JP2647606B2 - クリーンロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クリーン環境内でウエ
ハ、レチクル等の移送を行うためのクリーンロボットに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】クリーン環境内でウエハ、レチクル等の
移送を行うためのクリーンロボットにおいては、ウエハ
やレチクル等の損傷を防止するために直線移送動作が要
求されるが、従来、このような直線移送動作を行うロボ
ットとしては、特開平２−８２５５０号公報や、特開平
２−８３１８２号公報に開示されているように、タイミ
ングベルトを使用し、機構的にロボットが直線運動をす
るようにしたものが知られている。また、特開平４−１
１０４５号公報に開示されているように、タイミングベ
ルトを使用しているが、機構を単純化したものも知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例の様に駆動系にタイミングベルトを使用した場
合、タイミングベルトにテンションを加えるためのアイ
ドルプーリ（テンションプーリ）が必要となってくる。
さて、タイミングベルトは完全な剛体から作られている
のではなく、弾性体から作られている。更に、ベルト駆
動の動力伝達機構においては、プーリの回転により、タ
イミングベルトに引っ張り側とたるみ側が生ずる。その
ため、タイミングベルト駆動の動力伝達機構を採用した
ロボットにおいては、アームが停止するときに、タイミ
ングベルトの引っ張りとたわみが平衡状態に戻ろうとし
て振動する。

【０００４】ここで、上記の様にタイミングベルトにア
イドルプーリによってテンションを加えた場合、回転方
向により停止時の振動振幅が異なる。これは、アイドル
プーリが配設されている側のベルトがたわむ方向に回転
するときには、ベルトは、アイドルプーリと駆動プーリ
間の短い距離の間でたわむのに対して、アイドルプーリ
が配設されていない側のベルトがたわむ方向に回転する
ときには、ベルトは、駆動プーリと従動プーリの間の長
い距離の間でたわむこととなるからである。すなわち、
アイドルプーリ側のベルトがたわむ方向に回転している
状態から停止する場合には振動振幅が小さく、アイドル
プーリ側でない側のベルトがたわむ方向に回転している
状態から停止する場合には振動振幅が大きくなる。

【０００５】これを解決するためには、アイドルプーリ
を両側に配設すれば良いのであるが、このようにすると
ロボットのコストアップと重量の増加をまねくこととな
る。従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、アイドルプーリを
片側のみに配設した構造でありながら、アーム停止時の
振動が少なく、直進運動の可能なクリーンロボットを提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明のクリーンロボットは、基
台と、該基台に、第１の点を支点として第１の平面内で
回転可能に支持された第１の腕と、該第１の腕に、前記
第１の点と所定距離を離間した第２の点を支点として前
記第１の平面と平行な第２の平面内で回転可能に支持さ
れた第２の腕と、該第２の腕に、前記第２の点と前記所
定距離を離間した第３の点を支点として前記第１の平面
と平行な第３の平面内で回転可能に支持された第３の腕
と、前記基台内に配設され、この基台に対して、前記第
１の腕を、前記第１の点を中心に第１の回転方向に第１
の角速度で回転させるための第１の駆動手段と、前記第
１の腕内に配設され、この第１の腕に対して、前記第２
の腕を、前記第２の点を中心に前記第１の回転方向とは
逆の第２の回転方向に前記第１の角速度の２倍の角速度
で回転させるための第２の駆動手段と、前記第２の腕内
に配設され、前記第３の腕を、前記第３の点を中心に前
記第１の回転方向に前記第１の角速度で回転させるため
の第３の駆動手段とを具備し、前記第３の腕を前記基台
に対して直進運動させるようにしたクリーンロボットに
おいて、前記第２の駆動手段は、前記第１の点を中心に
配設された第１の駆動プーリと、前記第２の点を中心に
配設された第１の従動プーリと、前記第１の駆動プーリ
と前記第１の従動プーリとに掛け渡された第１のタイミ
ングベルトと、前記第１の駆動プーリが、前記第３の腕
が前記第１の点から離れる方向に移動する様な回転方向
に回転したときに、前記第１のタイミングベルトのたる
み側に当接するように設けられた第１のテンションプー
リとを備え、前記第３の駆動手段は、前記第２の点を中
心に配設された第２の駆動プーリと、前記第３の点を中
心に配設された第２の従動プーリと、前記第２の駆動プ
ーリと前記第２の従動プーリとに掛け渡された第２のタ
イミングベルトと、前記第２の駆動プーリが、前記第３
の腕が前記第１の点から離れる方向に移動する様な回転
方向に回転したときに、前記第２のタイミングベルトの
たるみ側に当接するように設けられた第２のテンション
プーリとを備えることを特徴としている。

