JP2010214533A - ロボット、及びオートゼロイング方法 - Google Patents

ロボット、及びオートゼロイング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】作業員の手を介することなく自動的に基準姿勢を原点姿勢に調整することができ、また基準姿勢を原点姿勢に精度よく調整することができるロボットを提供する。
【解決手段】搬送ロボット２２は、角変位可能に連結された連結部材２７，２８，２９を備え、調整可能な基準姿勢を基準として各連結部材２７，２８，２９の変位を制御する。基台２３にはレーザセンサ３８を備える。レーザセンサ３８は、予め定められた方向にレーザ光を投光し、且つ原点姿勢と一致する第１の検出姿勢に第１の連結部材２７が配置されると、投光したレーザ光がリフレクタ４１で反射された反射光を受光するようになっている。制御部はレーザ光がリフレクタで反射しレーザセンサ３８で受光するように第１の連結部材２７を角変位させる。受光した時の第１の連結部材２７の姿勢を原点姿勢とする。連結部材２８，２９についても、リフレクタ４２，４３を用いて同様に原点を調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は、相対変位可能に互いに連結された複数の連結体を備えるロボットに関する。
産業分野において、様々なロボットが活用されている。例えば、半導体処理の分野では、基板を搬送するための装置として搬送ロボットが利用されている。搬送装置は、異なる半導体処理を夫々行なう複数の半導体処理装置と共に半導体処理設備を構成しており、半導体処理設備のフロントエンドモジュールをなしている。
図１０は、従来の技術の搬送ロボット１の一部を拡大して示す拡大斜視図である。図１１は、図１０に示す搬送ロボット１の平面図である。搬送ロボット１は、基台２を備え、この基台２には昇降装置３が備わっている。昇降装置３には、アーム４が角変位可能に取り付けられており、アーム４が上下に昇降するようになっている。
アーム４は、２つの連結部材５，６及び１つのロボットハンド７である３つの連結体を備えており、第１の連結部材５は、昇降装置３に設けられており、前記昇降装置３に対して角変位するようになっている。第１の連結部材５は、更に第２の連結部材６に連結され、第２の連結部材６は、ロボットハンド７に連結されており、第１の連結部材５、第２の連結部材６及びロボットハンド７は、軸線Ｌ１乃至Ｌ３回りに夫々角変位するようになっている。
このように構成される搬送ロボット１は、さらに図示しない制御部を備える。制御部は、第１の連結部材５、第２の連結部材６及びロボットハンド７の軸線Ｌ１乃至Ｌ３回りの角度を制御し、各連結部材を５，６，７を夫々角変位させる。制御部では、予め定められる原点姿勢における角度が０degとなるように工場出荷時等に設定されており、制御部は、第１の連結部材５、第２の連結部材６及びロボットハンド７の軸線Ｌ１乃至Ｌ３回りの角度を制御することで、各連結体５，６，７の所望の姿勢を変えて、ロボットハンド７を所望の位置に移動させる。
ところが、アーム４が半導体処理装置内の他の構成に衝突したり、搬送ロボット１を長年使用したりすることで、第１の連結部材５、第２の連結部材６及びロボットハンド７に軸ずれが生じ、各連結部材５，６，７の角度を０degに戻しても原点姿勢にならない場合がある。そうすると、制御部が規定された角度で各連結部材５，６，７を角変位させてもロボットハンド７が規定された位置からずれた位置へと配置されてしまう。そこで、各連結部材５，６，７の原点姿勢を０degに調整する必要があり、この調整方法として、以下のようなゼロイング方法がある。なお、ゼロイング方法は、工場出荷前の原点姿勢における角度を０degに調整する際にも利用される。
ゼロイング方法の一例として、冶具ピン８を用いる方法がある。この方法を採用する場合、冶具ピン８を挿入するための貫通孔が第１の連結部材５及び第２の連結部材６に夫々形成されている。２つの貫通孔は、第１の連結部材５と第２の連結部材６との軸線Ｌ２回りの角度が原点姿勢から所定の角度になると連通し、冶具ピン８が挿入できるようになっている。また、ロボットハンド７には、切欠き９が形成されている。この切欠き９は、第２の連結部材６とロボットハンド７とが軸線Ｌ３回りの角度が原点姿勢から所定の角度になると、冶具ピン８が当接するようになっている。
このように、冶具ピン８を用いることで原点姿勢に対する各連結部材５，６，７の角度を検出することができ、検出された角度に基づき、前記原点姿勢が０degとなるように調整する。
特開平５−４１７９号公報
上記のような冶具ピンを用いたゼロイング方法では、２つの貫通孔及び切欠き９の寸法精度に応じて誤差を生じてしまう。この誤差を抑えるために前記寸法精度を高くする、つまり２つの貫通孔及び切欠き９の口径を小さくすることが考えられるが、そうすると冶具ピン８を貫通孔に挿入しにくくなったり、冶具ピン８が切欠き９に嵌りにくくなったりする。これにより、原点姿勢を合わせるための時間が著しく増加してしまう。
そのような不都合を解消すべく、２つの貫通孔及び切欠き９の径を冶具ピン８の径より大きく形成しておき、冶具ピン８が挿入しやすく、また嵌りやすくすることが考えられる。しかしながら、その場合、前記誤差を許容しなければならない。その誤差が大きくなると、ロボットハンドを移動させたとき、そのロボットハンド７が所望の位置からずれてしまうことがある。
