JP6472813B2 - 搬送方法および搬送装置 - Google Patents

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Description

本発明は、先端部が第1方向と第2方向とに移動可能なロボットを用いて、前記先端部に保持した対象物を所定の目標位置へ搬送して載置する搬送方法および搬送装置に関する。
従来より、ワークを搬送する搬送装置が知られている。例えば、特許文献1には、ワークを搬送する搬送装置と、搬送中のワークに対して作業を行う作業ロボットとを備える搬送システムにおいて、ワーク搬送中にワークに生じる振動パターンを予測し、予測した振動パターンに基づいてワークに生じる振動を作業ロボットに再現させることで、ロボットとワーク間の振動の影響を除外するものが開示されている。
特開2014−14894号公報
このように、ワーク搬送中にワークに対して作業を行うシステムは、ワーク(対象物)に生じる振動の影響を除外することができるものの、ワーク自体は振動を続けているから、ワークを目標位置に載置しようとする場合には適用することができない。
本発明は、ロボットの先端部に保持した対象物を所定の目標位置へ搬送して載置するものにおいて、対象物の載置精度をより向上させることを主目的とする。
本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の搬送方法は、
先端部が第1方向と第2方向とに移動可能なロボットを用いて、前記先端部に保持した対象物を所定の目標位置へ搬送して載置する搬送方法であって、
前記所定の目標位置として、前記第1方向の目標位置である第1目標位置と前記第2方向の目標位置である第2目標位置とを取得し、
前記先端部の前記第1方向の位置が前記第1目標位置に一致するよう前記ロボットを制御する第1方向移動制御を実行し、
前記第1方向移動制御を実行した後、前記先端部の前記第1方向の振動波形を計測または予測し、
前記計測または予測した前記先端部の前記第1方向の振動波形に基づいて振動中の所定タイミングで前記先端部の前記第2方向の位置が前記第2目標位置に一致するよう前記ロボットを制御して前記対象物を載置する第2方向移動制御を実行する
ことを要旨とする。
この本発明の搬送方法では、対象物を保持する先端部の第1方向の位置が第1目標位置に一致するようロボットを制御する第1方向移動制御を実行し、第1方向移動制御を実行した後、先端部の第1方向の振動波形を計測または予測し、その振動波形に基づいて振動中の所定タイミングで先端部の第2方向の位置が第2目標位置に一致するようロボットを制御して対象物を載置する第2方向移動制御を実行する。これにより、対象物の載置精度をより向上させることができる。
こうした本発明の搬送方法において、前記第2方向移動制御は、前記振動中の所定タイミングとして前記先端部の前記第1方向の変位が前記振動波形の節となるタイミングで、前記先端部の前記第2方向の位置が前記第2目標位置に一致するよう前記ロボットを制御するものとすることもできる。こうすれば、振動中の対象物を精度良く目標位置に載置することができる。
また、本発明の搬送方法において、先端部の第1方向の振動波形を計測または予測する手法として、前記先端部に撮像手段を設け、前記第1方向移動制御を実行した後に前記撮像手段で複数回撮像して得られる複数の画像に基づいて前記先端部の前記第1方向の振動波形を計測するものとすることもできるし、前記先端部に加速度センサを設け、前記加速度センサにより検知された加速度に基づいて前記先端部の前記第1方向の振動波形を計測するものとすることもできるし、前記第1方向移動制御で前記ロボットを制御する際に用いる制御指令信号に基づいて前記先端部の前記第1方向の振動波形を予測するものとすることもできる。
また、本発明の搬送方法において、前記第1方向移動制御を実行した後の前記先端部の前記第1方向の振動波形を事前に予測または学習し、前記第1方向移動制御は、前記先端部の前記第1方向の位置が前記第1目標位置から前記予測または学習した振動波形の振幅分ずらした位置に一致するよう前記ロボットを制御し、前記第2方向移動制御は、前記振動中の所定タイミングとして前記先端部の前記第1方向の変位が前記振動波形の腹となるタイミングで、前記先端部の前記第2方向の位置が前記第2目標位置に一致するよう前記ロボットを制御して前記対象物を載置するものとすることもできる。こうすれば、振動中の対象物を精度良く目標位置に載置することができる。
