JP7023094B2 - robot - Google Patents
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Description
本発明は、ワークを搬送するロボットに関する。 The present invention relates to a robot that conveys a work.
ワークを搬送するロボットは、一般に、ワークを保持するハンドと、ハンドを先端に備えて連結した複数のアームと、アーム及びハンドを全体として昇降させる昇降機構とを備えている。このようなロボットは、ワークのロード/アンロードの対象であるステージの相互間でワークを搬送する。ステージには、ワークの搬送元及び搬送先となる例えば、カセットやワーク処理装置などが含まれる。ステージに対してワークをロード/アンロードする際には、ハンドは、ステージの正面となる位置において、ステージに対して前後する方向で移動する。以下の説明においてこの方向をハンドの移動方向と呼ぶ。例えば特許文献1には、ワークの搬送に用いられる水平多関節型ロボットの一例が開示されている。 A robot that conveys a work generally includes a hand that holds the work, a plurality of arms that are connected with the hand at the tip, and an elevating mechanism that raises and lowers the arm and the hand as a whole. Such a robot transports the work between stages that are the targets of loading / unloading the work. The stage includes, for example, a cassette, a work processing device, and the like, which are the transfer source and transfer destination of the work. When loading / unloading the work with respect to the stage, the hand moves in the front-back direction with respect to the stage at a position in front of the stage. In the following description, this direction is referred to as the hand movement direction. For example, Patent Document 1 discloses an example of a horizontal articulated robot used for transporting a work.
ワークの搬送に用いられるロボットを使用する際には、予めワークの搬送経路をロボットに教示する必要があり、教示には、ステージ内のワークの格納位置をロボットに覚えさせることも含まれる。これまで教示は、作業員による手動操作で行なわれてきた。しかしながら、手動操作であるので、教示効率や教示の確かさには作業員の操作経験に大きく依存する。また、近年、ロボットが設けられてアームやハンドを移動させることが可能な空間が狭くなってきており、このため作業員がロボットを教示するときの視界が悪くなって手動教示を行うことが難しくなる傾向にある。そこで、この様な状況を打開するために、各種の自動教示方法が提案されている。例えば特許文献2には、水平面内かつハンドの移動方向に垂直な方向に沿って照射された光を検出する第1の光学センサと、水平面内かつハンドの移動方向に対して斜めの方向に沿って照射された第2の光センサとを用いて教示用のワーク(ダミーワーク)を検出し、この検出結果に基づいて教示を行なうことが開示されている。特許文献3には、水平面内において、ステージに対するハンドの移動方向に対して直交する方向に間隔をあけて2つのセンサを配置し、この2つのセンサを用いてワークのエッジを検出し、この検出結果に基づいてずれ量の算出と座標系変換とを行なって教示ポイントを取得することが開示されている。
When using a robot used for transporting a work, it is necessary to teach the robot the transport path of the work in advance, and the teaching also includes making the robot remember the storage position of the work in the stage. Until now, teaching has been performed manually by workers. However, since it is a manual operation, the teaching efficiency and the certainty of the teaching greatly depend on the operation experience of the worker. Further, in recent years, the space where a robot is provided and an arm or a hand can be moved has become narrower, which makes it difficult for a worker to perform manual teaching due to poor visibility when teaching the robot. It tends to be. Therefore, in order to overcome such a situation, various automatic teaching methods have been proposed. For example,
ワークを搬送するロボットの自動教示の方法として各種の方法が提案されているが、これらの方法では、特殊な構造のダミーワークを使用したり、ロボットとは別個にセンサを設けたり、あるいは教示用の治具付きステージを使用したりする。その結果、教示のための機構や手順が複雑化する。また、教示の精度においても改良の余地がある。 Various methods have been proposed as a method for automatically teaching a robot that conveys a work. In these methods, a dummy work having a special structure is used, a sensor is provided separately from the robot, or for teaching. Use a stage with a jig. As a result, the mechanism and procedure for teaching become complicated. There is also room for improvement in the accuracy of teaching.
本発明の目的は、ダミーワークなどを必要とせず、簡単な機構で正確な自動教示を行うことができるロボットを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a robot that does not require a dummy work or the like and can perform accurate automatic teaching with a simple mechanism.
本発明のロボットは、ワークを支持するハンドと昇降機構とを少なくとも備え、ワークを搬送するロボットであって、ワークをロード/アンロードするときにハンドの移動方向を第1方向とし、第1方向と上下方向とに直交する方向を第2方向として、ハンドに取り付けられ発光部と受光部とを備えて第2方向に平行な光軸を有する第1センサと、ハンドに取り付けられワークの外縁を検出する第2センサと、を有し、第1センサ及び第2センサは、ハンドに取り外し可能に取り付けられる治具に搭載され、ハンドにワークの回転防止用の突起を有し、治具の外周に突起と係合する切り欠き部を有し、ハンドを上下方向への往復移動させることによる第1センサでの遮光によってワークの高さ方向の端部を検出し、第2センサによってワークの異なる外縁を検出して、ワークの中心位置を算出する。 The robot of the present invention is a robot that includes at least a hand that supports the work and an elevating mechanism to convey the work, and the movement direction of the hand is set as the first direction when loading / unloading the work, and the first direction. The first sensor, which is attached to the hand and has a light emitting part and a light receiving part and has an optical axis parallel to the second direction, and the outer edge of the work attached to the hand, with the direction orthogonal to the vertical direction as the second direction. It has a second sensor for detecting, and the first sensor and the second sensor are mounted on a jig that can be detachably attached to the hand, and the hand has a protrusion for preventing rotation of the work, and the outer periphery of the jig is provided. Has a notch that engages with the protrusion, and detects the end in the height direction of the work by shading with the first sensor by reciprocating the hand in the vertical direction, and the work differs depending on the second sensor. The outer edge is detected and the center position of the work is calculated.
