KR20190002560A - 자동 카세트 이송장치 및 카세트 홀딩을 위한 로봇 암. - Google Patents

자동 카세트 이송장치 및 카세트 홀딩을 위한 로봇 암. Download PDF

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KR20190002560A
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handling
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키신 수
롱 두
링규 리
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상하이 마이크로 일렉트로닉스 이큅먼트(그룹) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

카세트 핸들링 및 자동화 카세트 운송장치를 위한 로봇 매니퓰레이터가 개시되며, 상기 장치는 기계암(1), 기계암의 끝단에 있는 엔드 엑추에이터(2) 및 엔드 엑추에이터(2) 상의 비전-기반 위치화 어셈블리(3)를 포함한다. 한 편으로는, 비전-기반 위치화 어셈블리(3)는 카세트의 플랜지 자리를 결정하여, 카세트를 식별한다. 다른 말로, 카세트는 카세트 그 자신의 특징에 기반하여 식별될 수 있다. 이것은 분리된 위치화 마커(marker)를 없애는 반면 카세트의 측정 및 핸들링 정확도를 향상시켜준다. 다른 한편으로는, 카세트의 운송이 엔드 엑추에이터(2)의 오목한 표면 상의 그것의 플랜지의 상호 보완적인 보유에 의해 허용된다.

Description

자동 카세트 이송장치 및 카세트 홀딩을 위한 로봇 암.
본 발명은 기계분야, 특히, 카세트를 핸들링하는 로봇 매니퓰레이터(robot manipulator) 및 자동화 카세트 운송 장치에 관한 것이다.
21세기의 도래 이후로, 자동화 물류 시스템(automated logistics systems)는 넓게 다양한 산업 어플리케이션(applications)에서 사용되어져 왔다. 직접회로(integrated circuit)(IC) 산업 내에서, 자동화 소재 핸들링 시스템(AMHSs)는, 스토커, 오버헤드 호이스트 전송(overhead hoist trasnfer)(OHT) 또는 자동화안내수단수단(automated guided vehicle)(AGV)를 포함하고, 프론트 엔드(front-end) 반도체 제조 공장(펩) 생산라인 내에서, 특히 12-인치 라인에서, 광범위하게 사용되는 것이 발견되었다. 이러한 AMHS는, 예를 들어, 제조 실행 시스템(manufacturing execution system)(MES)에 의해 계획 대로, 스토커에서 자동화 생산을 위한 공정 장비의 다양한 부분의 적재 포트까지, 웨이퍼 카세트들이 직접 운송된다. 이러한 것은 이전의 저-효율 수동 핸들링을 사라지게 하며, 진보된 IC 생산 라인의 자동화를 크게 향상시키며, 임금을 상당히 절약하며, 제품 생산량 및 고객 가치를 증가시킨다.
현재, OHT시스템은 전반적으로 프론트-엔드 공정을 소재 핸들링을 위해 12" 생산 라인 내에서 주로 사용되었으나 백-엔드 패키징 라인(back-end packaging line) 내에서 자동화 소재 핸들링을 위한 그들의 유사한 필요성에도 불구하고 사용되지 않았다. 12" 제품의 보급이 증가함에 따라, 백-엔드 펩 작업자들은 점점 더 빈번하게 완전히 적재되었을 때 대략 7.5 kg의 무게가 나가는 12" 카세트 핸들링을 위한 필요성에 직면한다. 이런 작업은 힘들고 다소 위험하다. 이것은 노동력 부족 및 비용 증가의 예측된 트렌드와 결부되어, 카세트 운송 로봇에 대한 성장하는 수요를 증가하게 해준다. 그러나, 이익 및 생산 규모 제한 때문에, 대부분의 패키징 제조자들은 프론트-엔드 반도체 제조자들이 하는 것과 같이 OHT 시스템에 대한 투자를 감당할 수 없다. 그러므로, 편리하고, 비용-효율적인 자동 카세트 운송 솔루션 및 장비를 개발하는 것이 당업계에서 긴급하게 필요하다.
전세계적으로, 몇몇의 전자 기기 및 반도체 플랜트는 생산라인 내에서 수동 핸들링을 AGVs로 교체하였다. 많은 수동 노력을 절약할 수 있는 이러한 운송 로봇들에도 불구하고, 대부분의 그들은 오직 8" 카세트를 다룰 수 있으나 12"는 다룰 수 없다.
