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KR102774952B1 - 이송 장치 - Google Patents

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KR102774952B1
KR102774952B1 KR1020237027310A KR20237027310A KR102774952B1 KR 102774952 B1 KR102774952 B1 KR 102774952B1 KR 1020237027310 A KR1020237027310 A KR 1020237027310A KR 20237027310 A KR20237027310 A KR 20237027310A KR 102774952 B1 KR102774952 B1 KR 102774952B1
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KR
South Korea
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end effector
forearm
rotary joint
transport device
link
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KR1020237027310A
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KR20230124100A (ko
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마틴 호섹
레너드 티. 릴리스턴
제이컵 립콘
Original Assignee
퍼시몬 테크놀로지스 코포레이션
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Publication date
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Abstract

제 1 회전축에 대해 회전 가능한 제 1 구동축 및 제 2 회전축에 대해 회전 가능한 제 2 구동축을 가지는 구동 유닛으로서, 상기 제 2 구동축은 상기 제 1 구동축과 동축이고 상기 제 1 구동축 내에 부분적으로 배치되며 상기 제 1 구동축 내에서 축 방향으로 회전 가능한, 구동 유닛; 및 로봇 아암;을 포함하는 장치로서, 상기 로봇 아암은, 상기 제 1 구동축에서 상기 구동 유닛에 연결된 상부 아암, 상기 상부 아암에 결합되고 상기 상부 아암에 제 1 회전 조인트로 결합되는 포어 아암으로서, 상기 제 1 회전 조인트는 상기 제 2 구동 축에 결합된 제 1 밴드 장치에 의해 작동 가능한, 포어 아암, 및 상기 포어 아암에 결합되고, 제 2 회전 조인트에서 상기 포어 아암에 결합되어 상기 제 2 회전 조인트에 대하여 회전 가능한 엔드 이펙터로서, 상기 제 2 회전 조인트는 상기 제 1 회전 조인트에 연결된 제 2 밴드 장치에 의해 작동된다. 제 2 밴드 장치는 가변 변속비를 제공하도록 구성된다.

Description

이송 장치 {A Transport Apparatus}
예시적이고 비 제한적인 실시예는 일반적으로 엔드 이펙터를 갖는 로봇에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 종속화된 엔드 이펙터 동작을 갖는 로봇에 관한 것이다.
반도체, LED, 태양광, MEMS 또는 다른 장치의 제조와 관련된 분야를 위한 진공 처리, 대기 처리 및 제어된 환경 처리는 기판과 연관된 캐리어 및 기판을 저장 위치, 처리 위치 또는 기타 위치로 또는 이들 위치로부터 이송하는 로봇 또는 자동화된 다른 형태를 이용한다. 이러한 기판의 이송은 개별 기판, 하나 이상의 기판을 이송하는 단일 아암을 갖는 기판의 그룹 또는 각각이 하나 이상의 기판을 이송하는 다수의 아암을 갖는 기판의 그룹을 이동시키는 것일 수 있다. 예를 들어 반도체 제조와 관련된 대부분의 제조 공정은 풋 프린트와 부피가 중요한 깨끗한 또는 진공 환경에서 이루어진다. 또한, 자동화된 운송의 대부분은 운송 시간의 최소화로 인해 사이클 시간이 단축되고 관련 장비의 처리량 및 활용도가 향상되는 곳에서 수행된다.
관련되는 선행문헌으로서 WO2014/113364 (2014. 7. 24. 공개)가 고려될 수 있다.
본 발명의 목적은 종속화된 엔드 이펙터 움직임을 가진 로봇을 제공하는 것이다.
이하의 요약은 단지 예시적인 것이다. 이 요약은 청구 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
일 특징에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 제 1 회전축에 대해 회전 가능한 제 1 구동축 및 제 2 회전축에 대해 회전 가능한 제 2 구동축을 갖는 구동 유닛을 구비하며, 상기 제 2 구동축은 부분적으로 제 1 구동축과 제 1 구동축 내에서 축 방향으로 회전 가능하다. 로봇 아암은 제 1 구동축에서 구동 유닛에 연결된 상부 아암, 상부 아암에 결합된 포어 아암(forearm)을 구비하되, 상기 포어 아암은 제 1 회전 조인트에서 상부 아암에 결합되고 제 1 회전 조인트 둘레로 회전 가능하며, 제 1 회전 조인트는 상기 제 2 구동축에 연결된 제 1 밴드 장치에 의해 작동되며, 상기 로봇 아암은 상기 포어 아암에 연결된 엔드 이펙터를 구비하되, 상기 엔드 이펙터는 제 2 회전 조인트에서 포어 아암에 연결되고 제 2 회전 조인트를 중심으로 회전 가능하며, 상기 제 2 회전 조인트는 제 1 회전 조인트에 결합된 제 2 밴드 장치에 의해 작동될 수 있다. 제 2 밴드 장치는 가변적인 변속비를 제공하도록 구성된다.
다른 특징에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 제 1 회전축에 대해 회전 가능한 제 1 구동축, 제 2 회전축에 대해 회전 가능한 제 2 구동축 및 제 3 축을 중심으로 회전 가능한 제 3 구동축을 갖는 구동 유닛을 구비하며, 상기 제 2 구동축은 상기 제 1 구동축과 동축이고 제 1 구동축 내에서 부분적으로 동축 관계로 되며 상기 제 1 구동축 내에서 동축 방향으로 회전 가능하며, 상기 제 3 구동축은 상기 제 2 구동축과 동축이고 상기 제 2 구동축 내에서 부분적으로 동축 관계로 되며 상기 제 2 구동축 내에서 축 방향으로 회전 가능하다. 로봇 아암은 제 1 구동축에서 구동 유닛에 연결된 상부 아암, 상부 아암에 결합된 포어 아암을 구비하되, 상기 포어 아암은 제 1 회전 조인트에서 상부 아암에 결합되고 제 1 회전 조인트 둘레로 회전 가능하며, 상기 제 1 회전 조인트는 단일 스테이지 밴드 장치에 의해 작동되되, 상기 단일 스테이지 밴드 장치는 상기 제 3 구동 축에 의해 작동되는 제 1 숄더 풀리, 상기 제 1 회전 조인트를 부분적으로 형성하는 제 1 엘보우 풀리, 상기 제 1 숄더 풀리 및 상기 제 1 엘보우 풀리 간에 운동을 전달하도록 된 벨트, 밴드 또는 케이블, 제 1 엔드 이펙터 및 상기 포어 아암에 연결된 제 2 엔드 이펙터를 포함하되, 상기 제 1 엔드 이펙터 및 제 2 엔드 이펙터는 제 2 회전 조인트에서 상기 포어 아암에 연결되며, 상기 제 1 엔드 이펙터 및 제 2 엔드 이펙터의 방향은 2-스테이지 밴드 장치를 통하여 제어된다. 상기 2-스테이지 밴드 장치의 제 1 스테이지는 상기 제 2 구동축에 의해 작동 가능한 제 2 숄더 풀리, 제 1 회전 조인트를 부분적으로 형성하는 제 2 엘보우 풀리, 및 상기 제 2 숄더 풀리와 제 2 엘보우 풀리 사이에서 운동을 전달하도록 구성된 상부 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다. 2-스테이지 밴드 장치의 제 2 스테이지는 제 2 엘보우 풀리에 연결된 제 3 엘보우 풀리, 제 1 엔드 이펙터에 결합된 제 1 손목 풀리, 및 제 3 엘보우 풀리 및 제 1 손목 풀리 사이에서 운동을 전달하도록 된 제 1 하부 벨트, 밴드 도는 케이블을 포함하되, 상기 2-스테이지 밴드 장치의 제 2 스테이지는 상기 제 2 엘보우 풀리에 연결된 제 4 엘보우 풀리, 상기 제 2 엔드 이펙터에 연결된 제 2 손목 풀리, 및 상기 제 4 엘보우 풀리와 상기 제 2 손목 풀리 사이에서 운동을 전달하도록 된 제 2 하부 벨트, 밴드 또는 케이블을 포함한다. 제 1 숄더 풀리와 제 1 엘보우 풀리 사이의 운동, 제 2 숄더 풀리와 제 2 엘보우 풀리 사이의 운동, 제 3 엘보우 풀리와 제 1 손목 풀리 사이의 운동, 및 제 4 엘보우 풀리 풀리 및 제 2 손목 풀리 사이의 운동 중 적어도 하나는 가변적인 변속비를 갖는다.
다른 특징에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 제 1 회전축에 대해 회전 가능한 제 1 구동축, 제 2 회전축에 대해 회전 가능한 제 2 구동축 및 제 3 축을 중심으로 회전 가능한 제 3 구동축을 갖는 구동 유닛을 구비하되, 상기 제 2 구동축은 상기 제 1 구동축과 동축이고 상기 제 1 구동축 내에서 부분적으로 동축 관계로 되며 상기 제 1 구동축 내에서 축 방향으로 회전 가능하며, 상기 제 3 구동축은 상기 제 2 구동축과 동축이고 상기 제 2 구동축 내에서 부분적으로 동축 관계로 되며 상기 제 2 구동축 내에서 축 방향으로 회전 가능하다. 제 1 로봇 아암은 제 1 구동축에서 구동 유닛에 연결된 제 1 상부 아암, 제 1 회전 아암에 연결되고 제 1 회전 조인트에서 상기 제 1 상부 아암에 연결되는 제 1 포어 아암을 포함하되, 상기 제 1 회전 조인트는 제 1 밴드 장치를 사용하여 제 2 구동축에 의해 작동되며, 상기 제 1 로봇 아암은 상기 제 1 포어 아암에 연결된 제 1 엔드 이펙터도 포함하되, 상기 제 1 엔드 이펙터는 제 3 회전 조인트에서 상기 제 1 포어 아암에 연결되는데, 상기 제 3 회전 조인트는 제 3 밴드 장치를 사용하여 제 1 회전 조인트에 의해 작동된다. 제 2 로봇 아암은 제 3 구동축에서 구동 유닛에 연결된 제 2 상부 아암, 제 2 상부 아암에 결합되며 제 2 회전 조인트에서 상기 제 2 상부 아암에 연결되는 제 2 포어 아암을 포함하되, 상기 제 2 회전 조인트는 제 2 밴드 구조를 사용하여 제 2 구동축에 의해 작동 가능하고, 상기 제 2 로봇 아암은 상기 제 2 포어 아암에 연결된 제 2 엔드 이펙터를 포함하되, 상기 제 2 엔드 이펙터는 제 4 회전 조인트에서 상기 제 2 포어 아암에 결합되고, 상기 제 4 회전 조인트는 제 4 밴드 장치를 사용하여 상기 제 2 회전 조인트에 의해 작동된다. 제 1 밴드 장치, 제 2 밴드 장치, 제 3 밴드 장치 및 제 4 밴드 장치 중 적어도 하나는 가변적인 변속비를 갖는다.
본 발명에 의하면, 종속화된 엔드 이펙터 움직임을 가진 로봇이 제공된다.
도 1은 운송 장치의 평면도이다.
도 2는 운송 장치의 평면도이다.
도 3은 운송 장치의 측면도이다.
도 4는 운송 장치의 평면도이다.
도 5는 운송 장치의 평면도이다.
도 6은 운송 장치의 평면도이다.
도 7은 운송 장치의 평면도이다.
도 8은 운송 장치의 평면도이다.
도 9는 이송 장치의 측면도이다.
도 10은 운송 장치의 평면도이다.
도 11은 운송 장치의 평면도이다.
도 12는 이송 장치의 측면도이다.
도 13a 내지 도 13c는 운송 장치의 평면도이다.
도 14a는 운송 장치의 평면도이다.
도 14b는 운송 장치의 측면도이다.
도 15a 내지 도 15c는 운송 장치의 평면도이다.
도 16은 운송 장치의 평면도이다.
도 17은 운송 장치의 측면도이다.
도 18a는 운송 장치의 평면도이다.
도 18b는 운송 장치의 측면도이다.
도 19a 내지 도 19c는 운송 장치의 평면도이다.
도 20a 내지 도 20c는 운송 장치의 평면도이다.
도 21a 내지 도 21c는 운송 장치의 평면도이다.
도 22는 이송 장치의 측면도이다.
도 23a는 이송 장치의 측면도이다.
도 23b는 운송 장치의 측면도이다.
도 24는 이송 장치의 측면도이다.
도 25a는 운송 장치의 평면도이다.
도 25b는 운송 장치의 측면도이다.
도 26a 내지 도 26c는 운송 장치의 평면도이다.
도 27a 내지 도 27c는 운송 장치의 평면도이다.
도 28a 내지 도 28c는 운송 장치의 평면도이다.
도 29a는 운송 장치의 평면도이다.
도 29b는 운송 장치의 측면도이다.
도 30a는 운송 장치의 측면도이다.
도 30b는 운송 장치의 측면도이다.
도 31은 운송 장치의 평면도이다.
도 32는 운송 장치의 측면도이다.
도 33a는 이송 장치의 평면도이다.
도 33b는 이송 장치의 측면도이다.
도 34a 내지 도 34c는 운송 장치의 평면도이다.
도 35a 내지 도 35c는 운송 장치의 평면도이다.
