JPWO2017109851A1 - 教示用治具、教示システム、教示方法およびロボット - Google Patents

Abstract

教示用治具は、基板を搬送するハンドを有しておりハンドの高さを変化させるロボットによって基板の代わりに搬送されるとともに、基板を模した形状を有している。また、教示用治具は、支持された状態における自重による圧力分布を検知する感圧シートを備える。また、教示システムは、教示用治具と、ステーションと、処理装置とを備える。ステーションは、基板の搬送先に設置され、基板を支持する支持部材を有する。処理装置は、感圧シートによる検知結果を処理する。

Description

開示の実施形態は、教示用治具、教示システム、教示方法およびロボットに関する。

従来、基板搬送ロボットなどのロボットを教示する際に、教示用の治具を用いることが一般的に知られている。

かかる教示用治具としては、基板の搬送先に固定され、位置検出用の突起などを有するものがある。この教示用治具を用いる場合、ロボットのハンドに設けられたセンサで、位置検出用の突起を検出することによって、ハンドと教示用治具との相対位置を算出し、算出結果に基づいてロボットの教示を行う（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−１２３２６１号公報

しかしながら、上記した従来技術のように基板の搬送先に教示用治具を固定する場合、教示用治具を正確な位置に設置する必要があり、設置作業の作業負荷が大きくなるという懸念がある。

たとえば、基板の搬送先によっては、教示用治具を目視しにくかったり、設置のための空きスペースが小さかったりするので、設置作業が行いづらく、設置作業の時間がかさんでしまう。

実施形態の一態様は、容易かつ迅速にロボットを教示することができる教示用治具、教示システム、教示方法およびロボットを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る教示治具は、基板を搬送するハンドを有しており前記ハンドの高さを変化させるロボットによって前記基板の代わりに搬送されるとともに、前記基板を模した形状を有している。また、教示用治具は、支持された状態における自重による圧力分布を検知する感圧シートを備える。

実施形態の一態様によれば、容易かつ迅速にロボットを教示することが可能な教示用治具、教示システム、教示方法およびロボットを提供することができる。

図１は、教示用治具の概要を示す斜視模式図である。 図２は、教示用治具の構成を示すブロック図である。 図３は、教示システムの概要を示す上面模式図である。 図４は、ロボットの斜視図である。 図５は、ハンドの上面模式図である。 図６は、コントローラのブロック図である。 図７Ａは、カセットの支持部材に支持された教示用治具を示す斜視模式図である。 図７Ｂは、ハンドの動作を示す説明図である。 図７Ｃは、ハンドの高さと圧力の計測値との関係を示す図である。 図７Ｄは、２つの支持部材に高低差がある場合を示す図である。 図８Ａは、教示用治具が検出した圧力分布の例その１を示す図である。 図８Ｂは、教示用治具が検出した圧力分布の例その２を示す図である。 図８Ｃは、教示用治具が検出した圧力分布の例その３を示す図である。 図９Ａは、教示用治具が検出した圧力分布の例その４を示す図である。 図９Ｂは、教示用治具が検出した圧力分布の例その５を示す図である。 図９Ｃは、教示用治具が検出した圧力分布の例その６を示す図である。 図１０は、教示システムが実行する処理手順を示すフローチャートである。 図１１は、ハンドに感圧シートを設置する場合の計算例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する教示用治具、教示システム、教示方法およびロボットを詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態では、ロボットによって搬送される基板が円形の基板である場合について説明するが、基板の形状は、矩形等の他の形状であってもよい。また、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下に示す実施形態では、「同一」、「平行」、「一致」、「中心」、「水平」、「鉛直」といった表現を用いる場合があるが、厳密にこれらの状態を満たすことを要しない。すなわち、上記した各表現は、製造精度、設置精度、処理精度、検出精度などのずれを許容するものとする。

まず、実施形態に係る教示用治具５０について図１を用いて説明する。図１は、教示用治具５０の概要を示す斜視模式図である。図１に示すように、教示用治具５０は、ロボットによって搬送される基板（以下、単に「基板」という）を模した形状を有している。ここで、「模する」とは、少なくとも、教示用治具の主面の形状が、基板の主面の形状と同一であることを指す。

たとえば、基板が円形である場合には、少なくとも、図１に示した教示用治具５０の半径Ｒが、基板の半径と同一であればよい。なお、教示用治具５０の厚みＨは、基板の厚みと同一であることが好ましいが、かかる基板の厚みよりも厚くてもよい。また、教示用治具５０の厚みを外周部において基板の厚みと同一とし、中央部の厚みを外周部よりも厚めとしてもよい。

図１に示すように、教示用治具５０は、本体部５１と、感圧シート５２とを備える。本体部５１は、半径Ｒが基板の半径と同一な円板状の形状を有する。感圧シート５２は、本体部５１の主面の一方に接着などによって固定される。また、教示用治具５０の重心は、主面５１ａ，５２ａの中心５０Ｃを結ぶ線上にあることが好ましい。なお、感圧シート５２は、本体部５１の主面の全体を覆う必要はない。具体的には、後述する支持部材によって支持される領域を含むように感圧シート５２が配置されていれば足りる。

ここで、教示用治具５０の感圧シート５２側の主面５２ａが、後述するロボットのハンドに載置される側である。すなわち、後述するロボットのハンドは、教示用治具５０の本体部５１側の主面５１ａを上側に、感圧シート５２側の主面５２ａを下側にした姿勢で、教示用治具５０を主面５２ａ側から支持することによって保持する。