존재하는 12" 카세트 운송 장치들은 그들이 이동 당 오직 하나의 카세트만 옮길 수 있기 때문에 저 효율이다. 게다가, 카세트 운송 장치의 카세트 픽업(pickup) 구동은 대게 보통의 스톡(stock) 선반에 적용할 수 없다. 이것은 12" 카세트 운송 장치가 큰 구동 공간을 요구하는 긴 로봇 암을 갖기 때문이다. 대조적으로, 최대 저장 용량 및 펩-내부의(intra-fab) 자유 공간을 달성하기 위해, 현재의 펩 내에 설치된 대부분의 스톡 선반은 사이층의 공간이 450mm를 초과하지 않는 삼-층의 구조처럼 설계되었다. 자동화12" 카세트 운송 장치의 경우, 이것은 긴 로봇 암이 그 것으로부터 카세트를 가지고 오기 위한 좁은 공간을 남겨 둡니다.
더욱이, 카세트 위치 식별은 앞서 언급한 자동화 카세트 운송 장치의 정확한 카세트 핸들링을 보장하는 것에서 주요한 역할을 합니다. 현재, 이러한 식별은 기본적으로 다음의 두개의 접근방법 중 어느 하나에서 성취된다. 첫번째 접근방법에서, OHT 시스템이 사용되고, OHT 셔틀(shuttle)에 스토커로부터 카세트가 적재되고 목표 공정 장비의 적재 포트에 접근하도록 트랙(track)을 따른다. 이것이 포트 위로 위치될 때, 카세트는 로프에 의해 그 위에서 하강된다. 이 과정은 스토커의 로봇 암에 의해 스토커 내의 카세트의 위치가 다른 위치에 대해 알려지고, OHT 셔틀의 위치가 트랙 및 연관된 위치화 기계적 요소로부터 알려질 수 있다. 추가로, OHT 셔틀에 의해 놓이는 카세트 위로, 다른 적재 포트로부터의 목표 적재 포트와의 구분은 공정 장비 레이아웃뿐만 아니라 트랙에 의해서도 가능하다.
두번째 접근방법에서, 선반에 부착된 리딩 마커(reading marker)를 위한 광-검출기는 목표 카세트를 식별하기위해 사용된다. 이 해결책은, 그러나, 다음의 두개의 결점으로부터 고통받는다.
1. 마커의 위치화 정확도가 시간이 지남에 따라 저하되어, 결국 부정확한 카세트 픽업을 야기시킬 수 있다.
2. 마커는 반드시 충분한 위치화 정확도를 가진 카세트 트레이에 대해 배치되어, 선반 제조의 비용을 증가시킨다.
본 발명은 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 및 최신 자동화 카세트 운송 장치 제안함으로써 전통적인 자동화 카세트 운송 장치의 단점을 극복하려고 노력한다.
이를 위해, 제안된 카세트 핸들링 로봇은 기계암, 기계암의 끝단에 있는 엔드 엑추에이터 및 엔드 엑추에이터 상의 비전-기반 위치화 어셈블리를 포함하고,
상기 비전-기반 위치화 어셈블리는 상기 카세트의 상부 상의 플랜지(flange)의 위치를 얻도록 구성되고,
상기 상기 엔드 엑츄에이터는 카세트의 상부 상의 상기 플랜지에 상호 보완적인 오목한 표면을 포함하고, 상기 엔드 엑츄에이터는 상기 플랜지의 위치에 기반하는 상기 오목한 표면에 의해 상기 카세트의 상부 상의 상기 플랜지를 유지시키도록 구성된다.
선택적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 상기 비전-기반 위치화 어셈블리는 수평 위치화 부재 및
수직 위치화 부재를 포함할 수 있고,
상기 수평 위치화 부재는 상기 카세트 표면의 수평 특징(feature)을 포착하기 위해 구성되고,
상기 수직 위치화 부재는 상기 카세트 표면의 수직 특징을 포착하기 위해 구성되며,
상기 플랜지의 위치는 카세트 표면의 수평 및 수직 특징에 기반하여 결정된다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 상기 수평 위치화 부재는 상기 엔드 엑추에이터의 어느 하나의 측면으로 향하는 제1 카메라를 포함할 수 있다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 상기 수직 위치화 부재는 모두 상기 엔드 엑추에이터의 측면에 배치된, 제2 카메라 및 반사기를 포함할 수 있다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 상기 엔드 엑추에이터는 C-형상 반-폐쇄(semi-closed) 구조이고 상기 반-폐쇄 구조의 두개의 측면 상에 지지판들이 배열될 수 있다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 상기 엔드 엑추에이터는 상기 카세트의 우발적인 떨어짐를 방지하기 위해서 상기 오목한 표면의 정면 측을 따라서 제공된 어깨부들을 더 포함할 수 있다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 적어도 하나의 존재 센서(presence sensor)가 상기 오목한 표면에 의해 상기 카세트가 유지되는지 감지하기 위해 상기 오목한 표면 상에 제공될 수 있다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 상기 카세트의 운송 중에 안전을 보장하기 위해서 상기 엔드 엑추에이터 상의 배치되는 소나 센서를 더 포함할 수 있다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 적어도 두 개의 위치화 핀은 상기 오목한 표면 상에 배열되고, 각각은 상기 플랜지의 노치들 중 대응하는 하나에 결합하도록 구성될 수 있다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 상기 엔드 엑추에이터는 상기 기계암과 함께 역-L 형상을 정의할 수 있다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 상기 엔드 엑추에이터는 상기 기계암의 끝단에서 360-도 회전가능할 수 있다.