本発明のロボットでは、第1センサによりワークの高さ方向の端部を検出するので、検出された高さ方向の端部の位置に基づき、第2センサによるワークの外縁の検出のために適切な高さ位置を設定できる。このため、ハンドに取り付けられた第2センサによってワークの異なる外縁を検出する処理を自動的に実行でき、自動教示によって、ワークの高さ位置と水平面内でのワークの中心位置とを容易に求めることができるようになる。 In the robot of the present invention, since the first sensor detects the end portion in the height direction of the work, it is appropriate for the second sensor to detect the outer edge of the work based on the position of the detected end portion in the height direction. Height position can be set. Therefore, the process of detecting different outer edges of the work can be automatically executed by the second sensor attached to the hand, and the height position of the work and the center position of the work in the horizontal plane can be easily obtained by the automatic teaching. You will be able to do it.
本発明のロボットでは、第1方向に沿って第2センサよりもワークに近い位置に第1センサを取り付けることができる。このような構成によれば、ワークに近い側に配置された第1センサによってワークの高さ位置を検出できるとともに、第2センサを第1センサから離すことができて各センサの配置の自由度が向上する。このとき、ハンドのワークに向かう先端は、ワークがハンド及び第1センサに接触することなくワークによって第1センサの光軸を遮ることができるように、先端に向かってV字型またはU字型に広がるように分岐していることが好ましい。このようにV字型あるいはU字型に広がるようにワークの先端を分岐させることによって、ワークとの衝突を確実に避けながらワークの高さ方向の端部の位置を決定できるようになる。 In the robot of the present invention, the first sensor can be attached at a position closer to the work than the second sensor along the first direction. According to such a configuration, the height position of the work can be detected by the first sensor arranged on the side closer to the work, and the second sensor can be separated from the first sensor, so that the degree of freedom in the arrangement of each sensor is high. Is improved. At this time, the tip of the hand toward the work is V-shaped or U-shaped toward the tip so that the work can block the optical axis of the first sensor by the work without touching the hand and the first sensor. It is preferable that the branch is branched so as to spread to. By branching the tip of the work so as to spread in a V-shape or a U-shape in this way, it becomes possible to determine the position of the end portion in the height direction of the work while surely avoiding collision with the work.
本発明のロボットでは、上下方向に配置した発光素子及び受光素子を備える第2センサを使用し、ワークに近づく向きでの第1方向に沿ったハンドの動きに伴って発光素子及び受光素子の間の空間にワークの外縁を受け入れることができるように発光素子及び受光素子を配置してもよい。この構成によれば、第2センサでの発光素子から受光素子に向かう光軸の向きが上下方向となってワークの外縁をワークの外縁を確実に検出できるようになる。このような第2センサの一例としては、第1方向からワーク中心側に傾いた方向に対して第2センサの取り付け位置から延びる上腕及び下腕を有し、上腕及び下腕の一方に発光素子が、他方に受光素子が設けられ、全体としてコの字型の断面を有するものが挙げられる。このとき、上腕及び下腕はワークの中心に向けて延びていることが好ましい。上腕及び下腕がワークの中心に向けて延びることにより、コの字断面の最奥部にまで第2センサと干渉することなくワークを受け入れることが可能になり、ワークの外縁の検出を確実に行なえるようになる。 In the robot of the present invention, a second sensor including a light emitting element and a light receiving element arranged in the vertical direction is used, and between the light emitting element and the light receiving element as the hand moves along the first direction in a direction approaching the work. A light emitting element and a light receiving element may be arranged so that the outer edge of the work can be received in the space of. According to this configuration, the direction of the optical axis from the light emitting element to the light receiving element in the second sensor is in the vertical direction, and the outer edge of the work can be reliably detected. As an example of such a second sensor, it has an upper arm and a lower arm extending from the mounting position of the second sensor in a direction inclined from the first direction toward the center of the work, and a light emitting element is provided on one of the upper arm and the lower arm. However, the other side is provided with a light receiving element and has a U-shaped cross section as a whole. At this time, it is preferable that the upper arm and the lower arm extend toward the center of the work. By extending the upper and lower arms toward the center of the work, it is possible to receive the work up to the innermost part of the U-shaped cross section without interfering with the second sensor, ensuring the detection of the outer edge of the work. You will be able to do it.
