KR101310003B1 - 피작업물 반송 장치 - Google Patents

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타카히로 마에다
미치하루 다나카
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

로봇의 암 신축 동작시의 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의한 휨을 보정하고 제어점의 위치를 유지하도록 한다.
복수 축으로 구성된 로봇의 동작을 제어하는 제어 장치(104)에 있어서, 미리 저장 수단에 저장된 동작 프로그램에 의한 동작 지령 및 제어 장치(104)에 구비한 교시 수단(instruction means)(106)으로부터의 동작 지령에 의해, 암을 신축 동작하는 경우에 생기는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의한 휨을 휨 방향과 역방향으로 동작하는 로봇의 자유도에 의해 보정하도록 구성하였다.
피작업물, 다관절 암, 로봇, 기판 수용 카세트, 수평 다관절 로봇

Description

피작업물 반송 장치{WORK TRANSFER APPARATUS}
본 발명은 지지부에 대해서 캔틸레버(cantilever) 지지방식으로 지지된 암을 수평 이동시킴으로써 피작업물(work) 파지 장치에 파지한 피작업물을 반송하는 피작업물 반송 장치에 관계되고, 특히 이 암의 휨에 의해 어긋난 제어점 위치를 보정할 수가 있는 피작업물 반송 장치에 관한 것이다.
액정용 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등의 기판 등을 가공 처리하는 반도체 제조 시스템에 있어서는, 처리 공정마다 처리부를 배치하고, 이들 처리부에 대해서 차례차례 기판을 반송함으로써 기판에 일련의 처치를 실시하도록 하고 있다.
도 7에 피작업물 반송 장치의 구성을 나타낸다. 여기에서는 일련의 처리 공정을 끝낸 복수의 기판을 일시적으로 보관하는 기판 수용 카세트(cassette)(100)에 복수 축으로 구성된 로봇(102)이 유리 기판(107)을 삽입하는 모습을 나타낸다. 로봇(102)은 제어 장치(104)로부터 케이블(103)을 통해 모터의 구동 전력이 공급되어 동작을 행한다. 제어 장치(104)는 케이블(cable)(105)을 통해 교시 수단(instruction means)(106)에 접속되어 있다. 교시 수단(106)은 복수의 버튼(button)을 가지고, 각 버튼을 아래로 누름으로써 케이블(105)을 통해 제어 장치(104)로 지시를 출력한다. 제어 장치(104)는 상기 지시에 따라 케이블(103)을 통 해 로봇(102)으로 모터의 구동 전력을 출력한다. 교시 수단(106)은 예를 들면 범용 컴퓨터(general purpose computer)나 개인용 컴퓨터(PC ; Personal Computer)의 경우도 있다. 기판 수용 카세트(100)는 유리 기판(107)을 보관 또는 지지하기 위한 지지 핀(pin)(101)을 구비하고 있다.
도 8은 로봇(102)의 구성을 나타낸다. 제1 암 링크(arm link)(108)는 제1 암축(114)을 통해 선회부(129)에 지지된다. 제1 암 링크(108)의 내부에는 암축 모터(115)를 구비하고 암축 감속기(116)와 연결되어 있다. 암축 모터(115)가 회전함으로써 암축 감속기(116)에 연결된 제1 암축(114)을 회전시키려고 하지만, 선회부(129)에 지지되어 있으므로 제1 암 링크(108)가 제1 암축(114)을 중심으로 선회한다.
제1 암 링크(108)의 내부에는 제1 링크 벨트(117)를 구비하고 있어 암축 감속기(116)로부터 제2 암축(118)에 연결된 제2 암축 감속기(119)에 동력이 전달된다. 제2 암축 감속기(119)는 암축 감속기(116)와 역방향으로 회전하는 특성을 가진다. 즉, 암축 모터(115)가 회전함으로써 제1 링크 벨트(117)가 구동되고, 제2 암축 감속기(119)가 회전하고, 연결된 제2 암축(118)이 회전하고, 제2 암 링크(109)는 제2 암축(118)을 중심으로 제1 암축(114)과 역방향으로 선회한다. 제2 암 링크(109)의 내부에는 제2 링크 벨트(120)를 구비하고 있어 제2 암축 감속기(119)로부터 플랜지 감속기(121)에 동력이 전달된다. 플랜지 감속기(121)는 제2 암축 감속기(119)와 역방향으로 회전하는 특성을 가진다. 또, 각 감속기(암축 감속기(116), 제2 암축 감속기(119), 플랜지 감속기(121))의 감속비는 제1 암축(114)의 회전 각 도와 플랜지(flange)(122)의 회전 각도가 동일해지도록 설치되어 있다. 또 제1 암축(114)의 선회 중심으로부터 제2 암축(118)의 선회 중심까지의 거리와 제2 암축(118)의 선회 중심으로부터 플랜지(122)의 선회 중심까지의 거리는 동일해지도록 설치되어 있다.
이상의 기구로부터 암축 모터(115)가 회전함으로써 암축 감속기(116)와 연결된 제1 암축(114)이 회전함과 동시에 암축 감속기(116)로부터 제1 링크 벨트(117)를 통해 동력이 전달되어 제2 암축 감속기(119)가 회전한다. 제2 암축 감속기(119)가 회전함으로써 연결된 제2 암축(118)이 제1 암축(114)과 역방향으로 회전함과 동시에 제2 암축 감속기(119)로부터 제2 링크 벨트(120)를 통해 동력이 전달되어 플랜지 감속기(121)가 회전한다. 플랜지 감속기(121)가 회전함으로써 연결된 플랜지(122)는 제2 암축(118)과 역방향, 즉 제1 암축(114)과 같은 방향으로 선회한다. 또 제1 암축(114)의 회전 각도와 플랜지(122)의 회전 각도는 동일하고, 제1 암축(114)의 회전 중심으로부터 제2 암축(118)의 회전 중심까지의 거리와, 제2 암축(118)의 회전 중심으로부터 플랜지(122)의 회전 중심까지의 거리는 동일하기 때문에, 피작업물 파지 장치(110), 피작업물 파지 장치(110)로 파지 또는 재치된 유리 기판(107) 및 제어 장치(104)가 로봇(102)을 동작하는데 있어서, 동작 제어 대상으로 하는 가상점인 제어점(123)은 X축 방향으로 직선 동작하도록 되어 있다.
