KR102184953B1 - 로봇 및 로봇의 교시 방법 - Google Patents

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다모츠 구리바야시
데츠야 이노마타
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니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 더미 워크 등을 필요로 하지 않고, 간단한 기구로 정확한 자동 교시를 행할 수 있는 로봇을 제공한다.
워크를 지지하는 핸드와 승강 기구를 적어도 구비하고, 워크를 반송하는 로봇은, 워크를 로드/언로드할 때에 핸드의 이동 방향을 제1 방향으로 하고, 제1 방향과 상하 방향으로 직교하는 방향을 제2 방향으로 하여, 핸드에 설치되며 발광부와 수광부를 구비하여 제2 방향에 평행한 광축을 갖는 제1 센서와, 핸드에 설치되며 상기 워크의 외측 모서리를 검출하는 제2 센서를 구비한다. 핸드를 상하 방향으로의 왕복 이동시킴에 따른 제1 센서에서의 차광에 의해 워크의 높이 방향의 단부를 검출한다. 또한, 제2 센서에 의해 워크의 상이한 외측 모서리를 검출하여, 워크의 중심 위치를 산출한다.

Description

로봇 및 로봇의 교시 방법 {ROBOT AND TEACHING METHOD OF ROBOT}
본 발명은, 워크를 반송하는 로봇과, 이 로봇의 교시 방법에 관한 것이다.
워크를 반송하는 로봇은, 일반적으로 워크를 보유 지지하는 핸드와, 핸드를 선단에 구비하여 연결한 복수의 암과, 암 및 핸드를 전체로서 승강시키는 승강 기구를 구비하고 있다. 이러한 로봇은, 워크의 로드/언로드의 대상인 스테이지의 상호간에서 워크를 반송한다. 스테이지에는, 워크의 반송원 및 반송처가 되는 예를 들어 카세트나 워크 처리 장치 등이 포함된다. 스테이지에 대하여 워크를 로드/언로드할 때에는, 핸드는 스테이지의 정면이 되는 위치에 있어서, 스테이지에 대하여 전후 방향으로 이동한다. 이하의 설명에 있어서 이 방향을 핸드의 이동 방향이라 부른다. 예를 들어 특허문헌 1에는, 워크의 반송에 사용되는 수평 다관절형 로봇의 일례가 개시되어 있다.
워크의 반송에 사용되는 로봇을 사용할 때에는, 미리 워크의 반송 경로를 로봇에 교시할 필요가 있으며, 교시에는 스테이지 내의 워크의 저장 위치를 로봇에 기억시키는 것도 포함된다. 지금까지 교시는, 작업원에 의한 수동 조작으로 행해져 왔다. 그러나, 수동 조작이기 때문에, 교시 효율이나 교시의 확실함은 작업원의 조작 경험에 크게 의존한다. 또한, 최근 몇년간, 로봇이 마련되어 암이나 핸드를 이동시키는 것이 가능한 공간이 좁아지고 있으며, 이 때문에 작업원이 로봇을 교시할 때의 시계가 나빠져 수동 교시를 행하는 것이 어려워지는 경향이 있다. 그래서, 이와 같은 상황을 타개하기 위해, 각종 자동 교시 방법이 제안되어 있다. 예를 들어 특허문헌 2에는, 수평 면내이면서 핸드의 이동 방향에 수직인 방향을 따라 조사된 광을 검출하는 제1 광학 센서와, 수평 면내이면서 핸드의 이동 방향에 대하여 비스듬한 방향을 따라 조사된 제2 광 센서를 사용하여 교시용의 워크(더미 워크)를 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여 교시를 행하는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 수평 면내에 있어서, 스테이지에 대한 핸드의 이동 방향에 대하여 직교하는 방향으로 간격을 두고 두 센서를 배치하고, 이 두 센서를 사용하여 워크의 에지를 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여 어긋남양의 산출과 좌표계 변환을 행하여 교시 포인트를 취득하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허 제5199117호 공보 일본 특허 공개 제2016-107378호 공보 일본 특허 공개 제2009-160679호 공보
워크를 반송하는 로봇의 자동 교시의 방법으로서 각종 방법이 제안되어 있지만, 이들 방법에서는, 특수한 구조의 더미 워크를 사용하거나, 로봇과는 별개로 센서를 마련하거나, 혹은 교시용의 지그 장착 스테이지를 사용하거나 한다. 그 결과, 교시를 위한 기구나 수순이 복잡화된다. 또한, 교시의 정밀도에 있어서도 개량의 여지가 있다.
