JP2019102695A - ロボット及びロボットの教示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダミーワークなどを必要とせず、簡単な機構で正確な自動教示を行うことができるロボットを提供する。【解決手段】ワークを支持するハンドと昇降機構とを少なくとも備え、ワークを搬送するロボットは、ワークをロード／アンロードするときにハンドの移動方向を第１方向とし、第１方向と上下方向とに直交する方向を第２方向として、ハンドに取り付けられ発光部と受光部とを備えて第２方向に平行な光軸を有する第１センサと、ハンドに取り付けられ前記ワークの外縁を検出する第２センサと、を備える。ハンドを上下方向への往復移動させることによる第１センサでの遮光によってワークの高さ方向の端部を検出する。さらに、第２センサによってワークの異なる外縁を検出して、ワークの中心位置を算出する。【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを搬送するロボットと、このロボットの教示方法とに関する。

ワークを搬送するロボットは、一般に、ワークを保持するハンドと、ハンドを先端に備えて連結した複数のアームと、アーム及びハンドを全体として昇降させる昇降機構とを備えている。このようなロボットは、ワークのロード／アンロードの対象であるステージの相互間でワークを搬送する。ステージには、ワークの搬送元及び搬送先となる例えば、カセットやワーク処理装置などが含まれる。ステージに対してワークをロード／アンロードする際には、ハンドは、ステージの正面となる位置において、ステージに対して前後する方向で移動する。以下の説明においてこの方向をハンドの移動方向と呼ぶ。例えば特許文献１には、ワークの搬送に用いられる水平多関節型ロボットの一例が開示されている。

ワークの搬送に用いられるロボットを使用する際には、予めワークの搬送経路をロボットに教示する必要があり、教示には、ステージ内のワークの格納位置をロボットに覚えさせることも含まれる。これまで教示は、作業員による手動操作で行なわれてきた。しかしながら、手動操作であるので、教示効率や教示の確かさには作業員の操作経験に大きく依存する。また、近年、ロボットが設けられてアームやハンドを移動させることが可能な空間が狭くなってきており、このため作業員がロボットを教示するときの視界が悪くなって手動教示を行うことが難しくなる傾向にある。そこで、この様な状況を打開するために、各種の自動教示方法が提案されている。例えば特許文献２には、水平面内かつハンドの移動方向に垂直な方向に沿って照射された光を検出する第１の光学センサと、水平面内かつハンドの移動方向に対して斜めの方向に沿って照射された第２の光センサとを用いて教示用のワーク（ダミーワーク）を検出し、この検出結果に基づいて教示を行なうことが開示されている。特許文献３には、水平面内において、ステージに対するハンドの移動方向に対して直交する方向に間隔をあけて２つのセンサを配置し、この２つのセンサを用いてワークのエッジを検出し、この検出結果に基づいてずれ量の算出と座標系変換とを行なって教示ポイントを取得することが開示されている。

特許第５１９９１１７号公報 特開２０１６−１０７３７８号公報 特開２００９−１６０６７９号公報

ワークを搬送するロボットの自動教示の方法として各種の方法が提案されているが、これらの方法では、特殊な構造のダミーワークを使用したり、ロボットとは別個にセンサを設けたり、あるいは教示用の治具付きステージを使用したりする。その結果、教示のための機構や手順が複雑化する。また、教示の精度においても改良の余地がある。

本発明の目的は、ダミーワークなどを必要とせず、簡単な機構で正確な自動教示を行うことができるロボットと、そのロボットの教示方法とを提供することにある。

本発明のロボットは、ワークを支持するハンドと昇降機構とを少なくとも備え、ワークを搬送するロボットであって、ワークをロード／アンロードするときにハンドの移動方向を第１方向とし、第１方向と上下方向とに直交する方向を第２方向として、ハンドに取り付けられ発光部と受光部とを備えて第２方向に平行な光軸を有する第１センサと、ハンドに取り付けられワークの外縁を検出する第２センサと、を有し、ハンドを上下方向への往復移動させることによる第１センサでの遮光によってワークの高さ方向の端部を検出し、第２センサによってワークの異なる外縁を検出して、ワークの中心位置を算出する。

