JP5118896B2 - 搬送ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、搬送ロボットシステムに関して、搬送における教示位置のずれ量を補正する技術に関する。

従来、例えば液晶基板等のワークをカセットからワークステーションへ搬送する搬送ロボットは公知である。搬送ロボットは、ベースと、回転駆動、上下駆動及び伸縮可能に連接される複数のアームと、被搬送物を保持するハンドとで構成される。ロボットコントローラは、搬送ロボットのアームの各駆動部を制御することで、ワークをハンドに載置し、カセットからワークステーションへ搬送する。搬送ロボットシステムは、1台の搬送ロボットと、この搬送ロボットを制御するロボットコントローラからなるシステムをいう。

ワークは、搬送ロボットによって、正確な教示位置に搬送されることが要求される。
例えば、ハンドのワークを載置する基準位置と、ワークの実際の載置位置（実載置位置）とには、ずれが生じる場合がある。この課題を解決するために、ワークのハンドに対するアライメント機能（載置位置補正手段）が公知となっている。アライメント機能とは、搬送ロボットのワーク搬送中において、ワークステーション内に設けられたセンサー上にワークを通過させてハンドの基準位置に対するワークのずれ量を確認し、このずれ量をフィードバックして位置補正する機能である。
特許文献１は、このアライメント機能を用いて搬送速度及び加速度を最適化する搬送ロボットシステムを開示している。
特開２００１−２２４２３号公報

近年、搬送するワークが大型化し、重量も増加している。また、それに伴い、搬送ロボットのアーム長さも長くなっている。そのため、搬送中の搬送ロボットのアームにたわみが生じることで、教示位置にずれが生じることがある。このアームのたわみによるずれ量は、前述するアライメント機能では検出することができない。
そこで、解決しようとする課題は、簡易な構成で、アームのたわみによる教示位置のずれ量を補正できる搬送ロボットシステムを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ワークを載置保持するハンドと、前記ハンドを変位可能に構成されるアームと、前記ハンドに対するワークの基準載置位置と実載置位置との差分を検出する載置位置差分検出手段と、前記載置位置差分検出手段により検出された載置位置差分を補正すると共に前記アームのたわみによる実位置と教示位置との差分を補正する教示位置補正手段と、を有する搬送ロボットシステムにおいて、前記ハンドに備えられる加速度センサーと、搬送過程において前記加速度センサーによって検出される実加速度と予め指示された教示加速度との差分を算出する加速度差分算出手段と、を具備し、前記教示位置補正手段は、前記アームのたわみによる実位置と教示位置との差分を補正する場合に、前記加速度差分算出手段により検出された加速度差分の積算値が設定値を超えると、積算値がゼロになる方向に教示加速度を補正して、実位置を教示位置に補正するものである。

請求項２においては、請求項１記載の搬送ロボットシステムにおいて、前記載置位置差分を、前記載置位置差分検出手段によって載置位置差分を検出するときの前記加速度センサーによって検出される加速度に基づいて補正するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、加速度センサーによって検出される加速度と予め指示された教示加速度とから、アームのたわみによる実位置と教示位置とのずれ量を検出し、実位置を教示位置に補正することができる。つまり、加速度センサーを設けるのみの簡易な構成によって、アームのたわみによるずれを補正できる。

請求項２においては、載置位置差分検出手段による載置位置計測時に、搬送ロボットを定速又は停止する必要がないため、搬送ロボットの作業時間を可及的に短縮できる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る搬送ロボットシステムの全体的な構成を示す平面構成図、図２は同じく搬送ロボットの全体的な構成を示す斜視構成図、図３は同じく載置位置検出手段を示す平面構成図である。図４は同じくアームのたわみによるハンドの教示位置に対するずれを示すグラフ図、図５は同じくハンドの加速度差分を示すグラフ図、図６は同じくロボットコントローラの構成を示す構成図である。図７は同じく載置位置補正制御のタイムチャートを示すグラフ図、図８は同じくｘ成分の誤差テーブルを示すテーブル図である。

