自主移動機器人聯(lián)手芯片制造，助力中國半導體行業(yè)全速發(fā)展

2024-01-28

自主移動機器人是面向半導體生產的工業(yè)物流解決方案。移動機器人主要由驅動、調度和導引三大部分組成，最主要的成本集中于減速器、伺服系統(tǒng)、控制器等核心零部件上。在半導體行業(yè)中晶圓制造、芯片封測等需要無塵封閉環(huán)境，這時候人力在這方面就很不適用。通過移動機器人完成物流自動化改造，實現(xiàn)工廠的智能化升級，正成為半導體廠商的普遍選擇。

自主移動機器人可以24小時工作、柔性調度等特點同時，移動操作機器人在搬運基礎上可自動上下料，打通整場的物質流和數(shù)據(jù)流，有效保證良率、提高產能?？刂破鲗τ谝苿訖C器人是核心，他需要完成定位、導航、避障、建圖、識別、跟蹤等多種功能，具有豐富的軟硬件接口。在生產環(huán)境中，可單機運行，也可實現(xiàn)機器人集群協(xié)同調度，支持與工業(yè)生產管理系統(tǒng)快速對接。

然而，半導體精密的生產條件也對移動機器人提出了極高的要求。首先，由于行業(yè)特性，移動機器人自身的潔凈度需要極高。其次，對于半導體行業(yè)中的晶圓片昂貴易碎，這就要求移動機器人在搬運、存放晶圓盒時必須做到精準和穩(wěn)定。此外，半導體生產工序繁多、設備布局集中，自主移動機器人需要在各工序之間頻繁、重復、穩(wěn)定地進行轉運工作，就需要機器人擁有足夠穩(wěn)定的運行速度以及精確到毫米級別的定位精度，對移動機器人提出了很高的要求。

自主移動機器人打造出對應的樣機產品，需要進行不斷地迭代升級，在場景與產品性能中找到最佳平衡點應用晶圓盒搬運機器人實現(xiàn)晶圓盒精準上下料及搬運，可以節(jié)省大量人力，減小無塵車間污染帶來的風險，提升了良品率，同時避免人工搬運帶來的損壞問題，且減少操作員大部分無效行走，極大提高自主移動機器人的效率。

將移動機器人結合半導體場景做到極致性能，不是一件易事。首先要保障晶圓盒抓取和上下料的絕對精準。OW系列在機械臂的末端執(zhí)行部分搭配超聲波傳感器、3D視覺、在位檢測器、儲位鎖等多種傳感器，多重感知防護保證抓取作業(yè)的穩(wěn)定。

超聲波傳感器靈敏度高、穿透力強、受環(huán)境影響弱，有效防止抓取疊料產生的晶圓盒磕碰的情況，同時檢測人工搶料的情況。視覺定位算法通過定位補償策略，保障晶圓盒放入料口時與loadport的方向絕對平行，保障晶圓盒與設備之間的安全距離，避免因放入角度不恰當、狹小環(huán)境等因素導致設備與晶圓盒產生碰撞的風險。夾爪末端還搭載有末端在位檢測傳感器，在運動過程中實時檢測晶圓盒在夾爪上的固定狀態(tài)，一旦在位檢測傳感器觸發(fā)，末端執(zhí)行器立即緊急停止作業(yè)。

在抓取過程中，超聲波傳感器、視覺定位相機、在位檢測器等傳感器模塊將進行持續(xù)的實時監(jiān)測，只有三大模塊均無報錯情況，機械臂才會執(zhí)行相應操作，保障晶圓盒上下料及搬運操作穩(wěn)定安全。

在作業(yè)中，搭載晶圓盒運動的車體保持穩(wěn)定是關鍵。憑借過強的單機性能，有效避免搬運過程中出現(xiàn)振動等情況，同時配有激光雷達、3D視覺、坑洞傳感器等檢測設備，可避免更多突發(fā)情況的產生，最終保證了行駛時的穩(wěn)定可靠。

同時，系列的激光雷達、視覺、坑洞檢測等模塊均為常閉型設置，某一模塊出現(xiàn)異常情況或無法正常啟用時，系列將不會執(zhí)行作業(yè)；只有所有模塊均正常運作，系列才會執(zhí)行作業(yè)，做到全方位的保障。根據(jù)客戶現(xiàn)場存在的更多現(xiàn)狀，系列產品還設有更多的特定功能模塊，保證了在諸多情況下產品的正常運作、物料的安全無恙。

目前，在驅動控制器、調度系統(tǒng)以及激動導航傳感器等核心部件上，國際品牌占據(jù)主要市場，雖然無法實現(xiàn)對我國移動市場的直接壟斷，卻能利用關鍵技術優(yōu)勢對我國企業(yè)形成牽制。在疫情期間國外核心零部件的供貨周期變長、價格提升，對移動機器人項目的按時交付以及企業(yè)利潤都帶來影響。

長遠來看，上游成本限制將持續(xù)影響產業(yè)擴張水平。隨著中國移動機器人行業(yè)規(guī)模的不斷擴大，要實現(xiàn)高質量發(fā)展，必須自立自強，保障產業(yè)鏈供應鏈自主可控和安全穩(wěn)定，核心零部件技術的突破成為重中之重。當前，很多國內企業(yè)都在加快自主研發(fā)，實現(xiàn)核心零部件技術迭代優(yōu)化，加速國產化進程。

此外，機器視覺、人工智能等技術正在與移動機器人密切結合，使其不僅具有末端精確檢測與定位的能力，還具有對其車載機械臂等執(zhí)行機構的實時調整能力，這種復合機器人將給未來行業(yè)發(fā)展帶來更大空間。