로봇(102)의 암(제1 암 링크와 제2 암 링크)이 신축한 상태를 도 9 및 도 10에 나타낸다. 도 9 및 도 10은 도 8에 기재의 로봇을 Z축 정방향으로부터 본 도면이다. 도면 중에서 (a)는 제1 암축(114)의 선회 중심으로부터 제2 암축(118)의 선 회 중심까지의 거리를 나타낸다. (a)는 제2 암축(118)의 선회 중심으로부터 플랜지(122)의 선회 중심까지의 거리와 동일하기 때문에, 제1 암축(114)의 선회 중심과 제2 암축(118)의 선회 중심과 플랜지(122)의 선회 중심을 연결하는 선분이 이루는 삼각형은 도면 중에 나타내는 이등변 삼각형으로 된다. 상기 이등변 삼각형의 저변 r1, r2는 제1 암축(114)의 선회 중심으로부터 플랜지(122)의 선회 중심까지의 거리(암의 신축 길이)이다. 예를 들면 제1 암축(114)이 α1 회전했을 때, 제1 암축(114)으로부터 제2 암축(118)을 연결하는 선분과 제1 암축(114)으로부터 플랜지(122)를 연결하는 선분이 이루는 각도는 β1으로 되지만, 플랜지(122)는 이미 기술한 기구로부터 제2 암축(118)과 역방향으로 제1 암축과 동일 각도만큼 선회하기 때문에, 피작업물 파지 장치(110)의 방향은 제2 암축(118)으로부터 플랜지(122)로의 연장선 상으로부터 반시계 회전 방향(counterclockwise)으로 각도 β1을 이루는 방향으로 된다(도 9 참조). 또 예를 들면 제1 암축(114)이 α2 선회했을 때에는 이 각도는 β2로 된다(도 10 참조). 따라서, 암의 신축 동작을 행할 때 피작업물 파지 장치(110)의 방향을 일정하게 유지할 수가 있다. 암의 신축 길이 r은 식(1)에 의해 구해진다.
r = 2asin(α) 　(1)
도 8에서 승강축 모터(124)는 도시하지 않은 감속기와 연결되어 있고, 하부 승강 링크(112)의 내부에 구비된 도시하지 않은 벨트에 의해 승강 설치부(125)와 연결된 도시하지 않은 감속기에 구동 전달되고 있다. 또한 승강축 모터(124)에 연결된 도시하지 않은 감속기와 승강 지지부(126)에 연결된 도시하지 않은 감속기는 상부 승강 링크(111)의 내부에 구비된 도시하지 않은 벨트에 의해 구동 전달되고 있다. 승강 설치부(125)에 연결된 도시하지 않은 감속기와 승강 지지부(126)에 연결된 도시하지 않은 감속기는 승강축 모터(124)에 연결된 감속기와 역방향으로 회전하는 특성을 가진다. 또 승강 설치부(125)의 선회 중심으로부터 승강축 모터(124)에 연결된 도시하지 않은 감속기의 선회 중심까지의 거리와 승강축 모터(124)의 선회 중심으로부터 승강 지지부(126)에 연결된 도시하지 않은 감속기의 선회 중심까지의 거리는 동일해지도록 설치되어 있다.
이상의 구성으로부터 승강축 모터(124)가 회전함으로써 승강축 모터(124)와 연결된 도시하지 않은 감속기가 회전하고, 하부 승강 링크(112)의 내부와 상부 승강 링크(111)의 내부에 각각 구비된 도시하지 않은 벨트가 구동하고, 승강 설치부(125)에 연결된 도시하지 않은 감속기와 승강 지지부(126)에 연결된 감속기가 승강축 모터(124)에 연결된 감속기와 역방향으로 회전하고, 승강 지지부(126)의 동작에 따라 피작업물 파지 장치(110), 파지된 유리 기판(107) 및 제어점(123)은 Z축 직선 방향으로 동작한다.
로봇(102)의 승강에 대해서 도 11에 더 상세하게 나타낸다. 도면 중의 (b)는 승강축 모터(124)의 회전 중심으로부터 승강 지지부(126)에 연결된 도시하지 않은 감속기의 회전 중심까지의 거리를 나타낸다. (b)는 승강 설치부(125)의 회전 중심으로부터 승강축 모터(124)에 연결된 도시하지 않은 감속기의 회전 중심까지의 거리와 동일하기 때문에, 승강 지지부(126)의 회전 중심과 승강축 모터(124)의 회전 중심과 승강 설치부(125)의 회전 중심을 연결하는 선분이 이루는 삼각형은 이등변 삼각형으로 된다. 상기 이등변 삼각형의 저변 z는 승강 설치부(125)의 회전 중심으로부터 승강 지지부(126)의 회전 중심까지의 거리이다. 예를 들면 승강축 모터(124)가 2γ 회전했을 때, 하부 승강 링크(112)와 Z축 제로(zero) 기준(127)이 이루는 각도와, Z축으로부터 상부 승강 링크(111)의 연장선 상이 이루는 각도는 γ로 되고, 본체 암 지지부(113)의 Z축에 대한 방향을 유지한다. 승강량 z는 식(2)에 의해 구해진다.
z = 2bsin(γ) (2)
도 8에 기재의 로봇(102)을 Z축 정방향으로부터 본 모습을 도 12에 나타낸다. 선회축(130)은 도시하지 않은 감속기와 연결되어 있다. 이 감속기는 도 8에 기재의 선회축 모터(128)와 연결되어 있다. 선회축(130)은 선회부(129)와 연결되어 있고, 선회부(129)는 본체 암 지지부(113)와 연결되어 있다. 선회축 모터(128)가 회전함으로써 연결된 도시하지 않은 감속기가 회전하고 선회축(130)이 회전한다. 선회축(130)이 회전함으로써 연결된 선회부(129)는 선회 정방향(131) 또는 선회 역방향(132)으로 선회한다.
이상의 로봇(102)을 이용한 기판 반송의 일련의 흐름을 도 13 및 도 14를 이용하여 설명한다. 도 13은 기판 수용 카세트에 피작업물 파지 장치를 삽입하는 로봇을 Z축 정방향으로부터 본 모습을 나타낸다. 기판 수용 카세트(100)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입할 때 제1 암축(114)을 회전시켜 기판 수용 카세트(100)에 암을 X축 정방향으로 동작시킨다. 일반적으로 지지 핀(101)은 미리 피작업물 파지 장치(110)의 빗 형상(comb shape)의 선단부가 통과하는데 충분한 간격으로 구비되 어 있으므로, 피작업물 파지 장치(110)를 지지 핀(101)의 사이에 삽입할 수가 있다. 지지 핀(101)과 마찬가지의 지지 핀(134)을 복수 구비한 기판 수용 카세트(133)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입하는 경우, 기판 수용 카세트(133)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입 가능한 상태로 동작해야 한다. 기판 수용 카세트(100)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입한 상태로 선회부(130)를 선회시키면, 기판 수용 카세트(100)와 피작업물 파지 장치(110)가 간섭하기 때문에, 우선 제1 암축(114)을 회전시켜 기판 수용 카세트(100)와 피작업물 파지 장치(110)가 간섭하지 않는 상태까지 암을 X축 역방향으로 동작시킨다. 다음에, 선회축 모터(128)를 회전시킴으로써 선회축(130)을 회전시켜 선회부(129)를 선회시킨다. 제1 암축(114)은 선회부(129)에 지지되어 있으므로, 제1 암축(114)으로부터 피작업물 파지 장치(110)에 걸쳐서 연결된 각 부와 아울러 선회한다.