本発明のロボットでは、ハンドに取り外し可能に取り付けられる治具に第1センサ及び第2センサが搭載される。治具を用いることにより、センサの取り付けを容易に行うことができ、かつ、教示の終了後にセンサを容易に取り外すことができるようになる。このとき、治具の外形がワークの外形の一部と一致するようにすれば、ハンドに沿うようにして治具をハンドに容易に取り付けられるようになる。 In the robot of the present invention, the first sensor and the second sensor are mounted on a jig that can be detachably attached to the hand. By using the jig, the sensor can be easily attached, and the sensor can be easily removed after the teaching is completed. At this time, if the outer shape of the jig matches a part of the outer shape of the work, the jig can be easily attached to the hand along the hand.
本発明のロボットでは、ハンドにワークの回転防止用の突起が設けられ、治具の外周にハンドの突起と係合する切り欠き部が設けられる。治具の外周にハンドの突起と係合する切り欠き部を設けることにより、治具の回転を防止できてこの回転に伴う教示結果におけるずれを抑制することができる。 In the robot of the present invention, the hand is provided with a protrusion for preventing the rotation of the work, and a notch portion that engages with the protrusion of the hand is provided on the outer periphery of the jig . By providing a notch portion on the outer periphery of the jig that engages with the protrusion of the hand, it is possible to prevent the jig from rotating and suppress the deviation in the teaching result due to this rotation.
本発明の別のロボットは、ワークを支持するハンドと昇降機構とを少なくとも備え、前記ワークを搬送するロボットであって、前記ワークをロード/アンロードするときに前記ハンドの移動方向を第1方向とし、前記第1方向と上下方向とに直交する方向を第2方向として、前記ハンドに取り付けられ発光部と受光部とを備えて前記第2方向に平行な光軸を有する第1センサと、前記ハンドに取り付けられ前記ワークの外縁を検出する2つの第2センサと、を有し、前記2つの第2センサは前記第2方向に沿って相互に離隔して配置されており、前記ハンドを前記上下方向への往復移動させることによる前記第1センサでの遮光によって前記ワークの高さ方向の端部を検出し、前記2つの第2センサによって前記ワークの異なる外縁を検出して、第1方向をY軸方向として第2方向をX軸方向とするXY座標系において、一方の第2センサが遮光されたことによって検出されるワークの外縁のXY座標を(Xa,Ya)とし、他方の第2センサが遮光されたことによって検出されるワークの外縁のXY座標を(Xb,Yb)とし、ワークは半径Rの円板形状であるとして、ワークの中心位置として、ワークの中心の座標(Xo,Yo)を下記の式によって算出する。 Another robot of the present invention is a robot that includes at least a hand that supports the work and an elevating mechanism and conveys the work, and when the work is loaded / unloaded, the movement direction of the hand is first. With the first sensor attached to the hand, having a light emitting portion and a light receiving portion, and having an optical axis parallel to the second direction, with the direction orthogonal to the first direction and the vertical direction as the second direction. The hand has two second sensors attached to the hand to detect the outer edge of the work, and the two second sensors are arranged apart from each other along the second direction. The end of the work in the height direction is detected by shading by the first sensor by reciprocating the work in the vertical direction, and different outer edges of the work are detected by the two second sensors . In the XY coordinate system with one direction as the Y-axis direction and the second direction as the X-axis direction, the XY coordinates of the outer edge of the work detected by shading one of the second sensors are (Xa, Ya) and the other. The XY coordinates of the outer edge of the work detected by the second sensor being shielded from light are set to (Xb, Yb), and the work has a disk shape with a radius R. The coordinates (Xo, Yo) of are calculated by the following formula.
本発明の別のロボットでも、第1センサによりワークの高さ方向の端部を検出するので、検出された高さ方向の端部の位置に基づき、第2センサによるワークの外縁の検出のために適切な高さ位置を設定できる。このため、ハンドに取り付けられた第2センサによってワークの異なる外縁を検出する処理を自動的に実行でき、自動教示によって、ワークの高さ位置と水平面内でのワークの中心位置とを容易に求めることができるようになる。 In another robot of the present invention, since the first sensor detects the end portion in the height direction of the work, the second sensor detects the outer edge of the work based on the position of the detected end portion in the height direction. The appropriate height position can be set. Therefore, the process of detecting different outer edges of the work can be automatically executed by the second sensor attached to the hand, and the height position of the work and the center position of the work in the horizontal plane can be easily obtained by the automatic teaching. You will be able to do it.
