JP4283735B2 - 駆動装置及びその駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源を備える駆動装置に関し、特に、制御信号に従って、精確な動作を行わせることが可能な駆動装置、及び駆動装置の制御方法に関する。

物理的な動作を必要とする場合、圧電素子、電磁マグネット、電磁モータ、超音波モータ、リニアモータ、油圧、空気圧等を用いたシリンダ等を駆動源とする各種駆動装置が使用される。例えば、ステッピングモータは、プリンタのキャリッジ駆動、印刷用紙の搬送、製造ロボット、移送ロボット等の各種ロボットの移動、アーム駆動のための駆動源として用いられている。このような駆動装置では、動作条件や作業条件によって、要求される精度の差はあるものの、精確な動作が求められる。

特に、半導体製造のための産業ロボット、移送ロボットの精度は、製造製品の歩留まり、安全性の観点等から高い精度が求められる。しかし、これらの駆動装置の可動部分には、摩擦力、圧力、磁力等の負荷がかかることから、その停止精度にはばらつきが生じていた。そのため、従来は、最終駆動部材（エンドエフェクタ）にエンコーダ等のセンサを設けて、センサ出力を制御装置にフィードバックすることで位置補正を行っていた。

例えば、図１に示すようなシリコンウェーハを所定のロードポートから加工処理室へ移動させる移送ロボットでは、胴体内部に備えるステッピングモータの駆動を制御することにより、アーム内に設けられたベルトとプーリを介してエンドエフェクタを回動させて、ウェーハ等の被移送媒体を目的の場所へ移送する。従来技術においては、エンドエフェクタの回動軸の下部等にエンコーダを備えており、エンドエフェクタの動作角度を測定しており、エンコーダによる動作角の測定値は制御装置にフィードバックされる。制御装置は、動作指令による動作量と測定値による現実の動作量を比較して、遅れ（進み）量を算出して停止位置が所定の位置となるよう、さらに算出値に基づく動作指令をロボットに出力する。これによりこの移送ロボットは、比較的高い位置決め精度によりウェーハを移送することが可能となる（特許文献１参照）。
特開２００３−１７０３８４

しかし、エンドエフェクタが、半導体製造装置、ウェーハ搬送装置等のように過酷な環境において動作する場合には、精密なセンサを用いるのが困難であり、フルクローズドループ制御が困難なケースも存在する。また、センサの配線のために設計上の制約を受けるという問題も存在する。さらに、フィードバックループ内のタイミングベルトの伸び、軸受け部の接触圧、及びハーモニックドライブ等の伝達機構の摩擦抵抗及び剛性による誤差等により、動作の遅れが生じて、これらが正確な位置制御の阻害要因となり、ハンチングを引き起し、または整定時間が非常に長くなる等の問題が発生するおそれもある。

また、ベアリング等の軸受けによる圧力及び摩擦、ベルトの伸び等による動作の遅れのため、動作開始時に動作遅れが生じ、動作時にふらつき（以下「本明細書ではこれを横ぶれ」と称する）が発生し、結果として停止位置決め精度または動作の安定性が悪くなるという問題もあった。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、オープンループ制御により、精確な駆動制御を行うことのできる駆動装置及び駆動装置の制御方法を提供することを目的とする。

尚、以下の説明においては、シリコンウェーハの移送ロボットを用いて、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧電素子、電磁マグネット、電磁モータ、超音波モータ、リニアモータ、油圧、空気圧等を用いたシリンダ等を駆動源とする各種駆動装置、アクチュエータ、マニピュレータ、加工機械等の、駆動源により駆動されるすべての装置に適用可能である。

本発明は、駆動源、伝達部材、及び作用部（被駆動部）の一部又は全部に微振動を与えつつ、駆動源を制御することにより、上記目的を達成する。駆動源等の各部に微振動を与えることにより、駆動方向に作用する力を付与し、摩擦、剛性等による駆動阻害要因を排除する。これにより、被駆動体は、摩擦等に妨げられることなく制御信号に忠実に最後まで動作することが可能となり、精確に動作することが可能となる。

本発明の第１の実施態様にかかる駆動装置は、少なくとも一つの駆動源と、前記駆動源の動力を動作部に伝達する伝達機構と、前記駆動源を制御する駆動制御部とを備えるオープンループ制御の駆動装置であって、前記動作部を駆動するために前記駆動制御部から前記駆動源へ出力される第１の駆動制御信号の出力終了直前または出力終了直後に、小さな振幅から徐々に振幅を大きくし、その後徐々に小さな振幅となる微振動を付与する振動手段を備えていることを特徴とする。この態様では、駆動動作の停止直前または直後に駆動装置を微振動させる際に、最初に小さな振幅から徐々に大きくしていき、その後振幅を小さくするように微振動の振幅を変化させて付与する。このように、微振動による駆動方向成分と残存駆動力とによる合計駆動力を、摩擦等の駆動阻害要因による負荷より大きくすることにより残存駆動力を放出させて、動作指令（制御値）に従った精確な動作を実現する。また、このように徐々に振幅を大きくすることにより、駆動装置に急激な異状振動を与えることを防止している。さらに、振幅を徐々に小さくして停止させることにより、動作部が振幅の中心点に収束して停止するため、動作部は本来の停止位置に精確に停止することになる。