도 14는 상술의 조작으로 암을 오므리고 선회부(129)를 선회시켜 피작업물 파지 장치(110)를 기판 수용 카세트(133)의 방향으로 한 도면이다. 여기서 제1 암축(114)을 회전시켜 피작업물 파지 장치(110)를 선회 역방향(132)으로 선회시키고, 기판 수용 카세트(133)에 암을 Y축 역방향으로 동작시키면, 기판 수용 카세트(133)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입할 수가 있다.
도 15 내지 도 16은 로봇(102)이 복수 중첩된 기판 수용 카세트(100)의 임의의 기판 수용 카세트(100)에 유리 기판(107)을 반송하고 삽입할 때의 모습을 나타낸다. 많은 경우, 한정된 면적 안에 보다 많은 유리 기판(107)을 수용하기 위해 기판 수용 카세트(100)는 복수 중첩되어 있다. 중첩된 기판 수용 카세트(100)를 하부 로부터 1단, 2단···n단···으로 센다고 하면, n단째 기판 수용 카세트(135)보다 상부에 기판 수용 카세트를 예를 들면 2단째의 기판 수용 카세트는 n＋2단째 기판 수용 카세트(136)로 된다. 도 15에서는 로봇(102)은 암을 펼치는 동작을 행함으로써 n단째 기판 수용 카세트(135)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입할 수가 있는 상태에 있다. 이에 의해 n＋2단째 기판 수용 카세트(136)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입하는 경우, 승강축 모터(124)를 회전하고, 승강 설치부(125)와 승강 지지부(126)를 회전시켜 n＋2단째 기판 수용 카세트(136)에 피작업물 파지 장치(110)를 삽입 가능한 Z축 방향 위치까지 동작한다(도 16 참조). Z축 정방향 동작 후, 제1 암축(114)을 회전시켜 암을 펼쳐 피작업물 파지 장치(110)를 n＋2단째 기판 수용 카세트(136)에 삽입한다. 도 16은 도 15의 상태로부터 로봇이 복수 중첩된 기판 수용 카세트에 대해서 N＋2단째의 기판 수용 카세트에 유리 기판을 반송하고 삽입한 후의 모습을 나타낸다.
상술한 바와 같은 구성의 로봇(102)에서는, 본체 암 지지부(113)에 대해서 암(제1 암 링크(108), 제2 암 링크(109))이 캔틸레버(cantilever) 지지방식으로 지지되어 있으므로, 암의 자체 중량 및 피작업물 파지 장치(110) 및 유리 기판(107)의 중량의 영향으로 암이 중력 방향으로 휘어 버린다. 근년의 유리 기판의 대형화에 따라 유리 기판의 중량 및 이에 대응하는 피작업물 파지 장치 및 암의 대형화 때문에 이 휨은 증대하고 있고, 기판 수용 카세트에 납입된 유리 기판의 사이에 로봇의 피작업물 파지 장치를 정확하게 또 빨리 삽입하는 것 및 피작업물 파지 장치에 파지된 유리 기판을 다른 간섭 없이 암을 신축하기 위해서, 암의 신축량(수평 이동량)에 대응지어서 휨과 반대의 연직 방향으로 보정을 행하는 기술이 개시되어 있다(특허 문헌 1 참조).
이와 같이, 종래의 피작업물 반송 장치는 유리 기판 및 암 및 피작업물 파지 장치의 중력에 의한 휨을 보정하는 것이다.
특허 문헌 1 : 일본국 특허공개공보 2000－183128호
<발명이 해결하고자 하는 과제>
특허 문헌 1에 기재의 종래의 피작업물 반송 장치는 기판 및 암의 중력에 의한 정적인 휨을 보정하는 것이다. 그러나, 많은 로봇은 암이 신축 동작할 때에 받는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의해 정적인 휨보다도 큰 휨이 생긴다.
암 신축 동작할 때에 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트가 발생하는 모습을 도 17 및 도 18을 이용하여 설명한다. 도 17은 로봇이 피작업물 파지 장치에 유리 기판을 파지한 때의 중심의 모습을 나타낸다. M은 피작업물 파지 장치(110)와 유리 기판(107)을 포함한 중심을 나타내고 중량은 m[kg]으로 한다. Xg는 암축 모터(115)로부터 중심 M까지의 X축 방향 거리를 나타내고, Zg는 암축 모터(115)로부터 중심 M까지의 Z축 방향 거리를 나타낸다. 도 18은 도 17의 암축 모터(115)로부터 중심 M의 관계를 단순한 모델(model)로서 나타낸다. 암축 모터(115)가 회전함으로써 암이 X축 정방향으로 가속도 α[m/s2]로 펼치는 동작을 할 때 병진력 F1[N]이 발생한다. F1은 식(3)에 의해 구해지고,
F1 = m·α (3)
로 된다. F2는 F1에 의해 중심이 받는 반작용에 의한 병진력을 나타낸다. F1과 F2는 식(4)의 관계에 있다.
F1 = F2 (4)
암축 모터축 중심 위치(137)는 암축 모터(115)의 중심 위치를 나타내고, N은 F2에 의해 암축 모터축 중심 위치(137)의 주위에 발생하는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트 N[Nm]을 나타내고, 식(5)에 의해 구해진다.
N = F2·Zg (5)
로봇의 암 각 부 및 피작업물 파지 장치는 완전한 강체에 가까운 것이 이상적이지만, 많은 경우 부하의 경감 및 비용의 저감을 하기 위해, 부재의 강도가 저감되어 있고, 어느 정도의 강성은 구비하고 있지만 완전한 강체에 가까운 경우는 적다. 완전한 강체에 가까운 경우를 제외하고 상기 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트 N에 의해 암 각 부 및 피작업물 파지 장치에 휨이 생긴다.
도 19는 암을 X축 정방향으로 신장 동작시킬 때의 암 각 부와 피작업물 파지 장치의 휨을 나타낸다. 도 18을 이용하여 설명한 것처럼, 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트는 제1 암축(114)을 중심으로 도면 중의 반시계 회전 방향으로 걸린다. 제1 암 링크(108)는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의해 도면 중의 반시계 회전 방향으로 휜다. 제2 암축(118)은 완전한 강체인 경우의 위치로부터 제1 암축(114)을 중심으로 도면 중의 반시계 회전 방향으로 어긋난다. 제2 암 링크(109)는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의해 제2 암축(118)을 중심으로 도면 중의 반시계 회전 방향으로 휜다. 플랜지(122)는 완전한 강체인 경우의 위치로부터 제2 암축(118)을 중심으로 도면 중의 반시계 회전 방향으로 어긋난다. 피작업물 파지 장치(110)는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의해 플랜지(122)를 중심으로 도면 중의 반시계 회전 방향으로 휜다. 이상적인 제어점(139)은 암이 완전한 강체인 경우의 제어점 위치를 나타내지만, 이상의 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트의 영향에 의해 중심 위치가 휘고, 그 결과 제어점도 어긋난 제어점(138)이 나타내는 위치로 되고 Z축 방향 어긋남 양은 ΔZ1로 된다.