本発明によれば、搬送用ロボットについて、ダミーワークなどを必要とせず、簡単な機構で正確な自動教示を行うことができるようになる。 According to the present invention, it becomes possible to perform accurate automatic teaching with a simple mechanism without requiring a dummy work or the like for a transfer robot.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の一形態のロボットを示している。ここでは、水平面内方向をX軸方向及びY軸方向とし、垂直方向(上下方向)をZ軸方向とする直交座標系が設定されているものとする。この直交座標系は、ロボットに固定された座標系である。特に、説明のため、ステージに対してワークをロード/アンロードする際のハンドの移動方向をY軸方向すなわち第1方向と定める。X軸方向は第2方向となる。このロボットは、例えば特許文献1に記載される3リンクの水平多関節型ロボットであり、基台2に対して第1アーム3の一端が接続し、第1アーム3の他端に第2アーム4の一端が接続し、第2アーム4の他端に第3アーム5の一端が接続し、第3アーム5の他端にはワークを保持するための2つのハンド6,7が接続している。ハンド6,7は上下方向に重なるように設けられており、ハンド6は下ハンド、ハンド7は上ハンドである。基台2と第1アーム3の接続部、アーム3~5の相互の接続部、アーム5に対するハンド6,7も接続部はいずれもロボット関節として構成されており、それらの接続部を通る垂直な軸の周りでアーム3~5、ハンド6,7が回転可能となっている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a robot according to an embodiment of the present invention. Here, it is assumed that a Cartesian coordinate system is set in which the direction in the horizontal plane is the X-axis direction and the Y-axis direction, and the vertical direction (vertical direction) is the Z-axis direction. This Cartesian coordinate system is a coordinate system fixed to the robot. In particular, for the sake of explanation, the moving direction of the hand when loading / unloading the work with respect to the stage is defined as the Y-axis direction, that is, the first direction. The X-axis direction is the second direction. This robot is, for example, a 3-link horizontal articulated robot described in Patent Document 1, in which one end of the
基台2の内部には、アーム3~5、ハンド6,7を一体のものとしてZ軸方向に移動させる昇降機構8が設けられている。さらに図1(b)に示すように、ロボットを制御するロボットコントローラ11と、ロボットコントローラ11に接続して操作者から動作コマンドが入力するティーチングペンダント12も設けられている。本実施形態のロボットは自動教示を行うものであるが、自動教示を開始するなどのコマンドはティーチングペンダント12から入力される。また自動教示に必要なロボットの移動制御や位置の演算は、ロボットコントローラ11あるいはティーチングペンダントで実行される。図示されるロボットは、例えば、半導体ウエハのような、ほぼ円形で薄い形状のワークの搬送を想定して構成されたものであるが、本発明が適用可能なロボットは、半導体ウエハの搬送に用いられるロボットに限定されるものではなく、3リンクのロボットに限定されるものでもなく、水平多関節型ロボットに限定されるものでもない。
Inside the
本実施形態では、教示のための治具20を使用する。治具20は上側のハンド7に取り付けられるものである。図2は、上側のハンド7と治具20とを説明する図である。治具20を説明する前に、まず、ハンド7について説明する。ハンド7は、例えば半導体ウエハなどの薄い円板状のワークを保持し搬送するものであるが、搬送の途中でワークが回転したりしないように、ハンド7の中央部上面には突起17が設けられている。突起17の位置から先端側(アーム5との接続部とは反対側の端部側)においてハンド7は、突起17の位置から先端側に向けて、V字型に分岐して広がるように形成されている。V字型に分岐する代わりにU字型に分岐していてもよい。図において一点鎖線Tは、ハンド7におけるV字の両方の先端部18,19を結ぶ直線であり、一点鎖線Lはハンド7の長手方向の中心線である。この構成では、円形の物体に対して正面から直線的にハンド7を接近させた場合、その物体が先端部18,19と衝突する前に、その物体は両方の先端部18,19を結ぶ線Tよりもハンド7の中央側に入り込めることになる。この構成は、後述するZ軸方向での教示を行なうために必要な構成である。ワークは、ワークの外周部に設けられた円弧状の切り欠き部が突起17に係合するようにして、突起17の位置からハンド7の先端側の位置でハンド7によって保持される。ハンド6もハンド7と同様の構成を有する。
In this embodiment, the
治具20は、ハンド7でのワークの載置位置に合わせてハンド7に取り付けられる板状のものである。治具20には、第1センサと2つの第2センサ24,25が設けられている。治具20を用いることにより、第1センサ及び第2センサ24,25のハンド7への取り付けを容易に行うことができ、かつ、教示の終了後に第1センサ及び第2センサ24,25をハンド7から容易に取り外すことができるようになる。このとき、治具20の外形がワークの外形の一部と一致するようにすれば、ハンド7に沿うようにして治具20をハンド7に容易に取り付けられるようになる。
The
