JP2022057436A - Industrial robot and control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、産業用ロボットと、その制御方法とに関する。 The present invention relates to an industrial robot and a control method thereof.
異なる処理装置などの間でガラス基板などのワークを搬送するときは、搬送用の産業用ロボットが使用される。ワークの搬送では、搬入元となる処理装置のカセットやロードロック室に対してロボットのハンドを差し込んでそのハンドの上にワークを保持し、カセットなどからワークを載せたハンドを引き出し、ハンドにワークを載せたままロボットのアームまたはロボット全体を移動させ、次いで、搬入先となる処理装置のカセットにハンドを差し入れてそのカセットにワークを格納し、その後、ハンドだけをカセットから引き出す。ワークの搬送距離が長いときはアームの伸縮だけでは対応できないので、例えば床面に設けられたレールに沿ってロボットを水平移動させる。このような搬送用の産業用ロボットでは、教示データに基づいてロボットの各軸のモータを駆動制御し、ハンドを所望の位置に動かす。このとき教示データに基づいてロボットを制御するときは、例えば、ハンドの取るべき軌道の始点と終点のみを指定してハンドを移動させる制御を行なうが、このような制御では軌道上でのロボットの運動の滑らかさまでは制御しない。そのため、始点や終点、軌道における屈曲点の近傍などでロボットの加速度が大きく変化し、加速度の変化とアームあるいはロボットの質量との相互作用によってロボットが大きく振動することがある。この振動は、ハンドやワークが高い位置にあってロボットの重心が高いときほど大きくなる。そこで、ロボットの重心が高いときほどロボットの加減速度を小さくして振動を抑制することが考えられるが、加減速度を小さくすることは、加減速時間を長くすることを意味し、ロボットが行う作業のタクトタイムを長くする。 When transporting a work such as a glass substrate between different processing devices, an industrial robot for transport is used. When transporting a work, the robot's hand is inserted into the cassette or load lock chamber of the processing device that is the loading source, the work is held on the hand, the hand on which the work is placed is pulled out from the cassette, and the work is placed on the hand. The arm of the robot or the entire robot is moved while the robot is placed on the robot, then the hand is inserted into the cassette of the processing device to be carried in, the work is stored in the cassette, and then only the hand is pulled out from the cassette. When the transport distance of the work is long, it cannot be dealt with only by expanding and contracting the arm. Therefore, for example, the robot is horizontally moved along a rail provided on the floor surface. In such an industrial robot for transportation, the motor of each axis of the robot is driven and controlled based on the teaching data, and the hand is moved to a desired position. At this time, when controlling the robot based on the teaching data, for example, control is performed to move the hand by designating only the start point and the end point of the trajectory to be taken by the hand. It is not controlled by the smoothness of movement. Therefore, the acceleration of the robot changes greatly near the start point, the end point, the bending point in the orbit, and the robot may vibrate greatly due to the interaction between the change in acceleration and the arm or the mass of the robot. This vibration becomes larger when the hand or work is in a high position and the center of gravity of the robot is high. Therefore, it is conceivable that the higher the center of gravity of the robot, the smaller the acceleration / deceleration of the robot to suppress vibration. However, reducing the acceleration / deceleration means lengthening the acceleration / deceleration time, and the work performed by the robot. Increase the tact time of.
特許文献1は、ロボットにおける振動の発生を抑制するために、ロボットの各軸への内部動作指令に対して例えば移動平均フィルタによるフィルタ処理を行うこと、特に、ロボットにおいて移動距離が最も大きい軸または移動時間が最も長い軸を主軸として、主軸にのみフィルタ処理を行うことによって、ロボットにおける振動の発生を低減することを開示している。 In Patent Document 1, in order to suppress the occurrence of vibration in a robot, for example, filtering processing by a moving average filter is performed on an internal operation command to each axis of the robot, particularly, the axis having the largest moving distance in the robot or the axis. It is disclosed that the occurrence of vibration in the robot is reduced by performing the filtering process only on the main axis with the axis having the longest movement time as the main axis.