また、冶具ピン８を用いるゼロイング方法では、冶具ピン８を２つの貫通孔に挿入し、且つ切欠き９に冶具ピン８が嵌っているかを確認する作業を作業員が行なう必要があり、作業員は、搬送装置内に入って作業しなければならない。しかし、搬送装置内に作業員が入ると、半導体処理設備内の高いクリーン度が下がってしまう。半導体処理設備内の空間は、高いクリーン度が要求されているので、ゼロイング終了した後、再びクリーン度を高くし安定させる必要があり、稼働させるまでにかなりの時間がかかってしまう。
これらの問題を解決すべく、本発明の目的は、作業員の手を介することなく自動的に基準姿勢を原点姿勢に調整することができ、また基準姿勢を原点姿勢に精度よく調整することができるロボット、及びゼロイング方法を提供することである。
本発明のオートゼロイング機能付きのロボットは、相対変位可能に連結された連結体を備え、調整可能な基準姿勢を基準として前記連結体の変位を制御するロボットであって、予め定められた方向にレーザ光を投光する投光手段と、予め定められた原点姿勢から所定の変位量離れた検出姿勢に前記各連結体が配置されると、前記レーザ光を受光する受光手段と、前記連結体を相対変位させて前記受光手段に前記レーザ光を受光させ、受光した時の前記連結体の姿勢、及び前記原点姿勢と前記検出姿勢との関係に基づいて前記基準姿勢を原点姿勢に調整するゼロイング手段とを備えるものである。
本発明に従えば、レーザ光を用いて基準姿勢を原点姿勢に調整するので、投光手段の取付精度を精度良くすることで、基準姿勢を原点姿勢に精度よく合わせることができる。これにより、連結体の変位を精度よく制御することができる。
また、本発明では、レーザ光を用いての調整であり、受光手段がレーザ光を受光できるようにゼロイング手段が自動的に連結体を相対変位させ、更に基準姿勢を原点姿勢に調整するので、作業員自らが作業して基準姿勢を原点姿勢に調整する必要がない。これにより、作業員による作業が困難又は好ましくない場所であっても、基準姿勢を原点姿勢へと容易に調整することができる。
上記発明において、前記ゼロイング手段は、一方向に前記連結体を相対変位させて前記受光手段に前記レーザ光を受光させた後、前記一方向と異なる他方向に前記連結体を相対変位させて前記受光手段に前記レーザ光を受光させ、前記一方向及び他方向で前記レーザ光を受光したときの前記連結体の姿勢の平均値を前記レーザ光を受光したときの姿勢とすることが好ましい。
受光手段の構成及び取付精度により、連結体を一方向及び他方向に夫々相対変位させたときとで、レーザ光受光時の連結体の姿勢が異なる場合がある。このような場合、レーザ光受光時の連結体の姿勢が検出姿勢に対して所定の方向に大幅にずれることになる。これにより、調整後の基準姿勢が原点姿勢からずれる場合がある。
上記構成に従えば、前述の受光手段であっても、一方向及び他方向に相対変位させたときの姿勢の平均値をとるため、連結体を相対変位させる方向に応じて配置される検出姿勢が異なることが低減される。これにより、一方及び他方向のどちらの方向に相対変位させても、同じ検出姿勢にセンシングすることができる。
上記発明において、前記検出姿勢は、前記原点姿勢であることが好ましい。
上記構成に従えば、検出姿勢と原点姿勢との関係が単純であるので、基準姿勢を原点姿勢に調整するのが容易である。
上記発明において、オートゼロイング機能付きのロボットは、互いに相対変位可能に連結された複数の前記連結体が相対変位可能に設けられた基台と、前記複数の連結体に夫々設けられており、前記投光手段からのレーザ光を反射するリフレクタとを有し、前記投光手段及び受光手段は、前記基台に設けられることが好ましい。
上記構成に従えば、投光手段及び受光手段の設ける個数を少なくすることができ、部品点数を低減することができる。これによって、製造コストを低減することができる。
上記発明において、前記リフレクタは、回帰型のリフレクタであり、前記投光手段及び前記受光手段は、一体化された同軸レーザセンサであることが好ましい。上記構成に従えば、取付け精度が低くてもリフレクタからの反射光を受光することができ、歩留まりを向上させることができる。
上記発明において、前記ゼロイング手段は、前記基台側の連結体から順に前記基準姿勢を調整することが好ましい。上記構成に従えば、基台側から順に各連結体の基準姿勢が原点姿勢に調整されるので、各連結体の基準姿勢の一度で調整することができる。これにより、基準姿勢の調整時間を短縮することができる。
上記発明において、前記各連結体は、互いに相対回動可能に構成されており、前記ゼロイング手段は、相対回動させる時の前記連結体にかかるトルクが予め定められたトルク値以上、前記連結体の相対角度と目標角度とのズレが予め定められた値以上、又は連結体の相対角度と目標角度との偏差が予め定められた値以上になると、前記連結体を原点姿勢に調整することが好ましい。
上記構成に従えば、例えば連結体が衝突などして、連結体に大きなトルクが生じたり、連結体の相対角度が目標角度位置とのズレが予め定められた値以上になったり、又は連結体の姿勢と目標姿勢との偏差が予め定められた値以上になったりすると、自動的に基準姿勢を原点姿勢に調整されるので、衝突後も素早く稼働を再開することができる。
本発明のゼロイング方法は、相対変位可能に互いに連結され、且つ調整可能な基準姿勢を基準として変位を制御するロボットの前記基準姿勢を調整する方法であって、前記連結体を相対変位させて予め定められた原点姿勢から所定の変位量離れた検出姿勢に連結体を配置してレーザ光を受光させるレーザ光受光工程と、前記レーザ光受光工程でレーザ光を受光したときの前記連結体の姿勢、及び前記原点姿勢と前記検出姿勢との関係に基づいて、前記基準姿勢を前記原点姿勢に調整する基準姿勢調整工程とを有する方法である。