도 36은 운송 장치의 측면도이다.
도 37a는 이송 장치의 평면도이다.
도 37b는 운송 장치의 측면도이다.
도 38a는 운송 장치의 평면도이다.
도 38b는 운송 장치의 측면도이다.
도 39는 이송 장치의 평면도이다.
도 40은 운송 장치의 측면도이다.
도 41a는 운송 장치의 평면도이다.
도 41b는 운송 장치의 측면도이다.
도 42a는 부분적인 풀리 프로파일의 다이어그램이다.
도 42b 내지 도 42e는 운송 장치의 평면도이다.
도 43은 부분 풀리 프로파일의 다이어그램이다.
도 44는 운송 장치의 평면도이다.
도 45는 샤프트 위치 궤적의 다이어그램이다.
도 46은 이송 장치의 평면도이다.
도 47은 샤프트 위치 궤적의 다이어그램이다.
도 48은 운송 장치의 측면도이다.
도 49a는 운송 장치의 평면도이다.
도 49b는 운송 장치의 측면도이다.
도 50은 운송 장치의 평면도이다.
도 51은 샤프트 위치 궤적의 다이어그램이다.
도 52는 운송 장치의 평면도이다.
도 53은 샤프트 위치 궤적의 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예의 특징을 포함하는 운송 장치(10)의 평면도가 도시되어있다. 비록 이러한 특징들이 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 기술될 것이지만, 이러한 특징은 많은 다른 형태의 실시예로 구체화될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 임의의 적합한 크기, 형상 또는 유형의 요소 또는 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼 처리 툴의 측 방향으로 오프셋 된 스테이션들에 대해 및 / 또는 사이드 바이 사이드(side-by-side)로 물질을 이송하는데 사용될 수 있는 멀티 - 링크, 예를 들어 3- 링크 로봇 암기구들이 개시된다.
반도체 웨이퍼 처리 툴(10)의 예시적인 레이아웃이 도 1의 평면도에 개략적으로 도시된다. 이 특정 실시예에서, 상기 툴은 4 쌍의 나란한 스테이션, 예를 들어 한 쌍의 로드 록(12: load lock) 및 3 쌍의 프로세스 모듈 스테이션(14, 16, 18)을 구체화한다. 이러한 3-링크 아암 기구는 소정의 경로, 예를 들어 실질적으로 직선 경로를 따라, 소정의 엔드 이펙터의 방향, 예를 들어 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같은 직선 경로(20)를 따라 공구의 각 스테이션에 대한 접근을 제공하도록 설계되며. 상기 직선 경로는 주어진 면(22: facet)상에서 서로 평행하거나 또는 교호적으로 서로에 대해 경사질 수 있다. 다른 특징들에서, 임의의 적합한 경로 또는 경로들의 조합이 정의될 수 있고, 선형, 원형 또는 임의의 적합한 형상 또는 형상들의 조합이 정의될 수 있다.
도 2 및 도 3은 로봇 구동 유닛(32) 상에 설치된 본 발명에 따른 로봇 아암 기구(30)의 상면도 및 측면도를 각각 도시한다. 상기 아암 기구는 제 1 링크(34; 상부 아암), 제 2 링크(36; 포어 아암) 및 기판(40)을 지지하는 제 3 링크(엔38; 엔드 이펙터)를 포함한다. 상기 로봇(28)의 예시적인 내부 구조는 도 3에 개략적으로 도시된다. 상기 아암 기구는 2 개의 동축 샤프트, 예를 들어 외부 T1 샤프트(42) 및 내부 T2 샤프트(44)를 가지는 2-축 스핀들에 의해 구동된다. 내부 T2 샤프트(44)는 외부 T1 샤프트(42) 내에서 부분적으로 회전할 수 있어서, 내부 T2 샤프트(44)는 외부 T1 샤프트(42) 내에서 회전 가능하다. 상기 로봇 아암 기구의 제 1 링크(34)는 상기 T1 샤프트(42)에 직접 부착된다. 상기 제 2 링크(36)는 회전 조인트(46)를 통해 제 1 링크(34)에 결합될 수 있고, 밴드 장치(48)를 사용하여 상기 T2 샤프트(44)에 의해 작동될 수 있다. 밴드 장치(48)는 상기 T2 샤프트(44)에 부착되는 숄더 풀리(50), 상기 제 2 링크(36)에 부착되는 엘보우 풀리(52), 및 2개의 풀리(50, 52) 사이에서 운동을 전달하는 밴드, 벨트 또는 케이블(54)를 포함한다. 상기 벨트 장치는 일정한 변속비, 예를 들어 1:1 비율이 편리하게 사용될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다. 상기 제 3 링크(38)는 회전 조인트(56)를 통해 상기 제 2 링크(36)에 연결될 수 있고, 그 방향은 다른 밴드 장치(58)에 의해 제한될 수 있다. 상기 밴드 장치(58)는 제 1 링크(34)에 연결될 수 있는 엘보우 풀리 , 제 3 링크(38)에 연결될 수 있는 손목 풀리(62), 및 두 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블(64)을 포함한다. 상기 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 예로서, 도 3을 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일로 될 수 있다. 비-원형 풀리를 이용하는 예시적인 아암이 2013 년 3 월 15 일 출원되고 "불균등한 링크 길이를 갖는 아암을 갖는 로봇"이라는 미국 특허 출원 제 13 / 833,732 호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 본원에 편입된다.
가변 변속비는 제 3 링크(엔드 이펙터)(38)의 방향이 제 1 및 제 2 링크(34, 36)의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 변경되도록 선택될 수 있다. 제 1 링크(34) 및 제 2 링크(36)의 상대 위치는 두 링크가 이루는 각으로 편리하게 표시될 수 있다. 선택적으로, 제 3 링크(엔드 이펙터)(38)의 방향은 링크, 샤프트 또는 기타의 상대적인 위치의 함수로서 소정의 방식으로 변할 수 있다. 예를 들어, 변속비는 제 3 링크상의 기준점(전형적으로 엔드 이펙터의 공칭 중심(70)이 제 1 링크와 제 2 링크가 이에 따라 작동하게 될 때의 제 3 링크(엔드 이펙터)의 소정의 방향(반드시 일정한 것은 아님)으로 소정의 경로를 따르도록 선택된다. 예를 들어, 상기 경로(72, 74, 76, 78)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 도 1의 스테이션(82) 중 하나에 대한 접근 경로로서 선택될 수 있다. 또한, 변속비는 상기 아암이 도 5에 도시된 바와 같이 인접한 스테이션(82)에 접근할 수 있도록 선택될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 T1 및 T2 샤프트(42, 44)는 다른 쌍의 스테이션(86, 88 또는 90, 92)에 접근하기 위해 아암 기구를 재배향하도록 회전할 수 있다.
상기 로봇 아암 기구의 초기 위치는 인접한 나란한 스테이션들 사이의 대칭축 상에 도시되어 있지만, 임의의 다른 초기 위치가 사용될 수도 있음을 주목해야 한다. 또한, 로봇의 구동 유닛은 예를 들어 엔드 이펙터에 의해 운반되는 웨이퍼를 집고 배치하기 위해 아암 기구의 수직 리프트 작용을 용이하게 하기 위한 추가 축을 특징으로 할 수 있다. 선택적인 특징들에서, 다른 추가적인 회전축 및 / 또는 아암들이 제공될 수 있다. 다른 특징에서, T2 샤프트에 부착된 숄더 풀리와 제 2 링크에 부착된 엘보우 풀리 사이의 밴드 장치는, 예를 들어 적어도 하나의 비-원형 풀리를 사용하는 가변적인 변속비를 특징으로 한다. 가변 변속비는 T2 샤프트가 고정된 상태에서 아암의 연장이 T1 샤프트에 의해 구동되도록 선택된다. 선택적인 특징들에서, 가변 변속비는 로봇 아암이 미리 정해진 경로를 따라 연장될 때 T2 샤프트가 미리 결정된 운동 프로파일을 따르도록 선택될 수 있다. 다른 특징들에서, 제 3 링크의 벙향을 제한하는 메커니즘은 부가적인 밴드 장치를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도식적으로 도시된 바와 같이, 상기 제 3 링크(102)의 방향은 엘보우 조인트(108)(상기 제 1 링크와 제 2 링크 사이의 회전 조인트)와 동축일 수 있으며 2개의 제 1 링크(110) 및 제 2 링크(112)에 대하여 자유 회전할 수 있는 엘보우 풀리(106), 상기 제 3 링크(102)에 연결되는 손목 풀리(114), 및 2개의 풀리들 사이에서 운동을 전달하는 밴드, 벨트 또는 케이블(116)을 포함하는 밴드 장치(104)에 의해 구속될 수 있다. 엘보우 풀리의 운동은 T2 샤프트(122)에 부착된 풀리(120), 엘보우 풀리(106)에 부착된 풀리(124), 및 2개의 풀리들 간에 운동을 전달하는 밴드, 벨트 또는 케이블(126)을 포함할 수 있는 다른 밴드 장치(118)에 의해 구속된다. 2 개의 밴드 장치는 일정하거나 가변적인 변비를 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 밴드 장치가 일정한 1:1 비율을 나타내고, 상기 제 2 링크가 T2 샤프트에 연결되면 엔드 이펙터는 T1 샤프트를 작동시켜 아암이 신장되거나 수축될 때 일정한 방향을 유지한다.
개시된 특징들은 반도체 웨이퍼 처리 툴의 사이드 바이 사이드(측방향으로 오프셋된) 스테이션들을 향해 또는 이들 스테이션들로부터 재료를 이송하기 위해 사용될 수 있는 이중-엔드 이펙터 아암 기구에도 유사하게 적용될 수 있다. 여기서, 반도체 웨이퍼 처리 툴(210)의 예시적인 레이아웃은 도 10의 평면도에 개략적으로 도시된다. 이 특정 실시예에서, 상기 툴은 4 쌍의 나란한 스테이션, 예를 들어 1 쌍의 로드 로크(220)와 3 쌍의 처리 모듈 스테이션(230), 및 이송 챔버 또는 모듈(232)을 포함한다.
본 실시예의 아암 기구는 미리 정의된 경로(236), 예를 들어 실질적으로 직선 경로를 따라, 엔드-이펙터의 소정의 방향으로, 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같은 직선 경로를 따라 툴에서 각각의 스테이션에 대한 접근을 제공하도록 설계된다.
도 11 및 도 12는 로봇 구동 유닛(252) 상에 설치된 로봇 아암 기구(250)의 평면도 및 측면도를 도시한다. 상기 아암 기구는 제 1 링크(상부 아암)(254), 제 2 링크(포어 아암)(256), 피봇팅 엔드 이펙터 A (256) 및 피봇팅 엔드 이펙터B (260)를 포함한다. 로봇의 내부 배열의 일례가 도 11 및 도 12에 개략적으로 도시된다. 상기 아암 기구는 3 개의 동축 샤프트, 예를 들어, 외부 T1 샤프트(262), T2 샤프트(264) 및 내부 T3 샤프트(266)을 포함한다. T2 샤프트(264)은 부분적으로 외부 T1 샤프트(262) 내에 있을 수 있고, 내부 T3 샤프트(266)은 부분적으로 T2 샤프트(264) 내에 있을 수 있다. 상기 로봇 아암 기구의 제 1 링크는 T1 샤프트에 직접 부착될 수 있다. 상기 제 2 링크는 회전식 조인트(엘보우 조인트)를 통해 상기 제 1 링에 결합될 수 있으며, 밴드 장치를 사용하여 T3 샤프트에 의해 작동될 수 있다. 밴드 장치는 T3 샤프트에 부착될 수 있는 제 1 숄더 풀리, 제 2 링크에 부착될 수 있는 제 1 엘보우 풀리 및 2 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 벨트 장치는 일정하거나 가변적인 변속비, 예를 들어, 1 : 1 비율이 편리하게 사용될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다. 엔드 이펙터 A는 회전 조인트(손목 조인트)를 통해 제 2 링크에 연결될 수 있으며, 그 방향은 2-스테이지 밴드 장치에 의해 제어될 수 있다. 밴드 장치의 제 1 스테이지는 T2 샤프트에 연결될 수 있는 제 2 숄더 풀리, 제 2 엘보우 풀리 및 2개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 벨트 배열의 제 1 스테이지는 일정하거나 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있는데, 예를 들어, 1 : 1 비율이 편리하게 사용될 수 있다. 밴드 장치의 제 2 스테이지는 제 2 엘보우 풀리에 연결될 수 있는 제 3 엘보우 풀리, 엔드 이펙터 A에 연결될 수 있는 제 1 손목 풀리 및 두 풀리 사이에 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 밴드 장치의 제 2 스테이지는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 일례로서, 도 11 및 도 12를 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일을 나타낼 수 있다. 비-원형 풀리를 이용하는 아암의 예가 2013 년 3 월 15 일 출원되고 "불균등 한 링크 길이를 갖는 로봇을 갖는 로봇"이라는 미국 특허 출원 제 13 / 833,732 호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 본원에 편입된다. 비-원형 풀리를 사용하는 아암의 다른 예가 2015 년 3 월 12 일자로 출원 된 "2 자유도 3 링크 로봇 암기구"라는 제목의 미국 가출원 제 62 / 132,066 호에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 전체적으로 본원에 편입된다.