まず、図１を用いて、本実施例である搬送ロボットシステム１について、簡単に説明する。
図１に示すように、搬送ロボットシステム１は、搬送ロボット１０によりカセット４からワークセット位置３に向かって、ワーク６を搬送するシステムである。本実施例のワーク６は、液晶ＦＰＤ用基板としている。つまり、ワーク６は、１辺が３〜４ｍ以上の基板である。一方、カセット４は、複数枚のワーク６を上下平行に収容できる棚状のケースである。他方、ワークセット位置３は、ワーク６を次工程へ移すために一時載置するステーション位置である。
また、搬送ロボットシステム１は、搬送ロボット２の搬送途上において、載置位置検出手段としてのアライメント装置５を備えている。このアライメント装置５について、詳しくは後述する。
このような構成とすることで、搬送ロボットシステム１は、カセット４に収容されるワーク６を取り出し、アライメント装置５上を通過してワークセット位置３まで搬送する。

次に、図２を用いて、搬送ロボット１０について、詳細に説明する。
図２に示すように、搬送ロボット１０は、ロボットコントローラシステム２０によって制御され、搬送作業を行う。
ロボットコントローラシステム２０は、制御のための指令値又は設定値等を出力できるモニター２１を備えている。
搬送ロボット１０は、円筒座標系のロボットであり、直円筒形のベース１７と、ベース１７の上端に回転駆動および上下駆動可能に装着された第１アーム１６と、該第１アーム１６の延出端に回転駆動可能に装着された第２アーム１５と、第２アーム１５の延出端に回転駆動可能に装着されて、ワーク６（図示略）を保持するハンド１２とで構成されている。

アーム１５・１６及びハンド１２を動かすアクチュエータ１８・１９は、モータ等で構成され、それぞれ回動軸部に配置されている。アクチュエータ１８・１９は、モータドライブ（図示略）を介してロボットコントローラ２５から送られてきた指令信号（駆動信号）に基づいて駆動される。
ハンド１２は、ワーク６を下支えする長尺状のフォーク１３と、これらフォーク１３の基端部を支持するホルダ１４とで構成される。ホルダ１４は、四角箱型を呈しており、その一側面から複数本のフォーク１３が片持ち状に張り出し形成されている。ここで、特記すべき事項として、本実施例のホルダ１４は、側面に加速度センサー２４が取り付けられている。なお、加速度センサー２４の取り付け位置は、本実施例に限定されることなく、ホルダ１４のどの位置であっても良い。

次に、図３を用いて、載置位置差分検出手段としてのアライメント装置５について、詳細に説明する。
図３に示すように、ワーク６は、ハンド１２に載置して搬送される。このとき、ワーク６は、教示位置（本実施例ではワークセット位置３）に向かって左右方向（ｘ方向）及び前後方向（ｙ方向）に対して載置すべき基準位置である載置基準位置Ｆ´が定められている。
しかし、実際には、ワーク６は、載置基準位置Ｆ´よりもずれて載置され搬送されることもある。例えば、図３では、ワーク６は、ｘ方向にΔｘ、ｙ方向にΔｙずれて載置（実載置位置Ｆ）されている。アライメント装置５は、このようなワーク６の実載置位置Ｆと載置基準位置Ｆ´とのずれ量を検出する装置である。

図３に示すように、本実施例のアライメント装置５は、１つのｘ方向を検出する位置センサー２３ｘと、２つのｙ方向を検出する位置センサー２３ｙとから構成されている。これらの位置センサー２３ｘ・２３ｙは、それぞれに投光素子と受光素子とが設けられ、投光素子から可視光や赤外線光のセンサー光を略水平に照射し、受光素子にて反射光を受光するミラー反射型の光電スイッチ（光電センサー）が用いられる。位置センサー２３ｘは、ハンド１２において、左右端側に配置されるフォーク１３・１３のホルダ１４の根元部に配置されている。位置センサー２３ｙは、別置された前記アライメント装置５に配置されている。