本発明のロボットでは、第１センサによりワークの高さ方向の端部を検出するので、検出された高さ方向の端部の位置に基づき、第２センサによるワークの外縁の検出のために適切な高さ位置を設定できる。このため、ハンドに取り付けられた第２センサによってワークの異なる外縁を検出する処理を自動的に実行でき、自動教示によって、ワークの高さ位置と水平面内でのワークの中心位置とを容易に求めることができるようになる。

本発明のロボットでは、第１方向に沿って第２センサよりもワークに近い位置に第１センサを取り付けることができる。このような構成によれば、ワークに近い側に配置された第１センサによってワークの高さ位置を検出できるとともに、第２センサを第１センサから離すことができて各センサの配置の自由度が向上する。このとき、ハンドのワークに向かう先端は、ワークがハンド及び第１センサに接触することなくワークによって第１センサの光軸を遮ることができるように、先端に向かってＶ字型またはＵ字型に広がるように分岐していることが好ましい。このようにＶ字型あるいはＵ字型に広がるようにワークの先端を分岐させることによって、ワークとの衝突を確実に避けながらワークの高さ方向の端部の位置を決定できるようになる。

本発明のロボットでは、上下方向に配置した発光素子及び受光素子を備える第２センサを使用し、ワークに近づく向きでの第１方向に沿ったハンドの動きに伴って発光素子及び受光素子の間の空間にワークの外縁を受け入れることができるように発光素子及び受光素子を配置してもよい。この構成によれば、第２センサでの発光素子から受光素子に向かう光軸の向きが上下方向となってワークの外縁をワークの外縁を確実に検出できるようになる。このような第２センサの一例としては、第１方向からワーク中心側に傾いた方向に対して第２センサの取り付け位置から延びる上腕及び下腕を有し、上腕及び下腕の一方に発光素子が、他方に受光素子が設けられ、全体としてコの字型の断面を有するものが挙げられる。このとき、上腕及び下腕はワークの中心に向けて延びていることが好ましい。上腕及び下腕がワークの中心に向けて延びることにより、コの字断面の最奥部にまで第２センサと干渉することなくワークを受け入れることが可能になり、ワークの外縁の検出を確実に行なえるようになる。

本発明のロボットでは、ハンドに取り外し可能に取り付けられる治具に第１センサ及び第２センサを搭載してもよい。治具を用いることにより、センサの取り付けを容易に行うことができ、かつ、教示の終了後にセンサを容易に取り外すことができるようになる。このとき、治具の外形がワークの外形の一部と一致するようにすれば、ハンドに沿うようにして治具をハンドに容易に取り付けられるようになる。

本発明のロボットでは、ハンドにワークの回転防止用の突起を設けてもよく、このような突起が設けられる場合には、治具の外周にハンドの突起と係合する切り欠き部を設けてもよい。治具の外周にハンドの突起と係合する切り欠き部を設けることにより、治具の回転を防止できてこの回転に伴う教示結果におけるずれを抑制することができる。

本発明のロボットでは、２つの第２センサを使用し、これら２つの第２センサが第２方向に沿って相互に離隔して配置するようにすることが好ましい。このように第２センサを配置した場合には、第１方向をＹ軸方向として第２方向をＸ軸方向とするＸＹ座標系において、一方の第２センサが遮光されたことによって検出されるワークの外縁のＸＹ座標を（Ｘａ，Ｙａ）とし、他方の第２センサが遮光されたことによって検出されるワークの外縁のＸＹ座標を（Ｘｂ，Ｙｂ）とし、ワークは半径Ｒの円板形状であるとすれば、ワークの中心の座標（Ｘｏ，Ｙｏ）を下記の式に示すように２点から計算することができる。

本発明の教示方法は、ワークを支持するハンドと昇降機構とを少なくとも備え、ワークを搬送するロボットの教示方法であって、ワークをロード／アンロードするときにハンドの移動方向を第１方向として、ハンドの第１方向に沿ったワークに向かう前進運動とハンドの上下方向での往復移動とを組み合わせ、ワークの下端を検出する過程において、ワークの上昇によりワークの下端を検出するときに、検出に係る１回目の上昇での検出結果を破棄して２回目の上昇での検出結果に基づいてワークの下端の高さを決定する。このように初回の検出結果を破棄して２回目の上昇での検出結果を用いることにより、ワークの下端の高さ位置を確実に検出できるようになる。