第1センサは、ハンド7のV字の両方の先端部18,19に対応するそれぞれ位置に設けられた発光部22及び受光部23からなっており、発光部22は、図示矢印で示すように、先端部18,19を結ぶ直線Tに沿ったレーザ光線を発し、受光部23はこの光線を受光する。治具20の外周には、ハンド7の突起17に係合する円弧状の切り欠き部26が設けられており、治具20のハンド7への固定を確実なものとしている。治具20も、ハンド7と同様に、その先端側(切り欠き部26とは反対側)がV字形状に形成されており、直線Tからハンド7の中央側に物体が入り込むことを阻止しない形状となっている。
The first sensor includes a
第2センサ24,25は、水平面内すなわちXY平面内でのワークの外縁を検出するために発光素子から上下方向に光軸を有する光を出射してこの光を受光素子で受ける遮光センサであり、突起17の位置よりはやや先端側であって、ハンド7の長手方向の中心線Lに対して対称となる位置に設けられている。すなわち第2センサ24,25は、X軸方向に沿って相互に離隔して配置していることになる。このとき、ワークに近づく向きでのY軸方向に沿ったハンド7の動きに伴って発光素子及び受光素子の間の空間にワークの外縁を受け入れることができるように、発光素子及び受光素子が配置されている必要がある。第2センサ24,25の一例として、Y軸方向からワーク中心側に傾いた方向に対して第2センサ24,25の取り付け位置から延びる上腕及び下腕を有し、上腕及び下腕の一方に発光素子が、他方に受光素子が設けられ、全体としてコの字型の断面を有するものが挙げられる。このとき、上腕及び下腕はワークの中心に向けて延びていることが好ましい。上腕及び下腕がワークの中心に向けて延びることにより、コの字断面の最奥部にまで第2センサ24,25と干渉することなくワークを受け入れることが可能になり、ワークの外縁の検出を確実に行なえるようになる。具体的には第2センサ24,25としては、例えばコの字型の断面形状を有するフォトインタラプタと称される安価なセンサを使用することができる。ワークと接触しない状態でワークによって遮光されるように、第2センサ24,25における発光素子と受光素子との間隔は、ワークの厚さよりも大きいことが必要である。コの字の断面形状を有するフォトインタラプタを第2センサ24,25として使用した場合、これらのフォトインタラプタは、治具20上に載置されるワークの中心を向いて開口するように設けられる。
The
最近では、マッピング用センサを設けたロボット用ハンドが実用化されている。マッピング用センサは、V字形状に形成されたハンドの両方の先端にそれぞれ発光素子と受光素子とを設けて構成されたものであるから、マッピング用センサを有するハンドをハンド7として用いる場合には、治具20には第1センサを設ける必要はない。この場合、治具20を介さずにハンド7そのものに第2センサ24,25を取り付けてもよく、そうすれば、治具20そのものが不要となる。
Recently, a robot hand provided with a mapping sensor has been put into practical use. Since the mapping sensor is configured by providing a light emitting element and a light receiving element at the tips of both hands formed in a V shape, when a hand having a mapping sensor is used as the
次に、本実施形態のロボットでの教示動作について説明する。本実施形態のロボットはワークを搬送するものであるので、教示の目標は、ステージに収納されているワークの位置、具体的にはワークの高さ方向の端部の位置とワークの水平面内での中心位置とをロボットに固定された座標系で求めることである。本実施形態では、自動教示として、ワークの高さ方向の端部の位置とワークの水平面内での中心位置とを自動的に決定する。教示では、ロボットのハンド7に取り付けられた第1センサ(発光部22及び受光部23)及び第2センサ24,25での検出結果を用いてロボットを移動させ、ステージに格納されたワークを検出し、これによってステージに格納されたワークとロボットとの間の位置関係を精密に決定する。教示に用いるワークは、実際の工程で使用されるワークであってもダミーワークであってもよい。第1センサ及び第2センサ24,25が冶具20に取り付けられている場合、冶具20に取り付けられているセンサの位置から得られるロボットのハンド7の教示位置は、冶具20を取り外して実際にワークを搬送するときにハンド7の位置からはオフセットしていることになる。冶具20の形状や設計寸法に応じてこのオフセットに関する情報をパラメータとして予め算出しておき、冶具20を用いて得た教示位置に対してオフセットによる補正を行って、ロボットによりワークを搬送するときに実際に使用する教示位置とする。
Next, the teaching operation of the robot of the present embodiment will be described. Since the robot of the present embodiment transports the work, the object of teaching is the position of the work housed in the stage, specifically, the position of the end portion in the height direction of the work and the horizontal plane of the work. It is to find the center position of the robot in the coordinate system fixed to the robot. In the present embodiment, as automatic teaching, the position of the end portion in the height direction of the work and the center position in the horizontal plane of the work are automatically determined. In the teaching, the robot is moved using the detection results of the first sensor (