なお、本実施形態では、ロボットのハンドの上面に教示用治具５０が載置される場合について説明するが、吸着機構を有するハンドで、教示用治具５０を主面５１ａ側から吸着することによって保持することとしてもよい。この場合においても、教示用治具５０は、感圧シート５２側の主面５２ａを下側にした姿勢でハンドに保持される。

また、感圧シート５２には、図１に示すように、検出部５２ｐが同図に示すαβ直交座標系のα軸およびβ軸にそれぞれ沿ってマトリクス状に配置されており、各検出部５２ｐが、圧力を検出する。すなわち、感圧シート５２は、教示用治具５０が、後述する支持部材によって支持された状態における教示用治具５０の自重による圧力分布を検出する。つまり、支持部材と接触する領域内にある各検出部５２ｐが、自重に対する支持部材からの反力を検出する。

なお、本体部５１の材質としては、基板の主材であるＳｉ（シリコン）よりも比重が大きい元素を用いることができる。これにより、検出部５２ｐで検出される検出値を大きくすることができるので、計測精度を高めることができる。

このように、実施形態に係る教示用治具５０を、後述するロボットの教示に用いることとすれば、各ステーション（図３参照）に搬送された教示用治具５０によって検出される圧力分布に基づき、各ステーションの設置位置や設置向きのずれを検出可能である。

つまり、各ステーションに対して精密な治具などを配置して上記したずれを検出する必要がない。したがって、実施形態に係る教示用治具５０によれば、容易かつ迅速にロボットを教示することができる。なお、教示用治具５０による検出結果の処理手順の詳細については、図７Ａ等を用いて後述する。

次に、図１に示した教示用治具５０の構成について図２を用いて説明する。図２は、教示用治具５０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、教示用治具５０は、感圧シート５２と、取得部５３と、送信部５４と、電源部５５とを備える。

感圧シート５２は、図１を用いて既に説明したように、教示用治具５０の自重による圧力分布を検出するシート状の部材である。取得部５３は、感圧シート５２における各検出部５２ｐによって検出された検出値の集合（圧力分布）を取得する。

また、送信部５４は、取得部５３によって取得された圧力分布を含んだ情報を、後述するコントローラ２０（図６参照）へ向けて送信する。電源部５５は、感圧シート５２、取得部５３および送信部５４に対して電力を供給する電池などのデバイスである。なお、取得部５３、送信部５４および電源部５５は、図１に示した本体部５１に設けることとすればよい。また、取得部５３、送信部５４および電源部５５は、教示用治具５０全体としての重心が図１に示した主面５１ａ，５２ａを結ぶ線上にあるように配置することが好ましい。

ここで、本実施形態では、送信部５４がコントローラ２０と無線通信する場合について説明するが、有線通信することとしてもよい。有線通信する場合、教示用治具５０に通信用のケーブルを設け、かかるケーブルを後述するロボットのアームに沿って配策し、最終的にコントローラ２０に接続することとすればよい。また、図２に示した電源部５５を省略し、有線通信用のケーブルや、電力供給用のケーブルを介して電力を供給することとしてもよい。

次に、図１および図２を用いて説明した教示用治具５０を用いてロボット１０の教示を行う教示システム１について図３を用いて説明する。図３は、教示システム１の概要を示す上面模式図である。なお、図３には、説明をわかりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸、搬送室１００の長辺に沿った向きをＸ軸、搬送室１００の短辺に沿った向きをＹ軸とする３次元の直交座標系を示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。

図３に示すように、教示システム１は、搬送室１００と、ロボット１０と、ステーション２００とを備える。搬送室１００は、いわゆるＥＦＥＭ（Equipment Front End Module）であり、清浄なダウンフローの気流を内部に流す局所クリーン化された筐体である。

また、搬送室１００は、たとえば、同図のＸ軸方向を長辺とする矩形状であり、Ｙ軸負方向側の側壁には、ステーション２００の一種であるカセット２００ａが複数並べて配置される。また、Ｙ軸正方向側の側壁には、ステーション２００の一種である処理室２００ｂが配置される。なお、搬送室１００の短辺（同図のＹ軸に沿う辺）や、短辺の内側にも、処理室２００ｂが配置される場合がある。

また、搬送室１００の内部には、ステーション２００の一種であるアライナ装置２００ｃが配置される。なお、アライナ装置２００ｃは、ロボット１０によって搬送される基板の向きを検知して整える装置である。

ここで、カセット２００ａや、処理室２００ｂを設置するために側壁に設けられる開口の位置や大きさ、間隔といった寸法は、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）規格に準拠している。また、上記した各ステーション２００における各種寸法についても、ＳＥＭＩ規格に準拠している。

ロボット１０は、搬送室１００内に設置されており、教示を受ける段階では、図１や図２で説明した教示用治具５０を、各ステーション２００へ搬送する。なお、ロボット１０や、ロボット１０のハンドの構成の詳細については、図４および図５を用いて後述する。

ステーション２００の一種であるカセット２００ａは、いわゆるＦＯＵＰ（Front-Opening Unified Pod）であり、基板を多段に収納する機器である。なお、図３では、３つのカセット２００ａを示しているが、カセット２００ａの個数は任意の数であってよい。また、図３に示した処理室２００ｂおよびアライナ装置２００ｃの個数についても任意の数であってよい。

次に、ロボット１０の構成について図４を用いて説明する。図４は、ロボット１０の斜視図である。同図に示すように、ロボット１０は、本体部１０ａと、昇降軸１０ｂと、第１アーム１１と、第２アーム１２と、ハンド１３とを備える。なお、図４には、２つのハンド１３を備えるロボット１０を例示しているが、ハンド１３は１つとしてもよい。