本発明の教示方法では、決定されたワークの下端の高さに基づいてハンドの高さを設定し、その後、ワークに向かってハンドをワークに向けてさらに前進させて、ハンドに取り付けられたセンサによってワークの異なる外縁の位置を検出することができる。決定されたワークの下端に基づいてハンドの高さを設定することにより、ハンドに取り付けられたセンサによってワークの異なる外縁を検出する処理を自動的に実行でき、自動教示によって、ワークの高さ位置と水平面内でのワークの中心位置とを容易に求めることができるようになる。

本発明の教示方法では、ロボットを基準とする座標において既知の位置に配置されたワークに対し、センサによってワークの異なる外縁の位置を検出してワークの位置を算出し、既知の位置と算出されたワークの位置とに基づいて教示位置の補正を行なうことが好ましい。これにより、センサの配置誤差などに起因する誤差分を補正することができて、より精度の高い位置検出が可能となる。

本発明によれば、搬送用ロボットについて、ダミーワークなどを必要とせず、簡単な機構で正確な自動教示を行うことができるようになる。

（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の実施の一形態のロボットの構成を示す平面図と正面図である。 ハンドの先端と教示用の治具を説明する斜視図である。 Ｚ軸（上下方向）の教示を説明する図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 Ｚ軸方向の教示の具体的手順を説明する図である。 （ａ），（ｂ）は、Ｘ軸及びＹ軸方向での教示を説明する正面図である。 （ａ），（ｂ）は、２つの第２センサの間での遮光タイミングのずれを説明する平面図である。 キャリブレーションを説明する図である。 キャリブレーションを説明する図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の一形態のロボットを示している。ここでは、水平面内方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、垂直方向（上下方向）をＺ軸方向とする直交座標系が設定されているものとする。この直交座標系は、ロボットに固定された座標系である。特に、説明のため、ステージに対してワークをロード／アンロードする際のハンドの移動方向をＹ軸方向すなわち第１方向と定める。Ｘ軸方向は第２方向となる。このロボットは、例えば特許文献１に記載される３リンクの水平多関節型ロボットであり、基台２に対して第１アーム３の一端が接続し、第１アーム３の他端に第２アーム４の一端が接続し、第２アーム４の他端に第３アーム５の一端が接続し、第３アーム５の他端にはワークを保持するための２つのハンド６，７が接続している。ハンド６，７は上下方向に重なるように設けられており、ハンド６は下ハンド、ハンド７は上ハンドである。基台２と第１アーム３の接続部、アーム３〜５の相互の接続部、アーム５に対するハンド６，７も接続部はいずれもロボット関節として構成されており、それらの接続部を通る垂直な軸の周りでアーム３〜５、ハンド６，７が回転可能となっている。

基台２の内部には、アーム３〜５、ハンド６，７を一体のものとしてＺ軸方向に移動させる昇降機構８が設けられている。さらに図１（ｂ）に示すように、ロボットを制御するロボットコントローラ１１と、ロボットコントローラ１１に接続して操作者から動作コマンドが入力するティーチングペンダント１２も設けられている。本実施形態のロボットは自動教示を行うものであるが、自動教示を開始するなどのコマンドはティーチングペンダント１２から入力される。また自動教示に必要なロボットの移動制御や位置の演算は、ロボットコントローラ１１あるいはティーチングペンダントで実行される。図示されるロボットは、例えば、半導体ウエハのような、ほぼ円形で薄い形状のワークの搬送を想定して構成されたものであるが、本発明が適用可能なロボットは、半導体ウエハの搬送に用いられるロボットに限定されるものではなく、３リンクのロボットに限定されるものでもなく、水平多関節型ロボットに限定されるものでもない。