上記構成に従えば、レーザ光を用いて基準姿勢を原点姿勢に調整するので、レーザ光の進行方向を精度よくすることで、基準姿勢を原点姿勢に精度よく合わせることができる。これにより、連結体の変位を精度よく制御することができる。
また、本発明では、レーザ光を用いての調整であり、自動的に連結体が相対変位されて基準姿勢を原点姿勢に調整するので、作業員自らが作業して原点姿勢を調整する必要がない。これにより、作業員による作業が困難又は好ましくない場所であっても、基準姿勢を原点姿勢へと容易に調整することができる。
上記発明において、前記レーザ光受光工程では、一方向に前記連結体を相対変位させて前記レーザ光を受光させた後、前記一方向と異なる他方向に前記連結体を相対変位させて前記レーザ光を受光させ、前記基準姿勢調整工程では、前記一方向及び他方向で前記レーザ光を受光したときの前記連結体の姿勢の平均値を前記レーザ光を受光したときの姿勢とすることが好ましい。
上記構成に従えば、一方向及び他方向に相対変位させたときで、レーザ光を受光したときの姿勢が異なることがあっても、一方向及び他方向に相対変位させたときの姿勢の平均値をとるため、連結体を相対変位させる方向に応じてレーザ光を受光したときの姿勢が異なることが低減される。これにより、一方及び他方向のどちらの方向に相対変位させても、同じ姿勢にてレーザ光を受光させることができる。
上記発明において、互いに相対変位可能に連結された複数の前記連結体が基台に相対変位可能に設けられ、前記捜索工程、レーザ光受光工程及び基準姿勢調整は、前記基台側の連結体から順に実施されることが好ましい。
上記構成に従えば、基台側から順に各連結体の基準姿勢が原点姿勢に調整されるので、各連結体の基準姿勢を一度で調整することができる。これにより、基準姿勢の調整時間を短縮することができる。
本発明によれば、作業員の手を介することなく自動的に基準姿勢を原点姿勢に調整することができ、また基準姿勢を原点姿勢に精度よく調整することができる。
本発明の実施形態であるウェハ搬送装置を備える半導体処理設備の一部を示す平面図である。 半導体処理設備の一部を切断して示す断面図である。 搬送ロボットを拡大して示す斜視図である。 図３の搬送ロボットを側方から見た側面図である。 搬送ロボットの電気的な構成を示すブロック図である。 各連結部材の原点姿勢を調整する手順を示すフローチャートである。 各連結部材の原点姿勢を調整する手順を示す図面である。 各連結部材の原点姿勢を調整する手順を示す図面である。 第１の連結部材を揺動させた時、角度θ１近傍でレーザセンサが受光する受光量の変化を示すグラフである。 基準姿勢と原点姿勢とのズレ量の変化を示すグラフである。 従来の技術の搬送ロボットの一部を拡大して示す拡大斜視図である。 図１０に示す搬送ロボットの平面図である。
図１は、本発明の実施形態であるウェハ搬送装置１１を備える半導体処理設備１０の一部を示す平面図である。図２は、半導体処理設備１０の一部を切断して示す断面図である。半導体処理設備１０は、半導体ウェハ１２に対して、予め定める半導体処理を施すための装置である。半導体ウェハ１２に施される半導体処理として、例えば、熱処理、不純物導入処理、薄膜形成処理、リソグラフィー処理、洗浄処理または平坦化処理等のプロセス処理がある。半導体処理設備１０は、処理装置１３と、搬送装置１１とを備えている。
処理装置１３は、処理側ハウジング１４及び図示しない処理側調整装置を備えている。処理側調整装置は、ファンフィルタユニット等によって構成されており、処理側ハウジング１４の内の処理空間１５のクリーン度を高く保っている。処理空間１５には、前述したようなプロセス処理をウェハ１２に施すための各種の処理部（図示せず）が設けられており、これらの処理部にてウェハ１２に前記プロセス処理を施すことができる。
搬送装置１１は、処理装置１３の前面に取付けられるフロントエンドモジュールであり、ウェハ１２を処理空間１５の各処理部に搬送し、また処理空間１５の各処理部にあるウェハ１２を取り出すようになっている。搬送装置１１は、搬送側ハウジング１６を備えており、搬送側ハウジング１６の正面外側には、複数のフープ１７（本実施形態では、４つのフープ１７）が設けられている。
フープ１７は、複数のウェハ１２を収容する容器である。フープ１７内では、複数のウェハ１２が上方へと積み上げられており、ウェハ１２がミニエンバイロメントにより清浄度が保たれている。フープ１７内は、搬送側ハウジング１６に形成された連結口１６ａを介して搬送装置１１内の搬送空間１９と繋がっており、連結口１６ａはフープ１７に備わるフープ側ドア１８により開閉される。
搬送側ハウジング１６には、複数のフープオープナ２０（本実施形態では、４つのフープオープナ２０）及び搬送側調整装置２１が設けられている。フープオープナ２０は、フープ１７に対応させて設けられており、フープオープナ２０を開閉することで、連結口１６ａを開閉するようになっている。
搬送側ハウジング１６の背面側には、連通口１６ｂが形成され、搬送空間１９と処理空間１５とが繋がっている。そのため、搬送空間１９もまた、処理空間と同様にクリーン度を高く保つ必要があり、搬送側調整装置２１により搬送空間１９のクリーン度が高く保たれている。さらに、搬送側ハウジング１６の搬送空間１９には、ウェハ１２を搬送するための搬送ロボット２２が設けられている。
