JP4840599B2 - Work transfer device - Google Patents

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Description

本発明は、アームを水平移動させることによってワーク把持装置に載置、把持したワークを搬送するロボットに関し、特に該アームの急停止によって生じるモーメントがロボットの機体を破損しないモーメントに抑制することが出来るワーク搬送装置に関する。   The present invention relates to a robot that moves an arm horizontally and that is placed on a workpiece gripping device and transports the gripped workpiece, and in particular, a moment generated by a sudden stop of the arm can be suppressed to a moment that does not damage the robot body. The present invention relates to a work transfer device.

液晶用ガラス基板や半導体ウエハ等のワークを加工処理する半導体製造システムにおいては、処理工程毎に処理部を配置し、これら処理部に対して順次基板を搬送することにより、基板に一連の処置を施すようにしている。搬送はベルトコンベア等によって行われることもあるが、多くの場合、処理工程等のレイアウトの変更に柔軟に対応出来るメリットがあるため、搬送作業の位置や手順が設定された作業プログラムに従って動作するロボットによって行われている。   In semiconductor manufacturing systems that process workpieces such as glass substrates for liquid crystals and semiconductor wafers, a processing unit is arranged for each processing step, and a series of treatments are performed on the substrate by sequentially transporting the substrate to these processing units. I try to give it. Although the transfer may be performed by a belt conveyor or the like, in many cases, there is a merit that it is possible to flexibly cope with changes in the layout of processing steps, etc., so a robot that operates according to a work program in which the position and procedure of the transfer work are set Has been done by.

ロボットについて説明する。図4は、ワーク搬送装置の斜視図である。図5は、ロボットの上面図である。図6は、ロボットの側面図である。
ロボット101は、ワークを格納する図示しないストッカの高層化に対応するために複数ブロックに分けられたコラム112が連結された構造となっている。このように各コラムブロック115を順次連結することで高層に対応した高さをもつロボット101を形成している。図4では、4つのコラムブロック115が連結された構造となっている。各コラムブロック115の両端面は、コラムブロック115が相互に連結されるように嵌合構造となっており、さらに、リニアガイドからなる案内機構を精度良く配置するために図示しない位置決め穴を有し、位置決め冶具を用いて調整することで組み立てられる。
また、ロボット101は、関節部103,104,105により回転可能に連結されてアーム軸回転駆動源よる回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム102を上下に位置する上アーム121と下アーム102の二組備えている。また、上下アーム121,102によりワーク109を保持するハンド部108は図中矢印Xで示すワーク109の取り出し・供給の方向に直線移動可能であるように構成される。また、二組のアーム121,102に設けられる基端の関節部103の回転中心軸の関係は、図5に示すように、下アーム102の基端の関節部103に対して上アーム121の基端の関節部123は、ハンド部108の移動方向(X軸方向)にずれるようにが配置するように構成されている。
The robot will be described. FIG. 4 is a perspective view of the workpiece transfer device. FIG. 5 is a top view of the robot. FIG. 6 is a side view of the robot.
The robot 101 has a structure in which columns 112 divided into a plurality of blocks are connected in order to cope with an increase in the number of stockers (not shown) that store workpieces. In this way, the robot 101 having a height corresponding to a high layer is formed by sequentially connecting the column blocks 115. In FIG. 4, four column blocks 115 are connected. Both end surfaces of each column block 115 have a fitting structure so that the column blocks 115 are connected to each other, and further have positioning holes (not shown) for accurately arranging a guide mechanism including a linear guide. It is assembled by adjusting using a positioning jig.
In addition, the robot 101 is rotatably connected by joint portions 103, 104, and 105, and transmits an upper arm 121 and a lower arm 102 that vertically move an arm 102 that transmits a rotational force from an arm shaft rotation driving source and performs a desired operation. Has two sets. Further, the hand unit 108 that holds the workpiece 109 by the upper and lower arms 121 and 102 is configured to be linearly movable in the direction of taking out and supplying the workpiece 109 indicated by an arrow X in the drawing. Further, as shown in FIG. 5, the relationship between the rotation center axes of the base joints 103 provided in the two arms 121 and 102 is such that the upper arm 121 has a relationship with respect to the base joints 103 of the lower arm 102. The proximal joint portion 123 is configured so as to be displaced in the moving direction (X-axis direction) of the hand portion 108.

また、上下アーム121、102は関節部123、103を介して支持部材110に連設されて、支持部材110を上下移動軸駆動源で上下に移動させる上下移動機構111を備えていて、上下アーム121、102の上下方向(Z軸方向)の位置調整を可能としている。また、上下移動機構111の台座113は、旋回駆動源によって基台114に対し回動可能に設けられ、ロボット101を旋回して向きを変えられるようにしている。ここで、上下移動機構111は、コラム112に対しハンド部108の移動方向と同方向に配置され、支持部材110は上下移動機構111による上下移動方向(Z軸)及びハンド部108の移動方向(X軸)に対して直交する方向(Y軸)に突出し、上下アーム121、102の基端の関節部123、103に連結されている。また、下アーム102に連結する支持部材110は、下アーム102が上下移動機構111により下方へ移動した際に、台座113に干渉しないように図5に示すようにハンド部108の移動方向(X軸)にオフセットした形状を形成している。   The upper and lower arms 121 and 102 are connected to the support member 110 via joint portions 123 and 103, and include a vertical movement mechanism 111 that moves the support member 110 up and down by a vertical movement axis drive source. 121 and 102 can be adjusted in the vertical direction (Z-axis direction). Further, the pedestal 113 of the vertical movement mechanism 111 is provided so as to be rotatable with respect to the base 114 by a turning drive source so that the robot 101 can be turned to change its direction. Here, the vertical movement mechanism 111 is arranged in the same direction as the movement direction of the hand unit 108 with respect to the column 112, and the support member 110 is moved in the vertical movement direction (Z axis) by the vertical movement mechanism 111 and the movement direction of the hand unit 108 ( It protrudes in a direction (Y axis) perpendicular to the (X axis) and is connected to the joint portions 123 and 103 at the base ends of the upper and lower arms 121 and 102. Further, the support member 110 connected to the lower arm 102 moves the hand part 108 in the moving direction (X as shown in FIG. 5 so as not to interfere with the pedestal 113 when the lower arm 102 is moved downward by the vertical movement mechanism 111. A shape offset to the shaft) is formed.

ロボット101は、ロボットケーブル134を介して制御装置133と接続されており、各駆動源に電力を供給し、ロボット101が動作するように構成されている。制御装置133は教示手段ケーブル136を介して教示手段135に接続されている。教示手段135は複数のボタンを有し、各ボタンを押下することで教示手段ケーブル136を介して制御装置133へ指示を出力する。制御装置133は教示手段135からの指示に従い、ロボットケーブル134を介してロボット101の各駆動源へ駆動電力を出力してロボット101を動作する。教示手段135は、表示手段137を備え、制御装置133から教示手段ケーブル136を介して伝達された指示に基づいて、情報を表示する。表示手段137はLCD等の表示器又はランプ等である。教示手段135は、例えば汎用コンピュータやパーソナルコンピュータの場合もある。   The robot 101 is connected to the control device 133 via a robot cable 134, and is configured to supply electric power to each drive source so that the robot 101 operates. The control device 133 is connected to the teaching means 135 via the teaching means cable 136. The teaching unit 135 has a plurality of buttons, and outputs an instruction to the control device 133 via the teaching unit cable 136 by pressing each button. The control device 133 operates the robot 101 by outputting drive power to each drive source of the robot 101 via the robot cable 134 in accordance with an instruction from the teaching unit 135. The teaching unit 135 includes a display unit 137 and displays information based on an instruction transmitted from the control device 133 via the teaching unit cable 136. The display means 137 is a display such as an LCD or a lamp. The teaching means 135 may be a general-purpose computer or a personal computer, for example.