추가적으로, 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 상기 기계암은 6자유도(degree of freedom) 내에서 거동가능할 수 있다.
또한 위의 목적은 제안된 카세트 운송 장치에 의해 이루어진다. 카세트 운송 장치는 AGV 자동화안내수단(automatic guided vehicle), 상기 자동안내수단 상에 탑재된 캐리어 프레임(carrier frame) 및 상기 캐리어 프레임 상에 배치되고, 위에서 정의된 것과 같은 상기 로봇 매니퓰레이터를 포함한다.
추가적으로, 상기 캐리어 프레임 상에 배치된 카세트 캐리어를 더 포함할 수 있고, 상기 로봇 매니퓰레이터는 상기 카세트 캐리어에 대한 상기 캐리어 프레임의 모서리에 위치된다.
기계암, 기계암의 끝단에 있는 엔드 엑추에이터 및 엔드 엑추에이터 상의 비전-기반 위치화 어셈블리 를 포함하는 본 발명의 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 내에서, 비전-기반 위치화 어셈블리는 그것의 상부 플랜지를 위치시킴으로써 카세트를 식별한다, 즉, 분리된 위치화 마커를 필요하는 것 없이도, 자기자신의 특징을 기반으로 하여 식별한다. 이러한 것은 카세트 측정 및 핸들링 정확도 에서의 향상을 야기시킨다. 게다가, 카세트의 운송은 엔드 엑추에이터의 오목한 표면 상의 이것의 상부 플랜지의 상호 보완적인 보유에 의해 가능할 수 있다. 더욱이, 오목한 표면 상의 상부 플랜지의 보유는 오목한 표면 상의 위치화 핀과 상부 플랜지 내의 노치 사이에서 결합하도록 할 수 있고, 카세트의 자체 중심맞춤(self-centering)을 허용하여, 위치화 정확도에서 추가적인 향상을 달성한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동화 카세트 운송 장치의 개략도이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 엔드 엑추에이터의 개략도이다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 엔드 엑추에이터의 오목한 표면 상의 카세트의 플랜지의 보유를 도시한다..
도4은 본 발명의 일실시예에 따른 존재 센서의 개략도이다.
본 발명에서 제안된 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터 및 자동화 카세트 운송 장치는 그것의 몇몇의 특정한 실시예의 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 서술될 것이며, 첨부된 도면과 연결되어 읽혀 질 것이다. 본 발명의 특징 및 이점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 청구 범위 더 명백해질 것이다. 도면들은 매우 단순화된 형식으로 제공되고 필수적으로 일정한 비례로 도시되지 않고, 일실시예의 설명에 있어서 오직 편리함 및 명확성에 대한 의도인 것을 주목한다.
이제 본 발명에 따라 구성된 자동화 카세트 운송 장치의 개략도가 도시된 도1을 참조한다. 도1에 도시된 것과 같이, 자동화 카세트 운송 장치는 자동안내수단(AGV), AGV 상에 탑재된 캐리어 프레임(5), 카세트 핸들링을 위해 캐리어 프레임(5) 상에 배치된 로봇 매니퓰레이터 및 캐리어 프레임(5) 상에 배치된 카세트 캐리어를 포함한다. 로봇 매니퓰레이터는 카세트 캐리어에 대한 캐리어 프레임의 모서리에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 카세트 캐리어의 수는 두개이며, 하나는 다른 하나의 위에 위치한다.
