JP2597671B2 - クリーンルーム計測ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はクリーンルーム計測ロボツトに係り、特にク
リーンルームに配置されているエアフイルタ（HEPAフイ
ルタ）のリーク試験やクリーンルーム内の空気清浄度試
験を無人で行うクリーンルーム計測ロボツトに関する。

〔従来の技術〕

クリーンルームの天井面あるいは壁面に配置されてい
るHEPAフイルタについては、一般的に、フイルタ面から
フイルタ材を通過しない空気が漏れているか否か、フイ
ルタ取付枠の周辺部分の継目から空気が漏れているか否
か等のリーク試験を行う必要がある。このリーク試験を
人手によって行おうとすると、作業者が一定の速度（5c
m/sec以下）で試料採取管（プローブ）とフイルタとの
間隔を所定距離（2.5cm以内）に保持してフイルタ全面
を走査する必要があり、このため作業者に不自然な姿勢
を長時間要求することになる。また、上記プローブを用
いてクリーンルーム内の空気清浄度試験も行うが、人間
はクリーンルーム内での最も大きな発塵源であるため、
測定精度が悪化すると共に、クリーン度維持に悪影響を
及ぼす。

このため、従来では、自律走行する無人走行台車を用
いてリーク試験や清浄度試験を行う検査装置が提案され
ている。この検査装置は、走行床面にガイドラインを設
け、このガイドラインをセンサで検出しながら無人走行
台車をガイドラインに沿って走行させてフイルタ直下で
停止させ、イメージセンサでフイルタの存在を検出し、
昇降動作するＸ−Ｙテーブルとフイルタ枠との位置合せ
をした後Ｘ−Ｙテーブルに設けられたプローブでフイル
タ面を走査してリーク試験等を行うものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の検査装置では、フイルタの存在
を検出すりイメージセンサをＸ−Ｙテーブルに取付けプ
ローブと別体にしているため、フイルタとＸ−Ｙテーブ
ルとの位置決め精度が悪い場合には、フイルタを取付け
るためのフレームにプローブが衝突して破損することが
ある、という問題がある。また、イメージセンサを使用
しているため画像処理回路等が必要となってコスト高に
なる、という問題がある。

本発明は上記問題点を解決すべく成されたもので、低
コストで製造できると共にプローブを保護することがで
きるクリーンルーム計測ロボツトを提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、無人走行台車に搭
載されたマニピユレータと、クリーンルームに配置され
た複数のフイルタの配置情報を記憶する記憶手段と、無
人走行台車の走行距離を検出する距離センサと、マニピ
ユレータに取付けられた測定用のプローブと、前記マニ
ピユレータに取付けられたプローブの先端部分を囲みか
つ該プローブと非接触状態で設けられた接触子、前記プ
ローブに固定された触覚センサ、及び前記接触子と前記
触覚センサとを連結する連結部材により構成された接触
センサと、マニピユレータを制御して接触センサをフイ
ルタの輪郭に沿って移動させることによりフィルタに対
する無人走行台車の向きを判断する判断手段と、フイル
タの配置情報、無人走行台車の走行距離および無人走行
台車の向きに基づいて無人走行台車を走行制御すると共
に、マニピユレータを駆動制御する制御手段と、を含ん
で構成している。

［作用］ 本発明の無人走行台車には、マニピユレータが搭載さ
れており、このマニピユレータには測定用のプローブと
接触センサとが取付けられている。

接触センサを構成する接触子はマニピユレータに取付
けられたプローブの先端部分を囲みかつプローブと非接
触状態で設けられており、この接触子はプローブに固定
された触覚センサに連結部材によって連結されている。
従って、接触子が物体に接触したときに受ける力が連結
部材を介して触覚センサに伝達され、これによって接触
状態を検出することができる。この接触子は、プローブ
の先端部分を囲みかつプローブと非接触状態で設けられ
ているため、プローブの先端部分が物体に衝突する前に
接触センサによって物体の存在を検出することができ、
これによってプローブを保護することができる。触覚セ
ンサとしては圧力センサ等を使用することができるた
め、低コストで製造できる。