本実施形態では、教示のための治具２０を使用する。治具２０は上側のハンド７に取り付けられるものである。図２は、上側のハンド７と治具２０とを説明する図である。治具２０を説明する前に、まず、ハンド７について説明する。ハンド７は、例えば半導体ウエハなどの薄い円板状のワークを保持し搬送するものであるが、搬送の途中でワークが回転したりしないように、ハンド７の中央部上面には突起１７が設けられている。突起１７の位置から先端側（アーム５との接続部とは反対側の端部側）においてハンド７は、突起１７の位置から先端側に向けて、Ｖ字型に分岐して広がるように形成されている。Ｖ字型に分岐する代わりにＵ字型に分岐していてもよい。図において一点鎖線Ｔは、ハンド７におけるＶ字の両方の先端部１８，１９を結ぶ直線であり、一点鎖線Ｌはハンド７の長手方向の中心線である。この構成では、円形の物体に対して正面から直線的にハンド７を接近させた場合、その物体が先端部１８，１９と衝突する前に、その物体は両方の先端部１８，１９を結ぶ線Ｔよりもハンド７の中央側に入り込めることになる。この構成は、後述するＺ軸方向での教示を行なうために必要な構成である。ワークは、ワークの外周部に設けられた円弧状の切り欠き部が突起１７に係合するようにして、突起１７の位置からハンド７の先端側の位置でハンド７によって保持される。ハンド６もハンド７と同様の構成を有する。

治具２０は、ハンド７でのワークの載置位置に合わせてハンド７に取り付けられる板状のものである。治具２０には、第１センサと２つの第２センサ２４，２５が設けられている。治具２０を用いることにより、第１センサ及び第２センサ２４，２５のハンド７への取り付けを容易に行うことができ、かつ、教示の終了後に第１センサ及び第２センサ２４，２５をハンド７から容易に取り外すことができるようになる。このとき、治具２０の外形がワークの外形の一部と一致するようにすれば、ハンド７に沿うようにして治具２０をハンド７に容易に取り付けられるようになる。

第１センサは、ハンド７のＶ字の両方の先端部１８，１９に対応するそれぞれ位置に設けられた発光部２２及び受光部２３からなっており、発光部２２は、図示矢印で示すように、先端部１８，１９を結ぶ直線Ｔに沿ったレーザ光線を発し、受光部２３はこの光線を受光する。治具２０の外周には、ハンド７の突起１７に係合する円弧状の切り欠き部２６が設けられており、治具２０のハンド７への固定を確実なものとしている。治具２０も、ハンド７と同様に、その先端側（切り欠き部２６とは反対側）がＶ字形状に形成されており、直線Ｔからハンド７の中央側に物体が入り込むことを阻止しない形状となっている。

第２センサ２４，２５は、水平面内すなわちＸＹ平面内でのワークの外縁を検出するために発光素子から上下方向に光軸を有する光を出射してこの光を受光素子で受ける遮光センサであり、突起１７の位置よりはやや先端側であって、ハンド７の長手方向の中心線Ｌに対して対称となる位置に設けられている。すなわち第２センサ２４，２５は、Ｘ軸方向に沿って相互に離隔して配置していることになる。このとき、ワークに近づく向きでのＹ軸方向に沿ったハンド７の動きに伴って発光素子及び受光素子の間の空間にワークの外縁を受け入れることができるように、発光素子及び受光素子が配置されている必要がある。第２センサ２４，２５の一例として、Ｙ軸方向からワーク中心側に傾いた方向に対して第２センサ２４，２５の取り付け位置から延びる上腕及び下腕を有し、上腕及び下腕の一方に発光素子が、他方に受光素子が設けられ、全体としてコの字型の断面を有するものが挙げられる。このとき、上腕及び下腕はワークの中心に向けて延びていることが好ましい。上腕及び下腕がワークの中心に向けて延びることにより、コの字断面の最奥部にまで第２センサ２４，２５と干渉することなくワークを受け入れることが可能になり、ワークの外縁の検出を確実に行なえるようになる。具体的には第２センサ２４，２５としては、例えばコの字型の断面形状を有するフォトインタラプタと称される安価なセンサを使用することができる。ワークと接触しない状態でワークによって遮光されるように、第２センサ２４，２５における発光素子と受光素子との間隔は、ワークの厚さよりも大きいことが必要である。コの字の断面形状を有するフォトインタラプタを第２センサ２４，２５として使用した場合、これらのフォトインタラプタは、治具２０上に載置されるワークの中心を向いて開口するように設けられる。

最近では、マッピング用センサを設けたロボット用ハンドが実用化されている。マッピング用センサは、Ｖ字形状に形成されたハンドの両方の先端にそれぞれ発光素子と受光素子とを設けて構成されたものであるから、マッピング用センサを有するハンドをハンド７として用いる場合には、治具２０には第１センサを設ける必要はない。この場合、治具２０を介さずにハンド７そのものに第２センサ２４，２５を取り付けてもよく、そうすれば、治具２０そのものが不要となる。

