本发明属于半导体制造设备技术领域，具体涉及一种应用于机械臂的防撞系统和方法。
背景技术：
在目前的半导体生产中，机械臂(arm)在半导体制造设备各机台中具有极其重要的作用，机械臂将机台内各个模块连接成为一个整体，相互协同共同完成工作内容。
在目前的工艺中机械臂的材料逐渐由金属材料转化为陶瓷材料，金属材料具有不易发生破碎问题等优点；但有平坦度不好，易变形等缺点。陶瓷材料具有平坦度好，耐磨，不易产生形变等优点，但有发生碰撞容易碎裂，产生颗粒(particle)清理难度大，且需要时间长等缺点。由于陶瓷材料相对于金属材料有比较脆弱易碎，所以在使用中应避免发生碰撞。
技术实现要素：
本发明技术方案要解决的是提供一种应用于机械臂的防撞系统和方法，以避免机械臂在使用中发生碰撞。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种应用于机械臂的防撞系统，包括：探测单元，所述探测单元包括安装于机械臂的感应装置，所述感应装置用于在所述机械臂运动过程中探测机械臂周围的物体；处理单元，用于根据所述感应装置的探测结果和机械臂的运动轨迹判断机械臂碰撞物体的可能性；控制单元，用于在所述处理单元确定机械臂可能会碰撞物体时控制所述机械臂停止运动或改变所述机械臂的运动轨迹。
可选的，所述感应装置为距离传感器，所述距离传感器包括超声波传感器、红外传感器、激光传感器和雷达传感器中的至少一种。
可选的，所述探测单元还包括安装于机械臂的成像装置，用于获取机械臂周围的图像并传送至所述处理单元。
可选的，所述机械臂包括臂部和连接所述臂部的抓取部，所述探测单元设于所述抓取部的前端。
可选的，所述应用于机械臂的防撞系统还包括报警单元，用于在所述感应装置探测到机械臂周围存在物体时发出报警信号或者在所述处理单元确定机械臂可能会碰撞物体时发出报警信号。
为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种应用于机械臂的防撞方法，包括：利用安装于机械臂的感应装置在所述机械臂运动过程中探测机械臂周围的物体；根据所述感应装置的探测结果和机械臂的运动轨迹判断机械臂碰撞物体的可能性；在确定机械臂可能会碰撞物体时控制所述机械臂停止运动或改变所述机械臂的运动轨迹。
可选的，所述应用于机械臂的防撞方法还包括：利用安装于机械臂的成像装置获取机械臂周围的图像。
可选的，所述成像装置在所述感应装置探测到机械臂周围存在物体时启动。
可选的，根据所述感应装置的探测结果和机械臂的运动轨迹判断机械臂碰撞物体的可能性包括以下至少一种判断机制：当所述感应装置探测到机械臂附近有物体时，根据机械臂当前的运动方向判断机械臂继续运动是否可能碰撞到该物体；当所述感应装置探测到机械臂附近有物体时，测量物体与机械臂的距离，根据所述距离和机械臂当前的运动方向判断机械臂继续运动是否可能会碰撞到该物体；根据所述感应装置实时的探测数据判断机械臂实际的运动轨迹是否产生偏差，根据所述偏差判断机械臂是否可能会碰撞物体。
可选的，所述应用于机械臂的防撞方法还包括：在所述感应装置探测到机械臂周围存在物体时发出警报或者在确定机械臂可能会碰撞物体时发出警报。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：在机械臂结构中附加感应装置，通过处理感应装置的探测数据，以提供控制机械臂运动的依据，从而避免机械臂与机台或晶圆发生碰撞，由此避免损坏机械臂、设备部件或晶圆，从而降低了生产成本和维修成本。利用感应装置和图像装置的探测数据，有助于设备人员结合现场情况快速排查和确认故障原因。
附图说明
图1为本发明实施例的应用于机械臂的防撞系统的连接结构示意图；
图2为本发明实施例的机械臂的结构示意图；
图3是本发明实施例的应用于机械臂的防撞方法的流程示意图。
具体实施方式