判断手段は、マニピユレータを制御して接触センサを
フイルタの輪郭に沿って移動させることによりフイルタ
に対する無人走行台車の向きを判断する。通常、フイル
タの縦、横の長さが相違しているため、フイルタの輪郭
を検出することによりフイルタに対する走行台車の向き
を判断することができる。そして、フイルタの配置情
報、無人走行台車の走行距離および無人走行台車の向き
に基づいて無人走行台車を走行制御することにより無人
走行台車を全てのフイルタの直下を通過するよう走行さ
せることができる。また、フイルタ直下で無人走行台車
を停止させマニピユレータ制御してプローブを予め定め
られた軌跡に沿って移動させることによりフイルタのリ
ーク試験等の試験を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、予め記憶したフ
イルタの配置情報に基づいて無人走行台車を走行制御で
きるため、ガイドラインが不要になり、作業性よく試験
を行うことができる、という効果が得られる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図（１）、（２）及び（３）に示すように、一対
の駆動輪18及び一対の自在輪20を備えた自律移動する無
人走行台車10の上面側には、鉛直線回りに回転可能な鉛
直アーム48と鉛直アームに取付けられて水平方向及び鉛
直方向に移動自在とされた水平アーム50とを直交するよ
うに配置した円筒座標マニピユレータ12、即ち３自由度
のアニピユレータが取付けられている。円筒座標マニピ
ユレータ12の水平アーム50先端部には、リーク試験用の
プローブ14及び清浄度試験用のプローブ16が固定されて
いる。プローブ14の先端部には接触センサ22が取付けら
れており、基端部はフレキシブルパイプ24を介して無人
走行台車10内に配置された吸引機を内蔵した除塵計（図
示せず）に接続されている。フレキシブルパイプ24は、
プローブ14から取外してプローブ16と接続することが可
能である。また、清浄度測定用のプローブ16には温度及
び湿度を検出する温湿度センサ26、気流を検出するため
の風速センサ28および計測対象物までの変位を測定する
レーザ変位センサ29が取付けられている。この無人走行
台車10の上面には緊急時に無人走行台車10を停止させる
ための緊急停止ボタン32が設けられている。なお、30は
配線である。

上記駆動輪18は、第２図（１）、（２）に示すよう
に、鉛直方向に延在された鉛直軸38の軸回りに回転可能
に支持された車軸34に取付けられている。この車軸34は
かさ歯車31を介してサーボモータ36の駆動軸に連結され
ている。従って、サーボモータ36を回転させることによ
り駆動輪18は車軸34の軸回りに回転される。鉛直軸38
は、その基端部が走行台車のシヤーシ11に固定されて鉛
直方向に延在されており、その中間部はウオーム歯車40
およびかさ歯車33を介してサーボモータ42の駆動軸と連
結されている。上記駆動輪18、車軸34、かさ歯車31、3
3、ウオーム歯車40およびサーボモータ36、42は１つの
ハウジングに取付けられている。従って、サーボモータ
42を回転させることによりハウジングが鉛直軸38回りに
回転し、これによって駆動輪18とサーボモータ36、42と
が一体になって水平面内で回転する。なお、サーボモー
タ36、サーボモータ42の各々には駆動輪18の回転位置を
検出するためのロータリエンコーダ41（第７図）及び無
人走行台車10の走行距離を検出するためのロータリエン
コーダ35（第７図）が取付けられている。自在輪20は、
キヤスター等で構成され、鉛直線回りに回転可能に無人
走行台車10に取付けられた支持体44の先端に回転可能に
取付けられている。このように、無人走行台車10に一対
の駆動輪18と一対の自在輪20とが設けられているため、
サーボモータ42を回転させて駆動輪18の水平面内での向
きを制御した後駆動輪18を回転することにより無人走行
台車10を任意の直線方向に移動させると共に回転運動を
行わせることができる。

次に、第３図及び第４図（１）、（２）、（３）を参
照して円筒座標マニピユレータ12を詳細に説明する。鉛
直アーム48は、一対の非磁性体のステンレスパイプ49を
平行配置すると共に両端部を固定部材53で固定すること
により構成されている。固定部材53の各々には、プーリ
54が回転可能に収容されており、このプーリ54間には１
対のステンレスパイプ49内を貫通するように設けられた
無端タイミングベルト56が掛け渡されている。このタイ
ミングベルト56にはステンレスパイプ49内に収容された
可動マグネツト58が取付けられている。鉛直アーム48の
基端部は無人走行台車10に穿設された貫通孔46を貫通し
て無人走行台車10内に突出するように設けられている。
そしてこの鉛直アーム48の基端部はサーボモータ62の駆
動軸に連結されている。従って、サーボモータ62を回転
させることにより鉛直アーム48は鉛直線回りに回転する
ことが可能である。また、無人走行台車10内に突出した
プーリ54の回転軸には、駆動軸がサーボモータ62の駆動
軸と直交するように配置されたサーボモータ（図示せ
ず）の駆動軸が連結されている。従って、このサーボモ
ータを回転することにより可動マグネツト58はステンレ
スパイプ49内で鉛直方向に移動することが可能である。