ロボットに発生する振動の周波数に対応した時定数を有するフィルタ処理を行うことによって、ロボットの加減速時間を長くすることなくロボットでの振動の発生を抑制することができる。しかしながら、ロボットの制御においてオーバーラップ動作が行われる場合、振動の周波数に対応した時定数でのフィルタ処理を行うことによって、第1移動動作から第2移動動作に移るタイミングが遅くなり、その分、ロボットが行う作業のタクトタイムが長くなる。オーバーラップ動作とは、ロボットが第1移動動作とそれに引き続いて第1移動動作とは移動方向が異なる第2移動動作を実行するときに、第1移動動作の終了前に第2移動動作の実行を開始することを意味する。オーバーラップ動作では、第1移動動作と第2移動動作とが一部重ね合わされて実行されるので、第1移動動作の終了後に第2移動動作を開始する場合に比べ、全体での実行時間を短くすることができる。より具体的にはオーバーラップ動作では、第1移動動作の指令に対し、オーバーラップ動作用の所定のフィルタ処理を実行し、そのフィルタ処理を実行した後の指令(フィルタ処理後指令)に基づいて第1移動動作を実行するとともに、フィルタ処理後指令に基づいて第2移動動作の開始タイミングを決定し、決定した開始タイミングに基づいて第2移動動作を実行する。 By performing a filter process having a time constant corresponding to the frequency of vibration generated in the robot, it is possible to suppress the generation of vibration in the robot without lengthening the acceleration / deceleration time of the robot. However, when the overlap operation is performed in the control of the robot, the timing of shifting from the first movement operation to the second movement operation is delayed by performing the filter processing with the time constant corresponding to the vibration frequency, and the timing is delayed by that amount. The tact time of the work performed by the robot becomes longer. The overlap movement is the execution of the second movement movement before the end of the first movement movement when the robot executes the first movement movement and subsequently the second movement movement whose movement direction is different from that of the first movement movement. Means to start. In the overlap operation, the first movement operation and the second movement operation are partially overlapped and executed, so that the total execution time is longer than when the second movement operation is started after the end of the first movement operation. Can be shortened. More specifically, in the overlap operation, a predetermined filter process for the overlap operation is executed for the command of the first movement operation, and the command after the filter process is executed is based on the command (post-filter process command). The first movement operation is executed, the start timing of the second movement operation is determined based on the post-filtering command, and the second movement operation is executed based on the determined start timing.
本発明の目的は、重心が高いときであっても振動の発生を抑制することができ、かつ、ロボットが行う作業のタクトタイムを短くすることができる産業用ロボットとその制御方法とを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an industrial robot and a control method thereof, which can suppress the generation of vibration even when the center of gravity is high and can shorten the takt time of the work performed by the robot. There is something in it.
本発明の産業用ロボットは、基台と、ハンドと、ハンドが接続されるアームと、アームを支持するアーム支持部と、基台に対してアーム支持部を昇降させる昇降機構と、基台をレールに沿って水平方向に移動させる水平移動機構と、アームを伸縮させる第1駆動部と、昇降機構を駆動する第2駆動部と、水平移動機構を駆動する第3駆動部と、動作指令に基づいて第1駆動部、第2駆動部及び第3駆動部のそれぞれに対する内部指令を生成して第1駆動部、第2駆動部及び第3駆動部の動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、第3駆動部に対する内部指令に対し、内部指令に対するフィルタ処理が行われる他の駆動部に対して用いられるよりも大きなフィルタ量によるフィルタ処理を行う。 The industrial robot of the present invention has a base, a hand, an arm to which the hand is connected, an arm support portion that supports the arm, an elevating mechanism that raises and lowers the arm support portion with respect to the base, and a base. The horizontal movement mechanism that moves horizontally along the rail, the first drive unit that expands and contracts the arm, the second drive unit that drives the elevating mechanism, the third drive unit that drives the horizontal movement mechanism, and the operation command A control unit that generates internal commands for each of the first drive unit, the second drive unit, and the third drive unit to control the operation of the first drive unit, the second drive unit, and the third drive unit is provided. The control unit performs filtering processing on the internal command for the third drive unit with a larger filter amount than that used for other drive units on which the filter processing for the internal command is performed.
ワークの搬送などに用いられ、ハンドが接続されるアームを基台に対して昇降させることができる産業用ロボットにおいて主要な振動は、基台を固定端とし、ロボットの上端が水平方向に往復移動するような振動である。この振動は、ロボットの重心が高いときに大きくなりやすいが、上下方向の重心移動によっては誘発されない。またこの振動は、アームやハンド、ハンドに保持されるワークの質量に比べてロボット全体の質量の方が圧倒的に大きいことから、ロボットの全体が水平方向に加減速されることによって大きく誘発されるものと考えられる。そこで本発明の産業用ロボットでは、ロボットの基台をレールに沿って水平方向に移動させる水平移動機構を駆動する第3駆動部に対する内部指令に対して、他の駆動部(すなわち、アームを伸縮させる第1駆動部及び昇降機構を駆動する第2駆動部)に対して行うフィルタ処理におけるフィルタ量よりも大きなフィルタ量でフィルタ処理を行う。その結果、水平移動機構がロボットを移動させることによる振動の発生が抑制されるとともに、水平移動機構以外の軸についてはフィルタ処理を行わないか小さなフィルタ量でフィルタ処理しか行わないので、それらの軸に関する動作について、オーバーラップ動作によりロボットが行う作業のタクトタイムを短縮することが可能になる。フィルタ処理は、例えば移動平均フィルタであり、フィルタ量は、例えば、フィルタ処理における時定数や、移動平均フィルタにおける平均化時間である。 The main vibration in an industrial robot that is used for transporting workpieces and can raise and lower the arm to which the hand is connected with respect to the base is that the base is the fixed end and the upper end of the robot moves back and forth in the horizontal direction. It is a vibration like a robot. This vibration tends to increase when the center of gravity of the robot is high, but it is not induced by the movement of the center of gravity in the vertical direction. In addition, since the mass of the entire robot is overwhelmingly larger than the mass of the arm, hand, and work held by the hand, this vibration is greatly induced by accelerating and decelerating the entire robot in the horizontal direction. It is considered to be. Therefore, in the industrial robot of the present invention, another drive unit (that is, the arm is expanded and contracted) in response to an internal command to the third drive unit that drives the horizontal movement mechanism that moves the base of the robot horizontally along the rail. The filter processing is performed with a filter amount larger than the filter amount in the filter processing performed on the first drive unit and the second drive unit that drives the elevating mechanism). As a result, the generation of vibration caused by the movement of the robot by the horizontal movement mechanism is suppressed, and the axes other than the horizontal movement mechanism are not filtered or only filtered with a small amount of filter. It is possible to shorten the tact time of the work performed by the robot by the overlapping operation. The filtering process is, for example, a moving average filter, and the filter amount is, for example, a time constant in the filtering process or an averaging time in the moving average filter.