【０００７】

【作用】以上の様に、この発明に係わるクリーンロボッ
トは構成されているので、第３の腕が、基台から離れる
方向に移動するときには、テンションプーリが設けられ
ている側のベルトがたわむこととなる。第３の腕が基台
から離れる方向に移動する場合には、第１、第２及び第
３の腕による基台の回りの慣性モーメントが大きくなる
ので、ロボットが停止する時には、振動が大きくなりや
すい。これに対し、第３の腕が離れる方向に移動すると
きに、テンションプーリ側のベルトをたわむ様にして、
ベルトを短い距離でたわませることにより、ロボットの
停止時の振動を少なくすることができる。一方、第３の
腕が基台に近づく方向に移動するときには、慣性モーメ
ントが小さくなるので、停止時の振動が少なくなる。そ
のため、第３の腕が近づく方向に移動するときには、テ
ンションプーリ側と反対側のベルトをたわませても振動
はあまり大きくならない。従って、上記の様にクリーン
ロボットを構成することにより、ロボットの停止時の腕
の振動が第３の腕の動く方向について平均化され、トー
タルとして腕の振動を減少させることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について、添
付図面を参照して詳細に説明する。まず、一実施例のク
リーンロボットの側断面図である図１、及び図１を左側
から見た部分断面図である図２に基づいて、クリーンロ
ボットの構成について説明する。

【０００９】図１，図２において、ロボット基台３は、
その下部に基台用フランジ１を備えており、また、上部
には、任意の数の取付レバー２を備えている。ロボット
基台３は、これらの基台用フランジ１及び、取り付けレ
バー２を介して半導体装置内にボルト等で固定されてい
る。ロボット基台３の内部には、第１腕４をこのロボッ
ト基台３に対して回転駆動するための駆動源となる第１
腕駆動用モータ６が配置されている。第１腕駆動用モー
タ６の上部の出力軸には、このモータ６の回転状態を検
出するための第１のロータリエンコーダ７が接続されて
おり、また第１腕駆動用モータ６の下部の出力軸には、
第１のプーリ８が取り付けられている。第１腕駆動用モ
ータ６に隣接した位置には、このモータ６の回転を減速
するための減速機１１が配置されており、この第１の減
速機１１の下部に位置する入力軸１１ａには、第２のプ
ーリ１０が取り付けられている。第１のプーリ８と第２
のプーリ１０の間には、第１のタイミングベルト９が掛
け渡されており、このタイミングベルト９を介して、モ
ータ６の回転力が第１の減速機１１に伝達される。第１
の減速機１１の上部に位置する出力軸１１ｂには、第３
のプーリ１２が取り付けられている。

【００１０】一方、第１腕４の下部には、固定フランジ
１５を介して、第４のプーリ１４がボルト等で固定され
ており、この第４のプーリ１４と第３のプーリ１２の間
には、第２のタイミングベルト１３が掛け渡されてい
る。従って、第１腕駆動用モータ６の回転力は、第１の
プーリ８，第１のタイミングベルト９，第２のプーリ１
０を順次介して、第１の減速機１１に伝達され、この第
１の減速機１１により所定の減速比で減速された後、第
３のプーリ１２，第２のタイミングベルト１３，第４の
プーリ１４を順次介して第１腕４に伝達される。そし
て、第１腕４が、ロボット基台３に対して水平面内で回
転駆動される。

【００１１】また、固定フランジ１５は、上端部を閉止
された略円筒形状に形成されており、その天井部の下面
には、第２腕駆動用モータ２１と、このモータ２１の下
部に直結された第２のロータリエンコーダ２２と、モー
タ２１の上部に直結された第２の減速機２３がボルト等
を介して固定されている。第２の減速機２３の出力軸２
３ａには第５のプーリ２４が固定されている。

【００１２】また、第２腕５の下部には、固定フランジ
２７を介して、第６のプーリ２６がボルト等を介して固
定されており、この第６のプーリ２６は、第１腕４の先
端部に形成された開口穴から第１腕４の内部に進入して
いる。第５のプーリ２４と第６のプーリ２６の間には第
３のタイミングベルト２５が掛け渡されており、この第
３のタイミングベルト２５により、第５のプーリ２４の
回転力が、第６のプーリ２６に伝達される。従って、第
２腕駆動用モータ２１の回転力は、第２の減速機２３に
より所定の減速比で減速された後、第５のプーリ２４，
第３のタイミングベルト２５，第６のプーリ２６を順次
介して第２腕５に伝達され、第２腕５が、第１腕４に対
して水平面内で回転駆動される。なお、第５のプーリ２
４と第６のプーリ２６の間の位置には、第３のタイミン
グベルト２５の張力を調整するために、第１のアイドル
プーリ２８が配置されている。