本体部１０ａは、搬送室１００（図３参照）の床面等に固定され、昇降軸１０ｂを昇降させる昇降機構（図示せず）を内蔵する。昇降軸１０ｂは、第１アーム１１の基端部を第１軸Ａ１まわりに旋回可能に支持するとともに、第１軸Ａ１に沿って昇降する。なお、昇降軸１０ｂ自体を第１軸Ａ１まわりに回転させることとしてもよい。

第１アーム１１は、第２アーム１２の基端部を第２軸Ａ２まわりに旋回可能に先端部で支持する。第２アーム１２は、２つのハンド１３の基端部を第３軸Ａ３まわりにそれぞれ独立して旋回可能に先端部で支持する。つまり、ハンド１３は、同軸配置される回転機構（図示せず）によって、それぞれ独立して旋回する。

このように、ロボット１０は、第１アーム１１、第２アーム１２およびハンド１３の３リンクの水平多関節ロボットである。また、ロボット１０は、上記したように、昇降機構を有しているので、カセット２００ａ内に多段配置される基板に対してそれぞれアクセスすることができる。なお、ロボット１０から第２アーム１２を省略し、第１アーム１１およびハンド１３の２リンクの水平多関節ロボットとしてもよい。

さらに、ロボット１０は、たとえば、カセット２００ａと異なる高さに配置される処理室２００ｂ（図３参照）や、基板の向きを整えるアライナ装置２００ｃ（図３参照）にアクセスすることもできる。

次に、図４に示したハンド１３について図５を用いてさらに詳細に説明する。図５は、ハンド１３の上面模式図である。なお、図５以降では、説明をわかりやすくするために、１つのハンド１３のみを示すこととする。また、図５には、正しい位置に載置された基板３００を参考のため破線で示している。なお、ロボット１０の教示を行う場合には、基板３００の代わりに教示用治具５０（図１参照）が載置されることになる。

図５に示すように、ハンド１３は、基部１３ａと、フォーク部１３ｂとを備える。基部１３ａの基端側は、第３軸Ａ３まわりに旋回可能に第２アーム１２（図４参照）によって支持される。フォーク部１３ｂは、基部１３ａの先端側に設けられ、先端側が二股にわかれている。なお、二股にわかれたフォーク部１３ｂの各先端側にカセット２００ａに収容された基板３００を検知するセンサ（いわゆるマッピングセンサ）を設けることとしてもよい。

また、図５に示すように、ハンド１３によって保持される基板３００の中心に対応する位置は、ハンド１３の基準位置１３Ｃである。そして、たとえば、第３軸Ａ３と基準位置１３Ｃとを結ぶ線が、ハンド１３の向きを示すハンド中心線１３ＣＬである。

また、図５に示すように、ハンド１３のフォーク部１３ｂには、基板３００を支持する支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３が設けられる。支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３は、ハンド１３の基準位置１３Ｃを中心とする同心円上に等間隔でそれぞれ配置される。つまり、支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３から等距離にある点が、図５に示した基準位置１３Ｃとなる。

なお、ハンド１３は、基板３００や、教示用治具５０（図１参照）を把持する把持機構を備えるものとする。また、ハンド１３は、把持機構のかわりに吸着機構などの保持機構を備えることとしてもよい。

次に、ロボット１０（図４参照）の教示や、ロボット１０やステーション２００の動作制御を行うコントローラ２０について図６を用いて説明する。図６は、コントローラ２０のブロック図である。なお、同図には、ロボット１０、教示用治具５０およびステーション２００を併せて示している。

図６に示すように、コントローラ２０は、制御部２１と、記憶部２２と、受信部２３とを備える。制御部２１は、第１算出部２１ａと、第２算出部２１ｂと、補正部２１ｃと、動作制御部２１ｄとを備える。また、記憶部２２は、仮教示データ２２ａと、本教示データ２２ｂとを記憶する。

なお、図６では、受信部２３と、制御部２１の第１算出部２１ａ、第２算出部２１ｂおよび補正部２１ｃとを含んだ処理装置３０が、コントローラ２０内にある場合を示した。しかしながら、これに限らず、コントローラ２０と通信可能な処理装置３０を、コントローラ２０の外部装置として構成することとしてもよい。

ここで、コントローラ２０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部２１の第１算出部２１ａ、第２算出部２１ｂ、補正部２１ｃおよび動作制御部２１ｄとして機能する。

また、制御部２１の第１算出部２１ａ、第２算出部２１ｂ、補正部２１ｃおよび動作制御部２１ｄの少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

また、記憶部２２は、たとえば、ＲＡＭやＨＤＤに対応する。ＲＡＭやＨＤＤは、仮教示データ２２ａおよび本教示データ２２ｂを記憶することができる。なお、コントローラ２０は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。

受信部２３は、教示用治具５０から圧力分布を含んだ情報を受信する通信デバイスである。また、受信部２３は、受信した情報を制御部２１の第１算出部２１ａおよび第２算出部２１ｂへ通知する。なお、本実施形態では、受信部２３は、無線通信で教示用治具５０と通信することとするが、有線通信で教示用治具５０と通信することとしてもよい。

コントローラ２０の制御部２１は、ロボット１０の教示を行うとともに、ロボット１０およびステーション２００の動作制御を行う。なお、図６では、コントローラ２０がステーション２００の動作制御を行う場合を示したが、コントローラ２０の外部装置でステーション２００の動作制御を行うこととしてもよい。

第１算出部２１ａは、動作制御部２１ｄから受け取ったロボット１０におけるハンド１３の位置情報と、受信部２３から受け取った圧力分布を含んだ情報とに基づき、ロボット１０の設置面に対するステーション２００の位置や姿勢を算出する。