図３は、搬送ロボット２２を拡大して示す斜視図である。図４は、図３の搬送ロボット２２を側方から見た側面図である。図５は、搬送ロボット２２の電気的な構成を示すブロック図である。図４では、説明の理解を容易にするために一部を断面で示している。以下では、図１及び２も参照しつつ説明する。搬送ロボット２２は、基台２３、アーム２４を備える。基台２３は、搬送側ハウジング１６に固定され、昇降装置２５を備えている。
昇降装置２５は、上端部にアーム２４が角変位可能に設けられた軸部材２６を有しており、軸部材２６を上下させてアーム２４を上下方向に昇降するようになっている（図２参照）。アーム２４は、複数の連結部材２７，２８，２９により構成され、複数の関節を有しており、種々の姿勢をとってアーム２４の先端側の連結部材２９であるロボットハンド２９を様々な位置に動かすことができる（図１の二点及び三点鎖線参照）。本実施形態において、アーム２４は、ロボットハンド２９の他に、第１の連結部材２７、及び第２の連結部材２８を備えている。
第１の連結部材２７は、短冊状に形成され、その長手方向一端部が軸部材２６に連結されており、軸部材２６に対して軸線Ｌ１回りに回動するようになっている。また、第１の連結部材２７は、その長手方向他端部に第２の連結部２８が角変位可能に設けられている。第２の連結部材２８は、短冊状に形成され、その長手方向一端部が第１の連結部材２７に連結されており、第１の連結部材２７に対して軸線Ｌ２回りに角変位するようになっている。更に、第２の連結部材２８は、その長手方向他端部にロボットハンド２９が角変位可能に設けられている。
ロボットハンド２９は、ロボットハンド本体３０とハンド部３１とを有し、ロボットハンド本体３０が第２の連結部材２８に連結されており、第２の連結部材２８に対して軸線Ｌ３回りに角変位するようになっている。ロボットハンド本体３０には、ウェハ１２の配置位置等の教示位置を教示するためのセンサ３２が設けられている。センサ３２は、ロボットハンド本体３０の一側面部３０ａに設けられている。センサ３２は、所謂同軸型のレーザセンサであり、教示位置に設けられる図示しないリフレクタにレーザ光を投光し、そこで反射されたレーザ光を受光することで教示位置を検出する。ロボットハンド本体３０では、レーザ光が一側面部３０ａに対して垂直に投光されるようにセンサが配置されている。この一側面部３０ａには、更にハンド部３１が設けられている。
ハンド部３１は、その基端部がロボットハンド本体３０の一側面部３０ａに固定され、先端部に向って二股状に延びており、その先端部でウェハ１２を載置するようになっている。
このように角変位可能に連結された第１の連結部材２７、第２の連結部材２８及びロボットハンド２９には、モータ３３，３４，３５が夫々設けられており、モータ３３，３４，３５により第１の連結部材２７、第２の連結部材２８及びロボットハンド２９が夫々角変位するようになっている。モータ３３，３４，３５は、制御部３６に電気的に接続されており、この制御部３６によって駆動される。また制御部３６には、昇降装置２５及び入力手段３７が接続されている。昇降装置２５は、制御部３６により制御されるようになっており、また入力手段３７は、制御部３６に種々の指令を与えることができるようになっている。
制御部３６は、予め定められたプログラムに応じてモータ３３，３４，３５を駆動して第１の連結部材２７、第２の連結部材２８及びロボットハンド２９の角度を制御する。具体的には、制御部３６は、各モータ３３，３４，３５に取付けられたエンコーダからのエンコード値に基づいて第１の連結部材２７、第２の連結部材２８及びロボットハンド２９の角度を取得して各モータ３３，３４，３５を制御する。
各角度は、各連結部材２７，２８，２９が予め定められた基準姿勢になったときを基準（角度０deg）としている。制御部３６では、基準姿勢が調整可能であり、各連結部材２７，２８，２９を制御する前に、例えば工場出荷時に基準姿勢が原点姿勢に予め調整される。原点姿勢は、連結部材２７，２８，２９毎に予め定められている。前記基準姿勢を基準として、予め定められたプログラムに応じて各連結部材２７，２８，２９の角度を制御することで、ロボットハンド２９が前記プログラムに応じた所定の経路で移動する。
本実施形態において、第１の連結部材２７の原点姿勢は、第１の連結部材２７が前後方向に延在する姿勢である。第２の連結部材２８の原点姿勢は、平面視で第１の連結部材２７と第２の連結部材２８とが重なり、軸線Ｌ１と軸線Ｌ３とが略同一軸線上に配置される姿勢である。ロボットハンド２９の原点姿勢は、平面視で第２の連結部材２８とロボットハンド２９とが重なる姿勢である。連結部材２７，２８，２９が全て原点姿勢になると、図１の二点鎖線で示すように、平面視で連結部材２７，２８，２９が全て重なるようになる。ただし、これらの原点姿勢は、前述の姿勢に限定するものではない。
このように各連結部材２７，２８，２９を制御する前に原点姿勢が０degになるように予め調整されているが、ロボットハンド２９を移動させる際にアーム２４が何らかの構成と衝突したり、長期間にわたって継続使用したりすることで軸ずれが発生し、原点姿勢時の各連結部材２７，２８，２９の角度が０degからずれてしまっている場合がある。このような状態でロボットハンド２９を移動させると、アーム２４が規定される経路を通らないので、アーム２４が他の構成に衝突するおそれがある。それ故、各原点姿勢における角度を０degに再び調整し直す必要がある。搬送ロボット２２は、各原点姿勢における角度を０degに自動的に調整する原点姿勢調整機能を有し、原点姿勢調整機能を実現するべく、制御部３６にはレーザセンサ３８が電気的に接続されている。
