JP2005119332A

JP2005119332A - 複数段に荷物積載可能な無人搬送車

Info

Publication number: JP2005119332A
Application number: JP2003353342A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Suzuki; 隆弘鈴木; Yasuhide Hishikawa; 泰秀菱川; Masaaki Yatsuhashi; 正明八橋; Toshiya Matsuda; 俊也松田
Original assignee: Asyst Shinko Inc
Current assignee: Asyst Shinko Inc
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】基板の大型化、積載量の増大に対応可能な無人搬送台車を提供する。
【解決手段】搬送台車１に２段積の棚３，４を設けることにより、製造装置から処理済みカセット回収と、未処理カセットの供給を１回のアクセスで実施する。搬送台車１のカセット棚３，４空間の一部をロボット旋回スペースとして共用し、ロボット２を空の棚位置でのみ旋回させ、その分搬送台車１の小型化を図った。またバッテリー充電プラグ４０は車体の傾きに自律的に追随し、確実に結合できるフレキシブル構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネル、プラズマディスプレー、半導体集積回路などの製造工程における基板搬送装置に関する。

液晶表示パネル生産工場の製造工程におけるガラス基板の搬送には、無人搬送台車が用いられる。無人搬送台車はバッテリー駆動で、誘導線上をシステムコントローラの指示を受け、カセットに収納されたガラス基板を積載し装置間や、装置とストッカ間の搬送を行う。無人搬送台車はバッテリー駆動であるため、充電した電力を使用尽くすと充電が必要になる。しかし通常は電力を消費尽くしたあと集中して充電する方法ではなく、ロードポートなどに併設された充電ステーションで荷物の移載期間中、荷物の移載作業と同時に消費された分を逐次充電する方式が採られる。

充電作業は無人搬送台車側の受電カプラを、地上基地に設けられた給電カプラに接続させ実施される。受電カプラと給電カプラとの接続が不完全であるとカプラ間にアーク放電が発生するなどの問題が生じ、充電に失敗するだけでなく、最悪充電装置を損傷する場合もある。受電カプラと給電カプラとの接続状態が完全であることを確認した後に充電工程に入るようにするため、カプラ部に接触センサや、光センサなど結合確認手段を装着する方式などがこれまでに検討されている。（特許文献１、２）

特開平５−１５０７３特開２０００−３０８９８６

液晶表示パネル生産工場において生産能力の向上は至上命令であり、当然搬送システムに対しても、搬送能力の向上が強く求められる。搬送能力向上を図る上で搬送台車のガラス基板積載可能枚数の増強は、有力な解決手段となる。また、単にガラス基板積載可能枚数を増やすだけでなく、搬送台車運用方法も考慮して、搬送能力向上を図る効率的なカセット搭載構造の検討が必要である。

第六世代液晶用ガラス基板サイズは１．５ｍ×１．８ｍと大型化している。ガラス基板サイズの大型化と積載枚数の増加に対応するため搬送台車自身も必然的に大型化、重量化が避けられない。装置の大型化、重量化は無駄が多くいかにして大型化、重量化を避けるかが重要な技術課題となる。

また、搬送台車の大型化、重量化に伴う新たな問題の１つにバッテリー充電作業の確実性、安定性確保がある。走行台車が重量化すると給電ポートの床状態が脆弱であると車体が傾き易く、カセットの積載の有無で車体の沈み具合も変動し、さらに車高の高くなる分これらの影響が一層拡大され、給電カプラと受電カプラの接合にトラブルが発生する。

以上搬送能力向上を図る上で本発明考案が課題として取り上げる技術課題は次になる。
（１）ガラス基板積載枚数増強のための搬送台車のカセット積載構造。
（２）大型サイズ基板を多数枚搭載する搬送台車の大型化、重量化を押さえコンパクト化する方法。
（３）充電作業における車体側受電カプラと、地上局側の給電カプラとの結合安定性確保の方法。

請求項１に記載の無人搬送車は、走行ガイドに沿って走行するバッテリー駆動の無人搬送車であって、２つ以上の大形ガラス基板カセットを同時に積載可能な２段以上の棚を有する。これにより多数のガラス基板を同時に搭載可能とし、また製造装置への1回のアクセスにより荷物の積載と降載を連続して実施可能となった。また、ガラス基板カセットの積み下し用に水平方向に旋回自由な機構、垂直方向に昇降自由な機構、伸縮自在なアーム機構を有する移載ロボットを搭載し、進行方向の左右方向より物品の移載を行うなことができる。

