CN107073716B - 搬运方法及搬运装置 - Google Patents

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Abstract

在使吸嘴(51)所吸附的元件(P)朝向目标XY坐标沿XY方向移动之后(S120～S140)，在到达目标XY坐标附近之后计测元件(P)所产生的Y方向的振动的波形(振动波形)(S150、S160)，以在元件(P)的位移(y)横穿计测出的振动波形的波节的定时使元件(P)到达目标Z坐标(值0)的方式控制Z方向的移动(S170～S210)。由此，即便在使元件(P)沿XY方向移动之后，在残存有振动的期间使元件(P)沿Z方向移动而装配在基板(S)上的情况下，也能够进一步减少装配位置偏移。

Description

搬运方法及搬运装置
技术领域
本发明涉及使用前端部能够沿第一方向和第二方向移动的机器人而将保持于所述前端部的对象物向预定的目标位置搬运并载置的搬运方法及搬运装置。
背景技术
长久以来，已知有搬运工件的搬运装置。例如，在专利文献1中公开了一种搬运系统，具备搬运工件的搬运装置、对搬运中的工件进行作业的作业机器人，搬运系统预测在工件搬运中工件所产生的振动模式，基于预测出的振动模式使作业机器人再现工件所产生的振动，由此消除机器人与工件间的振动的影响。
专利文献1：日本特开2014-14894号公报
发明内容
这样，在工件搬运中对工件进行作业的系统虽然能够消除工件(对象物)所产生的振动的影响，但由于工件自身持续振动，因此在想要将工件载置于目标位置的情况下无法适用。
本发明的主要目的在于，将保持于机器人的前端部的对象物向预定的目标位置搬运并载置，进一步提高对象物的载置精度。
本发明为了实现上述的主要目的而采用以下的手段。
本发明的搬运方法中，使用前端部能够沿第一方向和第二方向移动的机器人，将保持于所述前端部的对象物向预定的目标位置搬运并载置，所述搬运方法的主旨在于，作为所述预定的目标位置，取得所述第一方向的目标位置即第一目标位置和所述第二方向的目标位置即第二目标位置，执行如下的第一方向移动控制：以使所述前端部的所述第一方向的位置与所述第一目标位置一致的方式控制所述机器人，在执行所述第一方向移动控制之后，计测或预测所述前端部的所述第一方向的振动波形，执行如下的第二方向移动控制：基于计测或预测出的所述前端部的所述第一方向的振动波形以在振动中的预定定时使所述前端部的所述第二方向的位置与所述第二目标位置一致的方式控制所述机器人来载置所述对象物。
在本发明的搬运方法中，执行以使保持对象物的前端部的第一方向的位置与第一目标位置一致的方式控制机器人的第一方向移动控制，在执行了第一方向移动控制之后，计测或预测前端部的第一方向的振动波形，执行基于该振动波形以在振动中的预定定时使前端部的第二方向的位置与第二目标位置一致的方式控制机器人来载置对象物的第二方向移动控制。由此，能够进一步提高对象物的载置精度。
在这样的本发明的搬运方法中，也可以是，在所述第二方向移动控制中，以作为所述振动中的预定定时在所述前端部的所述第一方向的位移成为所述振动波形的波节的定时使所述前端部的所述第二方向的位置与所述第二目标位置一致的方式控制所述机器人。这样一来，能够将振动中的对象物高精度地载置于目标位置。
另外，在本发明的搬运方法中，作为计测或预测前端部的第一方向的振动波形的方法，可以在所述前端部设置拍摄单元，基于在执行所述第一方向移动控制之后利用所述拍摄单元拍摄多次而得到的多个图像来计测所述前端部的所述第一方向的振动波形，也可以在所述前端部设置加速度传感器，基于由所述加速度传感器检测出的加速度来计测所述前端部的所述第一方向的振动波形，还可以基于在所述第一方向移动控制中控制所述机器人时使用的控制指令信号来预测所述前端部的所述第一方向的振动波形。
