CN116529031A - 机器人以及教示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水平多关节型机器人，该水平多关节型机器人包括机械手臂、手和教示部件。所述手连接在所述机械手臂。所述手能够保持基板。所述教示部件连接在所述机械手臂。所述教示部件不用于基板的搬送。

Description

机器人以及教示方法

技术领域

本发明涉及对水平多关节型机器人的教示。

背景技术

专利文献1公开了进行晶片搬送机器人的定位(教示)的教示装置。该教示装置包括基板和嵌合部。嵌合部嵌合到晶片搬送机器人包括的末端执行器。当将末端执行器配置为与基板接触时，末端执行器的上表面位置与晶片的下表面一致。当末端执行器嵌合到嵌合部时，执行晶片搬送机器人的末端执行器、臂以及旋转轴的教示。

专利文献1：日本专利第4601130号公报

发明内容

上述专利文献1的结构由于直接使用作为末端执行器的手进行教示，因此负荷很容易施加在手上，教示时有可能会发生变形、破损等。由于要求搬送晶片的手轻量且小型，因此也难以提高手的机械强度。

鉴于上述内容，本发明的目的在于提供一种对于教示作业的耐久性较好的机器人。

本发明所要解决的课题如上所述，以下，说明用于解决该课题的手段以及其效果。

根据本发明的第一观点，提供以下结构的机器人。即，水平多关节型机器人包括机械手臂、手和教示部件。所述手以上下方向的轴为中心可旋转地连接在所述机械手臂。所述手能够保持基板。所述教示部件以上下方向的轴为中心可旋转地连接在所述机械手臂。所述教示部件不用于基板的搬送。

根据本发明的第二观点，提供一种以下的教示方法，该教示方法是对于通过连接在机械手臂的手来保持基板进行搬送的水平多关节型机器人的教示方法。即，在该教示方法中，使用连接在所述机械手臂的、不用于基板的搬送的教示部件进行教示。

因此，能够使用机器人侧包括的教示部件来实现对机器人的自动教示。由于使用作为与手不同的部件的教示部件来进行教示，因此能够防止手的破损等。

(发明效果)

根据本发明，能够提供一种对于教示作业的耐久性较好的机器人。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的机器人系统的整体结构的立体图。

图2是表示机器人的结构的立体图。

图3是表示机器人系统的一部分的结构的方块图。

图4是表示教示部件被设置在教示台的样子的立体图。

图5是说明旋转驱动教示部件的马达的伺服控制的方块图。

具体实施方式

其次，参照附图，对所公开的实施方式进行说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的机器人系统100的结构的立体图。图2是表示机器人1的结构的立体图。图3是表示机器人系统100的一部分的结构的方块图。图4是表示教示部件12被设置在教示台84的样子的立体图。

图1所示的机器人系统100是在无尘室等作业空间内使机器人1进行作业的系统。

机器人系统100包括机器人1、控制器5和教示台8。

机器人1例如作为晶片移载机器人发挥作用，该晶片移载机器人用于搬送保管在保管容器3中的晶片(基板)2。在本实施方式中，机器人1通过SCARA型水平多关节机器人实现。SCARA是Selective Compliance Assembly Robot Arm(选择顺应性关节机械手臂)的简称。

如图2所示，机器人1包括手(保持部)11、教示部件12和机械手臂13。

手11是末端执行器的一种，通常形成为在俯视时V字形或U字形。手11被机械手臂13(具体为后述的第二连杆18)的前端支撑着。手11以沿上下方向延伸的第三轴a3作为中心相对于第二连杆18可旋转。

手11作为边缘抓握型手构成。在手11中分叉的每一个前端部分设置有边缘引导6。在手11的手腕附近设置有按压部件7。按压部件7通过内置在手11的手腕部的省略图示的致动器(例如，气压缸)朝向手11的前端方向移动。

通过在将晶片2放置在手11的上表面侧的状态下使按压部件7向前端侧位移，能够在边缘引导6与按压部件7之间夹着晶片进行保持。

教示部件12形成为板状。教示部件12其厚度方向朝向上下方向配置着。教示部件12被机械手臂13(第二连杆18)的前端支撑着。教示部件12以所述第三轴a3为中心相对于第二连杆18可旋转。