レーザセンサ３８は、平面視で軸線Ｌ１から予め定められた距離Ｗ１離れた位置に配置され、基台２３の上部に埋設されている。レーザセンサ３８は、投光手段である半導体レーザと受光手段である受光センサとが一体化された同軸型のものである。レーザセンサ３８は、基台２３の上部表面に対して略垂直な方向にレーザ光を投光し、投光したレーザ光の進行する方向と逆方向に進むレーザ光を受光するようになっている。
また、各連結部材２７，２８，２９の各々の下部側には、リフレクタ４１，４２，４３が埋設されている。リフレクタ４１，４２，４３は、各連結部材２７，２８，２９の下部に形成される開口２７ａ，２８ａ、２９ａにより下方に露出しており、レーザセンサ３８から投光されるレーザ光を反射するようになっている。リフレクタ４１，４２，４３は、回帰型のリフレクタであり、進行するレーザ光を進んできた方向と逆方向に反射するようになっている。
第１のリフレクタ４１は、その中心と軸線Ｌ１との間隔が前記距離Ｗ１となるように配置されており、第１の連結部材２７が予め定められた検出姿勢になったときにレーザセンサ３８からのレーザ光を反射するようになっている。第１の検出姿勢は、第１の連結部材２７をその原点姿勢から予め定められた角度θ１１角変位させた姿勢である。本実施形態では、第１の検出姿勢を原点姿勢としているため、角度θ１１は０degである。
第２のリフレクタ４２は、その中心と軸線Ｌ２との間隔が予め定められた距離Ｗ２となるように配置されており、第１及び第２の連結部材２７，２８が予め定められる第２の検出姿勢になったときにレーザセンサ３８からのレーザ光を反射するようになっている。第２の検出姿勢は、第１の連結部材２７がその原点姿勢から予め定められた角度θ２１角変位させ、第２の連結部材２８をその原点姿勢から軸線Ｌ２回りに予め定められた角度θ２２角変位させた姿勢（図７Ｂ（ｄ）参照）である。
第３のリフレクタ４３は、その中心と軸線Ｌ３との間隔が予め定められた距離Ｗ３となるように配置されており、第１及び第２の連結部材２７，２８並びにロボットハンド２９が予め定められる第３の検出姿勢になったときにレーザセンサ３８からのレーザ光を反射するようになっている。第３の検出姿勢は、第１の連結部材２７がその原点姿勢から軸線Ｌ１回りに予め定められた角度θ３１角変位させ、第２の連結部材２８をその原点姿勢から軸線Ｌ２回りに予め定められた角度θ３２角変位させ、更にロボットハンド２９をその原点姿勢から軸線Ｌ３回りに予め定められた角度θ３３角変位させた姿勢（図７Ａ（ｅ）参照）である。
図６は、各連結部材２７，２８，３０の原点姿勢を調整する手順を示すフローチャートである。図７Ａ及びＢは、各連結部材２７，２８，３０の原点姿勢を調整する手順を示す図面である。以下では、原点姿勢調整機能による原点姿勢調整処理の手順を説明する。図７Ａ（ａ）に示すように、ロボットハンド２９を移動させている途中にアーム２４（本実施形態では、第１の連結部材２７）が処理空間１５及び搬送空間１９等に配置された何らかの構成に衝突すると、第１の連結部材２７がモータ３３の出力軸に対して軸ずれを起こし（図７Ａ（ａ）の一点鎖線参照）、第１の連結部材２７とモータ３３とが角度δθズレてしまう。ズレる角度δθは、例えば１〜２deg程度である。
また衝突することで、第１の連結部材２７の角変位が止められる。制御部３６は、止められた第１の連結部材２７を所定の角度へと角変位させようとモータ３３に流す電流を増加させてモータ３３のトルクを増大させるが、モータ３３に流す電流が予め定められた値になる、つまりモータ３３のトルクが予め定められたトルク値になると、アーム２４が衝突したと判断し、ロボットハンド２９の移動を停止する。その後、作業員が入力手段３７により原点姿勢調整処理を実施する指令を制御部３６に与えると、原点姿勢調整処理が開始し、ステップＳ１へと移行する。
ステップＳ１では、第１の連結部材２７を角変位させて、第１の連結部材２７の角度を０degにする（図７Ａ（ｂ）参照）。なお、軸ずれを生じているため、角度を０degに戻しても第１の連結部材２７の姿勢が原点姿勢にならず、第１の連結部材２７の角度は、原点姿勢時の角度から角度δθズレている。第１の連結部材２７の角度を０degに戻すと、ステップＳ２へと移行する。
ステップＳ２は、第１の検出姿勢をセンシングする工程である。ステップＳ２では、レーザセンサ３８からレーザ光を投光させながら第１の連結部材２７を０degを基準として所定の範囲θｗ、例えば±５degの範囲で揺動させる（図７Ｂ（ｃ）の二点鎖線参照）。ここで、＋の角度は、０degを基準に反時計回り、−の角度は、０degを基準に時計回りに角変位させることである。第１の連結部材２７を揺動させると、レーザセンサ３８に近づくにつれてレーザセンサ３８の受光量が増加する。
図８は、第１の連結部材２７を揺動させた時、角度θ１近傍でレーザセンサ３８が受光する受光量の変化を示すグラフである。本来、レーザセンサ３８の受光量は、第１の連結部材２７が第１の検出姿勢になったときに最大となる。従って、レーザセンサ３８の受光量が最大となる姿勢を検出することで、第１の連結部材２７が第１の検出姿勢にあるときの角度θ１を取得することができる。
しかし、一般的なレーザセンサ３８は、所定の光量までしか測定できず、その受光量が予め定められた光量Ｑを超えたときにＯＮの信号を制御部３６に出力し、前記受光量が光量Ｑを下回るとＯＮの信号をＯＦＦの信号に切換えるようになっている。制御部３６は、このようなレーザセンサ３８でも第１の検出姿勢が検出できるようになっている。
