JP2003507195A - 予め定義された時間最適軌道形状に基づくロボットマニピュレータ - Google Patents

予め定義された時間最適軌道形状に基づくロボットマニピュレータ

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Abstract

(57)【要約】 速度、加速度、ジャーク、ジャーク速度制約条件の下で、直線に沿う伸長及び収縮移動や、円弧に追従する回転移動などの、シングル及びマルチアームロボットマニピュレータの単純及び合成移動に対して、追跡容易、即ち連続する加速度プロファイルを有する時間最適軌道の信頼性を呈し且つ効率の良い生成を行うシステム。かかるシステムにおいて、ポイント（２及び３）間のシングルアームロボットに対する直線に沿う移動用の形状の汎用軌道を図示する。時間最適軌道は、所定の制約を犯さずに可能となる最短時間内で所定路に沿った選択されたエンドエフェクタの移動を説明する、位置、速度、加速度プロファイルのセットであり、特別な場合が最適中止軌道であり、これは、最短時間内で、移動するアームを完全休止状態に持っていく。システムは、各移動の軌道を互いに直交する成分に分解し、次に所定時間毎にこれらの成分を重畳することによって、単純移動を単一軌道に合成する行程も含む。この合成によって、円滑な搬送路に沿ったノンストップ移動が生じる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、ロボットマニピュレータに関し、特に、シングルアーム、デュアル
アーム、マルチアームロボットマニピュレータの単純移動及び複合、即ち合成移
動に対して、制約を受けた時間最適軌道の信頼性を有し且つ効率の良い生成をな
す方法及び手段に関する。
【０００３】
【従来の技術】
シングルアーム、デュアルアーム、及びマルチアーム、すなわちシングルエン
ドエフェクタ、デュアルエンドエフェクタ、及びマルチエンドエフェクタ、ロボ
ットマニピュレータは、従来の周知の実施例において様々なタイプの搬送装置の
中で使用されている。かかる実施例を含む代表的な搬送装置の例は、アメリカ特
許第４，７３０，９７６号、第５，１８０，２７６号，第５，４０４，８９４号
、第５，４３１，５２９号、第５，６４７，７２４号、第５，６５５，０６０号
、第５，７６５，９８３号、及びアメリカ特許出願第０９／１６３，８４４号に
開示されている。アメリカ特許出願第０９／１６３，８４４号の出願人は、本願
と同一である。また、上記特許及び出願は、全て引例として本発明に取り込まれ
ている。
【０００４】 基板搬送装置と共に使用される実施例において、搬送アームには、半導体ウエ
ハやフラットパネルディスプレイ等の基板を、プロセスに適した軌道を介して搬
送するためにエンドエフェクタが装着されている。基板は、大抵、基板とエンド
エフェクタとの間の摩擦力によって保持される。この力は、用途によっては真空
または静電気留め具によって補強されたりする。故に、基板での慣性力が、基板
をエンドエフェクタに固定する保持力を超えた場合に、基板は摺動するので、搬
送時間は、この保持力の大きさによって制限される。さらに、制限速度やジャー
クなどのさらなる制約条件が、安全な動作や軌道追跡理由のために要求される。
従って、基板を摺動させずに且つ所定の制約条件を犯さずに搬送軌道を計算する
効率の良いシステムは、最大基板スループットレベルのために必要とされる。既
存の取り組みにおいて、例えばアメリカ特許第５，６５５，０６０号を参照する
と、後方軌道（移動の終了位置から後方）と前方軌道（移動の開始位置から前方
）とは、繰り返し計算されて合成される。しかしながら、周知のマルチアームロ
ボットマニピュレータを用いて反復軌道生成を行うために利用可能な方法の現在
の状態は、典型的な取り組みや他の実施例において、問題をはらんでいる。例え
ば、これらの方法の中で、反復計算に対する信頼性のある解の存在は保証されず
、計算は、特に中止機能において、計算そのものが厳しく、時間を要し、また遅
延につながる。最適とは言い難い加速度プロファイル及び不完全な軌道プロファ
イルは、加速度追跡の障害及びスループット損失を引き起こす。軌道は、出発及
び到着位置の僅かな変化に対して大きく変化する。大きなメモリが、軌道の位置
を記憶するために必要となり、様々な設定が様々なアームや速度に対して要求さ
れる。
【０００５】 基板搬送装置で既存の軌道生成によって生じる多数の代表的な不都合を、図１
乃至図１０の加速度対時間のグラフに示し、不都合を円によって示す。特に、図
１乃至図６は、アームの半径方向の伸長を示し、図７乃至図１０は、回転移動を
示す。加速度プロファイルの円滑さは、円によって示される曲線部分によって遮
られる。
【０００６】 既存の取り組みの別の不都合は、アメリカ特許第５，６５５，０６０号に記さ
れ、各移動は、単純移動を単一の軌道に合成して単一の円滑な搬送路を生成する
設備の無い状態で、連続して実施されなければならない。連続実施は、各移動の
間に停止を必要とし、全体の移動時間を増加させる。
【０００７】
【解決すべき課題】
このように、当該分野において、マニピュレータのマルチアームの動作を制御
する追跡容易、即ち連続した加速度プロファイルを有する時間最適軌道を信頼性
を有しつつ且つ効率良く計算できる、マルチアームロボットマニピュレータにお
ける軌道生成を行うことに対して需要が存在する。合成して円滑なノンストップ
搬送路を生成できる単純移動用の軌道を生成する取り組み、及びこの合成を行う
方法に対する需要も存在する。
【０００８】
【目的】
故に、本発明の目的は、速度、加速度、ジャークの制約を受けて、直線に沿っ
た伸長及び収縮移動、又は円弧に追従する回転移動などの、マルチアームロボッ
トマニピュレータの単純移動を制御する、追跡容易、即ち連続した加速度プロフ
ァイルを有する時間最適軌道の信頼性を有し且つ効率の良い生成をなすための方
法及び手段を提供することである。
【０００９】 本発明の他の目的は、アームに装着されて基板を搬送するエンドエフェクタの
速度、加速度、ジャークの制約を伴い、直線に沿った伸長及び収縮移動や、円弧
を追従する回転移動などを含む、基板搬送装置におけるマルチアームロボットマ
ニピュレータの動作を制御するために、円滑な加速度プロファイルを有する時間
最適軌道の信頼性を呈し且つ効率の良い生成をなすためのシステムを提供するこ
とである。
【００１０】 本発明のさらなる目的は、速度、加速度、ジャークの制約を受けて、直線に沿
った伸長及び収縮移動や、円弧に追従する回転移動を含む、マルチアームロボッ
トマニピュレータの単純移動及び合成移動用の時間最適軌道の信頼性を呈し且つ
効率の良い生成をなすためのシステムを提供することである。 本発明のさらなる目的は、マルチアームロボットマニピュレータの単純移動用
