JPH0271985A - マニピユレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマニピュレータに係り、特にクリーンルームに
配置されているエアフィルタ（ＨＥＰＡフィルタ）のリ
ーク試験やクリーンルーム内の空気清浄度試験を無人で
行うクリーンルーム用計測ロボットに使用するマニピュ
レータに関する。

〔従来の技術〕

クリーンルームの天井面あるいは壁面に配置されている
ＨＥＰＡフィルタについては、−船釣に、フィルタ面か
らフィルタ材を通過しない空気が漏れているか否か、フ
ィルタ取付枠の周辺部分の継目から空気が漏れているか
否か等のリーク試験を行う必要がある。このリーク試験
を人手にょって行おうとすると、作業者が一定の速度（
５ｃｍ／ｓｅｃ以下）で試料採取管（プローブ）とフィ
ルタとの間隔を所定距離（２，５Ｃｍ以内）に保持して
フィルタ全面を走査する必要があり、このため作業者に
不自然な姿勢を長時間要求することになる。また、上記
プローブを用いてクリーンルーム内の空気清浄度試験も
行うが、人間はクリーンルーム内での最も大きな発塵源
であるため、測定精度が悪化すると共に、クリーン度維
持に悪影響を及ぼす。

このため、従来では、自律走行する無人走行台車を用い
てリーク試験や清浄度試験を行う検査装置が提案されて
いる。この検査装置は、走行床面にガイドラインを設け
、このガイドラインをセンサで検出しながら無人走行台
車をガイドラインに沿って走行させてフィルタ直下で停
止させ、イメージセンサでフィルタの存在を検出し、昇
降動作するＸ−Ｙテーブルとフィルタ枠との位置合せを
しだ後Ｘ−Ｙテーブルに設けられたプローブでフィルタ
面を走査してリーク試験等を行うものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の検査装置ではプローブを移動させ
るマニピュレータとしてＸ−Ｙテーブルを用いているた
め、マニピュレータが平板状となることから可搬性が悪
い、という問題があった。

本発明は上記問題点を解決すべく成されたもので、可搬
性の良好なマニピュレータを提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、円柱座標のＺ軸方
向に延在しかつＺ軸回りに回転可能に設けられた第１の
アームと、前記第１のアームを回転させる第１の駆動装
置と、前記第１のアームに摺動自在に設けられたガイド
部材と、前記ガイド部材を前記第１のアームに沿って摺
動させる第２の駆動装置と、前記Ｚ軸と直交する方向に
延在しかつ前記Ｚ軸と直交する方向に摺動自在に前記ガ
イド部材に設けられた第２のアームと、前記第２のアー
ムを前記Ｚ軸と直交する方向に摺動させる第３の駆動装
置と、を含んで構成したものである。

本発明では第１のアームを非磁性体の円筒部材で構成し
、前記第２の駆動装置を、前記円筒部材内に収容された
第１のマグネットと、前記第１のマグネットを前記円筒
部材の軸方向に移動させる移動装置と、前記第１のマグ
ネットと対向するように前記ガイド部材に固定された第
２のマグネットとで構成することができる。

〔作用〕

本発明のマニピュレータは円柱座標系であり、第１のア
ームに摺動自在に設けられたガイド部材に、第１のアー
ムと直交するガイド部材が摺動自在に設けられているた
め、第２の駆動装置によってＺ座標、第１の駆動装置に
よってθ座標、第３の駆動装置によってＲ座標を決定す
ることができる。

また、第１のアームを非磁性体の円筒部材で構成し、こ
の円筒部材に第１のマグネットを収容すると共にこのマ
グネットに対向するように第２のマグネットをガイド部
材に固定し、第１のマグネットを移動すれば吸引力によ
って第２のアームを２軸方向に移動することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、２本のアームでマ
ニピュレータを構成しているため可搬性が良好になり、
またマグネットで駆動するようにすればエアシリンダの
場合と比較して発塵性を低下することができる、という
効果が得られる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図（１）、（２）及び（３）に示すように、一対の
駆動輪１８及び一対の自在輪２０を備えた自律移動する
無人走行台車１０の上面側には、鉛直線口りに回転可能
な鉛直アーム４８と鉛直アームに取付けられて水平方向
及び鉛直方向に移動自在とされた水平アーム５０とを直
交するように配置した円筒座標マニピュレータ１２、即
ち３自由度のマニピュレータが取付けられている。円筒
座標マニピュレータ１２の水平アーム５０先端部には、
リーク試験用のプローブ１４及び清浄度試験用のプロー
ブ１６が固定されている。プローブ１４の先端部には接
触センサ２２が取付けられており、基端部はフレキシブ
ルバイブ２４を介して無人走行台車１０内に配置された
吸引機を内蔵した除度計（図示せず）に接続されている
。フレキシブルバイブ２４は、プローブ１４から取外し
てプローブ１６と接続することが可能である。また、清
浄度測定用のプローブ１６には温度及び湿度を検出する
温湿度センサ２６、気流を検出するための風速センサ２
８および計測対象物までの変位を測定するレーザ変位セ
ンサ２９が取付けられている。この無人走行台車１０の
上面には緊急時に無人走行台車１０を停止させるための
緊急停止ボタン３２が設けられている。なお、３０は配
線である。