具体的には、制御部３６は、ＯＮの信号が出力されたときとＯＮの信号がＯＦＦの信号に切り替えられたときの第１の連結部材２７の角度θａ及び角度θｂとを取得する。これらの角度θａ，θｂの中間角度で受光量が最大となると推定され、制御部３６は、この中間角度を前記角度θ１と推定する。これにより、測定可能な光量に制限があるレーザセンサ３８であっても、角度θ１を検出することができる。
また、レーザセンサ３８は、第１の連結部材２７の角度位置に対する受光量の変化においてヒステリシスを有しており、第１の連結部材２７を反時計回りに角変位させた場合と時計回りに角変位させた場合とで、第１の連結部材２７の角度位置に対するレーザセンサ３８の受光量が異なる（図８の実線及び一点鎖線参照）。それ故、制御部３６は、第１の連結部材２７を反時計回り（又は時計回り）に角変位させて、ＯＮの信号が出力されたときとＯＮの信号がＯＦＦの信号に切り替えられたときの第１の連結部材２７の角度θａ１及び角度θｂ１とを取得する。その後、制御部３６は、逆方向に第１の連結部材２７を角変位させて、ＯＮの信号が出力されたときとＯＮの信号がＯＦＦの信号に切り替えられたときの第１の連結部材２７の角度θａ２及び角度θｂ２とを取得する。
次に、制御部３６は、角度θａ１，角度θａ２とからＯＮの信号が出力されたときの平均角度θａを演算し、またＯＮの信号がＯＦＦの信号に切り替えられたときの平均角度θｂを演算する。そして、平均角度θａ，θｂの中間角度を求め、この中間角度を前記角度θ１と推定する。このような方法で、第１の連結部材２７が第１の検出姿勢にあるときの角度θ１を取得することで、センシング時に第１の連結部材２７を角変位させる方向に応じて、センシングされる第１の検出姿勢が変わってしまうことが抑制できる。このようにして、角度θ１を取得すると、ステップＳ３へと移行する。
再び、図６、７Ａ及び７Ｂを参照しつつ説明する。ステップＳ３は、第１の連結部材２７の基準姿勢、つまり０degの時の姿勢を第１の連結部材２７の原点姿勢に調整する工程である。ステップＳ３では、まず、制御部３６が取得した角度θ１に第１の連結部材２７を角変位させる。そして、制御部３６は、第１の検出姿勢と原点姿勢とが一致しているという関係から、前記第１の検出姿勢のときの第１の連結部材２７の角度θ１を０degに設定し直す。これにより、第１の連結部材２７の原点姿勢時の角度が０degとなり、第１の連結部材２７の基準姿勢を原点姿勢に調整することができる。このように、第１の検出姿勢と原点姿勢とが一致していると、基準姿勢を原点姿勢に調整することが容易である。第１の連結部材２７の基準姿勢が原点姿勢に調整されると、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、第２の連結部材２８の基準姿勢を原点姿勢に調整すべく、第１の連結部材２７の姿勢を変更する工程である。ステップＳ４では、第１の連結部材２７を原点姿勢から角度θ２１角変位させる。角変位させると、ステップＳ５へと移行する。
ステップＳ５では、第２の連結部材２８を角変位させて、第２の連結部材２８の角度を角度θ２２にする（図７Ｂ（ｄ）参照）。角度θ２２にすると、ステップＳ６へと移行する。ステップＳ６は、第２の検出姿勢をセンシングする工程である。ステップＳ６では、レーザセンサ３８からレーザ光を投光させながら第２の連結部材２８を角度θ２２の姿勢を基準として所定の範囲θｗ、例えば±５degの範囲で揺動させる（図７Ｂ（ｄ）の二点鎖線参照）。そして、第１の検出姿勢をセンシングする場合と同様に、制御部３６は、第２の検出姿勢をセンシングして、第２の連結部材２８が第２の検出姿勢にあるときの角度θ２を取得する。角度θ２を取得すると、ステップＳ７へと移行する。
ステップＳ７は、第２の連結部材２８の基準姿勢、つまり０degの時の姿勢を第２の連結部材２８の原点姿勢に調整する工程である。ステップＳ７では、まず、制御部３６が取得した角度θ２に第２の連結部材２８を角変位させる。そして、第２の検出姿勢が第２の連結部材２８を原点姿勢から角度θ２２角変位させた姿勢であるという関係から、制御部３６は、前記第２の検出姿勢のときの第２の連結部材２８の角度θ２を角度θ２２に設定し直す。これにより、第２の連結部材２８の原点姿勢時の角度が０degとなり、第２の連結部材２８の基準姿勢が原点姿勢に調整される。第２の連結部材２８の基準姿勢が原点姿勢に調整されると、ステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、ロボットハンド２９の基準姿勢を原点姿勢に調整すべく、第１及び第２の連結部材２７，２８の姿勢を変更する工程である。ステップＳ８では、第１の連結部材２７をその原点姿勢から角度θ３１角変位させ、第２の連結部材２８をその原点姿勢から角度θ３２角変位させる。角変位させると、ステップＳ９へと移行する。
ステップＳ９では、ロボットハンド２９を角変位させて、ロボットハンド２９の角度を角度θ３３にする（図７Ｂ（ｅ）参照）。角度θ３３にすると、ステップＳ１０へと移行する。ステップＳ１０は、第３の検出姿勢をセンシングする工程である。ステップＳ６では、レーザセンサ３８からレーザ光を投光させながらロボットハンド２９を角度θ３３の姿勢を基準として所定の範囲θｗ、例えば±５degの範囲で揺動させる（図７Ｂ（ｅ）の二点鎖線参照）。そして、第１及び第２の検出姿勢をセンシングする場合と同様に、制御部３６は、第３の検出姿勢をセンシングして、ロボットハンド２９が第３の検出姿勢にあるときの角度θ３を取得する。角度θ３を取得すると、ステップＳ１１へと移行する。