가변 변속비는 엔드 이펙터 A의 방향이 제 1 및 제 2 링크 및 T2 샤프트의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 변화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터 A가 도 13a 내지 13c에 도시된 바와 같이 스테이션에 대한 경로를 따라갈 수 있거나 또는 T2 샤프트의 운동에 따라, 도 13a 내지 도 13c에 도시된 바와 같이 측면으로 접힐 수 있도록 선택될 수 있다. 유사하게, 엔드 이펙터 B는 회전 조인트(손목 조인트)를 통해 제 2 링크에 연결될 수 있으며, 그 방향은 2 -스테이지 밴드 장치에 의해 제어될 수 있다. 밴드 장치의 제 1 스테이지는 엔드 이펙터 A와 공유된다. 밴드 장치의 제 2 스테이지는 제 2 엘보우 풀리에 연결될 수 있는 제 4 엘보우 풀리, 제 2 엘보우 풀리에 연결될 수 있는 제 2 엘보우 풀리, 2 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다. 밴드 장치의 제 2 스테이지는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 크로스 오버 구성으로 구성될 수 있으며, 가변 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 일례로서, 도 11 및 도 12를 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일을 나타낼 수 있다. 가변 변속비는 엔드 이펙터(B)의 방향이 제 1 및 제 2 링크 및 T2 샤프트의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 변하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터(A)가 도 13a 내지 13c에 도시된 바와 같이 스테이션에 대한 경로를 따라갈 수 있거나, 또는, T2 샤프트의 운동에 따라, 도 13a 내지 도 13c에 도시된 바와 같이 측면으로 접힐 수 있도록 선택될 수 있다.
도 13a 내지 13c의 좌측 스테이션에 접근할 때 아암 기구는 우측(엘보우 조인트는 어깨 조인트로부터 손목 조인트까지의 선의 우측에 있다)으로 도시되어 있지만, 선택적인 실시예에서, 도 13a-13c의 우측 스테이션에 접근할 때, 우측으로 도시될 수 있지만, 상기 기구는 우측 스테이션에 접근할 때 우측으로 되고 좌측 스테이션에 접근할 때 좌측으로 되도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제 2 링크는 T2 샤프트에 의해 작동될 수 있고, 엔드 이펙터의 방향은 T3 샤프트에 의해 제어될 수 있다. 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 로봇의 내부 배열의 예를 포함하여 로봇 구동 유닛(302) 상에 설치된 로봇 아암 기구(300)의 평면도 및 측면도가 도시된다. 상기 아암 기구는 좌측 링크(304) 및 우측 링크(306)으로 구성된다. 상기 아암 기구는 3 개의 동축 샤프트, 예를 들어, 외측 T1 샤프트(308), T2 샤프트(310) 및 내측 T3 샤프트(도시되지 않음)를 갖는 3 축 스핀들에 의해 구동될 수 있다. T2 샤프트(310)은 부분적으로 외측 T1 샤프트(308) 내에 있을 수 있고, 내측 T3 샤프트(312)은 부분적으로 T2 샤프트(310) 내에 있을 수 있다. 왼쪽 링크는 좌측 제 1 링크(상부 아암)(314), 좌측 제 2 링크(포어 아암)(316) 및 좌측 제 3 링크(엔드 이펙터)(318)를 포함한다. 좌측의 제 1 링크는 T1 샤프트에 직접 부착될 수 있다. 좌측 제 2 링크는 회전 조인트를 통해 좌측 제 1 링에 결합되고, 밴드 장치를 사용하여 T2 샤프트에 의해 구속될 수 있다. 밴드 장치는 T2 샤프트에 부착될 수 있는 제 1 숄더 풀리, 제 2 링크에 부착될 수 있는 좌측 엘보우 풀리, 및 2 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 벨트 배열은 가변 변속비를 특징으로할 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다. 좌측 제 3 링크는 회전식 조인트를 통해 좌측 제 2 링크에 연결될 수 있고, 그 방향은 다른 밴드 장치에 의해 제한될 수 있다. 밴드 장치는 좌측 제 1 링크에 연결될 수 있는 좌측 엘보우 풀리, 좌측 제 3 링크에 연결될 수 있는 좌측 손목 풀리, 및 이들 2개 풀리 사이의 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 일례로서, 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 상기 손목 풀리는 비-원형 프로파일로 나타내어질 수 있다. 가변 변속비는 좌측 제 1 링크 및 제 2 링크의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 좌측 제 3 링크(엔드 이펙터)의 방향이 변경되도록 선택될 수 있다. 좌측 제 1 및 제 2 링크의 상대적인 위치는 2 개의 링크 사이에 포함된 각도로 편리하게 표현될 수 있다. 예를 들어, 2 개의 밴드 장치의 변속비는 좌측 제 3 링크상의 기준점(전형적으로 엔드 이펙터의 공칭 중심)이 소정의 경로를 따라 좌측 제 1 링크가 T1 샤프트에 의해 작동되고 T2 샤프트가 정지 상태로 유지될 때 좌측 제 3 링크(엔드 이펙터)의 소정의(일정한) 방향을 따르도록 선택될 수 있다.
예로서, 경로는 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 도 10의 스테이션 중 하나에 대한 접근 경로로서 선택될 수 있다. 도 14a 및 도 14b를 다시 참조하면, 우측 링키지(linkage)는 좌측 링키지의 거울 대칭형 이미지로서 실질적으로 구성될 수 있다. 이것은 우측 제 1 링크(상부 아암)(320), 우측 제 2 링크(포어 아암)(322) 및 우측 제 3 링크(엔드 이펙터)(324)로 이루어질 수 있다. 우측 제 1 링크는 T3 샤프트에 직접 부착될 수 있다. 우측 제 2 링크는 회전 조인트를 통해 우측 제 1 링에 결합될 수 있고, 밴드 장치를 사용하여 T2 샤프트에 의해 구속될 수 있다. 밴드 장치는 T2 샤프트에 부착될 수 있는 제 2 숄더 풀리, 제 2 링크에 부착될 수 있는 좌측 엘보우 풀리, 및 2 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 좌측 링키지와 유사하게, 벨트 배열은 가변 변속비를 특징으로 할 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다.
우측 링키지의 나머지 구성 요소는 실질적으로 우측 링키지의 거울 대칭 이미지로서 구성될 수 있으며, 우측 링키지의 동작은 미러링된 방식으로 좌측 링키지와 실질적으로 동일하다. 또한, T1, T2 및 T3 샤프트는 동기화되어 회전하여 아암 기구를 재배치하여 다른 스테이션 쌍에 접근할 수 있다.
도 15a 내지 도 15c에서 좌측 링키지는 왼손잡이로 도시되어 있고(엘보우 조인트는 어깨 조인트로부터 손목 조인트까지의 선의 좌측에 있다), 우측 링키지는 오른손잡이로 도시되어 있지만, 선택적인 실시예에서, 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 상기 기구는 좌측 링키지가 오른손잡이이고 우측 링키지가 왼손잡이가 되도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 우측 상부 아암은 T2 샤프트에 의해 작동될 수 있고, 우측 및 좌측 포어 아암의 방향은 T3 샤프트에 의해 제한될 수 있다.
개시된 특징들은 유사하게 반도체 웨이퍼 처리 툴의 사이드 바이 사이드(측 방향으로 오프셋 된) 스테이션들을 항해 / 그로부터 물질을 전달하는데 사용될 수 있는 이중 엔드 이펙터 로봇 암기구에 적용될 수 있다. 반도체 웨이퍼 처리 툴(410)의 예시적인 레이아웃은 도 16의 평면도에 개략적으로 도시되어 있다. 이 특정 실시예에서, 툴은 4 쌍의 나란한 스테이션, 예를 들어 한 쌍의 로드 록(412) 및 운송 챔버(416)에 연결된 3 쌍의 처리 모듈 스테이션(414)를 특징으로 한다.
개시된 아암 기구는 미리 정의된 경로, 예를 들어 실질적으로 직선 경로(418, 420)를 따라 예를 들어 도 16에 도시된 바와 같인 직선 경로(418, 420)을 따라 엔드 이펙터의 소정의 방향으로 툴의 각 스테이션에 대한 접근을 제공할 수 있다.
도 17은 로봇 구동 유닛(454) 상에 설치된 일실시예에 따른 예시적인 로봇 아암 기구(452)를 갖는 로봇(50)의 측면 다이아그램을 도시한다. 아암 기구는 제 1 링크(상부 아암)(456), 제 2 링크(포어 아암) A (458), 엔드 이펙터 A(460), 제 2 링크(포어 아암) B (462) 및 엔드 이펙터 B(464)를 도시한다. 도 17의 로봇(450)의 예시적인 내부 배치가 도 18a 및 도 18b에 개략적으로 도시된다. 아암 기구는 3 개의 동축 샤프트, 예컨대 외부 T1 샤프트(470), T2 샤프트(472) 및 내부 T3 샤프트(474)를 갖는 3 축 스핀들(454)에 의해 구동될 수 있다. 로봇 아암 기구의 제 1 링크(456)는 T1 샤프트(70)에 직접 연결된다. 제 2 링크 A(458)는 회전 조인트(엘보우 조인트)(480)를 통해 제 1 링크(456)에 결합될 수 있으며, 밴드 장치(482)을 사용하여 T3 샤프트(474)에 의해 작동될 수 있다. 상기 밴드 장치(482)는 T3 샤프트(474)에 부착되는 숄더 풀리 A(484), 제 2 링크 A(458)에 부착될 수 있는 엘보우 풀리 A(486), 및 두 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블(488)을 포함한다. 벨트 배열은 일정하거나 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있는데, 예를 들어, 1 : 1 비율이 편리하게 사용될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다. 유사하게, 제 2 링크 B(462)는 회전 조인트(엘보우 조인트)(480)를 통해 제 1 링크(456)에 결합될 수 있으며, 밴드 장치(483)을 사용하여 T2 샤프트(472)에 의해 작동될 수 있다. 엔드 이펙터 A(460)는 회전 조인트(손목 조인트)(490)를 통해 제 2 링크 A(458)에 결합될 수 있고, 그의 배향은 또 다른 밴드 장치(492)에 의해 구속될 수 있다. 상기 밴드 장치는 제 1 링크에 연결될 수 있는 엘보우 풀리(494), 및 엔드 이펙터 A(460)에 연결될 수 있는 손목 풀리(496) 및 두 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드(498), 벨트 또는 케이블에 연결될 수 있다. 상기 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 일례로서,도 18A 및 18B를 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일을 나타낼 수 있다. 비-원형 풀리를 이용하는 아암의 예가 2013 년 3 월 15 일 출원되고 "불균등 한 링크 길이를 갖는 로봇을 갖는 로봇"이라는 미국 특허 출원 제 13 / 833,732 호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 편입된다. 비-원형 풀리를 사용하는 아암의 다른 예가 2015 년 3 월 12 일자로 출원된 "2 자유도 3 링크 로봇 아암 기구"라는 제목의 미국 가출원 제 62 / 132,066 호에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 전체적으로 편입된다. 비-원형 풀리를 사용하는 아암의 다른 예는 2015 년 3 월 19 일자로 출원 된 "2 개의 엔드 이펙터를 갖는 아암 기구"라는 명칭의 미국 가출원 제 62 / 135,490 호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 편입된다.
가변 변속비는 엔드 이펙터 A(460)의 방향이 제 1 링크(456) 및 제 2 링크A(458)의 상대 위치의 함수로서 미리 정의된 방식으로 변경되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터 A(460)는 도 19a-19c에 도시된 바와 같이 스테이션에 대한 경로를 따를 수 있다
유사하게, 엔드 이펙터 B(464)는 회전 조인트(손목 조인트)(502)를 통해 제 2 링크 B(462)에 결합될 수 있고, 그 방향은 또 다른 밴드 장치(504)에 의해 제한될 수 있다. 상기 밴드 장치(504)는 상기 제 1 링크(56)에 연결될 수 있는 엘보우 풀리(506), 엔드 이펙터 B(464)에 연결될 수 있는 손목 풀리(508), 및 두 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블(510)을 포함할 수 있다. 상기 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 일례로서,도 18a 및 18b를 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일을 나타낼 수 있다. 가변 변속비는 엔드 이펙터 B의 방향이 제 1 링크 및 제 2 링크 B의 상대 위치의 함수로서 미리 정의된 방식으로 변경되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터 B 도 19a 내지 도 19c에 도시된 바와 같이, 스테이션에 대한 경로를 따를 수 있다.
도 19 내지 도 21에는 상기 로봇의 일반적인 동작이 도시되고 있다. 도 19a 내지 도 19c는 엔드 이펙터 A로 좌측 스테이션(530)에 접근하고 엔드 이펙터(B)를 사용하여 동일한 스테이션에 접근하는 수축된 위치에 있는 로봇(450)을 도시한다. 이를 통해 로봇은 왼쪽 스테이션에서 신속한 재료 교환을 수행할 수 있다. 유사하게, 도 20a 내지 도 20c는 로봇이 스테이션 B에서 신속한 물질 교환을 수행할 수 있게 하는 엔드 이펙터 A 및 B로 스테이션 B(532)에 접근할 때의 로봇(450)을 도시한다. 마지막으로, 도 21a 내지 도 21c는 로봇이 좌측 스테이션(530) 및 우측 스테이션(532)을 동시에 접근하기 위한 엔드 이펙터(460, 464)들을 연장시키는 것을 도시한다. 또한, T1, T2 및 T3 샤프트는 동기화되어 회전하여 아암기구를 재배치하여 다른 스테이션 쌍 또는 임의의 적절한 위치 조합에 접근할 수 있다.
