TWI488723B - Training methods of handling robot - Google Patents

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TWI488723B
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Yoshinori Fujii
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Description

搬運機器人的訓練方法
本發明是關於一種利用設置於既存的處理裝置的基板位置檢測用的感測器的低成本的搬運機器人的訓練方法。
傳統上，如第1圖所示地，作為在基板施加成膜處理或蝕刻處理等的各種處理的裝置，眾知有作成圍繞配置搬運機器人1的中央的搬運室A，而配置基板S的真空隔絕室B與複數處理室C，藉由搬運機器人1將投入真空隔絕室B的基板S搬運至各處理室C或是在各處理室C的互相間搬運基板S的方式所構成的處理裝置(所謂，群集工具裝置)。
搬運機器人1是具備：機器人臂部11，及在同一平面上旋轉及伸縮自如地驅動該機器人臂部11的驅動手段，而在機器人臂部11的前端，連結有經由齒輪箱G以載置基板S的狀態下所支撐的機器人手臂12。此些機器人臂部11及機器人手臂12構成搬運機器人的作動部分。
在上述搬運機器人1中，必須將藉由機器人手臂12存在於所定位置的基板S適當地保持且將該基板S搬運至作為目的位置(例如，各處理室C的基板平台Cs)而交接至適當位置。所以，在搬運室A的各處理室C1至C3的境界領域中其頂部或底部，設有光學感測器等的檢測手段2[參照第1(b)圖]。
在此，將基板S使用搬運機器人從所定位置搬運至目的位置時，藉由檢測手段2，確認基板S是否精度優異地被支撐在機器人手臂12，同時作成進行機器人臂部11對於下一目的位置的作動或是隔開各處理室的相互間的閘控閥的開閉等。一方面，在基板S的偏位被判明時，則可相抵其偏位量的方式，作成調節機器人臂部11的動作(例如參照專利文獻1)。
然而，在上述搬運機器人中，所有搬運動作為事先藉由程式所決定，而在該程式為了教示搬運機器人的搬運動作的起點與順序(搬運動作)進行著訓練。如此，再生所教示的搬運動作而把搬運機器人作成可以作動。所以，在將搬運機器人設於處理裝置時，或為了維修要更換機器人臂部或機器人手臂時，則在進行基板交接的位置等進行著人為的訓練。
作為搬運機器人的訓練方法，眾如有直接持著機器人臂部或機器人手臂進行教示基板的交接位置等的方法(所謂直接訓練)或是在訓練箱進行操作機器人而依次地指定成為搬運動作的起點的位置的方法(所謂遙控訓練)。
然而，在習知的訓練中，作業人員一面以目視確認搬運機器人的動作一面進行教示作業之故，因而作業人員間會在其精度上容易產生參差不齊，而對於搬運動作的教示的信賴性上有欠缺的問題。
專利文獻1：日本特開2007-27378號公報
本發明是鑑於以上之諸點，提供一種具有高信賴性又作成可迅速地予以訓練的低成本的搬運機器人的訓練方法作為其課題者。
為了解決上述課題，本發明的一種搬運機器人的訓練方法，屬於支撐在複數處理室間須處理的基板的狀態下，旋轉及伸縮動作在同一平面內而對於將上述基板搬運至所定位置的搬運機器人進行教示其搬運動作的搬運機器人的訓練方法，其特徵為：使用在上述處理室間搬運基板之際檢測基板的方式所配置的至少1個檢測手段，將上述搬運機器人予以搬運動作，以上述檢測手段檢測事先設於上述搬運機器人的作動部分的至少1個指標部，從該檢測位置，作成教示成為上述旋轉及伸縮動作的至少一方的起點的基準位置。