본 발명의 목적은, 더미 워크 등을 필요로 하지 않고, 간단한 기구로 정확한 자동 교시를 행할 수 있는 로봇과, 이 로봇의 교시 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 로봇은, 워크를 지지하는 핸드와 승강 기구를 적어도 구비하고, 워크를 반송하는 로봇이며, 워크를 로드/언로드할 때에 핸드의 이동 방향을 제1 방향으로 하고, 제1 방향과 상하 방향으로 직교하는 방향을 제2 방향으로 하여, 핸드에 설치되며 발광부와 수광부를 구비하여 제2 방향에 평행한 광축을 갖는 제1 센서와, 핸드에 설치되며 워크의 외측 모서리를 검출하는 제2 센서를 갖고, 핸드를 상하 방향으로의 왕복 이동시킴에 따른 제1 센서에서의 차광에 의해 워크의 높이 방향의 단부를 검출하고, 제2 센서에 의해 워크의 상이한 외측 모서리를 검출하여, 워크의 중심 위치를 산출한다.
본 발명의 로봇에서는, 제1 센서에 의해 워크의 높이 방향의 단부를 검출하기 때문에, 검출된 높이 방향의 단부의 위치에 기초하여, 제2 센서에 의한 워크의 외측의 모서리 검출을 위해 적절한 높이 위치를 설정할 수 있다. 이 때문에, 핸드에 설치된 제2 센서에 의해 워크의 상이한 외측 모서리를 검출하는 처리를 자동적으로 실행할 수 있으며, 자동 교시에 의해, 워크의 높이 위치와 수평 면내에서의 워크의 중심 위치를 용이하게 구할 수 있게 된다.
본 발명의 로봇에서는, 제1 방향을 따라 제2 센서보다도 워크에 가까운 위치에 제1 센서를 설치할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 워크에 가까운 측에 배치된 제1 센서에 의해 워크의 높이 위치를 검출할 수 있음과 함께, 제2 센서를 제1 센서로부터 이격할 수 있어 각 센서의 배치의 자유도가 향상된다. 이때, 핸드의 워크를 향하는 선단은, 워크가 핸드 및 제1 센서에 접촉하지 않고 워크에 의해 제1 센서의 광축을 가로막을 수 있도록, 선단을 향해 V자형 또는 U자형으로 벌어지도록 분기되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 V자형 혹은 U자형으로 벌어지도록 워크의 선단을 분기시킴으로써, 워크와의 충돌을 확실하게 피하면서 워크의 높이 방향의 단부의 위치를 결정할 수 있게 된다.
본 발명의 로봇에서는, 상하 방향으로 배치한 발광 소자 및 수광 소자를 구비하는 제2 센서를 사용하고, 워크에 근접하는 방향으로의 제1 방향을 따른 핸드의 움직임에 따라 발광 소자 및 수광 소자의 사이의 공간에 워크의 외측 모서리를 받아들일 수 있도록 발광 소자 및 수광 소자를 배치해도 된다. 이 구성에 의하면, 제2 센서에서의 발광 소자로부터 수광 소자를 향하는 광축의 방향이 상하 방향이 되어 워크의 외측 모서리를 확실하게 검출할 수 있게 된다. 이러한 제2 센서의 일례로서는, 제1 방향으로부터 워크 중심측으로 기운 방향에 대하여 제2 센서의 설치 위치로부터 연장된는 상완 및 하완을 갖고, 상완 및 하완의 한쪽에 발광 소자가, 다른쪽에 수광 소자가 마련되며, 전체로서 역ㄷ자형의 단면을 갖는 것을 들 수 있다. 이때, 상완 및 하완은 워크의 중심을 향해 연장되어 있는 것이 바람직하다. 상완 및 하완이 워크의 중심을 향해 연장됨으로써, 역ㄷ자 단면의 최내측부에까지 제2 센서와 간섭하지 않고 워크를 받아들이는 것이 가능해지며, 워크의 외측 모서리의 검출을 확실하게 행할 수 있게 된다.
본 발명의 로봇에서는, 핸드에 분리 가능하게 설치되는 지그에 제1 센서 및 제2 센서를 탑재해도 된다. 지그를 사용함으로써, 센서의 설치를 용이하게 행할 수 있으며, 또한 교시의 종료 후에 센서를 용이하게 제거할 수 있게 된다. 이때, 지그의 외형이 워크의 외형의 일부와 일치하도록 하면, 핸드를 따르도록 하여 지그가 핸드에 용이하게 설치할 수 있게 된다.