具体的には、第１算出部２１ａは、ロボット１０の設置面に対するステーション２００における支持部材の高さおよび傾きのうち少なくとも一方を算出する。なお、第１算出部２１ａが実行する算出処理の詳細については、図７Ａ〜図７Ｄを用いて後述する。また、第１算出部２１ａは、算出結果を補正部２１ｃへ通知する。

第２算出部２１ｂは、受信部２３から受け取った圧力分布を含んだ情報に基づき、教示用治具５０のステーション２００に対する水平向きのずれや回転ずれを算出する。具体的には、第２算出部２１ｂは、教示用治具５０が支持部材に支持された状態における静的な圧力分布における、圧力を検出した部位の外形や、圧力を検出した複数の部位の重心位置に基づき、上記した水平向きのずれを算出する。また、第２算出部２１ｂは、圧力を検出した部位の位置に基づき、上記した回転ずれを算出する。

なお、第２算出部２１ｂが実行する算出処理の詳細については、図８Ａ〜図９Ｃを用いて後述する。また、第２算出部２１ｂは、算出結果を補正部２１ｃへ通知する。

補正部２１ｃは、第１算出部２１ａおよび第２算出部２１ｂから受け取った算出結果に基づき、仮教示データ２２ａを補正し、補正後の仮教示データ２２ａを本教示データ２２ｂとして記憶部２２に記憶させる。たとえば、補正部２１ｃは、第１算出部２１ａによって算出されたステーション２００における支持部材の高さにあわせて仮教示データ２２ａを補正する。

なお、第１算出部２１ａによって支持部材の傾きが算出された場合には、補正部２１ｃによる補正の代わりに、支持部材が傾いている旨を図示しない表示部へ表示したり、図示しない報知部を介して音や光を出力したりすることで、報知することとすればよい。

ここで、仮教示データ２２ａに対応する「仮教示」、本教示データ２２ｂに対応する「本教示」について説明しておく。ロボット１０に対してカセット２００ａなどのステーション２００の位置を教示する場合、まずは、ロボットシミュレーション装置などを用いてロボット１０の「仮教示」が行われる。「仮教示」とは、後述する「本教示」に先立って行われる粗い精度の教示である。

また、ロボットシミュレーション装置とは、ロボット１０の動作を再現した画像を表示部に表示させることで、ロボット１０とロボット１０の周囲環境とを視認可能としつつ、作業者の入力操作に基づいてロボット１０の教示データを生成する装置のことを指す。

かかる「仮教示」が完了すると、「仮教示」が完了したロボット１０を搬送室１００に設置する。従来は、実際の動作環境でロボット１０を動作させつつ、仮教示データ２２ａを補正する「本教示」の作業が行われていた。ここで、「本教示」の作業とは、たとえば、精密な治具を配置し、目視確認などによってロボット１０に正確な搬送位置などを教示する手作業を含んだ作業のことを指す。

本実施形態に係る教示システム１では、教示用治具５０を用いることで、作業負荷が高い「本教示」の作業を行うことなく、仮教示データ２２ａから、本教示データ２２ｂを生成することができる。したがって、教示システム１によれば、容易かつ迅速にロボット１０の教示を行うことができる。

次に、動作制御部２１ｄは、仮教示データ２２ａに基づいてロボット１０における各軸に対応するアクチュエータ（図示せず）に指示することで、ロボット１０に教示用治具５０を教示対象のステーション２００へ搬送させる。また、動作制御部２１ｄは、ハンド１３の位置情報を第１算出部２１ａへ通知する。

なお、動作制御部２１ｄは、補正部２１ｃによって本教示データ２２ｂが生成された後には、本教示データ２２ｂに基づいてロボット１０を動作させる。

仮教示データ２２ａおよび本教示データ２２ｂは、ハンド１３の移動軌跡をはじめとするロボット１０の動作を規定するプログラムである「ジョブ」を含んだ情報である。また、上記したように、本教示データ２２ｂは、補正部２１ｃによる補正後の仮教示データ２２ａである。

次に、図６に示した第１算出部２１ａが実行する算出処理の詳細について図７Ａ〜図７Ｄを用いて説明する。

図７Ａは、カセット２００ａの支持部材２０１に支持された教示用治具５０を示す斜視模式図である。なお、図７Ａに示した２つの支持部材２０１は、図３に示したカセット２００ａの左右内側（Ｘ軸の正側および負側）にＹ軸に沿ってそれぞれ設けられる。

図７Ｂは、ハンド１３の動作を示す説明図である。なお、図７Ｂは、図３に示したＹ軸の負方向側からみた側面図である。図７Ｂに示すように、教示用治具５０を搬送するハンド１３を支持部材２０１の上方から下降させると（図７Ｂの向き７０１参照）、教示用治具５０は、図７Ａに示した２つの支持部材２０１に支持された状態となる。

具体的には、ハンド１３の幅（図５に示したＸ軸方向についての幅）は、２つの支持部材２０１の間隔よりも幅が狭いため、ハンド１３を下降させると、教示用治具５０は、２つの支持部材２０１に当接してハンド１３から離れる。そして、図７Ａに示したように２つの支持部材２０１に支持された状態となる。

まず、２つの支持部材２０１の高さに差がない場合、すなわち、２つの支持部材２０１の上面が図７Ｂに示したＹ軸と平行である場合について説明する。図７Ｃは、ハンド１３の高さと圧力の計測値との関係を示す図である。