도 17 내지 도 21의 예들은 엘보우 조인트가 동축 방식으로 구성된 로봇 아암 기구를 도시한다. 그러나, 엘보우 조인트는 도 22의 예시적인 로봇(450')에 도식적으로 도시된 바와 같이 두 개의 개별 조인트(542, 544)로서 오프셋 방식으로 구성될 수 있다. 추가의 선택적인 실시예가 도 23a 및 도 23b에 개략적으로 도시된다. 도 23a는 공통 엘보우(610)를 갖는 구동부(602), 공통 상부 아암(604), 포어 아암 A(606) 및 포어 아암 B(608)를 갖는 로봇(600)을 도시한다. 여기서, 로봇(600)은 각각의 손목 조인트에서 포어 아암(604, 606)의 상부 표면에 장착된 엔드 이펙터를 가지는 것으로 도시되는데, 각각의 손목 조인트에서 로봇(600)은 로봇(450)과 유사한 방식으로 구동되어 사용된다. 도 23b는 공통 엘보우(610)를 갖는 구동부(602), 공통 상부 아암(604), 포어 아암 A(606') 및 포어 아암 B(608)를 갖는 로봇(600')을 도시한다. 여기서, 로봇 로봇(600')이 로봇(450)과 유사한 방식으로 구동 및 이용될 수 있는 각각의 손목 조인트에서 포어 아암(604, 606')의 상면 및 하면에 엔드 이펙터가 각각 장착되는 것으로 도시된다.
도 24는 로봇 구동 유닛(704) 상에 설치된 일실시예에 따른 로봇 아암 기구(702)의 측면 다이아그램이다. 상기 아암 기구는 링키지 A(706) 및 링키지 B(708)로 구성될 수 있다. 도 24의 로봇(700)의 내부 구조는 도 25a 및 도 25b에 도식적으로 도시된다. 상기 아암 기구는 3 개의 동축 샤프트, 예컨대 외부 T1 샤프트(710), T2 샤프트(712) 및 내부 T3 샤프트(714)를 갖는 3 축 스핀들(704)에 의해 구동될 수 있다. T2 샤프트(712)는 부분적으로 외부 T1 샤프트(71) 내에 부분적으로 배치되며, 내부 T3 샤프트(714)는 T2 샤프트(712) 내에 부분적으로 배치된다. 링크 A(706)는 제 1 링크(상부 아암)(716), 제 2 링크(포어 어암)(718) 및 제 3 링크(엔드 이펙터 A)(720)로 구성될 수 있다. 제 1 링크는 T3 샤프트(714)에 직접 부착될 수 있다. 제 2 링크는 회전 조인트(722)를 통해 제 1 링크에 결합될 수 있고, 밴드 장치(724)을 사용하여 T2샤프트(712)에 의해 구속될 수 있다. 상기 밴드 장치(724)는 T2 샤프트((712)에 부착될 수 있는 숄더 풀리와, 제 2 링크(718)에 부착될 수 있는 엘보우 풀리와, 2 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 벨트 배열은 가변 변속비를 특징으로 할 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다. 링키지 A(720)의 제 3 링크는 회전 조인트(726)를 통해 제 2 링크(716)에 연결될 수 있고, 그 방향은 또 다른 밴드 장치(728)에 의해 제한될 수 있다. 상기 밴드 장치(728)는 상기 제 1 링크(716)에 연결될 수 있는 좌측 엘보우 풀리, 상기 제 3 링크(720)에 연결될 수 있는 손목 풀리, 이러한 2개의 풀리 간에 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다. 상기 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 예로서, 도 25a 및 도 25b를 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일을 나타낼 수 있다. 가변 변속비는 링키지 A의 제 3 링크(엔드 이펙터 A)의 방향이 제 1 및 제 2 링크의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 변하도록 선택될 수 있다. 제 1 및 제 2 링크의 상대 위치는 2 개의 링크 사이에 포함된 각도로써 편리하게 표현될 수 있다. 예를 들어, 링키지 A(706)의 2 개의 밴드 장치의 변속비는 상기 제 1 링크가 T3 샤프트에 의해 작동되고 T2 샤프트가 정지 상태로 유지될 때 제 3 링크상의 기준점(전형적으로 엔드 이펙터(A)의 공칭 중심)이 좌측 제 3 링크(엔드 이펙터 A)의 소정의 (예를 들어, 일정한) 방향으로 소정의 경로를 따르도록 할 수 있다.
일례로서, 도 26a 내지 도 26c에 도시된 바와 같이, 경로는 도 16의 스테이션(132) 중 하나에 대한 접근 경로로서 선택될 수 있다. 다시, 도 25a 및 도 25b를 참조하면, 링키지 B(708)는 제 1 링크(상부 아암)(732), 제 2 링크(734)(포어 아암) 및 우측 제 3 링크(엔드 이펙터 B)(736)로 구성된다. 상기 제 1 링크(732)는 T1 샤프트(710)에 직접 부착된다. 제 2 링크(734)는 회전 조인트(738)를 통해 제 1 링크(732)에 결합될 수 있고, 밴드 장치(740)을 사용하여 T2 샤프트(312)에 의해 구속될 수 있다. 상기 밴드 장치는 T2 샤프트(712)에 부착되는 다른 숄더 풀리, 제 2 링크(734)에 부착될 수 있는 엘보우 풀리와, 2 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다. 좌측 링키지 A와 유사하게, 상기 벨트 배열은 가변 변속비를 특징으로 할 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다. 링키지 B의 나머지 구성 요소는 링키지 A와 유사한 방식으로 구성될 수 있고 링키지 B의 작동은 T1 샤프트(310)가 T3 샤프트(314)의 역할을 한다는 점을 제외하면 링키지 A와 실질적으로 동일하다.
로봇의 전형적인 동작은 도 26 내지 도 28에 도시된다. 도 26a 내지 도 26c는 수축된 위치에 있으며, 엔드 이펙터(A 720)로 좌측 스테이션(532)로 접근하고 엔드 이펙터 B를 사용하여 동일한 스테이션에 접근하게 하는 로봇(700)을 도시한다. 이를 통하여 상기 로봇은 좌측 스테이션(532)에서 물질을 신속하게 교환할 수 있게 된다. 이와 유사하게, 도 27a 내지 도 27c는 엔드 이펙터 A(720) 및 엔드 이펙터 B(736)를 사용하여 B 그것이 스테이션(534)에 접근할 때의 로봇(700)을 도시한다. 또한, 도 28a 내지 도 28c는 로봇이 좌측 및 우측 스테이션을 동시에 접근하기 위해 양 말단 장치를 연장할 수 있음을 도시한다. 또한, T1, T2 및 T3 샤프트는 다른 스테이션 쌍 또는 임의의 적절한 위치에 접근하기 위해 아암 기구를 재배향하도록 동기화되어 회전할 수 있다.
도 29a 및 도 29b에서 알 수 있는 바와 같이, 선택적으로, 아암 기구는 4 개의 동축 샤프트, 예를 들어 외측 T1(752) 샤프트, T2 샤프트(754), T3 샤프트(756) 및 도 29에 예시된 바와 같은 내측 T4 샤프트(758)을 가진 4-축 스핀들(750)에 의해 구동된다. 이러한 특정 예에서, T1 샤프트(352)는 링키지 A의 제 1 링크(760)에 연결될 수 있고, T2 샤프트(754)은 링키지 A의 제 2 링크 장치(762)를 작동시킬 수 있으며, T3 샤프트(756)는 링키지 B 의 제 2 링크(764)를 작동시킬 수 있고, T4 샤프트(758)는 링키지 B의 제 1 링크(766)에 연결될 수 있다. 그러나, 4 개의 샤프트의 임의의 적절한 구성이 사용될 수 있다.
추가의 선택적인 실시예가 도 30a 및 30b에 개략적으로 도시된다. 도 30a는 도시된 바와 같이 안착된 구동부(782), 아암 A(784) 및 아암 B(786)을 갖는 로봇(780)을 도시한다. 로봇(780)은 특징부를 가지며, 로봇(700, 750) 또는 다른 것과 유사하게 구동될 수 있다. 여기서, 로봇(780)은 유사한 방식으로 로봇(780)이 구동 및 이용될 수 있는 각각의 손목 조인트에서 각각의 포어 아암의 상부면에 엔드 이펙터가 장착된 상태로 도시되어 있다. 도 30b는 구동부(782), 아암 A(784 ') 및 아암 B(786)가 도시된 바와 같이 안착된 로봇(780')을 도시한다. 로봇(780)은 특징부를 가지며 로봇(700, 750) 또는 다른 것과 유사하게 구동될 수 있다. 여기서, 로봇(780')은 로봇(780')이 유사한 방식으로 구동 및 이용될 수 있는 각각의 손목 조인트에서 각 포어 아암의 바닥 및 상부 표면에 장착된 엔드 이펙터로 도시되어있다.
개시된 특징들은 반도체 웨이퍼 처리 툴의 사이드 바이 사이드(측 방향으로 오프셋 된) 스테이션들을 향해 / 그로부터 물질을 이송하는데 사용될 수 있는 이중 엔드 이펙터 로봇 아암 기구에 유사하게 적용될 수 있다. 반도체 웨이퍼 처리 툴(810)의 예시적인 레이아웃은 도 31의 평면도에 개략적으로 도시된다. 이 특정 실시예에서, 툴은 4 쌍의 나란한 스테이션, 예를 들어 한 쌍의 로드 록(812) 및 이송 챔버(816)에 연결된 3 쌍의 처리 모듈 스테이션(814)를 특징으로 한다.
본 발명의 아암 기구는 소정의 경로, 예를 들어 실질적으로 직선 경로(818, 820)를 따라 예를 들어 도 31의 예에 도시된 바와 같은 직선 경로(818, 820)를 따라 엔드 이펙터의 소정의 방향으로 툴의 각 스테이션에 대한 접근을 제공한다.
도 32는 로봇 구동 유닛(854) 상에 설치된 일실시예에 따른 예시적인 로봇 아암 기구(852)를 갖는 로봇(850)의 측면 다이아그램이다. 상기 아암 기구는 제 1 링크(상부 아암)(856), 제 2 링크(포어 아암) A(858), 엔드 이펙터 A(860), 제 2 링크(포어 아암) B(868) 및 엔드 이펙터 B(864)로 구성된다. 도 32의 로봇(850)의 예시적인 내부 구조는 도 33a 및 도 33b에 개략적으로 도시된다. 상기 아암 기구는 3 개의 동축 샤프트, 예컨대 외부 T1 샤프트(870), T2 샤프트(872) 및 내부 T3 샤프트(874)를 갖는 3 축 스핀들(854)에 의해 구동될 수 있다. 로봇 아암 기구의 제 1 링크(856)는 T1 샤프트(8700에 직접 부착된다. 상기 제 2 링크 A(858)는 회전 조인트(엘보우 조인트)(880)를 통해 제 1 링크(856)에 결합될 수 있고, 밴드 장치(882)을 사용하여 T3 샤프트(874)에 의해 작동될 수 있다. 상기 밴드 장치(882)는 T3 샤프트(874)에 부착될 수 있는 숄더 풀리 A(884), 상기 제 2 링크 A(858)에 부착될 수 있는 엘보우 풀리 A(886) 및 두 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블(888)을 포함한다. 상기 밴드 장치는 일정하거나 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있는데, 예를 들어, 1 : 1 비율이 편리하게 사용될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 구성이 사용될 수 있다. 유사하게, 제 2 링크 B(862)는 회전 조인트(엘보우 조인트)(880)를 통해 제 1 링크(856)에 결합될 수 있으며, 밴드 장치(883)를 사용하여 T2 샤프트(872)에 의해 작동될 수 있다. 엔드 이펙터 A(860)는 지지 구조체(861) 및 회전 조인트(손목 조인트)(890)을 통하여 제 2 링크 A(858)에 연결될 수 있다. 도 32의 예에 도시된 바와 같이, 지지 구조체(861)는 제 2 링크 A(858) 아래의 회전 조인트(890)에 부착될 수 있고, 예를 들어 작동시에 제 2 링크 A(858) 및 제2 링크 B(862)로써 기계적 간섭을 피하도록 형상화될 수 있다. 지지 구조체(861)는 하나 또는 다수의 구성 요소에 의해 형성되거나, 엔드 이펙터 A(860) 또는 로터리 조인트(890)와 일체로 형성되거나 임의의 다른 적절한 방식으로 구현될 수 있다. 엔드 이펙터 A(860)의 배향은 밴드 장치(892)에 의해 제한될 수 있다. 상기 밴드 장치는 제 1 링크에 연결될 수 있는 엘보우 풀리(894)와, 엔드 이펙터 A(860)를 구비한 지지 구조체(861)에 연결될 수 있는 손목 풀리(896)(860), 및 2 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블(898)을 포함한다. 상기 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 예로서, 도 33a 및 33b를 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일을 나타낼 수 있다. 비-원형 풀리를 이용하는 암의 예가 2013 년 3 월 15 일 출원되고 "불균등 한 링크 길이를 갖는 로봇을 갖는 로봇"이라는 미국 특허 출원 제 13 / 833,732 호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 편입된다. 비-원형 풀리를 사용하는 아암의 다른 예가 2015 년 3 월 12 일자로 출원 된 "2 자유도 3 링크 로봇 아암 기구"라는 제목의 미국 가출원 제 62 / 132,066 호에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 전체적으로 편입된다. 비-원형 풀리를 사용하는 아암의 다른 예는 2015 년 3 월 19 일자로 출원 된 "2 개의 엔드 이펙터를 갖는 아암 기구"라는 명칭의 미국 가출원 제 62 / 135,490 호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 편입된다. 비-원형 풀리를 이용하는 암의 또 다른 예는 2015 년 3 월 24 일자로 출원 된 "2 개의 엔드 이펙터를 갖는 로봇 아암 기구"라는 명칭의 미국 가출원 제 62 / 137,458 호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 편입된다.