の軌道を生成し、これらの移動を合成して円滑なノンストップ搬送路を形成する
システム及び方法を提供することである。
【００１１】
【発明の概要】 本発明は、速度、加速度、ジャークの制約を受けて、場合によってはジャーク
速度の制約を受けて、直線に沿った伸長及び収縮移動や、円弧に追従する回転移
動を含む、マルチアームロボットマニピュレータの単純移動及び合成移動用の追
跡容易、即ち連続する加速度プロファイルを有する時間最適軌道の信頼性を呈し
且つ効率の良い生成をなす方法及び手段を提供することを目的とする。時間最適
軌道は、所定の制約を犯さずに可能な最短時間内で所定路に沿った選択されたエ
ンドエフェクタの移動を記述する位置、速度、加速度プロファイルのセットにな
ることが分かる。特に、本発明は、所定のカテゴリの移動に対する制約条件の全
ての組み合わせをカバーする基本軌道形状のセットを最初に識別する。尚、所定
のカテゴリの移動とは、例えば、直線や円弧に沿った移動である。次に、本発明
は、基本形状を、単一の制約が有効となるセグメントに分解し、次に、セグメン
トでの時間最適路を判別するものである。結果として、時間最適軌道の唯一の構
成が、１組の所定軌道形状に基づいて生成される。
【００１２】 本発明は、各移動の軌道を互いに直交する成分に分解し、次の所定間隔毎に分
解した成分を重畳することによって、単純移動を単一の軌道に合成することも含
む。これによって、円滑な搬送路に沿ったノンストップ移動が生成される。
【００１３】
【好ましい実施例の詳細な説明】
本発明の特徴を、添付図面を参照して、以下に説明する。 本発明は、搬送装置でのマルチアームロボットマニピュレータの動作を制御し
て、単純移動及び複合移動による搬送アーム動作の間、追跡容易、即ち連続した
加速プロファイルを有する時間最適軌道を信頼性を呈し且つ効率良く生成する方
法及び手段を含む。時間最適軌道は、所定の制約を犯さずに可能な最短時間で所
定パスに沿って選択されたアームの動作を描写する、位置、速度、加速度プロフ
ァイルのセットとして理解される。そして、特別な場合が最適中止軌道であれば
、移動アームは最短時間のうちにを完全休止状態になる。本発明の目的は、例え
ばアメリカ特許第５，６５５，０６０号に記されるように、既存のアプローチの
他の不都合と同様に、円によって囲まれた曲線部分によって図１乃至図１０の従
来の加速度プロファイルに示すように、基板及び他の搬送装置にて既存の軌道生
成の典型的な不都合により発生する中断を克服することである。本発明は、速度
、加速度、及びジャークの制約を伴う、直線に沿った伸長及び収縮移動や、円弧
に沿う回転動作などのアーム動作を、円滑にするために使用される。後方軌道（
移動の終了位置から後方）及び前方軌道（移動の開始位置から前方）が繰り返し
計算されて合成される既存のアプローチとは対照的に、単純移動及び複合移動用
の時間最適軌道の信頼性を呈し且つ効率の良い生成は、以下の行程によって行わ
れる。あるカテゴリの移動、すなわち直線に沿った移動や円弧に沿った移動に対
する制約の起こり得る組み合わせの全てをカバーする基本軌道形状のセットを識
別する行程と、単一の制約が有効となるセグメントに基本形状を分解する行程と
、セグメントにおける時間最適パスを判別する行程とである。次に、所望の軌道
が、適当なセグメントを軌道のパスに組み立てることによって生成される。この
ように、本発明は、あらかじめ定義された軌道形状のセットに基づいて時間最適
軌道の構成を生成し、合成を経て複合移動用の軌道を計算する方法を提供するた
めに使用される。
【００１４】 特に、マルチアームロボットマニピュレータの単純な移動用の軌道を、平滑な
パスに沿ったノンストップ複合移動へと信頼性を呈しつつ効率良く合成すること
は、本発明によって行われる。本発明の方法は、各単純移動用の軌道を独立な成
分、例えば直交成分に分解し、所定時間間隔毎に各単純移動の軌道の独立成分を
重畳し、重畳成分を、円滑パスに沿ったノンストップ移動を行う軌道へと合成す
るものである。
【００１５】 本発明の実施を、図１１乃至図５８に図示する。以下の記載のために、上記に
て提案されるように、本発明においては、「シングルアームロボット」は、１つ
のエンドエフェクタを備えたロボットマニピュレータを指し、「デュアルアーム
ロボット」は、２つのエンドエフェクタを備えたロボットマニピュレータを指し
、「マルチアームロボット」は、複数のエンドエフェクタを備えたロボットマニ
ピュレータを指す。シングルアームロボット及びデュアルアームロボットの両構
成は、本発明に引用例として援用されているアメリカ特許第５，７６５，９８３
号、４，７３０，９７６号の各々に開示されているような、周知の２リンクタイ
プ、又はカエル足構造のものである。さらに、本発明に引用例として援用されて
いるアメリカ特許第５，１８０，２７６号、５，６４７，７２４号に開示された
、「ＢｉＳｙｍｍｅｔｒｉｋ（左右相称）」及び「Ｌｅａｐｆｒｏｇ（蛙跳び）
」アーム構成にも言及している。尚、「ＢｉＳｙｍｍｅｔｒｉｋ」及び「Ｌｅａ
ｐｆｒｏｇ」は、本発明の譲渡人であるブルックス オートメーション インコ
ーポレイテッドの商標である。
【００１６】 一般に、制約条件のセットは、ロボットの各エンドエフェクタ毎に異なると考
えられる。多くの場合、制約のセットは、最大許容速度、加速度、ジャーク、ジ
ャーク速度を含み、これらは、エンドエフェクタの中心点に作用する。移動の基
本カテゴリの例が提示される。即ち、シングルアームロボット用の直線に沿った
移動（図１１乃至図２５）、シングルアームロボット用の円弧に沿った移動（図
２６乃至図３４）、特定の制約を有するデュアルアームカエル足ロボット用の半
径方向の移動（図１１乃至図２５）、他の制約を有するデュアルアームカエル足
ロボット用の半径方向の移動（図３５乃至図４９）、デュアルアームロボット用
の回転移動（図２６乃至図３４）であり、各図において、軌道は、デュアルアー
ムロボットのアーム（エンドエフェクタ）の１つから生じている。更に、上記単
純移動に加えて、単純移動の単一軌道への合成も記載されている（図５０乃至図
５２）。
【００１７】 ４つのカテゴリの各々に対する基本形状は、全制約が有効となる場合に相当す
る汎用形の簡単な型として見なされる。形状の各々は、関連した１組の条件を有
し、この条件が、ある形状が特定の移動に対して使用できるか否かを判別する。
例えば、選択された形状に関連する１組の条件は、以下のようになる。 例１：図１２の形状、即ち直線移動用の最も複雑な形状に対して満たすべき条件
は、 （ｔ1 ＞ ｔ0） 及び （ｔ3 ＞ ｔ2） 及び （ｔ6 ＞ ｔ5）であり、即ち、セグ
メント０−１，２−３，５−６が存在する。 例２：図１９の形状、即ち直線移動に対して最も単純な形状に対して満たすべき
条件は、
【００１８】
【数１】