鉛直アーム48に対して摺動可能なようにガイド部材52
が取付けられている。このガイド部材52には、鉛直アー
ム48の一方のステンレスパイプ49を挟み且つステンレス
パイプ49内の可動マグネツト58に対向する位置に一対の
固定マグネツト60が固定されている。この可動マグネツ
ト58及び固定マグネツト60は両者間に吸引力が作用する
ように磁極の向きが定められている。ガイド部材52に
は、鉛直アーム48と直交し且つガイド部材52に対して摺
動自在なように水平アーム50が取付けられている。この
水平アーム50は一対の炭素繊維パイプ51を平行配置し両
端を固定部材で固定することにより構成されている。ア
ームを炭素繊維パイプで構成することにより軽量化が可
能である。従って、上記で説明したように可動マグネツ
ト58を鉛直方向に移動すると吸引力によって固定マグネ
ツト60の可動マグネツト58と共に鉛直方向に移動し、こ
れによって水平アーム50を鉛直方向に移動させることが
できる。ガイド部材52の固定マグネツト60取付側と反対
の側には、第１図及び第４図に示すようにサーボモータ
64が取付けられている。このサーボモータ64の回転軸に
は、ガイド部材52に形成された溝68を貫通して一方の炭
素繊維パイプ51に接触押圧されるようにゴムローラ等で
構成された駆動伝達プーリ66が取付けられている。炭素
繊維パイプ51はガイド部材52に対して摺動自在なため、
ガイド部材52に固定されたサーボモータ64によって駆動
伝達プーリ66を回転させることにより水平アーム50を水
平方向に移動させることが可能である。このマニピユレ
ータ12を無人走行台車10に取外し可能に取付け、運搬時
に分解することにより更に搬送し易くなる。

プローブ14の先端に取付けられた接触センサ22は、第
５図に示すようにプローブ14の先端部近傍に固定された
圧力センサ等から成る複数の触覚センサ74と、プローブ
14と非接触状態でフローブ14先端部を囲むように配置さ
れたリング状の接触子70と、接触子70と触覚センサ74の
各々とを連結するロツド72とから構成されている。この
接触子70に対して上部方向または側部の全周方向から物
体が接触すると接触圧がロツド72を介して触覚センサ74
に伝達されるため、上部方向及び側部全周方向からの接
触を感知することができる。また、触覚センサ74の個数
を増加することにより感度に増加することもできる。

第６図は、円筒座標マニピユレータ12の３軸（Ｚ軸、
Ｒ軸、Ｑ軸）とフイルタ76との関係を示すものでＺ軸が
鉛直方向を向き、且つＲ軸が水平方向に向くように円筒
座標マニピユレータ12が配置される。そして、円筒座標
マニピユレータ12の先端部分に取付けられたプローブ14
を天井面に取付けられたフイルタの直下に配置し、マニ
ピユレータを制御してプローブ14先端とフイルタ76との
間隔を2.5cm程度に保ちながらフイルタ面を第６図に示
されるようにジグザグ状に走査することによりリーク試
験が行われる。なお、Ｚ軸が鉛直方向を向くようにした
が水平方向またはその他の方向を向くようにしてもよ
い。

第７図は無人走行台車10内に収容されている制御装置
の概略を示すものである。プローブ14は、フレキシブル
パイプ24、吸引機96を内蔵した塵埃計98に接続されてい
る。塵埃計98で検出された塵埃数や各種センサで検出さ
れた温湿度、気流はマイクロコンピユータ85に入力され
送受信装置81からクリーンルーム外部に設けられている
送受信装置にデータ送信される。マイクロコンピユータ
85には、接触センサ22、ロータリエンコーダ35、ロータ
リエンコーダ41、フイルタ配置データ記憶部91等が接続
されており、マイクロコンピユータ85は、予め記憶され
たプログラムに従って接触センサ22、ロータリエンコー
ダ35、41出力等に基づいてフイルタ配置データ記憶部91
に記憶されているフイルタ配置情報に対する無人走行台
車10の位置検出を行い、制動装置77、駆動輪18、サーボ
モータ62等を制御して無人走行台車10およびマニピユレ
ータ12を駆動すると共にリーク試験等の各種の試験を行
う。

第８図は上記のクリンルーム制御ロボツトの自動計測
時に送受信機81から送信された検出データを解析するた
めの装置を示すものであり、この装置はアンテナ80を備
えた送受信機78とハンドヘルドコンピユータ84とから構
成されている。ハンドヘルドコンピユータ84は、データ
等を表示するための液晶デイスプレイ86とデータ等を入
力するためのキーボード88と外部記憶装置としてのフロ
ツピデイスクに対してデータを読み書きするためのデイ
スクドライバ90とを備えている。そして送受信機78とハ
ンドヘルドコンピユータ84とはRS−232C（EIA規格）ケ
ーブル82によって接続されている。