상기 가변 변속비는 엔드 이펙터 A(860)의 방향이 제 1 링크(856) 및 제 2 링크 A(858)의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 변화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터 A(860)가 도 34a 내지 도 34c에 도시된 바와 같이, 스테이션에 대한 경로를 따르도록 선택될 수 있다. 엔드 이펙터 B(864)는 회전식 조인트(손목 조인트)(902)를 통해 제 2 링크 B(862)에 결합될 수 있고, 그 방향은 또 다른 밴드 장치 체(904)에 의해 제한될 수 있다. 상기 밴드 장치(904)는 제 1 링크(856)에 연결되는 엘보우 풀리(906)와, 엔드 이펙터 B(864)에 연결될 수 있는 손목 풀리(908)와, 두 개의 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블(910)을 포함한다. 상기 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 일례로서, 도 33a 및 33b를 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일을 나타낼 수 있다.
가변 변속비는 엔드 이펙터(B)의 방향이 제 1 링크 및 제 2 링크 B의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 변경되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터 B가 도 34a 내지 도 34c에 도시된 바와 같이, 스테이션에 대한 경로를 따르도록 선택될 수 있다. 상기 로봇의 예시적인 작동은 도 34 및 도 35에 도시된다. 도 34a 내지 도 34c는 좌측 스테이션(530)의 전방으로 수축된 위치에 있고, 엔드 이펙터 A로써 좌측 스테이션(530)에 접근하고 엔드 이펙터 B를 사용하여 동일한 스테이션에 접근하는 로봇(850)을 도시한다. 이를 통하여 로봇은 왼쪽 스테이션에서 신속하게 재료 교환을 수행할 수 있게 된다. 도 34a 내지 도 34c를 계속 참조하면, 엔드 이펙터 A(860)는 T1 샤프트(870)의 회전이 T3 샤프트(74)의 회전에 맞추어지는 동안에 T3 샤프트(874)를 시계 방향으로 회전시킴으로써 원하는 경로, 예를 들어 실질적으로 직선 경로(820)를 따라 좌측 스테이션(530)으로 연장되어, 엔드 이펙터 A(860)는 원하는 직선 경로(820)를 따르게 된다. 동시에, 엔드 이펙터 B(864)는 T1 샤프트(870)에 동기화되어 T2 샤프트(862)를 회전시킴으로써 제 2 링크 B(862)의 상부에서 접혀진 채로 유지된다. 유사하게, 엔드 이펙터 A(860)는 T1 샤프트(870)가 T3 샤프트(874)의 회전에 맞추어지는 동안에 T3 샤프트(874)를 반 시계 방향으로 회전시킴으로써 원하는 경로, 예를 들어 동일한 실질적으로 직선 경로(820)를 따라 좌측 스테이션(530)으로부터 수축되어, 엔드 이펙터 A(860)는 원하는 직선 경로(820)을 따르게 된다. 다시 말하면, 엔드 이펙터 B(864)는 T1 샤프트(8)과 동기하여 T2 샤프트(862)을 회전시킴으로써 제 2 링크 B(862)의 상부에서 접혀진 채로 유지된다. 엔드 이펙터 B(864)는 T1 샤프트(870)의 회전은 T2 샤프트(872)의 회전에 맞추는 동안 T2 샤프트(872)을 시계 방향으로 회전시킴으로써 원하는 경로, 예를 들어 실질적으로 직선 경로(820)를 따라 좌측 스테이션(530)으로 연장되어, 엔드 이펙터 B(864)는 원하는 직선 경로(820)을 따르게 된다. 동시에, 엔드 이펙터A(60)는 T1 샤프트(870)에 동기시켜서 T3 샤프트(874)를 회전시킴으로써 제 2 링크 A(858)의 상부에 접혀진 채로 유지된다. 또한, 엔드 이펙터 B(864)는 T1 샤프트(870)이 회전이 T2 샤프트 (872)의 회전에 맞추어지는 동안에 T2 샤프트(872)를 반 시계 방향으로 회전시킴으로써 원하는 경로, 예를 들어 동일한 실질적으로 직선 경로(820)를 따라 좌측 스테이션(530)으로부터 수축되어, 엔드 이펙터 B(864)는 원하는 직선 경로(820)를 따르게 된다. 다시 말하면, 엔드 이펙터A(860)는 T1 샤프트(870)에 동기화시켜 T3 샤프트(874)를 회전시킴으로써 제 2 링크A(58)의 최상부에 접혀진 채로 유지될 수 있다. 또한, T1, T2 및 T3 샤프트는 예를 들어, 우측 스테이션(532)과 같은 다른 위치에 접근하기 위해 이암 기구를 재배향하도록 동기화될 수 있다.
도 35a 내지 도 35c는 로봇이 엔드 스테이션(532)에 엔드 이펙터 A 및 B로 접근하여 로봇이 우측 스테이션(532)에서 신속한 물질 교환을 수행할 수 있게하는 로봇(860)을 도시한다. 도 35a 내지 도 35c에서, 엔드 이펙터 A(860)는 T1 샤프트(870)이 T3 샤프트(874)의 회전에 맞추어지는 동안 T3 샤프트(74)를 반 시계 방향으로 회전시킴으로써 원하는 경로, 예를 들어 실질적으로 직선 경로(818)를 따라 우측 스테이션(532)으로 연장되어, 엔드 이펙터 A(860)는 원하는 직선 경로(818)를 따르게 된다. 동시에, 엔드 이펙터 B(864)는 T1 샤프트(870)와 동기하여 T2 샤프트(862)를 회전시킴으로써 제 2 링크 B(862)의 상부에 접혀진 채로 유지될 수 있다. 유사하게, 엔드 이펙터 A(860)는 T1 샤프트(870)의 회전이 T3 샤프트(874)의 회전과 맞추어지는 동안 T3 샤프트(874)을 시계 방향으로 회전시킴으로써 원하는 경로, 예를 들어 동일한 실질적으로 직선 경로(818)를 따라 우측 스테이션(532)으로부터 수축되어, 엔드 이펙터 A(860)는 원하는 직선 경로(818)를 따르게 된다. 다시 말하면, 엔드 이펙터 B(864)는 T1 샤프트(870)와 동기시켜서 T2 샤프트(862)를 회전시킴으로써 제 2 링크 B(862)의 상부에 접혀진 채로 유지될 수 있다. 엔드 이펙터 B(864)는 T1 샤프트(870)의 회전이 T2 샤프트(872)의 회전과 맞추어지는 동안 T2 샤프트(872)를 반 시계 방향으로 회전시킴으로써 원하는 경로, 예를 들어 실질적으로 직선 경로(818)를 따라 우측 스테이션(532)으로 연장되어, 엔드 이펙터 B(864)는 원하는 직선 경로(818)를 따르게 된다. 동시에, 엔드 이펙터A(860)는 T1 샤프트(870)와 동기하여 T3 샤프트(874)를 회전시킴으로써 제 2 링크 A(858)의 상부에서 접혀진 채로 유지될 수 있다. 또한, 엔드 이펙터 B(864)는 T1샤프트(870)의 회전을 T2 샤프트(872)의 회전에 맞추는 동안 T2 샤프트(872)을 시계 방향으로 회전시킴으로써 원하는 경로, 예를 들어 동일한 실질적으로 직선 경로(818)를 따라 우측 스테이션(532)으로부터 수축되어, 엔드 이펙터 B(864)는 원하는 직선 경로(818)를 따르게 된다. 다시 말하면, 엔드 이펙터 A(860)는 T1 샤프트(870)와 동기화하여 T3 샤프트(874)를 회전시킴으로써 제 2 링크 A(858)의 상부에 접혀 유지될 수 있다.
도 34 및 도 35의 작동 및 동작은 일예를 나타내며, 상기 아암 기구는 임의의 다른 바람직한 작동 및 적절한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 일부 또는 모든 샤프트(870, 872 및 874)의 회전은 한정되고 조정되어, 다른 엔드 이펙터, 예를 들어 엔드 이펙터 B(864)의 신장 및 후퇴 동안 수축된 엔드 이펙터, 예를 들어 엔드 이펙터 A(860)의 움직임량은 최소화된다. 또 다른 예로, 신장, 수축 및 회전과 같은 개별 동작은 부드러운 경로를 달성하고 운동시에 그 전체를 감소시키도록 블렌딩되거나 오버랩된다.
도 32 및 도 33의 예는 제 2 링크 A(858) 아래의 회전 조인트(890)에 부착된 지지 구조체(861)를 갖는 로봇 아암 기구를 도시한다. 그러나, 지지 구조체(861)는 도 36에 도시된 바와 같이 제 2 링크 A(858) 위의 회전 조인트(890)에 부착된다. 도 36의 예시적인 실시예의 내부 배열의 일례가 도 37a 및 37b에 도식적으로 도시되어있다. 선택적으로, 지지 구조체(861)는 임의의 적절한 방식으로 회전 조인트(90)에 부착될 수 있고 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다.
도 32 내지 도 37의 예들은 동일한 길이를 갖는 제 2 링크 A(858) 및 제 2 링크 B(862)를 갖는 로봇 아암 기구를 도시한다. 그러나, 제 2 링크 A(858) 및 제 2 링크 B(862)는 임의의 적합한 전체 및 조인트 대 조인트 길이를 가질 수 있다. 유사하게, 도 32 내지 도 37의 예에서 엔드 이펙터 A(860) 및 엔드 이펙터 B(864)가 동일한 길이로 도시되어 있지만, 엔드 이펙터는 임의의 적합한 길이를 가질 수 있다.
비록 도 32 내지 도 37의 예시적인 실시예가 밴드 장치(882 및 883)로 설명되었지만, 체인 및 기어를 포함하지만 이에 한정되지 않는 고정된 또는 가변적인 변속비를 갖는 임의의 다른 적절한 단일 또는 다중 스테이지 변속 장치가 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 체인 및 기어를 포함하지만 이에 한정되지 않는 적절한 가변 변속비를 갖는 임의의 다른 적절한 단일 또는 다중 스테이지 변속 장치가 밴드 장치(92 및 104) 대신에 사용될 수 있다. 또한 체인(예를 들어, 벨트, 또는 케이블을 대신하여 또는 이들과 함께)뿐만 아니라 기어가 본 명세서에 개시된 임의의 실시예에서 사용될 수 있다.
적절한 배열의 일례가 도 36 및 도 37에 도시되어 있는데, 여기서 로봇(850')은 도 32에 도시된 바와 같이 손목 조인트의 하부 표면에 대향하듯이 손목 조인트의 상부 표면 상에 장착되는 브릿지를 갖는 엔드 이펙터(860')로 도시된다. 적절한 배치의 또 다른 예가 도 38a 및 도 38b에 도시되며, 로봇(850'')은 오프셋 된 숄더 조인트(897, 899)를 구비하는 것으로 도시되어 있다.
반도체 웨이퍼 처리 툴(1010)의 예시적인 레이아웃이 도 39의 평면도에 개략적으로 도시된다. 이 예에서, 툴은 4 쌍의 나란한 스테이션(1012), 예를 들어 한 쌍의 로드 록(load locks)(1012) 및 이송 챔버(1014)에 연결된 3 쌍의 처리 모듈 스테이션(1012)을 특징으로 한다. 도 40은 로봇 구동 유닛(1056) 상에 설치된 예시적인 2 자유도 3- 링크 로봇 아암 기구(1054)를 구비한 로봇(1050)의 측면 다이아그램이다. 상기 아암 기구(1054)는 제 1 링크(상부 아암)(1058), 제 2 링크(포어 아암)(1060) 및 제 3 링크(엔드 이펙터)(1062)로 구성될 수 있다. 도 40의 로봇(1050)의 예시적인 내부 배치가 도 41a 및 도 41b에 도식적으로 도시된다. 상기 아암 기구는 2 개의 동축 샤프트, 예를 들어, 외측 T1 샤프트(1066) 및 내측 T2 샤프트(1068)를 갖는 2 축 스핀들(1064)에 의해 구동될 수 있다. 도 41a 및 41b에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(1062)의 방향은 밴드 장치(1068)에 의해 제한된다. 상기 밴드 장치(1068)는 제 1 링크(1058)에 연결될 수 있는 엘보우 풀리(1070), 엔드 이펙터(1062)에 연결될 수 있는 손목 풀리(1072) 및 두 풀리 사이에서 움직임을 전달하는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다. 상기 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 예로서, 도 41a 및 도 41b를 참조하면, 손목 풀리(1072)는 비-원형 프로파일을 가질 수 있고, 엘보우 풀리(1070)는 실질적으로 원형 프로파일을 가질 수 있다. 가변 변속비는 엔드 이펙터의 방향이 제 1 링크 및 제 2 링크의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 변화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 39에서와 같이 엔드 이펙터가 스테이션 경로를 따라갈 수 있도록 선택될 수 있다.