本発明の搬送装置は、
所定の目標位置で所定の作業を行う搬送装置であって、
先端部が第1方向と第2方向とに移動可能なロボットと、
前記所定の目標位置として、前記第1方向の目標位置である第1目標位置と前記第2方向の目標位置である第2目標位置とを取得する目標位置取得手段と、
前記先端部の前記第1方向の位置が前記第1目標位置に一致するよう前記ロボットを制御する第1方向移動制御を実行する第1方向移動制御手段と、
前記第1方向移動制御が実行された後、前記先端部の前記第1方向の振動波形を取得する振動波形取得手段と、
前記取得された前記先端部の前記第1方向の振動波形に基づいて振動中の所定のタイミングで前記先端部の前記第2方向の位置が前記第2目標位置に一致するよう前記ロボットを制御する第2方向移動制御を実行する第2方向移動制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の搬送装置によれば、上述した搬送方法と同様の効果、即ち、対象物の載置精度をより向上させるできるといった効果を奏することができる。
本発明の一実施例としての部品装着装置10の構成の概略を示す構成図である。 制御装置70の電気的な接続関係を示すブロック図である。 制御装置70のCPU71により実行される部品装着処理の一例を示すフローチャートである。 XYロボット40を動作させた際の実施例の先端座標時間応答波形を示す説明図である。 XYロボット40を動作させた際の比較例の先端座標時間応答波形を示す説明図である。 変形例の部品装着装置100の構成の概略を示す構成図である。
次に、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての部品装着装置10の構成の概略を示す構成図であり、図2は、部品装着装置10の制御装置70の電気的な接続関係を示す説明図である。なお、図1の左右方向がX軸方向であり、前(手前)後(奥)方向がY軸方向であり、上下方向がZ軸方向である。
部品装着装置10は、部品Pをピックアップして基板S上へ搬送し、基板Sの目標位置に装着するものである。この部品装着装置10は、図1に示すように、基板Sを搬送する基板搬送装置30と、部品Pを供給する部品供給装置20と、部品供給装置20により供給された部品Pを吸着ノズル51に吸着させて基板搬送装置30により搬送された基板S上へ搬送し装着するヘッド50と、ヘッド50をXY方向へ移動させるXYロボット40と、実装機全体をコントロールする制御装置70(図2参照)とを備える。また、部品装着装置10は、これらの他に、ヘッド50に設けられ基板Sに付された基板位置決め基準マークを撮像するためのマークカメラ56や、ヘッド50の吸着ノズル51付近に設けられY方向の加速度αを検知する加速度センサ55(図2参照)、吸着ノズル51に吸着させた部品Pの吸着姿勢を撮像するためのパーツカメラ60なども備えている。
部品供給装置20は、例えば、キャリアテープを送り出すことにより部品を供給するテープフィーダを用いることができる。
基板搬送装置30は、図1に示すように、ベルトコンベア装置32を備えており、ベルトコンベア装置32の駆動により基板Sを図1の左から右(基板搬送方向)へと搬送する。基板搬送装置30の基板搬送方向(X軸方向)中央部には、搬送された基板Sを裏面側からバックアップするバックアッププレート34が設けられている。
ヘッド50は、図2に示すように、吸着ノズル51を上下方向(Z方向)に移動させるZ軸アクチュエータ52と、吸着ノズル51をZ軸周りに回転させるθ軸アクチュエータ54とを備える。吸着ノズル51の吸引口は、電磁弁57を介して真空ポンプ58およびエア配管59のいずれか一方に選択的に連通するようになっている。制御装置70は、吸着ノズル51の吸引口が真空ポンプ58に連通するよう電磁弁57を駆動することで、吸引口に負圧を作用させて部品Pを吸着することができ、吸着ノズル51の吸引口がエア配管59に連通するよう電磁弁57を駆動することで、吸引口に正圧を作用させて部品Pの吸着を解除することができる。