次に、本実施形態のロボットでの教示動作について説明する。本実施形態のロボットはワークを搬送するものであるので、教示の目標は、ステージに収納されているワークの位置、具体的にはワークの高さ方向の端部の位置とワークの水平面内での中心位置とをロボットに固定された座標系で求めることである。本実施形態では、自動教示として、ワークの高さ方向の端部の位置とワークの水平面内での中心位置とを自動的に決定する。教示では、ロボットのハンド７に取り付けられた第１センサ（発光部２２及び受光部２３）及び第２センサ２４，２５での検出結果を用いてロボットを移動させ、ステージに格納されたワークを検出し、これによってステージに格納されたワークとロボットとの間の位置関係を精密に決定する。教示に用いるワークは、実際の工程で使用されるワークであってもダミーワークであってもよい。第１センサ及び第２センサ２４，２５が冶具２０に取り付けられている場合、冶具２０に取り付けられているセンサの位置から得られるロボットのハンド７の教示位置は、冶具２０を取り外して実際にワークを搬送するときにハンド７の位置からはオフセットしていることになる。冶具２０の形状や設計寸法に応じてこのオフセットに関する情報をパラメータとして予め算出しておき、冶具２０を用いて得た教示位置に対してオフセットによる補正を行って、ロボットによりワークを搬送するときに実際に使用する教示位置とする。

本実施形態での教示では、まず、Ｚ軸方向（高さ方向でのワーク位置）の教示を行う。図３はＺ軸方向の教示を説明する図である。教示に先立って、ステージ３１内の理想的な位置にワーク３０を設置しておく。そのステージ３１の正面となる位置であってワーク３０のロード／アンロードの際の待機する位置に、ロボットのハンド７を移動させる。ステージの大まかな位置とステージに対する待機位置とは、予めロボットに対して入力しておく必要がある。この状態が図３（ａ）に示されている。この状態から自動教示が開始し、ハンド７をステージ３１に向けて徐々に移動させる。このときのハンド７の移動方向はＹ軸方向である。ワーク３０の底面の高さ位置を第１センサによって検出するために、ハンド７をＹ軸方向に移動させつつ、図３（ｂ）に示すように、ロボットの基台２に設けられた昇降機構８（図１（ｂ）参照）によりハンド７を一定の振幅でＺ軸方向すなわち上下方向で往復移動させる。図示した例では、ハンド７の先端が矩形波状にＺ軸方向に振動しながらＹ軸方向に移動するように、ハンド７を、Ｙ軸方向に所定の第１の距離だけ移動させ、次にＺ軸方向に所定の第２の距離だけ動かし、再び第１の距離だけＹ軸方向に移動させ、そののち、先にＺ軸方向に動かした方向とは逆方向に第２の距離だけ移動させる。このような移動は、ロボットコントローラ１１あるいはティーチングペンダント１２による制御によって自動的に行なわれる。この移動工程を繰り返すことによって、ハンド７は徐々にワーク３０に接近し、第１センサの発光部２２から受光部２３に向けられているレーザ光が、ハンド７がＺ軸方向に上下移動しているときに遮られ、第１センサによってワーク３０が検出されることになる。ワーク３０を検出する過程でハンド７がワーク３０に接触するとワーク３０に位置が動いて教示がうまく行なえなくなるので、円板状のワーク３０に接触しないようにハンド７を動かす必要があり、このため、ハンド７の先端側がＶ字形状に広がっていることが重要である。Ｚ軸方向でハンド７がどの位置（すなわちＺ高さ）にあるときにレーザ光が遮られて第１センサによってワーク３０が検出されたかを求めることによって、ワーク３０のＺ軸方向での位置を求めることができ、これに基づいてＺ軸方向でのロボットの教示が行なわれたことになる。ワーク３０のＺ高さが決定したら、ハンド７は自動的に待機位置まで後退する。