이러한 기능성을 제공하는 가변적인 변속비를 갖는 예시적인 장치가, 예를 들어, 도 42A 내지 도 45를 참조하여 설명될 것이다. 아암 기구의 적절한 기하학적 구조, 즉 조인트 대 조인트 링크 및 엔드 이펙터 길이는 스테이션의 위치, 엔드 이펙터의 필요한 도달 거리, 및 작업 공간에서의 제약 및 장애물(수축된 포즈에서 아암 기구의 허용 가능한 스윙 반경을 결정할 수 있음)로부터 편리하게 도출될 수 있다.
상기 제 3 링크(1062)의 예시적인 길이 결정 : 상기 제 3 링크의 길이(L3)는 손목 조인트(1080)의 회전축과 제 3 링크(1082)상의 기준점(일반적으로 엔드 이펙터의 공칭 중심) 사이의 거리로서 편리하게 정의된다. 엔드 이펙터가 스테이션으로 확장될 때 사실상 세 가지 제약 조건이 있다. 1) 제 3 링크의 기준점 위치(일반적으로 엔드 이펙터의 공칭 중심)가 스테이션 위치와 실질적으로 정렬되어야한다. 2) 엔드 이펙터는 원하는 방향을 가져야 한다. 예를 들어 스테이션에 대한 접근 경로를 따라 직선으로 가리킬 수 있다. 3) 손목 조인트는 경로의 장애물과 충돌하지 않도록 충분히 멀리 있어야 한다. 위의 제약 조건은 예를 들어 제약 조건을 준수하는 최소값으로 제 3 링크(엔드 이펙터)의 길이를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 다음 표현식을 사용할 수 있다.
(1)
여기서, Xstn 및 Ystn은 각각 로봇을 중심으로 하는 카테션 좌표계에서의 스테이션 위치의 x 및 y 축 오프셋을 나타내며, 즉, 로봇 중심(숄더 조인트)은 (0, 0)에 있고, Rs는 허용 회전 반경(Rs)을 나타내며, 후퇴 로봇 암기구가 자유롭게 회전할 수 있는 원형 공간을 정의한다.
상기 제 2 링크의 예시적인 길이 결정 : 상기 제 2 링크의 조인트 대 조인트 길이(L2)는 엘보우 조인트의 회전축과 손목 조인트의 회전축 사이의 거리로 정의될 수 있다. 도 39의 예시적인 레이아웃과 같은 사이드 바이 사이드(side-by-side) 스테이션 쌍을 갖는 반도체 웨이퍼 처리 툴의 경우, 포어 아암의 길이는 스테이션의 오프셋과 동일하게 선택되거나, 필요한 경우, 사이드 바이 사이드 스테이션의 대칭 축으로부터의 스테이션 위치의 오프셋 보다는 크게, 즉 스테이션 위치들 간의 거리의 절반으로 선택될 수 있다:
(2)
Xstn보다 큰 L2는 아암 기구의 엔드 이펙터가 그의 엘보우 조인트를 과다하게 신장시키지 않고서도 필요한 연장부에 도달할 수 있게 하는데 필요할 수 있다.
제 1 링크의 예시적인 길이 결정 : 상기 제 1 링크의 조인트 대 조인트 길이(L1)는 숄더 조인트의 회전축과 엘보우 조인트의 회전축 사이의 거리로 정의될 수 있다. L2 및 L3의 값이 주어지면, 예를 들어 제 1 링크의 길이는 수축될 때 아암 기구가 허용 가능한 회전 반경 내에 들어가도록 결정될 수 있다:
(3)
여기서, Rw는 엔드 이펙터에 의해 운반되는 웨이퍼와 같은 원형 페이로드(payload)의 반경을 나타낸다.
예로서, 스테이션 위치는 388.6 mm의 x- 축 오프셋 Xstn 및 1,030.2 mm의 y- 축 오프셋 Ystn으로 선택될 수 있다. 수축된 로봇 아암 기구가 자유롭게 회전할 수 있는 원형 공간을 형성하는 허용 가능한 회전 반경(Rs)은 예를 들어 605.8 mm로 선택될 수 있다. 상기 아암 기구에 의해 운반되는 페이로드는 예를 들어 반경 Rw가 150mm 인 원형 웨이퍼 일 수 있다. 위의 예제 가이드 라인을 기초로, 적절한 예제 아암 기구의 기하 구조, 즉 조인트 대 조인트 링크 및 엔드 이펙터 길이는 다음과 같이 결정될 수 있다. L3 = 565.5mm, L2 = 397.6mm> Xstn = 388.6 mm이고 L1 = 287.9mm.
예를 들어, 원형 엘보우 풀리 및 비-원형 손목 풀리를 갖는 밴드 장치에 의해 엔드 - 이펙터의 배향이 제한될 수 있는 도 40 및 41의 예시적인 아암 기구를 고려하고, 상기 예의 스테이션 위치 및 아암 기구 형태를 가정하면, 손목 풀리는 도 42a의 선(1102)으로 도시된 바와 같은 프로파일을 가질 수 있다(도면은 명확성을 위해 프로파일의 절반을 도시한다). 제 3 링크(엔드 이펙터)에 대한 손목 풀리의 상대적인 방향은 실선으로 도시되는데, 여기서 실선은 엔드 이펙터의 중심을 향하여 제 3 링크의 길이방향 축을 따라 손목 조인트의 축(중심)으로부터 나타내어진다. 비교를 위해 원형 엘보우는 선(1106)으로 표시된다.
도 42b 내지 도 42e는 도 4a에 따라 정의된 손목 풀리 프로파일을 갖는 예시적인 아암 기구의 엔드 이펙터(1062)의 방향이 제 1 링크(1058)에 대한 제 2 링크(1060)의 상대 각도의 함수(즉, 제 1 및 제 2 링크 사이의 상대 각도)로서 어떻게 제한되는지를 도시한다.
도 43은 이전의 풀리 프로파일 예와 동일한 아암 기하 형상을 위해 사용될 수 있고 동일하거나 유사한 운동을 생성할 수 있는 풀리 프로파일을 도시한다. 여기서, 엔드 이펙터(1120)의 배향은 검은 화살표로 도시되고 엘보우 풀리 프로파일(1124) 및 손목 풀리 프로파일(1122)은 비-원형으로 도시된다.
두 개의 비-원형 풀리를 사용하여 엔드 이펙터의 방향을 제약하는 벨트 / 밴드 / 케이블 장치가 제공될 수 있다. 예를 들어, 이는 단일 엔드 이펙터 구성(도 42a 내지 42e 또는 다른 방식) 및 두 개의 엔드 이펙터 구성(도 32 및 도 36 또는 다른 방식) 모두에 적용될 수 있으며, 이들은 모두 실질적으로 동일한 운동특성을 공유한다. 이러한 추가적인 예시에서, 상부 아암에 연결된 엘보우 풀리는 비-원형이므로 엔드 이펙터에는 손목 풀리가 연결된다. 이것은 엘보우 풀리가 원형이고 손목 풀리가 비-원형인 특별한 경우에 대한 풀리 프로파일의 예에 대한 대안으로서 제공될 수 있다. 예로서, 풀리 프로파일이 도 43에 도시되어있다. 도 42a와 유사하게, 각각의 비-원형 풀리의 절반 만이 도시되어 있다. 여기서 프로파일은 비-원형 풀리의 이전 예제와 동일한 암 형상(링크 길이)에 대해 생성된다.
로봇 아암 기구의 엔드 이펙터가 예시적인 상기 스테이션으로 직선 경로를 따라 연장될 때의 로봇 아암 기구의 예시적인 위상 움직임이 도 44에 도시되어있다. 로봇 아암 기구의 엔드 이펙터가 도 44의 예시적인 동작을 따르기 위해, 로봇 구동 유닛의 샤프트는 T1 샤프트 위치 대 시간(1152) 및 T2 샤프트 위치 대 시간(1154)을 도시하는 도 45의 다이어그램(1150)에 도시된 바와 같이 작동될 수 있다.
상기 엔드 이펙터가 동일한 예시 스테이션까지 연장되는 로봇 아암 기구의 또다른 예시적인 위상 움직임이 이 시간에 공통 비아 포인트(1204) 주위에 블렌드된 2 개의 세그먼트(1200, 1202)에 의해 형성된 경로를 따르는 것이 도 46에 도시된다. 도 46의 예시적인 운동을 달성하기 위해, 로봇 구동 유닛의 샤프트는 T1 샤프트 위치 대 시간(1252) 및 T2 샤프트 위치 대 시간(1254)을 도시하는 도 47의 다이어그램(1250)에 도시된 바와 같이 회전될 수 있다.
도 45 및 도 47에서, 로봇 구동 장치의 샤프트의 각도에 대한 영점은 다음과 같이 정의된다 : 아암 기구가 제 3 링크(엔드 이펙터)와 함께 접혀진 포즈(수축 포즈)에 있을 때, x 축(즉, 3시 방향)을 가리키면, T1 샤프트 각도는 0 °이고 T2 샤프트 각도는 180 °이다. 이 상황에서 첫 번째 링크의 각도는 0 °이고 두 번째 링크의 각도는 180 °이며 세 번째 링크(엔드 이펙터)의 각도는 0 °이다.
도 48은 로봇 구동 유닛(1312) 상에 설치된 2 개의 엔드 이펙터를 갖는 예시적인 로봇 아암 기구(1310)를 갖는 로봇(300)의 측면도이다. 상기 아암 기구는 제 1 링크(1314)(상부 아암), 제 2 링크(1316)(포어 아암) A, 제 3 링크(1318)(엔드 이펙터) A, 제 2 링크(1320)(포어 아암) B 및 제 3 링크(1322)(엔드 이펙터) B를 포함한다.
도 48의 로봇의 예시적인 내부 구조가 도 49a 및 도 49b에 도식적으로 도시되어있다. 상기 아암 기구는 3 개의 동축 샤프트, 예컨대 외부 T1 샤프트(1340), T2 샤프트(1342) 및 내측 T3 샤프트(1344)를 갖는 3 축 스핀들에 의해 구동될 수 있다. 일부 실시예에서, T2 샤프트(1342)는 부분적으로 외측 T1 샤프트(1340) 내에 배치되며, 내측 T3 샤프트(1344)는 부분적으로 T2 샤프트(1342) 내에있을 수 있다. 엔드 이펙터 A의 배향은 밴드 장치에 의해 제한될 수 있다. 상기 밴드 장치는 제 1 링크에 연결될 수 있는 엘보우 풀리, 엔드 이펙터 A로 지지 구조에 연결될 수 있는 손목 풀리, 이들 2 풀리 사이의 운동을 전달하는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다. 상기 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 예로서, 도 49를 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일을 가질 수 있고 엘보우 풀리는 실질적으로 원형 프로파일을 가질 수 있다. 마찬가지로, 엔드 이펙터 B의 방향은 또 다른 밴드 장치에 의해 제한될 수 있다. 상기 밴드 장치는 제 1 링크에 연결될 수 있는 엘보우 풀리, 엔드 이펙터 B에 연결될 수 있는 손목 풀리, 및 두 풀리 사이에서 운동을 전달할 수 있는 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함할 수 있다. 또한, 상기 밴드 장치는 가변적인 변속비를 특징으로 할 수 있다. 가변 변속비는, 예를 들어 비-원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 사용하여 구현될 수 있다. 예로서,도 49a 및 도 49b를 참조하면, 손목 풀리는 비-원형 프로파일을 가질 수 있고 엘보우 풀리는 실질적으로 원형 프로파일을 가질 수 있다. 가변 변속비는 2 개의 엔드 이펙터 각각의 방향이 제 1 링크 및 대응하는 제 2 링크의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 변경되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 그림 39와 같이 엔드 이펙터가 스테이션을 항해 경로를 따라갈 수 있도록 선택될 수 있다. 예제는 아래에서 설명한다.
도 48 및 도 49의 아암 기구의 적절한 기하학적 구조, 즉 조인트 대 조인트 링크 및 엔드 이펙터 길이는 도 40의 2 자유도 3-링크 아암 기구의 예에서 전술한 바와 동일한 가이드 라인에 기초하여 결정될 수 있다.