도 20은 도 17에 나타내는 암축 모터(115)로부터 중심 M의 관계를 단순한 모델로 하고, X축 역방향으로 가속도 α[m/s2]로 오므림 동작할 때, 병진력 F3[N]이 발생한 모습을 나타낸다. 병진력 F3은 식(3)과 마찬가지로 식(6)에 의해 구해지고,
F3 = m·α (6)
로 된다. F4는 F3에 의해 중심이 받는 반작용에 의한 병진력을 나타낸다. F3와 F4는 식(7)의 관계에 있다.
F3 = F4 (7)
암축 모터축 중심 위치(137)는 암축 모터(115)의 중심 위치를 나타내고, N은 F4에 의해 암축 모터축 중심 위치(137)의 주위에 발생하는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트 N[Nm]를 나타내고 식(8)에 의해 구해진다.
N = F4·Zg (8)
도 21은 암을 X축 역방향으로 오므림 동작시킬 때의 암 각 부와 피작업물 파지 장치의 휨을 나타낸다. 도 20을 이용하여 설명한 것처럼 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트는 제1 암축(114)을 중심으로 도면 중에서 시계 회전 방향(clockwise)으로 걸린다. 제1 암 링크(108)는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의해 도면 중에서 시계 회전 방향으로 휜다. 제2 암축(118)은 완전한 강체인 경우의 위치로부터 제1 암축(114)을 중심으로 도면 중에서 시계 회전 방향으로 어긋난다. 제2 암 링크(109)는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의해 제2 암축(118)을 중심으로 도면 중에서 시계 회전 방향으로 휜다. 플랜지(122)는 완전한 강체인 경우의 위치로부터 제2 암축(118)을 중심으로 도면 중에서 시계 회전 방향으로 어긋난다. 피작업물 파지 장치(110)는 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의해 플랜지(122)를 중심으로 도면 중에서 시계 회전 방향으로 휜다. 이상적인 제어점(139)은 암이 완전한 강체인 경우의 제어점 위치를 나타내지만, 이상의 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트의 영향에 의해 중심 위치가 휘고, 그 결과 제어점도 어긋난 제어점(140)이 나타내는 위치로 되고 Z축 방향 어긋남 양은 ΔZ2로 된다.
도 22는 로봇이 암을 X축 정방향으로 동작시킬 때의 암축 모터의 속도 및 제어점 위치의 휨량과 시간의 관계를 나타낸다. 횡축 t는 시간을 나타내고, 종축 ｖ은 속도를 나타내고, 종축 Z는 제어점 위치의 Z축 방향의 휨량을 나타낸다. 로봇이 암을 X축 정방향으로 동작시킬 때, 암축 모터는 암축 모터 속도(143)가 나타내는 속도 파형으로 된다. 암이 X축 정방향으로 가속할 때, 암축 모터(115)는 암축 모터 속도(143)가 나타내듯이 가속하고, 상술한 것처럼 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트가 발생하고, 제어점은 Z축 정방향으로 어긋난다. 이때의 어긋남 양의 시간적 추이를 가속시의 제어점 위치의 휨량(144)으로 나타낸다. 암이 X축 정방향으로 정상 속도로부터 감속 동작할 때, 암축 모터(115)는 암축 모터 속도(143)가 나타내듯이 정상 속도로부터 감속하고, 상술한 것처럼 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트가 발생하고, 제어점은 Z축 역방향으로 어긋난다. 이때의 어긋남 양의 시간적 추이를 감속시의 제어점 위치의 휨량(145)으로 나타낸다.
이상의 이유로부터 발생하는 암 신축시의 휨에 의해, 기판 수용 카세트에 납입된 기판의 사이에 로봇의 피작업물 파지 장치의 출납 및 피작업물 파지 장치에 파지된 기판의 출납, 및 기판의 처리부로의 출납시에 각 부에 간섭이 생겨 기판 등이 파손되어 버릴 우려가 있다. 이 대책으로서 기판 수용 카세트의 수용 기판의 간격을 넓게 하는 것이나 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트를 작게 하기 위해서 암의 신축 동작의 가감 속도를 줄이는 것이 생각되지만, 각각 기판 수용 카세트의 수용 매수의 감소나 기판 반송의 시간이 늘어나는 등의 폐해가 있다. 또 미리 암 신축시의 휨에 의해 기판 수용 카세트나 기판의 처리부에 간섭하지 않도록 로봇의 동작을 세세하게 제어하는 동작 프로그램을 작성하고, 로봇을 동작시키는 것도 생각되지만, 암 신축시의 휨은 피작업물 파지 장치나 파지한 유리 기판의 중량, 중심 위치에 따라서 다르기 때문에, 피작업물 파지 장치나 파지하는 유리 기판이 변경되는 경우에 작성한 동작 프로그램을 모두 다시 작성하여야 한다. 근년, 유리 기판은 보다 대형화하고 액정이나 플라즈마 디스플레이의 수요가 높아지고 있는 것을 배경으로 생산은 보다 빨리 요구되어 이 휨은 증대하는 경향에 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이고, 암의 신축 동작의 가감 속도를 저하시키는 일 없이 기판 수용 카세트 및 기판의 처리부로의 유리 기판의 출납을 다른 간섭없이 가능하게 하는 로봇 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
　 상기 문제를 해결하기 위해 본 발명은 다음과 같이 구성하였다.
청구항 1에 기재의 발명은, 피작업물을 파지 또는 재치하는 피작업물 파지 장치를 선단에 구비한 암, 상기 암을 수평 방향으로 신축하는 암축 모터 및 상기 암을 승강하는 승강축 모터를 구비한 로봇과, 상기 로봇의 상기 암축 모터 및 상기 승강축 모터를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하는 피작업물 반송 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 암축 모터의 구동으로 상기 암이 신축을 할 때의 피작업물 중심의 수평 방향 이동 가감 속도에 기초하는 병진력을 구하고, 상기 병진력과 상기 피작업물 중심의 연직 방향 위치로부터 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트를 구하고, 상기 암으로부터 상기 피작업물 파지 장치에 걸쳐서의 강성값에 의해 상기 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트를 나눔으로써 상기 로봇의 제어점 위치의 연직 방향의 휨량을 구하고, 상기 휨량을 상기 승강축 모터를 구동하여 상기 로봇의 연직 방향으로 보정하는 처리를 소정의 제어 주기마다 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 2에 기재의 발명은, 상기 제어 장치는 저장 수단을 구비하고, 미리 상기 로봇의 로봇 정보와, 상기 피작업물 파지 장치의 피작업물 파지 장치 정보와, 상기 피작업물의 피작업물 정보를 포함하는 제어용 파라미터를 등록하고, 상기 제어용 파라미터를 참조하여 상기 휨량을 구하고, 상기 피작업물 파지 장치의 정보는, 피작업물 파지 장치의 중량, 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 피작업물 중심까지의 X축 방향 거리, 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 피작업물 중심까지의 Z축 방향 거리, 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 제어점까지의 X축 방향 거리, 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 제어점까지의 Y축 방향 거리, 및 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 제어점까지의 Z축 방향 거리 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 피작업물의 정보는 파지하는 피작업물의 중량, 파지하는 피작업물의 제어점의 플랜지로부터 피작업물 중심까지의 X축 방향 거리, 및 파지하는 피작업물의 제어점의 플랜지로부터 피작업물 중심까지의 Z축 방향 거리 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 3에 기재의 발명은, 복수의 상기 피작업물 파지 장치에 대해 각각 파지 장치 식별자를 할당하고, 이 파지 장치 식별자에 관련지어 상기 피작업물 파지 장치 정보가 등록되고, 상기 휨량을 구할 때에는 상기 파지 장치 식별자에 의해 검색되는 상기 피작업물 파지 장치 정보에 기초하여 상기 휨량을 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 4에 기재의 발명은, 복수의 상기 피작업물에 대해 각각 피작업물 식별자를 할당하고, 이 피작업물 식별자에 관련지어 상기 피작업물 정보가 등록되고, 상기 휨량을 구할 때에는 상기 피작업물 식별자에 의해 검색되는 상기 피작업물 정보에 기초하여 상기 휨량을 구하는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 5에 기재의 발명은, 상기 로봇은 액정 유리 기판 반송용 수평 다관절 로봇인 것을 특징으로 하는 것이다.