次に、マニユアル操作する操作ボツクスについて説明
する。操作ボツクス78には、第９図に示すように、アン
テナ87、緊急時に計測ロボツトを停止させるための緊急
停止スイツチ102、リーク試験（LEAK）と清浄度試験（C
LEAN）とを選択するための選択スイツチ104、自動制御
（AUTO）と手動制御（MANUAL）とを切換えるための切換
スイツチ106、警報発生モードにするか否かを決定する
ための警報モードスイツチ108、計測ロボツトの作動を
開始させるためのスタートスイツチ110、計測ロボツト
と予めフイルタ配置データ記憶部91に記憶されている絶
対座標として作用するフイルタ配置情報との原点位置調
整を行うための原点位置調整スイツチ112、計測ロボツ
トを停止させるためのストツプスイツチ114、計測ロボ
ツトの走行方向又はマニピユレータの動作を手動で遠隔
操作するためのジヨイステイツク116、ジヨイステイツ
ク116で遠隔操作する対象を選択するための切換スイツ
チ118（WHEELのとき無人走行台車10、ARMのとき円筒座
標マニピユレータ12）、無人走行台車10を前後方向（VE
RTICAL）に走行させるか円筒座標マニピユレータ12をＺ
軸方向に移動させるかを選択するための選択スイツチ12
0、無人走行台車10を左右方向（HORIZONTAL）に走行さ
せるか円筒座標マニピユレータ12をＲ軸方向に移動させ
るかを選択するための選択スイツチ122、無人走行台車1
0を回転（CIRCLE）させるか円筒座標マニピユレータ12
をθ軸方向に回転させるかを選択するための選択スイツ
チ124、電源スイツチ126が設けられている。

第10図（１）、（２）及び第11図はフイルタ配置デー
タ記憶部91に記憶するためのフイルタ配置情報を示すも
のである。フイルタ76は第10図に示すようにフレーム92
間に掛け渡されて配置され、フレーム92で囲まれた１ブ
ロツク内に複数枚（図では４枚）のフイルタが配置され
る。このフイルタ76は床面からHPhの位置に取付けら
れ、フレーム92の必要箇所には照明灯94が取付けられ
る。この照明灯94は床面からOBhの高さにある。従っ
て、１ブロツクのフイルタのＸ方向の長さFx、１ブロツ
クのフイルタのＹ軸方向の長さFy（＝4HPy）、フレーム
92のＸ軸方向の幅Wx、フレーム92のＹ軸方向の幅Wyを、
１単位として第11図に示す平面情報として記憶する。な
お、通常の場合、Fx₁＝Fx₂＝・・・,Fy₁＝Fy₂＝・・・,
Wx₁＝Wx₂・・・,Wy₁＝Wy₂＝・・・である。また、この
平面情報は絶対座標Ｘ、Ｙで記憶される。また、フイル
タや照明灯の高さ情報も同時に記憶部91に記憶される。

第12図は、リーク試験を行うときのマイクロコンピユ
ータ85の制御ルーチンを示すものである。まず、ステツ
プ200では手動モードで計測ロボツトをフイルタ76の測
定開始位置に対応するブロツク（第11図のスタートと表
示してあるブロツク）に移動する。この状態を自動モー
ドに切換え、スタートスイツチ110をオンすると計測ロ
ボツトが自動走行してフレーム92に接触するように接触
センサ22を移動させフイルタ76の概略位置を検出する
（ステツプ202）。この概略位置は接触センサ22をフイ
ルタの輪郭に沿って移動させ、フイルタの短辺と長辺と
に対応するフレームの存在を検出することによって検出
することができる。そして、このフイルタの概略位置に
基づいてフイルタに対する計測ロボツトの向き、計測ロ
ボツトの現在位置から予め設定されているフイルタ測定
開始位置までの距離を算出しロータリエンコーダ出力に
基づいて駆動車を制御することによりフイルタ開始位置
までロボツトを走行させる。すなわち、第10図（１）に
示した測定開始ブロツクのフイルタの長辺に対応するフ
レームと短辺に対応するフレームとを検出して記憶部91
に記憶されている絶対座標と比較することにより、無人
走行台車10のフイルタに対する向きおよび検出したフレ
ームに対する走行台車の現在位置を判断することがで
き、従ってどの方向にどれだけ移動させればフイルタ開
始位置にロボツトを到達させることができるかを算出す
ることができる。次のステツプ204では、フレームの内
周に接触センサ22が接触するようにしてフレーム全周に
沿って接触センサ22を移動させ、接触センサ22出力に基
づいて測定開始ブロツクのフレームの各辺に対応する直
線を求め、これらの直線の交点を求めることにより測定
開始ブロツクのフレームの角部に対応する座標を求めて
予め記憶されている測定開始ブロツクのフレームに対応
するデータと比較してロボツトの位置を補正する。これ
によって、接触センサ22によって検出された測定開始ブ
ロツクのフレームの輪郭がフイルタ配置データ記憶部91
に予め記憶されている測定開始ブロツクのフレームの輪
郭と一致することになる。次のステツプ206では、円筒
座標マニピユレータ12の先端とフイルタ76との間隔を所
定距離（例えば2.5cm）に保ったまま第６図に示す軌跡
に沿ってプローブ14をジクザグ状に走査して吸引機96に
よってプローブ14を介して吸引したときの塵埃計98出力
に基づいてリークが発生しているか否かを判断する。次
のステツプ208ではフイルタ配置データ記憶部91に予め
記憶されている、第11図の破線で示す測定順序を示すデ
ータに基づいて最後のフイルタのリーク測定か否かを判
断し、最後のフイルタでないときにはステツプ210にお
いて計測用ロボツトを次のフイルタ測定位置に移動した
後ステツプ102へ戻り、最後のフイルタの計測のときは
このルーチンを終了する。