このような構成とすることで、ロボットコントローラ２５は、ワーク６の搬送中においてアライメント装置５を通過させることで、ワーク６の実載置位置Ｆと載置基準位置Ｆ´とのずれ量ΔＦを検出できる。そして、ロボットコントローラ２５は、後述する教示位置補正手段２６によって、検出されたずれ量ΔＦを補正することができる。
このようにして、ロボット搬送システム１は、ハンド１２に対するワーク６の載置位置ずれに係らず、ワークセット位置３に正確にワーク６をセットできる。なお、位置センサー２３ｘ・２３ｘ及び位置センサー２３ｘ・２３ｙを用いることで、ワーク６の基準載置位置Ｆ´よりの角度ずれ量も検出できる。この角度ずれ量の検出については、詳細説明は省略する。以上のアライメント装置５は公知技術である。

次に、図４を用いて、アーム１５・１６のたわみによる教示位置のずれについて、詳細に説明する。なお、以下では前述する載置位置ずれ量ΔＦは考慮しないものとする。
図４に示すように、搬送ロボット１０は、開始位置Ａから教示位置Ｂ´に向かって、教示点Ｍを経由してワーク６を搬送すると想定する。ここで、教示点とは、開始位置Ａから教示位置Ｂ´までの間に予め分かっている外乱を考慮して教示位置Ｂ´に確実に到達できるように、少なくとも一つ（実際は複数）設定される点である。
しかし、実際には、教示位置Ｂ´に対して実位置Ｂとなるように、教示位置Ｂ´と実位置Ｂとにはずれが生じる。これは、アーム１５・１６のたわみを原因とする教示軌道Ｒ´（図４における破線）と実軌道Ｒ（図４における実線）とのずれによるものである。このようなアーム１５・１６のたわみは、ワーク６が大型化するほど顕著となる。
図４は、説明を分かり易くするために、教示軌道Ｒ´及び実軌道Ｒを３次元（ｘ、ｙ、ｚ）空間によって示している。また、教示位置Ｂ´と実位置Ｂとのずれ量をΔＲとしている。

次に、図５を用いて、アーム１５・１６のたわみによる教示加速度ａ´のずれについて、詳細に説明する。
ここで、教示加速度ａ´は、前記教示軌道Ｒ´に沿ってワーク６を搬送する基準の加速度である。つまり、教示加速度ａ´は、ロボットコントローラ２５によって搬送ロボット１０に指示された加速度である。一方、実加速度ａは、前記加速度センサー２４によって検出される実際のアーム１５・１６の加速度すなわちワーク６を搬送する加速度である。前述するように教示位置Ｂ´と実位置Ｂとのずれ量ΔＲが存在するのと同様に、教示加速度ａ´と実加速度ａとにもずれ量Δａが存在する。

図５は、教示加速度ａ´と実加速度ａをそれぞれ３次元（ｘ、ｙ、ｚ）成分に区分けし、教示加速度ａｘ´、ａｙ´、ａｚ´（図５における破線）と実加速度ａｘ、ａｙ、ａｚ（図５における実線）として図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示している。
図５に示すように、３次元（ｘ、ｙ、ｚ）成分に区分けされたそれぞれの教示加速度ａ´と実際加速度ａとにはずれが生じる。このずれ量Δａ（Δａｘ、Δａｙ、Δａｚ）は、ΔＲと同様にアーム１５・１６のたわみを原因とするものである。なお、図５は、搬送時間を微小区間に区切って、ずれ量Δａ（Δａｘ、Δａｙ、Δａｚ）をステップ状に示している。

次に、図６を用いて、ロボットコントローラシステム２０について説明する。
図６に示すように、ロボットコントローラシステム２０は、ロボットコントローラ２５、教示位置補正手段２６、及び加速度差分算出手段２７、計測誤差算出手段２８を備えている。教示位置補正手段２６、及び加速度差分算出手段２７、計測誤差算出手段２８は、ロボットコントローラ２５に接続されている。また、位置センサー２３及び加速度センサー２４は、ロボットコントローラ２５に接続されている。
ロボットコントローラ２５は、教示されたルート及び速度を記憶し、ワーク６を教示加速度ａ´に基づいて搬送するように、各駆動部に駆動信号を送る装置である。
加速度差分算出手段２７は、前記加速度センサー２４によって検出される実加速度ａと教示加速度ａ´のずれ量Δａを算出する手段である。具体的には、算出される加速度ずれ量Δａは、開始位置から算出位置までの搬送時間を微小区間に区切って積算した積算量とする。
教示位置補正手段２６は、ハンド１２の実位置Ｂを教示位置Ｂ´に補正するようにハンド１２（ワーク６）を移動する手段である。
計測誤差算出手段２８については、詳しくは後述する。