本発明の第２の態様にかかる駆動装置は、前記第２の態様に係る駆動装置において、前記振動手段が、前記第１の駆動制御信号の出力終了直後に、前記駆動源を正逆交互に微少駆動して振動させる振動制御部を備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様にかかる駆動装置は、前記第１の態様にかかる駆動装置において、前記振動手段が、前記第１の駆動制御信号に影響を与えることのない微振動成分を生成し、前記第１の駆動制御信号の出力終了直前に該第１の駆動制御信号と合成して前記駆動部に付与することを特徴とする。

本発明の第４の態様にかかる駆動装置は、前記第１乃至第３の態様にかかる駆動装置のいずれか１つにおいて、該駆動装置が複数の駆動源を備える場合に、前記振動手段が、前記駆動源のいずれか１つに微振動を付与することを特徴とする。

本発明の第５の態様にかかる駆動装置は、前記第１乃至第３の態様にかかる駆動装置のいずれか１つにおいて、該駆動装置が複数の駆動源を備える場合に、前記振動手段は、前記駆動源のすべてに微振動を付与することを特徴とする。

本発明の第６の態様にかかる駆動装置は、前記第１の態様にかかる駆動装置において、前記振動手段が、物理的に振動を発生する振動発生部を備えており、該振動発生部は前記駆動源または前記伝達機構の少なくとも１つと物理的に接続されており、前記振動発生部により発生した物理的振動を前記駆動源または前記伝達機構に付与することを特徴とする。

本発明の第１の態様にかかる駆動装置の駆動制御方法は、少なくとも一つの駆動源と、前記駆動源の動力を動作部に伝達する伝達機構と、前記駆動源を制御する駆動制御部とを備えるオープンループ制御の駆動装置において、
所望の駆動動作を行わせるために前記駆動制御部から前記駆動源へ出力される第１の駆動制御信号の出力終了直前または出力終了直後に、小さな振幅から徐々に振幅を大きくし、その後徐々に小さな振幅となる微振動を付与することを特徴とする駆動装置の駆動制御方法。

本発明の第２の態様にかかる駆動装置の駆動制御方法は、前記第１の態様にかかる駆動装置の駆動制御方法において、
(a) 前記駆動源を所定の目標値に従って駆動させる前記第１の制御信号を生成する工程と、
(b) 前記第１の制御信号に従って前記駆動源を駆動する工程と、
(c) 前記第１の駆動制御信号の出力終了直後に、前記駆動源を正逆交互に微少駆動して振動させる工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様にかかる駆動装置の駆動制御方法は、前記第１の態様にかかる駆動装置の駆動制御方法において、
(a) 前記駆動源を所定の目標値に従って駆動させる前記第１の制御信号を生成する工程と、
(b) 前記第１の制御信号に従って前記駆動源を駆動する工程と、
(c) 前記第１の駆動制御信号の出力終了直前に、前記第１の駆動制御信号に影響を与えることのない微振動成分を生成し、該第１の駆動制御信号と合成して前記駆動部に付与して微少駆動させる工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の第１の態様にかかる移送ロボットの駆動制御方法は、第１の駆動装置により上下に駆動される第１の駆動体と、前記第１の駆動体上に設けられており、第２の駆動装置により旋回駆動される第２の駆動体と、第２の駆動体上に設けられており、第３の駆動装置により旋回駆動される第３の駆動体とを備える移送ロボットにおいて、
前記第１の駆動装置と、前記第２の駆動装置と、前記第３の駆動装置を、上記第１乃至第３の態様のいずれか１つに記載の駆動装置の駆動制御方法により制御されることを特徴とする。

本発明では、駆動装置、伝達部又は動作部に対して、第１の駆動制御信号の出力終了直前または出力終了直後に、小さい振幅の微振動から徐々に大きい振幅の微振動を付与し、その後徐々に大きい振幅の微振動を付与することにより、異状振動を発生させることなく摩擦力又はベルト等の張り付き等の駆動抑制作用による駆動力の残留を防止し、残留駆動力を放出させることにより、動作制御に従った精確な駆動を行わせることを可能とした。これにより駆動源から離れた部分に設けられたエンコーダ等による複雑なフィードバック制御を行うことなく、オープンループ制御により精確な動作を行わせることが可能となる。また、振動の付与方法として、駆動源自身を正逆方向に駆動させる方法を採用することにより、残留駆動力をより効率的に放出させる振動を付与することが可能となる。