在本实施方式中，教示部件12形成为圆板状。不过，俯视时的教示部件12的形状是任意的。如图1中的点划线所示，教示部件12的外周面能够接触到教示台8包括的教示用销82。后面将对教示台8的详细结构进行说明。在本实施方式中，教示部件12的圆板状部分的直径与作为搬送对象的晶片2的直径相等。不过，教示部件12的圆板状部分的直径既可以大于晶片2的直径，也可以小于晶片2的直径。

教示部件12不以晶片2的搬送为目的。因此，边缘引导6以及按压部件7等没有被设置在教示部件12。

机械手臂13主要包括基座15、升降轴16、多个连杆(这里为第一连杆17以及第二连杆18)。

基座15被固定在例如构成无尘室的天花板面。基座15作为支撑升降轴16的基底部件发挥作用。

升降轴16相对于基座15在上下方向移动。通过该升降，能够改变第一连杆17、第二连杆18、手11以及教示部件12的高度。

在基座15设置有马达M1和编码器E1。马达M1经由例如省略图示的螺丝机构驱动升降轴16。编码器E1检测升降轴16的上下方向的位置。

第一连杆17被升降轴16的下部支撑着。第一连杆17以上下方向延伸的第一轴a1为中心相对于升降轴16旋转。因此，能够在水平面内改变第一连杆17的姿势。

在第一连杆17设置有马达M2和编码器E2。马达M2驱动第一连杆17相对于升降轴16旋转。编码器E2检测第一连杆17相对于升降轴16的角度。

第二连杆18被第一连杆17的前端支撑着。第二连杆18以上下方向延伸的第二轴a2为中心相对于第一连杆17旋转。因此，能够在水平面内改变第二连杆18的姿势。

在第一连杆17设置有马达M3和编码器E3。马达M3驱动第二连杆18相对于第一连杆17旋转。编码器E3检测第二连杆18相对于第一连杆17的角度。

在第二连杆18设置有马达M4和编码器E4。马达M4驱动手11相对于第二连杆18旋转。编码器E4检测手11相对于第二连杆18的角度。

在第二连杆18设置有马达M5和编码器E5。马达M5驱动教示部件12相对于第二连杆18旋转。编码器E5检测教示部件12相对于第二连杆18的角度。

马达M1～M5是使机器人1的各个部动作的致动器。马达M1～M5作为伺服马达构成，该伺服马达是电动马达的一种。通过驱动马达M1～M5，能够将手11以及教示部件12的位置以及姿势改变为各种各样。如图3所示，马达M1～M5与控制器5电连接。马达M1～M5的每一个以反映从控制器5输入的指令值的方式被驱动。

控制器5包括用于驱动马达M1～M5的驱动电路。该驱动电路和机器人1的马达M1～M5通过无图示的电缆连接。在该驱动电路设置有电流传感器C1～C5。电流传感器C1～C5能够检测马达M1～M5的电流值。

编码器E1是检测位置的传感器。编码器E2～E5是检测角度的传感器。根据编码器E1～E5的检测结果，能够检测手11以及教示部件12的位置以及姿势。编码器E1～E5与控制器5电连接。编码器E1～E5的每一个将检测结果输出给控制器5。

控制器5按照预先规定的动作程序或者从用户输入的移动指令，将指令值输出给马达M1～M5进行控制，使手11以及教示部件12移动到预先规定的位置。

如图3所示，控制器5包括运算部51和伺服控制部52。运算部51按照所述程序进行运算处理。伺服控制部52进行马达M1～M5的伺服控制所需的处理。

控制器5作为包括CPU、ROM、RAM、辅助存储装置等的已知的电脑构成。辅助存储装置例如作为HDD、SSD等构成。在辅助存储装置中存储有机器人控制程序以及用于实现本发明的教示方法的程序等。通过这些硬件以及软件的协作，能够使控制器5作为运算部51以及伺服控制部52等动作。

如图4所示，教示台8包括基底部件81和教示用销(定位部件)82。

基底部件81相对于机器人1的设置面固定设置。基底部件81被固定在配置在机器人1的周围的无图示的台的上表面。

在基底部件81的上表面固定有4个教示用销82。每一个教示用销82从基底部件81向上方突出设置着。4个教示用销82的形状彼此相同。在俯视时，4个教示用销82从规定的基准点开始彼此之间等距离配置着。该基准点相当于俯视时的教示位置。能够将教示部件12的圆板部分从上方插入被4个教示用销82包围的空间。