本発明の産業用ロボットでは、垂直な回転軸の周りで基台に対して昇降機構を回転させる回転機構と、回転機構を駆動する第4駆動部と、をさらに設け、制御部が、動作指令を第4駆動部に対する内部指令に変換して第4駆動部を制御するようにしてもよい。回転機構による回転も、ロボットにおける振動の発生への寄与が少ない。回転機構を駆動するための内部指令に対してフィルタ処理を行う場合であってもそのフィルタ処理のフィルタ量を水平移動機構を駆動するための内部指令に対して用いられるフィルタ量よりも小さくすることにより、振動の発生を抑制しつつタクトタイムを短縮することができる。 In the industrial robot of the present invention, a rotation mechanism for rotating the elevating mechanism with respect to the base around a vertical rotation axis and a fourth drive unit for driving the rotation mechanism are further provided, and the control unit issues an operation command. May be converted into an internal command for the fourth drive unit to control the fourth drive unit. Rotation by the rotation mechanism also contributes little to the generation of vibration in the robot. Even when filtering is performed for the internal command for driving the rotation mechanism, the filter amount for the filtering process should be smaller than the filter amount used for the internal command for driving the horizontal movement mechanism. As a result, the tact time can be shortened while suppressing the occurrence of vibration.
本発明の産業用ロボットでは、アーム支持部及びアームは、リンク機構を備えてアーム支持部に対するハンドの向きを所定方向に固定したままその所定方向に沿って前記ハンドを前進及び後退させることができる多関節機構を構成し、第1駆動部がリンク機構を駆動することによりアームを伸縮させるようにしてもよい。このように構成すると、単一のモータからなる第1駆動部によってアームを伸縮駆動することが可能になり、アームの駆動制御が容易になる。また本発明の産業用ロボットは、ハンドにワークを保持してワークを搬送する、搬送用の産業用ロボットとすることができる。搬送用の産業用ロボットでは水平移動機構によるロボットの水平移動が頻繁に行われるが、搬送用の産業用ロボットに本発明を適用することにより、ロボットにおける振動の発生を確実に抑制しつつ、タクトタイムを短縮することが可能になる。 In the industrial robot of the present invention, the arm support portion and the arm are provided with a link mechanism so that the hand can be advanced and retracted along the predetermined direction while the direction of the hand with respect to the arm support portion is fixed in the predetermined direction. An articulated mechanism may be configured, and the arm may be expanded or contracted by driving the link mechanism by the first driving unit. With this configuration, the arm can be expanded and contracted by the first drive unit composed of a single motor, and the drive control of the arm becomes easy. Further, the industrial robot of the present invention can be an industrial robot for transport, which holds the work in a hand and transports the work. In an industrial robot for transportation, the robot is frequently moved horizontally by a horizontal movement mechanism. By applying the present invention to an industrial robot for transportation, the tact while surely suppressing the generation of vibration in the robot. It becomes possible to shorten the time.
本発明の産業用ロボットの制御方法は、基台と、ハンドと、ハンドが接続されるアームと、アームを支持するアーム支持部と、基台に対してアーム支持部を昇降させる昇降機構と、基台をレールに沿って水平方向に移動させる水平移動機構と、アームを伸縮させる第1駆動部と、昇降機構を駆動する第2駆動部と、水平移動機構を駆動する第3駆動部と、を有する産業用ロボットの制御方法であって、動作指令に基づいて第1駆動部、第2駆動部及び第3駆動部のそれぞれに対する内部指令を生成する工程と、第3駆動部に対する内部指令に対し、内部指令に対するフィルタ処理が行われる他の駆動部に対して用いられるよりも大きなフィルタ量によるフィルタ処理を行う工程と、を有する。 The control method of the industrial robot of the present invention includes a base, a hand, an arm to which the hand is connected, an arm support portion that supports the arm, an elevating mechanism that raises and lowers the arm support portion with respect to the base, and the like. A horizontal movement mechanism that moves the base horizontally along the rail, a first drive unit that expands and contracts the arm, a second drive unit that drives the elevating mechanism, and a third drive unit that drives the horizontal movement mechanism. It is a control method of an industrial robot having On the other hand, it has a step of performing a filter process with a larger amount of filter than used for other drive units in which the filter process for an internal command is performed.