教示手段135は図示しない教示手段非常停止ボタンを備え、制御装置133は図示しない制御装置非常停止ボタン及び外部からの非常停止信号入力を備えていて、制御装置133はいずれかの非常停止ボタンの押下操作又は非常停止信号が入信ると、各駆動源に供給する駆動電力を遮断し、各駆動源にブレーキをかけ、ロボット101の動作を停止させる。非常停止ボタンは、例えばロボットが干渉物と衝突しそうになった場合等、事故を未然に防ごうと緊急停止する為に押下される。 The teaching means 135 includes a teaching means emergency stop button (not shown), the control device 133 includes a control device emergency stop button (not shown) and an emergency stop signal input from the outside, and the control device 133 depresses any emergency stop button. When an operation or emergency stop signal is received, the drive power supplied to each drive source is cut off, the drive source is braked, and the operation of the robot 101 is stopped. The emergency stop button is pressed to make an emergency stop in order to prevent an accident in advance, for example, when the robot is about to collide with an interferer.

下アーム102について説明すると、上腕106の基端は、支持部材110に駆動軸を介して連結されて、回動可能な肩関節部103を構成する。この肩関節部103が下アーム102の基端の関節部103となる。また、上腕106の他端と前腕107の基端とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な肘関節部104を構成する。また、前腕107の他端とハンド部108とが駆動軸を介して連結されて、回動可能なハンド関節部105を構成する。
下アーム102は、図示しないアーム軸回転駆動源により肩関節部103と肘関節部104とハンド関節部105とを回動させて、ハンド部108をワーク取り出し・供給方向に移動させる。この際、下アーム102では、その機構上、ハンド部108が一方向を向いて、上腕106と前腕107とを伸ばしきった伸長位置と、上腕106と前腕107とを折り畳んだ状態とした縮み位置との間を直線移動するように、伸縮動作を行う。また、下アーム102は、支持部材110に取り付けられ、制御装置133からロボットケーブル134を介して図示しない上下移動軸駆動源に駆動電力を出力し、上下移動機構111によって移動する。上アーム121についても同様であるため説明を割愛する。
このように、ロボット101に備えられる上下アーム121、102は、複数の関節部を有するものであり、即ちロボット101は、水平多関節型ロボットとして構成される。
The lower arm 102 will be described. The proximal end of the upper arm 106 is connected to the support member 110 via a drive shaft, and constitutes a rotatable shoulder joint portion 103. This shoulder joint portion 103 becomes the joint portion 103 at the base end of the lower arm 102. Further, the other end of the upper arm 106 and the proximal end of the forearm 107 are connected via a drive shaft to constitute a rotatable elbow joint 104. Further, the other end of the forearm 107 and the hand part 108 are connected via a drive shaft to constitute a rotatable hand joint part 105.
The lower arm 102 rotates the shoulder joint portion 103, the elbow joint portion 104, and the hand joint portion 105 by an arm shaft rotation drive source (not shown), and moves the hand portion 108 in the workpiece take-out / supply direction. At this time, in the lower arm 102, due to the mechanism, the hand portion 108 faces in one direction, the extended position where the upper arm 106 and the forearm 107 are fully extended, and the contracted position where the upper arm 106 and the forearm 107 are folded. Expansion and contraction is performed so that the line moves linearly. The lower arm 102 is attached to the support member 110, outputs drive power from the control device 133 to a vertical movement axis drive source (not shown) via the robot cable 134, and moves by the vertical movement mechanism 111. Since the same applies to the upper arm 121, a description thereof will be omitted.
As described above, the upper and lower arms 121 and 102 provided in the robot 101 have a plurality of joint portions, that is, the robot 101 is configured as a horizontal articulated robot.

ここで、ロボット101がワークを載置、把持する2通りの動作手順について説明する。図7及び図8は、図4記載のロボットを図中矢印Y方向に見た場合に、上アーム121と下アーム102を個別に動作させ、図示しないストッカに設置されたワーク109を取り出す様子を示している。図7は、下アーム102でワーク109の取り出しを示し、その後、図8では上アーム121でワーク109の取り出しを示している。
以下、図7の動作について、図中(a)から(d)を順に説明する。まず、上下移動機構111によって、下アーム102に備えたハンド108を、上から2番目のワーク109に対しやや下位置となるように位置決めする(a)。続いて、図示しないアーム軸回転駆動源により下アーム102を、ワーク109を載置、把持するのに適当な位置まで伸ばす(b)。さらに、上下移動機構111によって、下アーム102に備えたハンド108がワーク109を載置し、ワーク取り出しのときにストッカに干渉しない位置までに上昇動作し、さらにワーク109をハンド108で載置、把持する(c)。次に、図示しないアーム軸回転駆動源により下アーム102を縮め、待機姿勢を取る(d)。
Here, two kinds of operation procedures in which the robot 101 places and holds a workpiece will be described. 7 and 8 show a state in which the upper arm 121 and the lower arm 102 are individually operated to take out the workpiece 109 installed in a stocker (not shown) when the robot shown in FIG. 4 is viewed in the arrow Y direction. Show. FIG. 7 shows the removal of the work 109 with the lower arm 102, and then FIG. 8 shows the removal of the work 109 with the upper arm 121.
Hereinafter, the operation of FIG. 7 will be described in order from (a) to (d). First, the hand 108 provided on the lower arm 102 is positioned by the up-and-down moving mechanism 111 so as to be slightly below the second workpiece 109 from the top (a). Subsequently, the lower arm 102 is extended to an appropriate position for placing and gripping the work 109 by an arm shaft rotation drive source (not shown) (b). Further, the vertical movement mechanism 111 causes the hand 108 provided on the lower arm 102 to place the work 109 and move up to a position where it does not interfere with the stocker when taking out the work. Further, the work 109 is placed with the hand 108. Hold (c). Next, the lower arm 102 is contracted by an arm shaft rotation drive source (not shown) to take a standby posture (d).

次に、図8の動作を図中(a)から(d)を順に説明する。
上下移動機構111によって、上アーム121に備えたハンド108をワーク109よりも図中矢印Z−方向に載置し(a)、図示しないアーム軸回転駆動源により上アーム121を、ワーク109を載置、把持するのに適当な位置まで伸ばす(b)。そして、上下移動機構111によって、上アーム121に備えたハンド108がワーク109に接触するまで図中矢印Z+方向へ動作し、ワーク109をハンド108で載置、把持する(c)。最後に、図示しないアーム軸回転駆動源により上アーム121を縮め、載置、把持したワーク109以外のワークに干渉しないように待機姿勢を取る(d)。ここでは、ワークを載置、把持する様子について説明したが、逆に、載置、把持したワークをストッカに載置する場合においては、図中(d)から(a)の順にワークを載置、把持する手順と逆の手順で動作することで実現出来る。
Next, the operation of FIG. 8 will be described in order from (a) to (d).
The hand 108 provided on the upper arm 121 is placed in the direction indicated by the arrow Z- in the drawing with respect to the workpiece 109 by the vertical movement mechanism 111 (a), and the workpiece 109 is placed on the upper arm 121 by an arm shaft rotation drive source (not shown). Extend to a position suitable for placement and gripping (b). Then, the vertical movement mechanism 111 moves the hand 108 provided on the upper arm 121 in the direction of the arrow Z + in the drawing until it contacts the work 109, and the work 109 is placed and gripped by the hand 108 (c). Finally, the upper arm 121 is contracted by an arm shaft rotation drive source (not shown), and a standby posture is taken so as not to interfere with a work other than the work 109 placed and gripped (d). Here, the manner in which the workpiece is placed and gripped has been described. Conversely, when the placed and gripped workpiece is placed on the stocker, the workpiece is placed in the order of (d) to (a) in the figure. This can be realized by operating in the reverse procedure of the gripping procedure.