另外，在本发明的搬运方法中，也可以是，事先预测或学习执行所述第一方向移动控制之后的所述前端部的所述第一方向的振动波形，在所述第一方向移动控制中，以使所述前端部的所述第一方向的位置与从所述第一目标位置偏移已预测或学习的所述振动波形的振幅量后的位置一致的方式控制所述机器人，在所述第二方向移动控制中，以作为所述振动中的预定定时在所述前端部的所述第一方向的位移成为所述振动波形的波腹的定时使所述前端部的所述第二方向的位置与所述第二目标位置一致的方式控制所述机器人来载置所述对象物。这样一来，能够将振动中的对象物高精度地载置于目标位置。
本发明的搬运装置在预定的目标位置进行预定的作业，其主旨在于，具备：机器人，使前端部能够沿第一方向和第二方向移动；目标位置取得单元，作为所述预定的目标位置，取得所述第一方向的目标位置即第一目标位置和所述第二方向的目标位置即第二目标位置；第一方向移动控制单元，执行如下的第一方向移动控制：以使所述前端部的所述第一方向的位置与所述第一目标位置一致的方式控制所述机器人；振动波形取得单元，在所述第一方向移动控制被执行之后，取得所述前端部的所述第一方向的振动波形；及第二方向移动控制单元，执行如下的第二方向移动控制：基于所取得的所述前端部的所述第一方向的振动波形以在振动中的预定的定时使所述前端部的所述第二方向的位置与所述第二目标位置一致的方式控制所述机器人。
根据本发明的搬运装置，能够实现与上述的搬运方法相同的效果，即实现能够进一步提高对象物的载置精度这样的效果。
附图说明
图1是表示作为本发明的一实施例的元件装配装置10的结构的概略的构成图。
图2是表示控制装置70的电连接关系的框图。
图3是表示由控制装置70的CPU71执行的元件装配处理的一个例子的流程图。
图4是表示使XY机器人40动作时的实施例的前端坐标时间响应波形的说明图。
图5是表示使XY机器人40动作时的比较例的前端坐标时间响应波形的说明图。
图6是表示变形例的元件装配装置100的结构的概略的构成图。
具体实施方式
接下来，使用实施例对本发明的具体实施方式进行说明。
图1是表示作为本发明的一实施例的元件装配装置10的结构的概略的构成图，图2是表示元件装配装置10的控制装置70的电连接关系的说明图。此外，图1的左右方向为X轴方向，前(近前)后(里侧)方向为Y轴方向，上下方向为Z轴方向。
元件装配装置10拾取元件P向基板S上搬运，并装配于基板S的目标位置。如图1所示，该元件装配装置10具备：搬运基板S的基板搬运装置30；供给元件P的元件供给装置20；使吸嘴51吸附由元件供给装置20供给的元件P而向由基板搬运装置30搬运来的基板S上搬运并装配的头50；使头50沿XY方向移动的XY机器人40；及对安装机整体进行控制的控制装置70(参照图2)。另外，除上述之外，元件装配装置10还具备：设于头50且用于拍摄附设于基板S的基板定位基准标记的标记相机56；设于头50的吸嘴51附近且检测Y方向的加速度α的加速度传感器55(参照图2)；用于拍摄吸嘴51所吸附的元件P的吸附姿势的零件相机60等。
元件供给装置20例如能够使用通过送出载带来供给元件的带式供料器。
如图1所示，基板搬运装置30具备传送带装置32，通过传送带装置32的驱动从图1的左侧向右侧(基板搬运方向)搬运基板S。在基板搬运装置30的基板搬运方向(X轴方向)中央部，设有从里面侧支撑搬运来的基板S的支撑板34。
如图2所示，头50具备使吸嘴51沿上下方向(Z方向)移动的Z轴促动器52及使吸嘴51绕Z轴旋转的θ轴促动器54。吸嘴51的吸引口经由电磁阀57而与真空泵58及空气配管59中的任一方选择性地连通。控制装置70以使吸嘴51的吸引口与真空泵58连通的方式驱动电磁阀57，由此能够使吸引口作用负压而吸附元件P，以使吸嘴51的吸引口与空气配管59连通的方式驱动电磁阀57，由此能够使吸引口作用正压而解除元件P的吸附。