유사하게, 엔드 이펙터의 방향이 일례로서 원형 엘보우 풀리 및 비-원형 손목 풀리를 갖는 밴드 장치에 의해 제한될 수 있는 도 40 및 41의 예의 아암 기구를 고려하고 아울러 이전에 선택된 예시적인 스테이션 위치 및 아암 기구 형상을 가정하면 (Xstn = 388.6mm, Ystn = 1,030.2mm, L1 = 287.9mm, L2A = L2B = L2 = 397.6mm 및 L3A = L3B = L3 = 565.5mm), 도 4와 관련하여 앞에서 설명한 것과 동일한 프로파일이 두 개의 손목 풀리에 사용될 수 있다.
엔드 이펙터 A가 전술한 예시 스테이션을 향하여 직선 경로를 따라 연장할 때의 로봇 아암 기구의 예시 위상 움직임은 도 50에 도시된다. 상기 특정 실시예에서, 제 2 링크 B와 함께 엔드 이펙터(B)는 제 1 링크의 상부에 접혀진 상태로 유지되어, 로봇 아암 기구의 허용가능한 회전 반경 내에 위치하도록 된다. 로봇 아암 기구가 도 50의 예시적인 운동을 따르기 위해, 로봇 구동 유닛의 샤프트는 T1 샤프트 위치 대 시간 1492 및 T2 샤프트 위치 대 시간 1494, T3 샤프트 위치 대 시간 1496을 도시하는 도 51의 다이어그램 490의 예시적인 동작 프로파일에 따라 작동될 수 있다.
엔드 이펙터 A가 공통 비아 포인트(1544) 주위에 혼합된 2 개의 세그먼트(1540, 1542)에 의해 형성된 경로를 따라 동일한 예시 스테이션으로 연장되는 로봇 아암 기구의 위상 움직임의 또다른 예는 도 52에 도시된다. 이 예에서, 제 2 링크 B, 결과적으로 엔드 이펙터 B의 동작은 엔드 이펙터 B 상에 탑재된 페이로드의 이동 범위를 제한하도록 제어된다. 도 52의 예시적인 움직임을 달성하기 위해, 로봇 구동 유닛의 샤프트는 T1 샤프트 위치 대 시간(1642) 및 T2 샤프트 위치 대 시간(1644) 및 T3 샤프트 위치 대 시간(1646)을 도시하는 도 53의 다이어그램(1640)의 예와 같이 회전될 수 있다.
도 51 및 도 53에서, 로봇 구동 장치의 샤프트 각도에 대한 영점은 다음과 같이 정의된다 : 아암 기구가 제 3 링크(엔드 이펙터) A 및 B와 함께 접혀진 포즈(수축 포즈)에 있을 때, x 축(즉, 3시 방향)을 가리키며, T1 샤프트 각도는 0 °이고 T2와 T3 샤프트 각도는 180°이다. 이 상태에서, 제 1 링크의 각도는 0 °이고, 제 2 링크 A 및 B의 각도는 180 °이고, 제 3 링크(엔드 - 이펙터) A 및 B의 각도는 0 °이다.
일특징에 따르면, 장치는 제 1 회전축에 대해 회전 가능한 제 1 구동축 및 제 2 회전축에 대해 회전 가능한 제 2 구동축을 갖는 구동 유닛을 포함하며, 상기 제 2 구동축은 부분적으로 제 1 구동축과 동축으로 되며 제 1 구동축 내에서 부분적으로 동축으로 되며 제 1 구동축 내에서 축 방향으로 회전 가능하다. 로봇 아암은 상기 제 1 구동축에서 구동 유닛에 연결된 상부 아암, 상부 아암에 결합된 포어 아암을 포함하며, 상기 포어 아암은 제 1 회전 조인트에서 상부 아암에 결합되고 제 1 회전 조인트 둘레로 회전 가능하며, 상기 제 1 회전 조인트는 상기 제 2 구동축에 연결된 제 1 밴드 장치 및 상기 포어 아암에 연결된 엔드 이펙터에 의해 작동되며, 상기 엔드 이펙터는 제 2 회전 조인트에서 포어 아암에 연결되며, 제 2 회전 조인트에 대하여 회전가능하며, 상기 제 2 회전 조인트는 제 1 회전 조인트에 연결된 제 2 밴드 장치에 의해 작동된다. 상기 제 2 밴드 장치는 가변적인 변속비를 제공하도록 된다.
다른 특징에 따르면, 상기 제 1 밴드 장치는 제 2 구동축에 부착된 숄더 풀리, 포어 아암에 결합된 제 1 엘보우 풀리, 및 쇼울프 풀리와 제 1 엘보우 사이에 배열되어 상기 숄더 풀리와 제 1 엘보우 풀리 간의 운동을 전달하도록 된 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다.
또다른 특징에 따르면, 상기 제 2 밴드 장치는 상부 아암에 연결된 제 2 엘보우 풀리, 엔드 이펙터에 결합된 손목 풀리, 및 제 2 엘보우 풀리와 손목 사이에 배치되며, 상기 제 2 엘보우 풀리와 손목 풀리 간의 운동을 전달하도록 된 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다.
또다른 특징에 따르면, 제 2 엘보우 풀리 및 손목 풀리 중 적어도 하나는 가변적인 변속비를 제공하기 위해 비-원형 프로파일을 갖는다.
또다른 특징에 따르면, 가변적인 변속비는 상부 아암과 포어 아암의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 엔드 이펙터의 방향이 변하도록 선택된다.
다른 특징에 따르면, 제 1 구동축 및 제 2 구동축 중 하나 이상은 로봇 암의 수직 이동을 용이하게 하기 위해 축 방향으로 이동 가능하다.
다른 특징에 따르면, 장치는 제 1 회전축에 대해 회전 가능한 제 1 구동축, 제 2 회전축에 대해 회전 가능한 제 2 구동축 및 제 3 회전축을 중심으로 회전 가능한 제 3 구동축을 갖는 구동 유닛을 구비하며, 상기 제 2 구동축은 상기 제 1 구동축과 동축이고 부분적으로 제 1 구동축 내에 있으며, 상기 제 1 구동축 내에서 축 방향으로 회전 가능하며, 상기 제 3 구동축은 상기 제 2 구동축과 동축이고 부분적으로 제 2 구동축 내에 있으며 상기 제 2 구동축 내에 축 방향으로 회전 가능하다. 로봇 아암은 제 1 구동축에서 구동 유닛에 연결된 상부 아암, 상부 아암에 결합된 포어 아암을 구비하되, 상기 포어 아암은 제 1 회전 조인트에서 상부 아암에 결합되고 제 1 회전 조인트에 대하여 회전 가능하며, 상기 제 1 회전 조인트는 제 3 구동 축에 의해 작동되는 제 1 숄더 풀리, 상기 제 1 회전 조인트를 부분적으로 형성하는 제 1 엘보우 풀리, 상기 제 1 숄더 풀리와 제 1 엘보우 풀리 사이의 운동을 전달하도록 된 벨트, 밴드 또는 케이블을 포함하는 단일 스테이지 밴드 장치에 의해 작동되며, 상기 로봇 아암은 상기 포어 아암에 연결된 제 1 엔드 이펙터 및 제 2 엔드 이펙터를 포함하되, 상기 제 1 엔드 이펙터 및 제 2 엔드 이펙터는 제 2 회전 조인트에서 상기 포어 아암에 연결되며, 상기 제 1 엔드 이펙터와 제 2 엔드 이펙터의 방향은 2-스테이지 밴드 장치를 통하여 제어된다. 2-스테이지 밴드 장치의 제 1 스테이지는 제 2 구동축에 의해 작동 가능한 제 2 숄더 풀리, 제 1 회전 조인트를 부분적으로 형성하는 제 2 엘보우 풀리, 및 제 2 숄더 풀리와 제 2 엔보우 풀리 사이에서 운동을 전달하도록 구성된 상부 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다. 2-스테이지 밴드 장치의 제 2 스테이지는 제 2 엘보우 풀리에 연결된 제 3 엘보우 풀리, 제 1 엔드 이펙터에 결합된 제 1 손목 풀리, 및 제 3 엘보우 풀리 및 제 1 손목 풀리 사이에서 운동을 전달하도록 된 제 1 하부 벨트, 밴드 또는 케이블을 포함하며, 2-스테이지 밴드 장치의 제 2 스테이지는, 상기 제 2 엘보우 풀리에 결합된 제 4 엘보우 풀리, 상기 제 2 이펙터에 결합된 제 2 손목 풀리, 및 제 4 엘보우 풀리와 제 2 손목 풀리 사이에서 운동을 전달하도록 된 제 2 하부 벨트, 밴드 또는 케이블을 포함한다. 제 1 숄더 풀리와 제 1 엘보우 풀리 사이의 운동, 제 2 숄더 풀리와 제 2 엘보우 풀리 사이의 운동, 제 3 엘보우 풀리와 제 1 손목 풀리 사이의 운동, 및 제 4 엘보우 풀리 풀리 및 제 2 손목 풀리 사이의 운동 중 적어도 하나의 운동은 가변적인 변속비를 갖는다.
다른 특징에 따르면, 제 3 엘보우 풀리 및 제 1 손목 풀리 중 적어도 하나는 2-스테이지 밴드 장치에 가변적인 변속비를 제공하기 위해 비-원형 프로파일을 갖는다.
다른 특징에 따르면, 제 4 엘보우 풀리 및 제 2 손목 풀리 중 적어도 하나는 2-스테이지 밴드 장치에 가변적인 변속비를 제공하기 위해 비-원형 프로파일을 갖는다.
다른 특징에 따르면, 제 1 하부 벨트, 밴드 또는 케이블 및 제 2 하부 벨트, 밴드 또는 케이블 중 적어도 하나는 크로스 오버 구조로 된다.
다른 특징에 따르면, 가변 변속비는 제 1 엔드 이펙터 및 제 2 엔드 이펙터의 방향이 상부 아암과 포어 아암 및 제 2 구동축의 상대 위치의 함수로서 미리 정의된 방식으로 변경되도록 선택된다.
또 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 회전 조인트는 제 1 숄더 풀리로부터 제 1 손목 풀리까지 이어지는 가상선의 우측에 그리고 제 1 숄더 풀리로부터 제 1 손목 풀리까지 연장되는 가상선의 좌측 중 하나에 있다.
또 다른 특징에 따르면, 장치는 제 1 회전축에 대해 회전 가능한 제 1 구동축, 제 2 회전축에 대해 회전 가능한 제 2 구동축 및 제 3 회전축을 중심으로 회전 가능한 제 3 구동축을 갖는 구동 유닛을 구비한다. 상기 제 2 구동축은 상기 제 1 구동축과 동축이고 제 1 구동축 내에 부분적으로 배치되며 상기 제 1 구동축 내에서 축 방향으로 회전 가능하며, 상기 제 3 구동축은 상기 제 2 구동축과 동축이고 제 2 구동축 내에 부분적으로 배치되며 상기 제 2 구동축 내에서 축 방향으로 회전 가능하다. 제 1 로봇 아암은 제 1 구동축에서 구동 유닛에 연결된 제 1 상부 아암 및 상기 제 1 상부 아암에 연결된 제 1 포어 아암을 포함하되, 상기 제 1 포어 아암은 제 1 회전 조인트에서 상기 제 1 상부 아암에 연결되며, 상기 제 1 회전 조인트는 제 1 밴드 장치를 사용하여 제 2 구동축에 의해 작동되며, 상기 제 1 로봇 아암은 상기 제 1 포어 아암에 연결된 제 1 엔드 이펙터를 포함하되ㅣ 상기 제 1 엔드 이펙터는 제 3 회전 조인트에서 제 1 포어 아암에 연결되며, 상기 제 3 회전 조인트는 제 3 밴드 장치를 사용하여 제 1 회전 조인트에 의해 작동된다. 제 2 로봇 아암은 제 3 구동축에서 구동 유닛에 연결된 제 2 상부 아암 및 제 2 상부 아암에 결합된 제 2 포어 아암을 포함하되, 상기 제 2 포어 아암은 제 2 회전 조인트에서 제 2 상부 아암에 결합되며, 상기 제 2 회전 조인트는 제 2 밴드 장치를 사용하여 제 2 구동축에 의해 작동되며, 상기 제 2 로봇 아암은 제 2 포어 아암에 연결된 제 2 엔드 이펙터를 포함하되, 상기 제 2 엔드 이펙터는 제 4 회전 조인트에서 제 2 포어 아암에 연결되며, 상기 제 4 회전 조인트는 제 4 밴드 장치를 사용하여 제 2 회전 조인트에 의해 작동된다. 제 1 밴드 장치, 제 2 밴드 장치, 제 3 밴드 장치 및 제 4 밴드 장치 중 적어도 하나는 가변 변속비를 가진다.
다른 특징에 따르면, 상기 제 1 밴드 장치는 상기 제 1 구동축에 부착된 제 1 숄더 풀리, 상기 제 1 엘보우에 부착된 제 1 엘보우 풀리, 및 제 1 숄더 풀리와 제 1 엘보우 풀리 사이의 운동을 전달하도록 구성된 제 1 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다.
다른 특징에 따르면, 제 1 숄더 풀리와 제 1 엘보우 풀리 중 적어도 하나는 제 1 밴드 장치에 가변적인 변속비를 제공하기 위해 비-원형 프로파일을 갖는다.