図9は図4に記載のロボットを図中矢印Y方向に見た場合に、上アームと下アームを同時に動作させ、図示しないストッカに設置されたワークを取り出す様子を示している。
以下、図9の動作について、図中(a)から(d)を順に説明する。まず、上下移動機構111によって、上アーム121に備えたハンド108をワーク109よりも図中矢印Z−方向に載置する(a)。一般に、複数のワーク109の間隔は、上アーム121に備えたハンド108と下アーム102に備えたハンド108の間隔より狭いことは無いので、前記(a)の状態にあるとき、下アーム102に備えたハンド108はワーク109よりも図中矢印Z−方向に載置されることになる。続いて、図示しないアーム軸回転駆動源により上アーム121と下アーム102を、ワーク109を載置、把持するのに適当な位置まで伸ばす(b)。さらに、上下移動機構111によって、上アーム121に備えたハンド108と、下アーム102に備えたハンド108が、ワーク109に接触するまで図中矢印Z+方向へ動作し、それぞれワーク109をハンド108で載置、把持する(c)。ここまでの一連の動作で、上アーム121に備えたハンド108と、下アーム102に備えたハンド108に、それぞれワーク109を載置、把持することが出来る。次に、図示しないアーム軸回転駆動源により上アーム121と下アーム102を縮め、載置、把持したそれぞれのワーク109以外のワークに干渉しないように待機姿勢を取る(d)。ここでは、ワークを載置、把持する様子について説明したが、逆に、載置、把持したワークをストッカに載置する場合においては、図中(d)から(a)の順にワークを載置、把持する手順と逆の手順で動作することで実現出来る。
FIG. 9 shows a state in which when the robot shown in FIG. 4 is viewed in the direction of the arrow Y in the figure, the upper arm and the lower arm are operated simultaneously to take out a work set in a stocker (not shown).
Hereinafter, the operation of FIG. 9 will be described in order from (a) to (d). First, the hand 108 provided on the upper arm 121 is placed in the direction indicated by the arrow Z- in FIG. In general, the interval between the plurality of workpieces 109 is not narrower than the interval between the hand 108 provided on the upper arm 121 and the hand 108 provided on the lower arm 102. The provided hand 108 is placed in the direction of arrow Z- in the drawing with respect to the work 109. Subsequently, the upper arm 121 and the lower arm 102 are extended to an appropriate position for placing and gripping the work 109 by an arm shaft rotation drive source (not shown) (b). Further, the vertical movement mechanism 111 causes the hand 108 provided on the upper arm 121 and the hand 108 provided on the lower arm 102 to move in the direction of the arrow Z + in FIG. Place and hold (c). Through the series of operations so far, the workpiece 109 can be placed and held on the hand 108 provided on the upper arm 121 and the hand 108 provided on the lower arm 102, respectively. Next, the upper arm 121 and the lower arm 102 are contracted by an arm shaft rotation drive source (not shown), and a standby posture is taken so as not to interfere with workpieces other than the placed and held workpieces 109 (d). Here, the manner in which the workpiece is placed and gripped has been described. Conversely, when the placed and gripped workpiece is placed on the stocker, the workpiece is placed in the order of (d) to (a) in the figure. This can be realized by operating in the reverse procedure of the gripping procedure.

図7に示した動作手順は、図中(a)において上下移動を1回、図中(b)においてアームを伸ばす動作を1回、図中(c)において上下移動を1回、図中(d)においてアームを縮める動作を1回、図8では中(a)において上下移動を1回、図中(b)においてアームを伸ばす動作を1回、図中(c)において上下移動を1回、図中(d)においてアームを縮める動作を1回行う。
結果、図7及び図8に示した動作手順は2つのワークを把持、または載置するのに、上下移動を4回、アームを伸ばす動作を2回、アームを縮める動作を2回必要とする。
一方、図9に示した動作手順は、図中(a)において上下移動を1回、図中(b)においてアームを伸ばす動作を1回、図中(c)において上下移動を1回、図中(d)においてアームを縮める動作を1回行う。
結果、図9に示した動作手順は2つのワークを把持、または載置するのに、上下移動を2回、アームを伸ばす動作を1回、アームを縮める動作を1回必要とする。
前述のように、ロボットはストッカからワークを載置、把持する、またはストッカへワークを載置する2通り手順のうち、同じワークの数を把持、または載置するのであれば、図7及び図8に示した動作手順よりも図9に示した動作手順の方が明らかに動作の手順が少なく、搬送効率が良い。
The operation procedure shown in FIG. 7 is as follows: (a) in FIG. 7 moves up and down once, (b) in FIG. 7 extends the arm once, (c) in FIG. In d), the arm is contracted once, in FIG. 8, the vertical movement is once in middle (a), the arm is extended once in (b), and the vertical movement is once in (c). In FIG. 4D, the operation of contracting the arm is performed once.
As a result, the operation procedure shown in FIG. 7 and FIG. 8 requires four movements to move up and down, two movements to extend the arm, and two movements to contract the arm to grip or place two workpieces. .
On the other hand, the operation procedure shown in FIG. 9 is such that the vertical movement is once in (a), the arm is extended once in (b), and the vertical movement is once in (c). In the middle (d), the arm is contracted once.
As a result, in order to grasp or place two workpieces, the operation procedure shown in FIG. 9 requires two vertical movements, one arm extension operation, and one arm contraction operation.
As described above, if the robot holds or places the same number of workpieces out of two procedures for placing and holding the workpiece from the stocker or placing the workpiece on the stocker, FIG. 7 and FIG. The operation procedure shown in FIG. 9 clearly has fewer operation procedures and the conveyance efficiency is better than the operation procedure shown in FIG.

しかしながら、例えば瞬時的な停電状態や、制御装置133に備えた制御装置非常停止ボタン、または教示手段135に備えた教示手段非常停止ボタンを押下されることで、各駆動源に供給する駆動電力が遮断されることで急停止した場合、図9に示した動作手順は図7及び図8に示した動作手順よりも大きな応力が生じる場合がある。
図10は上アームを伸ばしている最中に急停止した場合に掛かるモーメントの様子を示している。図中、h1は基台114の中心から上アームの重心G1までの高さを示す。上アーム121が図中矢印X方向に動作している間、ハンド108と上アーム121は自身の質量と速度に基づいた運動エネルギーを持つ。急停止した場合、前記運動エネルギーによって図中に示す上アーム121の重心G1に力F1が発生する。さらに、発生した力F1はコラム112を伝い、基台114の中心には式(1)に基づいた倒れモーメントN1が掛かる。
N1=F1×h1 ・・・ (1)
倒れモーメントN1によってコラム112や支持部材110等は応力が生じてしなる。さらに、ハンドにワークを把持している場合にはより大きな倒れモーメントによって、より大きな応力が生じることは言うまでもない。
However, for example, when an instantaneous power failure state, a control device emergency stop button provided in the control device 133, or a teaching means emergency stop button provided in the teaching means 135 is pressed, the driving power supplied to each driving source is increased. In the case of a sudden stop due to the interruption, the operation procedure shown in FIG. 9 may generate a larger stress than the operation procedure shown in FIGS.
FIG. 10 shows the state of the moment applied when the upper arm is extended while suddenly stopping. In the figure, h1 indicates the height from the center of the base 114 to the center of gravity G1 of the upper arm. While the upper arm 121 is moving in the direction of the arrow X in the figure, the hand 108 and the upper arm 121 have kinetic energy based on their mass and speed. When suddenly stopped, a force F1 is generated at the center of gravity G1 of the upper arm 121 shown in the figure by the kinetic energy. Further, the generated force F1 is transmitted through the column 112, and a tilting moment N1 based on the formula (1) is applied to the center of the base 114.
N1 = F1 × h1 (1)
The column 112 and the support member 110 are stressed by the tilting moment N1. Furthermore, it goes without saying that a larger stress is generated by a larger tilting moment when the workpiece is held by the hand.