このような構成とすることで、ロボットコントローラ２５は、教示位置Ｂ´において、アーム１５・１６のたわみによるずれ量ΔＲを補正できる。
すなわち、ロボットコントローラ２５は、教示位置Ｂ´近傍において、加速度差分算出手段２７によって算出される加速度ずれ量ΔａをΔＲに変換する。ΔＲとΔａは相関があるため、同じ搬送ロボット１０であれば一意に求められる。ロボットコントローラ２５は、教示位置補正手段２６によって、実位置Ｂを教示位置Ｂ´に補正する制御を行う。

また、上述の構成とすることで、ロボットコントローラ２５は、実軌道Ｒにおいて、常時、アーム１５・１６のたわみによるずれ量ΔＲを補正できる。
すなわち、教示位置補正手段２６は、前記実加速度ａと教示加速度ａ´のずれ量Δａを積算した値が設定値を越えると、ゼロとなるように（教示加速度に近づくように）ハンド１２（ワーク６）の加速度を補正する。つまり、ハンド１２が教示軌道Ｒ´からずれて、設定したずれ量Δａの積算値が設定値以上となると、教示加速度ａ´を補正して教示した教示軌道Ｒ´上をワーク６が搬送されるように補正する。具体的には、ずれ量Δａｘがプラス側にずれて積算値が設定値以上となると、この積算値がゼロとなる方向（マイナス側）に教示加速度ａ´を補正し、教示した軌道に戻す。

さらに、上述の構成とすることで、ロボットコントローラ２５は、例えば、実軌道Ｒ上の教示点Ｍにおいて、アーム１５・１６のたわみによるずれ量ΔＲを補正できる。
すなわち、教示位置補正手段２６は、教示点Ｍにおいて、前記実加速度ａと教示加速度ａ´のずれ量Δａを積算した値が設定値を越えると、ゼロとなるように（教示加速度に近づくように）ハンド１２（ワーク６）の加速度を補正する。つまり、各教示点Ｍにおいて、ハンド１２が教示軌道Ｒ´からずれて、設定したずれ量Δａの積算値が設定値以上となると、教示加速度ａ´を補正して教示した教示軌道Ｒ´上をワーク６が搬送されるように補正する。

なお、上述のたわみによるずれ量ΔＲを補正すると同時に、前述するように、ロボットコントローラ２５は、アライメント装置５により算出される載置位置ずれ量ΔＦに基づいて、教示位置補正手段２６によって教示位置Ｂ´を補正する制御を行うことも可能である。

このようにして、加速度センサー２４によって検出される実加速度ａとロボットコントローラ２５によって搬送ロボット１０に指示される教示加速度ａ´とよりアーム１５・１６のたわみによる教示位置のずれ量ΔＲを検出し、実位置Ｂを教示位置Ｂ´に補正することができる。つまり、加速度センサー２４をハンド１２に取り付けるのみの簡易な構成によって、アーム１５・１６のたわみによるずれ量ΔＲを補正できる。

次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて、本実施例の搬送ロボットシステム１を用いる別実施例について、詳細に説明する。
図７（ａ）は、前述したように、搬送ロボット１０は、開始位置Ａから教示位置Ｂ´に向かって、ワーク６を搬送する速度変化を示すグラフである。図７（ａ）は、横軸を時系列ｔとして縦軸に速度変化ｖを示している。また、図７（ａ）中の区間ｔａは、前記アライメント装置５を通過する時間である。
アライメント装置５での計測は、計測対象（ワーク６）が加速度運動している場合には、計測誤差を伴う。そこで、図７（ａ）で示すように、搬送ロボット１０は、アライメント装置５を通過する際には一定速度を保ち通過している。すなわち、従来、搬送ロボットシステム１は、アライメント装置５において計測誤差が最小となるように、加速度を０としてワーク６を搬送している。