本発明は、駆動源としてステッピングモータ、リニアモータ、超音波モータ等の各種モータ、各種シリンダ、マグネット、圧電素子を用いた駆動装置等のほとんどすべての駆動源を用いた駆動装置に適用可能である。以下では、製造工程において使用される半導体ウェーハ等を所定の位置から他の位置に移送する移送ロボットに本発明を適用した例を説明する。

図１は、本発明の駆動装置を適用可能な半導体基板等の移送ロボット及びその動作環境の一例を示す斜視図であり、図２は移送ロボットの動作を説明するための斜視図である。移送ロボットは、ミニエンバイロメント装置等の高清浄度の雰囲気中で、半導体装置又は液晶パネル等を製造するための基板となるウェーハやガラス基板（以下、「半導体基板」と称する）を処理室に挿入し、または処理室から取り出す等、半導体基板の移送を行う。

移送ロボット７０は、例えば、ミニエンバイロメント装置１００等からなる高清浄度環境の中に設置され、低清浄度環境との境界部分に設けられたロードポート１０１に載置されたFOUP等のカセット１０２から、半導体基板１０６（図２参照）を取り出して、移送ポート１０３に載地する。移送ポート１０３に載地された半導体基板１０６は、他の移送ロボット１０４により、エッチング、真空蒸着等の加工を行う処理室１０５内に移送される。

図２に示すように、移送ロボット７０は、基台部７１上に設けられた胴部７２の上部駆動体７３が上下動可能であり、かつ３６０度回動可能である。また、アーム部７４も水平方向に３６０度回動可能であり、アーム部７４の先端に設けられた第１のエンドエフェクタ（動作部）７５ａ及び第２のエンドエフェクタ（動作部）７５ｂもそれぞれ自由に回動可能である。従って、２つのエンドエフェクタ７５ａ、７５ｂの動作を制御することにより、ロードポート１０１に載置されたカセット１０２から半導体基板１０６を取り出し、移送ポート１０３まで搬送してそこに載置すること、及び、所定の処理が完了した半導体基板１０６を移送ポート１０３から取り出して、ロードポート１０１に載置されたカセット１０２に移すことができる。このような移送動作は、半導体基板１０６を傷つけることなく、精確かつ高速に行われることが望ましい。

精確な動作ができないと、移送対象物（ウェーハ等）へのアプローチの方向によって、微妙に位置がずれてしまうこと、または移送対象物を目的位置へ正確に搬送できない場合が発生する。移送対象物の位置、移送場所、及び移送経路は、本稼動前にティーチングと呼ばれる作業によりロボットに教えこみ、本稼動時には精確な動作ができるようにする。しかし、制御信号と動作の間に誤差があると、ティーチングにより移送対象物の位置、移送場所、移送経路を教え込む際に、これらの誤差を調整することが必要になり、ティーチング作業に時間がかかるが、駆動源の駆動信号に従って、駆動源、伝達装置、稼動部が精確に動作することができれば、ティーチングも容易となる。

そのため、本発明にかかる駆動装置では、駆動装置に所定のタイミングで微振動を与えることにより、これらの問題を解決した。尚、移送ロボット７０，１０４およびミニエンバイロメント装置１００は、塵埃の発生を防止するために種々の工夫が施されているが、これらの点は本発明とは直接の関係を有しないので、その説明は省略する。

（第１の実施形態）
（第１の実施形態にかかる移送ロボットの構造）
図３に本発明の第１の実施形態にかかる駆動装置（移送ロボット７０）の断面図を示す。図中、６０はドライバを含む制御装置を示している。各駆動源にはこの制御装置６０を介して制御された所定の駆動電力が供給される。移送ロボット７０は、基台７１上に設けられた胴部７２内にボールネジ軸７８ａ、７８ｂが設けられ、これに対応するナット７９ａ、７９ｂが設けられている。ボールネジ軸７８ａ、７８ｂの上部はリング状の支持枠８０により支持されている。ボールネジ軸７８ａ、７８ｂは、基台７１及び支持枠８０に回転可能に支持されており、ステッピングモータ等からなる第１の駆動源７７により回転駆動される。従って、第１の駆動源７７が駆動されボールネジ軸７８ａ、７８ｂが回転すると、ボールネジ軸７８ａ、７８ｂに取り付けてあるナット７９ａ、７９ｂが上下動する。ナット７９ａ、７９ｂには上下動する上部駆動体７３の支持台７９ｃが固定されているので、支持台７９ｃおよびこれに載置されている上部駆動体７３が上下動する。

これらの基台７１、胴部７２、支持枠８０、ボールネジ軸７８ａ、７８ｂ、ナット７９ａ、７９ｂ、支持台７９ｃを含む上部駆動体７３、及び第１の駆動源７７は第１の駆動装置を構成し、第１の駆動源が駆動源として、ボールネジ軸７８ａ、７８ｂ及びナット７９ａ、７９ｂが動力伝達機構として、支持台７９ｃを含む上部駆動体７３が第１の動作部として機能する。