본 발명의 로봇에서는, 핸드에 워크의 회전 방지용의 돌기를 마련해도 되고, 이러한 돌기가 마련되는 경우에는, 지그의 외주에 핸드의 돌기와 걸림 결합하는 절결부를 마련해도 된다. 지그의 외주에 핸드의 돌기와 걸림 결합하는 절결부를 마련함으로써, 지그의 회전을 방지할 수 있어 이 회전에 따른 교시 결과에 있어서의 어긋남을 억제할 수 있다.
본 발명의 로봇에서는, 두 제2 센서를 사용하고, 이들 두 제2 센서가 제2 방향을 따라 서로 이격하여 배치되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제2 센서를 배치한 경우에는, 제1 방향을 Y축 방향으로 하고 제2 방향을 X축 방향으로 하는 XY 좌표계에 있어서, 한쪽의 제2 센서가 차광됨으로써 검출되는 워크의 외측 모서리의 XY 좌표를 (Xa,Ya)로 하고, 다른쪽의 제2 센서가 차광됨으로써 검출되는 워크의 외측 모서리의 XY 좌표를 (Xb,Yb)로 하고, 워크는 반경 R의 원판 형상으로 하면, 워크의 중심 좌표 (Xo,Yo)를 하기의 식에 나타낸 바와 같이 2점으로부터 계산할 수 있다.
Figure 112018103156357-pat00001
본 발명의 교시 방법은, 워크를 지지하는 핸드와 승강 기구를 적어도 구비하고, 워크를 반송하는 로봇의 교시 방법이며, 워크를 로드/언로드할 때에 핸드의 이동 방향을 제1 방향으로 하여, 핸드의 제1 방향을 따른 워크를 향하는 전진 운동과 핸드의 상하 방향에서의 왕복 이동을 조합하고, 워크의 하단을 검출하는 과정에 있어서, 핸드의 상승에 의해 워크의 하단을 검출할 때에, 검출에 관한 1회째의 상승에서의 검출 결과를 파기하고 2회째의 상승에서의 검출 결과에 기초하여 워크의 하단의 높이를 결정한다. 이와 같이 첫회의 검출 결과를 파기하고 2회째의 상승에서의 검출 결과를 사용함으로써, 워크의 하단의 높이 위치를 확실하게 검출할 수 있게 된다.
본 발명의 교시 방법에서는, 결정된 워크의 하단의 높이에 기초하여 핸드의 높이를 설정하고, 그 후 워크를 향해 핸드를 워크를 향하게 하여 더욱 전진시켜, 핸드에 설치된 센서에 의해 워크의 상이한 외측 모서리의 위치를 검출할 수 있다. 결정된 워크의 하단에 기초하여 핸드의 높이를 설정함으로써, 핸드에 설치된 센서에 의해 워크의 상이한 외측 모서리를 검출하는 처리를 자동적으로 실행할 수 있으며, 자동 교시에 의해, 워크의 높이 위치와 수평 면내에서의 워크의 중심 위치를 용이하게 구할 수 있게 된다.
본 발명의 교시 방법에서는, 로봇을 기준으로 하는 좌표에 있어서 이미 알고 있는 위치에 배치된 워크에 대하여, 센서에 의해 워크의 상이한 외측 모서리의 위치를 검출하여 워크의 위치를 산출하고, 이미 알고 있는 위치와 산출된 워크의 위치에 기초하여 교시 위치의 보정을 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 센서의 배치 오차 등에 기인하는 오차분을 보정할 수 있으며, 보다 정밀도가 높은 위치 검출이 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 반송용 로봇에 대하여 더미 워크 등을 필요로 하지 않고, 간단한 기구로 정확한 자동 교시를 행할 수 있게 된다.
도 1의 (a), (b)는, 각각 본 발명의 일 실시 형태의 로봇의 구성을 도시하는 평면도와 정면도이다.
도 2는 핸드의 선단과 교시용의 지그를 설명하는 사시도이다.
도 3은 Z축(상하 방향)의 교시를 설명하는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 정면도이다.
도 4는 Z축 방향의 교시의 구체적 순서를 설명하는 도면이다.
도 5의 (a), (b)는, X축 및 Y축 방향에서의 교시를 설명하는 정면도이다.
도 6의 (a), (b)는, 두 제2 센서의 사이에서의 차광 타이밍의 어긋남을 설명하는 평면도이다.
도 7은 캘리브레이션을 설명하는 도면이다.
도 8은 캘리브레이션을 설명하는 도면이다.