本実施形態での教示では、まず、Z軸方向(高さ方向でのワーク位置)の教示を行う。図3はZ軸方向の教示を説明する図である。教示に先立って、ステージ31内の理想的な位置にワーク30を設置しておく。そのステージ31の正面となる位置であってワーク30のロード/アンロードの際の待機する位置に、ロボットのハンド7を移動させる。ステージの大まかな位置とステージに対する待機位置とは、予めロボットに対して入力しておく必要がある。この状態が図3(a)に示されている。この状態から自動教示が開始し、ハンド7をステージ31に向けて徐々に移動させる。このときのハンド7の移動方向はY軸方向である。ワーク30の底面の高さ位置を第1センサによって検出するために、ハンド7をY軸方向に移動させつつ、図3(b)に示すように、ロボットの基台2に設けられた昇降機構8(図1(b)参照)によりハンド7を一定の振幅でZ軸方向すなわち上下方向で往復移動させる。図示した例では、ハンド7の先端が矩形波状にZ軸方向に振動しながらY軸方向に移動するように、ハンド7を、Y軸方向に所定の第1の距離だけ移動させ、次にZ軸方向に所定の第2の距離だけ動かし、再び第1の距離だけY軸方向に移動させ、そののち、先にZ軸方向に動かした方向とは逆方向に第2の距離だけ移動させる。このような移動は、ロボットコントローラ11あるいはティーチングペンダント12による制御によって自動的に行なわれる。この移動工程を繰り返すことによって、ハンド7は徐々にワーク30に接近し、第1センサの発光部22から受光部23に向けられているレーザ光が、ハンド7がZ軸方向に上下移動しているときに遮られ、第1センサによってワーク30が検出されることになる。ワーク30を検出する過程でハンド7がワーク30に接触するとワーク30に位置が動いて教示がうまく行なえなくなるので、円板状のワーク30に接触しないようにハンド7を動かす必要があり、このため、ハンド7の先端側がV字形状に広がっていることが重要である。Z軸方向でハンド7がどの位置(すなわちZ高さ)にあるときにレーザ光が遮られて第1センサによってワーク30が検出されたかを求めることによって、ワーク30のZ軸方向での位置を求めることができ、これに基づいてZ軸方向でのロボットの教示が行なわれたことになる。ワーク30のZ高さが決定したら、ハンド7は自動的に待機位置まで後退する。
In the teaching in the present embodiment, first, the Z-axis direction (work position in the height direction) is taught. FIG. 3 is a diagram illustrating teaching in the Z-axis direction. Prior to teaching, the
図4は、Z軸方向の教示を行なっているときにおけるワーク30とハンド7の先端との位置関係を示す図であり、図において太線35は、第1センサの光軸位置で表されるハンド7の先端の位置を示している。ハンド7がY軸方向に動きつつZ軸方向(上下方向)に往復運動していると、第1センサにおいてレーザ光がワーク30によって遮光される現象は、いくつかの場合に分類することができる。ワーク30によって第1センサのレーザ光が遮光されるときは、ハンド7の先端がワーク30の位置に達した後、ハンド7の上下運動に応じて遮光される。ハンド7の上下運動は繰り返して行なわれるので、遮光は周期的に起こることになる。図4(a)は、1回目の遮光がハンド7の下降動作中に起きた場合を示しており、この例では、遮光開始時のタイミングからは、ワーク30の上面のZ高さが得られることになる。本実施形態で教示を行なっているロボットは、ワーク30を下から支持して搬送する搬送用のロボットであるから、ワーク30の上面のZ高さを求めても教示を行なったことにはならない。図4(b)は、1回目の遮光がハンド7の下降動作中に起きた場合の別の例を示している。ワーク30の外縁(エッジ)は、通常、丸みを帯びた断面形状となっており、図4(b)に示したものは、ワーク30の外縁をZ高さをして検出したことを示している。この場合も教示を行なったことにならない。図4(c)は、2回目の遮光がハンド7の上昇動作中に起きた例を示している。この場合、図4(c)に示すように、ワーク30の下面ではなくワーク30の外縁をZ高さとして検出することがあり、教示に用いるには不適切である。これに対し、図4(d)は、遮光が発生する上昇動作のうち2回目の上昇動作によりワーク30のZ高さを求めた場合を示している。2回目の上昇動作で検出されるZ高さは、ワーク30の下面のZ高さすなわちZ軸方向での真の位置を示しているので、これをZ軸方向の教示結果として用いればよい。
FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship between the
以上説明したZ軸方向での教示では、ハンド7をY軸方向に動かしつつ、ハンド7の先端の軌跡が矩形波状となるようにハンド7を上下方向(Z軸方向)に往復移動させているが、ハンド7の上下方向への往復移動の形態はこれに限られるものではない。ハンド7の先端が三角波状の軌跡を描くようにハンド7を動かしてもよいし、あるいは、正弦波状の軌跡を描くようにハンド7を動かしてもよい。
In the teaching in the Z-axis direction described above, while moving the
Z軸方向の教示に引き続いて、X軸及びY軸方向の自動教示(水平面内位置についての教示)を行なう。X軸及びY軸方向の教示では、ハンド7を実際にカセット31内に挿入してワーク30のX軸方向及びY軸方向の位置を検出する。このとき、ハンド7がワーク30と衝突したり接触したりしないように、Z軸方向での教示で求めたワーク30の下面のZ高さに基づいて、ハンド7のZ軸方向の位置を決定する。図5はX軸及びY軸方向の教示を説明する図である。まず、図5(a)に示すように、Z方向の教示で得られた結果に基づいてハンド7の高さを設定し、ハンド7をステージ31に対する待機位置に移動させる。続いて、図5(b)に示すように、ハンド7をY軸方向に直線的に前進させる。その結果、ハンド7がワーク30に接触することなく、第2センサ24,25の少なくとも一方においてワーク30がその第2センサ24,25の開口に入り込んで遮光が発生する。このとき、ハンド7がワーク30に対して正確に位置づけられていれば第2センサ24,25での遮光が同時に発生するが、実際には第2センサ24,25の一方において先に遮光が発生する。第2センサ24,25のどちらで先に遮光が発生するかによって、X軸及びY軸方向の教示における動作パターンが2通りのものとなる。