<발명의 효과>
이상의 구성에 의해 본 발명의 제어 장치는, 암과 승강축을 가지는 로봇이 암의 신축 동작을 행할 때, 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의한 암의 휨을 계산하고, 그 휨에 의한 제어점 위치의 어긋남 양을 승강축이 Z축 방향으로 동작하고 보정함으로써, 제어점의 연직 방향 궤적을 일정하게 유지할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 플로차트이다.
도 2는 암을 X축 정방향으로 동작하는 경우의 휨 각도 φ1이다.
도 3은 암을 X축 역방향으로 동작하는 경우의 휨 각도 φ2이다.
도 4는 암을 X축 정방향으로 동작시킬 때의 암축 모터의 속도와 제어점의 위치와 보정량과 시간의 관계이다.
도 5는 암을 X축 정방향으로 가속 동작시켰을 때의 휨량 ΔZ를 보정하는 모 습이다.
도 6은 암을 X축 역방향으로 가속 동작시켰을 때의 휨량 ΔZ를 보정하는 모습이다.
도 7은 피작업물 반송 장치의 구성도이다.
도 8은 로봇의 구성도이다.
도 9는 로봇의 암이 펼쳐진 상태도이다.
도 10은 로봇의 암이 오므려진 상태도이다.
도 11은 로봇이 승강하는 상태도이다.
도 12는 로봇의 상면으로부터 본 구성도이다.
도 13은 X방향 기판 수용 카세트로 신축 동작하는 로봇과의 위치 관계도이다.
도 14는 Y방향 기판 수용 카세트로 신축 동작하는 로봇과의 위치 관계도이다.
도 15는 복수의 기판 수용 카세트의 n단째에 대해서 피작업물 파지 장치를 삽입하기 전의 도이다.
도 16은 복수의 기판 수용 카세트의 n＋2단째에 대해서 피작업물 파지 장치를 삽입한 도이다.
도 17은 피작업물 파지 장치에 유리 기판을 파지한 때의 중심의 모식도이다.
도 18은 암을 X축 정방향으로 동작시켰을 때의 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트의 모델이다.
도 19는 암을 X축 정방향으로 동작시켰을 때의 휨의 도이다.
도 20은 암을 X축 역방향으로 동작시켰을 때의 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트의 모델이다.
도 21은 암을 X축 역방향으로 동작시켰을 때의 휨의 도이다.
도 22는 암을 X축 정방향으로 동작시킬 때의 암축 모터의 속도 및 제어점 위치 휨량과 시간의 관계도이다.
<부호의 설명>
13　암(arm)을 X축 정방향으로 가속하는 경우의 보정량의 시간적 추이
14　암을 X축 정방향으로 감속하는 경우의 보정량의 시간적 추이
15　암을 X축 정방향으로 가속하는 경우의 보정한 제어점
16　암을 X축 정방향으로 감속하는 경우의 보정한 제어점
100　기판 수용 카세트(cassette) 101　지지 핀(pin)
102　로봇(robot) 103　케이블(cable)
104　제어 장치 105　케이블(cable)
106　교시 수단(instructing means)
107　유리 기판
108　제1 암 링크(arm link) 109　제2 암 링크
110　피작업물 파지 장치
111　상부 승강 링크 112　하부 승강 링크
113　본체 암 지지부
114　제1 암축 115　암축 모터(motor)
116　암축 감속기
117　제1 링크 벨트(belt)
118　제2 암축 119　제2 암축 감속기
120　제2 링크 벨트 121　플랜지 감속기
122　플랜지(flange) 123　제어점
124　승강축 모터 125　승강 설치부
126　승강 지지부 127　Z축 제로(zero) 기준
128　선회축 모터 129　선회부
130　선회축 131　선회 정방향
132　선회 역방향 133　기판 수용 카세트
134　지지 핀(pin)
135　n단째 기판 수용 카세트
136　n＋2단째 기판 수용 카세트
137　암축 모터축 중심 위치
138　어긋난 제어점(암이 X축 정방향으로 가속하는 경우)
139　이상적인 제어점
140　어긋난 제어점(암이 X축 역방향으로 가속하는 경우)
141　이상적인 중심 위치
142　어긋난 중심 위치
143　암축 모터 속도
144　가속시의 제어점 위치의 휨량
145　감속시의 제어점 위치의 휨량
이하 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도를 참조하여 설명한다.
<제1의 실시 형태>
본 발명을 도 7 및 도 8에 나타나는 구성을 구비한 수직 승강축을 구비하는 수평 다관절 로봇에 적용하는 피작업물 반송 장치에 대해서 설명한다.
제어 장치(104)에 구비되는 도시하지 않은 저장 수단에 미리 로봇(102)의 파라미터를 입력해 둔다. 상기 저장 수단에, 상기 파라미터로서, 도 8에 나타내는 제1 암축(114)으로부터 제2 암축(118)까지의 거리[m], 제2 암축(118)으로부터 플랜지(122)까지의 거리[m], 암축 모터(115)로부터 플랜지(122)까지의 Z축 방향 거리[m], 승강 설치부(125)로부터 승강축 모터(124)까지의 거리[m], 및 승강축 모터(124)로부터 승강 지지부(126)까지의 거리[m]인 로봇 정보와, 피작업물 파지 장치의 중량[kg], 피작업물 파지 장치의 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리[m], 피작업물 파지 장치의 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 Z축 방향 거리[m], 피작업물 파지 장치의 플랜지(122)로부터 제어점까지의 X축 방향 거리[m], 피작업물 파지 장치의 플랜지(122)로부터 제어점까지의 Y축 방향 거리[m], 및 피작업물 파지 장치의 플랜지(122)로부터 제어점까지의 Z축 방향 거리[m]인 피작업물 파지 장치 정보와, 파지하는 피작업물의 중량[kg], 파지하는 피작업물의 제어점의 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리[m], 및 파지하는 피작업물의 제어점의 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 Z축 방향 거리[m]인 피작업물 정보와, 암과 피작업물 파지 장치에 걸쳐서 강성값 K[Nm/rad]와, 제어 장치가 동작 지령을 각 모터로 출력하는 제어 주기의 지령 주기 시간[s]을 포함하는 제어용 파라미터를 등록한다.