基台を固定端としてロボットの上端側が水平方向に往復移動する振動は、ロボットを水平移動するときの加減速度によって大きく誘発される。そこで本発明の産業用ロボットの制御方法では、ロボットの基台をレールに沿って水平方向に移動させる水平移動機構を駆動する第3駆動部に対する内部指令に対して、他の駆動部(すなわち、アームを伸縮させる第1駆動部及び昇降機構を駆動する第2駆動部)に対して行うフィルタ処理におけるフィルタ量よりも大きなフィルタ量でフィルタ処理を行う。その結果、ロボットにおける振動の発生が抑制されるとともに、水平移動機構以外の軸に関する動作について、オーバーラップ動作によりロボットが行う作業のタクトタイムを短縮することが可能になる。 The vibration that the upper end side of the robot reciprocates in the horizontal direction with the base as the fixed end is greatly induced by the acceleration / deceleration when the robot is moved horizontally. Therefore, in the control method of the industrial robot of the present invention, another drive unit (that is, that is, in response to an internal command to the third drive unit that drives the horizontal movement mechanism that moves the base of the robot in the horizontal direction along the rail). The filter processing is performed with a filter amount larger than the filter amount in the filter processing performed on the first drive unit for expanding and contracting the arm and the second drive unit for driving the elevating mechanism). As a result, the generation of vibration in the robot is suppressed, and the tact time of the work performed by the robot can be shortened by the overlapping operation for the operation related to the axis other than the horizontal movement mechanism.
本発明の産業用ロボットの制御方法では、産業用ロボットは、垂直な回転軸の周りで基台に対して昇降機構を回転させる回転機構と、回転機構を駆動する第4駆動部と、をさらに備えていてもよく、その場合、動作指令に基づいて第4駆動部に対する内部指令を生成すればよい。回転機構による回転もロボットにおける振動の発生への寄与が少ないから、この場合も、第3駆動部に対する内部指令に対し、内部指令に対するフィルタ処理が行われる他の駆動部に対して用いられるよりも大きなフィルタ量によるフィルタ処理を行うことにより、振動の発生を抑制しつつタクトタイムを短縮することができる。 In the control method of the industrial robot of the present invention, the industrial robot further includes a rotation mechanism that rotates the elevating mechanism with respect to the base around a vertical rotation axis, and a fourth drive unit that drives the rotation mechanism. In that case, an internal command to the fourth drive unit may be generated based on the operation command. Since the rotation by the rotation mechanism also contributes less to the generation of vibration in the robot, in this case as well, the internal command to the third drive unit is compared to the other drive unit in which the internal command is filtered. By performing the filter processing with a large amount of filter, it is possible to shorten the tact time while suppressing the generation of vibration.
本発明の産業用ロボットの制御方法では、産業用ロボットのアーム支持部及びアームは、リンク機構を備えてアーム支持部に対するハンドの向きを所定方向に固定したまま所定方向に沿ってハンドを前進及び後退させることができる多関節機構を構成していてもよく、その場合、第1駆動部はリンク機構を駆動することによりアームを伸縮させてもよい。このような構成によれば、単一のモータを備える第1駆動部によってアームを伸縮できるので、アームの駆動制御が容易になる。また本発明の産業用ロボットの制御方法では、動作指令は、ハンドにワークを保持してワークを搬送するための動作指令であってもよい。このような動作指令は、ワークの搬送に用いられる搬送用の産業用ロボットにおいて広く使用されるものである。搬送用の産業用ロボットでは水平移動機構によるロボットの水平移動が頻繁に行われるが、搬送用の産業用ロボットに本発明を適用することにより、ロボットにおける振動の発生を確実に抑制しつつ、タクトタイムを短縮することが可能になる。 In the control method of the industrial robot of the present invention, the arm support portion and the arm of the industrial robot are provided with a link mechanism, and the hand is moved forward and forward along a predetermined direction while the direction of the hand with respect to the arm support portion is fixed in a predetermined direction. An articulated mechanism that can be retracted may be configured, in which case the first drive unit may extend or contract the arm by driving the link mechanism. According to such a configuration, the arm can be expanded and contracted by the first drive unit including a single motor, so that the drive control of the arm becomes easy. Further, in the control method of the industrial robot of the present invention, the operation command may be an operation command for holding the work in the hand and transporting the work. Such operation commands are widely used in industrial robots for transport used for transporting workpieces. In an industrial robot for transportation, the robot is frequently moved horizontally by a horizontal movement mechanism. By applying the present invention to an industrial robot for transportation, the tact while surely suppressing the generation of vibration in the robot. It becomes possible to shorten the time.
本発明によれば、産業用ロボットにおいて、重心が高いときであっても振動の発生を抑制でき、かつ、ロボットが行う作業のタクトタイムを短くすることができる。 According to the present invention, in an industrial robot, it is possible to suppress the generation of vibration even when the center of gravity is high, and it is possible to shorten the tact time of the work performed by the robot.