支持台７９ｃには支柱８１ａ、８１ｂに支持されたモータ支持板８２が設けられており、モータ支持板８２にステッピングモータ等からなる第２の駆動源８３が固定されている。また、モータ支持板８２の上部には支柱８４ａ、８４ｂに支持された支持板８４ｃが設けられ、該支持板８４ｃに波動歯車装置等からなる減速装置８５が固定されている。第２の駆動源８３の回転軸からの回転はベルト８６により減速装置８５に伝達される。減速装置８５の出力側には回転台８７が固定されており、第２の駆動源８３の回転駆動により回転台８７が水平に回転する。従って、この回転台８７に載置されている上部駆動体７３は回転台８７の回転動作（回動）に応じて回動する。これらは、第２の駆動装置を構成し、第２の駆動源８３は駆動源として、タイミングベルト８６及び減速装置８５が伝達機構として、回転台８７を含む上部駆動体７３が動作部として機能する。

回転台８７の上には支柱８８ａ、８８ｂに支持された第２の支持板８９が設けられ、その上に設けられた支柱９０ａ、９０ｂにより上部駆動体７３が支持されている。上部駆動体７３の天井板９１には、ステッピングモータ等からなる第３の駆動源９２、及び波動歯車装置等からなる減速装置９４が設けられており、第３の駆動源９２及び減速装置９４はタイミングベルト９３により接続されている。減速装置９４の出力は、タイミングベルト９５により上部駆動部７３の上端に固定された回動軸９６のプーリに伝達される。回動軸の上端にはアーム部７４が固定されており、アーム部７４は第３の駆動源から減速装置９４及びタイミングベルト９５を介して伝達される回転方向に回動する。これらは、第３の駆動装置を構成し、第３の駆動源が駆動源として、タイミングベルト９３、９５、減速装置９４、及び回転軸９６が伝達機構として、アーム部７４が動作部として機能する。

アーム部７４には、さらにステッピングモータ等からなる２個の第４の駆動源９７ａ及び第５の駆動源９７ｂが設けられている。また、これらの駆動源９７ａ、９７ｂに対応してタイミングベルト９８ａ、９８ｂ及びエンドエフェクタ７５ａ、７５ｂが設けられている。第１のエンドエフェクタ７５ａの突出端部９９ａは、アーム部７４に回動可能に軸支されている。第４の駆動源９７ａの回転駆動と、突出部９９ａの下端部は、タイミングベルト９８ａにより接続されており、第４の駆動源の駆動力はタイミングベルト９８ａを介して、エンドエフェクタ７５ａに伝達される。これにより、第１のエンドエフェクタ７５ａは水平方向に自由に回動可能である。これらは第４の駆動装置を構成し、第４の駆動源９７ａが駆動源として、タイミングベルト９８ａ及びその接続部が伝達機構として、エンドエフェクタ７５ａが動作部として機能する。

また、第２のエンドエフェクタ７５ｂも同様にして、第５の駆動源９７ｂにより、駆動される。これらは第５の駆動装置を構成し、第５の駆動源９７ｂが駆動源として、タイミングベルト９８ｂ及びその接続部が伝達機構として、エンドエフェクタ７５ｂが動作部として機能する。

（駆動源の制御）
図４に駆動源の制御を説明するための機能ブロック図を示す。図４では、説明を単純化するために、図３に示す移送ロボット７０の第１〜第５の各駆動源７１、８３、９２、９７ａ、９７ｂ毎に、制御部１０、ドライバ１１及び振動制御部１２を備えるものとして説明するが、制御部１０及び振動制御部１２を第１から第５の共通のものとして設けることも可能である。尚、図４の説明では、駆動源を特定する必要がないため、図３の駆動源とは異なる独立の番号を付与した。

駆動制御部１０は、移送ロボット７０に所定の搬送動作を実行させるために駆動源１５の動きを制御する制御信号をドライバに出力する。ドライバは制御信号に応じて駆動源１５を動作させる駆動信号を駆動源に出力する。これにより、駆動源１５は制御部１０からの制御信号に従い、所定の時間に所定の量だけ駆動される。これらの駆動制御は、被搬送物が所定の場所に載置された等の各種条件に従って、あらかじめ設定された手順で順次実行される。これらの制御は本発明の要旨ではないので、これ以上の説明は省略する。

あらかじめ設定された所定の動作が終了すると、その終了信号が制御部１０から振動制御部１２に伝達される。終了信号を受信すると、振動制御部１２は、駆動源１５を正逆方向に交互に連続駆動するよう駆動源の動作を制御する。この振動により、摩擦等により所望の制御位置より前に停止している動作部を理論制御値に近い位置まで移動させることが可能となる。

制御部の制御に基づく所定の動作が終了すると、理論的には、エンドエフェクタ７５ａ、７５ｂは正確に所定の位置に移動するはずである。しかし、移送ロボット７０には、図３に示すように複数のタイミングベルトや減速装置を使用しており、摩擦等が発生している。これらの摩擦強弱の変動、その他の誤差要因により、エンドエフェクタの停止位置には誤差が生じて、常に正しい位置に静止することは保障されない。そのため、本発明の第１の実施形態では、動作部が停止した後に駆動源を微振動させ、これにより摩擦等の誤差要因に打ち勝つ駆動力を付与することで、正しい制御位置まで動作部を移動させるものである。