【００１３】固定フランジ２７と、第６のプーリ２６の
中央部には、これらを上下方向に貫通した状態で、回転
軸３２が配設されており、この回転軸３２は、固定フラ
ンジ２７及び第６のプーリ２６に対して（すなわち第２
腕５に対して）、ベアリング４１により回転自在に支持
されている。この回転軸３２の下端部は、レバー３１に
より、第１腕４の内部に固定されている。また、回転軸
３２の上端部には、第７のプーリ３３が固定されてい
る。

【００１４】次に、第３腕３８の下部には、固定フラン
ジ３７を介して第８のプーリ３５がボルト等により固定
されており、この第８のプーリ３５は、第２腕５の先端
部に形成された開口穴から第２腕５の内部に進入してい
る。第７のプーリ３３と第８のプーリ３５の間には第４
のタイミングベルト３４が掛け渡されており、この第４
のタイミングベルト３４により、第７のプーリ３３の回
転力が、第８のプーリ３５に伝達される。なお、第７の
プーリ３３と第８のプーリ３５の間の位置には、第４の
タイミングベルト３４の張力を調整するために、第２の
アイドルプーリ３６が配置されている。

【００１５】第３腕３８は、固定フランジ３７上に固定
され、第３腕３８の上面にはレチクル・ウエハ等を把持
するフィンガー（図示せず）が固定できるようになされ
ている。なお、第１腕４は、ロボット基台３に対して第
１のベアリング４０を介して回転自在に支持されてお
り、第２腕５は第１腕４に対して第２のベアリング４１
を介して回転自在に支持されており、更に、第３腕３８
は第２腕５に対して第３のベアリング４２を介して回転
自在に支持されている。

【００１６】ロボット基台３、第１腕４、及び第２腕５
には、これらの内部に機構部品を組み込むために、開口
穴が形成されているが、ロボット内のダストを外部に出
さないために、これらの開口穴にはカバー板５１〜５４
が取付けられている。このカバー板５１〜５４の表面及
びこれらカバー板５１〜５４と接するロボット基台３、
第１腕４、第２腕５の面は平滑に仕上げられているの
で、これらロボット基台３、第１腕４、及び第２腕５
は、カバー板５１〜５４により確実に封止されている。
もちろん、カバー板５１〜５４と本体の間をゴム材、シ
リコン材等でシールしても構わない。さらに、回転部分
には、磁性流体シール４５〜４７を配置することによ
り、発塵を防いでいる。また、ロボットの機構部材の組
立調整が終了してから、回転部分に磁性流体を充填する
ために、第２腕５には、図３に示す様に、タップ穴５７
が形成されており、更に固定フランジ２７にも貫通穴５
６が形成されている。第２腕５に形成されている穴５７
がタップ穴であるは、この穴から発塵しない様に、磁性
流体を充填したあと、セットボルト５８で栓をするため
である。図示はしないが、第１腕４及び第３腕３８にも
同様の機構が設けられている。

【００１７】また、発塵を防止するためにロボットを密
閉すると、モータ等の発熱のため内部温度が上昇し、空
気が膨張することによって内圧が上がり、磁性流体シー
ルが破壊する可能性がある。そのため、ロボット内部と
外部で気圧が同一となるように、ロボット基台３にはフ
ィルタ５５が取り付けられている。フィルタ５５を介し
てロボットの内部と外部とで空気のやりとりをするの
で、ゴミが外に出ることはない。

【００１８】レチクル・ウエハ等の把持は、真空吸着に
よって行われる。このためのエア回路は、ロボット外部
からロボット基台３内に供給され、ロボット基台３内部
からは、エアチューブ６１が、電磁弁（不図示）（一部
は真空圧センサ６７へ分岐する）を介して、固定フラン
ジ１５の上部に形成された配管用穴から第１腕４内に進
入し、回転軸３２の配管部３２ａに接続される。回転軸
３２は中空シャフトとなっており、エアはこの回転軸３
２の中を流れる。回転軸３２の上部には、エアチューブ
６３が接続されており、このエアチューブは、カバー板
５３に取り付けられた、図４に示した様なジョイント６
４に接続されている。そして、ロボットの外部に位置す
るこのジョイント６４にはエアチューブ６５が接続され
ており、このエアチューブ６５を介して、エア回路が第
３腕３８にもたらされる。

【００１９】また、真空圧センサ６７には、図５に示し
た様に着脱可能な透明カバー６８が装着されており、動
作状態のチェックや各種の設定が行えるようになされて
いる。図６は、外部センサ７１用の配線コネクタ部分を
示したものである。この外部センサ７１は、具体的には
バーコードリーダーであり、この外部センサ７１によ
り、被搬送物に表示されているバーコードを読み取り、
被搬送物の種類を判別する用になされている。外部セン
サ７１の取付座７０の第１腕４への固定部に配線用コネ
クタ７２を取り付けることによって、コネクタの取付作
業を容易にしている。配線用コネクタ７２と外部センサ
７１の間は、コード７３によって接続されている。ま
た、コネクタ７２を取り付けるために第１腕４に形成さ
れた穴部は取付座７０によってカバーすることができる
ので、発塵に対しても有利である。尚、外部センサ７１
を使用しないときは、図７のようにカバー７０ｂを装着
し、発塵を防止する。