また、請求項２に記載の前記移載ロボットは、水平方向に旋回自由なロボットであるが、旋回動作を垂直方向の荷物が積載されていない棚位置でのみ行うので、カセットとロボットが接触することは無い。なお、ロボットは荷物載置スペースに食込んで旋回動作させるので、食込み分だけ台車寸法を小型化している。

請求項３に記載の充電カプラは、地上側に設置されたバッテリー充電装置用給電カプラと、無人搬送車側面に設置されたバッテリー充電装置用受電カプラとが対で構成される無人搬送台車用充電装置である。このうち受電カプラは無人搬送車に設けられた受電カプラ支持部にカプラ端子本体の長手方向両端部にて回転自在にピン支持される。これにより、無人搬送車が傾いた状態で地上側充電カプラにアクセスしても、受電カプラは前記ピン支持部で回転し、充電カプラ面と平行面が保たれるよう維持される。

請求項４に記載の充電カプラは地上側に設置されたバッテリー充電装置用給電カプラと、無人搬送車側面に設置されたバッテリー充電装置用受電カプラから構成される。このうち無人搬送台車用充電装置の地上に設置される充電ステーションの構成部品である給電カプラ本体は、充電カプラに押しあてられる表面に４つの接触面決定ピンが設けられている。接触面決定ピンがバネを介し受電カプラのカプラ端子本体に押し当てられると、最初接触する４点のピンで決まる接触面に沿うよう給電カプラ駆動軸に一体化して組込まれたバネが変形するため、受電カプラ端子本体と給電カプラ本体との接触面が自律的に平行に保たれ、受電カプラと給電カプラとの当接が確実になされる。

２段以上の棚を有するので、製造装置への1回のアクセスにより荷物の積載と降載が連続して実施可能となった。

ロボットによる荷物の降載を空の棚位置でのみ行うので、ロボットが荷物載置スペースに食込んで旋回可能となり、食込み分だけ台車寸法を小型化できた。

受電カプラは回転自在にピン支持されるので、無人搬送車が傾いた状態で地上側充電カプラにアクセスしてもピン支持部で回転し、受電カプラ面と給電カプラ面とは平行に保たれ、受電カプラと給電カプラとの当接が確実になされる。

給電カプラは４点で受電カプラ面に接触し、しかも給電カプラ軸に一体化して組込まれたバネが変形するため、受電カプラ端子本体と給電カプラ本体との接触面が自律的に平行に保たれ、受電カプラと給電カプラとの当接が確実になされる。

以下本発明に関する実施形態について図面を参照しながら説明する。

本発明による実施例を図１ないし図７に示す。
まず図１、図２により搬送台車の２段棚構造について説明する。
図1は無人搬送車側面図、図２は上面図である。
１は無人搬送車全体であり、走行方向に長い直方体形状をなす。無人搬送車フレーム６の中央部には移載ロボット２がロボット支持アングル１６にロボット固定ボルト１９により固定されている。また、ロボット支持アングル１６は、垂直方向駆動テーブル１０に固定されており、垂直方向駆動テーブル１０は図示されていないボールネジにより上下に駆動される。

フレーム６の一方にはガラス基板の収納されたカセットを載置する上段棚３と、下段棚４が２段に設けられている。また、上段棚３と下段棚４にはそれぞれカセットが載置されているかどうかを確認するためのリミットスイッチが２３、２３、２４、２４がそれぞれ２つづつ対角位置に設けられている。リミットスイッチ２３、２４を対角位置に設置する意味は、単にカセットの有無を検知するだけでなく、該リミットスイッチにより、カセットの位置ズレも検知している。例えば、２つのリミットスイッチの１つだけがスイッチＯＮの信号を出力している場合は、カセットが正規の位置よりずれて載置されていることを意味し、正規の位置に置き直す必要がある。