【００１９】 本発明の方法によって生成された軌道は、多くは時間、位置、速度、加速度、
ジャーク、ジャーク速度を含む１組のノードによって完全に定義される。対応す
る位置、速度、加速度プロファイルは、選択された軌道形状に関連した１組の式
を使用してノードから構成される。 移動の基本カテゴリに対する汎用軌道形状、その数学的説明、関連する基本形
状の説明を次に説明する。直線に沿うシングルアームロボット移動 最初に、本発明による直線に沿ったシングルアームロボットの移動を検討する
。これの移動は、エンドエフェクタの中心点に作用する、最大速度、加速度、ジ
ャーク、ジャーク速度による制約を受ける。典型的な時間最適軌道形状を、図１
１乃至図１９に示す。図１１乃至図１９において、セグメント名は、以下のパラ
メータを表す。 ａ ＝ 加速度 （ｍ／ｓ2） ａi ＝ ノードｉでの加速度 （ｍ／ｓ2） ａmax ＝ 最大加速度 （ｍ／ｓ2） ｄ ＝ ジャークの速度変化 （ｍ／ｓ4） ｄi ＝ ノードｉでのジャークの速度変化 （ｍ／ｓ4） ｄmax ＝ ジャークでの最大速度変化 （ｍ／ｓ4） ｊ ＝ ジャーク （ｍ／ｓ3） ｊi ＝ ノードｉでのジャーク （ｍ／ｓ3） ｊmax ＝ 最大ジャーク （ｍ／ｓ3） ｓ ＝ 位置 （ｍ） ｓi ＝ ノードｉでの位置 （ｍ） ｓmax ＝ 移動距離 （ｍ） ｔ ＝ 時間 （ｓ） ｔi ＝ ノードｉでの時間 （ｓ） ｖ ＝ 速度 （ｍ／ｓ） ｖi ＝ ノードｉでの速度 （ｍ／ｓ） ｖmax ＝ 最大速度 （ｍ／ｓ） 図１１は、以下の１２のセグメントから構成される直線ラインに沿う移動用の
汎用軌道形状を示す。１２のセグメントは、 セグメント０−１： ｊ ＝ ＋ｊmax セグメント１−２： ｄ ＝ −ｄmax セグメント２−３： ａ ＝ ＋ａmax セグメント３−４： ｄ ＝ −ｄmax セグメント４−５： ｊ ＝ −ｊmax セグメント５−６： ｖ ＝ ｖmax セグメント６−７： ｖ ＝ ｖmax セグメント７−８： ｊ ＝ −ｊmax セグメント８−９： ｄ ＝ ＋ｄmax セグメント９−１０： ａ ＝ −ａmax セグメント１０−１１： ｄ ＝ ＋ｄmax セグメント１１−１２： ｊ ＝ ＋ｊmax からなる。
【００２０】 対応する位置、速度、加速度プロファイルは、以下の式を使用してノード（即
ち、ｔi，ｓi，ｖi，ａi，ｊi，ｄi）から構成される。
【００２１】
【数２】
【００２２】 図１１の汎用形から導出される基本軌道形状の完全セットを、図１２乃至図１
９に示す。図１２乃至図１９は、図１１の汎用形状から導出された形状を含み、
いわゆる軌道ノードを示す番号、即ち軌道をセグメントに分割するポイントを有
する直線に沿った移動に対する基本軌道形状を示す。中止軌道用の対応する形状
の概要を、図２０乃至図２５に示す。円弧に沿ったシングルアームロボット移動 次に、本発明による円弧に沿ったシングルアームロボットの移動を検討する。
この移動は、エンドエフェクタの中心点に作用する、最大速度、加速度、ジャー
クによる制約を受ける。典型的な時間最適軌道形状を、図２６乃至図３２に示す
。図２６乃至図３２において、セグメント識別名は、以下のパラメータを示す。
即ち、 ａc ＝ 遠心加速度 （ｍ／ｓ2） ａmax ＝ 最大全加速度 （ｍ／ｓ2） ａt ＝ 接線加速度 （ｍ／ｓ2） ａti ＝ ノードｉでの接線加速度 （ｍ／ｓ2） ａtotal ＝ 全（接線＋遠心）加速度 （ｍ／ｓ2） ｊmax ＝ 最大接線ジャーク （ｍ／ｓ3） ｊt ＝ 接線ジャーク （ｍ／ｓ3） ｊti ＝ ノードｉでの接線ジャーク （ｍ／ｓ3） ｒ ＝ 円弧の半径 （ｍ） ｓ ＝ 位置 （ｍ） ｓi ＝ ノードｉでの位置 （ｍ） ｓmax ＝ 移動距離 （ｍ） ｖ ＝ 速度 （ｍ／ｓ） ｖi ＝ ノードｉでの速度 （ｍ／ｓ） ｖmax ＝ 最大速度 （ｍ／ｓ） ｔ ＝ 時間 （ｓ） ｔi ＝ ノードｉでの時間 （ｓ） 図２６は、加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、円弧に沿った
移動用の汎用軌道形状を示す。これは、８つのセグメントからなる。即ち、 セグメント０−１： ｊt ＝ ＋ｊmax セグメント１−２： ａtotal ＝ ａmax セグメント２−３： ｊt ＝ −ｊmax セグメント３−４： ｖ ＝ ｖmax セグメント４−５： ｖ ＝ ｖmax セグメント５−６： ｊt ＝ −ｊmax セグメント６−７： ａtotal ＝ ａmax セグメント７−８： ｊt ＝ ＋ｊmax エンドエフェクタの中心点の全加速度は、その接線方向成分及び遠心方向成分
に関して以下のように表すことができる。
【００２３】
【数３】
【００２４】 故に、セグメント１−２、６−７における軌道は、以下の条件に従わなければ
ならない。
【００２５】
【数４】
【００２６】 式（４．６）は、非線形方程式であり、一般に、解析解（analytical solutio
n）を持たない。しかし、問題はαで示す補助パラメータで解析的に解かれるこ
とが示されている。次に、位置、速度、加速度プロファイルは、以下のように計
算される。
【００２７】
【数５】
【００２８】 ただし、ｓi、αiは、それぞれｓ、αの初期値である。パラメータαは、以下
の微分方程式を経て時間ｔと関係する。
【００２９】
【数６】
【００３０】 式（４．１０）は、解析的には解けないが、その解は、以下の形式の３次多項
式を使用して近似できる。
【００３１】
【数７】
【００３２】 尚、係数Ｃ0〜Ｃ3は、対象（セグメント１−２、６−７）の時間間隔での初期
条件及び最終条件が正確に満足されるように決定され、ｔiは、初期時間を指す
。 位置、速度、加速度プロファイルは、以下の式を使用してノードから計算され
る。
【００３３】
【数８】
【００３４】 又は、
【００３５】
【数９】
【００３６】 図２７乃至図３２は、図２６に示す汎用形から導出される基本軌道形状の完全
セットを示す。中止軌道用の対応する形状が、図３３及び図３４に示されている
。デュアルアームカエル足ロボット半径方向移動 半径方向の移動は、ロボットの中心に関する半径方向における直線移動である
。デュアルアームカエル足ロボットの典型的な半径方向移動用の軌道生成を説明
する。
【００３７】 ロボットの２つのエンドエフェクタを、Ａ及びＢとする。 エンドエフェクタＡは、半径方向移動を行うものと仮定する。この移動は、エ
ンドエフェクタＡに作用するジャーク及び最大許容加速度と、エンドエフェクタ
Ｂの最大許容加速度とによる制約を受ける。一般に、２つの加速度制約は、必ず
しも等しいものではない。時間最適軌道形状を、図３５乃至図４７に示す。図３