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産業用ロボットを示す図である。この産業用ロボットは、ガラス基板などのワークを搬送することを目的とするものであって、水平多関節ロボットとしての実際の動作を行うロボット部10と、ロボット部10に対する動作指令が外部から入力し、この動作指令に基づいてロボット部10を駆動し制御する制御装置(ロボットコントローラ)40とを備えており、ロボット部10と制御装置40とはケーブルによって電気的に接続されている。ロボット部10は、ワーク50(図1には不図示)をそれぞれ保持する2つのハンド13A,13Bを備えるいわゆるダブル・ハンド・ロボットとして構成されている。図1は、ロボット部10において水平多関節機構が上昇した状態を示している。制御装置40は、動作指令が入力する制御部41と、ロボット部10に設けられているモータ35RD,35RU,35TH,35X,35Z(図3参照)を駆動するサーボドライバ45(図3参照)などを含む駆動回路42と、を備えている。制御装置40の詳細な構成については後述する。本実施形態の産業用ロボットはワーク50の搬送に用いられるものであるので、動作指令は、基本的には、ハンド13A,13Bをどの位置に移動させるか、という移動動作の指令である。制御部41は、動作指令に基づいてロボット部10の軸ごとにその軸についての速度を含む内部指令を生成し、駆動回路42は、軸ごとの内部指令によってロボット部10の各軸のモータを実際に駆動する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an industrial robot according to an embodiment of the present invention. The purpose of this industrial robot is to transport a work such as a glass substrate, and an operation command for the
図2は、水平多関節機構が下降した状態でのロボット部10の詳細を示す図であって、(a),(b)は、それぞれ、ロボット部10の側面図及び平面図である。ロボット部10は、床面において直線に設けられた相互に平行な1対のレール21上を移動可能な基台22と、基台22の上に設けられ、基台22に内蔵されたモータ35TH(図3参照)によって回転軸31の周りで水平面内で回転する回転台23と、回転台23に対して直立するように設けられた昇降機構24を備えている。レール21にはそれを覆うカバー25が取り付けられている。基台22にはレール21に沿って基台22を水平方向に移動させるためのモータ35X(図3参照)が設けられており、モータ35Xは、基台22ごとロボット部10をレール21に沿って水平方向に移動させる水平移動機構を構成するとともに駆動する。また、モータ35TH及び回転台23は、垂直な回転軸31の周りで基台22に対して昇降機構24を回転させる回転機構を構成し、この回転機構は、モータ35THによって駆動される。
2A and 2B are views showing details of the
昇降機構24は、回転台23に取り付けられている固定部24Aと、モータ35Z(図3参照)によって固定部24Aに対して昇降する移動部24Bとを備えている。図2(a)では、昇降機構24の移動部24Bはその昇降範囲での最も下に位置している。移動部24Bには、水平多関節機構を保持するアーム支持部26が水平方向に延びるように設けられており、アーム支持部26の先端には2組の水平多関節機構が上下方向に配列して取り付けられている。昇降機構24は、モータ35Zによって駆動されて基台22に対してアーム支持部26を昇降させる。上側の水平多関節機構は、アーム支持部26に取り付けられて共通軸32の周りで水平面内を回転可能な第1アーム11Aと、第1アーム11Aの先端に取り付けられて軸33Aの周りで水平面内を回転可能な第2アーム12Aとを備えており、第2アーム12Aの先端にハンド13Aが取り付けられている。同様に下側の水平多関節機構は、アーム支持部26に取り付けられて共通軸32の周りで水平面内を回転可能な第1アーム11Bと、第1アーム11Bの先端に取り付けられて軸33Bの周りで水平面内を回転可能な第2アーム12Bとを備えており、第2アーム12Bの先端にハンド13Bが取り付けられている。
The elevating
ハンド13A,13Bは、下から保持することによって板状のワーク50を水平状態に保ったまま搬送できるように、複数の棒状部材を平行に配置したフォーク状の形状となっている。ハンド13A,13Bは、処理装置のカセットやロードロック室などに収納されているワーク50を取り出してハンド13A,13B上に保持したり、保持しているワーク50をカセット内などに収納したりするときに、ワーク50に対して前進または後退する。このハンド13A,13Bの前進したり後退する方向は、棒状部材の延びる方向と一致している。ハンド13A,13Bの左右方向すなわち前後方向に直交する方向での幅は、搬送対象のワーク50の左右方向の幅よりも短くなっている。
The