また、位置ズレ検出感度を向上させるためには、カセット設置位置で形成される四辺形の四角全てにリミットスイッチを設置することも有効である。

次に図１により搬送台車の操作パネル位置について説明する。
無人搬送車フレーム６の前後面には緊急時など、台車をマニュアルモードで操作せねばならぬための操作パネルとして、走行前面操作パネル２１と走行背面操作パネル２２が設けられている。これにより、一方のパネル操作困難な場所に無人搬送車が乗り入れても、他方の操作パネルで容易に操作することが可能である。

次に図１、図２によりロボット動作と落下防止ガードについて説明する。
ロボット支持アングル１６上に固定されている移載ロボット２は、ロボット本体１１とこの上に取り付けられた回転テーブル１２、さらに1段目アーム１３、2段目アーム１４、さらにその上部に設けられたテーブル１５により構成される。ロボットの回転動作は回転テーブル１２で行なわれ、アームの伸縮は1段目アーム１３、２段目アーム１４、および最上段のテーブルの伸縮にて行なわれる。垂直方向の上下運動は垂直方向駆動テーブル１０により行なわれる。

垂直方向駆動テーブル１０の高さ方向上段棚３と下段棚４に相当する高さ位置には上段透過センサ７と下段透過センサ８が設置されており、ロボットと一体に上下動する遮光板９が前記上段透過センサ７又は下段透過センサ８を遮る時、これらセンサから出力されるパルス波形により、垂直方向におけるロボットの位置が検出される。

一方回転テーブル１２には、テーブル１５に搭載した荷物が、回転による遠心力で、無人搬送台車進行方向側面から落下するのを防止するための落下防止ガード３６が設けられている。なお、図２では落下防止ガード３６は無人搬送台車進行方向と同一方向となっているが、ロボットアームが無人車側面よりカセットを積下しする場合、図２の状態から９０度回転させるので、落下防止ガード３６もこれに連動して９０度回転し、無人搬送台車の側面に向く。これにより、搭載した荷物が無人搬送台車の側面から落下するのを防止できる。

次に図２により空棚位置でのロボット旋回動作について説明する。
図２にはロボットアーム先端回転軌跡２０が図示されているが、図よりカセット載置エリア３９と重なっていることが確認される。即ち、棚にカセットを載置した状態で回転テーブル１２を回転させると、ロボットアーム先端は載置されたカセットに衝突する。衝突はロボット設置エリア寸法Ｗをロボットアーム先端とカセットが干渉しない寸法にまで拡大させることより容易に回避できるが、本発明では敢えて干渉の生じる図２の構成を採ることにより、無人搬送台車の外形サイズの縮小化を図っている。

また、回転によるロボットアーム先端とカセットとの衝突は次の方法で回避している。
基本的には、カセットが載置された棚でロボットアームは回転させず、カセットが載置されていない棚部のみにて回転を行う方法を採る。具体的には、カセットの有無を検出する上段リミットスイッチ２３、２３と、下段リミットスイッチ２４、２４の出力をチェックし、上段透過センサと下段透過センサの出力を監視しながら、垂直方向駆動テーブル１０を駆動させ、カセットの載置されていない棚位置までロボット支持アングル１６を移動させる。カセットが載置されていない棚位置にロボット支持アングルが到達した時点で垂直方向駆動テーブル１０を停止させ、必要に応じて適宜回転を実施する。

次に図７により、ロボットアームたわみ補償機能について説明する。
図７は無人搬送台車１が液晶製造装置３５にアクセスし、搬送して来たカセットを液晶製造装置入出ポート３３に載置する状況を示している。この場合、液晶ガラス基板の収納されたカセットの重量は約２４０ｋｇと、従来の常識では考えられない重さである。通常、これだけの重量がロボットアームの先端に負荷されると、ロボットアームは片持梁構造をなすため、アーム付け根に作用する荷重モーメントも従来では考えられない大きな値となりアームは湾曲してたわむ。

アーム先端がたわみにより湾曲すると、カセットを水平状態に保持することが困難になり、最悪テーブルより滑り落ちる可能性もあり得る。図７にカセットを積載し、最大限アームを伸ばしたロボットアームがほぼ水平に保たれている状況を示したが、これを実現するための無負荷状態でのアーム形状を点線で示した。本実施例では、有限要素法による計算と、実測とから理想形状を決定する方法を採用している。