도2 및 3을 참조하여, 실시예에 따른, 로봇 매니퓰레이터는 필수적으로 기계암(1), 기계암의 끝단에 있는 엔드 엑추에이터(2) 및 엔드 엑추에이터(2) 상에 배치된 비전-기반 위치화 어셈블리를 포함한다. 비전-기반 위치화 어셈블리는 카세트의 상부 상에 있는 플랜지(40)의 위치를 얻기 위해 사용된다(플랜지는 카세트 그 자체의 특징이다). 엔드 엑추에이터(2)는 카세트의 상부상에 플랜지(40)에 상호 보완적인 오목한 표면(21)을 포함한다. 엔드 엑추에이터(2)는 카세트의 플랜지(40)의 얻어진 위치에 기반한 오목한 표면(21)의 도움으로 카세트의 상부 상에 잇는 플랜지(40)를 유지하도록 구성된다. 카세트의 비전-기반 위치화 어셈블리에 의해 얻어진 카세트의 플랜지(40)의 위치는 카세트의 식별을 성취한다. 각각의 카세트는 고정된 크기를 가져, 카세트가 보유된 위치는 일단 카세트의 플랜지(40)의 자리가 얻어지면 알려질 수 있다. 이것은 분리된 위치화 마커 위한 필요성을 없애는 반면 측정 및 핸들링 정확도를 향상시킨다. 카세트의 운송은 엔드 엑추에이터, 특히, 엔드 엑추에이터의 오목한 표면(21) 상에 카세트의 플랜지(40)의 보유에 의해 이어질 수 있다. 그러므로, 카세트의 플랜지(40)는 식별할 뿐만 아니라 카세트 운송 내에서 엔드 엑추에이터를 도울 수 있다.
도1 내지 3을 참조하여, 카세트 운송의 특정 과정에서, 로봇 매니퓰레이터는 카세트의 상부 상에 있는 플랜지(40)와 카세트의 본체 사이 공간에 엔드 엑추에이터를 적절한 자리로 삽입함으로써 카세트를 유지할 수 있고 그런 다음 카세트를 수직으로 올릴 수 있다. 자동화 카세트 운송 장치 내에 제자리로 카세트가 놓인 후, 엔드 엑추에이터(2)는 그 자체를 카세트로부터 탈착시키기 위해 하강 될 수 있고 그런 다음에 추출될 수 있다. 바람직하게, 로봇 매니퓰레이터 내에서 기계암(1)은 6자유도로 거동가능하고, 엔드 엑추에이터(2)는 기계암(1)의 끝단에서 360-도 회전가능하다. 작동 중에, 엔드 엑추에이터(2)는 기계암(1)의 단부와 함께 역-L 형상을 정의하기 위해 배향될 수 있다. 특히, 엔드 엑추에이터(2)는 스톡(stock) 선반 내에 삽입되어, 기계암(1)의 인접한 단부는 엔드 엑추에이터 아래에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 엔드 엑추에이터(2)의 삽입의 결과로 인한 카세트가 수용된 방(예를 들어, 선반, 카세트 캐리어 및 기타 등등) 의 자유 공간의 상실은 최소화 될 수 있으며, 기계암(1)의 끝단은 감소된 토크(torque)를 경험할 것이다.
일 실시예에 따르면, 적어도 두개의 위치화 핀(25)들이 오목한 표면(21) 상에 제공된다. 위치화 핀(25)들은 플랜지 내의 대응 노치와 결합될 수 있다. 플랜지(40)의 노치들은 삼각형 또는 원형일수 있으며, 위치화 핀(25)들은 자리 및 형상 모두인 면에서 카세트의 상부 상에 있는 플랜지(40)의 노치들에게 상호 보완적이다. 위치화 핀(25)들은 단면적으로 삼각형 또는 원형으로 위에서 서술된 반면에, 그들이, 위치화 핀(25)들의 기하학적 중심이 이러한 노치들과 일치하여, 플랜지(40)의 노치들에 수용될 수 있는 한 위치화 핀(25)은 어떤 단면적의 형상을 가질 수 있기 때문에 제한되지 않는 다. 플랜지(40)의 노치들과 오목한 표면 상에 위치화 핀(25)들이 결합할 때, 보유된 카세트는 자기 중심에 위치될 것이고(self-centered), 결과적으로 카세트의 위치화 정확도를 추가로 향상시킨다. 위치 정확도를 정밀하게 제어하고 엔드 엑추에이터 상에 있는 카세트를 유지하는 것은 운송 수단 상에 카세트의 정확한 배치에 도움이 된다.
도3에 도시된 것과 같이, 엔드 엑추에이터는 능동 모드로 작동한다. 엔드 엑추에이터(2)는 양측 모두 상에 지지판(20)들이 있는 C-형상 반-폐쇄 구조일 수 있다. C-형상 반-폐쇄 구조는 사장교(cable-stayed bridge) 내에 있는 케이블과 같은 기능을 제공할 수 있다. 도2에 도시된 것과 같이, 비전-기반 위치화 어셈블리는 수평 위치화 부재(30) 및 수직 위칭화 부재(31)를 포함할 수 있다. 수평 위치화 부재(30)는 카세트의 표면의 수평 특징을 포착하기 위해 사용되고 수직 위치화 부재(31)는 카세트의 표면의 수직 특징을 포착하기 위해 사용된다. 카세트의 플랜지의 자리, 즉, 플랜지(40)의 정확한 공간 자리는, 엔드 엑추에이터(2)에 의한 차후의 정확한 카세트 보유 및 운송을 위한 기초를 제공하기 위해 수평 및 수직 특징들에 기반하여 결정될 수 있다.