이어서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 로봇을 도시하고 있다. 여기에서는, 수평 면내 방향을 X축 방향 및 Y축 방향으로 하고, 수직 방향(상하 방향)을 Z축 방향으로 하는 직교 좌표계가 설정되어 있는 것으로 한다. 이 직교 좌표계는, 로봇에 고정된 좌표계이다. 특히, 설명을 위해, 스테이지에 대하여 워크를 로드/언로드할 때의 핸드 이동 방향을 Y축 방향, 즉 제1 방향이라 정한다. X축 방향은 제2 방향이 된다. 이 로봇은, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 3링크의 수평 다관절형 로봇이며, 베이스(2)에 대하여 제1 암(3)의 일단부가 접속하고, 제1 암(3)의 타단부에 제2 암 (4)의 일단부가 접속하고, 제2 암(4)의 타단부에 제3 암(5)의 일단부가 접속하고, 제3 암(5)의 타단부에는 워크를 보유 지지하기 위한 두 핸드(6, 7)가 접속하고 있다. 핸드(6, 7)는 상하 방향으로 겹치도록 마련되어 있으며, 핸드(6)는 하핸드, 핸드(7)는 상핸드이다. 베이스(2)와 제1 암(3)의 접속부, 암(3 내지 5)의 상호의 접속부, 암(5)에 대한 핸드(6, 7)도 접속부는 모두 로봇 관절로서 구성되어 있으며, 그러한 접속부를 통하는 수직인 축의 둘레에서 암(3 내지 5), 핸드(6, 7)가 회전 가능하게 되어 있다.
베이스(2)의 내부에는, 암(3 내지 5), 핸드(6, 7)를 일체의 것으로 하여 Z축 방향으로 이동시키는 승강 기구(8)가 마련되어 있다. 또한 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 로봇을 제어하는 로봇 컨트롤러(11)와, 로봇 컨트롤러(11)에 접속하여 조작자로부터 동작 커맨드가 입력되는 티칭 펜던트(12)도 마련되어 있다. 본 실시 형태의 로봇은 자동 교시를 행하는 것이지만, 자동 교시를 개시하는 등의 커맨드는 티칭 펜던트(12)로부터 입력된다. 또한 자동 교시에 필요한 로봇의 이동 제어나 위치의 연산은, 로봇 컨트롤러(11) 혹은 티칭 펜던트(12)에서 실행된다. 도시된 로봇은, 예를 들어 반도체 웨이퍼와 같은, 거의 원형이며 얇은 형상의 워크의 반송을 상정하여 구성된 것이지만, 본 발명이 적용 가능한 로봇은, 반도체 웨이퍼의 반송에 사용되는 로봇으로 한정되는 것은 아니고, 3링크의 로봇으로 한정되는 것도 아니고, 수평 다관절형 로봇으로 한정되는 것도 아니다.
본 실시 형태에서는, 교시를 위한 지그(20)를 사용한다. 지그(20)는 상측의 핸드(7)에 설치되는 것이다. 도 2는, 상측의 핸드(7)와 지그(20)를 설명하는 도면이다. 지그(20)를 설명하기 전에, 우선 핸드(7)에 대하여 설명한다. 핸드(7)는, 예를 들어 반도체 웨이퍼 등의 얇은 원판 형상의 워크를 보유 지지하여 반송하는 것이지만, 반송 도중에 워크가 회전하거나 하지 않도록, 핸드(7)의 중앙부 상면에는 돌기(17)가 마련되어 있다. 돌기(17)의 위치로부터 선단측(암(5)과의 접속부와는 반대측의 단부측)에 있어서 핸드(7)는, 돌기(17)의 위치로부터 선단측을 향해 V자형으로 분기하여 벌어지도록 형성되어 있다. V자형으로 분기하는 대신에 U자형으로 분기되어 있어도 된다. 도면에 있어서 일점쇄선(T)은, 핸드(7)에 있어서의 V자의 양쪽의 선단부(18, 19)를 연결하는 직선이며, 일점쇄선(L)은 핸드(7)의 긴 변 방향의 중심선이다. 이 구성에서는, 원형의 물체에 대하여 정면으로부터 직선적으로 핸드(7)를 접근시킨 경우, 이 물체가 선단부(18, 19)와 충돌하기 전에, 이 물체는 양쪽의 선단부(18, 19)를 연결하는 선(T)보다도 핸드(7)의 중앙측(돌기(17)가 배치된 측)으로 들여보낼 수 있게 된다. 이 구성은, 후술하는 Z축 방향에서의 교시를 행하기 위해 필요한 구성이다. 워크는, 워크의 외주부에 마련된 원호 형상의 절결부가 돌기(17)에 걸림 결합하도록 하여, 돌기(17)의 위치로부터 핸드(7)의 선단측의 위치에서 핸드(7)에 의해 보유 지지된다. 핸드(6)도 핸드(7)와 마찬가지의 구성을 갖는다.
