2所述的机械手臂，其特征在于，所述机械手臂还包括轨道；所述基座的底部与所述轨道连接；所述驱动器还包括与所述基座连接的第二驱动器，用于驱动所述基座沿与所述第一水平方向垂直的第二水平方向运动；所述压力传感器还包括设置于所述第二水平方向上的第二压力传感器。
4.根据权利要求3所述的机械手臂，其特征在于，所述机械手臂还包括位于所述基座与所述支撑台之间的旋转台；所述驱动器还包括与所述旋转台连接的第三驱动器，用于驱动所述旋转台围绕其轴线自转。
5.根据权利要求4所述的机械手臂，其特征在于，所述承载臂包括相互平行设置的两个承载臂，两个所述承载臂之间具有一间隙。
6.根据权利要求3所述的机械手臂，其特征在于，所述第一驱动器与所述第二驱动器均为伺服马达。
7.根据权利要求6所述的机械手臂，其特征在于，所述参考压力为所述伺服马达的额定负载力的三分之一。
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