依照本發明，為了施加各種處理，在搬運室的周圍具備複數處理室的處理裝置中，藉由搬運室內的搬運機器人進行搬運基板時，鑑於搬運機器人的作動部分橫跨為了檢測基板位置所設置的檢測手段而被檢測，利用該檢測手段作成可教示(訓練)搬運機器人的搬運動作。亦即，例如依據搬運機器人的設計尺寸或作動部分的動作領域，作動部分中，將搬運機器人予以伸縮或旋轉動作之際可作為起點的位置而在以檢測手段可檢測的位置事先設置指標部。又，教示搬運動作之際，以手動或自動將搬運機器人的作動部分予以旋轉或伸縮而以檢測手段來檢測指標部。又，從該檢測位置，來教示上述旋轉及伸縮動作的至少成為一方的起點的基準位置。
如此地依照本發明，利用被設置於處理裝置的既存檢測手段，一面檢測作動部分一面教示搬運機器人的搬運動作之故，因而在作業人員間在其精度上成為很難發生參差不齊，可簡單且迅速地進行其作業。還有不會導致增加零件數而可得到低成本，又，使用檢測手段來進行搬運動作的教示之故，因而即使處理室在真空氣氛下也可進行訓練。又，在起動搬運機器人時進行初期動作，而藉由檢測手段進行判斷搬運機器人的指標部是否依次被檢測，則也可判斷搬運機器人的健常性。
在本發明中，上述檢測手段為配置對於上述平面垂直地投光的光學感測器時，若將上述指標部為由形成於作動部分的至少1個貫通孔所構成，則以簡單的構成可實現指標部較佳。
這時候，若在上述貫通孔的周邊作成能掃描移動搬運機器人，則可將貫通孔的中心予以正確地特定，成為可實施更高精度的訓練。
然而，例如在維修時更換機器人手臂，有機器人手臂對於齒輪箱以朝旋轉方向傾斜的狀態被組裝的情形。在此種狀態下，即使以上述方法進行訓練搬運機器人的基準位置，也有在目的位置發生機器人手臂的偏位之虞。在上述起點的教示之前，以上述檢測手段檢測至少2個指標部，而依據所定比較值進行修正組裝搬運機器人的作動部分時的伸縮方向或旋轉方向的偏移較佳。又，比較值是從搬運機器人的設計尺寸或上一次訓練時的資料所算出而可製作。
又，在本發明中，因應於配置於處理裝置的檢測手段的位置，採用以上述搬運機器人支撐基板，替代上述作動部分或是除了上述作動部分以外，還在上述基板形成指標部也可以。
以下，以表示於第1圖的處理裝置針對於適用本發明的實施形態加以說明。亦即，在搬運室A，設置具有公知構造的搬運機器人1，而且在真空隔絕室B及各處理室C1至C3之連結部位的近旁設有檢測手段2。
作為檢測手段2，例如使用具有雷射感測器或LED纖維感測器等公知構造的光學感測器或CCD攝影機等的視學感測器。在本實施形態中，檢測手段2為對於在同一平面(水平面)上旋轉及伸縮自如地被驅動的搬運機器人1垂直地投光，且配置成位於連結搬運機器人1的下述的電動機的旋轉中心與真空隔絕室B及各處理室C1至C3的基板平台Cs的中心Ca的線L1上，將使用投光器21與受光器22所構成的透射式者的情形作為例子加以說明。又，作為光學感測器也可使用反射式者。
參照第2圖加以說明，搬運機器人1是具有省略圖示的驅動手段的兩具電動機，及控制電動機的作動的控制手段(未圖示)。各電動機的旋轉軸10a、10b是同心地配置，而在各旋轉軸10a、10b有機器人臂部11被連結作成連桿機構，而機器人手臂12經由齒輪箱G安裝於其前端。藉此適當地控制各電動機的旋轉軸10a、10b的旋轉角及旋轉方向，使得機器人臂部11成為伸縮及/或旋轉自如，而此些機器人臂部11及機器人手臂12構成本發明的作動部分。
機器人臂部11及機器人手臂12是基板S在處理室C有被加熱成高溫的情形而以具有耐熱性的材料，例如Al2 O3 、SiO2 或SiC等的板材料所形成。又，機器人手臂12是具備從被連結於機器人臂部11的基端部13分岐成兩叉狀而朝前方延伸的一對指狀部14。在基端部13與兩指狀部14的前端部，設有基板S的下面外周部以其周方向3部位被定位而可就座的座面15，基板S為從機器人手臂12浮起地支撐著其外周部以外的下面。