지그(20)는, 핸드(7)에서의 워크의 적재 위치에 맞춰서 핸드(7)에 설치되는 판 형상의 것이다. 지그(20)에는, 제1 센서와 두 제2 센서(24, 25)가 마련되어 있다. 지그(20)를 사용함으로써, 제1 센서 및 제2 센서(24, 25)의 핸드(7)로의 설치를 용이하게 행할 수 있으며, 또한 교시의 종료 후에 제1 센서 및 제2 센서(24, 25)를 핸드(7)로부터 용이하게 제거할 수 있게 된다. 이때, 지그(20)의 외형이 워크의 외형의 일부와 일치하도록 하면, 핸드(7)를 따르도록 하여 지그(20)가 핸드(7)에 용이하게 설치되게 된다.
제1 센서는, 핸드(7)의 V자의 양쪽의 선단부(18, 19)에 대응하는 각각 위치에 마련된 발광부(22) 및 수광부(23)를 포함하고 있으며, 발광부(22)는, 도시된 화살표로 나타낸 바와 같이, 선단부(18, 19)를 연결하는 직선(T)을 따른 레이저 광선을 발하고, 수광부(23)는 이 광선을 수광한다. 지그(20)의 외주에는, 핸드(7)의 돌기(17)에 걸림 결합하는 원호 형상의 절결부(26)가 마련되어 있으며, 지그(20)의 핸드(7)로의 고정을 확실한 것으로 하고 있다. 지그(20)도, 핸드(7)와 마찬가지로 그 선단측(절결부(26)와는 반대측)이 V자 형상으로 형성되어 있으며, 직선(T)으로부터 핸드(7)의 중앙측에 물체가 들어가는 것을 저지하지 않는 형상으로 되어 있다.
제2 센서(24, 25)는, 수평 면내 즉 XY 평면 내에서의 워크의 외측 모서리를 검출하기 위해 발광 소자로부터 상하 방향으로 광축을 갖는 광을 출사하여 이 광을 수광 소자로 받는 차광 센서이며, 돌기(17)의 위치보다는 약간 선단측이며, 핸드(7)의 긴 변 방향의 중심선(L)에 대하여 대칭이 되는 위치에 마련되어 있다. 즉 제2 센서(24, 25)는, X축 방향을 따라 서로 이격하여 배치되어 있게 된다. 이때, 워크에 근접하는 방향으로의 Y축 방향을 따른 핸드(7)의 움직임에 따라 발광 소자 및 수광 소자의 사이의 공간에 워크의 외측 모서리를 받아들일 수 있도록, 발광 소자 및 수광 소자가 배치되어 있을 필요가 있다. 제2 센서(24, 25)의 일례로서, Y축 방향으로부터 워크 중심측으로 기운 방향으로 대하여 제2 센서(24, 25)의 설치 위치로부터 연장되는 상완 및 하완을 갖고, 상완 및 하완의 한쪽에 발광 소자가, 다른쪽에 수광 소자가 마련되며, 전체로서 역ㄷ자형의 단면을 갖는 것을 들 수 있다. 이때, 상완 및 하완은 워크의 중심을 향해 연장되어 있는 것이 바람직하다. 상완 및 하완이 워크의 중심을 향해 연장됨으로써, 역ㄷ자 단면의 최내측부에까지 제2 센서(24, 25)와 간섭하지 않고 워크를 받아들이는 것이 가능해지며, 워크의 외측 모서리의 검출을 확실하게 행할 수 있게 된다. 구체적으로는 제2 센서(24, 25)로서는, 예를 들어 역ㄷ자형의 단면 형상을 갖는 포토 인터럽터라 불리는 저렴한 센서를 사용할 수 있다. 워크와 접촉하지 않는 상태에서 워크에 의해 차광되도록, 제2 센서(24, 25)에 있어서의 발광 소자와 수광 소자의 간격은, 워크의 두께보다도 클 필요가 있다. 역ㄷ자의 단면 형상을 갖는 포토 인터럽터를 제2 센서(24, 25)로서 사용한 경우, 이들 포토 인터럽터는, 지그(20) 상에 적재되는 워크의 중심을 향해 개구되도록 마련된다.
최근에는, 매핑용 센서를 마련한 로봇용 핸드가 실용화되어 있다. 매핑용 센서는, V자 형상으로 형성된 핸드의 양쪽의 선단에 각각 발광 소자와 수광 소자를 마련하여 구성된 것이기 때문에, 매핑용 센서를 갖는 핸드를 핸드(7)로서 사용하는 경우에는, 지그(20)에는 제1 센서를 마련할 필요는 없다. 이 경우, 지그(20)를 통하지 않고 핸드(7) 그 자체에 제2 센서(24, 25)를 설치해도 되고, 그렇게 하면 지그(20) 자체가 불필요하게 된다.