図４は、Ｚ軸方向の教示を行なっているときにおけるワーク３０とハンド７の先端との位置関係を示す図であり、図において太線３５は、第１センサの光軸位置で表されるハンド７の先端の位置を示している。ハンド７がＹ軸方向に動きつつＺ軸方向（上下方向）に往復運動していると、第１センサにおいてレーザ光がワーク３０によって遮光される現象は、いくつかの場合に分類することができる。ワーク３０によって第１センサのレーザ光が遮光されるときは、ハンド７の先端がワーク３０の位置に達した後、ハンド７の上下運動に応じて遮光される。ハンド７の上下運動は繰り返して行なわれるので、遮光は周期的に起こることになる。図４（ａ）は、１回目の遮光がハンド７の下降動作中に起きた場合を示しており、この例では、遮光開始時のタイミングからは、ワーク３０の上面のＺ高さが得られることになる。本実施形態で教示を行なっているロボットは、ワーク３０を下から支持して搬送する搬送用のロボットであるから、ワーク３０の上面のＺ高さを求めても教示を行なったことにはならない。図４（ｂ）は、１回目の遮光がハンド７の下降動作中に起きた場合の別の例を示している。ワーク３０の外縁（エッジ）は、通常、丸みを帯びた断面形状となっており、図４（ｂ）に示したものは、ワーク３０の外縁をＺ高さをして検出したことを示している。この場合も教示を行なったことにならない。図４（ｃ）は、２回目の遮光がハンド７の上昇動作中に起きた例を示している。この場合、図４（ｃ）に示すように、ワーク３０の下面ではなくワーク３０の外縁をＺ高さとして検出することがあり、教示に用いるには不適切である。これに対し、図４（ｄ）は、遮光が発生する上昇動作のうち２回目の上昇動作によりワーク３０のＺ高さを求めた場合を示している。２回目の上昇動作で検出されるＺ高さは、ワーク３０の下面のＺ高さすなわちＺ軸方向での真の位置を示しているので、これをＺ軸方向の教示結果として用いればよい。

以上説明したＺ軸方向での教示では、ハンド７をＹ軸方向に動かしつつ、ハンド７の先端の軌跡が矩形波状となるようにハンド７を上下方向（Ｚ軸方向）に往復移動させているが、ハンド７の上下方向への往復移動の形態はこれに限られるものではない。ハンド７の先端が三角波状の軌跡を描くようにハンド７を動かしてもよいし、あるいは、正弦波状の軌跡を描くようにハンド７を動かしてもよい。

Ｚ軸方向の教示に引き続いて、Ｘ軸及びＹ軸方向の自動教示（水平面内位置についての教示）を行なう。Ｘ軸及びＹ軸方向の教示では、ハンド７を実際にカセット３１内に挿入してワーク３０のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出する。このとき、ハンド７がワーク３０と衝突したり接触したりしないように、Ｚ軸方向での教示で求めたワーク３０の下面のＺ高さに基づいて、ハンド７のＺ軸方向の位置を決定する。図５はＸ軸及びＹ軸方向の教示を説明する図である。まず、図５（ａ）に示すように、Ｚ方向の教示で得られた結果に基づいてハンド７の高さを設定し、ハンド７をステージ３１に対する待機位置に移動させる。続いて、図５（ｂ）に示すように、ハンド７をＹ軸方向に直線的に前進させる。その結果、ハンド７がワーク３０に接触することなく、第２センサ２４，２５の少なくとも一方においてワーク３０がその第２センサ２４，２５の開口に入り込んで遮光が発生する。このとき、ハンド７がワーク３０に対して正確に位置づけられていれば第２センサ２４，２５での遮光が同時に発生するが、実際には第２センサ２４，２５の一方において先に遮光が発生する。第２センサ２４，２５のどちらで先に遮光が発生するかによって、Ｘ軸及びＹ軸方向の教示における動作パターンが２通りのものとなる。

図６（ａ）は、ハンド７の進行方向に対して左側にある第２センサ２４において右側にある第２センサ２５よりも先に遮光が生じた場合を示している。この場合、第２センサ２４において遮光を検出した段階でハンド７の前進（Ｙ軸方向への移動）を停止し、その後、Ｘ軸に沿って図示矢印で示すようにハンド７を左方向に移動させる。その結果、右側の第２センサ２５において遮光が発生するから、第２センサ２５での遮光の発生を検出した後、ハンド７を待機位置に後退させる。一方、図６（ｂ）は、右側にある第２センサ２５において左側の第２センサ２４よりも先に遮光が生じた場合を示している。この場合、第２センサ２５において遮光を検出した段階でハンド７の前進を停止し、その後、Ｘ軸に沿って図示矢印で示すように、左側の第２センサ２４において遮光が発生するまでハンド７を右方向に移動させ、第２センサ２４での遮光の発生を検出した後、ハンド７を待機位置に後退させる。