如图1所示，XY机器人40具备：沿着前后方向(Y方向)设于主体框12的上段部的Y轴导轨43；在架设于Y轴导轨43的状态下沿着Y轴导轨43能够移动的Y轴滑动件44；沿着左右方向(X方向)设于Y轴滑动件44的下表面的X轴导轨41；及沿着X轴导轨41能够移动的X轴滑动件42。在X轴滑动件42上安装有头50，控制装置70通过对XY机器人40进行驱动控制，能够使头50向XY平面上的任意位置移动。
标记相机56拍摄附设于基板S的基板定位基准标记，将拍摄图像向控制装置70输出。输入有拍摄图像的控制装置70基于拍摄图像来识别基板S的支撑位置。
如图4所示，控制装置70构成为以CPU71为中心的微处理器，除CPU71之外，还具备ROM72、HDD73、RAM74、输入输出接口75。它们经由总线76电连接。经由输入输出接口75向控制装置70输入有来自检测X轴滑动件42的位置(X方向的位置)的X轴位置传感器47的位置信号、来自检测Y轴滑动件44的位置(Y方向的位置)的Y轴位置传感器49的位置信号、来自检测吸嘴51的位置(Z方向的位置)的Z轴位置传感器53的位置信号、来自标记相机56的图像信号、来自安装于头50的加速度传感器55的Y方向的加速度α及来自零件相机60的图像信号等。另一方面，从控制装置70经由输入输出接口75输出有朝向元件供给装置20的控制信号、朝向基板搬运装置30的控制信号、朝向使X轴滑动件42移动的X轴促动器46的驱动信号、朝向使Y轴滑动件44移动的Y轴促动器48的驱动信号、朝向Z轴促动器52的驱动信号、朝向θ轴促动器54的驱动信号及朝向电磁阀57的驱动信号等。
接下来，对如此构成的实施例的元件装配处理10的动作进行说明。图3是表示由控制装置70的CPU71执行的元件装配处理的一个例子的流程图。该处理在由操作人员指示元件P朝向基板S的装配(生产)时被执行。
当元件装配处理被执行时，控制装置70的CPU71首先输入基板S的目标装配位置(X＊，Y＊，Z＊)(S100)。接着，CPU71进行使吸嘴51吸附从元件供给装置20供给来的元件P的吸附动作(S110)。在此，具体来说，吸附动作通过如下方式来进行：以使装配于头50的吸嘴51来到元件P的正上方的方式对XY机器人40进行驱动控制，之后，以使吸嘴51下降至吸引口与元件P抵接的方式对Z轴促动器52进行驱动控制，以向吸嘴51的吸引口作用负压的方式对电磁阀57进行驱动控制。然后，CPU71以使被吸嘴51吸附的元件P与XY平面上的目标装配位置(X＊，Y＊)一致(S120)的方式对XY机器人40进行驱动控制，输入由X轴位置传感器47及Y轴位置传感器49检测出的元件P的XY平面上的当前位置(当前XY坐标)(S130)。
接下来，CPU71判断输入的元件P的当前位置是否到达XY平面上的目标装配位置(X＊，Y＊)附近(S140)，当判断为到达目标装配位置(X＊，Y＊)附近时，输入来自加速度传感器55的吸嘴51(元件P)的Y方向的加速度α(S150)，基于由S130输入的元件P的当前位置中的Y坐标(Y方向的位移y)与输入的Y方向的加速度α来计测元件P的Y方向的振动波形(S160)。在本实施例中，在使元件P沿XY方向移动而装配在基板S上的情况下，由于X方向的移动距离大幅短于Y方向的移动距离，因此在到达XY方向的目标装配位置附近时元件P所产生的振动的X分量立刻收敛，仅残存Y分量。S160的处理中，计测到达目标装配位置之后残存的Y分量的振动波形。在此，在将元件P所产生的振动视为正弦波的情况下，当将振幅设为“A”、将角频率设为“ω”、将时刻设为“t”时，下式(1)及(2)成立。能够将角频率ω置换为周期T，因此能够基于位移y和加速度α来获得振动波形的周期T及相位ωt。