図７Ｃの上側には、ハンド１３の高さＺと、時間Ｔとの関係とを示した線７０２を示している。ハンド１３を下降させる場合、線７０２は、同図に示すように、右下がりの線となる。一方、図７Ｃの下側には、圧力の計測値Ｐと、時間Ｔとの関係を示した線７０３を示している。ここで、計測値Ｐは、支持部材２０１に接する領域における１点（図１に示した検出部５２ｐのいずれか）の値、または、複数点の平均値である。

計測値Ｐは、教示用治具５０が支持部材２０１へ接触しはじめると上昇し、教示用治具５０が完全に支持部材２０１に支持されて静止すると一定値をとる。ここで、線７０３が上昇し始める時間を時間Ｔ１とし、時間Ｔ１と線７０２との交点７０４の高さを高さＺ１とすると、高さＺ１が、支持部材２０１の高さとなる。

このように、第１算出部２１ａ（図６参照）は、教示用治具５０が支持部材２０１に支持される際における感圧シート５２の圧力分布の経時変化に基づき、支持部材２０１の高さを算出する。なお、支持部材２０１の高さの基準は、ロボット１０の設置面、たとえば、ロボット１０が設置される搬送室１００内部の床面とすることができる。

次に、２つの支持部材２０１の高さに差がある場合、すなわち、２つの支持部材２０１の上面が図７Ｂに示したＹ軸に対して傾いている場合について説明する。図７Ｄは、２つの支持部材２０１に高低差がある場合を示す図である。なお、図７Ｄでは、図７Ｃの下側に示した計測値Ｐと、時間Ｔとの関係を省略している。

図７Ｄに示すように、ハンド１３が下降する際に、図７Ｃと同様の手順で、それぞれの支持部材２０１に接触する２つの領域について、計測値Ｐが上昇しはじめる時間Ｔ２と、時間Ｔ３とを取得する。つまり、一方の支持部材２０１に接触する領域において計測値Ｐが上昇しはじめる時間が時間Ｔ２であり、他方の支持部材２０１に接触する領域において計測値Ｐが上昇しはじめる時間が時間Ｔ３である。

図７Ｄに示すように、時間Ｔ２と線７０２との交点７０５の高さを高さＺ２とし、時間Ｔ３と線７０２との交点７０６の高さを高さＺ３とする。ここで、２つの支持部材２０１とそれぞれ接する検出部５２ｐ同士の間隔Ｌは既知であるので、支持部材２０１の傾きをθとすると、θは、「θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｌ／ａｂｓ（Ｚ１−Ｚ２））」なる計算式で求めることができる。なお、「ａｂｓ（）」は、かっこ内の絶対値をあらわす関数である。

なお、ここでは、２つの支持部材２０１に高低差がある場合、すなわち、図７Ｂに示したＹ軸に対して傾いている場合について説明したが、各支持部材２０１の手前側と奥側とに高低差がある場合、すなわち、Ｘ軸に対して傾いている場合についても同様のことがいえる。

たとえば、一方の支持部材２０１に接触する領域において最初に計測値Ｐが上昇しはじめる地点における時間を時間Ｔ２とし、最後に計測値Ｐが上昇しはじめる地点における時間を時間Ｔ３とする。この場合、両地点にそれぞれ対応する検出部５２ｐ同士の間隔Ｌは既知であるので、支持部材２０１のＸ軸（図７Ｂ参照）に対する傾きについても上記した式で同様に求めることができる。なお、Ｘ軸に対する傾きの算出と、Ｙ軸に対する傾きの算出とを併せて行うこととしてもよい。

このように、第１算出部２１ａ（図６参照）は、教示用治具５０が支持部材２０１に支持される際における感圧シート５２の圧力分布の経時変化に基づき、支持部材２０１の傾きを算出する。なお、傾きの基準は、たとえば、ロボット１０が設置される搬送室１００内部の床面とすることができる。

次に、図６に示した第２算出部２１ｂが実行する算出処理の詳細について図８Ａ〜図９Ｃを用いて説明する。なお、図８Ａ〜図８Ｃでは、教示用治具５０が各ステーション２００（図３参照）に正しい位置（各図に破線で示す外形８００参照）からずれた状態で支持された教示用治具５０による圧力分布５０Ｄ１，５０Ｄ２，５０Ｄ３をそれぞれ示している。また、図９Ａ〜図９Ｃでは、教示用治具５０が各ステーション２００（図３参照）に正しい向きから回転ずれした状態で支持された場合の圧力分布５０Ｄ４，５０Ｄ５，５０Ｄ６をそれぞれ示している。

図８Ａは、教示用治具５０が検出した圧力分布の例その１を示す図である。なお、図８Ａでは、カセット２００ａ（図３参照）のように、所定の間隔をあけて配置される２つの支持部材２０１（図７Ａ参照）で教示用治具５０を支持するタイプのステーション２００に、教示用治具５０が支持された状態における圧力分布５０Ｄ１を示している。

図８Ａに示した場合、２つの支持部材に支持される領域の外形は、お互いに平行な２つの弦と、各弦に対応する円弧とでそれぞれ囲まれる弓形の領域８０１ａおよび領域８０１ｂとなる。

したがって、正しい位置に対応する外形８００の中心８００ＣのＸ座標は、領域８０１ａと領域８０１ｂとの距離８０１ｃの中点のＸ座標となる。第２算出部２１ｂは、このようにして算出した中心８００ＣのＸ座標と、圧力分布５０Ｄ１の中心のＸ座標との差分を、教示用治具５０のステーション２００に対する水平向きのずれとして算出する。