【００２０】次に図８は、図１を上方から見た図であ
り、図示した様な位置関係で、ロボット基台３、第１腕
４、第２腕５、第３腕３８が配置されている。次に、上
記の様に構成されたロボットの動作の原理を図９乃至図
１０に基づいて説明する。ウエハやレチクル等を搬送す
るロボットの動作パターンは、通常図９に示した直線移
動と図１０に示した回転移動の２パターンである。

【００２１】まず、図９（ａ）に示した初期位置から、
図９（ｂ），図９（ｃ）に示した様に、基準の直線ｉに
直交する直線ｈに沿ってハンド８０が移動する場合につ
いて説明する。ここで、前提条件として、図９（ｃ）に
示した様に第１腕４のアーム長と第２腕５のアーム長は
等しく共に長さＬであるものとする。また、第１腕４，
第２腕５，第３腕３８の夫々の回転角は、それぞれθ
１，θ２，θ３で表すものとする。このとき、θ１，θ
２，θ３が、 θ２＝１８０^o −２θ１ θ３＝θ２／２ ただし、例えば、 θ１＝−６０°〜６０^o θ２＝３００°〜６０^o θ３＝１５０°〜３０^o で表される関係を保持した状態で、第１腕〜第３腕４，
５，３８が動作すれば第３腕３８の先端部、すなわちハ
ンド８０は、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示した様に直線
ｈに沿って直線移動することとなる。

【００２２】これを実現させるために、実施例のロボッ
トでは特性の等しい２つのモータを第１腕駆動用モータ
６及び第２腕駆動用モータ２１として使用し、第１腕駆
動部の減速比と第２腕駆動部の減速比の割合を２：１と
している。ちなみに、実施例では第１腕駆動部の減速比
は１／２００、第２腕駆動部の減速比は１／１００であ
る。このときの各プーリ、減速機の減速比は、図１１に
示すように任意に決めることができるが、実施例では第
１腕駆動部の減速比は第１のプーリ８と第２のプーリ１
０の間で１／１．６，第１減速機１１で１／５０，第３
のプーリ１２と第４のプーリ１４の間で１／２．５と
し、第２腕駆動部の減速比は第２減速機２３で１／１０
０，第５のプーリ２４と第６のプーリ２６の間で１／１
としている。

【００２３】すなわち、第１腕駆動用モータ６及び第２
腕駆動用モータ２１を全く同一の回転速度で逆方向に回
転させた場合、第１腕４が図９（ｃ）に示した様に原点
Ｏの回りに反時計回転方向にθ１だけ回転すると、第２
腕５は第１腕４の先端部である点Ｐ１の回りに時計回転
方向に２θ１だけ回転することとなる。これにより第３
腕３８の回転中心である点Ｐ２は直線ｈに沿って直線運
動することとなる。

【００２４】また、第３腕３８については、第７のプー
リ３３の直径を第８のプーリ３５の直径の１／２とする
ことにより、θ３＝θ２／２なる関係を満足した状態
で、第３腕を、この直線ｈに沿って移動させることがで
きる。すなわち、ハンド８０を直線ｈに沿って移動させ
ることができる。上記の様にして、ハンド８０が直線ｈ
に沿って移動されるわけであるが、第３腕３８の回転駆
動には、プーリを使用しなくてもよい。例えば、第１腕
４および第２腕５の駆動と同様に、第３腕３８にも回転
駆動装置を設け、第３腕３８を第１腕４と全く同じ回転
速度で同じ方向に回転させる様にすれば、上記のプーリ
を用いた場合と全く同様の動作をさせることが可能であ
る。

【００２５】なお、図１０に示した様な回転運動をさせ
る場合には、第１腕駆動用モータ６のみを回転させれば
よいことは言うまでもない。次に、図１２は一実施例の
クリーンロボットを上方から見た断面図であり、また、
図１３は、第２腕５の駆動系と第３腕３８の駆動系を模
式的に表した平面図である。また、図１４乃至図１６
は、タイミングベルト３４の回転方向とたわみの関係を
示した図である。

【００２６】図１２乃至図１６を参照して、第３腕３８
の移動方向とタイミングベルト２５，３４のたわみの関
係について説明する。図１２及び図１３において、第１
のアイドルプーリ２８は第１腕４の中心線ＣＬ１に対し
て左側に配置されている。また、第２のアイドルプーリ
３６は、第２腕５の中心線ＣＬ２に対して左側に配置さ
れている。