이어서, 본 실시 형태의 로봇에서의 교시 동작에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 로봇은 워크를 반송하는 것이기 때문에, 교시의 목표는, 스테이지에 수납되어 있는 워크의 위치, 구체적으로는 워크의 높이 방향의 단부의 위치와 워크의 수평 면내에서의 중심 위치를 로봇에 고정된 좌표계로 구하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 자동 교시로서, 워크의 높이 방향의 단부의 위치와 워크의 수평 면내에서의 중심 위치를 자동적으로 결정한다. 교시에서는, 로봇의 핸드(7)에 설치된 제1 센서(발광부(22) 및 수광부(23)) 및 제2 센서(24, 25)에서의 검출 결과를 사용하여 로봇을 이동시키고, 스테이지에 저장된 워크를 검출하고, 이에 의해 스테이지에 저장된 워크와 로봇 사이의 위치 관계를 정밀하게 결정한다. 교시에 사용하는 워크는, 실제의 공정에서 사용되는 워크여도 더미 워크여도 된다. 제1 센서 및 제2 센서(24, 25)가 지그(20)에 설치되어 있는 경우, 지그(20)에 설치되어 있는 센서의 위치로부터 얻어지는 로봇의 핸드(7)의 교시 위치는, 지그(20)를 제거하여 실제로 워크를 반송할 때에 핸드(7)의 위치로부터는 오프셋되어 있게 된다. 지그(20)의 형상이나 설계 치수에 따라 이 오프셋에 관한 정보를 파라미터로서 미리 산출해 두고, 지그(20)를 사용하여 얻은 교시 위치에 대하여 오프셋에 의한 보정을 행하여, 로봇에 의해 워크를 반송할 때에 실제로 사용하는 교시 위치로 한다.
본 실시 형태에서의 교시에서는, 우선 Z축 방향(높이 방향에서의 워크 위치)의 교시를 행한다. 도 3은 Z축 방향의 교시를 설명하는 도면이다. 교시에 앞서, 스테이지(31) 내의 이상적인 위치에 워크(30)를 설치해 둔다. 이 스테이지(31)의 정면이 되는 위치이며 워크(30)의 로드/언로드시의 대기하는 위치로, 로봇의 핸드(7)를 이동시킨다. 스테이지의 대략적인 위치와 스테이지에 대한 대기 위치는, 미리 로봇에 대하여 입력해 둘 필요가 있다. 이 상태가 도 3의 (a)에 도시되어 있다. 이 상태로부터 자동 교시가 개시하고, 핸드(7)를 스테이지(31)를 향해 점차 이동시킨다. 이때의 핸드(7)의 이동 방향은 Y축 방향이다. 워크(30)의 저면의 높이 위치를 제1 센서에 의해 검출하기 위해, 핸드(7)를 Y축 방향으로 이동시키면서, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 로봇의 베이스(2)에 마련된 승강 기구(8)(도 1의 (b) 참조)에 의해 핸드(7)를 일정한 진폭으로 Z축 방향, 즉 상하 방향으로 왕복 이동시킨다. 도시한 예에서는, 핸드(7)의 선단이 직사각형 물결 형상으로 Z축 방향으로 진동하면서 Y축 방향으로 이동하도록, 핸드(7)를, Y축 방향으로 소정의 제1 거리만큼 이동시키고, 이어서 Z축 방향으로 소정의 제2 거리만큼 움직이게 하고, 다시 제1 거리만큼 Y축 방향으로 이동시키고, 그 후, 먼저 Z축 방향으로 움직이게 한 방향과는 역방향으로 제2 거리만큼 이동시킨다. 이러한 이동은, 로봇 컨트롤러(11) 혹은 티칭 펜던트(12)에 의한 제어에 의해 자동적으로 행해진다. 이 이동 공정을 반복함으로써, 핸드(7)는 점차 워크(30)에 접근하고, 제1 센서의 발광부(22)로부터 수광부(23)를 향해 있는 레이저광이, 핸드(7)가 Z축 방향으로 상하 이동하고 있을 때에 차단되며, 제1 센서에 의해 워크(30)가 검출되게 된다. 워크(30)를 검출하는 과정에서 핸드(7)가 워크(30)에 접촉하면 워크(30)로 위치가 움직여서 교시를 잘 실시할 수 없게 되기 때문에, 원판 형상의 워크(30)에 접촉하지 않도록 핸드(7)를 움직이게 할 필요가 있으며, 이 때문에 핸드(7)의 선단측이 V자 형상으로 벌어져 있는 것이 중요하다. Z축 방향에서 핸드(7)가 어느 위치(즉 Z 높이)에 있을 때에 레이저광이 차단되어 제1 센서에 의해 워크(30)가 검출되었는지를 구함으로써, 워크(30)의 Z축 방향에서의 위치를 구할 수 있으며, 이에 기초하여 Z축 방향에서의 로봇의 교시가 행해지게 된다. 워크(30)의 Z 높이가 결정되면, 핸드(7)는 자동적으로 대기 위치까지 후퇴한다.