なお、無人走行台車10内に有毒ガス等を検出するガス
センサを設け、クリーンルームの環境測定を行うことに
よりクリーンルームの日常管理用のモニタとして使用す
るようにしてもよく、レーザ変位センサを走行台車とフ
レームとの相対変位から距離を測定するセンサとして使
用してもよい。また、計測ロボツトをスクリーンの直下
を 走行させる例について説明したが、マニピユレータが届
く範囲であればスクリーンの直下でなくてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）は計測ロボツトの正面図、第１図（２）は
計測ロボツトの平面図、第１図（３）は計測ロボツトの
側面図、第２図（１）は駆動輪と自在輪とを示す概略
図、第２図（２）は第２図（１）のＩ−Ｉ線断面図、第
３図は円筒座標マニピユレータの概略図、第４図（１）
は水平アームと鉛直アームとの交差部分の断面図、第４
図（２）は第４図（１）のII−II線断面図、第４図
（３）は鉛直アームと水平アームとの交差部の斜視図、
第５図は接触センサの概略図、第６図は円筒座標の３軸
とプローブの走査軌跡を示す線図、第７図は計測ロボツ
ト内に収容されている制御回路の概略図、第８図は計測
ロボツトを遠隔操作すると共にデータを解析するための
装置の斜視図、第９図は操作ボツクスの平面図、第10図
（１）、（２）はフレームで囲まれた１ブロツクのフイ
ルムの平面図と側面図、第11図はリーク試験を行う天井
に配置されたフイルタ群の平面図、第12図はリーク試験
を行うときの制御ルーチンの流れ図である。 10……無人走行台車、 12……円筒座標マニピユレータ、 14……プローブ、 18……駆動輪、 20……自在輪、 70……接触部材、 74……触覚センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高志 学 東京都中央区銀座８丁目21番１号 株式 会社竹中工務店東京本店内 (72)発明者 高橋 秀夫 愛知県名古屋市中区錦１丁目18番22号 株式会社竹中工務店名古屋支店内 (72)発明者 海野 健一 東京都江東区南砂２丁目５番14号 株式 会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 山崎 慶太 東京都江東区南砂２丁目５番14号 株式 会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 加藤 稔 東京都大田区大森中１丁目10番６号 ゼ ステック株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−59886（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無人走行台車に搭載されたマニピユレータ
   と、 クリーンルームに配置された複数のフイルタの配置情報
   を記憶する記憶手段と、 無人走行台車の走行距離を検出する距離センサと、 マニピユレータに取付けられた測定用のプローブと、 前記マニピユレータに取付けられたプローブの先端部分
   を囲みかつ該プローブと非接触状態で設けられた接触
   子、前記プローブに固定された触覚センサ、及び前記接
   触子と前記触覚センサとを連結する連結部材により構成
   された接触センサと、 マニピユレータを制御して接触センサをフイルタの輪郭
   に沿って移動させることによりフィルタに対する無人走
   行台車の向きを判断する判断手段と、 フイルタの配置情報、無人走行台車の走行距離および無
   人走行台車の向きに基づいて無人走行台車を走行制御す
   ると共に、マニピユレータを駆動制御する制御手段と、 を含むクリーンルーム計測ロボツト。