XYロボット40は、図1に示すように、本体枠12の上段部に前後方向(Y方向)に沿って設けられたY軸ガイドレール43と、Y軸ガイドレール43に架け渡された状態でY軸ガイドレール43に沿って移動が可能なY軸スライダ44と、Y軸スライダ44の下面に左右方向(X方向)に沿って設けられたX軸ガイドレール41と、X軸ガイドレール41に沿って移動が可能なX軸スライダ42とを備える。X軸スライダ42にはヘッド50が取り付けられており、制御装置70は、XYロボット40を駆動制御することにより、XY平面上の任意の位置にヘッド50を移動させることができる。
マークカメラ56は、基板Sに付された基板位置決め基準マークを撮像し、撮像画像を制御装置70へ出力する。撮像画像を入力した制御装置70は、撮像画像に基づいて基板Sのバックアップ位置を認識する。
制御装置70は、図4に示すように、CPU71を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPU71の他に、ROM72と、HDD73と、RAM74と、入出力インタフェース75とを備える。これらは、バス76を介して電気的に接続されている。制御装置70には、X軸スライダ42の位置(X方向の位置)を検知するX軸位置センサ47からの位置信号や、Y軸スライダ44の位置(Y方向の位置)を検知するY軸位置センサ49からの位置信号、吸着ノズル51の位置(Z方向の位置)を検知するZ軸位置センサ53からの位置信号、マークカメラ56からの画像信号、ヘッド50に取り付けられた加速度センサ55からのY方向の加速度α、パーツカメラ60からの画像信号などが入出力インタフェース75を介して入力されている。一方、制御装置70からは、部品供給装置20への制御信号や、基板搬送装置30への制御信号、X軸スライダ42を移動させるX軸アクチュエータ46への駆動信号、Y軸スライダ44を移動させるY軸アクチュエータ48への駆動信号、Z軸アクチュエータ52への駆動信号、θ軸アクチュエータ54への駆動信号、電磁弁57への駆動信号などが入出力インタフェース75を介して出力されている。
次に、こうして構成された実施例の部品装着処理10の動作について説明する。図3は、制御装置70のCPU71により実行される部品装着処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、オペレータによって基板Sへの部品Pの装着(生産)が指示されたときに実行される。
部品装着処理が実行されると、制御装置70のCPU71は、まず、基板Sの目標装着位置(X*,Y*,Z*)を入力する(S100)。続いて、CPU71は、部品供給装置20から供給された部品Pを吸着ノズル51に吸着させる吸着動作を行う(S110)。ここで、吸着動作は、具体的には、部品Pの真上にヘッド50に装着された吸着ノズル51が来るようXYロボット40を駆動制御した後、吸引口が部品Pに当接するまで吸着ノズル51が下降するようZ軸アクチュエータ52を駆動制御し、吸着ノズル51の吸引口に負圧が作用するよう電磁弁57を駆動制御することにより行う。そして、CPU71は、吸着ノズル51に吸着させた部品PがXY平面上の目標装着位置(X*,Y*)に一致するようXYロボット40を駆動制御し(S120)、X軸位置センサ47およびY軸位置センサ49により検知された部品PのXY平面上の現在位置(現在XY座標)を入力する(S130)。
次に、CPU71は、入力した部品Pの現在位置がXY平面上の目標装着位置(X*,Y*)近傍に到達したか否かを判定し(S140)、目標装着位置(X*,Y*)近傍に到達したと判定すると、加速度センサ55からの吸着ノズル51(部品P)のY方向の加速度αを入力し(S150)、S130で入力した部品Pの現在位置のうちY座標(Y方向の変位y)と入力したY方向の加速度αとに基づいて部品PのY方向の振動波形を計測する(S160)。本実施例では、部品PをXY方向に移動させて基板S上に装着する場合、X方向の移動距離がY方向の移動距離よりも大幅に短いため、XY方向の目標装着位置近傍到達時に部品Pに生じる振動はX成分が直ぐに収束し、Y成分のみが残存する。S160の処理は、目標装着位置に到達した後に残存しているY成分の振動波形を計測するものである。ここで、部品Pに生じる振動を正弦波とみなした場合、振幅を「A」とし、角周波数を「ω」とし、時刻を「t」とすると、次式(1)および(2)が成り立つ。角周波数ωは周期Tに置き換えることができるため、変位yと加速度αとに基づいて振動波形の周期Tおよび位相ωtを得ることができる。