そして、上記した補正部２１ｃ（図６参照）は、このようにして算出した水平向きのずれを用いて仮教示データ２２ａを補正することになる。

図８Ｂは、教示用治具５０が検出した圧力分布の例その２を示す図である。なお、図８Ｂでは、アライナ装置２００ｃ（図３参照）のように、教示用治具５０よりも小さい径をもつ円形状の１つの支持部材で教示用治具５０を支持するタイプのステーション２００に、教示用治具５０が支持された状態における圧力分布５０Ｄ２を示している。

図８Ｂに示した場合、１つの支持部材に支持される領域の外形は、支持部材の外形と同じく円形状の領域８０２となる。

したがって、正しい位置に対応する外形８００の中心８００ＣのＸ座標およびＹ座標は、領域８０２の中心のＸ座標およびＹ座標となる。第２算出部２１ｂは、このようにして算出した中心８００ＣのＸ座標およびＹ座標と、圧力分布５０Ｄ２の中心のＸ座標およびＹ座標との差分を、それぞれ、教示用治具５０のステーション２００に対する水平向きのずれとして算出する。

そして、上記した補正部２１ｃ（図６参照）は、このようにして算出した水平向きのずれを用いて仮教示データ２２ａを補正することになる。

図８Ｃは、教示用治具５０が検出した圧力分布の例その３を示す図である。なお、図８Ｃでは、外形８００の中心８００Ｃについて同心円上に等間隔でそれぞれ配置された３つの支持部材で教示用治具５０を支持するタイプのステーション２００に、教示用治具５０が支持された状態における圧力分布５０Ｄ３を示している。

図８Ｃに示した場合、３つの支持部材にそれぞれ支持される領域の外形は、支持部材の外形と同じ外形の領域８０３ａ，８０３ｂ，８０３ｃとなる。

したがって、正しい位置に対応する外形８００の中心８００ＣのＸ座標およびＹ座標は、３つの領域８０３ａ，８０３ｂ，８０３ｃの重心位置となる。第２算出部２１ｂは、このようにして算出した中心８００ＣのＸ座標およびＹ座標と、圧力分布５０Ｄ３の中心のＸ座標およびＹ座標との差分を、それぞれ、教示用治具５０のステーション２００に対する水平向きのずれとして算出する。

そして、上記した補正部２１ｃ（図６参照）は、このようにして算出した水平向きのずれを用いて仮教示データ２２ａを補正することになる。

図８Ａ〜図８Ｃに示したように、第２算出部２１ｂは、感圧シート５２（図１参照）が圧力を検出した部位の外形に基づいて水平向きのずれを検出することとしたので、ハンド１３とステーション２００との位置ずれを効率よく算出することができる。

次に、感圧シート５２（図１参照）が圧力を検出した部位の位置に基づいて鉛直軸（Ｚ軸）まわりの回転ずれを検出する場合について、図９Ａ〜図９Ｃを用いて説明する。図９Ａ〜図９Ｃでは、ステーション２００が本来の向きから各図に示すＺ軸まわりに回転ずれした状態で設置されているものとする。なお、図９Ａは図８Ａに、図９Ｂは図８Ｂに、図９Ｃは図８Ｃに、それぞれ対応するので、対応する要素には同一の符号を付し、簡単な説明にとどめることとする。

また、図９Ａ〜図９Ｃには、教示用治具５０におけるαβ直交座標系（図１参照）を示している。ハンド１３（図５参照）は、たとえば、β軸がハンド中心線１３ＣＬと平行となるように教示用治具５０を保持する。

図９Ａは、教示用治具５０が検出した圧力分布の例その４を示す図である。なお、図９Ａでは、カセット２００ａ（図３参照）のように、所定の間隔をあけて配置される２つの支持部材２０１（図７Ａ参照）で教示用治具５０を支持するタイプのステーション２００に、教示用治具５０が支持された状態における圧力分布５０Ｄ４を示している。

図９Ａに示した場合、弓形の領域８０１ａおよび領域８０１ｂの弦９０１ａおよび弦９０１ｂは、β軸と平行にはならない。ここで、圧力分布５０Ｄ４に基づいて弦９０１ａあるいは弦９０１ｂと、β軸とのなす角度が得られるので、鉛直軸（Ｚ軸）まわりの回転ずれを算出することができる。つまり、第２算出部２１ｂは、このようにして算出した回転ずれを教示用治具５０のステーション２００に対する回転ずれとして算出する。

そして、上記した補正部２１ｃ（図６参照）は、このようにして算出した回転ずれを用いて仮教示データ２２ａを補正することになる。

図９Ｂは、教示用治具５０が検出した圧力分布の例その５を示す図である。なお、図９Ｂでは、楕円状の１つの支持部材で教示用治具５０が支持された状態における圧力分布５０Ｄ５を示している。

図９Ｂに示した場合、１つの支持部材に支持される領域の外形は、支持部材の外形と同じく楕円状の領域９０２となる。また、図９Ｂに示した場合、領域９０２における長軸９０３は、β軸と平行にならない。ここで、圧力分布５０Ｄ５に基づいて長軸９０３と、β軸とのなす角度が得られるので、鉛直軸（Ｚ軸）まわりの回転ずれを算出することができる。つまり、第２算出部２１ｂは、このようにして算出した回転ずれを教示用治具５０のステーション２００に対する回転ずれとして算出する。

そして、上記した補正部２１ｃ（図６参照）は、このようにして算出した回転ずれを用いて仮教示データ２２ａを補正することになる。なお、図９Ｂでは、支持部材が楕円状である場合を示したが、外形に凹凸や突起を有するなど、支持部材の鉛直軸（Ｚ軸）まわりの向きを取得可能な形状であれば、その形状は問わない。