y＝Asinωt… (1)
α＝-ω2Asinωt… (2)
然后，CPU71以在经过了使元件P从当前位置沿Z方向移动而装配于基板S为止所需的必要时间的定时元件P的Y方向的位移y横穿由S160计测出的Y分量的振动波形的波节的方式设定Z方向的控制定时(S170)，以根据设定好的控制定时使元件P沿Z方向移动而装配到基板S上的方式控制Z轴促动器52(S180)。在此，关于必要时间，例如能够预先试验性地求出使元件P沿Z方向移动而装配到基板S上为止的经过时间。然后，输入来自Z轴位置传感器53的元件P的Z方向的当前位置(Z坐标)(S190)，判断元件P是否到达目标Z坐标(Z＊＝0)(S200)。CPU71当判断为元件P没有到达目标Z坐标时，返回到S180而继续Z轴促动器52的控制，当判断为元件P到达目标Z坐标时，以解除吸嘴51对元件P的吸附的方式控制电磁阀57(S210)，结束元件装配处理。
图4及图5是表示使XY机器人40动作时的机器人前端坐标时间响应波形的说明图。此外，图4表示实施例中的时间响应波形，图5表示比较例中的时间响应波形。如图示那样，当使吸嘴51所吸附的元件P朝向目标X坐标及目标Y坐标移动时，在元件P产生Y方向的残留振动。在实施例中，如图4所示，计测Y方向的振动波形，以在元件P的Y方向的位移y横穿振动波形的波节的定时使元件P到达目标Z坐标(值0)的方式控制Z方向的移动。由此，即便在残存有Y方向的振动的期间，也能够将元件P准确地装配于目标XY坐标。另一方面，在比较例中，如图5所示，不计测振动波形而是在最快的定时向基板S装配元件P。因此，当在元件P残存有Y方向的振动时，元件P装配于从目标Y坐标偏移的位置。
以上说明的实施例的元件装配处理10在使被吸嘴51吸附的元件P朝向目标XY坐标移动之后，计测元件P所产生的振动的波形(振动波形)，以在元件P的位移y横穿计测出的振动波形的波节的定时使元件P到达目标Z坐标(值0)的方式对Z轴促动器52进行控制。由此，即便在使元件P沿XY方向移动之后在残存有振动的期间使元件P沿Z方向移动而装配在基板S上的情况下，也能够进一步减少装配位置偏移。其结果是，与不计测机器人前端(元件P)的振动波形就向基板S装配元件P、或等待机器人前端(元件P)的振动收敛而装配元件P的情况相比，能够缩短装配所需的时间，进一步提高元件P的装配位置精度。
在实施例的元件装配处理10中，以在机器人前端(元件P)的位移y横穿计测出的振动波形的波节的定时使元件P到达目标Z坐标(值0)的方式进行控制，但不限于此，也可以像以下那样进行控制。即，CPU71预先实验性地求出在机器人前端(元件P)到达目标XY坐标附近时机器人前端(元件P)所产生的振动的振幅A，并且预先设定使目标Y坐标偏移振幅A的量后的修正目标Y坐标，当指示元件P的搬运与装配时，以使元件P向目标X坐标及修正目标Y坐标移动的方式控制XY机器人40。然后，CPU71计测机器人前端(元件P)的Y方向的振动波形，以在经过了使元件P从当前位置沿Z方向移动而装配于基板S为止所需的必要时间的定时元件P的Y方向的位移y通过计测出的Y分量的振动波形的波腹的方式设定Z方向的控制定时，并以根据设定好的控制定时使元件P沿Z方向移动而装配到基板S上的方式控制Z轴促动器52。由此，即使在振动残存的期间内使元件P沿Z方向移动而装配到基板S上的情况下，也能够实现能够进一步减少装配位置偏移这样的与实施例相同的效果。