次に図１により、無人搬送車の走行時重心と安全対策について説明する。
無人搬送台車がカセット２つを上下段棚に積載した状態で台車総重量は約３トンとなる。無人搬送台車の走行安定性を図るためには、走行時の台車重心を可能な限り低位置にする必要がある。本実施例の無人搬送台車では、最も低位置にある走行時位置透過センサ５７の位置に移載ロボット２が存在することを確認した後、走行動作に移る。

また、移載ロボット２が下方に降下する場合、移載ロボット２が位置する下の空間に作業者、その他の物体が誤って進入すると、人身事故または器物破損などの問題が発生する。この様な安全上の観点から移載ロボット下面には記載していないＣＣＤカメラなど、物体検知センサを設置し、画像処理により異物の進入が確認された場合、移載ロボット２の下降を停止させている。

次に図３ないし図５により、無人搬送台車の充電動作を説明する。
無人搬送台車は充電装置の設置されたロードポートにアクセスする場合、消費した電力を補充するため、併設された充電ステーション４３に位置決めして停止する。給電カプラ４１の直結している給電カプラ駆動軸４２は駆動モータ４９により水平左方向に駆動され、給電カプラ４１は無人搬送台車に取り付けられた受電カプラ４０とコンタクトする。給電カプラ４1と受電カプラ４０が正常にコンタクトすると、電圧、電流の時間遷移パターンに従って充電作業が実施される。

この場合、給電カプラ４１と受電カプラ４０とを正常にコンタクトさせることが特に重要で、コンタクト不良があると単に充電不十分となるだけでなく、アーク放電が発生するなど、最悪電極を損傷するケースもあり得る。充電ステーション４３にアクセスする無人搬送台車は必ずしも、常に理想的に位置合わせされ停止できるわけでなく、また、無人搬送台車自体の個体差によるバラツキもあり、給電カプラ４１と受電カプラ４０とは正常コンタクトできない可能性もある。

次に図５により、本発明考案に基づく充電カプラ構成について説明する。
充電カプラは受電カプラ４０と給電カプラ４１とで構成される。さらに受電カプラ４０はカプラ端子本体４６、受電カプラホルダー４７の２つの主要部品で構成されている。このうちカプラ端子本体４６は給電電極にコンタクトし充電を受けるための受電側接触電極板５２、これに接続一体化される受電極導体バー５０が一体化されており、さらに受電側接触電極板５２を給電側接触電極板５５に圧接するための電極付勢スプリング４８及び電極付勢スプリング止め５１が組込まれている。

また、受電カプラ端子本体４６はホルダー回転支点ピン５８により受電カプラホルダー４７に回転自在に取け付けられる。即ち、受電カプラ端子本体４６は２つの回転支点ピン５８、５８で形成される軸（図４のＹ軸）を回転軸として回転自在である。

また給電カプラが取り付けられている給電カプラ駆動軸４２はボールネジ６０を介して駆動モータ４９の正逆転により水平方向に往復運動する。給電カプラ駆動軸４２が左方向に駆動され、給電カプラ４１が受電カプラ４０の受電カプラ端子本体４６に押し当てられた場合、受電カプラ端子本体４６はホルダー回転支点ピン５８により回転自在に受電カプラホルダー４７に取り付けられているので、無人搬送台車1が傾斜した状態で充電ステーション４３にアクセスしても受電カプラ端子本体46が回転して無人搬送台車1の傾斜を補正できる。

また高さ方向に位置ズレがあっても、受電側接触電極板５２および、給電側接触電極板５５が長円、または楕円であって、電極部より断面積が大であるので、通電に必要な接触面積は確実に確保され、接触不良が起こることはない。

次に図６により、前記充電カプラの変形例について説明する。
図６に示す給電カプラ本体４６の前面には４点で受電カプラ端子本体４６に接触する接触面決定ピン５４が設けられている。また給電カプラ本体５３と給電カプラ駆動軸４２の間にバネ４５が挿入されているので、接触面決定ピン５４を有する給電カプラ本体５３が受電カプラ４０のカプラ端子本体４６に押し当てられると、最初接触する４点のピンで形成される接触面に適合して給電カプラ駆動軸４２と直列に取け付けられたバネ４５が変形するため、受電カプラ端子本体４６と給電カプラ本体５３との接触面が平行に保たれ、受電側接触電極板５２と給電側接触電極板５５とは確実に接触する。