以機器人手臂12支撐基板S之後，伸縮或旋轉機器人臂部11，俾將投入在真空隔絕室B的基板S被搬運至處理室C1至C3，或是基板S被搬運在各處理室C1至C3的相互間。將基板S從所定位置搬運至目的位置之際，利用任一檢測手段2確認是否以機器人手臂12精度優異地支撐著基板S。
在此，以利用搬運機器人1將基板S從第1處理室C1搬運至第2處理室C2的情形作為例子進行說明，機器人臂部11在收縮的狀態下指狀部14的前端從指向第1處理室C1的狀態的待機位置(可旋轉的所定位置)將機器人臂部11延伸至第1處理室C1內的基板平台(目的位置)Cs而接受基板S，並收縮機器人臂部11而回到待機位置。之後，機器人臂部11是指狀部15的前端被旋轉至指向第2處理室C2的位置。然後，再延伸機器人臂部11而將基板S(成為下一目的位置)交接至第2處理室C2的基板平台Cs，回到待機位置。
為了教示上述搬運動作時將搬運機器人1組裝於處理裝置時，或是為了維修機器人臂部11或機器人手臂12進行拆除或更換時，進行著搬運機器人1的訓練。又，其搬運動作1被記憶於控制搬運機器人1的作動的省略圖示的控制手段。又，控制手段是作成也總括控制檢測手段2的作動或設於處理裝置的閘控閥等的零件的作動也可以。
使用處理裝置，在各處理室C1至C3相互間依次搬運基板S而實施所定過程時，適合於被記憶在控制手段的搬運動作使得上述搬運動作被再生，而搬運機器人1進行作動。此時，在機器人臂部11或機器人手臂12，成為可發生分別橫跨各檢測手段2的檢測位置2a、2b的部分。
如此，在本實施形態中，對應於上述橫跨部分將至少1個指標部事先形成於機器人手臂12，一面以檢測手段2檢測該指標部，一面不依賴作業人員的視認作成可進行搬運機器人1的訓練。以下，具體地說明本實施形態的搬運機器人1的訓練方法。
指標部是例如如下地可形成。亦即，以機器人手臂12適當地支撐基板S時，位於經該基板S的中心Sa與電動機的旋轉軸10a、10b的旋轉中心Cr的中心線L2上，而在機器人手臂12的基端部13的所定位置，形成有比檢測手段2的雷射束徑還要大的直徑形成有平面視圓形貫通孔16，而將該貫通孔16作為指標部(參照第2圖)。
又，貫通孔16是依據處理裝置的檢測手段2的位置，搬運機器人1的設計尺寸或作動部分的動作領域來特定，而合倂在製作機器人手臂12之際進行加工就可以。又，貫通孔16的孔徑或形狀，是不被限定於上述者，若將來自投光器21的光穩定而在受光器22受光而可得到可檢測的光量者並未加以限制。又，在使用反射型的檢測手段的情形，若將反射光的構件在與上述貫通孔的面積同等的範圍設置所定位置就可以。又，在視覺感測器的情形，則給予標記就可以。
使用具有備有上述指標部的機器人手臂12的搬運機器人，而以將基板S從第1處理室C1搬運動作至第2處理室C2的情形的訓練作為例子加以說明，首先，特定對於處理室C1的伸縮動作的起點。這時候，指狀部14的前端從指向第1處理室C1的搬運機器人1的待機位置[參照第1(a)圖]，進行旋轉旋轉軸10a、10b並延伸機器人臂部11，而檢索貫通孔16藉檢測手段2所檢測的位置。
此時，在延伸機器人臂部11的當初，來自投光器21的光不會以機器人手臂12所遮蔽之故，因而檢測手段2的訊號是在導通狀態。再延伸機器人臂部11，來自投光器21的光以機器人手臂12的基端部13所遮蔽，則檢測手段2的訊號成為斷開狀態。在此狀態下進行旋轉旋轉軸10a、10b而旋轉及/或伸縮機器人手臂12，而找尋檢測手段2的訊號成為導通狀態的位置[參照第3(a)圖]。