この振動のための駆動制御は、振動制御部１２により駆動制御部１０を制御して、駆動源を振動させるように駆動することも、振動制御部１２から直接ドライバ１１を制御して、駆動源を振動させるよう駆動することも可能である。

正逆方向の振動数は、駆動装置の共振周波数と重なることのないように選定する。また、振動数があまり高いと、摩擦等の誤差要因を排除して正しい位置に動作部を移動させることができなくなり、低い周波数では駆動装置全体に振動が伝達されやすくなるので、装置の形状、構造、動作位置等を勘案して最適値を確定することが望ましい。また、正逆方向の振幅も駆動装置の構造、大きさ等に応じて適宜適切な値を選定することが好ましい。すなわち、振動周期及び振動振幅の強さは、制御対象となる駆動装置の共振周波数、及び摩擦その他の誤差要因の種類や大きさ等に応じて、調整することにより適宜最適値を選択することが望ましい。

（実験装置による測定結果）
図３の構造を持つ移送ロボット（エンドエフェクタは第１のエンドエフェクタのみ）を用いて、微振動を付与しない場合と、動作部の停止後に微振動を付与した場合におけるエンドエフェクタの位置を測定した。停止後の微振動は、実験対象の移送ロボットのすべての駆動源に対して所定期間付与した。図５に、微振動を付与しない場合と、微振動を付与した場合のそれぞれの動作を１０００回測定した結果を示す。

図５（ａ）はＸ軸方向（図３において紙面に垂直な方向）の位置ずれを示し、図５（ｂ）はＹ軸方向（図３において水平方向）の位置のずれを示す図である。それぞれ、１０００回の動作をグラフ上にプロットして示している。図５の実験では、周波数４０Ｈｚの振動を付与し、小さな振幅から徐々に大きな振幅にした後に徐々に小さな振幅となるように約２秒間付与した。

まず図５（ａ）を参照してＸ軸方向のずれを比較する。図中、４０ａは振動を付与しない場合の従来の駆動制御による場合のエンドエフェクタのＸ軸方向の停止位置を示し、４０ｂは本発明による振動を付与した後のエンドエフェクタのＸ軸方向の停止位置を示している。両グラフを比較すると、振動を付与しない場合と、付与した場合では、約２００ミクロン（μｍ）の誤差が補正され、制御の理論位置により近い位置に停止している。

また、振動を付与しない場合には、グラフ４０ａからわかるように、動作毎の停止位置にばらつきが見られる。これはベルトの駆動位置等により摩擦等の誤差要因が変動することによるばらつきと考えられる。これに対して、振動を付与したグラフ４０ｂは、各動作のばらつきが非常に少なくなっており、この点からも本発明の効果が明確に現れている。

次に、図５（ｂ）を参照してＹ軸方向のずれを比較する。図中、４１ａは振動を付与しない場合の従来の駆動制御による場合のエンドエフェクタのＹ軸方向の停止位置を示し、４０ｂは本発明による振動を付与した後のエンドエフェクタのＹ軸方向の停止位置を示している。振動を付与しない場合に比べてＹ軸方向の停止位置は、約５０μｍほど位置ずれが補正されている。しかし、本装置による測定結果では、振動を付与しない場合でもＹ軸方向の停止位置のばらつきは少なかった。これらのばらつきの現れ方は、測定対象となる駆動装置の構造に関連するものと思われる。

（シミュレーションによる解析）
図６にシミュレーションによる解析結果を示す。図６は一つのステッピングモータを駆動源とし、摩擦を持つ伝達機構と、一つの動作部を備える駆動系において、駆動源を時計回り（ＣＷ）に回転させた後に反時計回り（ＣＣＷ）回転させて動作部を停止した位置と、停止後に振動を付与した場合の停止位置についてのシミュレーション結果を示している。

図中４２ａは制御部から出力される制御パルスによる動作指令であり、４２ｂは実際に動作した位置を示している。本シミュレーションでは実際の動作が操作指令に対して時間的な遅延を持って動作し、時計方向の回転終了時において約１ミリラジアン（m radian）のずれｘが残っている。また、そこから反時計方向に回転駆動して停止した場合にも同様のずれが残る。これに対して、停止後に正逆方向に微振動を付与すると、位置ずれがほぼ操作指令位置まで補正される。

図７に、図６の微振動を付与した初期段階（ｔ期間）の拡大図を示す。このように最初は小さい振幅の微振動から徐々に大きな振幅の微振動を付与することにより、位置ずれはスムーズに修正される。また、その後振幅を徐々に小さくしていくことにより、動作部の停止位置を正しい位置に移動させることが可能となることがわかる。このシミュレーションでは、動作部の位置が補正されるのに要する時間は、約０．３秒である。

