一种基于柔性接触表面吸取易碎物体的六轴机械手制造技术

本发明专利技术讲述的是一种基于柔性接触表面吸取易碎物体的六轴机械手。该机械手由柔性接触面，真空吸取装置，机械臂，可编程逻辑控制器组成。说明书详尽阐述了本装置，并提出了具体的操作方案。

A six axis manipulator based on flexible contact surfaces to absorb fragile objects

The present invention relates to a six axis mechanical hand that absorbs fragile objects based on flexible contact surfaces. The manipulator consists of a flexible contact surface, a vacuum suction device, a mechanical arm, and a programmable logic controller. The instruction book expounds the device in detail and puts forward the concrete operation plan.

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性接触表面吸取易碎物体的六轴机械手
本专利技术涉及一种半导体器件制造设备，即离子注入机，特别是一种六轴机械手装置，属半导体设备领域。
技术介绍
随着集成电路工艺技术的提高，对离子注入设备提出了更高的要求，离子注入设备的操作对象更广，不仅操作晶片的尺寸更大，更要求其可应用于各种材料改性、半导体器件制造以及大功率器件如SiC电子器件制造等领域，并要求离子注入设备自动化程度较高，操作简单方便，工作稳定。集成电路所用的硅片很脆，在集成电路工业的离子注入机工序中，需要使用机械手将硅片移动到靶盘上。在移动的过程中，由于机械手与硅片接触的表面是高硬度的金属，因此容易造成硅片的碎裂和硅片上不易察觉的裂纹。为了减少硅片的损坏，专利技术了此机械手，通过专利技术中实现的柔性接触，达到减少硅片损坏的目的。而对于其它操作对象例如其它半导体材料，由于操作对象受力均匀，本机械手更具有可操作较大范围内任意尺寸的对象的优点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种六轴机械手装置，该六轴机械手装置能够实现顺利操作被移动对象而不对其造成损害，包括硅晶片，各种形状的半导体材料。具有良好的运动平稳性，方便后续离子注入操作。一种基于柔性接触表面吸取易碎物体的六轴机械手。如图2所示，该机械手由1.柔性接触面，2.真空吸取装置，3.机械臂，4.可编程逻辑控制器组成。该机械手通过柔性接触表面对易碎物品进行抓取，比如集成电路产业中使用的硅片，由于与易碎物品接触的面全部都是弹性材料，易碎材料受力均匀，因此达到材料表面不碎的目的。本专利技术的实现依赖于下列技术：1.柔性接触表面，用于实现对易碎操作对象的包裹。柔性接触面由耐高温硅橡胶制作，其中包裹大量耐高温硅橡胶圆珠，在零下70度低温和200摄氏度高温时仍能正常工作，耐磨耐化学腐蚀性能好，因此适用于严苛条件下的工业应用。2.真空吸取装置，用于将柔性接触面包含的大量橡胶圆珠间抽真空，从而柔性接触表面将紧密接触被包裹对象，从而实现对易碎对象的抓取。真空吸取装置用来在柔性接触面与要操作的物体间接触后将硅橡胶圆珠间抽真空，以达到柔性接触面对要操作物体的紧密包裹。3.机械臂，六轴机械臂是工业上最常用的机械臂类型，此六轴机械臂可以实现大多数工业条件下所需要机械手完成的动作。4.可编程逻辑控制器，用来精确控制上述三个模块的动作，包括控制机械手的各项操作，包括对易碎操作对象的包裹，抽真空，机械臂的运动等。附图说明图1机械手控制流程图图2机械手部分示意图具体实施方式本专利技术通过以下技术方案实现：1.模块1为柔性接触表面。由硅橡胶表面与大量硅橡胶圆珠组成。柔性接触表面通过与被操作对象的包裹实现抓取，进而移动和操作被接触对象。