本実施例では、前記加速度センサー２４によって、ハンド１２の実加速度ａが検出可能である。また、図８に示すように、前記計測誤差算出手段２８（図６参照）には、各成分（ｘ、ｙ）の誤差テーブル２８ｘ・２８ｙがロボットコントローラ２５によって搬送ロボット１０に指示されている（図８ではｘ成分の誤差テーブル２８ｘを示している）。
そこで、本実施例では、区間ｔａの加速度変化σａに基づいて、アライメント装置５の載置位置計測時の位置計測誤差（σｘ、σｙ）を補正することができる。そのため、搬送ロボット１０は、アライメント装置５を加速して通過することができる。
具体的には、例えば、ｘ方向の補正については、予め指示された誤差テーブル２８ｘに基づいて、アライメント装置５を通過する際のｘ成分の加速度変化σａｘに基づいてｘ方向の誤差σｘを算出する。ロボットコントローラ２５は、σｘに基づいて、位置センサー２３ｘにより検出されるΔｘを補正する。

このようにして、アライメント装置５の載置位置計測時に、搬送ロボットを定速又は停止する必要がないため、搬送ロボット１０の作業時間を可及的に短縮できる。

本発明の実施例に係る搬送ロボットシステムの全体的な構成を示す平面構成図。 同じく搬送ロボットの全体的な構成を示す斜視構成図。 同じく載置位置検出手段を示す平面構成図。 同じくアームのたわみによるハンドの教示位置に対するずれを示すグラフ図。 同じくハンドの加速度差分を示すグラフ図。 同じくロボットコントローラの構成を示す構成図。 同じく載置位置補正制御のタイムチャートを示すグラフ図。 同じくｘ成分の誤差テーブルを示すテーブル図。

符号の説明

１ 搬送ロボットシステム
５ アライメント装置
６ ワーク
１０ 搬送ロボット
１２ ハンド
１５ アーム
１６ アーム
２０ ロボットコントローラシステム
２３ 位置センサー
２４ 加速度センサー
２５ ロボットコントローラ
２６ 教示位置補正手段
２７ 加速度差分算出手段
２８ 計測誤差算出手段
Ｆ 基準載置位置
Ｆ´ 実載置位置
Δｘ ｘ方向の載置位置ずれ量
Δｙ ｙ方向の載置位置ずれ量
Ａ 開始位置
Ｂ´ 教示位置
Ｂ 実位置
Ｒ´ 教示軌道
Ｒ 実軌道
Ｍ 教示点
ΔＲ 教示位置と実位置のずれ量
ａ´ 教示加速度
ａ 実加速度
Δａ 加速度ずれ量

Claims (2)

1. ワークを載置保持するハンドと、
   前記ハンドを変位可能に構成されるアームと、
   前記ハンドに対するワークの基準載置位置と実載置位置との差分を検出する載置位置差分検出手段と、
   前記載置位置差分検出手段により検出された載置位置差分を補正すると共に前記アームのたわみによる実位置と教示位置との差分を補正する教示位置補正手段と、
   を有する搬送ロボットシステムにおいて、
   前記ハンドに備えられる加速度センサーと、
   搬送過程において前記加速度センサーによって検出される実加速度と予め指示された教示加速度との差分を算出する加速度差分算出手段と、
   を具備し、
   前記教示位置補正手段は、前記アームのたわみによる実位置と教示位置との差分を補正する場合に、前記加速度差分算出手段により検出された加速度差分の積算値が設定値を超えると、積算値がゼロになる方向に教示加速度を補正して、実位置を教示位置に補正する、
   ことを特徴とする搬送ロボットシステム。
2. 請求項１記載の搬送ロボットシステムにおいて、
   前記載置位置差分を、前記載置位置差分検出手段によって載置位置差分を検出するときの前記加速度センサーによって検出される加速度に基づいて補正する、
   ことを特徴とする搬送ロボットシステム。