従って、これらのシミュレーションからわかるように、動作部が停止した後に付与する微振動は、当初は小さな振幅から徐々に大きくし、その後徐々に小さな振幅にしていくことが望ましい。またその時間は、０．３秒から１秒程度が望ましい。最も、これらの微振動の振幅及び振動時間は、駆動装置の大きさ、構造、使用される部品や材質に大きく依存するので、適宜適切な値を測定し又は算出することにより確定することが望ましい。

（微振動による作用の説明）
図８を用いて本発明の微振動の作用の一つを説明する。例えば、図８に示すように、タイミングベルト等により駆動源から減速装置等に駆動力が伝達される場合には、タイミングベルト４５の伸び、タイミングベルト４５とプーリ４６との張り付きや摩擦、プーリ４６の回転摩擦等が制御位置との誤差要因となる。例えば、駆動源の停止直前においてタイミングベルトとプーリの摩擦やプーリの回転摩擦等がある場合に、その摩擦等が駆動力より大きい場合には、本来の停止位置より前で停止することがある。この場合に、図８に示すような回転方向の微振動を付与することにより、この摩擦に打ち勝つ回転力を付与すると、本来の駆動力に振動による回転力がプラスされて、駆動力が摩擦力等より大きくなり、本来の制御位置まで移動することができるものと考えられる。

次に、図９を用いてボールネジ軸に本発明を適用する場合の作用を説明する。図９は、ボールネジ軸とボールネジ軸上を移動するナットと接触部を模式的に示す部分拡大図である。わかり易くするために、ボールネジ軸及びナットは、図３と同じ番号を付している。図３の移送ロボットに示すようなボールネジ軸７８ａ、７８ｂでは、可動部であるナット７９ａ、７９ｂと接触しており、ボールネジ軸７８ａ、７８ｂの回動によりナット７９ａ、７９ｂが図中左右方向へと移動する。このとき、ボールネジ軸７８ａ、７８ｂとナット７９ａ、７９ｂとの接触面には摩擦が生じる。

この摩擦ｆ１によりボールネジ軸の回転の停止時に、本来停止すべき位置よりも少し前で停止し、破線で示す残留駆動力ｆ２が残ったままとなる。この状態で振動を加えると、駆動方向と駆動方向と反対方向の力が交互にナットに作用する。振動による駆動力は、ナット７９ａを移動させるほどの力はないので、駆動方向と反対方向には動かない。しかし、駆動方向には残留駆動力ｆ２が残っている。従って、駆動方向においては、残留駆動力ｆ２と振動による駆動方向の力ｆ３と合算されることにより、摩擦ｆ１に打ち勝って、ナット７９ａは駆動方向に移動し、残留駆動力は放出される。これにより制御指令に従った精確な駆動が可能となる。

このようなボールネジを動力伝達機構とする駆動装置では、本発明は特に有効である。ボールとボールネジ軸及びナットとの接触摩擦による負荷により、駆動力が残留して位置決め精度にばらつきが生じ易いからである。このような場合に、本発明を適用して駆動源（ステッピングモータ）を正逆方向に交互に回転駆動させて、ボールネジ軸を正逆方向に振動させる。これによりボールネジ軸、ボール、ナット間に残存する駆動力（残留駆動力）を放出させ、正しい位置まで移動させることができ、高い位置決め精度を得ることが可能となる。また、停止後に正逆方向の駆動振動を付与せずに、前述のとおり、動作時に駆動信号を振動させることにより、精確な動作を行わせることも可能である。

（第２の実施形態）
図１０に本発明の第２の実施形態にかかる駆動装置の機能ブロック図を示す。図中第１の実施形態と同じ部分は同じ番号を付している。駆動制御部１０からの制御信号（第１の制御信号）は振動制御部１３に出力される。振動制御部１３は、駆動制御部から受信した第１の制御信号に振動成分を付与した合成制御信号（第２の制御信号）を生成し、ドライバ１１に出力する。ドライバ１１は第２の制御信号に基づいて駆動源１５を駆動する。合成制御信号である第２の制御信号は、駆動制御部からの第１の制御信号を打ち消すことなく、第１の制御信号通りに駆動源を駆動させるが、その駆動動作に振動成分を付与する。

図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態にかかる制御信号を説明するためのグラフである。縦軸が回転速度を示し、横軸が駆動時間を示す。図中、破線５０は、従来の制御データである。駆動制御部１０は、ティーチング等により教示された制御データに従って、駆動源１５の動作を制御する。この従来の駆動制御信号（第１の制御信号）を図１１中では破線５０で示している。図１１に示す第１の制御信号５０は、所定の速度まで等加速度運動により加速し、所定の速度に達した後所定期間等速度運動をし、その後に等加速度で減速して停止する制御例を示している。

本発明の第２の実施態様では、この第１の駆動制御信号５０による駆動源１５の動作位置に影響を与えないように、制御信号自身を振動させて、駆動源１５に微振動を付与するものである。