図11は上アームと下アームを伸ばしている最中に急停止した場合に掛かるモーメントの様子を示している。図中、h1は基台114の中心から上アーム121の重心G1までの高さを示す。h2は基台114の中心から下アーム102の重心G2までの高さを示す。上アーム121が図中矢印X方向に動作している間、上アーム121に備えたハンド108と上アーム121は自身の質量と速度に基づいた運動エネルギーを持つ。同様に、下アーム102が図中矢印X方向に動作している間、下アーム102に備えたハンド108と下アーム102は自身の重量と速度に基づいた運動エネルギーを持つ。急停止した場合、前記運動エネルギーによって図中に示す上アーム121の重心G1に力F1と下アーム102の重心G2に力F2が発生する。さらに、発生した力F1と力F2はコラム112を伝い、基台114の中心には式(2)に基づいた倒れモーメントN2が掛かる。
N2=F1×h1+F2×h2 ・・・ (2)
式(1)と式(2)より、倒れモーメントN2は倒れモーメントN1よりも大きいことが明らかである。従って、図11に示した急停止の場合、コラム112や支持部材110等は図10に示した急停止の場合よりも大きな応力が生じて撓る。さらに、ハンドにワークを把持している場合にはより大きな倒れモーメントによって、より大きな応力が生じることは言うまでもない。
FIG. 11 shows the state of the moment applied when suddenly stopping while the upper arm and the lower arm are extended. In the figure, h1 indicates the height from the center of the base 114 to the center of gravity G1 of the upper arm 121. h2 indicates the height from the center of the base 114 to the center of gravity G2 of the lower arm 102. While the upper arm 121 is moving in the direction of arrow X in the figure, the hand 108 and the upper arm 121 provided in the upper arm 121 have kinetic energy based on their own mass and speed. Similarly, while the lower arm 102 is moving in the direction of the arrow X in the figure, the hand 108 and the lower arm 102 provided in the lower arm 102 have kinetic energy based on their own weight and speed. When suddenly stopped, the kinetic energy generates a force F1 at the center of gravity G1 of the upper arm 121 and a force F2 at the center of gravity G2 of the lower arm 102 shown in the drawing. Further, the generated force F1 and force F2 are transmitted through the column 112, and a tilting moment N2 based on the formula (2) is applied to the center of the base 114.
N2 = F1 × h1 + F2 × h2 (2)
From the equations (1) and (2), it is clear that the falling moment N2 is larger than the falling moment N1. Therefore, in the case of the sudden stop shown in FIG. 11, the column 112, the support member 110, and the like are bent with a greater stress than in the case of the sudden stop shown in FIG. Furthermore, it goes without saying that a larger stress is generated by a larger tilting moment when the workpiece is held by the hand.

以上の理由から図9に示した動作手順を実施する場合には、図7及び図8に示した動作手順を実施する場合よりも高い強度を持ったコラムや支持部材等を備える必要がある。しかし、コラムや支持部材等の強度を高める為には、コラムや支持部材等をより太くしたり、より丈夫な素材で製作する等の対処が必要であるが、ロボットの設置面積が増大したり、製作コストが増大するという短所がある。一方で、コラムの強度をそのままに長さを短くすることで、倒れモーメントを小さくする対処も考えられるが、ストッカの高層部にワークを搬送することが出来ないという短所がある。
近年、大型のプラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等の需要が高まっていることを背景に、液晶用ガラス基板や半導体ウエハ等の基板等はより大型化し、また、工場面積当りの生産量を増やす為にストッカはより高層化している。それに合わせてロボットも大型化、高層化し、前述の倒れモーメントもこれに伴って増大しているが、生産性を上げる為に図9に示す動作手順を実施することが必要不可欠となっている。
このような問題を解決する為に、駆動電力を遮断後、駆動部に備わるコンデンサに蓄電されたエネルギーをバックアップ電源としてトルク制御を行い、上下アームを急停止せずに減速停止する方法が開示されている(特許文献1参照)。
特開平4−152091号公報(第5頁、第3図)
For the above reasons, when the operation procedure shown in FIG. 9 is performed, it is necessary to provide a column, a support member, and the like having higher strength than when the operation procedure shown in FIGS. 7 and 8 is performed. However, in order to increase the strength of the column and supporting member, it is necessary to take measures such as making the column and supporting member thicker or making it with a stronger material, but the installation area of the robot increases. The manufacturing cost increases. On the other hand, it is possible to reduce the tilting moment by shortening the length while maintaining the strength of the column, but there is a disadvantage that the workpiece cannot be conveyed to the high-layer part of the stocker.
In recent years, demand for large-sized plasma displays and liquid crystal displays has increased, so that glass substrates for liquid crystals and substrates such as semiconductor wafers have become larger, and stockers have been added to increase production per factory area. Is getting higher. Along with this, the size and height of the robot have increased, and the above-mentioned tilting moment has increased accordingly. However, in order to increase productivity, it is indispensable to carry out the operation procedure shown in FIG.
In order to solve such problems, a method is disclosed in which after the drive power is cut off, torque control is performed using the energy stored in the capacitor provided in the drive unit as a backup power source, and the upper and lower arms are decelerated and stopped without suddenly stopping. (See Patent Document 1).
JP-A-4-152091 (page 5, FIG. 3)

特許文献1に記載の従来の非常停止装置は、非常停止がかけられた後に停止しようとするものであるが、コンデンサに蓄電されたエネルギーをバックアップ電源として減速制御しても充分に減速できなく、そのために運動エネルギーを抑えることが出来ない場合がある。このような場合、充分に速度を落とせていない状態で回生抵抗を短絡又はメカニカルブレーキを作動させると、その途端に急制動がかかり、非常に大きな倒れモーメントが生じ、コラムや支持部材等を破損するおそれがある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高速なワーク搬送を行うために上アームと下アームの同時動作の最中に急停止した場合にもコラムや支持部材等を破損することなく停止することを可能とするロボット制御装置を提供することを目的とする。
The conventional emergency stop device described in Patent Document 1 is intended to stop after an emergency stop is applied. However, even if deceleration control is performed using the energy stored in the capacitor as a backup power supply, the emergency stop device cannot be sufficiently slowed down. Therefore, kinetic energy may not be suppressed. In such a case, if the regenerative resistor is short-circuited or the mechanical brake is activated while the speed is not sufficiently slowed down, sudden braking is applied as soon as that occurs, and a very large tilting moment occurs, damaging the column and support member. There is a risk.
The present invention has been made in view of such a problem, and in order to perform high-speed work conveyance, even if the upper arm and the lower arm are suddenly stopped during the simultaneous operation, the column or the support member is damaged. It is an object of the present invention to provide a robot control device that can be stopped without being performed.