ステップＳ１１は、ロボットハンド２９の基準姿勢、つまり０degの時の姿勢をロボットハンド２９の原点姿勢に調整する工程である。ステップＳ７では、まず、制御部３６が取得した角度θ３にロボットハンド２９を角変位させる。そして、第３の検出姿勢がロボットハンド２９を原点姿勢から角度θ３３角変位させてた姿勢であるという関係から、制御部３６は、前記第３の検出姿勢のときのロボットハンド２９の角度θ３を角度θ３３に設定し直す。これにより、ロボットハンド２９の原点姿勢時の角度が０degとなり、ロボットハンド２９の基準姿勢が原点姿勢に調整される。ロボットハンド２９の基準姿勢が原点姿勢に調整されると、ステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２では、調整された基準姿勢を基準として、第１の連結部材２７、第２の連結部材２８及びロボットハンド２９の角度を０degに戻す。これにより、アーム２４が原点姿勢に戻り、原点姿勢調整処理が終了する。
このような構成を有する搬送ロボット２２による原点姿勢調整処理は、レーザ光を用いて基準姿勢を原点姿勢に調整するので、レーザセンサ３８の取付精度を高くすることで、基準姿勢を原点姿勢に精度よく合わせることができる。なお、第２の連結部材２８又はロボットハンド２９が衝突した場合も、同様の方法で、各連結部材２７，２８，２９の基準姿勢を原点姿勢に精度良く合わせることができる。
図９は、本実施形態のゼロイング方法で基準姿勢を調整した場合と従来のゼロイング方法で基準姿勢を調整した場合とで夫々生じる基準姿勢と原点姿勢とのズレ量の変化を示すグラフである。図９は、縦軸がズレ量を示し、横軸が原点姿勢調整処理を行なった回数を示し、四角形の点が本実施形態のゼロイング方法で基準姿勢を調整した場合のズレ量を示し、菱形の点が従来のゼロイング方法で基準姿勢を調整した場合のズレ量示している。本実施形態及び従来のゼロイング方法で基準姿勢を夫々調整した場合、図９に示すように従来のゼロイング方法に対して本実施形態のゼロイング方法の方がズレ量のバラツキが少ない。従って、本実施形態のゼロイング方法の方が基準姿勢を原点姿勢により精度よく合わせることができることは明らかである。
また、プログラムは一般的に原点姿勢を基準として角度が規定されているため、基準姿勢を原点姿勢に精度よく合わせることで、各連結部材２７，２８，２９を所望の角度に精度よく制御することができる。これにより、プログラム上で規定された経路と実際に移動する経路と間の誤差を抑制することができる。
また、搬送ロボット２２による原点姿勢調整処理では、レーザ光を用いての調整であり、作業員が指令を与えると、レーザセンサ３８がレーザ光を受光できるように制御部３６が自動的に各連結部材２７，２８，２９を角変位させて基準姿勢を原点姿勢に調整する。従って、作業員自らが作業して基準姿勢を原点姿勢に調整する必要がない。これにより、作業員による作業が困難又は好ましくない場所であっても、基準姿勢を原点姿勢へと容易に調整することができる。
特に、半導体処理設備１０では、搬送空間１９のクリーン度を高く保つ必要があり、搬送空間１９に作業員が入るとクリーン度が著しく低下してしまう。このような場合であっても、搬送ロボット２２による原点姿勢調整処理によれば、作業員が搬送空間１９に入ることなく基準姿勢を原点姿勢に自動的に調整することができ、搬送空間１９のクリーン度を落とすことがない。それ故、搬送空間１９のクリーン度を高めるための処理を省くことができ、短時間でプロセス処理を再開することができる。
更に、搬送ロボット２２による原点姿勢調整処理では、基台２３側から順に、つまり第１の連結部材２７、第２の連結部材２８及びロボットハンド２９の順で基準姿勢が原点姿勢に調整されるので、各連結体の基準姿勢を一度で調整することができる。これにより、基準姿勢の調整時間を短縮することができる。
搬送ロボット２２は、リフレクタ４１，４２，４３を用いることで、基台２３に設けるレーザセンサ３８を１つにすることができる。従って、レーザセンサ３８の個数を少なくすることができ、部品点数を低減することができる。これによって、製造コストを低減することができる。また、リフレクタ４１，４２，４３が回帰型のリフレクタであり、レーザセンサ３８が同軸レーザセンサであるので、取付け精度が低くてもリフレクタからの反射光を受光することができ、歩留まりを向上させることができる。なお、基台２３にレーザ光を投光可能な半導体レーザを設け、各連結部材２７，２８，２９に受光センサを設けてもよく、逆に、台２３にレーザ半導体などの受講センサを設け、各連結部材２７，２８，２９に半導体レーザを設けてもよい。
本実施形態において、作業員が入力手段により指令を与えると、制御部３６が原点姿勢調整処理を開始するが、連結部材２７，２８，２９が衝突すると、ロボットハンド２９の移動を停止し、自動的に原点姿勢調整処理を制御部３６が実施するようになっていてもよい。その場合、制御部３６は、各連結部材２７，２８，２９にかかるトルクが予め定められるトルク以上になると、連結部材２７，２８，２９が衝突したと判断してロボットハンド２９の移動を停止し、自動的に原点姿勢調整処理を実施する。
なお、制御部３６は、３つのモータ３３，３４，３５のうち何れかに流れる電流が予め定められる値以上か否かで、各連結部材２７，２８，２９にかかるトルクが予め定められるトルク以上か否かを判断する。このように衝突後に自動的に原点姿勢調整処理を行なうことで、自動的に基準姿勢を原点姿勢に調整されるので、衝突後も素早く稼働を再開することができる。
また、連結部材２７，２８，２９が衝突したか否かの判断は、各連結部材２７，２８，２９の目標角度と実角度とのズレ、又は各連結部材２７，２８，２９の目標角度と実角度との偏差に基づいて連結部材２７，２８，２９の衝突を判断してもよい。