図９Ｃは、教示用治具５０が検出した圧力分布の例その６を示す図である。図９Ｃに示した場合、３つの支持部材にそれぞれ支持される領域の外形は、支持部材の外形と同じ外形の領域８０３ａ，８０３ｂ，８０３ｃとなる。

ここで、図９Ｃに示した場合、領域８０３ｂと領域８０３ｃとを結ぶ直線（同図に示す破線参照）は、α軸と平行にならない。ここで、圧力分布５０Ｄ６に基づき、かかる直線と、α軸とのなす角度が得られるので、鉛直軸（Ｚ軸）まわりの回転ずれを算出することができる。つまり、第２算出部２１ｂは、このようにして算出した回転ずれを教示用治具５０のステーション２００に対する回転ずれとして算出する。

そして、上記した補正部２１ｃ（図６参照）は、このようにして算出した回転ずれを用いて仮教示データ２２ａを補正することになる。

図９Ａ〜図９Ｃに示したように、第２算出部２１ｂは、感圧シート５２（図１参照）が圧力を検出した部位の位置に基づいて鉛直軸まわりの回転ずれを検出することとしたので、ハンド１３とステーション２００との回転ずれを効率よく算出することができる。

次に、教示システム１が実行する処理手順について図１０を用いて説明する。図１０は、教示システム１が実行する処理手順を示すフローチャートである。図１０に示すように、動作制御部２１ｄは、仮教示データ２２ａに基づいてロボット１０へ動作を指示することで、教示用治具５０をステーション２００へ搬送させる（ステップＳ１０１）。

つづいて、制御部２１は、ハンド位置および圧力分布の取得を開始し（ステップＳ１０２）、その後、ハンド１３を下降させる（ステップＳ１０３）。つづいて、制御部２１は、ハンド１３の下降が完了したか否かを判定し（ステップＳ１０４）、ハンド１３の下降が完了していない場合には（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０４の判定を繰り返す。

一方、ハンド１３の下降が完了した場合には（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、制御部２１は、ハンド位置および圧力分布の取得を終了する（ステップＳ１０５）。そして、第１算出部２１ａは、圧力分布の経時変化に基づいて支持部材の高さおよび傾きを算出する（ステップＳ１０６）。また、第２算出部２１ｂは、静止時の圧力分布に基づいて水平向きのずれを算出する（ステップＳ１０７）。

そして、補正部２１ｃは、ステップＳ１０６およびステップＳ１０７の算出結果に基づいて仮教示データ２２ａを補正することで本教示データ２２ｂを生成し（ステップＳ１０８）、処理を終了する。

ところで、これまでは、感圧シート５２を教示用治具５０に設ける場合について説明してきた。しかしながら、これに限らず、感圧シート５２をハンド１３（図５参照）に設けることとしてもよい。そこで、以下では、感圧シート５２をハンド１３に設ける場合について、図１１を用いて説明することとする。

図１１は、ハンド１３に感圧シート５２を設置する場合の計算例を示す図である。なお、図１１では、図５に示した支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３の上面に、上面と同形状の感圧シート５２を設ける場合を示している。なお、この場合、図１に示した本体部５１についても、感圧シート５２と同形状として支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３と、感圧シート５２との間に設けることとすればよい。

図１１に示すように、支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３で基板３００を支持する場合を考える。同図のように、基板３００が正しい位置で支持された場合には、基板３００の中心は、ハンド１３の基準位置１３Ｃと一致する。

そして、この場合、支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３にそれぞれ対応する感圧シート５２で検出した荷重をｐ１、ｐ２およびｐ３とすると、ｐ１、ｐ２およびｐ３の値はすべて一致する。

一方、基板３００が図１１に示した正しい位置からずれた場合には、ｐ１、ｐ２およびｐ３の値は一致しない。しかしながら、この場合の基板３００の重心位置は、ｐ１、ｐ２およびｐ３の値に基づいて算出することができる。

具体的には、Ｘ軸方向の重心位置を求める場合、支持部材１３ｐ２と支持部材１３ｐ３とを結ぶ線の中点に支持部材１３ｐ１があると考えることができる。つまり、両端にｐ２およびｐ３が、中点にｐ１がそれぞれかかっていることと等価であるので、これらの荷重がかかった場合の重心のＸ座標と、基準位置１３ＣのＸ座標とのずれを算出することができる。

また、Ｙ軸方向の重心位置を求める場合、支持部材１３ｐ１のＹ座標と、支持部材１３ｐ２，１３ｐ３のＹ座標とをＹ軸上で結んだ線の一端にｐ１が、他端にｐ２およびｐ３の和が、それぞれかかっていることと等価である。したがって、これらの荷重がかかった場合の重心のＹ座標と、基準位置１３ＣのＹ座標とのずれを算出することができる。

このように、ハンド１３の支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３にそれぞれ感圧シート５２を設けることで、ハンド１３に載置された基板３００の位置ずれを検出することができる。

なお、図１１では、ハンド１３が支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３を介して基板３００を支持する場合を示したが、支持部材１３ｐ１，１３ｐ２，１３ｐ３を省略し、フフォーク部１３ｂ（図５参照）の上面で基板３００を支持することとしてもよい。

この場合、フォーク部１３ｂの上面の外形にあわせた形状の感圧シート５２を用いることとすればよい。このようにすることで、感圧シート５２は、仮に、基板３００が正しい位置からずれた場合であっても、基板３００の外形を検出することができる。したがって、検出した外形に基づいて基板３００の中心を算出することができ、また、基準位置１３Ｃとのずれについても算出することができる。