수평 위치화 부재(30)는 제1 카메라(300) 포함할 수 있다. 제1 카메라(300)는 엔드 엑추에이터의 중심에 배치된다. 제1 카메라(300)는 엔드 엑추에이터(2)의 지지판(20)들 중 어느 하나를 향해 직면하는 렌즈를 갖는다. 수직 위치화 부재(31)는 제2 카메라(310) 및 반사기(311) 포함할 수 있다. 제2 카메라(310) 및 반사기(311)는 모두 제1 카메라(300)의 렌즈가 향하는 지지판의 다른 하나의 상에 배치되고, 이에 더해 엔드 엑추에이터(2)의 상에 더해 제1 카메라(300)의 렌즈가 직면하는 지지판 상에 배치된다. 이러한 배열로, 제2카메라와 목표 카세트의 플랜지(40) 사이의 거리는 목표 카세트의 플랜지(40)의 측정을 가능하게 하도록 최소화될 수 있으며, 엔드 엑추에이터(2)가 카세트가 보유하는 방 내로 삽입된다.
엔드 엑추에이터(2)는 어깨부(22)들 및 적어도 하나의 존재 센서(23)를 더 포함할 수 있다. 어깨부(22)들은 로봇 매니퓰레이터의 갑작스러운 전원 차단(power-off) 시 카세트의 떨어짐(drop-off)을 회피하도록 오목한 표면(21)의 전면을 따라서 제공된다. 바람직하게 플랜지(40)와 접촉하는 영역 내에서, 오목한 표면(21) 상에 유지되는 지 아닌지 감지하도록, 적어도 하나의 존재 센서(23)는 오목한 표면(21) 상에 배열된다. 바람직하게는, 존재 센서(23)는, 도4에 도시된 것과 같은, 카세트가 자기 중심에 위치되면, 카세트의 존재를 가리키는 신호를 올리도록 작동되어질, 기계적 스위칭(switching) 요소를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 로봇 매니퓰레이터는 엔드 엑추에이터(2)의 지지판(20)들의 중 어느 하나의 상에 배치된 소나 센서(24) 더 포함한다. 일단 어떤 물체가 카세트 운송 중에 소나 센서의 임계 검출 범위 내에 있는 것으로 검출되면, 기계암(1)은 안정을 보장하도록 즉각적으로 비활성화 될 수 있다.
수직 레이저 센서는 자동화 카세트 운송 장치를 위한 수직 장애물 검출이 가능하도록 캐리어 프레임의 측면 상에 더 배열될 수 있다.
위에서 정의된 것과 같은 자동화 카세트 운송 장치에 의한 저장 선반으로부터 카세트를 가지고 오는 과정은:
선반의 다양한 층을 위한 주차 자리 결정하는 단계, 제1 카메라(300) 사용한 플랜지(40)의 노치들의 수평 측정을 실행하는 단계, 플랜지(40)의 노치들의 수평 특징으로부터 X-,Y-,Z- 및 Rx-방향으로 카세트의 자리들을 얻는 단계, 제2 카메라(310)를 플랜지(40)의 노치들 위로 가져오고 노치들의 수직 특징으로부터 카세트의 X-,Y-,Z- 및 Rx-방향 자리를 얻는 단계, 및 카세트의 상부 상에 있는 플랜지(40) 아래로부터 엔드 엑추에이터에 의해 카세트를 유지하는 단계를 기본적으로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 위에서 정의된 것과 같은 자동화 카세트 운송 장치와 결합되는 카세트 운송 시스템을 제공한다. 카세트 운송 시스템은 다음의 구동을 행할 수 있다.
1) 원격 스케줄링(remote scheduling): 카세트 운송 시스템의 통제기는 카세트 전송 업무를 발행하고 시작 및 목적지, 등의 전송되는 카세트의 ID를 나타내는 관련된 정보 제공한다. 스케줄링 서버는 업무를 위해 최고로 적합한 하나를 선택하기 위해 펩 내에서 모든 자동화 카세트 운송 장치의 사용 상태 및 자리에 기반한 최적의 스케줄링을 행하고 업무 수행을 위해 필요한, 카세트 ID 및 시작 및 목적지 지검을 포함한, 정보 모두를 그것의 AGV에게 알린다.