上記問題を解決する為、本発明は次のように構成した。
請求項1に記載の発明は、基台に対して旋回駆動源により旋回可能に設けられたコラムに上下移動機構で上下動する支持部材を介して上アームおよび下アームとを有し、前記各々のアームは、同一水平方向に伸縮するアーム軸回転駆動源と、先端にワークを把持または載置するワーク把持装置と、を備えたロボットと、予め設定された作業プログラムに基づいて前記ロボットの前記各々のアーム軸回転駆動源及び前記上下移動軸駆動源を駆動制御する制御装置と、を具備するワーク搬送装置において、 前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置における前記アームの許容動作速度および最下位置における前記アームの許容動作速度が予め設定され、前記アーム軸回転駆動源の駆動でアームの伸縮動作をする際の前記アームの伸縮動作する速度は前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度を超えないように速度制限する速度制御手段を備えることを特徴としたものである。
請求項2に記載の発明は、基台に対して旋回駆動源により旋回可能に設けられたコラムに上下移動機構で上下動する支持部材を介して上アームおよび下アームとを有し、前記各々のアームは、同一水平方向に伸縮するアーム軸回転駆動源と、先端にワークを把持または載置するワーク把持装置と、を備えたロボットと、予め設定された作業プログラムに基づいて前記ロボットの前記各々のアーム軸回転駆動源及び前記上下移動軸駆動源を駆動制御する制御装置と、を具備するワーク搬送装置において、 前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置における前記アームの許容動作速度および最下位置における前記アームの許容動作速度が予め設定され、前記アーム軸回転駆動源の駆動でアームの伸縮動作をする前に、前記アームの伸縮動作する速度と前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度とを比較し、前記アームの伸縮動作する速度が前記アームの許容動作速度を超える時は前記ロボットの動作を停止制御する停止制御手段を備えることを特徴としたものである。
請求項3に記載の発明は、前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度は、始めに前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置に対する上下比を求め、次に予め設定された前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置における前記アームの許容動作速度と最下位置における前記アームの許容動作速度と前記上下比とで求めることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置と最下位置との間が複数の上下位置範囲に分割され、各々の上下位置範囲における許容動作速度が予め設定され、前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度は、前記上下移動機構の上下移動位置を含む前記上下位置範囲における許容動作速度とすることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 has an upper arm and a lower arm via a support member that moves up and down by a vertical movement mechanism on a column that is turnable by a turning drive source with respect to a base. The arm includes: a robot provided with an arm shaft rotation drive source that extends and contracts in the same horizontal direction; and a workpiece gripping device that grips or places a workpiece at the tip ; and the robot based on a preset work program. in the work conveying apparatus comprising a control unit for driving and controlling each of the arm shaft rotating drive source and the vertical movement axis drive source, the allowable operating speed of the arm at the uppermost position of the vertical movement position of the vertical movement mechanism and the uppermost set allowable operating speed of the arm in the down position in advance, fast stretch operation of the arm when the expansion and contraction of the arm by the driving of the arm shaft rotary driving source It is obtained by further comprising a speed control means for speed limit so as not to exceed the allowable operating speed of the arm determined based on the vertical movement position of the arm.
According to a second aspect of the present invention, an upper arm and a lower arm are provided via a support member that moves up and down by a vertical movement mechanism on a column that is turnable by a turning drive source with respect to a base. The arm includes: a robot provided with an arm shaft rotation drive source that extends and contracts in the same horizontal direction; and a workpiece gripping device that grips or places a workpiece at the tip ; and the robot based on a preset work program. in the work conveying apparatus comprising a control unit for driving and controlling each of the arm shaft rotating drive source and the vertical movement axis drive source, the allowable operating speed of the arm at the uppermost position of the vertical movement position of the vertical movement mechanism and the uppermost allowable operating speed of the arm is set in advance in the lower position, prior to the expansion and contraction of the arm by the driving of the arm shaft rotating drive source, it expands and contracts the arm And the allowable movement speed of the arm calculated based on the vertical movement position of the arm, and when the speed of the expansion / contraction movement of the arm exceeds the allowable movement speed of the arm, the movement of the robot is stopped. A control means is provided.
According to a third aspect of the present invention, the allowable operation speed of the arm obtained based on the vertical movement position of the arm is obtained by first obtaining the vertical ratio of the vertical movement position to the uppermost position of the vertical movement mechanism, and then presetting It is characterized in that it is obtained from the allowable operation speed of the arm at the highest position of the vertical movement position of the vertical movement mechanism, the allowable operation speed of the arm at the lowest position and the vertical ratio .
According to a fourth aspect of the present invention, a portion between the uppermost position and the lowermost position of the vertical movement position of the vertical movement mechanism is divided into a plurality of vertical position ranges, and an allowable operation speed in each vertical position range is preset. The allowable operation speed of the arm determined based on the vertical movement position of the arm is an allowable operation speed in the vertical position range including the vertical movement position of the vertical movement mechanism .

以上の構成により本発明の制御装置は、上アームと下アームの同時動作の最中に急停止する場合を考慮して、その伸縮動作速度を制限する又はロボットの動作を停止するため、コラム又は支持部材のロボットの構成部品等を破損することなく急停止すること可能なる。このため、コラム及び支持部材にかかる急停止衝撃やモーメントによるロボットの損傷などを気にせずに作業プログラムの速度を設定することができる。

With the above configuration, the control device of the present invention considers the case of sudden stop during the simultaneous operation of the upper arm and the lower arm, and limits the expansion / contraction operation speed or stops the operation of the robot. It becomes possible to stop suddenly without damaging the components of the robot of the support member. For this reason, the speed of the work program can be set without worrying about the sudden stop impact applied to the column and the support member or the robot damage due to the moment .

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明を図4及び図5、図6に示される構成を備えた、上下移動機構を備えるロボットに適用するワーク搬送装置について説明する。
制御装置133に備わる図示しない格納手段に、予め上腕106のリンク長、前腕107のリンク長、上下アーム121、102のアーム軸回転駆動源に備える減速機の減速比、関節部103からの上腕106の重心位置、関節部104からの前腕107の重心位置、関節部105からのハンド108の重心位置、関節部105からのワーク109の重心位置、許容されるアームの動作速度、最大上下位置、制御方法指定、動作周期時間等のパラメータを格納する。
A workpiece transfer apparatus that applies the present invention to a robot having a configuration shown in FIGS. 4, 5, and 6 and having a vertical movement mechanism will be described.
In the storage means (not shown) provided in the control device 133, the link length of the upper arm 106, the link length of the forearm 107, the reduction ratio of the speed reducer provided in the arm shaft rotation drive source of the upper and lower arms 121 and 102, Barycentric position, barycentric position of the forearm 107 from the joint part 104, barycentric position of the hand 108 from the joint part 105, barycentric position of the work 109 from the joint part 105, allowable arm operating speed, maximum vertical position, control Stores parameters such as method specification and operation cycle time.

前記格納手段に格納する許容されるアームの動作速度は、上下移動機構が最上位置にあるときのアームの動作速度及び下移動機構が最下位置にあるときのアームの動作速度である。
上下移動機構が最上位置にあるときにアームの伸縮動作中の急停止時にコラム112や支持部材110等に生じる応力をシミュレーションした結果の各部材の強度が耐え得るアームの動作速度、又は、実際にロボット101を上下移動機構が最上位置にあるときにアームの伸縮動作中の急停止時にコラム112や支持部材110等に生じる応力をテストして求められる各部材が耐え得るアームの動作速度であるが、シミュレーションやテストを実施しなくとも、上下移動機構が最上位置にあるときに力学上各部材の強度が耐え得るアームの動作速度であれば良い。
上下移動機構が最下位置にあるときのアームの動作速度についても同様に各部材の強度が耐え得るアームの動作速度である。
The allowable arm operation speed stored in the storage means is the arm operation speed when the vertical movement mechanism is at the uppermost position and the arm operation speed when the lower movement mechanism is at the lowermost position.
When the vertical movement mechanism is at the uppermost position, the arm operating speed that the strength of each member can withstand as a result of simulating the stress generated in the column 112, the support member 110, etc. during the sudden stop during the arm expansion / contraction operation, or actually Although the robot 101 is in the uppermost position, the arm operating speed that can be withstood by each member obtained by testing the stress generated in the column 112, the support member 110, etc. during a sudden stop during the arm expansion / contraction operation. Even if the simulation and the test are not performed, it is only necessary that the operating speed of the arm can withstand the strength of each member in terms of dynamics when the vertical movement mechanism is at the uppermost position.
Similarly, the arm operating speed when the vertical movement mechanism is at the lowest position is the arm operating speed that the strength of each member can withstand.

前記格納手段に格納する制御方法指定は、アームの動作速度が、上下移動機構の上下位置に従って求められた許容されるアームの動作速度を超えようとする場合に、「速度制御」は、アームの動作速度を低下し各部材の強度が耐え得る動作速度に制御する方法であって、「停止制御」はロボット101の動作を停止するかの指定である。   The control method designation stored in the storage means is that when the arm operation speed exceeds the allowable arm operation speed determined according to the vertical position of the vertical movement mechanism, the “speed control” In this method, the operation speed is reduced to control the operation speed so that the strength of each member can withstand.

諸パラメータは教示手段135に備わるボタンを押下して入力するか、図示しない外部記憶装置より通信手段などを介して制御装置133の格納手段に格納される。
尚、ワーク搬送装置として所望の動作及び制御の為には他のパラメータも必要であるが、本発明に関連しないので説明は省略する。
Various parameters are input by pressing a button provided on the teaching unit 135 or stored in a storage unit of the control device 133 from an external storage device (not shown) via a communication unit.
Although other parameters are also required for the desired operation and control of the workpiece transfer device, the description is omitted because it is not related to the present invention.

ロボット101は、予め格納手段に格納されて、ロボット101を動作させ搬送作業を行なう手順が設定された動作プログラムに従って、ロボットケーブル134を介して各駆動源へ動作指令を与えて動作する。   The robot 101 operates by giving an operation command to each drive source via the robot cable 134 in accordance with an operation program that is stored in advance in a storage unit and sets a procedure for operating the robot 101 and performing a transfer operation.