上記駆動輪１８は、第２図（１）、（２）に示すように
、鉛直方向に延在された鉛直軸３８の軸回りに回転可能
に支持された車軸３４に取′付けられている。この車軸
３４はかさ歯車３１を介してサーボモータ３６の駆動軸
に連結されている。従って、サーボモータ３６を回転さ
せることにより駆動輪１８は車軸３４の軸回りに回転さ
れる。鉛直軸３８は、その基端部が走行台車のシャーシ
１１に固定されて鉛直方向に延在されており、その中間
部はウオーム歯車４０およびかさ歯車３３を介してサー
ボモータ４２の駆動軸と連結されている。上記駆動輪１
８、車軸３４、かさ歯車３１．３３、ウオーム歯車４０
およびサーボモータ３６．４２は１つのハウジングに取
付けられている。従って、サーボモータ４２を回転させ
ることによりハウジングが鉛直軸３８回りに回転し、こ
れによって駆動輪１８とサーボモータ３６．４２とが一
体になって水平面内で回転する。なお、サーボモータ３
６、サーボモータ４２の各々には駆動輪１８の回転位置
を検出するためのロークリエンコーダ４１（第７図）及
び無人走行台車１０の走行距離を検出するためのロータ
リエンコーダ３５　（第７図）が取付けられている。自
在輪２０は、キャスター等で構成され、鉛直線回りに回
転可能に無人走行台車１０に取付けられた支持体４４の
先端に回転可能に取付けられている。このように、無人
走行台車１０に一対の駆動輪１８と一対の自在輪２０と
が設けられているため、サーボモータ４２を回転させて
駆動輪１８の水平面内での向きを制御した後駆動輪１８
を回転することにより無人走行台車１０を任意の直線方
向に移動させると共に回転運動を行わせることができる
。

次に、第３図及び第４図（１）、（２）、（３）を参照
して円筒座標マニピュレータ１２を詳細に説明する。鉛
直アーム４８は、一対の非磁性体のステンレスバイブ４
９を平行配置すると共に両端部を固定部材５３で固定す
ることにより構成されている。固定部材５３の各々には
、プーリ５４が回転可能に収容されており、このプーリ
５４間には１対のステンレスバイブ４９内を貫通するよ
うに設けられた無端タイミングベルト５６が掛は渡され
ている。このタイミングベルト５６にはステンレスバイ
ブ４９内に収容された可動マグネット５８が取付けられ
ている。鉛直アーム４８の基端部は無人走行台車１０に
穿設された貫通孔４６を貫通して無人走行台車１０内に
突出するように設けられている。そしてこの鉛直アーム
４８の基端部はサーボモータ６２の駆動軸に連結されて
いる。

従って、サーボモータ６２を回転させることにより鉛直
アーム４８は鉛直線回りに回転することが可能である。

また、無人走行台車ｌｏ内に突出したプーリ５４の回転
軸には、駆動軸がサーボモータ６２の駆動軸と直交する
ように配置されたサーボモータ（図示せず）の駆動軸が
連結されている。

従って、このサーボモータを回転することにより可動マ
グネット５８はステンレスバイブ４９内で鉛直方向に移
動することが可能である。

鉛直アーム４８に対して摺動可能なようにガイド部材５
２が取付けられている。このガイド部材５２には、鉛直
アーム４８の一方のステンレスバイブ４９を挟み且つス
テンレスパイプ４９内の可動マグネット５８に対向する
位置に一対の固定マグネット６０が固定されている。こ
の可動マグネット５８及び固定マグネッ）６０は両者間
に吸弓力が作用するように磁極の向きが定められている
。