Following the teaching in the Z-axis direction, automatic teaching in the X-axis and Y-axis directions (teaching about the position in the horizontal plane) is performed. In the teaching in the X-axis direction and the Y-axis direction, the
図6(a)は、ハンド7の進行方向に対して左側にある第2センサ24において右側にある第2センサ25よりも先に遮光が生じた場合を示している。この場合、第2センサ24において遮光を検出した段階でハンド7の前進(Y軸方向への移動)を停止し、その後、X軸に沿って図示矢印で示すようにハンド7を左方向に移動させる。その結果、右側の第2センサ25において遮光が発生するから、第2センサ25での遮光の発生を検出した後、ハンド7を待機位置に後退させる。一方、図6(b)は、右側にある第2センサ25において左側の第2センサ24よりも先に遮光が生じた場合を示している。この場合、第2センサ25において遮光を検出した段階でハンド7の前進を停止し、その後、X軸に沿って図示矢印で示すように、左側の第2センサ24において遮光が発生するまでハンド7を右方向に移動させ、第2センサ24での遮光の発生を検出した後、ハンド7を待機位置に後退させる。
FIG. 6A shows a case where the
図6(a)または図6(b)に示す処理を行なうことにより、第2センサ24,25において遮光が起きたときのワーク30の外縁のXY座標が取得される。ハンド7の前進方向に対して左側の第2センサ24によって取得される座標を(Xa,Ya)とし、右側の第2センサ25によって取得される座標を(Xb,Yb)とし、円板状のワーク30の半径をRとすると、ワーク30の中心のXY座標(Xo,Yo)は、下記の式によって計算される。ワーク30の中心のXY座標(Xo,Yo)を取得することによって、X軸及びY軸方向についての教示が行なわれたことになる。
By performing the process shown in FIG. 6A or FIG. 6B, the XY coordinates of the outer edge of the
ところで、本実施形態における自動教示は、治具20に取り付けた第1センサ(発光部22及び受光部23)と第2センサ24,25とにおける検出結果に基づいている。ロボットを実際に稼動してワーク30を搬送するときには治具20を使用しないから、上述したように治具20の形状や設計寸法に応じてこのオフセット値を算出し、上記の手順で取得した教示位置に対してオフセット値に基づく補正を行って、ロボットによりワークを搬送するときに実際に使用する教示位置としている。しかしながら、治具20の取り付け誤差や各センサにおける検知誤差などのために、治具20の形状や設計寸法から求めたオフセット値で教示位置を補正するだけでは不十分となる場合がある。特に、X軸方向及びY軸方向の位置において、取り付け誤差や検知誤差の影響が強く現れる。そこで本実施形態では、教示対象のステージの数などによらず、全体で1回だけキャリブレーションを行なう必要がある。1回のキャリブレーションの結果が全てのステージに対して適用される。以下、キャリブレーションについて説明する。
By the way, the automatic teaching in the present embodiment is based on the detection results of the first sensor (
図7及び図8はキャリブレーションを説明する図である。図7に示すようにキャリブレーションでは、操作者などの人間によって、ハンド7における理想とされる位置にワーク30を配置する。そして、ロボットを操作していずれかのステージ31にワーク30を収納する。ワーク30が収納されるステージ31に制限はなく、仮設のステージ31に対してワーク30を収納してもよい。次に、上述したZ軸方向の自動教示を行って、ハンド7のステージ31に対する挿入高さを計算し、その後、キャリブレーションモードとして上述したX軸及びY軸方向の自動教示と同様の処理により、XY座標におけるワーク30の位置を決定する。図8は、このとき得られるワーク30の位置を説明する図である。ロボットを操作してステージ31にワーク30を収納するときにはロボットの移動経路が記録されているから、ステージ31に収納されたワーク30についてロボットに固定された座標系における実際の位置が取得されることになる。図8において実線で示す円41は、ワーク30の実際の位置を示している。一方、図8において破線で示す円42は、キャリブレーションモードにおいて決定されたワーク30の位置を示している。これらの2つの円41,42のずれDは、補正すべきずれであってキャリブレーション結果となるものである。図8に示すようなずれDは、各ステージについての教示を行なっているときに常に存在するが、ステージごとに大きさとずれの方向は同一である。したがって、1回のキャリブレーションによってずれDを決定し、このずれDに基づいて教示結果を補正すれば、各ステージにおいて治具20の取り付け誤差やセンサの検知誤差による影響を完全に排除でき、X軸及びY軸についての実際の教示座標を得ることができる。
7 and 8 are diagrams illustrating calibration. As shown in FIG. 7, in the calibration, the
[本実施形態の効果]
本実施形態によれば、第1センサの発光部22及び受光部23と第2センサ24,25とを有する治具20をハンド7に取り付けるだけで、各ステージ31側には治具やセンサ類を必要とせず、また、特別な教示用ワークも使用することなく、搬送用ロボットにおける自動教示を低コストかつ簡単な事前準備で実行することができる。また、Z軸方向の教示と、この教示結果を用いたX軸及びY軸方向の教示との2段階で自動教示を行なうため、高い精度かつ高い効率で教示を行なうことができる。
[Effect of this embodiment]
According to the present embodiment, only the
2…基台、3~5…アーム、6,7…ハンド、8…昇降機構、17…突起、20…治具、22…発光部、23…受光部、24,25…第2センサ、26…切り欠き部、30…ワーク、31…ステージ。 2 ... Base, 3-5 ... Arm, 6, 7 ... Hand, 8 ... Elevating mechanism, 17 ... Protrusion, 20 ... Jig, 22 ... Light emitting part, 23 ... Light receiving part, 24, 25 ... Second sensor, 26 ... notch, 30 ... work, 31 ... stage.