５乃至図４７において、セグメント名は、以下のパラメータを示す。 ａA ＝ アームＡの加速度 （ｍ／ｓ2） ａAi ＝ ノードｉでのアームＡの加速度 （ｍ／ｓ2） ａAmax ＝ アームＡの最大加速度 （ｍ／ｓ2） ａB ＝ アームＢの加速度 （ｍ／ｓ2） ａBi ＝ ノードｉでのアームＢの加速度 （ｍ／ｓ2） ａBmax ＝ アームＢの最大加速度 （ｍ／ｓ2） ｊA ＝ アームＡのジャーク （ｍ／ｓ3） ｊAi ＝ ノードｉでのアームＡのジャーク （ｍ／ｓ3） ｊAmax ＝ アームＡの最大ジャーク （ｍ／ｓ3） ｊB ＝ アームＢのジャーク （ｍ／ｓ3） ｊBi ＝ ノードｉでのアームＢのジャーク （ｍ／ｓ3） ｓA ＝ アームＡの位置 （ｍ） ｓAi ＝ ノードｉでのアームＡの位置 （ｍ） ｓB ＝ アームＢの位置 （ｍ） ｓBi ＝ ノードｉでのアームＢの位置 （ｍ） ｔ ＝ 時間 （ｓ） ｔi ＝ ノードｉでの時間 （ｓ） ｖA ＝ アームＡの速度 （ｍ／ｓ） ｖAi ＝ ノードｉでのアームＡの速度 （ｍ／ｓ） ｖB ＝ アームＢの速度 （ｍ／ｓ） ｖBi ＝ ノードｉでのアームＢの速度 （ｍ／ｓ） ２つの基本的な事例が、加速度限界の値に基づいて識別される。 事例１： ａAmax ≦ ａBmax 事例２： ａAmax ＞ ａBmax エンドエフェクタＢの加速度は、デュアルアームカエル足ロボットの周知の構
成に対する半径方向移動の間、ａAmaxを犯さないので、ａAmax ≦ ａBmaxの時
、加速度限界ａBmaxは有効にならない。その結果、上記のシングルアームロボッ
トの直線移動に関しては、同一の軌道形状が事例１において使用される。事例２
に対する汎用軌道形状を図３５に示す。汎用軌道形状は、以下に示す７つのセグ
メントからなる。 セグメント０−１： ｊA ＝ ＋ｊAmax セグメント１−２： ａB ＝ −ａBmax セグメント２−３： ｊA ＝ ＋ｊAmax セグメント３−４： ａA ＝ ａAlim セグメント４−５： ｊA ＝ −ｊAmax セグメント５−６： ａA ＝ −ａAmax セグメント６−７： ｊA ＝ ＋ｊAmax 最適解からの僅かなずれを犠牲にして、ａAlimの値は、ｍａｘ（ａB）＝ａBma x となるように選択される。この簡素化により、必要な基本軌道形状の数は、相
当に減少される。位置、速度、加速度プロファイルは、以下の式によりノードか
ら計算される。
【００３８】
【数１０】 ｊ＝０，２，３，４に対し、ｉ＝Ａ （４．２５） ｊ＝１に対し、ｉ＝Ｂ （４．２６）
【００３９】 図３５の汎用形から導出される基本軌道形状の完全セットを、図３６乃至図４
７に示す。中止軌道用の対応する形状を、図４８及び図４９に示す。デュアルアームロボット回転移動 説明すべき単純移動の最後のカテゴリは、デュアルアームロボット、即ち２つ
のエンドエフェクタを備えたロボットマニピュレータの回転移動である。ロボッ
トのエンドエフェクタが中心を共通とする円弧に沿って移動するとき、回転移動
は実施される。
【００４０】 再び、ロボットの２つのエンドエフェクタを、Ａ及びＢとする。エンドエフェ
クタＡは、回転移動を行うように命令されるものと仮定する。移動は、エンドエ
フェクタＡに作用するジャーク及び最大許容加速度と、エンドエフェクタＢの最
大許容加速度とにより拘束される。一般に、２つの加速度制約条件は、互いに等
しいものである必要はない。
【００４１】 以下の条件を満足する場合、エンドエフェクタＢに作用する加速度限界は破ら
れることはないことを示すことができる。 ａAmax ／ ｒA ≦ ａBmax ／ ｒB （４．２７） 但し、 ａAmax ＝ アームＡの最大加速度 （ｍ／ｓ2） ａBmax ＝ アームＢの最大加速度 （ｍ／ｓ2） ｒA ＝ アームＡの回転半径 （ｍ） ｒB ＝ アームＢの回転半径 （ｍ） その結果、同一の基本軌道形状が、図２６乃至図３４に関して、上記のように
、シングルアームロボットに関して使用できる。式（４．２７）の条件を満足し
ない場合、軌道は、エンドエフェクタＢに関連した加速度限界及び半径に基づい
て生成すべきである。
【００４２】複合、即ち合成移動に対する軌道 多くの用途において、直線又は円弧などの単純路は、ワークピース限界に直面
した場合などに、十分には孤立しておらず、故に、所望のパスが一連の複数の移
動として得られ、移動時間全体が増加する。時間損失は、連続して実行される移
動各々の間の停止による。これらの停止は、後述する本発明による合成技術によ
って除去できる。
【００４３】 本発明により単純移動を単一の軌道に合成するシステムは、以下の通りである
。不可欠な取り組みは、各移動の軌道を、直交又は独立成分に分解して、ある時
間間隔に対してこの成分を重畳することである。直交成分への分解は、直交座標
系でのｘ−ｙ軸方向への分解によって得られる。これは、結果として、円滑パス
に沿ったノンストップ移動になる。２つの事例を説明のために提示する。即ち、
２つの直線移動の合成と、直線移動から円弧路への合成であり、その移動路を、
それぞれ図５０（ａ）、（ｂ）に示す。図５０は、左側（ａ）に、２つの直線セ
グメント、即ちポイント「０」からポイント「１」までとポイント「１」からポ
イント「２」までとからなる連続移動の例を示し、右側（ｂ）に、連続する、直
線に沿った移動及び円弧に沿った移動、即ちポイント「０」から「１」、「１」
から「２」までの移動の例を、それぞれ示す。２つの直線移動の合成 制約条件下での最初の連続移動の概略を、図５０（ａ）に示す。これは、パス
での２つの直線セグメント、すなわち、ポイント「０」から「１」までと、ポイ
ント「１」から「２」までとからなる。例えば、上記の所定時間最適軌道形状に
基づいて生成された、２つのセグメント用の軌道が利用可能であると仮定すると
、この合成移動用の位置、速度、加速度プロファイルは、以下の式を使用して得
られる。
【００４４】
【数１１】 但し、 ｘ0，ｙ0 ＝ ポイント０でのｘ、ｙ座標 （ｍ） ｘ1，ｙ1 ＝ ポイント１でのｘ、ｙ座標 （ｍ） ｓA，ｖA，ａA ＝ セグメント０−１に対する位置、速度、加速度プロファイ
ル（ｍ） ｓB，ｖB，ａB ＝ セグメント１−２に対する位置、速度、加速度プロファイ
ル（ｍ） ｔA ＝ セグメント０−１に沿った移動存続期間 （Ｓ） Δ ＝ オーバラップ時間 （ｓ）
【００４５】 ２直線移動を合成する代表的な例を図５１に示す。図５１は、ポイント「０」
から「１」までと、ポイント「１」から「２」までとの２つの直線セグメントに
続く丸い基板を示す。左側（ａ）は順に移動する例であり、右側（ｂ）は合成し
た移動である。直線及び円弧の合成 制約条件下での第２の順次移動の概略を、図５０（ｂ）に示す。これは、連続
した、ポイント「０」から「１」までの直線に沿った第１の移動と、次の、ポイ
ント「１」から「２」までの円弧に沿った移動とからなる。例えば、上記のよう
に所定の時間最適軌道形状に基づいて生成された、２つのセグメント用の軌道が