y=Asinωt …(1)
α=-ω2Asinωt …(2)
そして、CPU71は、部品Pを現在位置からZ方向に移動させて基板Sに装着するまでに要する所要時間が経過したタイミングで、部品PのY方向の変位yがS160で計測したY成分の振動波形の節を横切るように、Z方向の制御タイミングを設定し(S170)、設定した制御タイミングに従って部品PをZ方向に移動させて基板S上に装着されるようZ軸アクチュエータ52を制御する(S180)。ここで、所要時間は、例えば、部品PをZ方向に移動させて基板S上に装着するまでの経過時間を予め実験的に求めることができる。そして、Z軸位置センサ53からの部品PのZ方向の現在位置(Z座標)を入力し(S190)、部品Pが目標Z座標(Z*=0)に到達したか否かを判定する(S200)。CPU71は、部品Pが目標Z座標に到達していないと判定すると、S180に戻ってZ軸アクチュエータ52の制御を継続し、部品Pが目標Z座標に到達したと判定すると、吸着ノズル51による部品Pの吸着が解除されるよう電磁弁57を制御して(S210)、部品装着処理を終了する。
図4および図5は、XYロボット40を動作させた際のロボット先端座標時間応答波形を示す説明図である。なお、図4は実施例における時間応答波形を示し、図5は比較例における時間応答波形を示す。図示するように、吸着ノズル51に吸着させた部品Pを、目標X座標および目標Y座標へ向かって移動させると、部品PにY方向の残留振動が生じる。実施例では、図4に示すように、Y方向の振動波形を計測し、部品PのY方向の変位yが振動波形の節を横切るタイミングで、部品Pが目標Z座標(値0)に到達するようにZ方向の移動を制御する。これにより、Y方向の振動が残存している間でも、部品Pを目標XY座標に正確に装着することができる。一方、比較例では、図5に示すように、振動波形を計測することなく、部品Pを最も速いタイミングで基板Sに装着する。このため、部品PにY方向の振動が残存していると、目標Y座標からズレた位置に部品Pが装着される。
以上説明した実施例の部品装着処理10は、吸着ノズル51に吸着させた部品Pを、目標XY座標へ向かって移動させた後、部品Pに生じている振動の波形(振動波形)を計測し、部品Pの変位yが計測した振動波形の節を横切るタイミングで、部品Pが目標Z座標(値0)に到達するようにZ軸アクチュエータ52を制御する。これにより、部品PをXY方向に移動させた後、振動が残存している間に部品PをZ方向に移動させて基板S上に装着する場合であっても、装着位置ズレをより少なくすることができる。この結果、ロボット先端(部品P)の振動波形を計測することなく部品Pを基板Sに装着するものや、ロボット先端(部品P)の振動が収束するのを待って部品Pを装着するものに比して、装着に要する時間を短縮しつつ、部品Pの装着位置精度をより向上させることができる。
実施例の部品装着処理10では、ロボット先端(部品P)の変位yが計測した振動波形の節を横切るタイミングで、部品Pが目標Z座標(値0)に到達するように制御するものとしたが、これに限定されるものではなく、以下のように制御してもよい。即ち、CPU71は、ロボット先端(部品P)が目標XY座標近傍に到達したときにロボット先端(部品P)に生じる振動の振幅Aを予め実験的に求めると共に目標Y座標を振幅Aの分だけズラした修正目標Y座標を設定しておき、部品Pの搬送と装着が指示されると、部品Pが目標X座標および修正目標Y座標に移動するようXYロボット40を制御する。そして、CPU71は、ロボット先端(部品P)のY方向の振動波形を計測し、部品Pを現在位置からZ方向に移動させて基板Sに装着するまでに要する所要時間が経過したタイミングで、部品PのY方向の変位yが計測したY成分の振動波形の腹を通過するように、Z方向の制御タイミングを設定し、設定した制御タイミングに従って部品PをZ方向に移動させて基板S上に装着されるようZ軸アクチュエータ52を制御する。これにより、振動が残存している間に部品PをZ方向に移動させて基板S上に装着する場合であっても、装着位置ズレをより少なくすることができるといった実施例と同様の効果を奏することができる。