本発明が適用された複数軸で構成されるロボットの動作を図1のフローチャートを用いて説明する。
動作プログラムには、各駆動源の指令動作速度が記述されており、制御装置133は現在位置と動作目標位置と指令動作速度に基づいて、制御周期(演算周期ともいう)毎に各駆動源の目標位置を求める。この時に、目標位置への距離と制御周期で各駆動源の動作速度が求まる。
尚、動作プログラムには指令動作速度が記述されていない場合もあるが、このような場合には前記格納手段に予め格納された動作速度で動作する等の暗黙の指令動作速度が存在するので、各駆動源の動作速度を計算することが出来る。
The operation of a robot composed of a plurality of axes to which the present invention is applied will be described with reference to the flowchart of FIG.
The operation program describes the command operation speed of each drive source, and the control device 133 determines the drive source for each control cycle (also called a calculation cycle) based on the current position, the operation target position, and the command operation speed. Find the target position. At this time, the operation speed of each drive source is determined by the distance to the target position and the control cycle.
In addition, there is a case where the command operation speed is not described in the operation program, but in such a case, since there is an implicit command operation speed such as operation at an operation speed stored in advance in the storage means, The operating speed of each drive source can be calculated.

(ステップ1)動作プログラムに設定された目標位置と指令速度に基づき、1動作周期後の各駆動源への動作指令(位置指令)を作成する。   (Step 1) Based on the target position and command speed set in the operation program, an operation command (position command) to each drive source after one operation cycle is created.

(ステップ2)ステップ1で求めた上下移動軸駆動源への動作指令出力後の上下移動軸の位置(Z)を求める。   (Step 2) The position (Z) of the vertical movement axis after the operation command output to the vertical movement axis drive source obtained in Step 1 is obtained.

(ステップ3)上下移動機構が上下位置の最上位置に対する比率を求める。
ここで、上下移動機構の最上位置をZ、最下位置をZ、現在位置又はステップ2の動作指令出力後の上下位置をZとすると、上下比μは式(3)によって求められる。
μ=(Z−Z)/(Z−Z) ・・・(3)
(Step 3) The vertical movement mechanism obtains the ratio of the vertical position to the uppermost position.
Here, when the uppermost position of the vertical movement mechanism is Z H , the lowermost position is Z L , and the current position or the vertical position after the output of the operation command in Step 2 is Z, the vertical ratio μ is obtained by Expression (3).
μ = (Z−Z L ) / (Z H −Z L ) (3)

(ステップ4)次に、上下移動機構が最上位置Zのときの許容速度V及び最下位置をZのときの許容速度V並びに上下比μから、上下位置Zにおいて許容されるアームの動作速度Vを式(4)によって求める。
V=VL−(V−V)×μ ・・・(4)
(Step 4) Next, the arm up and down movement mechanism that is allowed in the permissible speed V L as well as from the upper and lower ratio mu, vertical position Z at a permissible speed V H and a lowermost position Z L when the uppermost Z H Is obtained by the equation (4).
V = V L − (V L −V H ) × μ (4)

(ステップ5)前記制御方法指定が速度制御指定である場合、ステップ6へ分岐し、速度制御指定でない場合(停止制御指定)、ステップ10へ分岐する。ここで、制御方法指定は前記格納手段に格納された設定では無く、例えば制御装置133に備えた図示しない入力手段からの信号入信であっても良いが、そのときは、前記の制御方法指定は無効となる。   (Step 5) If the control method designation is speed control designation, the process branches to step 6. If not (speed control designation), the process branches to step 10. Here, the control method designation is not the setting stored in the storage means, but may be, for example, signal reception from an input means (not shown) provided in the control device 133. In this case, the control method designation is It becomes invalid.

(ステップ6)(制御方法指定が速度制御指定である場合)ステップ1で求めた各駆動源の動作指令に基づき、ロボット101の上アーム121又は下アーム102のアームの動作速度Vを求める。
ここで、例えばアーム軸回転駆動源をアブソリュートエンコーダを備えたモータとする。動作プログラムに基づいた指令動作速度より、1動作周期の動作指令パルス値を求め、動作する前のエンコーダパルス値に動作指令パルス値を足し、1動作周期後のエンコーダパルス値を求める。続いて、下アーム102のアーム軸回転駆動源に備える減速機の減速比を用いて1動作周期後のエンコーダパルス値を角度に換算し、前記角度と上腕106のリンク長、前腕107のリンク長を用いて、関節部103から関節部105までの運動学方程式によって、1動作周期後の関節部103から見た関節部105の位置が求まる。同様に、上アーム121の関節部の位置を求める。さらに、動作前の位置から1動作周期後の位置までの移動ベクトルを計算し、動作周期時間で除算することでアームの動作速度Vが求まる。
求めたアームの動作速度Vが式(4)で求めた許容されるアームの動作速度Vを超える場合、ステップ7へ分岐し、超えない場合、ステップ9へ分岐する。
(Step 6) (When Control Method Specification is Speed Control Specification) Based on the operation command of each drive source obtained in Step 1, the operation speed V d of the upper arm 121 or the lower arm 102 of the robot 101 is obtained.
Here, for example, the arm shaft rotation drive source is a motor equipped with an absolute encoder. From the command operation speed based on the operation program, an operation command pulse value for one operation cycle is obtained, and the operation command pulse value is added to the encoder pulse value before operation, and the encoder pulse value after one operation cycle is obtained. Subsequently, the encoder pulse value after one operation cycle is converted into an angle by using the reduction ratio of the speed reducer provided in the arm shaft rotation drive source of the lower arm 102, and the angle and the link length of the upper arm 106 and the link length of the forearm 107 are converted. Using the kinematic equation from the joint 103 to the joint 105, the position of the joint 105 viewed from the joint 103 after one motion cycle is obtained. Similarly, the position of the joint portion of the upper arm 121 is obtained. Furthermore, the motion vector from the position before operation to the position after one operation period is calculated, the operation speed V d of the arm is obtained by dividing the operating cycle time.
If the obtained arm operating speed V d exceeds the allowable arm operating speed V obtained by the equation (4), the process branches to step 7, and if not, the process branches to step 9.

(ステップ7)指令速度を式(4)で求めた許容されるアームの動作速度Vとし、動作プログラムに設定された目標位置とに基づき、1動作周期後の各駆動源への動作指令(位置指令)を作成する。すなわち、動作プログラムに設定されている動作速度を低速化してその再生を行なうようになる。この処置で前記許容されるアームの動作速度を超えることは無い。   (Step 7) The command speed is set to the permissible arm motion speed V obtained by the equation (4), and based on the target position set in the motion program, the motion command (position to each drive source after one motion cycle) Command). In other words, the operation speed set in the operation program is reduced and the reproduction is performed. This procedure does not exceed the allowable arm operating speed.

(ステップ8)前述までの処理で、アームの動作速度は動作プログラムで指示した動作速度で動作せず、制限された動作速度で動作する。そこで、制御装置133は教示手段ケーブル136を介して教示手段135へ表示信号を送る。教示手段135は表示信号を受信し、表示手段137へ速度が制限されていることを表示する。表示方法は、例えばその旨を知らせるメッセージを表示ディスプレイに表示したり、パイロットランプを点灯させることで実現する。   (Step 8) In the process described above, the arm does not operate at the operation speed specified by the operation program, but operates at the limited operation speed. Therefore, the control device 133 sends a display signal to the teaching means 135 via the teaching means cable 136. The teaching unit 135 receives the display signal and displays on the display unit 137 that the speed is limited. The display method is realized by, for example, displaying a message to that effect on the display display or lighting a pilot lamp.

(ステップ9)前ステップまでで求め、保持していた動作指令を各駆動源へ出力する。   (Step 9) The operation command obtained and held up to the previous step is output to each drive source.

(ステップ10)(制御方法指定が停止制御指定である場合)ステップ6と同様の手順でアームの動作速度Vが許容されるアームの動作速度Vを超えるか判別する。アームの動作速度が許容されるアームの動作速度を超える場合、ステップ11へ分岐し、超えない場合、ステップ12へ分岐する。 (Step 10) (control method specification be a stop control specification) operating speed V d of the arm by the same procedure as Step 6, it is determined whether more than the operating speed V of the arm is allowed. If the arm operating speed exceeds the allowable arm operating speed, the process branches to step 11; otherwise, the process branches to step 12.