피작업물 파지 장치 또는 피작업물이 복수 종류 존재할 때는, 각각에 고유의 번호 등의 식별자(파지 장치 식별자, 피작업물 식별자)가 할당되고, 각각의 식별자에 대해서 상술의 파라미터가 등록된다. 이들의 파라미터는 동작시에 계산에 이용하지만 식별자로 탐색된다.
제어용 파라미터는 교시 수단(106)에 구비되는 버튼을 아래로 눌러 입력하지만, 도시하지 않은 외부 기억 장치로부터 통신 수단 등을 통해 제어 장치(104)의 저장 수단에 저장된다.
또 피작업물 반송 장치로서 소망의 동작 및 제어를 위해서는 다른 파라미터도 필요하지만 본 발명에 관련하지 않기 때문에 생략한다.
로봇(102)은 미리 저장 수단에 저장된 동작 프로그램에 따라, 또는 교시 수단(106)이 구비한 복수의 버튼을 아래로 눌러 동작 지령을 케이블(105)을 통해 제어 장치(104)에 입력하고 케이블(103)을 통해 각 모터에 주어 동작한다.
본 발명이 적용된 복수 축으로 구성되는 로봇의 동작을 도 1의 플로차트(flow chart)를 이용하여 설명한다.
동작 프로그램에는 동작시에 구비하고 있는 피작업물 파지 장치의 번호(식별자)와 파지하고 있는 피작업물의 번호(식별자)가 기술되어 있다. 우선 지정된 동작 프로그램을 재생하는 동작에 구비된 이 작업 프로그램이 선택되고, 작업 프로그램에 포함되는 식별자로 참조되는 파라미터가 검색되고 읽혀 들여진다.
한편, 교시 수단의 조작으로 로봇(102)의 동작을 행하는 교시 모드에서는, 교시 수단(106)이 구비하는 버튼을 아래로 눌러 동작 지령을 케이블(105)을 통해 제어 장치(104)에 입력할 때, 구비되어 있는 피작업물 파지 장치의 식별자(번호)와, 동작시에 파지하고 있는 피작업물의 식별자(번호)가 전달된다.
플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리[m]와 Z축 방향 거리[m]는, 동작시에 구비하고 있는 피작업물 파지 장치의 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리[m]와, 동작시에 구비하고 있는 피작업물 파지 장치의 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 Z축 방향 거리[m]와, 동작시에 파지하고 있는 피작업물의 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리[m]와, 동작시에 파지하고 있는 피작업물의 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 Z축 방향 거리[m]를 이용하여 구할 수가 있다.
제어 장치로부터 각 모터에 소정의 제어 주기 1주기 분의 동작 지령을 준 후의 제1 암축(114)으로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리는, 미리 저장 수단에 저장한 제1 암축(114)으로부터 제2 암축(118)까지의 거리[m]와, 제2 암축(118)으로부터 플랜지(122)까지의 거리[m]를 이용하여 기하학적으로 구할 수가 있다. 예를 들면 도 8, 도 9 및 도 10에 나타내는 기구를 구비한 암의 경우, 제1 암축(114)으로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리는 이미 기술한 것처럼 식(1)에 의해 구해진다. 또 제1 암축(114)과 암축 모터(115)는 X축 방향으로 동일한 위치에 배치되어 있으므로, 제1 암축(114)으로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리[m]는 암축 모터(115)로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리[m]와 동일하다.
(스텝 1) 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리[m]와 암축 모터(115)로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리[m]를 가산하고, 제어 장치로부터 각 모터에 1주기 분의 동작 지령을 준 후의 암축 모터(115)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리[m]와, 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 Z축 방향 거리[m]와, 미리 저장 수단에 저장한 암축 모터(115)로부터 플랜지(122)까지의 Z축 방향 거리[m]를 가산하고, 제어 장치로부터 각 모터에 1주기 분의 동작 지령을 준 후의 암축 모터(115)로부터 피작업물 중심 M까지의 Z축 방향 거리[m]를 구한다.
(스텝 2) 제어 장치로부터 각 모터에 1주기 분의 동작 지령을 주기 전의 제1 암축(114)으로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리는, 미리 저장 수단에 저장한 제1 암축(114)으로부터 제2 암축(118)까지의 거리[m]와, 제2 암축(118)으로부터 플랜지(122)까지의 거리[m]를 이용하여 기하학적으로 구할 수가 있다. 예를 들면 도 8, 도 9 및 도 10에 나타내는 기구를 구비한 암의 경우, 제1 암축(114)으로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리는 이미 기술한 것처럼 식(1)에 의해 구해진다.
이상으로부터, 플랜지(122)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리[m]와 암축 모터(115)로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리[m]를 가산하고, 제어 장치로부터 각 모터에 1주기 분의 동작 지령을 주기 전의 암축 모터(115)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리[m]를 구한다.
(스텝 3) 스텝 1과 스텝 2에서 구한 암축 모터(115)로부터 피작업물 중심 M까지의 X축 방향 거리의 차분(差分)을 계산한다. 즉, 피작업물 중심의 X축 방향 이 동 거리를 구한다.
(스텝 4) 스텝 3에서 구한 중심의 X축 방향 이동 거리를 미리 저장 수단에 저장한 제어 장치가 동작 지령을 각 모터로 출력하는 주기 시간[s]의 제곱으로 제산함으로써 가감 속도 α[m/s2]를 계산한다.
(스텝 5) 상기 제어 장치에 등록되어 있는 동작시에 구비하고 있는 피작업물 파지 장치의 중량[kg]과, 동작시에 파지하고 있는 피작업물의 중량[kg]를 가산하고, 플랜지(122)로부터 선단부의 총 중량을 구하고, 스텝 4에서 구한 가감 속도 α[m/s2]에 의해 병진력 F[N]을 식(9)에 의해 구한다.
F = m·α (9)
(스텝 6) 스텝 1에서 구한 제어 장치로부터 각 모터에 1주기 분의 동작 지령을 준 후의 암축 모터(115)로부터 중심 M까지의 Z축 방향 거리[m]와, 스텝 5에서 구한 병진력 F[N]의 반작용력(값은 병진력 F와 동일하다)을 이용하여 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트 N[Nm]를 식(10)에 의해 구한다.
N = F·Zg (10)
(스텝 7) 동작시에 파지하고 있는 피작업물 파지 장치에 걸쳐서 강성값 K[Nm/rad]와, 스텝 6에서 구한 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트 N[Nm]를 이용하여 식(11)에 의해 휨 각도 φ[rad]를 구한다.