发明人发现，在半导体生产过程中，机械臂采用机械马达产生动力，马达在经过长时间使用后内部各组件间会发生不同程度的磨损，导致机械精度下降，机械臂原本设定的运动轨迹则可能发生偏移，致使其与机台内组件或产品发生碰撞，导致机械臂碎裂或者平坦度受损等问题时有发生。例如：机械臂内机械磨损造成的机械臂运动轨迹偏差，抬升不到位等，使机械臂与晶圆(wafer)相撞。机台内其他组成部件故障或机台状态不稳定，阻碍机械臂按预定的运动轨迹运动，使机械臂与机台发生碰撞。机台内晶圆在前端开启式传送盒(foup，frontopeningunifiedpod)中状态异常(如斜插)，机械臂仍按原定运动轨迹运动，导致机械臂与晶圆发生碰撞。
无论机械臂与机台发生碰撞还是与晶圆产品发生碰撞，都可能会使机械臂受损，也可能会使机台或晶圆受损，由此增加生产成本和维修成本。而由陶瓷制成的机械臂，由于其碰撞后易碎裂，产生的颗粒物容易污染机台或晶圆，清理困难且费时费力。
基于上述技术问题，本发明技术方案提供一种应用于机械臂的防撞系统，在机械臂结构中附加探测单元，通过处理单元处理探测单元的探测数据，以提供控制单元控制机械臂运动的依据，从而避免机械臂与机台或晶圆发生碰撞。下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
本发明实施例的应用于机械臂的防撞系统如图1所示，包括：探测单元11，处理单元12和控制单元13。
请结合图1和图2，探测单元11包括安装于机械臂的感应装置110，所述感应装置110用于在所述机械臂运动过程中探测机械臂周围的物体。
所述探测单元安装在机械臂上的位置根据实际需要探测的范围确定，一般来说，感应装置110需要能够感应机械臂附近的物体。本实施例的机械臂包括臂部21和连接臂部21的抓取部22(也称为手部)，所述感应装置110设于所述抓取部22的前端，用于探测机械臂前端周围的物体，具体地，可以在抓取部22的两个指部前端各安装一个传感器，以探测机械臂的运动方向周围是否存在如机台组件、晶圆等障碍物体，感应装置110的探测结果可以通过无线信号传至处理单元12。
进一步，所述感应装置可以为距离传感器，其不仅可以探测机械臂的运动方向周围是否存在障碍物，还可以探测机械臂与障碍物间的距离，并将探测到的距离通过无线方式以数字信号形式传至处理单元12。所述距离传感器可以是超声波传感器、红外传感器、激光传感器或雷达传感器等，也可以是多种距离传感器的组合，以得到更准确的探测结果。
处理单元12用于根据所述感应装置的探测结果和机械臂的运动轨迹判断机械臂碰撞物体的可能性。所述机械臂的运动轨迹是指机械臂运动的路线，是各种运动方向的组合，所述运动方向包括前进、后退、抬升、下降、旋转等，这些运动方向也可带有一定角度，如，以一定角度斜向前进、以一定角度抬升、旋转一定角度等。在机械臂工作前，通常会预先设定机械臂的运动轨迹，并将预设的运动轨迹储存在处理单元12和控制单元中。正常情况下，机械臂在机械马达的驱动下按照预设的运动轨迹运行。
本实施例中，处理单元12根据所述感应装置110的探测结果和机械臂的运动轨迹判断机械臂碰撞物体的可能性的判断机制可以包括下述一种或多种：
当感应装置110探测到机械臂附近有物体时向处理单元12发送信号，处理单元12根据机械臂当前的运动方向判断机械臂继续运动是否可能碰撞到该物体。例如，当所述物体位于机械臂当前的运动方向附近时，则处理单元12确定机械臂可能会碰撞物体。
当感应装置110(距离传感器)探测到机械臂附近有物体时，测量物体与机械臂的距离并向处理单元12发送携带距离数据的信号，处理单元12根据所述距离数据和机械臂当前的运动方向判断机械臂继续运动是否可能会碰撞到该物体。例如，当距离数据小于或等于预设距离且所述物体位于机械臂当前的运动方向附近时，则处理单元12确定机械臂可能会碰撞物体。所述预设距离就是发生碰撞危险的临界距离。
感应装置110向处理单元12实时发送探测数据，处理单元12根据实时接收的探测数据判断机械臂实际的运动轨迹是否产生偏差(即是否与预设的运动轨迹有差异)，若机械臂实际的运动轨迹产生偏差，且偏差超出预设偏差范围，则处理单元12确定机械臂可能会碰撞物体。正常情况下，机械臂按照预设的运动轨迹运动在一定范围内应该不会探测到障碍物，因此当探测到障碍物时，说明机械臂的运动轨迹可能产生了偏差，那么根据接收到的距离数据可以得到实际的运动轨迹的偏差，判断该偏差是否在预设的可允许的偏差范围内，若否也可以说实际的运动轨迹可能产生了较大的偏差，那么机械臂继续运动就有可能会碰撞物体。