(ステップ11)許容されるアームの動作速度を超えるアームの動作速度で動作しようとしている為、急停止した際に機体を破損する恐れがある。そのため、ロボット101の動作を公知の手段で停止(減速停止など)し、また、制御装置133は教示手段ケーブル136を介して教示手段135へ通知信号を送る。教示手段135は通知信号を受信し、表示手段137へ動作不能であることを通知する。通知方法は、例えばその旨を知らせるメッセージを表示ディスプレイに表示したり、パイロットランプを点灯させたり、スピーカより音を発することで通知する。   (Step 11) Since an attempt is made to operate at an arm operating speed that exceeds the allowable arm operating speed, the airframe may be damaged when suddenly stopped. Therefore, the operation of the robot 101 is stopped by a known means (deceleration stop, etc.), and the control device 133 sends a notification signal to the teaching means 135 via the teaching means cable 136. The teaching unit 135 receives the notification signal and notifies the display unit 137 that it cannot operate. As a notification method, for example, a message to that effect is displayed on a display, a pilot lamp is turned on, or a sound is emitted from a speaker.

(ステップ12)特にアームの動作速度を制御する、またはロボットの動作を停止する必要が無いと判別されているので、ステップ1で作成した動作指令を各駆動源へ出力する。   (Step 12) Since it is determined that it is not particularly necessary to control the operation speed of the arm or stop the operation of the robot, the operation command created in Step 1 is output to each drive source.

図2は本発明の効果を図示したものである。上下移動機構111の最大上位置Z及び最大上位置において許容されるアームの動作速度V並びに最下位置Z及び最下位置において許容されるアームの動作速度Vより、上下移動機構111の上下位置Zとそのときに許容されるアームの動作速度Vは一次式の関係にある。上下位置が大きくなるほど許容されるアームの動作速度は小さくなり、上下位置が小さくなるほど許容されるアームの動作速度は大きくなる。急停止の際、基台114の中心には式(1)に基づいた倒れモーメントが掛かるので、速度が同じであれば、上下位置が大きくなるほど大きな倒れモーメントが掛かる。急停止の際に掛かる力はアームと備えるハンド、把持したワークの持つ運動量と、急停止の加速度によって決まる。急停止の加速度はメカブレーキの特性や各軸の粘性摩擦等から決まるので、温度変化による摩擦の変化等を除けば、常に一定であると言える。特に、液晶用ガラス基板や半導体ウエハ等のワークを加工処理する半導体製造システムにおいては、製造環境の温度が一定に保たれているので、温度変化による摩擦の変化は殆ど皆無である。以上のことから、急停止の加速度は一定であるので、運動量を一次的に変化させることでその微分値である力を制御することが出来る。 FIG. 2 illustrates the effect of the present invention. The vertical movement mechanism 111 is determined from the arm operating speed V H allowed at the maximum upper position Z H and the maximum upper position of the vertical movement mechanism 111 and the arm operating speed V L allowed at the lowest position Z L and the lowest position. The vertical position Z of the arm and the arm operating speed V allowed at that time have a linear relationship. As the vertical position increases, the allowable arm operation speed decreases, and as the vertical position decreases, the allowable arm operation speed increases. At the time of a sudden stop, a tilting moment based on the formula (1) is applied to the center of the base 114. Therefore, if the speed is the same, a larger tilting moment is applied as the vertical position increases. The force applied at the time of sudden stop is determined by the momentum of the hand provided with the arm, the gripped work, and the sudden stop acceleration. Since the acceleration of the sudden stop is determined by the characteristics of the mechanical brake, the viscous friction of each axis, and the like, it can be said that it is always constant except for the friction change due to the temperature change. In particular, in a semiconductor manufacturing system for processing a workpiece such as a liquid crystal glass substrate or a semiconductor wafer, the temperature of the manufacturing environment is kept constant, so that there is almost no change in friction due to temperature change. From the above, since the acceleration of the sudden stop is constant, the force which is the differential value can be controlled by changing the momentum temporarily.

以上に述べた通り、ステップ1からステップ9の処理経過を辿って各駆動源へ出力される動作指令は許容されるアームの動作速度を超えないものとなり、結果、アームの動作中に急停止をしてもコラム112や支持部材110等に生じる応力は各部材の強度で耐えることが出来、機体を破損することが無い。しかも、最大上下位置における許容速度を一度決定するだけで、全ての上下位置における許容速度を自動的に求めるので、容易に適用することが出来る。
また、動作速度が許容速度を超えると判断したときは、ロボットの動作を停止することも可能である。
以上は発明を実施する一例であり、アームは、例えばモータとラック&ピニオンやボールネジで構成された直動軸や、電磁弁制御による空気圧や油圧を動力とする直動軸であっても良い。アームはワークをX軸方向に直線補間動作することが出来る機構を備えていれば良い。
また、昇降軸は例えばラック&ピニオンで構成された直動軸や、電磁弁制御による空気厚や油圧を動力とする直動軸や、2リンクでZ軸方向へ補間動作が可能な機構であっても良い。
また、教示手段135は例えば汎用コンピュータやパソコンであっても良い。ロボットケーブル134や教示手段ケーブル136は電機的に接続された有線の伝達手段として示しているが、これは例えば電波を用いた無線手段であっても良い。
As described above, the operation command output to each drive source through the process from Step 1 to Step 9 does not exceed the allowable arm operation speed, and as a result, sudden stop is performed during the operation of the arm. Even so, the stress generated in the column 112, the support member 110, and the like can withstand the strength of each member, and the airframe is not damaged. Moreover, since the allowable speeds at all the vertical positions are automatically determined by once determining the allowable speed at the maximum vertical position, it can be easily applied.
Further, when it is determined that the operation speed exceeds the allowable speed, the operation of the robot can be stopped.
The above is an example for carrying out the invention, and the arm may be a linear motion shaft composed of, for example, a motor, a rack and pinion, or a ball screw, or a linear motion shaft powered by air pressure or hydraulic pressure by electromagnetic valve control. The arm only needs to have a mechanism capable of linearly interpolating the workpiece in the X-axis direction.
The elevating shaft is a mechanism that can interpolate in the Z-axis direction with two links, a linear motion shaft composed of, for example, a rack and pinion, a linear motion shaft powered by air thickness or hydraulic pressure by solenoid valve control. May be.
The teaching means 135 may be a general-purpose computer or a personal computer, for example. Although the robot cable 134 and the teaching means cable 136 are shown as wired transmission means electrically connected, this may be, for example, wireless means using radio waves.

図3は、上下移動機構の位置と許容されるアームの動作速度の関係の他の設定例である。図において、縦軸は上下移動機構の位置であって、最上位置をZ、最下位置をZとなっている。また、横軸は許容速度で、上下移動機構が最上位置Zのときは許容速度V、最下位置Zのときは許容速度Vは実施例1とおなじであるが、上下移動機構の位置は、最上位置と最下位置との間が分割され(本実施例では4分割)、上下移動機構の位置がZの場合は許容速度V、上下移動機構の位置がZ未満Z以上の場合は許容速度V、上下移動機構の位置がZ未満Z以上の場合は許容速度V、上下移動機構の位置がZ未満Z以上の場合は許容速度V、上下移動機構の位置がZ未満Z以上の場合は許容速度Vが設定されているものである。この設定の格納は、例えばテーブル等でその方法は問わない。
ただし、Z>Z>Z>Z>Z、V>V>V>V>Vの関係がある。
FIG. 3 shows another setting example of the relationship between the position of the vertical movement mechanism and the allowable operation speed of the arm. In the figure, the vertical axis represents the position of the vertical movement mechanism, where the highest position is Z H and the lowest position is Z L. The horizontal axis is permissible speed, allowable speed V L when the vertical movement mechanism uppermost position Z H, the allowable velocity V L when the lowest position Z L are the same as in Example 1, the vertical movement mechanism position, (4 divided in this embodiment) is divided between the uppermost position and the lowermost position, the allowable velocity V H when the position of the vertical movement mechanism is Z H, the position of the vertical movement mechanism is less than Z H When the position is Z 1 or more, the allowable speed V 1 , when the position of the vertical movement mechanism is less than Z 1 Z 2 or more, the allowable speed V 2 , and when the position of the vertical movement mechanism is less than Z 2 and Z 3 or more, the allowable speed V 3 , if the position of the vertical movement mechanism is more than Z 3 below Z L are those permissible speed V L is set. The method for storing the setting is not limited, for example, using a table.
However, a relationship of Z H> Z 1> Z 2 > Z 3> Z L, V L> V 3> V 2> V 1> V H.