【００２７】一実施例のクリーンロボットは、図９
（ａ）〜図９（ｃ）に示した様に繰り返し直進運動する
が、図９（ｃ）に示した状態が、第１乃至第３腕４，
５，３８が伸びた状態であり、このとき、ロボットはウ
エハやレチクルを図示しない位置決め装置等に載置した
り、ウエハやレチクルを把持したりしなければならない
ため、ハンド８０の停止位置精度が最も要求される。ま
た、この状態は、第１乃至第３腕４，５，３８が伸びて
いるので、イナーシャが大きい状態であり、駆動系の剛
性が小さいとロボットの停止時に、ハンド８０が振動し
てしまう。一実施例は、このようなハンド８０の振動を
なるべく低減させることを目的としている。

【００２８】ここで、一実施例のクリーンロボットにお
いて、ハンド８０の振動を減少させる原理について説明
する。通常、タイミングベルトは、完全な剛体から作ら
れているのではなく、弾性体から作られている。また、
ベルトを使用する動力伝達機構においては、ベルトの回
転により、ベルトに引っ張り側とたるみ側が生ずる。そ
のため、ロボット停止時に引っ張りとたわみが平衡状態
に戻ろうとして振動する。一実施例の様に、１個のアイ
ドルプーリ（テンションプーリ）によって、ベルトにテ
ンションを加えた場合、回転方向により停止時の振動振
幅が異なる。

【００２９】これは、アイドルプーリが配設されている
側のベルトがたわむ方向に回転するときには、ベルト
は、アイドルプーリと駆動プーリ間の短い距離（図１３
におけるｌ₁₂またはｌ₂₂）の間でたわむのに対して、ア
イドルプーリが配設されていない側のベルトがたわむ方
向に回転するときには、ベルトは、駆動プーリと従動プ
ーリの間の長い距離（図１３におけるｌ₁₁またはｌ₁₂）
の間でたわむこととなるからである。すなわち、アイド
ルプーリ側のベルトがたわむ方向に回転している状態か
ら停止する場合には振動振幅が小さく、アイドルプーリ
側でない側のベルトがたわむ方向に回転している状態か
ら停止する場合には振動振幅が大きくなる。

【００３０】一実施例においては、図９において、第３
腕３８が（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順で直線運動を行う
場合、すなわち第３腕３８が基台３から離れる方向に移
動する場合には、第２腕４の駆動用のタイミングベルト
２５及び第３腕５の駆動用のタイミングベルト３４は、
図１４及び図１５において（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順
で回転する。

【００３１】これらの図から分かる様に、一実施例にお
いては、第１乃至第３腕４，５，３８が伸びる方向に移
動する場合には、タイミングベルト２５，３４のアイド
ルプーリ２８，３６側がたわむ様になされており、各腕
が伸びてイナーシャが大きくなった状態でロボットが停
止する場合に、ハンド８０の振動が少なくなる様になさ
れている。これにより、図９（ｃ）に示すように、各腕
が伸びた状態でウエハ、レチクルの取り置き動作を行う
場合に、ハンド８０の位置決めを正確に行うことができ
る。

【００３２】一方、図９において、第３腕３８が（ｃ）
→（ｂ）→（ａ）の順で直線運動を行う場合、すなわち
第３腕が基台３に近づく方向に移動する場合には、第２
腕４の駆動用のタイミングベルト２５及び第３腕５の駆
動用のタイミングベルト３４は、図１４及び図１５にお
いて（ａ）→（ｂ）′→（ｃ）′の順で回転する。これ
らの図から分かる様に、第１乃至第３腕４，５，３８が
縮む方向に移動する場合には、タイミングベルト２５，
３４のアイドルプーリとは反対側がたわむ様になされて
おり、ロボットの停止時の振幅が大きくなる様に設定さ
れている。ただし、この場合には各腕が縮んでイナーシ
ャが小さくなっているので、ベルトの振動が多少大きく
なっても、この振動が各腕のイナーシャにより増幅され
ることはないので、ハンド８０の振動の振幅は、それほ
ど大きくならない。また各腕が縮んだ状態ではウエハ、
レチクルの取り置き動作は行われないので、ハンド８０
の振動が多少大きくなって位置決め精度が低下しても問
題とはならない。

【００３３】このように、一実施例のクリーンロボット
においては、アイドルプーリの配設位置を工夫すること
により、ハンド８０の振動を減少させて、ハンド８０の
位置決め精度を向上させている。なお、図１６は、本実
施例では採用していないが、アイドルプーリを２つ配設
して、ハンドの振動を減少させる例を示したものであ
る。