以上本発明考案に基づく実施例について構成要素毎に説明したが、次にこれら各要素機能を統合する無人搬送台車の搬送動作について図３を用い説明する。
図３において、無人搬送台車１の走行する走行軌道は工程間軌道３０、分岐軌道31、工程内軌道３２から構成される。２５はストッカで分岐軌道３１に接続された分岐軌道ＩＮポート２８、分岐軌道ＯＵＴポート２９と工程内軌道３２に接続された工程内軌道ＩＮポート２６と工程内軌道ＯＵＴポート２７がある。また工程内軌道３２上には液晶製造装置３５があり、工程内軌道３２とは液晶製造装置入出ポート３３で接続されている。また、充電ステーション４３はロードポート３５に併設されており、無人搬送台車の充電作業は液晶製造装置入出ポート３３への荷物の移載作業と同時に実施される。

無人搬送台車１の動作は例えば次ぎのようになる。
カセットを積載せず工程内軌道３２上を巡回待機していた無人搬送台車１が図示されていないシステムコントローラよりストッカ２５から製造の中間状態にあるガラス液晶基板の収納されたカセットを取り出し、液晶製造装置３５に搬送すると同時に、液晶製造装置３５で処理の終了したガラス基板の収納されたカセットを受け取り、ストッカ２５まで搬送するよう指令を受けたとする。搬送台車1は工程内軌道32上を矢印方向に走行し、工程内軌道ＯＵＴポート27に向かう、またシステムコントローラの指令を受けたストッカ２５は搬送台車1の到着前に工程内軌道ＯＵＴポート２７上に指示されたカセットを載置する。工程内軌道ＯＵＴポート２７に到着した搬送台車1は移載ロボット２を動作させてカセットを下段棚４に積み込む。

この時の一連の動作を図１ないし図３にて説明する。
工程内軌道ＯＵＴポート２７に到着した搬送台車１は走行時位置透過センサ５７の位置にあったロボット支持アングル１６を垂直方向駆動テーブル１０の駆動により、下段透過センサ８の位置に移動させる。下段棚４上に設けられた下段リミットスイッチ２４の出力信号をチェックし、下段棚４にカセットの存在しないことを確認し、回転テーブル１２を時計回りに９０度回転させる。このとき、回転テーブル１２に取り付けられた落下防止ガード３６も同時に回転する。

移載ロボット２は1段目アーム１３、２段目アーム１４、テーブル１５を順次伸ばす、この時テーブル１５の左右先端に取り付けられた距離センサ３７と距離センサ３８でそれぞれのセンサ位置からストッカＯＵＴポートまでの距離を測定し、搬送台車１のストッカ入出ポートに対する傾きと距離を計算し、テーブル１５の突出量と突出角度の微調整を行い、ストッカＯＵＴポートに正確に位置合せする。ついで工程内軌道ＯＵＴポート２７上に載置されたカセットを下方よりすくい上げテーブル１５上に載せる。

続いてテーブル１５、２段目アーム１４、1段目アーム１３を順次折りたたみ無人搬送台車１内に取り込み、回転テーブル１２を反時計回りに９０度回転させ、テーブル１５を前方に伸ばし、下段棚４上に下ろす。下段棚４にカセット載置後はテーブル１５を折りたたみ、ロボット支持アングル１６を走行時位置透過センサ５７の位置まで降下させ、工程内軌道３２上を液晶製造装置３５まで走行する。

液晶製造装置３５の入出ポート３３に到着した搬送台車１は走行時位置透過センサ５７の位置にあったロボット支持アングル１６を垂直方向駆動テーブル１０を動作させて上段透過センサ７の位置に移動させる。上段棚３に設けられた上段リミットスイッチ２３により、上段棚３上にカセットが存在しないことを確認し、回転テーブル１２を時計回りに９０度回転させる。

このとき、回転テーブル１２に取り付けられた落下防止ガード３６も同時に回転する。移載ロボット２は1段目アーム１３、２段目アーム１４、テーブル１５を順次伸ばす、この時テーブル１５の左右先端に取り付けられた距離センサ３７と距離センサ３８でそれぞれのセンサ位置から液晶製造装置入出ポートまでの距離を測定し、搬送台車1の液晶製造装置入出ポートに対する傾きと距離を計算し、テーブル１５の突出量と角度の微調整を行う。次いで液晶製造装置入出ポート３３上に載置されたカセットを下方よりすくい上げテーブル１５上に載せる。