利用可能であると仮定すると、混合移動用の位置、速度、加速度プロファイルは
、以下の式を利用して計算される。
【００４６】
【数１２】
【００４７】 但し、
【００４８】
【数１３】
【００４９】 更に、 ｘ0，ｙ0 ＝ ポイント０でのｘ、ｙ座標（ｍ） ｘ1，ｙ1 ＝ ポイント１でのｘ、ｙ座標（ｍ） ｘc，ｙc ＝ 円弧の中心のｘ、ｙ座標（ｍ） ｓA，ｖA，ａA ＝ セグメント０−１の位置（ｍ），速度（ｍ／ｓ），加速度
プロファイル（ｍ／ｓ2） ｓB，ｖB，ａB ＝ セグメント１−２の位置（ｍ），速度（ｍ／ｓ），加速度
プロファイル（ｍ／ｓ2） ｔA ＝ セグメント０−１に沿った移動の持続期間（ｓ） Δ ＝ オーバラップ時間（ｓ） 直線に沿った２つの移動、即ち、ポイント「０」から「１」までとポイント「
２」から「３」までとのセグメントと、円弧に沿った移動、即ちポイント「１」
から「２」までのセグメントとの合成を、図５２に示す。図５２は、各セグメン
トに続く丸い基板を示し、左側（ａ）は順次の事例を示し、右側は複合移動を示
す。左側（ａ）の事例は、従来例によるパスを示し、右側（ｂ）は、本発明によ
る複合移動が行われた円形基板用の最適搬送路を示す。
【００５０】 既存の取り組みと本発明とのさらなる比較を、図５３乃至図５８にて、代表的
な移動のセットに対して示す。所定の時間最適軌道形状に基づいた本発明の取り
組みは、欠陥が無く且つ追跡が容易のプロファイルを提供する。更に、既存の取
り組みにおいて、角度に関するジャークの制約が、アームを駆動するモータに作
用し、故に、エンドエフェクタの中心での最大ジャークは一定ではなく、その変
化はアームの力学に依存する。対照的に、本発明では、ジャークの制約は、エン
ドエフェクタの中心に直接作用する。この変化は、図５３乃至図５６において見
られるように、移動時間の改善につながる。
【００５１】 本発明は、結果として、理想の加速度プロファイルになるので、アームの寸法
の適宜の組み合わせ、速度、出発・到着位置に対する信頼性、あらゆるタイプの
欠点の除去等の、従来のシステムを超える効果を提供する。さらに、生成された
軌道は、デュアルアームカエル足ロボットのある半径方向の移動に対して時間最
適、または最適に次ぐ状態になり、直線移動用のエンドエフェクタの中心に作用
する一定ジャーク限界により移動時間が短縮される。本発明は、円滑な加速度プ
ロファイルの直線移動用の追跡容易な軌道を提供し、且つ、効率が良く、大抵は
、既存の反復法よりも数百倍早くなる。高速の計算能力により、中止時間及び移
動距離の短縮が保証される。本発明は、最大１２の軌道ノードが保存された想定
される移動用のカテゴリに対するメモリに対する要求を緩め、アーム及び速度が
異なる毎に異なる軌道生成器の設定変更を除去する。本発明は、２リンク及びカ
エル足構成、特に「ＢｉＳｙｍｍｅｔｒｉｃ（左右相称）」及び「Ｌｅａｐｆｒ
ｏｇ（蛙跳び）」アーム構成を含む、搬送装置の全アームに対して適用可能であ
り、合成搬送路による複合移動を支援する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な不都合を示し、特に、加速度制約が
有効の（少なくとも１つのエンドエフェクタがロードされる）場合のアームの半
径方向の伸長を示す。
【図２】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な不都合を示し、特に、加速度制約が
有効の（少なくとも１つのエンドエフェクタがロードされる）場合のアームの半
径方向の伸長を示す。
【図３】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な不都合を示し、特に、加速度制約が
有効の（少なくとも１つのエンドエフェクタがロードされる）場合のアームの半
径方向の伸長を示す。
【図４】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な不都合を示し、特に、加速度制約が
有効の（少なくとも１つのエンドエフェクタがロードされる）場合のアームの半
径方向の伸長を示す。
【図５】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な欠点を示し、特に、加速度制約が非
活動の（エンドエフェクタがアンロードされる）場合の半径方向の伸長を示す。
【図６】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な欠点を示し、特に、加速度制約が非
活動の（エンドエフェクタがアンロードされる）場合の半径方向の伸長を示す。
【図７】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な欠点を示し、加速度制約が有効の（
少なくとも１つのエンドエフェクタがロードされた）場合の回転動作を示す。
【図８】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な欠点を示し、特に、加速度制約が有
効の（少なくとも１つのエンドエフェクタがロードされた）場合の回転動作を示
す。
【図９】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な欠点を示し、特に、加速度制約が有
効の（少なくとも１つのエンドエフェクタがロードされた）場合の回転動作を示
す。
【図１０】 従来の加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、基板搬送装置での
既存の軌道生成と共に生じる円内の代表的な欠点を示し、特に、加速度制約が非
活動の（エンドエフェクタがアンロードされる）場合の回転動作を示す。
【図１１】 シングルアームロボットの移動用の典型的な時間最適形状を示す加速度プロフ
ァイルを示し、特に、直線に沿う移動用の汎用軌道形状を示す。
【図１２】 シングルアームロボットの移動用の典型的な時間最適形状を示す加速度プロフ
ァイルを示し、図１１の汎用形状から導かれる形状を含み、且ついわゆる軌道ノ
ード、すなわち軌道をセグメントに分割するポイント、を示す番号を伴う直線に
沿った動作用の基本軌道形状を示す。
【図１３】 シングルアームロボットの移動用の典型的な時間最適形状を示す加速度プロフ
ァイルを示し、図１１の汎用形状から導かれる形状を含み、且ついわゆる軌道ノ
ード、すなわち軌道をセグメントに分割するポイント、を示す番号を伴う直線に
沿った動作用の基本軌道形状を示す。
【図１４】 シングルアームロボットの移動用の典型的な時間最適形状を示す加速度プロフ
ァイルを示し、図１１の汎用形状から導かれる形状を含み、且ついわゆる軌道ノ
ード、すなわち軌道をセグメントに分割するポイント、を示す番号を伴う直線に
沿った動作用の基本軌道形状を示す。