そのために、従来の制御信号である第１の制御信号５０を、駆動方向に微振動させた第２の制御信号（実線５１）に変換し、第２の制御信号５１により駆動源１５の動作を制御する。これにより、駆動源１５に微振動を与えながら、第１の制御信号５０に基づく本来の制御動作を実行する。

駆動源１５としてステッピングモータを使用する場合の例を説明する。ステッピングモータの駆動量は制御パルス（ステップパルス）の数により制御され、その駆動速度は単位時間当たりのパルスの数に比例する。第１の制御信号５０による制御に影響を与えないように振動させるには、基本時間当たりの第１の制御信号５０のパルスの数と第２の制御信号のパルスの数とが同数となるように変換する（基本時間の長さにより振動数が確定される）。さらに、第２の制御信号５１では、制御信号のパルス数の変化量を、基本時間中に交互に疎密になるように変動させる。この疎部分と密部分のパルス数の差が振動の振幅に相当する。

第２の制御信号５１による振動の周波数及び振幅の大きさは、振動により第１の制御信号５０による制御動作に悪影響を与えることのないように確定される。その際、ステッピングモータの各種性能、駆動装置の構造、大きさ、使用されている部品の性能、材質等が第２の制御信号５１として付与する微振動の周波数、振幅を確定するファクターとなる。

図１２を用いて、より具体的に説明する。図１２の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１１のＡ―Ｂ区間及びＣ−Ｄ区間における第１の制御信号と、第２の制御信号をパルス信号で表したものである。図１２では、わかりやすくするためにパルス数の変化を誇張して描いている。

図１２（ａ）のＡ−Ｂ区間は等速度移動区間であり、第１の制御信号５０のパルス信号５０ａは等間隔で出力されている。これに対して、第２の信号のパルス信号５１ａでは、パルス数は同数であるが、交互に疎密になるように変換されている。

図１２（ｂ）のＣ−Ｄ区間は等加速度の減速区間である。従って第１の制御信号パルス５０ｂは等間隔で徐々に伸びているが、第２の制御信号パルス５１ｂは、その変化量に疎密ができるように変換されている。

このように、第１の制御信号５０をすべて第２の制御信号５１に変換するのは、第１の制御信号５０全体を変換することにより、第１の制御信号５０に影響を与えることなく第２信号５１に変換することが容易となること、及び、駆動制御全体に摩擦等の誤差要因が作用しており、制御全体に亘り振動を付与することにより、全動作範囲にわたりこれらの誤差要因の影響を抑制することが可能になるためである。

しかし、最も摩擦等による誤差が顕在化する停止直前にのみ、振動を付与するような制御を行うことも可能である。

（第３の実施形態にかかる駆動装置）
図１３は本発明の第３実施形態にかかる振動源を備える駆動源を示す断面図である。第３の実施形態は、ステッピングモータからなる駆動源２０に振動手段２５が固定されている。駆動源２０は回転シャフト２１を備えており、固定ブラケット２２に固定されている。回転シャフト２１は、固定ブラケット２２に設けられた軸受け２３により回転可能に支持されている。駆動源２０には、振動手段２５が取り付けられている。振動手段２５は、振動用モータ２６と、振動用回転軸２７と、振動用回転軸２７に設けられている慣性おもり２８が固定されている。振動用モータ２６には、慣性おもり２８をカバーするカバー部材２９が設けられ、カバー部材２９が駆動源２０に固定されている。

この状態で、振動用モータ２６の振動用回転軸２７が往復回動運動すると、円板状の慣性おもり２８に回動方向に振動する。この振動は、振動用モータ２６に伝達され、振動手段２５全体が振動する。振動手段２５のカバー部材２９は回転シャフト２１に取り付けられているため、振動手段２５の振動は、駆動用モータ２６にも伝達され、回転シャフト２１を介して伝達機構部材及び動作部にも伝達される。

振動手段２５は駆動源とは独立に駆動可能であるので、駆動源２０とは無関係に振動を付与することができるので、制御が非常に簡単である。駆動源２０の停止後であっても駆動源２０の動作中であっても所定の振動を付与することが可能である。

以上の説明においては、主としてステッピングモータを駆動源とし、タイミングベルト及び波動歯車装置を伝達機構とする駆動装置を説明した。本発明はこれらに限定されるものではなく、リニアモータ、超音波モータ、シリンダを含むあらゆる駆動源、及び各種動力伝達機構に対して有効に適用可能である。