φ = N/K (11)
여기서 구해지는 휨 각도 φ는 도 2 및 도 3에 의해 도시된다. 도 2는 암을 X축 정방향으로 동작하는 경우의 휨 각도 φ1을 나타낸다. 도 3은 암을 X축 역방향으로 동작하는 경우의 휨 각도 φ2를 나타낸다. 제1 암축(114)의 선회 중심선과, 암의 각 부와 피작업물 파지 장치(110)가 완전한 강체일 경우의 제어점을 통과하여 피작업물 파지 장치(110)에 평행한 직선과의 교점을 점 P로 하면, 휨 각도는 각각 점 P와 제어점을 통과하는 직선과, 암의 각 부와 피작업물 파지 장치(110)가 휨으로써 어긋난 제어점(138)과 점 P를 연결하는 직선이 이루는 각도이다.
휨 각도 φ는 또한 암의 각 부와 피작업물 파지 장치(110)가 완전한 강체일 경우의 중심 위치를 통과하여 피작업물 파지 장치(110)에 평행한 직선과의 교점을 점 P로 하면, 점 P와 중심 위치(141)를 통과하는 직선과, 암의 각 부와 피작업물 파지 장치(110)가 휨으로써 어긋난 중심 위치(142)와 점 P를 연결하는 직선이 이루는 각도와 동일하다.
(스텝 8) 미리 저장 수단에 저장한 제1 암축(114)으로부터 제2 암축(118)까지의 거리[m]와, 제2 암축(118)으로부터 플랜지(122)까지의 거리[m]와, 암축 모터(115)의 각도를 이용하여 제어 장치로부터 각 모터에 1주기 분의 동작 지령을 준 후의 제1 암축(114)으로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리(암 신축 길이)를 기하학적으로 구한다. 예를 들면 도 8 및 도 9 및 도 10에 나타내는 기구를 구비한 암의 경우, 제1 암축(114)으로부터 플랜지(122)까지의 X축 방향 거리는 이미 기술한 것처럼 식(1)에 의해 구해진다.
(스텝 9) 스텝 8에서 구한 암 신축 길이와, 피작업물 파지 장치의 플랜지(122)로부터 제어점까지의 X축 방향 거리[m]를 가산하여 제1 암축(114)으로부터 제어점까지의 거리 R[m]을 구하고, 스텝 7에서 구한 휨 각도 φ[rad]를 이용하여 휨량 ΔZ[m]를 구한다. 휨량 ΔZ[m]은 식(12)에 의해 구해진다.
ΔZ = Rsin(φ) (12)
　(스텝 10) 암의 각 부가 완전한 강체인 것으로 하여 제어 장치로부터 각 모터에 1주기 분의 동작 지령을 준 후의 승강축의 승강량[m]을 기하학적으로 구하고, 피작업물 파지 장치의 플랜지(122)로부터 제어점까지의 Z축 방향 거리[m]와 상기 승강량[m]을 가산하고, 제어 장치로부터 각 모터에 1주기 분의 동작 지령을 준 후의 제어점의 Z축 방향 위치[m]를 계산하고, 스텝 9에서 구한 휨량 ΔZ[m]을 감산하고, 이를 보정한 목표 제어점 Z축 방향 위치 Zc[m]로 한다.
(스텝 11) 제어 장치로부터 각 모터에 1주기 분의 동작 지령을 준 후, 미리 저장 수단에 저장한 승강 설치부(125)로부터 승강축 모터(124)까지의 거리[m]와, 승강축 모터(124)로부터 승강 지지부(126)까지의 거리[m]을 이용하여, 스텝 10에서 구한 보정한 목표 제어점 Z축 방향 위치[m]로 승강축만으로 동작하기 위한 승강축의 각 모터 각도를 기하학적으로 구한다. 예를 들면 도 11에 나타내는 기구를 구비한 승강축의 경우, 미리 저장 수단에 저장한 승강 설치부(125)로부터 승강축 모터(124)까지의 거리[m]와, 승강축 모터(124)로부터 승강 지지부(126)까지의 거리[m]는 동일하고, 이를 b로 하면 보정한 목표 제어점 Z축 방향 위치 Zc[m]로 동작하기 때문에 승강축의 승강축 모터 각도 γ는 식(2)을 변형한 식(13)에 의해 구해진다.
γ = asin(Zc/2b) (13)
(스텝 12) 스텝 11에 의해 구해진 승강축 모터 각도 γ에 상당하는 동작 지령을 새롭게 승강축 모터에 동작 지령으로서 케이블(103)을 통해 로봇(102)의 각 축모터로 출력한다.
이상의 처리 경과를 더듬어 각 모터로 출력되는 동작 지령은 보정을 가미한 것으로 되고 결과적으로 목표 제어점 위치는 보정된다. 도 4는 도 22에 나타낸 로봇이 암을 X축 정방향으로 동작시킬 때의 암축 모터의 속도(143)와, 제어점의 위치와 시간의 관계와, 보정량을 나타낸다. 횡축 t는 시간을 나타내고, 종축 ｖ는 속도를 나타내고, 종축 Z는 제어점 위치의 Z축 방향 휨량(144, 145)을 나타낸다. 보정량은 스텝 9에서 구한 휨량 ΔZ의 부호를 반전한 것과 동일하고, 암이 X축 정방향으로 가속할 때의 보정량은 가속시의 보정(13)으로 되고, 암이 X축 정방향으로 감속할 때의 보정량은 감속시의 보정(14)으로 된다.
도 5는 로봇이 암을 X축 정방향으로 가속 동작시켰을 때, 휨량 ΔZ를 보정하는 모습을 나타낸다. 휨량 ΔZ와 보정량의 가산값은 제로로 되기 때문에, 보정한 제어점(15)과 이상적인 제어점(138)의 Z축 방향 위치는 동일해지고, 제어점의 Z축 방향 위치는 일정하게 유지된다. 또 도 6은 로봇이 암을 X축 역방향으로 가속 동작시켰을 때 휨량 ΔZ를 보정하는 모습을 나타낸다. 휨량 ΔZ와 보정량의 가산값은 0(제로)으로 되기 때문에, 보정한 제어점(16)과 이상적인 제어점(139)의 Z축 방향 위치는 동일해지고, 제어점의 Z축 방향 위치는 일정하게 유지된다.
이 일련의 처리의 흐름을 제어 장치의 동작 지령의 출력 주기로 실행함으로써 항상 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의한 휨을 연직 방향으로 보정하는 것이 가능하다. 또 이 휨 보정에서는, 실시 형태에 있듯이 복잡한 연산을 사용하지 않기 때문에, 로봇의 제어를 행하는 제어 장치에 구비되는 마이크로 컴퓨터에 의한 연산 시간을 보다 줄일 수 있으므로, 로봇의 동작 제어 처리에 영향을 주는 일이 없다.