【図１５】 シングルアームロボットの移動用の典型的な時間最適形状を示す加速度プロフ
ァイルを示し、図１１の汎用形状から導かれる形状を含み、且ついわゆる軌道ノ
ード、すなわち軌道をセグメントに分割するポイント、を示す番号を伴う直線に
沿った動作用の基本軌道形状を示す。
【図１６】 シングルアームロボットの移動用の典型的な時間最適形状を示す加速度プロフ
ァイルを示し、図１１の汎用形状から導かれる形状を含み、且ついわゆる軌道ノ
ード、すなわち軌道をセグメントに分割するポイント、を示す番号を伴う直線に
沿った動作用の基本軌道形状を示す。
【図１７】 シングルアームロボットの移動用の典型的な時間最適形状を示す加速度プロフ
ァイルを示し、図１１の汎用形状から導かれる形状を含み、且ついわゆる軌道ノ
ード、すなわち軌道をセグメントに分割するポイント、を示す番号を伴う直線に
沿った動作用の基本軌道形状を示す。
【図１８】 シングルアームロボットの移動用の典型的な時間最適形状を示す加速度プロフ
ァイルを示し、図１１の汎用形状から導かれる形状を含み、且ついわゆる軌道ノ
ード、すなわち軌道をセグメントに分割するポイント、を示す番号を伴う直線に
沿った動作用の基本軌道形状を示す。
【図１９】 シングルアームロボットの移動用の典型的な時間最適形状を示す加速度プロフ
ァイルを示し、図１１の汎用形状から導かれる形状を含み、且ついわゆる軌道ノ
ード、すなわち軌道をセグメントに分割するポイント、を示す番号を伴う直線に
沿った動作用の基本軌道形状を示す。
【図２０】 中止軌道用の図１２乃至図１９の軌道形状に対応する軌道形状の概要を示す。
【図２１】 中止軌道用の図１２乃至図１９の軌道形状に対応する軌道形状の概要を示す。
【図２２】 中止軌道用の図１２乃至図１９の軌道形状に対応する軌道形状の概要を示す。
【図２３】 中止軌道用の図１２乃至図１９の軌道形状に対応する軌道形状の概要を示す。
【図２４】 中止軌道用の図１２乃至図１９の軌道形状に対応する軌道形状の概要を示す。
【図２５】 中止軌道用の図１２乃至図１９の軌道形状に対応する軌道形状の概要を示す。
【図２６】 本発明により、円弧に沿ったシングルアームロボット及びマルチアームロボッ
トの移動用の汎用時間最適軌道形状の加速度プロファイルを示す。
【図２７】 図２６に示す汎用形から導出される基本軌道形状の完全セットを示す。
【図２８】 図２６に示す汎用形から導出される基本軌道形状の完全セットを示す。
【図２９】 図２６に示す汎用形から導出される基本軌道形状の完全セットを示す。
【図３０】 図２６に示す汎用形から導出される基本軌道形状の完全セットを示す。
【図３１】 図２６に示す汎用形から導出される基本軌道形状の完全セットを示す。
【図３２】 図２６に示す汎用形から導出される基本軌道形状の完全セットを示す。
【図３３】 中止軌道用に対応する形状を示す。
【図３４】 中止軌道用に対応する形状を示す。
【図３５】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に汎用軌道形状を示す
。
【図３６】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図３７】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図３８】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図３９】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図４０】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図４１】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図４２】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図４３】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図４４】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図４５】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図４６】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図４７】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、いわゆる軌道ノー
ドを示す番号を伴う図３５の汎用形状から導出される基本軌道形状を含む。
【図４８】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、中止軌道用に対応
する形状を示す。
【図４９】 本発明による各アームの制約が同一でないデュアルアームカエル足ロボットの
半径方向移動用の代表的な時間最適軌道の形状を示し、特に、中止軌道用に対応
する形状を示す。
【図５０ａ】 合成された軌道を示し、ポイント「０」から「１」までと、ポイント「１」か
ら「２」までとの２つの直線セグメントからなる典型的な連続した移動用のパス
を示す。
【図５０ｂ】 合成された軌道を示し、ポイント「０」から「１」までの直線と、「１」から
「２」までの円弧とに沿った典型的な連続した移動を示す。
【図５１ａ】 ポイント「０」から「１」までとポイント「１」から「２」までとの２つの直
線セグメントに従う丸い基板を示す２つの直線移動を合成する典型的な軌道を示
し、順次実行させた例である。
【図５１ｂ】 ポイント「０」から「１」までとポイント「１」から「２」までとの２つの直
線セグメントに従う丸い基板を示す２つの直線移動を合成する典型的な軌道を示
し、複合移動を示し、基板の中心は、実際にはポイント１を通過せず、示された
円滑パスに従うものである。
【図５２ａ】 直線、すなわちポイント「０」から「１」までと、「２」から「３」までのセ
グメントに沿う２つの移動と、円弧、すなわちポイント「１」から「２」までの
セグメントに沿った移動とを合成する典型的な軌道を示し、各セグメントを追従
する円形基板を示し、移動を連続させた場合であり、従来例による移動路を表す
。
【図５２ｂ】 直線、すなわちポイント「０」から「１」までと、「２」から「３」までのセ
グメントに沿う２つの移動と、円弧、すなわちポイント「１」から「２」までの
セグメントに沿った移動とを合成する典型的な軌道を示し、各セグメントを追従
する丸い基板を示し、複合移動の場合を示し、本発明による複合移動を受ける円
形基板用の最適搬送路を示す。
【図５３】 加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、本発明による加速度プロ