このロボットにおいて水平多関節機構は、第1アーム11A,11Bと第2アーム12A,12Bとに組み込まれたリンク機構により、アーム支持部26が延びる方向とは直交する方向に沿う直線運動でハンド13A,13Bが前進及び後退運動を行うように構成されている。すなわち両方のハンド13A,13Bは同一方向に前進及び後退を行う。中心軸32に対してハンド13A,13Bの先端が遠ざかる動きが前進運動であり、前進運動とは反対方向の動きが後退運動である。第1アーム11A,11Bと第2アーム12A,12Bとは全体して屈曲運動を行い、それにも関わらず水平面内でのハンド13A,13Bの向きを一定とするために、ハンド13A,13Bは、それぞれ、第2アーム12A,12Bの先端の位置で手首軸34A,34Bの周りで水平面内を回転可能に取り付けられている。上側の水平多関節機構では、アーム支持部26に設けられたモータ35RU(図3参照)によってリンク機構が駆動されることによって、第1アーム11A及び第2アーム12Aが動き、ハンド13Aはその向きを保ったまま、アーム支持部26の延びる方向とは直交する方向に移動する。同様に下側の水平多関節機構では、アーム支持部26に設けられたモータ35RD(図3参照)によってリンク機構が駆動されることによって、第1アーム11B及び第2アーム12Bが動き、ハンド13Bはその向きを保ったまま、アーム支持部26の延びる方向とは直交する方向に移動する。このロボットでは、ハンド13Aとハンド13Bとを独立して前進及び後退させることができる。第1アーム11A,11Bと第2アーム12A,12Bとの屈曲運動により、ハンド13A,13Bが前進または後退することをアームの伸縮と呼ぶ。
In this robot, the horizontal articulated mechanism is a
結局、本実施形態の産業用ロボットのロボット部10での動きは、レール21に沿った水平方向の移動(これをX軸あるいは走行軸の動きとする)と、鉛直軸である回転軸31の周りでの基台に対する回転(これをθ軸あるいは回転軸の動きとする)と、ハンド13A,13Bの水平方向での前進及び後退運動すなわちアームの伸縮運動(これをR軸の動きとする)と、昇降機構24によるアーム支持部26の鉛直方向での昇降(これをZ軸の動きとする)とに分けることができる。2つのハンド13A,13Bに対応して2つの水平多関節機構が設けられていることにより、このロボットでは、R軸は、上側のハンド13Aに対応するRU軸と下側のハンド13Bに対応するRD軸とに分けられる。RU軸とRD軸とは相互に独立している。これらのX軸、θ軸、RU軸、RD軸及びZ軸は、それぞれの軸に対応するモータ35X,35TH,35RU,35D,35Zによって駆動される。ロボット部10は、動作指令に応じた制御装置40からの内部指令に基づく駆動制御により、これらの各軸のうちの1つの軸だけを動かす動作や、2以上の軸を同時に動かす動作とを実行する。なお、昇降機構24(Z軸)を駆動するモータ35Zは第1駆動部に相当し、アームの伸縮運動(RU軸及びRD軸)を駆動するモータ35RU,35RDは第2駆動部に相当し、水平移動機構(X軸)を駆動するモータ35Zは第3駆動部に相当し、回転機構(θ軸)を駆動するモータ35THは第4駆動部に相当する。
After all, the movements of the industrial robot in the
本実施形態の産業用ロボットを用いた、ガラス基板などのワーク50の搬送について説明する。本実施形態の産業用ロボットによりワーク50を処理装置間で搬送する場合、各処理装置のカセット(あるいはロードロック室)は、水平方向にはレール21からほぼ等距離の位置に配置される。カセットの垂直方向の位置(高さ)は、昇降機構24による昇降で対応できる範囲内であれば任意である。1対のレール21からなる軌道の両側にカセットが配置されていてもよい。そして、ハンド13A上にワーク50を載置することにより搬出側の第1のカセットから搬入側の第2のカセットにワーク50を搬送するときは、ハンド13A,13Bがいずれも後退して第1アーム11A,11Bと第2アーム12A,12Bとが折り畳まれた状態で、第1のカセットに向き合う位置にまでレール21に沿ってロボット部10を移動させ、それと同時にあるいはそれに引き続いて、ハンド13Aの高さが第1のカセットに対応する高さとなるように、昇降機構24によってアーム支持部26を昇降させる。そして、ハンド13Aを前進させて第1のカセット内にハンド13Aを進入させ、わずかにハンド13Aを上昇させることによってハンド13A上にワーク50を載置する。その後、ハンド13Aを後退させてワーク50ごとハンド13Aを第1のカセットから引き出す。次に、ワーク50を搭載した状態で第2のカセットに向き合う位置にまでレール21に沿ってロボット部10を移動させ、それと同時にあるいはそれに引き続いて、ハンド13Aの高さが第2のカセットに対応する高さとなるように、昇降機構24によってアーム支持部26を昇降させる。そして、ワーク50を載せたままハンド13Aを前進させて第2のカセット内にハンド13Aを進入させ、わずかにハンド13Aを下降させることによって第2のカセット内にーク50を載置し、ハンド13Aを後退させて第2のカセットからハンド13Aを引き出す。以上の動作によって、第1のカセットから第2のカセットへワーク50が搬送されたことになる。1対のレール21からなる水平移動軌道を挟む一方の側に第1のカセットが配置し、他方の側に第2のカセットが配置してときは、上記の動作に加え、回転軸31の周りでの回転の動作が実行される。1対のレール21からなる水平移動軌道の一方の側にしか処理装置が配置されない場合などには、回転台23とモータ35THとからなる回転機構を設けなくてもよい。
The transfer of the
次に、本実施形態の産業用ロボットの動作制御について、図3を用いて説明する。図3は、本実施形態の産業用ロボットの動作制御を説明するために、産業用ロボットにおける制御系を示したブロック図である。上述したように産業用ロボットのロボット部10には、各軸のモータとして、昇降機構24を駆動するモータ35Z、上下のハンド13A,13Bに対応するアームの伸縮をそれぞれ駆動するモータ35RU,35RD、水平移動機構を駆動するモータ35X、及び回転機構を駆動するモータ35THが設けられている。これらのモータはいずれもエンコーダ付きのモータであって、制御装置40内の駆動回路42においてモータごとに設けられたサーボドライバ45によってサーボ制御される。各軸のサーボドライバ45は、制御装置40内の制御部41から軸ごとに内部指令が供給され、内部指令に応じて対応するモータを駆動する。