ガイド部材５２には、鉛直アーム４８と直交し且つガイ
ド部材５２に対して摺動自在なように水平アーム５０が
取付けられている。この水平アーム５０は一対の炭素繊
維バイブ５１を平行配置し両端を固定部材で固定するこ
とにより構成されている。アームを炭素繊維バイブで＋
ａ成することにより軽量化が可能である。従って、上記
で説明したように可動マグネット５８を鉛直方向に移動
すると吸引力によって固定マグネット６０が可動マグネ
ット５３と共に鉛直方向に移動し、これによって水平ア
ーム５０を鉛直方向に移動させることができる。ガイド
部材５２の固定マグネット６０取付側と反対の側には、
第１図及び第４図に示すようにサーボモータ６４が取付
けられている。このサーボモータ６４の回転軸には、ガ
イド部材５２に形成された溝６８を貫通して一方の炭素
繊維バイブ５１に接触押圧されるようにゴムローラ等で
構成された駆動伝達プーリ６６が取付けられている。炭
素繊維バイブ５１はガイド部材５２に対して摺動自在な
ため、ガイド部材５２に固定さｎたサーボモータ６４に
よって駆動伝達プーリ６６を回転させることにより水平
アーム５０を水平方向に移動させることが可能である。

このマニピュレータ１２を無人走行台車１０に取外し可
能に取付け、運搬時に分解することにより更に搬送し易
くなる。

プローブ１４の先端に取付けられた接触センサ２２は、
第５図に示すようにプローブ１４の先端部近傍に固定さ
れた圧力センサ等から成る複数の触覚センサ７４と、プ
ローブ１４と非接触状態でプローブ１４先端部を囲むよ
うに配置されたリング状の接触子７０と、接触子７０と
触覚センサ７４の各々とを連結するロッド７２とから構
成されている。この接触子７０に対して上部方向または
側部の全周方向から物体が接触すると接触圧がロッド７
２を介して触覚センサ７４に伝達されるため、上部方向
及び側部全周方向からの接触を感知することができる。

また、触覚センサ７４の個数を増加することにより感度
を増加することもてきる。

茅６図は、円筒座標マニピュレータ１２の３軸（Ｚ軸、
Ｒ軸、θ軸）とフィルタ７６との関係を示すもので２軸
が鉛直方向を向き、且つＲ軸が水平方向を向くように円
筒座標マニピュレータ１２が配置される。そして、円筒
座標マニピュレータ１２の先端部分に取付けられたプロ
ーブ１４を天井面に取付けられたフィルタの直下に配置
し、マニピュレータを制御してプローブ１４先端とフィ
ルタ７６との間隔を２．５ｃｍ程度に保ちながらフィル
タ面を第６図に示されるようにジグザグ状に走査するこ
とによりリーク試験が行われる。なお、Ｚ軸が鉛直方向
を向くようにしたが水平方向またはその他の方向を向く
ようにしてもよい。

第７図は無人走行台車１０内に収容されている制御装置
の概略を示すものである。プローブ１４は、フレキシブ
ルバイブ２４、吸引機９６を内蔵した塵埃計９８に接続
されている。塵埃計９８で検出された磨埃数や各種セン
サで検出された温湿度、気流はマイクロコンピュータ８
５に人力され送受信装置８１からクリーンルーム外部に
設けられている送受信装置にデータ送信される。マイク
ロコンピュータ８５には、接触センサ２２、ロークリエ
ンコーダ３５、ロークリエンコーダ４１、フィルタ配置
データ記憶部９１等が接続されており、マイクロコンピ
ュータ８５は、予め記憶されたプログラムに従って接触
センサ２２、ロークリエンコーダ３５．４１出力等に基
づいてフィルタ配置データ記憶部９１に記憶されている
フィルタ配置情報に対する無人走行台車１０の位置検出
を行い、制動装置７７、駆動輪１８、サーボモータ６２
等を制御して無人走行台車１０およびマニピュレータ１
２を駆動すると共にリーク試験等の各種の試験を行う。

第８図は上記のクリンルーム制御ロボットの自動計測時
に送受信機８１から送信された検出データを解析するた
めの装置を示すものであり、この装置はアンテナ８０を
備えた送受信機７８とハンドベルトコンピュータ８４と
から構成されている。

ハンドベルトコンピュータ８４は、データ等を表示する
ための液晶デイスプレィ８６とデータ等を入力するため
のキーボード８８と外部記憶装置としてのフロッピディ
スクに対してデータを読み書きするためのディスクドラ
イバ９０とを備えている。そして送受信機７８とハンド
ベルトコンピュータ８４とはＲ３−２３２Ｃ（ＥＩＡ規
格）ケーブル８２によって接続されている。