実施例1のステップ3乃至ステップ4で求めたアームの動作速度Vを、前述の設定より、上下移動機構の位置から求めると、以下のようになる。
V=V ZがVの場合
V=V ZがZ未満Z以上の場合
V=V ZがZ未満Z以上の場合
V=V ZがZ未満Z以上の場合
V=V ZがZ未満Z以上の場合
このように求めたアームの動作速度Vで実施例1のステップ6以降を行う。
When the arm operating speed V obtained in step 3 to step 4 of the first embodiment is obtained from the position of the vertical movement mechanism based on the above-described setting, the following is obtained.
When V = V H Z is V H V = V 1 When Z is less than Z H Z 1 or more V = V 2 When Z is less than Z 1 Z 2 or more V = V 3 Z is less than Z 2 Z 3 or more In the case of V = V L Z is less than Z 3 and is equal to or greater than Z L Steps 6 and subsequent steps of the first embodiment are performed at the arm operating speed V thus obtained.

本発明フローチャートFlow chart of the present invention 上下位置と許容されるアームの動作速度関係図Relationship between vertical position and allowable arm operation speed 上下移動機構の位置と許容されるアームの動作速度の関係の設定例Setting example of relationship between vertical movement mechanism position and allowable arm movement speed ワーク搬送装置の斜視図Perspective view of workpiece transfer device ロボットの上面図Top view of robot ロボットの側面図Robot side view 上アームと下アームを個別に動作させストッカの下ワークを把持する様子Grasping the lower work of the stocker by operating the upper arm and lower arm individually 上アームと下アームを個別に動作させストッカの上ワークを把持する様子Grasping the upper work of the stocker by operating the upper arm and lower arm individually 上アームと下アームを同時に動作させストッカのワークを把持する様子Grasping workpiece of stocker by operating upper arm and lower arm simultaneously 上アームを伸ばしている最中に急停止した場合に掛かるモーメントの様子State of moment applied when suddenly stopping while extending upper arm 上アームと下アームを伸ばしている最中に急停止した場合に掛かるモーメントの様子State of moment applied when suddenly stopping while extending upper arm and lower arm

符号の説明Explanation of symbols

101 ロボット
102 下アーム
103 肩関節部
104 肘関節部
105 ハンド関節部
106 上腕
107 前腕
108 ハンド部
109 ワーク
110 支持部材
111 上下移動機構
112 コラム
113 台座
114 基台
115 コラムブロック
121 上アーム
133 制御装置
134 ロボットケーブル
135 教示手段
136 教示手段ケーブル
137 表示手段
101 Robot 102 Lower arm 103 Shoulder joint 104 Elbow joint 105 Hand joint 106 Upper arm 107 Forearm 108 Hand part 109 Work 110 Support member 111 Vertical movement mechanism 112 Column 113 Base 114 Base 115 Column block 121 Upper arm 133 Controller 134 Robot cable 135 Teaching means 136 Teaching means cable 137 Display means

Claims (4)

基台に対して旋回駆動源により旋回可能に設けられたコラムに上下移動機構で上下動する支持部材を介して上アームおよび下アームとを有し、前記各々のアームは、同一水平方向に伸縮するアーム軸回転駆動源と、先端にワークを把持または載置するワーク把持装置と、を備えたロボットと、予め設定された作業プログラムに基づいて前記ロボットの前記各々のアーム軸回転駆動源及び前記上下移動軸駆動源を駆動制御する制御装置と、を具備するワーク搬送装置において、
前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置における前記アームの許容動作速度および最下位置における前記アームの許容動作速度が予め設定され、
前記アーム軸回転駆動源の駆動でアームの伸縮動作をする際の前記アームの伸縮動作する速度は前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度を超えないように速度制限する速度制御手段を備えることを特徴とするワーク搬送装置。
A column, which can be turned by a turning drive source with respect to the base, has an upper arm and a lower arm via a support member that moves up and down by a vertical movement mechanism, and each of the arms extends and contracts in the same horizontal direction. an arm shaft rotation drive source for a workpiece holding device for gripping or mounting the workpiece on the tip, and robots with an arm shaft rotation driving source and the said each of said robot based on a preset operation program In a work transfer device comprising a control device that drives and controls a vertical movement axis drive source,
The allowable operation speed of the arm at the uppermost position of the vertical movement position of the vertical movement mechanism and the allowable operation speed of the arm at the lowermost position are preset,
The speed at which the arm expands and contracts when the arm shaft rotational drive source is driven is a speed limit that does not exceed the allowable operating speed of the arm determined based on the vertical movement position of the arm. A work transfer device comprising a control means.
基台に対して旋回駆動源により旋回可能に設けられたコラムに上下移動機構で上下動する支持部材を介して上アームおよび下アームとを有し、前記各々のアームは、同一水平方向に伸縮するアーム軸回転駆動源と、先端にワークを把持または載置するワーク把持装置と、を備えたロボットと、予め設定された作業プログラムに基づいて前記ロボットの前記各々のアーム軸回転駆動源及び前記上下移動軸駆動源を駆動制御する制御装置と、を具備するワーク搬送装置において、
前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置における前記アームの許容動作速度および最下位置における前記アームの許容動作速度が予め設定され、
前記アーム軸回転駆動源の駆動でアームの伸縮動作をする前に、前記アームの伸縮動作する速度と前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度とを比較し、
前記アームの伸縮動作する速度が前記アームの許容動作速度を超える時は前記ロボットの動作を停止制御する停止制御手段を備えることを特徴とするワーク搬送装置。
A column, which can be turned by a turning drive source with respect to the base, has an upper arm and a lower arm via a support member that moves up and down by a vertical movement mechanism, and each of the arms extends and contracts in the same horizontal direction. an arm shaft rotation drive source for a workpiece holding device for gripping or mounting the workpiece on the tip, and robots with an arm shaft rotation driving source and the said each of said robot based on a preset operation program In a work transfer device comprising a control device that drives and controls a vertical movement axis drive source,
The allowable operation speed of the arm at the uppermost position of the vertical movement position of the vertical movement mechanism and the allowable operation speed of the arm at the lowermost position are preset,
Before the arm shaft rotation drive source is driven to expand and contract the arm, the arm is expanded and contracted, and the arm is allowed to move based on the vertical movement position of the arm.
A workpiece transfer device comprising: a stop control means for stopping and controlling the operation of the robot when the speed at which the arm expands and contracts exceeds an allowable operation speed of the arm.
前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度は、始めに前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置に対する上下比を求め、次に予め設定された前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置における前記アームの許容動作速度と最下位置における前記アームの許容動作速度と前記上下比とで求めることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のワーク搬送装置。 The allowable operation speed of the arm obtained based on the vertical movement position of the arm is obtained by first obtaining the vertical ratio of the vertical movement position of the vertical movement mechanism with respect to the uppermost position, and then the vertical movement of the vertical movement mechanism set in advance. 3. The workpiece transfer apparatus according to claim 1, wherein the workpiece transfer device is obtained from an allowable operation speed of the arm at the uppermost position, an allowable operation speed of the arm at the lowermost position, and the vertical ratio . 前記上下移動機構の上下移動位置の最上位置と最下位置との間が複数の上下位置範囲に分割され、各々の上下位置範囲における許容動作速度が予め設定され、
前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度は、前記上下移動機構の上下移動位置を含む前記上下位置範囲における許容動作速度とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のワーク搬送装置。
Between the uppermost position and the lowermost position of the vertical movement position of the vertical movement mechanism is divided into a plurality of vertical position ranges, the allowable operation speed in each vertical position range is preset,
3. The allowable operation speed of the arm obtained based on the vertical movement position of the arm is an allowable operation speed in the vertical position range including the vertical movement position of the vertical movement mechanism. The workpiece transfer device described in 1.
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