2) 목표 자리로 이동: 자동화 카세트 운송 장치의 AGV는 이것의 현재 및 목표 자리의 좌표에 기반하여 최적의 경로 계산하고 경로를 따라 목표 카세트가 접근 가능한 시작점에 도달한다. 이동 중에, 경로 내에 어떤 장애물을 자체적으로 피할 수 있다. 출발 시, AGV는 기계암은 카세트(공정 장비 또는 선반으로부터)를 유지하고 운송을 위한 준비를 할 수 있도록 그 자신의 배향을 조정한다
3)카세트 운송: 업무는 선반/공정 장비로부터의 카세트의 제거 또는 선반/공정 장비 위로 그것의 배치를 포함할 수 있다. 제거는 다음의 단계에 의해 성취될 수 있다.
a) 자동화 운송 장치는 공정 장치/선반의 적재 포트의 근처에 있는 주차 자리로 이동한다. 선반을 다른 높이의 세개의 층을 가지는 삼-층의 구조로 가정하면, 이하에서 상부 층, 중간 층 및 바닥 층이라고 언급하고, 주차 자리는 자동화 운송 장치의 구동 신뢰성을 보장하기 위해, 카세트가 저장된 층에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 그것의 구동을 위해 큰 공간을 남겨둔 채로, 로봇 매니퓰레이터 보다 높은 상부 층 상에 카세트가 저장되는 경우, 주차 자리는 카세트가 적재될 때 발생되는 토크 때문에 운송 장치의 뒤집어 엎어지는 가능성이 감소하도록 로봇 매니퓰레이터의 늘려진 길이를 최소화하기 위해 선반에 예를 들어, 거기로부터 대략 100mm 떨어져서, 가까이 있을 수 있다. 추가로, 로봇 매니퓰레이터의 움직임은 충돌 또는 의도치 않은 교란(harassment)을 회피하도록 설계되어야 한다. 만약 거의 로봇 매니퓰레이터만큼 높은 바닥층 상에 카세트가 저장되면, 주차 자리는 예를 들어 선반, 거기로부터 대략400mm 으로부터 떨어져서, 멀어져 있을 수 있다. 이런 경우에, 로봇 매니퓰레이터를 위한 구동 공간이 줄어듬에 따라, 로봇 매니퓰레이터의 움직임은 충돌 또는 의도치 않은 교란을 피할수 있도록 적절히 설계되어야 한다. 카세트가 중간층 상에 위치된 경우를 위해, 주차 자리는, 위에서 논의된 두 경우를 위해, 사이에 있을 수 있으며, 충돌 또는 우연한 괴롭힘의 회피가 또한 고려되어야 한다.
b) 제1 카메라(300)는, 소나 센서(24)의 이유로, 엔드 엑추에이터에 의해 목표 카세트를 향해 직면하도록 옆으로 회전된다. 제1 카메라(300)는 제1 카메라(300)와 카세트의 플랜지(40) 사이의 X-방향 거리를 측정한다. 특히, 제1 카메라(300)의 렌즈가 확대
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
및 초점 길이(f)를 갖는다고 가정하면, X는
Figure pct00004
Figure pct00005
같이 얻어질 수 있다.
c) 이미지 처리는 그런 다음, 플랜지(40)에서 제1카메라까지의 Y-방향 거리는 얻어질 수 있는, 플랜지(40)의 노치의 자리를 결정하도록 수행될 수 있다. 노치는 윤곽 또는 그레이 스케일(gray scale) 기반 라이브러리 매칭 알고리즘(library matching), 모서리 점들 및 기술어(discriptors)에 기반한 매칭, 선형 검출 기반 알고리즘 또는 그것과 같은 것들을 사용하여 식별될 수 있다.
d) 플랜지(40)에서 제1 카메라(300)까지의 거X-,Y-방향 거리에 기반하여, 제1 카메라(300)와 플랜지(40) 사이의 Z-방향 거리 및 Rx-방향 회전은 허프 변환(Hough transform) 또는 유사 선형 검출 기반 알고리즘을 상용하여 계산될 수 있다.
e)제1카메라(300)에 대한 플랜지(40)의 X-, Y- 및 Rx-방향의 자리에 기반하여, 로봇 매니퓰레이터는 카세트의 상부 상에 플랜지(40)의 노치 위로 제2 카메라(310)를 가져온다.
f) 이미지 처리는 플랜지(40)의 두개 이상의 노치의 자리를 결정하기 위해 행해질 수 있으며, 그 것으로부터, 플랜지(40) 그 자체의 공칭 치수(nominal dimensions)에 따라, 제2 카메라(310)에 대한 플랜지(40)의 X-, Y- 및 Rx-방향의 자리는 계산될 수 있다.