또 복수의 기판 수용 카세트에 복수의 중량이 다른 유리 기판이 혼재하고 있는 경우는, 파지하는 피작업물 식별자(번호)가 다른 동작 프로그램을 준비하고, 파지하는 유리 기판에 맞추어 동작 프로그램을 실행함으로써 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의한 휨이 없고 유리 기판을 반송하는 것이 가능하다.
이상은 본 발명을 실시하는 1예이고, 암은 예를 들면 모터(motor)와 락(lock)＆피니언(pinion)이나 볼나사(ball screw)로 구성된 직동축(linear motion axes)이나, 전자 밸브 제어에 의한 공기압이나 유압을 동력으로 하는 직동축이나, 제1 암축(114)과 제2 암축(118)과 플랜지(122)가 각각 모터를 구비하고 개별적으로 선회하여 X축 방향으로 보간 동작이 가능하고, 또 Y축 방향 및 Z축 방향으로 보간 동작하는 것이 가능하여도 좋다. 암은 유리 기판을 X축 방향으로 직선 보간 동작할 수가 있는 기구를 구비하고 있으면 좋다.
또 승강축은 예를 들면 락＆피니언이나 볼나사로 구성된 직동축이나, 전자 밸브 제어에 의한 공기압이나 유압을 동력으로 하는 직동축이나, 승강축 모터(124) 이외에 승강 설치부(125)와 승강 지지부(126)에 모터를 구비하고 개별적으로 선회하여 Z축 방향으로 보간 동작이 가능하고, 또 X축 방향 및 Y축 방향으로 보간 동작하는 것이 가능하여도 좋다. 승강축은 Z축 방향으로 직선 보간 동작할 수가 있는 기구를 구비하고 있으면 좋다. 도 7 및 도 8 및 도 12 및 도 13 및 도 14는 일반적 인 장치를 예로 나타내고 있지만, 선회축(130)은 반드시 구비할 필요는 없다.
또 도 7에 기재의 교시 수단(106)은 도시하지 않은 외부 기억 장치를 구비하고 있지만 교시 수단(106)은 예를 들면 외부 기억 장치를 구비한 범용 컴퓨터나 개인용 컴퓨터라도 좋다. 또 저장 수단에 미리 동작 프로그램이 저장되어 있는 경우는 교시 수단(106)을 구비하지 않아도 좋다. 도 7에 기재의 케이블(105)은 전기적으로 접속된 유선의 전달 수단으로서 나타내고 있지만 이는 예를 들면 전파를 이용한 무선 수단이라도 좋다.
본 발명은 수평 방향과 연직 방향으로 자유도를 구비하는 로봇에 대해서 적용할 수 있으므로, 예를 들면 많은 산업용 로봇으로 이용되고 있는 수직 6축 다관절 로봇에 대해서도 적용할 수가 있다. 예를 들면 프레스(press)간 핸들링(handling) 용도에서는 계속 동작하는 프레스기에 고속으로 또한 정확하게 피작업물을 반송해야 한다. 프레스기의 피작업물 반입구는 피작업물을 반입하는 최저한의 크기로 되어 있으므로, 고속으로 반송했을 때의 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트에 의한 휨에 의해 피작업물과 프레스기가 간섭하는 경우를 생각할 수 있다. 그러나, 본 발명을 적용하면 피작업물의 반송할 때에 발생하는 휨량을 계산하고, 각 부가 완전한 강체일 경우의 위치로부터 휨에 의해 일탈한 방향에 대해, 상기 계산한 휨량을 6 자유도를 이용하여 직선 보간 동작함으로써 직선적으로 휨량을 없앨 수 가 있다.
이 발명은 고속도(high speed)로 긴 스트로크(stroke)의 동작을 하기 때문에, 동적인 휨의 발생을 생각할 수 있으므로, 특히 일단을 동작하고 타단으로 피작 업물을 반송하는 용도에 적용할 수가 있다.

Claims (5)

  1. 피작업물을 파지 또는 재치하는 피작업물 파지 장치를 선단에 구비한 암, 상기 암을 수평 방향으로 신축하는 암축 모터 및 상기 암을 승강하는 승강축 모터를 구비한 로봇과, 상기 로봇의 상기 암축 모터 및 상기 승강축 모터를 구동 제어하는 제어 장치를 구비하는 피작업물 반송 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 암축 모터의 구동으로 상기 암이 신축을 할 때의 피작업물 중심의 수평 방향 이동 가감 속도에 기초하는 병진력을 구하고, 상기 병진력과 상기 피작업물 중심의 연직 방향 위치로부터 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트를 구하고,
    상기 암으로부터 상기 피작업물 파지 장치에 걸쳐서의 강성값에 의해 상기 관성력에 의해 생기는 힘의 모멘트를 나눔으로써 상기 로봇의 제어점 위치의 연직 방향의 휨량을 구하고,
    상기 휨량을, 상기 승강축 모터를 구동하여 상기 로봇의 연직 방향으로 보정하는 처리를 소정의 제어 주기마다 행하는 것을 특징으로 하는 피작업물 반송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는 저장 수단을 구비하고, 미리 상기 로봇의 로봇 정보와, 상기 피작업물 파지 장치의 피작업물 파지 장치 정보와, 상기 피작업물의 피작업물 정보를 포함하는 제어용 파라미터를 등록하고, 상기 제어용 파라미터를 참조하여 상기 휨량을 구하고,
    상기 피작업물 파지 장치의 정보는, 피작업물 파지 장치의 중량, 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 피작업물 중심까지의 X축 방향 거리, 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 피작업물 중심까지의 Z축 방향 거리, 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 제어점까지의 X축 방향 거리, 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 제어점까지의 Y축 방향 거리, 및 피작업물 파지 장치의 플랜지로부터 제어점까지의 Z축 방향 거리 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 피작업물의 정보는 파지하는 피작업물의 중량, 파지하는 피작업물의 제어점의 플랜지로부터 피작업물 중심까지의 X축 방향 거리, 및 파지하는 피작업물의 제어점의 플랜지로부터 피작업물 중심까지의 Z축 방향 거리 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 피작업물 반송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    복수의 상기 피작업물 파지 장치에 대해 각각 파지 장치 식별자를 할당하고, 이 파지 장치 식별자에 관련지어 상기 피작업물 파지 장치 정보가 등록되고, 상기 휨량을 구할 때에는 상기 파지 장치 식별자에 의해 검색되는 상기 피작업물 파지 장치 정보를 참조하여 상기 휨량을 구하는 것을 특징으로 하는 피작업물 반송 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    복수의 상기 피작업물에 대해 각각 피작업물 식별자를 할당하고, 이 피작업물 식별자에 관련지어 상기 피작업물 정보가 등록되고, 상기 휨량을 구할 때에는 상기 피작업물 식별자에 의해 검색되는 상기 피작업물 정보를 참조하여 상기 휨량을 구하는 것을 특징으로 하는 피작업물 반송 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로봇은 액정 유리 기판 반송용 수평 다관절 로봇인 것을 특징으로 하는 피작업물 반송 장치.
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