4个教示用销82都包括前端锥部82a、圆柱部82b和根锥部82c。

前端锥部82a被配置在教示用销82的上端部。前端锥部82a形成为越靠下方直径越大的圆锥状。前端锥部82a的下端连接在圆柱部82b。通过该前端锥部82a，能够引导从上方插入的教示部件12进入4个教示用销82的圆柱部82b之间。

圆柱部82b被配置在教示用销82的上下方向的中间的部分。在教示部件12被插入到相当于该圆柱部82b的高度的状态下，以教示部件12的外周面与圆柱部82b的外周面之间的间隙只有一点点的方式，规定4个教示用销82的位置。

根锥部82c被配置在教示用销82的下端部。根锥部82c形成为越靠下方直径越大的圆锥状。根锥部82c的上端连接在圆柱部82b。圆柱部82b与根锥部82c的边界部分的高度相当于上下方向的教示位置。

其次，详细说明伺服控制部52。在图5中，以使教示部件12相对于第二连杆18旋转的马达M5为例，示意地表示了机器人1的控制系统。

伺服控制部52包括位置控制器55、速度控制器56、电流控制器57和微分器58。并且，伺服控制部52包括减法器61、62、63。

控制器5包括的运算部51生成角度位置的指令值后输出给减法器61。编码器E5所检测的角度位置的检测值被输入到该减法器61。减法器61计算角度位置的偏差，并将该结果输出给位置控制器55。

位置控制器55通过预先规定的传递函数或者基于比例系数的运算处理，根据从减法器61输入的角度偏差生成速度指令值。位置控制器55将所生成的速度指令值输出给减法器62。用微分器58对编码器E5的角度位置进行微分所得到的速度值被输入到该减法器62。减法器62计算速度的偏差，并将该结果输出给速度控制器56。

速度控制器56通过预先规定的传递函数或者基于比例系数的运算处理，根据从减法器62输入的速度偏差生成电流指令值。速度控制器56将所生成的电流指令值输出给减法器63。电流传感器C5检测到的马达M5的电流值被输入到该减法器63。减法器63计算电流的偏差，并将该结果输出给电流控制器57。

电流控制器57根据从减法器63输入的电流偏差，来控制输出给马达M5的电流值。

运算部51对于伺服控制部52包括的位置控制器55、速度控制器56以及电流控制器57中的至少任意之一输出指示增益的切换的信号。因此，在位置控制器55、速度控制器56以及电流控制器57中的至少任意之一中，增益实质上成为零。换言之，位置环增益、速度环增益以及电流环增益中的至少任意之一实质上成为零。

当增益成为零或者接近于零的值时，由于施加在教示部件12的外力(例如，教示部件12接触到教示用销82时的反作用力)，马达M5的旋转角度成为被自由改变的状态。

以上，以马达M5为例子进行了说明，对于其它马达M1～M4也是一样，通过使伺服控制的增益实质上为零，来使该马达M1～M4的旋转角度成为被自由改变的状态。

在本实施方式中，当进行机器人1的自动教示时，控制器5控制马达M1～M5，以使机器人1的教示部件12位于教示台8的几乎正上方。此时，事先使手11为与教示部件12实质上不重叠的姿势。

接着，控制器5的运算部51关于马达M1～M3、M5，使伺服控制的增益实质上为零。在该状态下，运算部51驱动马达M1，使教示部件12与升降轴16一起下降。

有时因机器人1的公差等使得教示部件12的中心与教示台8的中心不一致。此时，向下方移动的教示部件12的外周面接触到任意一个教示用销82的前端锥部82a而被推压。由于伺服控制的增益实质上是零，因此教示部件12、第一连杆17以及第二连杆18的姿势响应于教示部件12被推压而自由变化。

当使教示部件12下降时，最终，教示部件12被放置在教示用销82的根锥部82c之上。其结果是，即使驱动马达M1，升降轴16也不下降。此时的教示部件12的位置成为教示位置。控制器5的运算部51存储此时的编码器E1～E3、E5的检测结果。因此，能够实现使用了教示部件12的自动教示。