【００３４】次に、ロボットを制御するための制御回路
について図１７を参照して説明する。制御部１００は、
ＣＰＵ１０２，メモリ１０４，操作部１０６，第１の制
御回路１１２，第２の制御回路１１４から構成されてい
る。そして、第１腕駆動用モータ６は、第１の制御回路
１１２に接続されており、この第１の制御回路１１２
は、第１のロータリエンコーダ７から出力される位置デ
ータ、及び第１のロータリエンコーダ７から不図示のＦ
／Ｖ変換器を経て出力される速度データをもとに第１腕
駆動用モータ６の回転を制御する。また、同様に第２の
制御回路１１４は、第２のロータリエンコーダ２２から
出力される位置データ、及び第２のロータリエンコーダ
２２から不図示のＦ／Ｖ変換器を経て出力される速度デ
ータをもとに第２腕駆動用モータ２１の回転を制御す
る。また、第３腕５４の回転駆動のために第３腕駆動用
モータを使用する場合には、図中破線で示した様に第１
及び第２の制御回路と同様の構成の第３の制御回路を設
ける様にすればよい。なお、第１腕駆動用モータ６及び
第２腕駆動用モータ２１の回転制御は公知の数値制御に
より行われる。

【００３５】次に、上記の様に構成されたロボット１０
の第１腕４及び第２腕５の回転角度の制御について図１
８乃至図２２を参照して説明する。まず、目標物をある
方向にある回転角だけ短時間で回転移動させる場合に
は、時間に対する角速度変化のパターンとしては、図１
８に示した様なものが用いられる。このパターンは、一
定角速度で目標物を加速し、最大角速度に達したところ
でこの最大角速度で移動させ、その後加速時と同じ角加
速度で減速させ、目標位置に停止させるものである。通
常、ある目標物を移動させるための駆動限には、その能
力の限界があり、発生可能な最大角加速度と最大角速度
が規定されると、移動対象物を最短時間で移動させるた
めのパターンにおける最大角速度θ_Vmでの移動時間Ｔ２
及び立ち上げ時間Ｔ１及び立ち下げ時間Ｔ３は決定され
る。一実施例のロボット１０においても、第１腕４及び
第２腕５の回転動作には、上記の様な角速度パターンを
使用する。

【００３６】上記の様な角速度パターンで移動させた時
の時間Ｔと回転角θの関係の理想値を示したものが図１
９である。この理想曲線上の点を目標として、所定の時
間間隔ΔＴ毎に回転角θを検出し、この実際の回転角と
目標値との差をフィードバック制御することにより、移
動対象物を目標回転角だけ回転移動させることができ
る。

【００３７】ここで、前述した様に、ハンド８０を直線
移動させるためには、第１腕４を例えば反時計回転方向
にθ１だけ回転させ、第２腕５を第１腕４に対して時計
回転方向にθ２＝２θ１だけ回転させ、第３腕３８を第
２腕５に対して反時計回転方向にθ３＝θ１だけ回転さ
せる必要がある。この動作に上記の制御方法を適用する
と、そのときの回転角速度θ_V と時間Ｔの関係及び回転
角度θと時間Ｔとの関係は、図２０，図２１にそれぞれ
示した様になる。図２０に示した様に第１腕４の回転角
速度θ１_V と第２腕５の回転角速度θ２_V の比を常に
１：２とすることにより、図２１に示した様に第１腕４
の回転角度θ１と第２腕５の回転角度θ２の比が常に
１：２となる。また、第３腕３８は、第７のプーリ３３
及び第８のプーリ３５により駆動されるので、第１腕４
の回転角度θ１と第２腕５の回転角度θ２が１：２とな
る様に駆動されれば、第３腕３８は、必然的に第１腕４
と同じ方向に同じ回転角だけ回転されるので、ハンド８
０は、正確に直線運動されることとなる。

【００３８】次に、図２２に示したフローチャートに基
づいて、第１腕４及び第２腕５の具体的な回転動作につ
いて説明する。まず、作業者は、このフローチャートに
従ってロボットを作動させる前に、予めハンド８０の目
標移動位置の座標から、第１腕４及び第２腕５の回転角
度θ１，θ２、回転の立ち上げ時間Ｔ１と立ち下げ時間
Ｔ３、第１腕４及び第２腕５の最大回転角速度θ１_Vm，
θ２_Vm及びこれらの最大回転角速度での移動時間Ｔ２を
算出しておく。この予備作業の後にフローチャートの動
作に移る。

【００３９】まず、ステップＳ２０において、作業者
は、操作部１０６から図１８における立ち上げ時間Ｔ１
と立ち下げ時間Ｔ３の設定値を入力する。この値はメモ
リ１０４に記憶される。次に、ステップＳ２２におい
て、作業者は、第１腕４と第２腕５の回転角θ１，θ２
を操作部１０６から入力する。この値も同様にメモリ１
０４に記憶される。同様に、ステップＳ２４において、
作業者は、第１腕４と第２腕５の最大回転角速度θ
１_Vm，θ２_Vmを操作部１０６から入力する。そして、こ
れらの値もメモリ１０４に記憶される。これらの入力が
終了した時点では、ロボットは、ハンド８０を移動させ
る待機状態となっている。