在实施例的元件装配处理10中，在使元件P向目标XY坐标移动时的移动距离的Y方向比X方向长的情况下，关于在元件P到达目标XY坐标附近之后机器人前端(元件P)所产生的振动，仅考虑Y分量，但不限于此，在使元件P向目标XY坐标移动时的移动距离的X方向比Y方向长的情况下，关于元件P到达目标XY坐标附近之后机器人前端(元件P)所产生的振动，可以仅考虑X分量，关于元件P到达目标XY坐标附近之后机器人前端(元件P)所产生的振动，也可以考虑X分量及Y分量这两者。在后者的情况下，也可以在元件P到达目标XY坐标附近时计测X分量的振动波形与Y分量的振动波形，以在机器人前端(元件P)的X方向的偏移与Y方向的偏移的合计变得最少的定时使元件P到达目标Z坐标的方式进行控制。另外，也可以在元件P到达目标XY坐标附近时计测X分量的振动波形与Y分量的振动波形，以等待机器人前端(元件P)的X方向及Y方向中的一方收敛而在基于另一方的振动波形的定时使元件P到达目标Z坐标的方式进行控制。
在实施例的元件装配处理10中，基于位移y与加速度α来计测使元件P沿XY方向移动时的残留振动波形，但不限于此，可以基于利用安装于机器人前端(头50)的相机(例如为标记相机56)连续拍摄而得到的图像数据来计测振动波形，也可以使用在控制XY机器人40时向X轴促动器46、Y轴促动器48输出的控制信号推定加速度α来预测振动波形。
在实施例的元件装配处理10中，使用正交坐标型的机器人来搬运元件P，但不限于此，例如也能够适用于垂直坐标型的机器人或圆筒坐标型、垂直多关节型等任意类型的机器人。此外，图6表示垂直多关节型的机器人装置的一个例子。图6的元件装配装置100构成为多关节型机器人装置，具备设置于地面的基座110、第一连杆120a～第五连杆120e、将基座110及第一连杆120a～第五连杆120e串联连结而成为多关节臂的第一关节122a～第五关节122e、分别驱动第一关节122a～第五关节122e的未图示的驱动马达。此外，在图6的例子中，第一关节122a与第五关节122e是旋转关节，第二关节122b～第四关节122d是回转关节。在这种情况下，只要将实施例的XYZ方向置换为第一关节122a～第五关节122e的旋转方向或回转方向而执行图3的流程图即可。这样的多关节型的机器人装置在使臂移动时臂前端部的振动进一步增大，因此应用本发明的意义重大。
在实施例中，说明了将本发明应用于使用机器人(XY机器人40或头50)向基板S上搬运并装配元件P的元件装配装置10，但不限于此，也能够应用于使用机器人将粘合剂搬运至目标位置进行涂敷的粘合剂涂敷装置、使用机器人将焊料搬运至目标位置进行涂敷的焊料涂敷装置等。在这种情况下，只要将元件P分别置换为粘合剂、焊料而执行图3的流程图即可。
在此，对于本实施例的主要的要素与发明内容的栏所记载的发明的主要的要素的对应关系进行了说明。即，XY机器人40及头50相当于“机器人”，X方向或Y方向相当于“第一方向”，Z方向相当于“第二方向”。另外，标记相机56相当于“拍摄单元”。另外，加速度传感器55相当于“加速度传感器”。执行图3的元件装配处理的S100的处理的控制装置70的CPU71相当于“目标位置取得单元”，执行S120～S140的处理的控制装置70的CPU71相当于“第一方向移动控制单元”，执行S150、S160的处理的控制装置70的CPU71相当于“振动波形取得单元”，执行S170～S210的处理的控制装置70的CPU71相当于“第二方向移动控制单元”。
此外，本发明不受上述的实施例的任何限定，只要属于本发明的技术范围，能够以各种方式进行实施，这是不言而喻的。
工业实用性
本发明能够应用于元件装配装置的制造产业等。
附图标记说明
10 元件装配装置
11 基台
12 主体框
14 支撑台
20 元件供给装置
30 基板搬运装置
32 传送带装置
34 支撑板
40 XY机器人
41 X轴导轨
42 X轴滑动件
43 Y轴导轨
44 Y轴滑动件
46 X轴促动器