使马达M1～M5的旋转角度为可自由改变的状态的方法各种各样。运算部51也可以使位置偏差、速度偏差以及电流偏差中的任意之一为零或者接近于零的值来代替降低增益。运算部51也可以使从电流控制器57输出到马达M1～M5的电流值为零或者接近于零的值。也可以使从速度控制器56输出的电流指令值为零或者接近于零的值。

在本实施方式中，在用于晶片2的搬送的手11之外，将教示部件12设置在机器人1侧。该教示部件12没有被用于晶片2的搬送。因此，与需要按压部件7等精密机构的手11相比，很容易构成简单且机械强度较好的教示部件12。因此，即使在教示时施加有外力，也能够实现难以破损且优良耐久性的结构。

例如，当搬送半导体的晶片2时，为了在高度清洁的环境中进行作业，有时机器人1被配置在封闭的空间内。在该结构中，由于教示台8从外部看不到，因此难以通过使用了已知的教示器的目视来进行教示。但是，根据本实施方式，由于通过机器人1包括的教示部件12自动进行教示，因此即使机器人1被配置在封闭的空间，也能够毫无问题地进行教示。

当进行用水等液体弄湿晶片2的处理时，在很多情况下，难以将作为电气部件的传感器配置在教示部件12的附近。在本实施方式中，使用机器人1为了进行控制而通常具有的编码器E1～E3、E5，实现了教示。因此，本实施方式的结构特别优选适用于潮湿环境。

如图1的实线所示，当没有使用教示部件12时，控制器5控制教示部件12的姿势，以相对于第二连杆18成为折叠180度的状态。折叠180度的状态的姿势也能够换句话说是沿着第二连杆18的姿势。通过控制姿势，使俯视时教示部件12的一部分重叠在第二连杆18，能够防止教示部件12妨碍晶片2的搬送，且不易与周边部件相互干扰。

如图4等所示，当在使用教示部件12时，控制器5控制手11的姿势，使相对于第二连杆18成为折叠180度的状态。通过控制姿势，使俯视时手11的一部分重叠在第二连杆18，能够防止手11妨碍对机器人1的教示。

如上所述，本实施方式的水平多关节型机器人1包括机械手臂13、手11和教示部件12。手11以上下方向的第三轴a3为中心可旋转地连接在机械手臂13。手11能够保持晶片2。教示部件12以上下方向的第三轴a3为中心可旋转地连接在机械手臂13。教示部件12不用于晶片2的搬送。

因此，能够使用机器人1侧包括的教示部件12来实现对机器人1的自动教示。由于使用作为与手11不同的部件的教示部件12来进行教示，因此能够防止手11的破损等。

并且，在本实施方式的机器人1中，教示部件12被用于对机器人1进行教示。

因此，在对机器人1进行教示时，不必将治具安装在机器人1。因此，能够简化用于教示的机器人1的动作。

并且，在本实施方式的机器人1中，机械手臂13包括连杆17、18和编码器E2、E3、E5。编码器E2、E3、E5检测连杆17、18以及教示部件12的姿势。根据教示部件12接触到相对于机器人1的设置面固定设置的教示用销82时的编码器E2、E3、E5的检测结果，对机器人1进行教示。

这样一来，由于不必特别追加传感器等电气结构，因此能够降低成本。

并且，在本实施方式的机器人1中，当由手11搬送晶片2时，教示部件12成为俯视时至少一部分与机械手臂13重叠的姿势。

因此，能够防止在搬送晶片2时教示部件12成为障碍。

并且，在本实施方式的机器人1中，当由手11搬送晶片2时，教示部件12维持沿着俯视时位于机械手臂13中的最前端侧的连杆18的姿势。

因此，能够使教示部件12不易与周围相互干扰。

并且，在本实施方式的机器人1中，当由教示部件12对机器人1进行教示时，手11成为俯视时至少一部分与机械手臂13重叠的姿势。

因此，在进行教示时，能够使手11不会成为障碍。

并且，在本实施方式的机器人1中，手11以上下方向的第三轴a3为中心可旋转地连接在机械手臂13的前端。教示部件12用作为与手11同轴的第三轴a3可旋转地连接在机械手臂13的前端。