図６（ａ）または図６（ｂ）に示す処理を行なうことにより、第２センサ２４，２５において遮光が起きたときのワーク３０の外縁のＸＹ座標が取得される。ハンド７の前進方向に対して左側の第２センサ２４によって取得される座標を（Ｘａ，Ｙａ）とし、右側の第２センサ２５によって取得される座標を（Ｘｂ，Ｙｂ）とし、円板状のワーク３０の半径をＲとすると、ワーク３０の中心のＸＹ座標（Ｘｏ，Ｙｏ）は、下記の式によって計算される。ワーク３０の中心のＸＹ座標（Ｘｏ，Ｙｏ）を取得することによって、Ｘ軸及びＹ軸方向についての教示が行なわれたことになる。

ところで、本実施形態における自動教示は、治具２０に取り付けた第１センサ（発光部２２及び受光部２３）と第２センサ２４，２５とにおける検出結果に基づいている。ロボットを実際に稼動してワーク３０を搬送するときには治具２０を使用しないから、上述したように治具２０の形状や設計寸法に応じてこのオフセット値を算出し、上記の手順で取得した教示位置に対してオフセット値に基づく補正を行って、ロボットによりワークを搬送するときに実際に使用する教示位置としている。しかしながら、治具２０の取り付け誤差や各センサにおける検知誤差などのために、治具２０の形状や設計寸法から求めたオフセット値で教示位置を補正するだけでは不十分となる場合がある。特に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置において、取り付け誤差や検知誤差の影響が強く現れる。そこで本実施形態では、教示対象のステージの数などによらず、全体で１回だけキャリブレーションを行なう必要がある。１回のキャリブレーションの結果が全てのステージに対して適用される。以下、キャリブレーションについて説明する。

図７及び図８はキャリブレーションを説明する図である。図７に示すようにキャリブレーションでは、操作者などの人間によって、ハンド７における理想とされる位置にワーク３０を配置する。そして、ロボットを操作していずれかのステージ３１にワーク３０を収納する。ワーク３０が収納されるステージ３１に制限はなく、仮設のステージ３１に対してワーク３０を収納してもよい。次に、上述したＺ軸方向の自動教示を行って、ハンド７のステージ３１に対する挿入高さを計算し、その後、キャリブレーションモードとして上述したＸ軸及びＹ軸方向の自動教示と同様の処理により、ＸＹ座標におけるワーク３０の位置を決定する。図８は、このとき得られるワーク３０の位置を説明する図である。ロボットを操作してステージ３１にワーク３０を収納するときにはロボットの移動経路が記録されているから、ステージ３１に収納されたワーク３０についてロボットに固定された座標系における実際の位置が取得されることになる。図８において実線で示す円４１は、ワーク３０の実際の位置を示している。一方、図８において破線で示す円４２は、キャリブレーションモードにおいて決定されたワーク３０の位置を示している。これらの２つの円４１，４２のずれＤは、補正すべきずれであってキャリブレーション結果となるものである。図８に示すようなずれＤは、各ステージについての教示を行なっているときに常に存在するが、ステージごとに大きさとずれの方向は同一である。したがって、１回のキャリブレーションによってずれＤを決定し、このずれＤに基づいて教示結果を補正すれば、各ステージにおいて治具２０の取り付け誤差やセンサの検知誤差による影響を完全に排除でき、Ｘ軸及びＹ軸についての実際の教示座標を得ることができる。

［本実施形態の効果］
本実施形態によれば、第１センサの発光部２２及び受光部２３と第２センサ２４，２５とを有する治具２０をハンド７に取り付けるだけで、各ステージ３１側には治具やセンサ類を必要とせず、また、特別な教示用ワークも使用することなく、搬送用ロボットにおける自動教示を低コストかつ簡単な事前準備で実行することができる。また、Ｚ軸方向の教示と、この教示結果を用いたＸ軸及びＹ軸方向の教示との２段階で自動教示を行なうため、高い精度かつ高い効率で教示を行なうことができる。

２…基台、３〜５…アーム、６，７…ハンド、８…昇降機構、１７…突起、２０…治具、２２…発光部、２３…受光部、２４，２５…第２センサ、２６…切り欠き部、３０…ワーク、３１…ステージ。