檢測手段2的訊號成為導通狀態使得貫通孔16被檢測，則將機器人臂部11朝X-Y方向分別掃描移動[參照第3(b)圖]。此時，檢測手段2的訊號切換成開、閉，而從其切換的周期來特定貫通孔16的中心座標(參照第4圖)。如此地以檢測手段2被特定貫通孔16的中心座標時，中心線L2成為位於連結電動機的旋轉軸10a、10b的旋轉中心Cr與真空隔絕室B及各處理室C1至C3的基板平台Cs的中心Ca的線L1(參照第1圖)上，對於處理室C1正確地定位有機器人手臂12。將機器人臂部11從該狀態沿著同一線上收縮回到待機位置，而將該位置作為成為旋轉或伸縮動作的起點的第1基準位置教示給控制手段。又，訓練時的機器人臂部11或機器人手臂12的旋轉或伸縮動作是以手動也可進行。
又，由電動機10a、10b的旋轉中心Cr與處理室C1的基板平台Cs的中心Ca之間的距離，算出機器人臂部11的延伸長度，而在基板平台Cs上教示交接基板S所用的位置。藉此，終了搬運機器人1對於處理室C1的訓練，成為可將基板S的中心Sa與基板平台Cs的中心Ca一致並交接給該基板平台Cs。
回到待機位置之後，從指狀部14的前端指向第1處理室C1的位置旋轉至指狀部14的前端指向第2處理室C2的位置(參照第4圖)。又，利用與上述同樣的順序，來特定成為搬運機器人1的作動的起點的第2位置。重複上述順序，教示針對於真空隔絕室B及所有處理室C1至C3成為旋轉或伸縮動作的起點的基準位置。
依照上述實施形態，利用被設置於處理裝置的既存的檢測手段2，因教示搬運機器人1的搬運動作，因此在作業人員間很難其精度上發生參差不齊，成為簡單且迅速地可進行其作業，又，不會導致零件數增加而可得到低成本。
又，因使用檢測手段2來進行搬運動作的教示，因此各處理室C1至C3在真空氣氛下而有成為可訓練的情形。又，起動搬運機器人1時進行初期動作，則藉由檢測手段2來判斷是否檢測到指標部16，也可判斷搬運機器人1的健常性。
然而，在上述處理裝置中在搬運室A的周圍每隔開90度角度配置真空隔絕室B及搬運室C1至C3的構成之故，因而如上述地使用在任一真空隔絕室B及搬運室C1至C3所教示的搬運機器人1的起點的位置的座標，依據其他真空隔絕室B及搬運室C1至C3的設計值，也可進行對於此些設計值的搬運機器人1的訓練。藉此，迅速地可檢索貫通孔16的中心，可簡化訓練作業較佳。又，在具有同樣的構成的其他裝置組裝搬運機器人1進行訓練時，使用上述座標來進行搬運機器人1的訓練也可以。
又，在上述實施形態中，說明以一般的處理裝置安裝有檢測手段的情形較多位置作為例子加以說明，惟並不被限定於此者，若因應於檢測手段的安裝位置而適當地變更指標部的位置，就可適用本發明的訓練方法。又，在教示搬運動作之際，將基板S支撐於搬運機器人1，替代機器人臂部11或機器人手臂12或是除了此些以外，在基板S形成貫通孔或在基板外周緣部形成缺口而作為指標部也可以。
又，在本實施形態，在基端部13形成一個貫通孔16，以檢測該貫通孔16而進行教示搬運動作者作為例子加以說明，惟設置複數指標部也可以。亦即，從機器人臂部11的待機位置進行旋轉時，則指狀部14的位置部成為橫跨檢測手段2(參照第4圖)。在此種情形，從處理裝置的設計值等在橫跨指狀部14的檢測手段2的部分，形成比檢測手段2的雷射束徑還要大的直徑而平面視圓形的貫通孔(其他的指標部)17。又，如上述地進行教示基準位置之後，當旋轉時判斷其他指標部17是否被檢測。
依照此，為了維修而拆下或更換機器人手臂12時，則有機器人手臂12偏離而從中心線L1傾斜，惟以特定進行訓練兩部位的指標部16、17，則修正傾斜而可教示搬運動作，成為可進行高精度的訓練。另一方面，在修正機器人手臂12的傾斜時，將其他的指標部的貫通孔17被檢測的座標資料而事先記憶在控制手段，終了維修之後，在訓練之前，取得以檢測手段2檢測兩貫通孔17時的座標資料，比較該座標資料與比較值，而可修正機器人手臂12的傾斜。