控制单元13，用于在处理单元12确定机械臂可能会碰撞物体时控制所述机械臂停止运动或改变所述机械臂的运动轨迹。
本实施例中，结合参考图1和图2，机械臂的臂部21后端连接机械马达14，控制单元13按照预设的运动轨迹控制机械马达14，以驱动机械臂按照预设的运动轨迹运动。当处理单元12确定机械臂可能会碰撞物体时，向控制单元13发送警示信号，控制单元13接收到警示信号后，控制机械马达14停止驱动机械臂，以使机械臂停止运动。
在其他实施例中，当处理单元12确定机械臂可能会碰撞物体时，处理单元12根据物体与机械臂的距离合理地调整预设的运动轨迹，再将调整后的运动轨迹发送至控制单元13，控制单元13按照调整后的运动轨迹控制机械马达14，以驱动机械臂改变运动轨迹，使机械臂能够避开障碍物。
控制单元13可以是在设备原有的控制机械马达14的单元中增加上述功能，也可以是独立的具有上述功能的单元。
进一步，本实施例的探测单元11还可以包括成像装置，用于获取机械臂周围的图像并传送至处理单元12。处理单元12可以与显示器相连，用于显示成像装置获取的图像和处理单元12的处理结果。为了节省功耗，所述成像装置可以在感应装置110探测到机械臂周围存在物体时再启动，或者是在处理单元12向成像装置发出启动信号后再启动。
本发明实施例的应用于机械臂的防撞系统还可以包括报警单元15，报警单元15可以与处理单元12连接，报警单元15可以用于在所述处理单元12获取所述感应装置110探测到机械臂周围存在物体时发出报警信号，或者，报警单元15也可以用于在所述处理单元12确定机械臂可能会碰撞物体时发出报警信号。报警信号可以是声音信号，也可以是指示灯信号等，或者这些信号的组合。
当机械臂发生异常报警，即报警单元15发出报警时，设备人员抵达现场处理，查看处理单元12的处理结果，也可以通过成像装置获取的图像，查看阻挡机械臂的障碍物是什么，有助于设备人员快速确认故障原因。
基于上述的应用于机械臂的防撞系统，本发明实施例的应用于机械臂的防撞方法，如图3所示，包括：步骤s21，利用安装于机械臂的感应装置在所述机械臂运动过程中探测机械臂周围的物体；步骤s22，根据所述感应装置的探测结果和机械臂的运动轨迹判断机械臂碰撞物体的可能性；步骤s23，在确定机械臂可能会碰撞物体时控制所述机械臂停止运动或改变所述机械臂的运动轨迹。
本实施例中，根据所述感应装置的探测结果和机械臂的运动轨迹判断机械臂碰撞物体的可能性可以包括以下至少一种判断机制：当所述感应装置探测到机械臂附近有物体时，根据机械臂当前的运动方向判断机械臂继续运动是否可能碰撞到该物体；当所述感应装置探测到机械臂附近有物体时，测量物体与机械臂的距离，根据所述距离和机械臂当前的运动方向判断机械臂继续运动是否可能会碰撞到该物体；根据所述感应装置实时的探测数据判断机械臂实际的运动轨迹是否产生偏差，根据所述偏差判断机械臂是否可能会碰撞物体。
进一步，本实施例的应用于机械臂的防撞方法还可以包括：利用安装于机械臂的成像装置获取机械臂周围的图像，所述成像装置可以在所述感应装置探测到机械臂周围存在物体时启动。在所述感应装置探测到机械臂周围存在物体时发出警报或者在确定机械臂可能会碰撞物体时发出警报。警报用于提醒设备人员机械臂，设备人员抵达现场处理，结合感应装置获取的探测数据和成像装置获取的图像数据，排查和确认故障原因，如：查看阻挡机械臂的障碍物是什么，确认机械臂的运动轨迹是否发生偏差，导致机械臂的运动轨迹偏差的原因是什么等。
本发明实施例的应用于机械臂的防撞方法各步骤的具体实施可以对应参考上述应用于机械臂的防撞系统的实施，在此不再赘述。
本发明虽然已以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。