g) 제2 카메라(310)에 대한 플랜지(40)의 X-, Y- 및 Rx-방향의 자리에 기반하여, 엔드 엑추에이터(2)는 플랜지 아래에 적절한 자리로 삽입되어 노치들이 엔드 엑추에이터(2) 상에 위치화 핀(25)들과 함께 결합되도록 허용한다. 카세트는 그런 다음 엔드 엑추에이터(2)에 의해 들어올려지고 자기 중심에 위치되어, 카세트의 존재를 자동화 운송 장치의 제어기에게 알리기 위해 카세트 존재 센서 내의 기계적 스위칭 요소를 작동시킨다.
h) 자동화 카세트 운송 장치의 제어기는 엔드 엑추에이터에 의해 유지된 카세트를 장치 그 자체의 내에서 카세트 캐리어 상의 제자리에 놓기 위해 특정 움직임 궤도를 따라하도록 기계암에 명령한다. 궤도는 AGV의 가로방향으로 투영된 공간을 넘어서면 안된다. 배치는 로봇 매니퓰레이터의 느린 하강으로의 결과일 수 있다.
i) 카세트가 제자리에 놓인 후, 카세트 운송 시스템으로 데이터 피드백에 의해, RFID 센서는 카세트의 정보를 읽을 수 있으며 카세트 운송 과정 전체에 대한 데이터를 기록할 수 있다.
J) 자동화 카세트 운송 장치는 미리정의된 작업순서로 다음 업무를 기다린다.
4) 카세트 선반: 이 구동은 다음의 단계들에 의해 성취될 수 있다.
a) 자동화 운송 장치는 목표 주차 자리로 움직인다. 이 단계는 위의 단계a)와 유사하며 단순화를 위해 더 서술되지 않을 것이다.
b) 엔드 엑추에이터의 비전-기반 위치화 어셈블리는 선반을 향하여 직면하도록 옆으로 회전된다(특히, 카세트을 위한 직면하는 데이터 면으로).
c) 기계암은, 카세트를 놓을 자리 위인, 공정 장비/선반의 적재 포트 상에 있는 카세트 위로 트레이 비전-기반 위치화 어셈블리를 가져온다. 이어서 카세트 트레이의 특징(예를 들어, 표준 공정 장비의 적재 포트 상에 있는 핀을 위치시키는 것)들이 그것의 중심을 결정하도록 포착된다. 카세트가 놓여 지는 목표 자리는 그런 다음 자동화 운송 장치 또는 카세트를 잠그는 위치화 핀의 중심에 의해 카세트가 특징의 중심에 기반하여 결정된다.
d) 비전-기반 위치화 어셈블리에 대한 앞서 언급한 특징의 자리로부터, 비전-기반 위치화 어셈블리에서 특징의 중심까지X-, Y-, Z- 및 Rz-방향 오프셋(offsets)이 얻어지며, 목표 자리로부터 기계적 암의 엔드 엑추에이터의 거리에 기반하여 차례로 얻어진다.
e) 카세트를 위한 결정된 목표 자리에 기반하여, 엔드 엑추에이터는 카세트의 상부 상에 있는 플랜지(40) 아래로 삽입되고 카세트를 들어올리고, 그러므로 위치화 핀으로부터 이것을 탈착시킨다(결과적으로, 카세트는 X또는 Y 방향으로 이동될 수 있다.).
f) 얻어진 거리에 기반하여, 기계암은 공정 장비/선반의 적재 포트 상에 있는 카세트 트레이 위로 카세트 제자리에 놓도록 특정 움직임 궤도를 따라한다. 궤도는 투영된 곳내에 있어야 하며, 베이스의 투영된 공간을 넘어가지 않아야 합니다.
g) 기계 암의 이동 중에, 베이스의 양측 모두에 장착된 옆의 소나(sonar)는 접근하는 사람이 있는지 감지하도록 활성화된다. 이런 일이 발생하면, 기계암은 느려지고 구동 사이트(site)로부터 물러나도록 사람에게 즉각적으로 경고를 준다.
h) 배치는 로봇 매니퓰레이터의 느린 하강의 결과일 수 있다.
i) 카세트가 제자리에 놓인 후, 전체 과정에 대한 데이터가 기록된다.
j) 기록된 데이터는 카세트 운송 시스템으로 피드백된다.
k) 자동화 카세트 운송 장치는 업무의 미리 정의된 순서로 다음 업무를 위해 기다린다.