次に、マニュアル操作する操作ボックスについて説明す
る。操作ボックス７８には、第９図に示すように、アン
テナ８７、緊急時に計測ロボットを停止させるための緊
急停止スイッチ１０２、リーク試験（ＬＥＡＫ）と清浄
度試験（ＣＬＥＡＮ）とを選択するだめの選択スイッチ
１０４、自動制御（ＡＵＴＯ）と手動制御（ＭＡＮＵＡ
Ｌ）とを切換えるための切換スイッチ１０６、警報発生
モードにするか否かを決定するための警報モードスイッ
チ１０８、計測ロボットの作動を開始させるだめのスタ
ートスイッチ１１０、計測ロボットと予めフィルタ配置
データ記憶部９１に記憶されている絶対座標として作用
するフィルタ配置情報との原点位置調整を行うための原
点位置調整スイッチ１１２、計測ロボットを停止させる
ためのストップスイッチ１１４、計測ロボットの走行方
向又はマニピュレータの動作を手動で遠隔操作するため
のジョイスティック１１６、ジョイスティック１１６で
遠隔操作する対象を選択するための切換スイッチ１１８
　（ＷＨＥＥＬのとき無人走行台車１０、ＡＲＭのとき
円筒座標マニピュレータ１２）、無人走行台車１０を前
後方向（Ｖ　Ｅ　ＲＴＩＣＡＬ）に走行させるか円筒座
標マニピュレータ１２を２軸方向に移動させるかを選択
するための選択スイッチ１２０、無人走行台車１０を左
右方向（ＨＯＲＩ　ＺＯＮＴＡＬ）に走行させるか円筒
座標マニピュレータ１２をＲ軸方向に移動させるかを選
択するための選択スイッチ１２２、無人走行台車１０を
回転（ＣＩＲＣＬＥ）させるが円筒座標マニピュレータ
１２をθ軸方向に回転させるかを選択するための選択ス
イッチ１２４、電源スィッチ１２６が設けられている。

第１０図（１）、（２）及び第１１図はフィルタ配置デ
ータ記４、α部９１に記憶するためのフィルタ配置情報
を示すものである。フィルタ７６は第１０図に示すよう
にフレーム９２間に掛は渡されて配置され、フレーム９
２で囲まれた１ブロツク内に複数枚（図では４枚）のフ
ィルタが配置される。このフィルタ７６は床面からＨＰ
ｈの位置に取付けられ、フレーム９２の必要箇所には照
明灯９４が取付けられる。この照明灯９４は床面からＯ
Ｂｈの高さにある。従って、１ブロツクのフィルタのＸ
方向の長さＦｘ、ｌブロックのフィルタのＹ軸方向の長
さＦｙ（＝４ＨＰｙ）　、フレーム９２のＸ軸方向の幅
’ｖＶ　ｘ、フレーム９２のＹ軸方向の幅ｗｙを、１単
位として第１１図に示す平面情報として記憶する。なお
、通常の場合、ＦｘＦｘ２＝・・・、Ｆｙ１＝Ｆｙ、＝
・・・Ｗｘ１＝Ｗｘ２　・・・、ＷｙＩ＝Ｗｙ２＝・・
・である。また、この平面情報は絶対座標Ｘ、Ｙで記憶
される。また、フィルタや照明灯の高さ情報も同時に記
憶部９１に記憶される。

第１２図は、リーク試験を行うときのマイクロコンピユ
ータ８５の制御ルーチンを示すものである。まず、ステ
ップ２００では手動モードで計測ロボットをフィルタ７
６の測定開始位置に対応するブロック（第１１図のスタ
ートと表示しであるブロック）に移動する。この状態で
自動モードに切換え、スタートスイッチ１１０をオンす
ると計測ロボットが自動走行してフレーム９２に接触す
るように接触センサ２２を移動させフィルタ７６の概略
位置を検出する（ステップ２０２）。この概略位置は接
触センサ２２をフィルタの輪郭に沿って移動させ、フィ
ルタの短辺と長辺とに対応するフレームの存在を検出す
ることによって検出することができる。そして、このフ
ィルタの概略位置に基づいてフィルタに対する計測ロボ
ットの向き、計測ロボットの現在位置から予め設定され
ているフィルタ測定開始位置までの距離を算出しロータ
リエンコーダ出力に基づいて駆動車を制御することによ
りフィルタ開始位置までロボットを走行させる。すなわ
ち、第１０図（１）に示した測定開始ブロックのフィル
タの長辺に対応するフレ−ムと短辺に対応するフレーム
とを検出して記憶部９１に記憶されている絶対座標と比
較することにより、無人走行台車１０のフィルタに対す
る向きおよび検出したフレームに対する走行台車の現在
位習を判断することができ、従ってどの方向にどれだけ
移動させればフィルタ開始位置にロボットを到達させる
ことができるかを算出することができる。次のステップ
２０４では、フレームの内周に接触センサ２２が接触す
るようにしてフレーム全周に沿って接触センサ２２を移
動させ、接触センサ２２出力に基づいて測定開始ブロッ
クのフレームの各辺に対応する直線を求め、これらの直
線の交点を求めることにより測定開始ブロックのフレー
ムの角部に対応する座標を求めて予め記憶されている測
定開始ブロックのフレームに対応するデータと比較して
ロボットの位置を補正する。