Claims (13)

1. ワークを支持するハンドと昇降機構とを少なくとも備え、前記ワークを搬送するロボットであって、
   前記ワークをロード／アンロードするときに前記ハンドの移動方向を第１方向とし、前記第１方向と上下方向とに直交する方向を第２方向として、
   前記ハンドに取り付けられ発光部と受光部とを備えて前記第２方向に平行な光軸を有する第１センサと、
   前記ハンドに取り付けられ前記ワークの外縁を検出する第２センサと、
   を有し、
   前記ハンドを前記上下方向への往復移動させることによる前記第１センサでの遮光によって前記ワークの高さ方向の端部を検出し、前記第２センサによって前記ワークの異なる外縁を検出して、前記ワークの中心位置を算出するロボット。
2. 前記第１センサは、前記第１方向に沿って前記第２センサよりも前記ワークに近い位置に取り付けられている、請求項１に記載のロボット。
3. 前記ハンドの前記ワークに向かう先端は、前記ワークが前記ハンド及び前記第１センサに接触することなく前記ワークによって前記第１センサの光軸を遮ることができるように、前記先端に向かってＶ字型またはＵ字型に広がるように分岐している、請求項２に記載のロボット。
4. 前記第２センサは、前記上下方向に配置した発光素子及び受光素子を備え、
   前記発光素子及び前記受光素子は、前記ワークに近づく向きでの前記第１方向に沿った前記ハンドの動きに伴って前記発光素子及び前記受光素子の間の空間に前記ワークの前記外縁を受け入れることができるように配置されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボット。
5. 前記第２センサは、前記第１方向から前記ワークの中心側に傾いた方向に対して前記第２センサの取り付け位置から延びる上腕及び下腕を有し、前記上腕及び前記下腕の一方に前記発光素子が、他方に前記受光素子が設けられ、全体としてコの字型の断面を有し、
   前記上腕及び前記慕うでは前記ワークの中心に向けて延びている、請求項４に記載のロボット。
6. 前記第１センサ及び前記第２センサは、前記ハンドに取り外し可能に取り付けられる治具に搭載されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記治具の外形が前記ワークの外形の一部と一致する、請求項６に記載のロボット。
8. 前記ハンドに前記ワークの回転防止用の突起を有し、前記治具の外周に前記突起と係合する切り欠き部を有する、請求項６または７に記載のロボット。
9. 前記第２方向に沿って相互に離隔して配置した２つの前記第２センサを有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロボット。
10. 前記第１方向をＹ軸方向として前記第２方向をＸ軸方向とするＸＹ座標系において、一方の前記第２センサが遮光されたことによって検出される前記ワークの外縁のＸＹ座標を（Ｘａ，Ｙａ）とし、他方の前記第２センサが遮光されたことによって検出される前記ワークの外縁のＸＹ座標を（Ｘｂ，Ｙｂ）とし、前記ワークは半径Ｒの円板形状であるとして、
    前記ワークの中心の座標（Ｘｏ，Ｙｏ）を
    

    

    によって算出する、請求項９に記載のロボット。
11. ワークを支持するハンドと昇降機構とを少なくとも備え、前記ワークを搬送するロボットの教示方法であって、
    前記ワークをロード／アンロードするときに前記ハンドの移動方向を第１方向として、
    前記ハンドの前記第１方向に沿った前記ワークに向かう前進運動と前記ハンドの上下方向での往復移動とを組み合わせ、前記ワークの下端を検出する過程において、
    前記ワークの上昇により前記ワークの下端を検出するときに、検出に係る１回目の上昇での検出結果を破棄して２回目の上昇での検出結果に基づいて前記ワークの下端の高さを決定する、教示方法。
12. 前記決定された前記ワークの下端の高さに基づいて前記ハンドの高さを設定し、その後、前記ワークに向かって前記ハンドを前記ワークに向けてさらに前進させて、前記ハンドに取り付けられたセンサによって前記ワークの異なる外縁の位置を検出する、請求項１１に記載の教示方法。
13. 前記ロボットを基準とする座標において既知の位置に配置されたワークに対し、前記センサによって前記ワークの異なる外縁の位置を検出して前記ワークの位置を算出し、前記既知の位置と前記算出されたワークの位置とに基づいて教示位置の補正を行なう、請求項１２に記載の教示方法。

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