Next, the operation control of the industrial robot of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a control system in an industrial robot in order to explain the operation control of the industrial robot of the present embodiment. As described above, the
制御装置40の制御部41には、産業用ロボットに所望の動作を実行させるための動作指令が入力する。動作指令は、例えばロボットに対する教示の結果として生成されたものであり、一例として、ハンド13Aを第1の場所から第2の場所に移動させるという移動動作の指令である。しかしながら動作指令は、ロボットの各軸の動きを直接的に記述したものではない。ハンド13Aの始点と終点とが与えられたとき、その動きの実現には、例えば水平移動機構によるロボット部10の全体の水平移動と、昇降機構24によるハンド13Aの昇降との両方が必要となることがある。そこで制御部41には、入力した動作指令を解析してロボットの軌道(動作計画とも言う)を生成し、軌道に基づいて各軸に求められる動きを算出して軸ごとの内部指令を生成する軌道計算部43が設けられている。軌道計算部43が出力する内部指令は、対応する軸における極端な加減速度の変化を伴うなど、軸の滑らかな動きを保証するものとはなっていない。そこで各軸の内部指令は、軸ごとに設けられたフィルタ44を介して軸ごとのサーボドライバ45に供給される。
An operation command for causing the industrial robot to execute a desired operation is input to the
本実施形態の産業用ロボットでは、アーム支持部26が上昇しているときにはロボット部10全体の重心が高くなり、その結果、特に、水平移動機構によりロボット部10の水平移動を行ったときに、基台22を固定端としてロボット部10が振動しやすくなる。この振動は、ロボット部10が水平移動するときの加減速度の急激な変化によって誘発される。そこで本実施形態では、水平移動における加減速度の急激な変化を抑えて振動を抑制するために、X軸すなわち水平移動機構を駆動するモータ35Xに対する内部指令に対し、他のモータ35Z,35RU,35RD,35THに対する内部指令に対してフィルタ処理を行うときよりも大きなフィルタ量でフィルタ処理を行う。言い換えれば、Z軸、RU軸、RD軸及びTH軸に対応するフィルタ44におけるフィルタ量よりもX軸に対応するフィルタ44におけるフィルタ量の方が大きく設定される。各フィルタ44は、例えば移動平均フィルタであり、フィルタ量は、例えば、フィルタ処理における時定数、あるいは、フィルタが移動平均フィルタであるときは平均化時間である。一例として、X軸に対するフィルタ44には時定数として0.3秒が設定されるのに対し、他の軸すなわちZ軸、RU軸、RD軸及びTH軸に対応するフィルタ44には時定数として0.05秒が設定される。X軸以外の軸については、フィルタ処理を行わないこととしてフィルタ44を設けなくてもよい。X軸の内部指令に対して他の軸よりも大きなフィルタ量によるフィルタ処理を行うことによって、ロボット部10が水平移動するときの加減速度の急激な変化が抑えられて振動の発生が抑制される。これにより、ロボットの重心が高いときにロボット全体の加減速時間を長くする必要がなくなり、タクトタイムの短縮を図ることができる。また水平移動機構(すなわちX軸)以外の軸については、フィルタ処理におけるフィルタ量が小さいか、フィルタ処理自体を行わないので、それらの軸に対してオーバーラップ動作を適用してもフィルタ処理に起因する遅延が起こることはなく、その点でもタクトタイムを短縮することができる。
In the industrial robot of the present embodiment, when the
以上説明したように本実施形態の産業用ロボットでは、水平移動機構(すなわちX軸)を駆動する駆動部(モータ35X)に対する内部指令に対し、内部指令に対するフィルタ処理が行われる他の軸の駆動部に対して用いられるよりも大きなフィルタ量によるフィルタ処理を行うことによって、ロボット部10の重心が高いときであっても振動の発生を抑制することができ、かつ、ワーク50の搬送などの作業のタクトタイムを短くすることができる。
As described above, in the industrial robot of the present embodiment, the internal command to the drive unit (
10…ロボット部;11A,11B…第1アーム;12A,12B…第2アーム;13A,13B…ハンド;21…レール;22…基台;23…回転台;24…昇降機構;24A…固定部;24B…移動部;25…カバー;26…アーム支持部;31…回転軸;32…共通軸;33A,33B…軸;34A,34B…手首軸;40…制御装置;41…制御部;42…駆動回路;43…軌道計算部;44…フィルタ;45…サーボドライバ;35RD,35RU,35TH,35X,35Z…モータ;50…ワーク。
10 ... Robot part; 11A, 11B ... 1st arm; 12A, 12B ... 2nd arm; 13A, 13B ... Hand; 21 ... Rail; 22 ... Base; 23 ... Rotating table; 24 ... Elevating mechanism; 24A ...