本発明の駆動装置を適用可能な半導体基板等の移送ロボット及びその動作環境の一例を示す斜視図である。 図２は移送ロボットの動作を説明するための斜視図である。 本発明の第１の実施形態にかかる駆動装置（移送ロボット）の断面図である。 駆動源の制御を説明するための機能ブロック図である。 微振動を付与しない場合と、微振動を付与した場合のそれぞれの動作の測定結果を示すグラフであり、（ａ）はX軸方向（図３において紙面に垂直な方向）の位置ずれを示し、（ｂ）はＹ軸方向（図３において水平方向）の位置のずれを示す。 本発明の一実施形態の駆動装置についてのシミュレーションによる解析結果を示すグラフである。 図６の微振動を付与した初期段階（ｔ期間）部分の拡大図である。 本発明の微振動の作用の一つを説明するための概念図である。 ボールネジ軸とボールネジ軸上を移動するナットと接触部を模式的に示す部分拡大図である。 本発明の第２の実施形態にかかる駆動装置の機能ブロック図である。 本発明の第２の実施 形態にかかる制御信号を説明するためのグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１１のＡ―Ｂ区間及びＣ−Ｄ区間における第１の制御信号と、第２の制御信号をパルス信号で表した図である。 本発明の３実施形態にかかる振動源を備える駆動源を示す断面図である。

符号の説明

１０ 駆動制御部 １１ ドライバ
１２ 第１の実施形態に係る振動制御部 １３ 第２の実施形態に係る振動制御部
１５、２０、７７、８３、９２、９７ａ、９７ｂ 駆動源
２１ 回転シャフト ２５ 振動部材
２６ 振動用モータ ２８ 慣性おもり
７０，１０４ 移送ロボット ７２ 胴部
７３ 上部駆動体 ７４ アーム部
７５ エンドエフェクタ １００ ミニエンバイロメント装置
１０１ ロードポート １０２ カセット
１０３ 移送ポート １０５ 処理室
１０６ 半導体基板

Claims (10)

1. 少なくとも一つの駆動源と、前記駆動源の動力を動作部に伝達する伝達機構と、前記駆動源を制御する駆動制御部とを備えるオープンループ制御の駆動装置であって、
   前記動作部を駆動するために前記駆動制御部から前記駆動源へ出力される第１の駆動制御信号の出力終了直前または出力終了直後に、小さな振幅から徐々に振幅を大きくし、その後徐々に小さな振幅となる微振動を、少なくとも前記各部のいずれかに付与する振動手段を備えていることを特徴とする駆動装置。
2. 前記振動手段は、前記第１の駆動制御信号の出力終了直後に、前記駆動源を正逆交互に微少駆動して振動させる振動制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記振動手段は、前記第１の駆動制御信号に影響を与えることのない微振動成分を生成し、前記第１の駆動制御信号の出力終了直前に該第１の駆動制御信号と合成して前記駆動部に付与することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
4. 複数の駆動源を備える駆動装置において、前記振動手段は、前記駆動源のいずれか１つに微振動を付与することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 複数の駆動源を備える駆動装置において、前記振動手段は、前記駆動源のすべてに微振動を付与することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記振動手段は、物理的に振動を発生する振動発生部を備えており、該振動発生部は前記駆動源または前記伝達機構の少なくとも１つと物理的に接続されており、前記振動発生部により発生した物理的振動を前記駆動源及び伝達機構に付与することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
7. 少なくとも一つの駆動源と、前記駆動源の動力を動作部に伝達する伝達機構と、前記駆動源を制御する駆動制御部とを備えるオープンループ制御の駆動装置において、
   所望の駆動動作を行わせるために前記駆動制御部から前記駆動源へ出力される第１の駆動制御信号の出力終了直前または出力終了直後に、小さな振幅から徐々に振幅を大きくし、その後徐々に小さな振幅となる微振動を付与することを特徴とする駆動装置の駆動制御方法。
8. (a) 前記駆動源を所定の目標値に従って駆動させる前記第１の制御信号を生成する工程と、
   (b) 前記第１の制御信号に従って前記駆動源を駆動する工程と、
   (c) 前記第１の駆動制御信号の出力終了直後に、前記駆動源を正逆交互に微少駆動して振動させる工程と、
   を備えることを特徴とする請求項７に記載の駆動装置の駆動制御方法。
9. (a) 前記駆動源を所定の目標値に従って駆動させる前記第１の制御信号を生成する工程と、
   (b) 前記第１の制御信号に従って前記駆動源を駆動する工程と、
   (c) 前記第１の駆動制御信号の出力終了直前に、前記第１の駆動制御信号に影響を与えることのない微振動成分を生成し、該第１の駆動制御信号と合成して前記駆動部に付与して微少駆動させる工程と、
   を備えることを特徴とする請求項７に記載の駆動装置の駆動制御方法。
10. 第１の駆動装置により上下に駆動される第１の駆動体と、前記第１の駆動体上に設けられており、第２の駆動装置により旋回駆動される第２の駆動体と、第２の駆動体上に設けられており、第３の駆動装置により旋回駆動される第３の駆動体とを備える移送ロボットにおいて、
    前記第１の駆動装置と、前記第２の駆動装置と、前記第３の駆動装置を、請求項
    ７乃至９のいずれか１項に記載の駆動装置の駆動制御方法により制御されることを特徴とする移送ロボットの駆動制御方法。

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