ファイルと、従来の反復法により得られた加速度プロファイルとの比較を示し、
特に、加速度制約が有効の（エンドエフェクタがロードされた）場合の半径方向
の伸長を伴うシングルアームロボット用の事例を示す。
【図５４】 加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、本発明による加速度プロ
ファイルと、従来の反復法により得られた加速度プロファイルとの比較を示し、
特に、一方のエンドエフェクタＡの加速度制約が有効であり（ロードされ）、且
つ他方のエンドエフェクタＢの加速度制約が非活動の（アンロードされる）とき
の半径方向伸長のデュアルアームカエル足ロボット用の事例を示す。
【図５５】 加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、本発明による加速度プロ
ファイルと、従来の反復法により得られた加速度プロファイルとの比較を示し、
特に、一方のエンドエフェクタＡの加速度制約が非活動であり（アンロードされ
る）、且つ他方のエンドエフェクタＢでの加速度制約が有効の（ロードされた）
場合の、半径方向に伸長するデュアルアームカエル足ロボット用の事例を示す。
【図５６】 加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、本発明による加速度プロ
ファイルと、従来の反復法により得られた加速度プロファイルとの比較を示し、
特に、エンドエフェクタＡ，Ｂでの半径方向伸長及び加速度制約が有効でない（
アンロードされる）場合の半径方向に伸長するデュアルアームカエル足ロボット
用の事例を示す。
【図５７】 加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、本発明による加速度プロ
ファイルと、従来の反復法により得られた加速度プロファイルとの比較を示し、
特に、加速度制約が有効の場合（少なくとも１つのエンドエフェクタがロードさ
れる）の回転移動用の事例を示す。
【図５８】 加速度プロファイル、加速度対時間のグラフを示し、本発明による加速度プロ
ファイルと、従来の反復法により得られた加速度プロファイルとの比較を示し、
特に、加速度制約が非活動の（エンドエフェクタがアンロードされる）回転移動
用の事例を示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年４月２日（２００１．４．２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ ，ＺＷ (72)発明者 エルマリ ハカン アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01450 グロトン ヒドゥンヴァリーロー ド 77 Ｆターム(参考） 3C007 AS01 BS15 BS23 BS26 LU02 MT00 NS12 NS13 5B056 BB03 BB91 HH00

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロボットマニピュレータのアーム移動用に追跡容易、即ち連続す
    る加速度プロファイルを有する制約を受けた時間最適軌道の信頼性を呈し且つ効
    率の良い生成を行い、搬送路に沿った時間最適アーム動作を生成する方法であっ
    て、 搬送路に沿ったアーム動作の所定のカテゴリに対する所定の制約条件のセット
    をカバーする基本軌道形状のセットを識別する行程と、 前記形状が特定のアーム動作に対して使用できるか否かを判別する各基本軌道
    形状に関連した条件のセットを判別する第１の判別行程と、 前記基本軌道形状を、単一の制約条件が有効となるセグメントへと分解する行
    程と、 前記セグメントに対して時間最適軌道解を判別する第２の判別行程と、 前記セグメントの時間最適軌道解を時間最適軌道形状に合成する行程と、 前記第１の判別行程からの判別に基づいてアーム動作に使用できる時間最適軌
    道形状を選択することによって前記搬送路に沿った時間最適アーム動作を生成す
    る行程と、 からなることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記アーム動作はシングルアームロボットのものであり、前記搬
    送路は直線であり、前記制約条件のセットは、加速度限界近傍でのジャーク及び
    ジャーク速度、最大速度、加速度であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記アーム動作はシングルアームロボットのものであり、前記搬
    送路は円弧であり、前記制約条件のセットは、最大速度、全加速度、接線方向ジ
    ャークからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記アーム動作は、エンドエフェクタＡ及びエンドエフェクタＢ
    を備えるデュアルアームロボットのものであり、前記搬送路は半径方向移動から
    なり、前記制約条件のセットは、エンドエフェクタＡの最大速度、加速度、加速
    度限界近傍でジャーク及びジャーク速度、エンドエフェクタＢの最大加速度から
    なることを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記アーム動作は、エンドエフェクタＡ及びエンドエフェクタＢ
    を備えるデュアルアームロボットのものであり、前記搬送路は半径方向移動から
    なり、前記制約条件のセットは、前記エンドエフェクタＡの最大ジャーク及び加
    速度と、前記エンドエフェクタＢの最大加速度を含むことを特徴とする請求項１
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記アーム動作は、デュアルアームロボットのものであり、前記
    搬送路は回転移動を有し、前記制約条件のセットは、最大速度、全加速度、接線
    方向ジャークを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記搬送路は、直線及び円弧を含むことを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ロボットマニピュレータに、エンドエフェクタが設けられ、
    前記軌道が、前記ロボットマニピュレータのエンドエフェクタの中心に作用する
    、速度、加速度、ジャーク及びジャーク速度限界による制約を受けることを特徴
    とする請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ロボットマニピュレータに、エンドエフェクタが設けられ、