这样一来，由于教示部件12与手11同轴配置，因此通过教示部件12进行的教示，能够确实地使手11的动作精度较好。

以上，说明了本发明的优选实施方式，上述结构例如能够如下述那样改变。

也可以仅进行俯视时的位置的教示，省略上下方向的位置的教示。此时，能够在教示用销82中省略根锥部82c。

在进行教示时，也可以不利用教示部件12接触到教示用销82而被推压的情况。例如，能够将非接触型传感器(例如，光传感器)配置在适当的位置，使该传感器检测到教示部件12的位置为教示位置。

教示部件12也可以构成为例如连接到第二轴a2或者第一轴a1来代替连接到第三轴a3。

教示部件12也可以不形成为圆板状。例如，教示部件12能够形成为使细长的矩形的对着的两条边以圆弧状向外侧突出的椭圆形。并且，还能够使教示部件12构成为三角形、四边形或者六边形等多边形。

能够在教示部件12形成贯穿状的轴孔。此时，能够构成为使教示用销82接触到轴孔的内周面。当使轴孔为圆形孔时，能够在教示台8设置可插入轴孔的圆锥状的定位部件来代替教示用销82。

教示用销82的个数并不限于4个，例如，也可以是3个。

在所述实施方式中，在手11的上方配置有教示部件12，在教示部件12的上方配置有第二连杆18。换言之，在第三轴a3的方向，教示部件12与手11相比更靠近第二连杆18。但是，也可以在手11的下方配置教示部件12。

机器人1还可以构成为基座15被设置在地板，来代替基座15被设置在天花板面的结构(吊顶式)。

手11也可以构成为可翻转动作。即使在此时，教示部件12也不必具有翻转动作功能。由于教示部件12不具有翻转动作功能，因此能够实现简单结构的教示部件12。

本发明还能够适用于搬送晶片2之外的基板(例如，玻璃板)用的机器人。

在本说明书中公开的要素的功能能够使用电路或处理电路执行，该电路或处理电路包含为执行所公开的功能而构成或程序化的通用处理器、专用处理器、集成电路、ASIC(Application Specific Integrated Circuits)、常规电路以及/或者它们的组合。处理器由于包含晶体管和其它电路，因此被看作为处理电路或电路。在本发明中，电路、单元或手段是执行所列举的功能的硬件或者为了执行所列举的功能而被程序化的硬件。硬件既可以是在本说明书中所公开的硬件，或者，也可以是为了执行所列举的功能而被程序化或构成的其它已知的硬件。当硬件是被认为是电路的一种的处理器时，电路、手段或单元是硬件与软件的组合，软件被用于硬件以及/或者处理器的构成。

Claims (8)

1.一种水平多关节型机器人，其特征在于：

所述水平多关节型机器人包括机械手臂、手和教示部件，所述手以上下方向的轴为中心可旋转地连接在所述机械手臂，能够保持基板，所述教示部件以上下方向的轴为中心可旋转地连接在所述机械手臂，不被用于基板的搬送。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：

所述教示部件用于对该机器人进行教示。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于：

所述机械手臂包括连杆和传感器，该传感器对所述连杆以及所述教示部件中的至少任意之一的姿势进行检测，

根据所述教示部件接触到相对于所述机器人的设置面而固定设置的定位部件时的所述传感器的检测结果，来对该机器人进行教示。

4.根据权利要求1到权利要求3中任意一项所述的机器人，其特征在于：

当由所述手搬送所述基板时，所述教示部件成为俯视时至少一部分与所述机械手臂重叠的姿势。

5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于：

当由所述手搬送所述基板时，所述教示部件维持俯视时沿着位于所述机械手臂中的最前端侧的连杆的姿势。

6.根据权利要求1到权利要求5中任意一项所述的机器人，其特征在于：

当由所述教示部件对所述机器人进行教示时，所述手成为俯视时至少一部分与所述机械手臂重叠的姿势。

7.根据权利要求1到权利要求6中任意一项所述的机器人，其特征在于：

所述手以上下方向的轴为中心可旋转地连接到所述机械手臂的前端，

所述教示部件与所述手同轴地可旋转地连接在所述机械手臂的前端。

8.一种教示方法，是对于由连接在机械手臂的手来保持基板进行搬送的水平多关节型机器人的教示方法，其特征在于：

使用连接在所述机械手臂的、不被用于基板的搬送的教示部件来进行教示。