도 4는, Z축 방향의 교시를 행하고 있을 때에 있어서의 워크(30)와 핸드(7)의 선단의 위치 관계를 도시하는 도면이며, 도면에 있어서 굵은 선(35)은, 제1 센서의 광축 위치에서 표시되는 핸드(7)의 선단 위치를 나타내고 있다. 핸드(7)가 Y축 방향으로 움직이면서 Z축 방향(상하 방향)으로 왕복 운동하고 있으면, 제1 센서에 있어서 레이저광이 워크(30)에 의해 차광되는 현상은 몇 가지 경우로 분류할 수 있다. 워크(30)에 의해 제1 센서의 레이저광이 차광될 때에는, 핸드(7)의 선단이 워크(30)의 위치에 달한 후, 핸드(7)의 상하 운동에 따라 차광된다. 핸드(7)의 상하 운동은 반복하여 행해지기 때문에, 차광은 주기적으로 일어나게 된다. 도 4 의 (a)는, 1회째의 차광이 핸드(7)의 하강 동작 중에 일어난 경우를 나타내고 있으며, 이 예에서는, 차광 개시시의 타이밍으로부터는 워크(30)의 상면의 Z 높이가 얻어지게 된다. 본 실시 형태에서 교시를 행하고 있는 로봇은, 워크(30)를 밑에서부터 지지하여 반송하는 반송용의 로봇이기 때문에, 워크(30)의 상면의 Z 높이를 구해도 교시를 행한 것으로 되지는 않는다. 도 4의 (b)는, 1회째의 차광이 핸드(7)의 하강 동작 중에 일어난 경우의 다른 예를 나타내고 있다. 워크(30)의 외측 모서리(에지)는, 통상 둥그스름해진 단면 형상으로 되어 있으며, 도 4의 (b)에 나타낸 것은, 워크(30)의 외측 모서리를 Z 높이로서 검출한 것을 나타내고 있다. 이 경우도 교시를 행한 것이 되지 않는다. 도 4의 (c)는, 2회째의 차광이 핸드(7)의 상승 동작 중에 일어난 예를 나타내고 있다. 이 경우, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 워크(30)의 하면이 아니라 워크(30)의 외측 모서리를 Z 높이로서 검출하는 경우가 있으며, 교시에 사용하기에는 부적절하다. 이에 비해, 도 4의 (d)는, 차광이 발생하는 상승 동작 중 2회째의 상승 동작에 의해 워크(30)의 Z 높이를 구한 경우를 나타내고 있다. 2회째의 상승 동작에서 검출되는 Z 높이는, 워크(30)의 하면의 Z 높이, 즉 Z축 방향에서의 참된 위치를 나타내고 있기 때문에, 이것을 Z축 방향의 교시 결과로서 사용하면 된다.
이상 설명한 Z축 방향에서의 교시에서는, 핸드(7)를 Y축 방향으로 움직이게 하면서, 핸드(7)의 선단의 궤적이 구형파 형상이 되도록 핸드(7)를 상하 방향(Z축 방향)으로 왕복 이동시키고 있지만, 핸드(7)의 상하 방향으로의 왕복 이동의 형태는 이것으로 한정되는 것은 아니다. 핸드(7)의 선단이 삼각파 형상의 궤적을 그리도록 핸드(7)를 움직여도 되고, 혹은 정현파 형상의 궤적을 그리도록 핸드(7)를 움직여도 된다.