上述してきたように、本実施形態に係る教示用治具５０は、基板３００を搬送するハンド１３を有しておりハンド１３の高さを変化させるロボット１０によって基板３００の代わりに搬送されるとともに、基板３００を模した形状を有している。また、教示用治具５０は、支持された状態における自重による圧力分布を検知する感圧シート５２を備える。

したがって、本実施形態に係る教示用治具５０をロボット１０の教示に用いることとすれば、容易かつ迅速にロボット１０を教示することができる。

また、本実施形態に係る教示システム１は、ロボット１０と、教示用治具５０と、ステーション２００と、処理装置３０とを備える。ステーション２００は、基板３００の搬送先に設置され、基板３００を支持する支持部材を有する。処理装置３０は、感圧シート５２による検知結果を処理する。

したがって、本実施形態に係る教示システム１によれば、精密な治具をステーション２００に配置するなどの手作業を含んだ作業を行うことなく、ロボット１０に対する本教示を行うことができる。

また、本実施形態に係るロボット１０は、基板３００を搬送するとともに高さ位置を変更可能なハンド１３を備える。また、ロボット１０は、基板３００を模した形状を有しており、支持された状態における自重による圧力分布を検知する感圧シート５２を有する教示用治具５０を、基板３００の代わりにハンド１３で搬送するとともに、感圧シート５２によって検知された圧力分布に基づいて動作を教示される。

したがって、本実施形態に係るロボット１０によれば、精密な治具をステーション２００に配置するなどの手作業を含んだ作業が不要となるため、教示作業の作業負荷を低減することができる。

なお、上記した実施形態では、ロボット１０が水平多関節ロボットである場合を示したが、ロボット１０は、いわゆるシリアルリンクロボットなどの他のタイプのロボットであってもよい。また、基板の形状は、円状に限らず、矩形状など他の形状であってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 教示システム
１０ ロボット
１０ａ 本体部
１０ｂ 昇降軸
１１ 第１アーム
１２ 第２アーム
１３ ハンド
１３ａ 基部
１３ｂ フォーク部
１３Ｃ 基準位置
１３ＣＬ ハンド中心線
１３ｐ１、１３ｐ２、１３ｐ３ 支持部材
２０ コントローラ
２１ 制御部
２１ａ 第１算出部
２１ｂ 第２算出部
２１ｃ 補正部
２１ｄ 動作制御部
２２ 記憶部
２２ａ 仮教示データ
２２ｂ 本教示データ
２３ 受信部
３０ 処理装置
５０ 教示用治具
５０Ｃ 中心
５１ 本体部
５２ 感圧シート
５２ｐ 検出部
５３ 取得部
５４ 送信部
５５ 電源部
２００ ステーション
２００ａ カセット
２００ｂ 処理室
２００ｃ アライナ装置
２０１ 支持部材

Claims (12)

1. 基板を搬送するハンドを有しており前記ハンドの高さを変化させるロボットによって前記基板の代わりに搬送されるとともに、前記基板を模した形状を有しており、
   支持された状態における自重による圧力分布を検知する感圧シート
   を備えることを特徴とする教示用治具。
2. 前記感圧シートは、
   前記ハンドで保持された状態における下側の面に設けられること
   を特徴とする請求項１に記載の教示用治具。
3. 前記感圧シートによる検知結果を有線または無線で送信する送信部
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の教示用治具。
4. 前記基板を模した形状とは、
   前記基板の主面の形状と同一の形状を指すこと
   を特徴とする請求項１、２または３に記載の教示用治具。
5. 前記ロボットと、
   請求項１〜４のいずれか一つに記載の教示用治具と、
   前記基板の搬送先に設置され、前記基板を支持する支持部材を有するステーションと、
   前記感圧シートによる検知結果を処理する処理装置と
   を備えることを特徴とする教示システム。
6. 前記処理装置は、
   前記教示用治具が前記支持部材に支持される際における前記感圧シートの圧力分布の経時変化に基づき、前記ロボットの設置面に対する前記支持部材の高さおよび傾きのうち少なくとも一方を算出する第１算出部
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の教示システム。
7. 前記処理装置は、
   前記教示用治具が前記支持部材に支持された状態における前記感圧シートの圧力分布に基づき、前記教示用治具の前記ステーションに対する水平向きのずれを算出する第２算出部
   を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の教示システム。
8. 前記第２算出部は、
   前記感圧シートが圧力を検出した部位の外形に基づいて前記水平向きのずれを算出すること
   を特徴とする請求項７に記載の教示システム。
9. 前記第２算出部は、
   前記感圧シートが圧力を検出した複数の部位についての重心位置に基づいて前記水平向きのずれを算出すること
   を特徴とする請求項７に記載の教示システム。
10. 前記第２算出部は、
    前記感圧シートが圧力を検出した複数の部位の位置に基づいて前記教示用治具の前記ステーションに対する回転ずれを算出すること
    を特徴とする請求項７に記載の教示システム。
11. 基板を搬送するハンドを有しており、前記ハンドの高さを変化させるロボットと、
    前記基板を模した形状を有しており、支持された状態における自重による圧力分布を検知する感圧シートを有する教示用治具と
    を用い、
    前記教示用治具を前記基板の代わりに前記ロボットに搬送させる工程と、
    前記感圧シートによって検知された前記圧力分布に基づいて前記ロボットを教示する工程と
    を含むことを特徴とする教示方法。
12. 基板を搬送するとともに高さ位置を変更可能なハンド
    を備え、
    前記基板を模した形状を有しており、支持された状態における自重による圧力分布を検知する感圧シートを有する教示用治具を、前記基板の代わりに前記ハンドで搬送するとともに、前記感圧シートによって検知された前記圧力分布に基づいて動作を教示されること
    を特徴とするロボット。

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