    基本軌道形状のセットを識別する行程は、 前記ロボットマニピュレータが搬送路に沿って開始ポイントから最終ポイント
    までの設定距離を移動するために必要な時間を最小にする行程と、 エンドエフェクタと前記エンドエフェクタにて支持される基板との間の保持力
    を越える加速度の支配を避ける行程と、 からなることを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ロボットマニピュレータのアーム移動用に追跡容易、即ち連続
    する加速度プロファイルを有する時間最適軌道の信頼性を呈し且つ効率の良い生
    成を行い、搬送路に沿った時間最適アーム動作を生成する装置であって、 搬送路に沿ったアーム動作の所定のカテゴリに対する制約条件の起こりうる全
    ての組み合わせをカバーする基本軌道形状のセットを予め設定する手段と、 前記形状が特定のアーム動作に対して使用できるか否かを判別する各基本軌道
    形状に関連した条件のセットを判別する第１の判別手段と、 前記基本軌道形状を、単一の制約条件が有効となるセグメントへと分解する手
    段と、 前記セグメントに対して時間最適軌道解を判別する第２の判別手段と、 前記セグメントの時間最適軌道解を時間最適軌道形状に合成する手段と、 前記第１の判別手段の判別結果に基づいて特定のアーム移動に使用できる時間
    最適軌道形状を選択することによって前記搬送路に沿った前記ロボットマニピュ
    レータの時間最適アーム動作を生成する手段と、 からなることを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 前記ロボットマニピュレータはシングルアームロボットを含み
    、前記搬送路は直線であり、前記制約条件のセットは、最大速度、加速度、加速
    度限界近傍でのジャーク及びジャーク速度を含むことを特徴とする請求項１０記
    載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記ロボットマニピュレータはシングルアームロボットを含み
    、前記搬送路は円弧であり、前記制約条件のセットは、最大速度、全加速度、接
    線方向ジャークを含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記ロボットマニピュレータは、エンドエフェクタＡ及びエン
    ドエフェクタＢを備えているデュアルアームロボットを含み、前記搬送路は半径
    方向移動を含み、前記制約条件のセットは、エンドエフェクタＡの最大速度、加
    速度、加速度限界近傍でのジャーク及びジャーク速度、エンドエフェクタＢでの
    最大加速度を含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記ロボットマニピュレータは、エンドエフェクタＡ及びエン
    ドエフェクタＢを備えているデュアルアームロボットを含み、前記搬送路は半径
    方向移動を含み、前記制約条件のセットは、エンドエフェクタＡの最大ジャーク
    及び加速度と、エンドエフェクタＢでの最大加速度とを含むことを特徴とする請
    求項１０記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記ロボットマニピュレータはデュアルアームロボットを含み
    、前記搬送路は回転移動を含み、前記制約条件のセットは、最大速度、全加速度
    、接線方向ジャークを含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記搬送路は、直線及び円弧を含むことを特徴とする請求項１
    ０記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記ロボットマニピュレータはエンドエフェクタを含み、前記
    軌道は、前記エンドエフェクタの中心に作用する速度、加速度、ジャーク及びジ
    ャーク速度限界による制約を受けることを特徴とする請求項１０記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記ロボットマニピュレータは、エンドエフェクタと、基本軌
    道形状のセットを予め画定するための手段とを備え、 前記ロボットマニピュレータが搬送路に沿って開始ポイントから最終ポイント
    までの設定距離を移動するのに必要な時間を最小にする手段と、 エンドエフェクタと前記エンドエフェクタの上に支持される基板との間の保持
    力を越える加速度の支配を避けるための手段と、 を含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
  19. 【請求項１９】 マルチアームロボットマニピュレータの単純移動用の軌道を、
    円滑路に沿ったノンストップ複合移動に信頼性を維持しつつ効率良く合成する方
    法であって、 各単純移動用の軌道を互いに独立した成分に分解する行程と、 各単純移動用の軌道の前記独立成分を所定期間毎に重畳する行程と、 重畳させた成分を、円滑路に沿ったノンストップ移動をなす軌道へと合成する
    行程と、 からなることを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 各単純移動用の軌道の独立成分は、互いに直交し、直交座標系
    のｘ、ｙ軸方向成分によって示されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記ロボットマニピュレータの単純移動の各々は、直線及び円
    弧を含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
  22. 【請求項２２】 マルチアームロボットマニピュレータの単純な移動用の軌道を
    、円滑路に沿ったノンストップ複合移動に信頼性を維持しつつ効率良く合成する
    装置であって、 各単純移動用の軌道を互いに独立した成分に分解する手段と、 各単純移動用の軌道の前記独立成分を所定期間毎に重畳する手段と、 重畳させた成分を、円滑路に沿ったノンストップ移動をなす軌道へと合成する
    手段と、 からなることを特徴とする装置。
  23. 【請求項２３】 各単純移動用の軌道の独立成分は、直交座標系のｘ、ｙ軸方向
    成分によって示されることを特徴とする請求項２２記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記ロボットマニピュレータの単純移動の各々は、直線及び円
    弧を含むことを特徴とする請求項２２記載の装置。
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