また搬送ロボット２２は、３つの連結部材２７，２８，２９からなる多関節ロボットであるが、連結される連結部材が２つ以下、又は４つ以上であってもよい。また、多関節ロボットでなくても、円筒座標ロボット、極座標ロボットであってもよい。更に、搬送ロボット２２では、３つの連結部材２７，２８，２９が角変位可能に連結されているが、連結部材が互いに直線的に変位するように連結される直交座標ロボットであってもよい。
本実施形態では、搬送ロボット２２について説明されているけれども、溶接用、塗装用、組立用等のロボットであってもよい。また、適用される設備も半導体処理設備１０でなく、電子機械及び産業機械等の生産設備であってもよく、搬送ロボット２２単体で使用されもよい。
なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
２２ 搬送ロボット
２３ 基台
２４ アーム
２７ 第１の連結部材
２８ 第２の連結部材
２９ ロボットハンド
３６ 制御部
３８ レーザセンサ
４１ 第１のリフレクタ
４２ 第２のリフレクタ
４３ 第３のリフレクタ

Claims (10)

  1. 相対変位可能に連結された連結体を備え、調整可能な基準姿勢を基準として前記連結体の変位を制御するロボットであって、
    予め定められた方向にレーザ光を投光する投光手段と、
    予め定められた原点姿勢から所定の変位量離れた検出姿勢に前記各連結体が配置されると、前記レーザ光を受光する受光手段と、
    前記連結体を相対変位させて前記受光手段に前記レーザ光を受光させ、受光した時の前記連結体の姿勢、及び前記原点姿勢と前記検出姿勢との関係に基づいて前記基準姿勢を原点姿勢に調整するゼロイング手段とを備える、
    ことを特徴とするオートゼロイング機能付きのロボット。
  2. 前記ゼロイング手段は、一方向に前記連結体を相対変位させて前記受光手段に前記レーザ光を受光させた後、前記一方向と異なる他方向に前記連結体を相対変位させて前記受光手段に前記レーザ光を受光させ、前記一方向及び他方向で前記レーザ光を受光したときの前記連結体の姿勢の平均値を前記レーザ光を受光したときの姿勢とする、
    ことを特徴とする請求項１に記載のオートゼロイング機能付きのロボット。
  3. 前記検出姿勢は、前記原点姿勢である、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のオートゼロイング機能付きのロボット。
  4. 互いに相対変位可能に連結された複数の前記連結体が相対変位可能に設けられた基台と、
    前記複数の連結体に夫々設けられており、前記投光手段からのレーザ光を反射するリフレクタとを有し、
    前記投光手段及び受光手段は、前記基台に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載のオートゼロイング機能付きのロボット。
  5. 前記リフレクタは、回帰型のリフレクタであり、
    前記投光手段及び前記受光手段は、一体化された同軸レーザセンサである、
    ことを特徴とする請求項４に記載のオートゼロイング機能付きのロボット。
  6. 前記ゼロイング手段は、前記基台側の連結体から順に前記基準姿勢を調整する、
    ことを特徴とする請求項４又は５に記載のオートゼロイング機能付きのロボット。
  7. 前記各連結体は、互いに相対回動可能に構成されており、
    前記ゼロイング手段は、相対回動させる時の前記連結体にかかるトルクが予め定められたトルク値以上、前記連結体の相対角度と目標角度とのズレが予め定められた値以上、及び連結体の相対角度と目標角度との偏差が予め定められた値以上の何れかの条件を満たすと、前記連結体を原点姿勢に調整する、
    ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載のオートゼロイング機能付きのロボット。
  8. 相対変位可能に互いに連結され、且つ調整可能な基準姿勢を基準として変位を制御するロボットの前記基準姿勢を調整するためのオートゼロイング方法であって、
    前記連結体を相対変位させて予め定められた原点姿勢から所定の変位量離れた検出姿勢に連結体を配置してレーザ光を受光させるレーザ光受光工程と、
    前記レーザ光受光工程でレーザ光を受光したときの前記連結体の姿勢、及び前記原点姿勢と前記検出姿勢との関係に基づいて、前記基準姿勢を前記原点姿勢に調整する基準姿勢調整工程とを有する、
    ことを特徴とするオートゼロイング方法。
  9. 前記レーザ光受光工程では、一方向に前記連結体を相対変位させて前記レーザ光を受光させた後、前記一方向と異なる他方向に前記連結体を相対変位させて前記レーザ光を受光させ、
    前記基準姿勢調整工程では、前記一方向及び他方向で前記レーザ光を受光したときの前記連結体の姿勢の平均値を前記レーザ光を受光したときの姿勢とする、
    ことを特徴とする請求項８に記載のオートゼロイング方法。
  10. 互いに相対変位可能に連結された複数の前記連結体が基台に相対変位可能に設けられ、
    前記捜索工程、レーザ光受光工程及び基準姿勢調整は、前記基台側の連結体から順に実施される、
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載のオートゼロイング方法。
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