47 X轴位置传感器
48 Y轴促动器
49 Y轴位置传感器
50 头
51 吸嘴
52 Z轴促动器
54 θ轴促动器
55 加速度传感器
56 标记相机
57 电磁阀
58 真空泵
59 空气配管
60 零件相机
70 控制装置
71 CPU
72 ROM
73 HDD
74 RAM
75 输入输出接口
76 总线
100 元件装配装置
110 基座
120a～120e 第一连杆～第五连杆
122a～122e 第一关节～第五关节
S 基板
P 元件

Claims (7)

1.一种搬运方法，使用前端部能够沿第一方向和第二方向移动的机器人，将保持于所述前端部的对象物向预定的目标位置搬运并载置，所述搬运方法的特征在于，
作为所述预定的目标位置，取得所述第一方向的目标位置即第一目标位置和所述第二方向的目标位置即第二目标位置，
执行如下的第一方向移动控制：以使所述前端部的所述第一方向的位置与所述第一目标位置一致的方式控制所述机器人，
在执行所述第一方向移动控制之后，计测或预测所述前端部的所述第一方向的振动波形，
执行如下的第二方向移动控制：基于计测或预测出的所述前端部的所述第一方向的振动波形以在振动中的预定定时使所述前端部的所述第二方向的位置与所述第二目标位置一致的方式控制所述机器人来载置所述对象物。
2.根据权利要求1所述的搬运方法，其特征在于，
在所述第二方向移动控制中，以作为所述振动中的预定定时在所述前端部的所述第一方向的位移成为所述振动波形的波节的定时使所述前端部的所述第二方向的位置与所述第二目标位置一致的方式控制所述机器人。
3.根据权利要求1或2所述的搬运方法，其特征在于，
在所述前端部设置拍摄单元，
基于在执行所述第一方向移动控制之后利用所述拍摄单元拍摄多次而得到的多个图像来计测所述前端部的所述第一方向的振动波形。
4.根据权利要求1或2所述的搬运方法，其特征在于，
在所述前端部设置加速度传感器，
基于由所述加速度传感器检测出的加速度来计测所述前端部的所述第一方向的振动波形。
5.根据权利要求1或2所述的搬运方法，其特征在于，
基于在所述第一方向移动控制中控制所述机器人时使用的控制指令信号来预测所述前端部的所述第一方向的振动波形。
6.根据权利要求1所述的搬运方法，其特征在于，
事先预测或学习执行所述第一方向移动控制之后的所述前端部的所述第一方向的振动波形，
在所述第一方向移动控制中，以使所述前端部的所述第一方向的位置与从所述第一目标位置偏移已预测或学习的所述振动波形的振幅量后的位置一致的方式控制所述机器人，
在所述第二方向移动控制中，以作为所述振动中的预定定时在所述前端部的所述第一方向的位移成为所述振动波形的波腹的定时使所述前端部的所述第二方向的位置与所述第二目标位置一致的方式控制所述机器人来载置所述对象物。
7.一种搬运装置，将对象物向预定的目标位置搬运并载置，所述搬运装置的特征在于，具备：
机器人，使能够保持所述对象物的前端部沿第一方向和第二方向移动；
目标位置取得单元，作为所述预定的目标位置，取得所述第一方向的目标位置即第一目标位置和所述第二方向的目标位置即第二目标位置；
第一方向移动控制单元，执行如下的第一方向移动控制：以使所述前端部的所述第一方向的位置与所述第一目标位置一致的方式控制所述机器人；
振动波形取得单元，在所述第一方向移动控制被执行之后，取得所述前端部的所述第一方向的振动波形；及
第二方向移动控制单元，执行如下的第二方向移动控制：基于所取得的所述前端部的所述第一方向的振动波形以在振动中的预定的定时使所述前端部的所述第二方向的位置与所述第二目标位置一致的方式控制所述机器人来载置所述对象物。
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