요약으로, 기계암, 상기 기계암의 끝단에 있는 엔드 엑추에이터 및 상기 엔드 엑추에이터 상의 비전-기반 위치화 어셈블리를 포함하는 본 발명의 카세트 핸들링 로봇 매니퓰레이터에서, 비전-기반 위치화 어셈블리는 그것의 플랜지를 위치화하여 카세트를 식별한다. 즉, 분리된 위치화 마커의 필요성없이, 자체의 특징에 기반하여 카세트를 식별한다. 이것은 카세트 측정 및 핸들링 정확도 모두에서 향상을 야기한다. 게다가, 카세트의 운송은 엔드 엑추에이터의 오목한 표면 상의 이것의 상부 플랜지의 상호 보완적인 유지에 의해 가능할 수 있다. 더욱이, 오목한 표면 상의 상부 플랜지의 보유는 오목한 표면 상의 위치화 핀과 상부 플랜지 내의 노치 사이에서 결합하도록 할 수 있고, 카세트의 자체 중심맞춤(self-centering)을 허용하여, 위치화 정확도에서 추가적인 향상을 달성한다.
위에 나타나는 설명은 단지 본 발명의 몇? 바람직한 예에 대한 설명이며 어떤 의미로도 그 범위를 제한하지 않는다. 상시 교시들에 기초하여 당업자에 의해 행해지는 임의 및 모든 변경 및 수정은 첨부된 청구 범위에 정의 된 범위 내에 있다.
1 : 기계암
2 : 엔드 엑추에이터
3 : 비전-기반 위치화 어셈블리
5 : 캐리어 프레임
20 : 지지판
21 : 오목한 표면
22 : 어깨부
23 : 존재 센서
24 : 소나 센서
25 : 위치화 핀
30 : 수평 위치화 부재
31 : 수직 위치화 부재
40 : 플랜지
300 : 제1 카메라
310 : 제2 카메라
311 : 반사기

Claims (14)

  1. 기계 암, 상기 기계암의 끝단에 있는 엔드 엑추에이터 및 상기 엔드 엑추에이터 상의 비전-기반 위치화 어셈블리를 포함하고,
    상기 비전-기반 위치화 어셈블리는 상기 카세트의 상부 상의 플랜지의 위치를 얻도록 구성되고
    상기 상기 엔드 엑츄에이터는 카세트의 상부 상의 상기 플랜지에 상호 보완적인 오목한 표면을 포함하고, 상기 엔드 엑츄에이터는 상기 플랜지의 위치에 기반하는 상기 오목한 표면에 의해 상기 카세트의 상부 상의 상기 플랜지를 유지시키도록 구성되는,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비전-기반 위치화 어셈블리는 수평 위치화 부재 및
    수직 위치화 부재를 포함하고,
    상기 수평 위치화 부재는 상기 카세트 표면의 수평 특징을 포착하기 위해 구성되고,
    상기 수직 위치화 부재는 상기 카세트 표면의 수직 특징을 포착하기 위해 구성되며,
    상기 플랜지의 위치는 카세트 표면의 수평 및 수직 특징에 기반하여 결정되는, 카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수평 위치화 부재는 상기 엔드 엑추에이터의 어느 하나의 측면으로 향하는 제1 카메라를 포함하는,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 수직 위치화 부재는, 모두 상기 엔드 엑추에이터의 측면에 배치된, 제2 카메라 및 반사기를 포함하는,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 엑추에이터는 C-형상 반-폐쇄 구조이고, 상기 반-폐쇄 구조의 두개의 측면 상에 지지판들이 배열된,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 엑추에이터는 상기 카세트의 우발적인 떨어짐를 방지하기 위해서 상기 오목한 표면의 정면 측을 따라서 제공된 어깨부들을 더 포함하는,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 존재 센서가 상기 오목한 표면에 의해 상기 카세트가 유지되는지 감지하기 위해 상기 오목한 표면 상에 제공되는,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 카세트의 운송 중에 안전을 보장하기 위해서 상기 엔드 엑추에이터 상의 배치되는 소나 센서를 더 포함하는,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  9. 제1항에 있어서,
    적어도 두 개의 위치화 핀은 상기 오목한 표면 상에 배열되고, 각각은 상기 플랜지의 노치들 중 대응하는 하나에 결합하도록 구성되는,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 엑추에이터는 상기 기계암과 함께 역-L 형상을 정의하는,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 엑추에이터는 상기 기계암의 끝단에서 360-도 회전가능한,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기계암은 6자유도 내에서 거동가능한,
    카세트 핸들링을 위한 로봇 매니퓰레이터.
  13. 자동화안내수단;
    상기 자동안내수단 상에 탑재된 캐리어 프레임; 및
    상기 캐리어 프레임 상에 배치된, 제1항 내지 제12항중 어느 한 항에 따른 카세트 핸들링을 위한 상기 로봇 매니퓰레이터를 포함하는,
    자동 카세트 운송장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 캐리어 프레임 상에 배치된 카세트 캐리어를 더 포함하고, 상기 로봇 매니퓰레이터는 상기 카세트 캐리어에 대한 상기 캐리어 프레임의 모서리에 위치되는,
    자동화 카세트 운송 장치.
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