【００４０】次に、ステップＳ２６において作業者がス
タート信号を操作部１０６から入力するとＣＰＵ１０２
は、ステップＳ２８において、回転角の大きい第２腕５
を駆動する第２腕駆動用モータ２１の目標回転角θ２′
を計算し、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０で
は、ＣＰＵ１０２は、この第２腕駆動用モータ２１の単
位時間ΔＴあたり（例えば５ｍｓｅｃあたり）の回転角
Δθ２を計算する。また、同時に、この第２腕駆動用モ
ータ２１の回転角Δθ２をｋ倍することにより第１腕駆
動用モータ６の単位時間あたりの回転角Δθ１（Δθ１
＝ｋΔθ２）を計算する。ここでｋは、第１腕駆動用モ
ータ６と第２腕駆動用モータ２１の回転角の比である。
そして、一実施例では、第２の減速機２３の減速比を第
１の減速機１１の減速比の１／２にすることにより第１
腕駆動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２１を全く同
一回転角速度で回転させれば、ハンド８０が直進移動す
る様にされている。従って、ここではｋ＝１である。た
だし、必ずしも第２の減速機２３の減速比を第１の減速
機１１の減速比の１／２にする必要はなく、これらの減
速機の減速比に応じてｋの値を変化させることにより対
応することができる。例えば、第１の減速機１１の減速
比と、第２の減速機２３の減速比が同一であった場合に
は、ｋ＝１／２とすればよい。

【００４１】次にステップＳ３２において、ＣＰＵは、
第１腕駆動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２１を単
位時間内にこれらの回転角Δθ１及びΔθ２だけ回転さ
せるための加速度を計算し、これらの加速度で第１腕駆
動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２０，３８を回転
させる。そして単位時間ΔＴ毎の回転角度を第１及び第
２のロータリエンコーダ７，２２で検出しながら、第１
腕駆動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２１を回転さ
せる。そして、ステップＳ３４では、目標回転角まで第
１腕駆動用モータ６及び第２腕駆動用モータ２１が回転
したか否かが判定され、目標回転角に達していない時に
は、ステップＳ３０とステップＳ３２を繰り返す。ステ
ップＳ３４において、第１腕駆動用モータ６及び第２腕
駆動用モータ２１が目標回転角θ１′，θ２′に達した
と判断されると、ステップＳ３６に進み、各モータを停
止させ、動作を終了する。

【００４２】なお、ロボットに図１０に示した様な回転
運動を行わせる場合には、作業者は操作部１０６から回
転運動を行わせる指令を入力する。ＣＰＵ１０６は、こ
の指令をメモリ１０４に記憶させると共に、第１の制御
回路１１２に指令を送り、第１腕駆動用モータ６を所定
回転速度で、所定回転数だけ回転させハンド８０を所望
の位置に位置決めする。

【００４３】なお、本発明は、その主旨を逸脱しない範
囲で、上記実施例を修正または変形したものに適用可能
である。例えば、クリーンロボットに限られることな
く、広く一般産業用ロボットしても使用可能である。ま
た、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適
用しても、１つの機器から成る装置に適用しても良い。

【００４４】また、本発明はシステム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることは言うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のクリーンロ
ボットによれば、第３の腕が、基台から離れる方向に移
動するときには、テンションプーリが設けられている側
のベルトがたわむこととなる。第３の腕が基台から離れ
る方向に移動する場合には、第１、第２及び第３の腕に
よる基台の回りの慣性モーメントが大きくなるので、ロ
ボットが停止する時には、振動が大きくなりやすい。こ
れに対し、第３の腕が離れる方向に移動するときに、テ
ンションプーリ側のベルトをたわむ様にして、ベルトを
短い距離でたわませることにより、ロボットの停止時の
振動を少なくすることができる。一方、第３の腕が基台
に近づく方向に移動するときには、慣性モーメントが小
さくなるので、停止時の振動が少なくなる。そのため、
第３の腕が近づく方向に移動するときには、テンション
プーリ側と反対側のベルトをたわませても振動はあまり
大きくならない。従って、上記の様にクリーンロボット
を構成することにより、ロボットの停止時の腕の振動が
第３の腕の動く方向について平均化され、トータルとし
て腕の振動を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のクリーンロボットの構成を示した側
断面図である。