実施例の部品装着処理10では、部品Pを目標XY座標に移動させる際の移動距離がX方向よりもY方向に長くなる場合に、部品Pが目標XY座標近傍に到達した後にロボット先端(部品P)に生じる振動についてY成分のみを考慮したが、これに限定されるものではなく、部品Pを目標XY座標に移動させる際の移動距離がY方向よりもX方向に長くなる場合に、部品Pが目標XY座標近傍に到達した後にロボット先端(部品P)に生じる振動についてX成分のみを考慮するものとしてもよいし、部品Pが目標XY座標近傍に到達した後にロボット先端(部品P)に生じる振動についてX成分およびY成分の両方を考慮するものとしてもよい。後者の場合、部品Pが目標XY座標近傍に到達した際にX成分の振動波形とY成分の振動波形とを計測し、ロボット先端(部品P)のX方向のズレとY方向のズレの合計が最も少なくなるタイミングで部品Pが目標Z座標に到達するように制御するものとしてもよい。また、部品Pが目標XY座標近傍に到達した際にX成分の振動波形とY成分の振動波形とを計測し、ロボット先端(部品P)のX方向およびY方向のうち一方が収束するのを待って、他方の振動波形に基づくタイミングで部品Pが目標Z座標に到達するように制御するものとしてもよい。
実施例の部品装着処理10では、変位yと加速度αとに基づいて部品PをXY方向に移動させた際の残留振動波形を計測するものとしたが、これに限定されるものではなく、ロボット先端(ヘッド50)に取り付けたカメラ(例えば、マークカメラ56)によって連続的に撮像して得られた画像データに基づいて振動波形を計測するものとしてもよいし、XYロボット40を制御する際にX軸アクチュエータ46やY軸アクチュエータ48に出力する制御信号を用いて加速度αを推定して振動波形を予測するものとしてもよい。
実施例の部品装着処理10では、直交座標型のロボットを用いて部品Pを搬送するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、垂直座標型のロボットや円筒座標型、垂直多関節型等、如何なるタイプのロボットにも適用可能である。なお、垂直多関節型のロボット装置の一例を図6に示す。図6の部品装着装置100は、床面に設置されるベース110と、第1〜第5リンク120a〜120eと、ベース110および第1〜第5リンク120a〜120eを直列に連結して多関節アームをなす第1〜第5関節122a〜122eと、第1〜第5関節122a〜122eをそれぞれ駆動する図示しない駆動モータとを備える多関節型ロボット装置として構成される。なお、図6の例では、第1関節122aと第5関節122eは回転関節であり、第2〜第4関節122b〜122dは旋回関節である。この場合、実施例のXYZ方向を第1〜第5関節122a〜122eの回転方向または旋回方向に置き換えて図3のフローチャートを実行するものとすればよい。こうした多関節型のロボット装置は、アームを移動させる際にアーム先端部の振動がより大きくなるため、本発明を適用する意義が大きい。
実施例では、本発明を、ロボット(XYロボット40やヘッド50)を用いて部品Pを基板S上に搬送して装着する部品装着装置10に適用して説明したが、これに限定されるものではなく、ロボットを用いて接着剤を目標位置まで搬送して塗布する接着剤塗布装置やロボットを用いて半田を目標位置まで搬送して塗布する半田塗布装置等にも適用可能である。この場合、部品Pをそれぞれ接着剤,半田に置き換えて図3のフローチャートを実行すればよい。
ここで、本実施例の主要な要素と発明の開示の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。即ち、XYロボット40およびヘッド50が「ロボット」に相当し、X方向またはY方向が「第1方向」に相当し、Z方向が「第2方向」に相当する。また、マークカメラ56が「撮像手段」に相当する。また、加速度センサ55が「加速度センサ」に相当する。図3の部品装着処理のS100の処理を実行する制御装置70のCPU71が「目標位置取得手段」に相当し、S120〜S140の処理を実行する制御装置70のCPU71が「第1方向移動制御手段」に相当し、S150,S160の処理を実行する制御装置70のCPU71が「振動波形取得手段」に相当し、S170〜S210の処理を実行する制御装置70のCPU71が「第2方向移動制御手段」に相当する。
なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
本発明は、部品装着装置の製造産業などに利用可能である。