被操作对象所受的力由可编程逻辑控制器与机械臂上的伺服电机共同控制。由于柔性表面的面积较大，可以任意拉伸，而且仅需要包裹被操作对象的部分表面，因此本机械臂可操作各种形状和较大面积变动范围内的物体，包括厚度极薄的大型硅晶片，形状复杂的半导体物体，不规则形状的半导体元件等。2.模块2为真空吸取装置。用来达到柔性表面与被吸取对象间的紧密接触。真空装置中的真空泵控制真空以达到所需要的真空度，并且柔性表面一直会有反馈信号反馈到可编程逻辑控制器。由于离子注入机工作状态时长期保持高真空，所以运行时真空泵任务较轻。当达到所需要的真空度时，柔性表面也同时达到了所需要的包裹，此时通过反馈信号，可编程逻辑控制器将锁定真空吸取装置，使其维持现有状态，等待机械臂完成操作后，可编程逻辑控制器将解锁真空吸取装置，使得硅橡胶圆珠之间充入惰性气体，释放被操作对象。由于使用的是惰性气体，因此即使柔性表面被损坏，气体泄漏也很容易处理。3.模块3为六轴机械臂。机械臂被安装在操作台上，在这种结构下，机械臂拥有高度的运动冗余度，并且拥有巨大的工作空间，还有移动，操作功能。六轴机械手运动方面的问题，比如解决方案的选用，逆解优化，控制方法，以及路径规划问题都已经有了大量的解决方法，比如已经有许多基于Matlab的解决方法。因此本机械手使用以及维护都会相对简单。由于本机械手并没有使用复杂的抓取装置，因此维护较离子注入机本身的其它部分维护简单很多，这不仅降低了机械手本身的成本，而且压缩了机械手的维修成本，因为没有了复杂的抓取部分，本机械手的维修多数情况下不需要专业的机械手工程师，而由普通机械工程师即可完成。4.模块4为可编程逻辑控制器。控制器自身拥有多路数字量I/O端口，且扩充位置控制模块。基于设备工艺要求，安排数字量I/O点，而且在位置控制模块中分配轴的参数，设置指令的操作区域，然后编写设备操控代码。设备上装设自复位按钮，按下按钮，程序就会被执行。首先设备会被初始化：锁定伺服，寻找原点，逻辑控制使得能够触发，伺服电机定位被抓取对象的接触点，同时触发柔性表面运动。初始化完成之后，程序检测柔性表面是否接触到了被操作对象，若已经接触到则接通真空吸取装置，真空吸取装置动作，当达到需要的真空度之后，伺服电机带动机械臂执行相应的移动与操作，当被操作对象已经被放置到目标位置，且已经完成所需操作时，伺服电机带动机械臂返回初始位置等待下一个操作，或者进行循环操作。如图1所示，设备上电之后，按下启动按钮，设备开始初始化，如果初始化没有成功，则设备将会重复进行初始化过程，此时可能需要关机并分析错误原因。如果设备初始化成功，则可编程逻辑控制器将开始柔性表面检测过程，确定柔性表面没有与被抓取对象接触后，可编程逻辑控制器将控制机械手进行运动，抓取到被抓取对象后，柔性表面的传感器将会传送信号给可编程逻辑控制器，因此可编程逻辑控制器将进行抓取检测，确定抓取成功后，可编程逻辑控制器将控制机械手运动到设定位置，然后释放被抓取对象，此时柔性表面的传感器将再次发送信号给可编程逻辑控制器，然后可编程逻辑控制器将控制机械臂返回此次循环的原点，到达原点后，如果本次操作仅为单程操作，则机械手将停止运动，否则将启动下一次循环。以上所述已经对本专利技术涉及的内容进行了详细阐述。对于本领域相关技术人员而言，任何在不背离本专利技术的前提下对其所做的任何显而易见的改动，都将构成对本专利技术专利的侵犯，将承当相应的法律责任。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于柔性接触表面吸取易碎物体的六轴机械手，该机械手由柔性接触面(1)，真空吸取装置(2)，机械臂(3)，可编程逻辑控制器(4)四部分构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性接触表面吸取易碎物体的六轴机械手，该机械手由柔性接触面(...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿爽，
申请(专利权)人：北京中科信电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11