【図２】図１を左側から見た部分断面図である。

【図３】第１腕と第２腕の回転部分を拡大して示した図
である。

【図４】エア・ジョイントの拡大図である。

【図５】真空圧センサを示した図である。

【図６】外部センサの取り付け部とコネクタ部を拡大し
て示した図である。

【図７】外部センサが不要のときにカバーを取り付けた
状態を示した図である。

【図８】クリーンロボットを上方から見た図である。

【図９】ハンドの直線移送動作を示した図である。

【図１０】ハンドの回転運動を示した図である。

【図１１】減速比の組み合わせを示した図である。

【図１２】一実施例のクリーンロボットを上方から見た
断面図である。

【図１３】第２腕の駆動系と第３腕の駆動系を模式的に
表した平面図である。

【図１４】タイミングベルトの回転方向とたわみの関係
を示した図である。

【図１５】タイミングベルトの回転方向とたわみの関係
を示した図である。

【図１６】アイドルプーリを２個配設した例を示した図
である。

【図１７】クリーンロボットの制御部の構成を示した図
である。

【図１８】回転角速度と時間の関係を示した図である。

【図１９】回転角度と時間の関係を示した図である。

【図２０】第１及び２腕の回転角速度と時間の関係を示
した図である。

【図２１】第１及び２腕の回転角度と時間の関係を示し
た図である。

【図２２】ハンドの直進動作をさせるためのフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ 基台用フランジ ２ 取り付けレバー ３ ロボット基台 ４ 第１腕 ５ 第２腕 ６ 第１腕駆動用モータ ７ 第１のロータリーエンコーダ ８ 第１のプーリ ９ 第１のタイミングベルト １０ 第２のプーリ １１ 第１の減速機 １２ 第３のプーリ １３ 第２のタイミングベルト １４ 第４のプーリ １５ 固定フランジ ２１ 第２腕駆動用モータ ２２ 第２のロータリーエンコーダ ２３ 第２の減速機 ２４ 第５のプーリ ２６ 第６のプーリ ２７ 固定フランジ ２８ 第１のアイドルプーリ ３２ 回転軸 ３３ 第７のプーリ ３５ 第８のプーリ ３６ 第２のアイドルプーリ ３７ 固定フランジ ３８ 第３腕 ４０ 第１のベアリング ４１ 第２のベアリング ４２ 第３のベアリング ４３ ベアリング ４５〜４７ 磁性流体シール ５１〜５４ カバー板 ５５ フイルタ ５６ 貫通穴 ５７ 穴 ５８ セットボルト ６１ エアチューブ ６３ エアチューブ ６４ ジョイント ６５ エアチューブ ６７ 真空圧センサ ６８ 透明カバー ７０ 取り付け座 ７１ 外部センサ ７２ コネクタ ７３ コード ８０ ハンド

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、 該基台に、第１の点を支点として第１の平面内で回転可
   能に支持された第１の腕と、 該第１の腕に、前記第１の点と所定距離を離間した第２
   の点を支点として前記第１の平面と平行な第２の平面内
   で回転可能に支持された第２の腕と、 該第２の腕に、前記第２の点と前記所定距離を離間した
   第３の点を支点として前記第１の平面と平行な第３の平
   面内で回転可能に支持された第３の腕と、 前記基台内に配設され、この基台に対して、前記第１の
   腕を、前記第１の点を中心に第１の回転方向に第１の角
   速度で回転させるための第１の駆動手段と、 前記第１の腕内に配設され、この第１の腕に対して、前
   記第２の腕を、前記第２の点を中心に前記第１の回転方
   向とは逆の第２の回転方向に前記第１の角速度の２倍の
   角速度で回転させるための第２の駆動手段と、 前記第２の腕内に配設され、前記第３の腕を、前記第３
   の点を中心に前記第１の回転方向に前記第１の角速度で
   回転させるための第３の駆動手段とを具備し、前記第３
   の腕を前記基台に対して直進運動させるようにしたクリ
   ーンロボットにおいて、 前記第２の駆動手段は、前記第１の点を中心に配設され
   た第１の駆動プーリと、前記第２の点を中心に配設され
   た第１の従動プーリと、前記第１の駆動プーリと前記第
   １の従動プーリとに掛け渡された第１のタイミングベル
   トと、前記第１の駆動プーリが、前記第３の腕が前記第
   １の点から離れる方向に移動する様な回転方向に回転し
   たときに、前記第１のタイミングベルトのたるみ側に当
   接するように設けられた第１のテンションプーリとを備
   え、 前記第３の駆動手段は、前記第２の点を中心に配設され
   た第２の駆動プーリと、前記第３の点を中心に配設され
   た第２の従動プーリと、前記第２の駆動プーリと前記第
   ２の従動プーリとに掛け渡された第２のタイミングベル
   トと、前記第２の駆動プーリが、前記第３の腕が前記第
   １の点から離れる方向に移動する様な回転方向に回転し
   たときに、前記第２のタイミングベルトのたるみ側に当
   接するように設けられた第２のテンションプーリとを備
   えることを特徴とするクリーンロボット。