これによって、接触センサ２２によって検出された測定
開始ブロックのフレームの輪郭がフィルタ配置データ記
憶部９１に予め記憶されている測定開始ブロックのフレ
ームの輪郭と一致することになる。次のステップ２０６
では、円筒座標マニピュレータ１２の先端とフィルタ７
６との間隔を所定距離（例えば２．５ｃ＋！＋）に保っ
たまま第６図に示す軌跡に沿ってプローブ１４をジクザ
グ状に走査して吸引機９６によってプローブ１４を介し
て吸引したときの塵埃計９８出力に基づいてリークが発
生しているか否かを判断する。次のステップ２０８では
フィルタ配置データ記憶部９１に予め記ｔ＠されている
、第１１図の破線で示す測定順序を示すデータに基づい
て最後のフィルタのリーク測定か否かを判断し、最後の
フィルタでないときにはステップ２１０において計測用
ロボットを次のフィルタ側定位置に移動した後ステップ
１０２へ戻り、最後のフィルタの計測のときはこのルー
チンを終了する。

なお、無人走行台車１０内に有毒ガス等を検出するガス
センサを設け、クリーンルームの環境測定を行うことに
よりクリーンルームの日常管理用のモニタとして使用す
るようにしてもよく、レーザ変位センサを走行台車とフ
レームとの相対変位から距離を測定するセンサとして使
用してもよい。

また、計測ロボットをスクリーンの直下を走行させる例
について説明したが、マニピュレータが届く範囲であれ
ばスクリーンの直下でｆＬ＜でもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）は計測ロボットの正面図、第１図（２）は
計測ロボットの平面図、第１図（３）は計測ロボットの
側面図、第２図（１）は駆動輪と自在輪とを示す概略図
、第２図（２）は第２図（ｉ）のＩ−１線断面図、第３
図は円筒座標マニピュレータの概略図、第４図（１）は
水平アームと鉛直アームとの交差部分の断面図、第４図
（２）は第４図（１）の■−■線断面図、第４図（３）
は鉛直アームと水平アームとの交差部の斜視図、第５図
は接触センサの概略図、第６図は円筒座標の３軸とプロ
ーブの走査軌跡を示す線図、第７図は計測ロボット内に
収容されている制御回路の概略図、第８図は計測ロボッ
トを遠隔操作すると共にデータを解析するための装置の
斜視図、第９図は操作ボックスの平面図、第１０図（１
）、（２）はフレームで囲まれた１ブロツクのフィルタ
の平面図と側面図、第１１図はリーク試験を行う天井に
配置されたフィルタ群の平面図、第１２図はリーク試験
を行うときの制御ルーチンの流れ図である。 １０・・・無人走行台車、 １２・・・円筒座標マニピュレータ、 １４・・・プローブ、 １８・・・駆動輪、 ２０・・・自在輪、 ７０・・・接触部材、 ７４・・・触覚センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円柱座標のＺ軸方向に延在しかつＺ軸回りに回転
   可能に設けられた第１のアームと、 前記第１のアームを回転させる第１の駆動装置と、 前記第１のアームに摺動自在に設けられたガイド部材と
   、 前記ガイド部材を前記第１のアームに沿って摺動させる
   第２の駆動装置と、 前記Ｚ軸と直交する方向に延在しかつ前記Ｚ軸と直交す
   る方向に摺動自在に前記ガイド部材に設けられた第２の
   アームと、 前記第２のアームを前記Ｚ軸と直交する方向に摺動させ
   る第３の駆動装置と、 を含むマニピュレータ。
2. （２）前記第１のアームを非磁性体の円筒部材で構成す
   ると共に、前記第２の駆動装置を、前記円筒部材内に収
   容された第１のマグネットと、前記第１のマグネットを
   前記円筒部材の軸方向に移動させる移動装置と、前記第
   １のマグネットと対向するように前記ガイド部材に固定
   された第２のマグネットとで構成した請求項（１）項記
   載のマニピュレータ。