Claims (8)
ハンドと、
前記ハンドが接続されるアームと、
前記アームを支持するアーム支持部と、
前記基台に対して前記アーム支持部を昇降させる昇降機構と、
前記基台をレールに沿って水平方向に移動させる水平移動機構と、
前記アームを伸縮させる第1駆動部と、
前記昇降機構を駆動する第2駆動部と、
前記水平移動機構を駆動する第3駆動部と、
動作指令に基づいて前記第1駆動部、前記第2駆動部及び前記第3駆動部のそれぞれに対する内部指令を生成して前記第1駆動部、前記第2駆動部及び前記第3駆動部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第3駆動部に対する内部指令に対し、内部指令に対するフィルタ処理が行われる他の駆動部に対して用いられるよりも大きなフィルタ量によるフィルタ処理を行う、産業用ロボット。 Base and
With a hand
The arm to which the hand is connected and
An arm support portion that supports the arm and
An elevating mechanism that raises and lowers the arm support with respect to the base,
A horizontal movement mechanism that moves the base horizontally along the rail,
The first drive unit that expands and contracts the arm,
The second drive unit that drives the elevating mechanism and
A third drive unit that drives the horizontal movement mechanism,
Based on the operation command, an internal command is generated for each of the first drive unit, the second drive unit, and the third drive unit, and the operation of the first drive unit, the second drive unit, and the third drive unit is performed. And the control unit that controls
Equipped with
The control unit is an industrial robot that filters an internal command for the third drive unit with a larger amount of filter than that used for other drive units that are filtered for the internal command.
前記回転機構を駆動する第4駆動部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記動作指令を前記第4駆動部に対する内部指令に変換して前記第4駆動部を制御する、請求項1に記載の産業用ロボット。 A rotating mechanism that rotates the elevating mechanism with respect to the base around a vertical axis of rotation.
The fourth drive unit that drives the rotation mechanism and
Further prepare
The industrial robot according to claim 1, wherein the control unit converts the operation command into an internal command for the fourth drive unit to control the fourth drive unit.
前記第1駆動部は前記リンク機構を駆動することにより前記アームを伸縮させる、請求項1または2に記載の産業用ロボット。 The arm support portion and the arm are provided with a link mechanism to provide an articulated mechanism capable of advancing and retracting the hand along the predetermined direction while fixing the direction of the hand with respect to the arm support portion in a predetermined direction. Configure and
The industrial robot according to claim 1 or 2, wherein the first driving unit expands and contracts the arm by driving the link mechanism.
動作指令に基づいて前記第1駆動部、前記第2駆動部及び前記第3駆動部のそれぞれに対する内部指令を生成する工程と、
前記第3駆動部に対する内部指令に対し、内部指令に対するフィルタ処理が行われる他の駆動部に対して用いられるよりも大きなフィルタ量によるフィルタ処理を行う工程と、
を有する制御方法。 A base, a hand, an arm to which the hand is connected, an arm support portion that supports the arm, an elevating mechanism that raises and lowers the arm support portion with respect to the base, and the base along a rail. An industry having a horizontal movement mechanism for moving the arm in the horizontal direction, a first drive unit for expanding and contracting the arm, a second drive unit for driving the elevating mechanism, and a third drive unit for driving the horizontal movement mechanism. It is a control method for industrial robots.
A process of generating internal commands for each of the first drive unit, the second drive unit, and the third drive unit based on the operation command, and
A step of filtering the internal command for the third drive unit with a larger amount of filter than that used for the other drive unit in which the filter process for the internal command is performed.
Control method having.
前記動作指令に基づいて前記第4駆動部に対する内部指令を生成する、請求項5に記載の制御方法。 The industrial robot further has a rotation mechanism for rotating the elevating mechanism with respect to the base around a vertical rotation axis, and a fourth drive unit for driving the rotation mechanism.
The control method according to claim 5, wherein an internal command is generated for the fourth drive unit based on the operation command.
前記第1駆動部は前記リンク機構を駆動することにより前記アームを伸縮させる、請求項5または6に記載の制御方法。 In the industrial robot, the arm support portion and the arm may be provided with a link mechanism to move the hand forward and backward along the predetermined direction while the direction of the hand with respect to the arm support portion is fixed in a predetermined direction. Construct an articulated mechanism that can
The control method according to claim 5 or 6, wherein the first driving unit expands and contracts the arm by driving the link mechanism.
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