続いてテーブル１５、２段目アーム１４、１段目アーム１３を順次折りたたみ無人搬送台車１内に取り込む、さらに、回転テーブル１２を反時計回りに９０度回転させ、テーブル１５を前方に伸ばし、カセットを上段棚３に下ろす。次いでテーブル１５を折りたたみ、ロボット支持アングル１６を下段透過センサ８の位置に移動させる。再びテーブル１５を前方に伸ばし、テーブル１５上に下段棚４上に載置されているカセットを乗せ、テーブル１５を折りたたみ回転テーブル１２を時計回りに９０度回転させる。次いで垂直方向ガイド１０を動作させて、ロボット支持アングル１６を上段透過センサ７の位置まで上昇させる。移載ロボット２は1段目アーム１３、２段目アーム１４、テーブル１５を順次伸ばし、液晶製造装置入出ポート３３までアームを伸ばし、液晶製造装置入出ポート３３上にカセットを降ろす。ついでテーブル１５、２段目アーム１４、１段目アーム１３を順次折りたたむ。

以上によりストッカ２５と液晶製造装置３５へのカセットの回収と供給の方法について述べたが、図３に示した入出ポートが1つしかない液晶製造装置の場合、本発明の２段積カセットの無人搬送台車では、1回のアクセスでカセットの回収と供給が可能で、単に無人搬送台車のカセット積載能力を２倍にした以上の搬送効率向上効果を生み出すことが出来た。

大サイズガラス基板を用いる液晶表示装置製造工場における基板搬送のように、大サイズ、重量基板カセットを搬送する装置の必要な分野、バッテリー駆動無人搬送車を人手を介さず無人給電ステーションで定期的に充電を行う装置、機器に適用できる。

無人搬送台車側面図無人搬送台車上面図液晶製造装置搬送システム充電ポート充電カプラ接触面決定ピン付充電カプラ製造装置入出ポートでのカセット積載状況

符号の説明

１無人搬送台車
２移動ロボット
３上段棚
４下段棚
７上段透過センサ
８下段透過センサ
１１ロボット本体
１２回転テーブル
１８カセット
２３上段リミットスイッチ
２４下段リミットスイッチ
２５ストッカ
３０工程間軌道
３１分岐軌道
３２工程内軌道
３３液晶製造装置入出ポート
３５液晶製造装置
４０受電カプラ
４１給電カプラ
４３充電ステーション

Claims

走行ガイドに沿って走行し物品を搬送するバッテリー駆動の無人搬送台車であって、少なくとも物品搭載用の複数段の棚機構を有し、水平方向に旋回自由、垂直方向に昇降自由、進行方向の左右より物品の移載が可能で伸縮自在なアーム機構を有する移載ロボットを搭載した無人搬送車。
請求項1に記載の昇降自由、水平方向に旋回自由なロボットであって、複数段の棚のうち荷物が積載されていない段の棚位置でのみ移載ロボットを旋回させる無人搬送車。
地上側に設置されたバッテリー充電装置用給電カプラと、無人搬送車側面に設置されたバッテリー充電装置用受電カプラから構成される無人搬送台車用充電装置であって、前記受電カプラが無人搬送車に設けられた受電カプラ支持部にカプラ端子本体の長手方向両端部にて回転自在にピン支持された構造をなす受電カプラを有する無人搬送車。
無人搬送車側面に設置されたバッテリー充電装置用受電カプラに当接し、無人搬送車に搭載されたバッテリーを充電する地上設置バッテリー充電装置の給電カプラであって、前面に一組の接触面決定ピンを有し、バネを介し給電カプラ駆動軸に一体化して組み込まれ、前記駆動軸は連結したモータの回転により水平方向に往復運動し、前記受電カプラに当接する方向への駆動時、前記給電カプラ接触面決定ピンが前記受電カプラ表面に押し当てられ、前記受電カプラと前記給電カプラの対向接触面が自律的に平行に調整される無人搬送車用充電装置。