又，在機器人手臂12具備從基端部13分岐成兩叉狀而朝前方延伸的一對指狀部14的情形，旋轉機器人臂部11，而以檢測手段2分別檢測兩指狀部，也可特定中心線L2。亦即，旋轉機器人臂部11，使得旋轉方向前側的指狀部14橫跨檢測手段2。此時，檢測手段2的訊號從斷開切換成導通，而在所定時間後切換成斷開。又，當旋轉方向後側的指狀部14橫跨檢測手段2，則檢測手段2的訊號再從斷開切換成導通，而在所定時間後切換成斷開。由此些訊號的切換，可特定機器人手臂12的中心線L2，而依據此，如上述地特定基準位置而可教示搬運動作。這時候，指狀部14構成指標部。
在上述實施形態，以使用適當控制同心地配置的電動機的旋轉軸10a、10b的旋轉角及旋轉方向而使得機器人臂部11成為伸縮及/或旋轉自如者的情形作為例子加以說明，惟在其他的多關節式的機器人也可適用本發明。這時候，在可將機器人手臂朝對於伸縮方向正交的方向水平移動的情形，則在與連結配置於搬運室A的驅動源的旋轉中心與真空隔絕室B及各處理室C1至C3的基板平台Cs的中心Ca的線直行的方向兩側等間隔地形成兩個指標部，進行訓練也可以。
11．．．機器人臂部
12．．．機器人手臂
16、17．．．貫通孔(指標部)
2．．．檢測手段
2a、2b．．．檢測位置
S．．．基板
A．．．真空隔絕室
B．．．搬運室
C．．．處理室
Cs．．．基板平台
第1(a)圖及第1(b)圖是表示具備搬運機器人的處理裝置的模式地表示的俯視圖及斷面圖。
第2圖是表示本發明的實施形態的機器人手臂的俯視圖。
第3(a)圖是表示說明搬運機器人的訓練的模式的俯視圖。第3(b)圖是表示說明指標部的貫通孔的檢測的圖式。
第4圖是表示說明搬運機器人的訓練的其他的模式的俯視圖。
11．．．機器人臂部
12．．．機器人手臂
16．．．貫通孔(指標部)
S．．．基板
Cs．．．基板平台
Ca．．．中心
Cr．．．旋轉中心
G．．．齒輪箱
C1．．．第1處理室
C2．．．第2處理室

Claims (3)

  1. 一種搬運機器人的訓練方法，屬於在複數處理室間支撐須處理的基板的狀態下，在同一平面內以旋轉及伸縮動作而對於將上述基板搬運至所定位置的搬運機器人進行教示其搬運動作的搬運機器人的訓練方法，其特徵為：使用在上述處理室間搬運基板之際為檢測基板所配置的至少1個檢測手段，將上述搬運機器人予以搬運動作，以上述檢測手段檢測事先設於上述搬運機器人的作動部分即手臂的指標部的至少1個，從該檢測位置，作成教示成為上述旋轉及伸縮動作的至少一者的起點的基準位置，在上述起點的教示之前，以上述檢測手段分別檢測設於上述手臂的指標部的至少2個，而依據規定比較值修正組裝搬運機器人的作動部分時的伸縮方向或旋轉方向的偏移、及上述手臂相對於伸縮方向之傾斜，且上述檢測手段為對於上述平面垂直投射光而配置之光學感測器，上述指標部的各者為由形成於上述手臂的1個貫通孔所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的搬運機器人的訓練方法，其中，令搬運機器人在上述貫通孔的周邊作成掃描移動。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的搬運機器人的訓練方法，其中，以上述搬運機器人支撐基板，且替代上述作動部分或與上述作動部分共同在上述基板形成指 標部。
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