10 部品装着装置、11 基台、12 本体枠、14 支持台、20 部品供給装置、30 基板搬送装置、32 ベルトコンベア装置、34 バックアッププレート、40
XYロボット、41 X軸ガイドレール、42 X軸スライダ、43 Y軸ガイドレール、44 Y軸スライダ、46 X軸アクチュエータ、47 X軸位置センサ、48 Y軸アクチュエータ、49 Y軸位置センサ、50 ヘッド、51 吸着ノズル、52 Z軸アクチュエータ、54 θ軸アクチュエータ、55 加速度センサ、56 マークカメラ、57 電磁弁、58 真空ポンプ、59 エア配管、60 パーツカメラ、70 制御装置、71 CPU、72 ROM、73 HDD、74 RAM、75 入出力インタフェース、76 バス、100 部品装着装置、110 ベース、120a〜120e
第1〜第5リンク、122a〜122e 第1〜第5関節、S 基板、P 部品。

Claims (5)

  1. 先端部が第1方向と第2方向とに移動可能なロボットを用いて、前記先端部に保持した対象物を所定の目標位置へ搬送して載置する搬送方法であって、
    前記所定の目標位置として、前記第1方向の目標位置である第1目標位置と前記第2方向の目標位置である第2目標位置とを取得し、
    前記第1目標位置に基づいて前記先端部前記第1方向に移動するよう前記ロボットを制御する第1方向移動制御を実行し、
    前記第1方向移動制御を実行した後、前記先端部の前記第1方向の振動波形を計測または予測し、
    前記計測または予測した前記先端部の前記第1方向の振動波形に基づいて振動中の所定タイミングで前記先端部の前記第2方向の位置が前記第2目標位置に一致するよう前記ロボットを制御して前記対象物を載置する第2方向移動制御を実行するものであり、
    前記第1方向移動制御を実行した後の前記先端部の前記第1方向の振動波形を事前に予測または学習し、
    前記第1方向移動制御は、前記先端部の前記第1方向の位置が前記第1目標位置から前記予測または学習した振動波形の振幅分ずらした位置に一致するよう前記ロボットを制御し、
    前記第2方向移動制御は、前記振動中の所定タイミングとして前記先端部の前記第1方向の変位が前記振動波形の腹となるタイミングで、前記先端部の前記第2方向の位置が前記第2目標位置に一致するよう前記ロボットを制御して前記対象物を載置する
    ことを特徴とする搬送方法。
  2. 請求項1記載の搬送方法であって、
    前記先端部に撮像手段を設け、
    前記第1方向移動制御を実行した後に前記撮像手段で複数回撮像して得られる複数の画像に基づいて前記先端部の前記第1方向の振動波形を計測する
    ことを特徴とする搬送方法。
  3. 請求項1記載の搬送方法であって、
    前記先端部に加速度センサを設け、
    前記加速度センサにより検知された加速度に基づいて前記先端部の前記第1方向の振動波形を計測する
    ことを特徴とする搬送方法。
  4. 請求項1記載の搬送方法であって、
    前記第1方向移動制御で前記ロボットを制御する際に用いる制御指令信号に基づいて前記先端部の前記第1方向の振動波形を予測する
    ことを特徴とする搬送方法。
  5. 対象物を所定の目標位置へ搬送して載置する搬送装置であって、
    前記対象物を保持可能な先端部が第1方向と第2方向とに移動可能なロボットと、
    前記所定の目標位置として、前記第1方向の目標位置である第1目標位置と前記第2方向の目標位置である第2目標位置とを取得する目標位置取得手段と、
    前記先端部の前記第1方向の位置が前記第1目標位置から予め求められた前記第1方向の振動波形の振幅分ずらした位置に一致するよう前記ロボットを制御する第1方向移動制御を実行する第1方向移動制御手段と、
    前記第1方向移動制御が実行された後、前記先端部の前記第1方向の振動波形を取得する振動波形取得手段と、
    前記取得された前記先端部の前記第1方向の振動波形に基づいて前記先端部の前記第1方向の変位が前記振動波形の腹となるタイミングで前記先端部の前記第2方向の位置が前記第2目標位置に一致するよう前記ロボットを制御して前記対象物を載置する第2方向移動制御を実行する第2方向移動制御手段と、
    を備えることを特徴とする搬送装置。
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