또 다른 특징에 따르면, 제 3 밴드 장치는 제 1 엘보우 풀리와 작동 가능한 제 2 엘보우 풀리, 제 1 엔드 이펙터에 결합된 제 1 손목 풀리, 및 제 2 엘보우 풀리와 제 1 손목 풀리 사이에 운동을 전달하도록 구성된 제 3 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다..
다른 특징에 따르면, 제 2 엘보우 풀리 및 제 1 손목 풀리 중 적어도 하나는 제 3 밴드 장치에 가변적인 변속비를 제공하기 위해 비-원형 프로파일을 갖는다.
다른 특징에 따르면, 제 2 밴드 장치는 제 3 구동축에 부착된 제 2 숄더 풀리, 제 2 포어 아암에 부착된 제 3 엘보우 풀리, 및 제 2 숄더 풀리와 제 3 엘보우 풀리 사이의 운동을 전달하도록 구성된 제 2 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다.
다른 특징에 따르면, 제 2 숄더 풀리 및 제 3 엘보우 풀리 중 적어도 하나는 제 2 밴드 장치에 가변적인 변속비를 제공하기 위해 비-원형 프로파일을 갖는다.
다른 특징에 따르면, 제 4 밴드 장치는 제 3 엘보우 풀리와 함께 동작 가능한 제 4 엘보우 풀리, 제 2 엔드 이펙터에 결합된 제 2 손목 풀리, 및 제 4 엘보우 풀리 및 제 2 손목 풀리 사이의 운동을 전달하도록 된 제 4 밴드, 벨트 또는 케이블을 포함한다.
다른 특징에 따르면, 제 4 엘보우 풀리 및 제 2 손목 풀리 중 적어도 하나는 제 4 밴드 장치에 가변적인 변속비를 제공하기 위해 비-원형 프로파일을 갖는다.
또 다른 특징에 따르면, 가변 변속비는 제 1 상부 아암과 제 1 포어 아암의 상대 위치의 함수로서 미리 정의 된 방식으로 제 1 엔드 이펙터의 방향이 변하도록 선택된다.
또 다른 특징에 따르면, 제 1 밴드 장치의 변속비 및 제 3 밴드 장치의 변속비는, 상기 제 1 상부 아암이 제 1 구동축에 의해 작동되고 제 2 구동축이 정지해있을 때 제 1 엔드 이펙터의 소정의 방향으로 제 1 엔드 이펙터 상의 중심점이 소정의 경로를 따르도록 선택된다.
또 다른 특징에 따르면, 가변 변속비는 제 2 상부 아암과 제 2 포어 아암의 상대 위치의 함수로서 소정의 방식으로 제 2 단부 이펙터의 방향이 변하도록 선택된다.
또 다른 특징에 따르면, 제 2 밴드 장치의 변속비와 제 4 밴드 장치의 변속비는, 상기 제 2 상부 아암이 제 3 구동축에 의해 작동되고 제 2 구동축이 정지상태에 있을 때 제 2 엔드 이펙터의 소정의 방향으로 소정의 경로로 제 2 엔드 이펙터 상의 중심점이 따르도록 되도록 선택된다.
전술한 설명은 단지 예시적인 것임을 이해해야 한다. 다양한 대안 및 변경이 통상의 기술자에 의해 고안될 수 있다. 예를 들어, 다양한 종속항에 인용된 특징은 임의의 적합한 조합으로 서로 조합될 수 있다. 또한, 전술한 상이한 실시예들로부터의 특징들은 선택적으로 새로운 실시예로 결합될 수 있다. 따라서, 설명은 첨부 된 청구 범위의 범주 내에 속하는 그러한 모든 대안, 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.
10: 반도체 웨이퍼 처리 툴
12: 로드 록
20: 직선 경로
22: 면
32: 로봇 구동 유닛
34: 제 1 링크
36: 제 2 링크
40: 기판
38: 제 3 링크

Claims (19)

  1. 이송 장치에 있어서, 상기 이송 장치는:
    3개 이상의 구동 모터 및 3개 이상의 상기 구동 모터에 각각 연결된 3개 이상의 동축(coaxial) 구동 샤프트를 구비하는 구동 유닛; 및
    로봇 아암으로서, 상기 로봇 아암은:
    3개 이상의 상기 동축 구동 샤프트 중 제 1 동축 구동 샤프트에 연결된 상부 아암;
    제 1 회전 조인트를 중심으로 상기 상부 아암에 연결되는 제 1 포어 아암(forearm);
    상기 제 1 회전 조인트와 동축으로 정렬되는 제 2 회전 조인트를 중심으로 상기 상부 아암에 연결되는 제 2 포어 아암;
    상기 제 1 포어 아암에 연결된 제 1 엔드 이펙터로서, 상기 제 1 포어 아암에 제 3 회전 조인트에서 결합되고 상기 제 3 회전 조인트를 중심으로 회전 가능한, 제 1 엔드 이펙터;
    상기 제 2 포어 아암에 연결되고, 상기 제 2 포어 아암에 제4 회전 조인트에서 결합되며 상기 제 4 회전 조인트를 중심으로 회전 가능한, 제 2 엔드 이펙터; 및
    비원형 프로파일을 갖는 풀리를 포함하는 적어도 2개의 밴드 장치들;을 포함하는, 로봇 아암;을 포함하며,
    상기 밴드 장치들은:
    회전 조인트들 중 하나와 회전 조인트들 중 다른 하나의 사이에서, 또는
    회전 조인트들 중 하나와 3개 이상의 동축 구동 샤프트 중 하나의 사이에 배치되며,
    상기 밴드 장치들은 제 1 엔드 이펙터 및 제 2 엔드 이펙터에 대한 가변 변속비를 제공하도록 되고, 상기 가변 변속비는 제 1 엔드 이펙터의 방향이 상기 상부 아암에 대하여 제 1 포어 아암의 위치의 함수로서 제 2 엔드 이펙터에 대하여 소정의 방식으로 변경되도록 선택되며, 상기 가변 변속비는 상기 상부 아암 및 제 1 포어 아암이 이에 따라 작동될 때 상기 제 1 엔드 이펙터 상의 기준 위치가 제 1 엔드 이펙터의 소정의 변경된 방향을 가진, 제 2 엔드 이펙터가 수축 위치와 신장 위치 사이에서 움직이는 것을 포함하여, 수축 위치와 신장 위치 사이의 적어도 부분적으로 비-직선인 소정의 경로를 따르도록 허용하는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회전 조인트는 3개 이상의 동축 구동 샤프트 중 제 2 구동 샤프트에 결합된 밴드 장치에 의해 작동할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 회전 조인트는 3개 이상의 동축 구동 샤프트 중 제 3 구동 샤프트에 결합된 제 2 밴드 장치에 의해 작동할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 회전 조인트는 비원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 포함하고 상기 제 1 회전 조인트에 결합되는 제 3 밴드 장치에 의해 작동할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 4 회전 조인트는 비원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 포함하고 상기 제 2 회전 조인트에 결합되는 제 4 밴드 장치에 의해 작동할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 회전을 위한 3개의 구동 모터와 3개 이상의 동축 구동 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 엔드 이펙터는 상기 제 1 포어 아암의 상측으로부터 연장되고, 상기 제 2 엔드 이펙터는 상기 제 2 포어 아암의 상측으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 엔드 이펙터는 상기 제 1 포어 아암의 상측으로부터 연장되고, 상기 제 2 엔드 이펙터는 상기 제 2 포어 아암의 하측으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 아암은 2개의 밴드 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  10. 이송 장치에 있어서, 상기 이송 장치는:
    3개 이상의 구동 모터 및 3개 이상의 상기 구동 모터에 각각 연결된 3개 이상의 동축(coaxial) 구동 샤프트를 구비하는 구동 유닛; 및
    로봇 아암으로서, 상기 로봇 아암은:
    3개 이상의 상기 동축 구동 샤프트 중 제 1 동축 구동 샤프트에 연결된 상부 아암;
    제 1 회전 조인트를 중심으로 상기 상부 아암에 연결되는 제 1 포어 아암(forearm);
    상기 제 1 회전 조인트로부터 이격되어 있는 제 2 회전 조인트를 중심으로 상기 상부 아암에 연결되는 제 2 포어 아암;
    상기 제 1 포어 아암에 연결된 제 1 엔드 이펙터로서, 상기 제 1 포어 아암에 제 3 회전 조인트에서 결합되고 상기 제 3 회전 조인트를 중심으로 회전 가능한, 제 1 엔드 이펙터;
    상기 제 2 포어 아암에 연결되고, 상기 제 2 포어 아암에 제4 회전 조인트에서 결합되며 상기 제 4 회전 조인트를 중심으로 회전 가능한, 제 2 엔드 이펙터; 및
    비원형 프로파일을 갖는 풀리를 포함하는 적어도 2개의 밴드 장치들;을 포함하는, 포봇 아암;을 포함하며,
    상기 밴드 장치들은:
    회전 조인트들 중 하나와 회전 조인트들 중 다른 하나의 사이에, 또는
    회전 조인트들 중 하나와 3개 이상의 동축 구동 샤프트 중 하나의 사이에 배치되며,
    상기 밴드 장치들은 제 1 엔드 이펙터 및 제 2 엔드 이펙터에 대한 가변 변속비를 제공하도록 되고, 상기 가변 변속비는 제 1 엔드 이펙터의 방향이 상기 상부 아암에 대하여 제 1 포어 아암의 위치의 함수로서 제 2 엔드 이펙터에 대하여 소정의 방식으로 변경되도록 선택되며, 상기 가변 변속비는 상기 상부 아암 및 제 1 포어 아암이 이에 따라 작동될 때 상기 제 1 엔드 이펙터 상의 기준 위치가 제 1 엔드 이펙터의 소정의 변경된 방향을 가진, 제 2 엔드 이펙터가 수축 위치와 신장 위치 사이에서 움직이는 것을 포함하여, 수축 위치와 신장 위치 사이의 적어도 부분적으로 비-직선인 소정의 경로를 따르도록 허용하는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 회전 조인트는 3개 이상의 동축 구동 샤프트 중 제 2 구동 샤프트에 결합된 밴드 장치에 의해 작동할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 회전 조인트는 3개 이상의 동축 구동 샤프트 중 제 3 구동 샤프트에 결합된 제 2 밴드 장치에 의해 작동할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 3 회전 조인트는 비원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 포함하고 상기 제 1 회전 조인트에 결합되는 제 3 밴드 장치에 의해 작동할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 4 회전 조인트는 비원형 프로파일을 갖는 적어도 하나의 풀리를 포함하고 상기 제 2 회전 조인트에 결합되는 제 4 밴드 장치에 의해 작동할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 회전을 위한 3개의 구동 모터와 3개 이상의 동축 구동 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  16. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 엔드 이펙터는 상기 제 1 포어 아암의 상측으로부터 연장되고, 상기 제 2 엔드 이펙터는 상기 제 2 포어 아암의 상측으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  17. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 엔드 이펙터는 상기 제 1 포어 아암의 상측으로부터 연장되고, 상기 제 2 엔드 이펙터는 상기 제 2 포어 아암의 하측으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  18. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 아암은 2개의 밴드 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이송 장치.
  19. 이송 장치에 있어서, 상기 이송 장치는:
    적어도 하나의 모터 및 적어도 하나의 상기 모터에 각각 연결되는 적어도 하나의 구동 샤프트를 포함하는 구동 유닛; 및
    로봇 아암으로서, 상기 로봇 아암은:
    적어도 하나의 상기 구동 샤프트에 연결되는 상부 아암;
    제 1 회전 조인트를 중심으로 상기 상부 아암과 연결되는 제 1 포어 아암;
    제 2 회전 조인트를 중심으로 상기 상부 아암과 연결되는 제 2 포어 아암;
    상기 제 1 포어 아암에 연결된 제 1 엔드 이펙터로서, 상기 제 1 포어 아암에 제 3 회전 조인트에서 결합되고 상기 제 3 회전 조인트를 중심으로 회전 가능한, 제 1 엔드 이펙터;
    상기 제 2 포어 아암에 연결되고, 상기 제 2 포어 아암에 제4 회전 조인트에서 결합되며 상기 제 4 회전 조인트를 중심으로 회전 가능한, 제 2 엔드 이펙터; 및
    상부 아암 또는 제 1 포어 아암 중 적어도 하나는 제 1 엔드 이펙터 및 제 2 엔드 이펙터에 대한 가변 변속비를 제공하도록 된 메커니즘을 포함하며, 상기 가변 변속비는 제 1 엔드 이펙터의 방향이 상기 상부 아암에 대하여 제 1 포어 아암의 위치의 함수로서 제 2 엔드 이펙터에 대하여 소정의 방식으로 변경되도록 선택되며, 상기 가변 변속비는 상기 상부 아암 및 제 1 포어 아암이 이에 따라 작동될 때 상기 제 1 엔드 이펙터 상의 기준 위치가 제 1 엔드 이펙터의 소정의 변경된 방향을 가진, 제 2 엔드 이펙터가 수축 위치와 신장 위치 사이에서 움직이는 것을 포함하여, 수축 위치와 신장 위치 사이의 적어도 부분적으로 비-직선인 소정의 경로를 따르도록 허용하는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 이송 장치.

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