Claims (7)
前記ワークをロード/アンロードするときに前記ハンドの移動方向を第1方向とし、前記第1方向と上下方向とに直交する方向を第2方向として、
前記ハンドに取り付けられ発光部と受光部とを備えて前記第2方向に平行な光軸を有する第1センサと、
前記ハンドに取り付けられ前記ワークの外縁を検出する第2センサと、
を有し、
前記第1センサ及び前記第2センサは、前記ハンドに取り外し可能に取り付けられる治具に搭載され、
前記ハンドに前記ワークの回転防止用の突起を有し、前記治具の外周に前記突起と係合する切り欠き部を有し、
前記ハンドを前記上下方向への往復移動させることによる前記第1センサでの遮光によって前記ワークの高さ方向の端部を検出し、前記第2センサによって前記ワークの異なる外縁を検出して、前記ワークの中心位置を算出するロボット。 A robot that has at least a hand that supports the work and an elevating mechanism to convey the work.
When loading / unloading the work, the moving direction of the hand is set as the first direction, and the direction orthogonal to the first direction and the vertical direction is set as the second direction.
A first sensor attached to the hand, having a light emitting part and a light receiving part, and having an optical axis parallel to the second direction,
A second sensor attached to the hand and detecting the outer edge of the work,
Have,
The first sensor and the second sensor are mounted on a jig that is detachably attached to the hand.
The hand has a protrusion for preventing rotation of the work, and the outer periphery of the jig has a notch that engages with the protrusion.
The end of the work in the height direction is detected by shading by the first sensor by reciprocating the hand in the vertical direction, and different outer edges of the work are detected by the second sensor. A robot that calculates the center position of the work.
前記発光素子及び前記受光素子は、前記ワークに近づく向きでの前記第1方向に沿った前記ハンドの動きに伴って前記発光素子及び前記受光素子の間の空間に前記ワークの前記外縁を受け入れることができるように配置されている、請求項1乃至3のいずれかに記載のロボット。 The second sensor includes a light emitting element and a light receiving element arranged in the vertical direction.
The light emitting element and the light receiving element receive the outer edge of the work in the space between the light emitting element and the light receiving element as the hand moves along the first direction in a direction approaching the work. The robot according to any one of claims 1 to 3, which is arranged so as to be capable of performing.
前記上腕及び前記下腕は前記ワークの中心に向けて延びている、請求項4に記載のロボット。 The second sensor has an upper arm and a lower arm extending from the mounting position of the second sensor with respect to a direction inclined from the first direction toward the center of the work, and the upper arm and the lower arm have the upper arm and the lower arm. The light emitting element is provided with the light receiving element on the other side, and has a U-shaped cross section as a whole.
The robot according to claim 4, wherein the upper arm and the lower arm extend toward the center of the work.
前記ワークをロード/アンロードするときに前記ハンドの移動方向を第1方向とし、前記第1方向と上下方向とに直交する方向を第2方向として、
前記ハンドに取り付けられ発光部と受光部とを備えて前記第2方向に平行な光軸を有する第1センサと、
前記ハンドに取り付けられ前記ワークの外縁を検出する2つの第2センサと、
を有し、
前記2つの第2センサは前記第2方向に沿って相互に離隔して配置されており、
前記ハンドを前記上下方向への往復移動させることによる前記第1センサでの遮光によって前記ワークの高さ方向の端部を検出し、前記2つの第2センサによって前記ワークの異なる外縁を検出し、
前記第1方向をY軸方向として前記第2方向をX軸方向とするXY座標系において、一方の前記第2センサが遮光されたことによって検出される前記ワークの外縁のXY座標を(Xa,Ya)とし、他方の前記第2センサが遮光されたことによって検出される前記ワークの外縁のXY座標を(Xb,Yb)とし、前記ワークは半径Rの円板形状であるとして、
前記ワークの中心位置として、前記ワークの中心の座標(Xo,Yo)を
When loading / unloading the work, the moving direction of the hand is set as the first direction, and the direction orthogonal to the first direction and the vertical direction is set as the second direction.
A first sensor attached to the hand, having a light emitting part and a light receiving part, and having an optical axis parallel to the second direction,
Two second sensors attached to the hand to detect the outer edge of the work,
Have,
The two second sensors are arranged apart from each other along the second direction.
The end of the work in the height direction is detected by shading by the first sensor by reciprocating the hand in the vertical direction, and different outer edges of the work are detected by the two second sensors.
In the XY coordinate system with the first direction as the Y-axis direction and the second direction as the X-axis direction, the XY coordinates of the outer edge of the work detected by shading one of the second sensors are (Xa, It is assumed that the XY coordinates of the outer edge of the work detected by the other second sensor being shielded from light are (Xb, Yb), and the work is in the shape of a disk having a radius R.
As the center position of the work, the coordinates (Xo, Yo) of the center of the work are set.
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