Z축 방향의 교시에 이어서, X축 및 Y축 방향의 자동 교시(수평 면내 위치에 대한 교시)를 행한다. X축 및 Y축 방향의 교시에서는, 핸드(7)를 실제로 카세트(31) 내에 삽입하여 워크(30)의 X축 방향 및 Y축 방향의 위치를 검출한다. 이때, 핸드(7)가 워크(30)와 충돌하거나 접촉하거나 하지 않도록, Z축 방향에서의 교시에서 구한 워크(30)의 하면의 Z 높이에 기초하여, 핸드(7)의 Z축 방향의 위치를 결정한다. 도 5는 X축 및 Y축 방향의 교시를 설명하는 도면이다. 우선, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, Z 방향의 교시에서 얻어진 결과에 기초하여 핸드(7)의 높이를 설정하고, 핸드(7)를 스테이지(31)에 대한 대기 위치로 이동시킨다. 이어서, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 핸드(7)를 Y축 방향으로 직선적으로 전진시킨다. 그 결과, 핸드(7)가 워크(30)에 접촉하지 않고, 제2 센서(24, 25)의 적어도 한쪽에 있어서 워크(30)가 그 제2 센서(24, 25)의 개구에 들어가서 차광이 발생한다. 이때, 핸드(7)가 워크(30)에 대하여 정확하게 위치 부여되어 있으면 제2 센서(24, 25)에서의 차광이 동시에 발생하지만, 실제로는 제2 센서(24, 25)의 한쪽에 있어서 먼저 차광이 발생한다. 제2 센서(24, 25) 중 어느 쪽에서 먼저 차광이 발생하는지에 따라, X축 및 Y축 방향의 교시에 있어서의 동작 패턴이 2가지로 되게 된다.
도 6의 (a)는, 핸드(7)의 진행 방향에 대하여 좌측에 있는 제2 센서(24)에 있어서 우측에 있는 제2 센서(25)보다도 먼저 차광이 발생한 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 제2 센서(24)에 있어서 차광을 검출한 단계에서 핸드(7)의 전진(Y축 방향으로의 이동)을 정지하고, 그 후, X축을 따라 도시된 화살표로 나타낸 바와 같이 핸드(7)를 좌측 방향으로 이동시킨다. 그 결과, 우측의 제2 센서(25)에 있어서 차광이 발생하기 때문에, 제2 센서(25)에서의 차광의 발생을 검출한 후, 핸드(7)를 대기 위치로 후퇴시킨다. 한편, 도 6의 (b)는, 우측에 있는 제2 센서(25)에 있어서 좌측의 제2 센서(24)보다도 먼저 차광이 발생한 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 제2 센서(25)에 있어서 차광을 검출한 단계에서 핸드(7)의 전진을 정지하고, 그 후 X축을 따라 도시된 화살표로 나타낸 바와 같이, 좌측의 제2 센서(24)에 있어서 차광이 발생할 때까지 핸드(7)를 우측 방향으로 이동시키고, 제2 센서(24)에서의 차광의 발생을 검출한 후, 핸드(7)를 대기 위치로 후퇴시킨다.
도 6의 (a) 또는 도 6의 (b)에 도시한 처리를 행함으로써, 제2 센서(24, 25)에 있어서 차광이 일어났을 때의 워크(30)의 외측 모서리의 XY 좌표가 취득된다. 핸드(7)의 전진 방향에 대하여 좌측의 제2 센서(24)에 의해 취득되는 좌표를 (Xa,Ya)로 하고, 우측의 제2 센서(25)에 의해 취득되는 좌표를 (Xb,Yb)로 하고, 원판 형상의 워크(30)의 반경을 R이라 하면, 워크(30)의 중심의 XY 좌표 (Xo,Yo)는 하기의 식에 의해 계산된다. 워크(30)의 중심의 XY 좌표 (Xo,Yo)를 취득함으로써, X축 및 Y축 방향에 관한 교시가 행해지게 된다.
Figure 112018103156357-pat00002
그런데, 본 실시 형태에 있어서의 자동 교시는, 지그(20)에 설치한 제1 센서(발광부(22) 및 수광부(23))와 제2 센서(24, 25)에 있어서의 검출 결과에 기초하고 있다. 로봇을 실제로 가동하여 워크(30)를 반송할 때에는 지그(20)를 사용하지 않기 때문에, 상술한 바와 같이 지그(20)의 형상이나 설계 치수에 따라 이 오프셋값을 산출하고, 상기한 순서로 취득한 교시 위치에 대하여 오프셋값에 기초한 보정을 행하여, 로봇에 의해 워크를 반송할 때에 실제로 사용하는 교시 위치로 하고 있다. 그러나, 지그(20)의 설치 오차나 각 센서에 있어서의 검지 오차 등 때문에, 지그(20)의 형상이나 설계 치수로부터 구한 오프셋값으로 교시 위치를 보정하는 것만으로는 불충분해지는 경우가 있다. 특히, X축 방향 및 Y축 방향의 위치에 있어서, 설치 오차나 검지 오차의 영향이 강하게 나타난다. 그래서 본 실시 형태에서는, 교시 대상의 스테이지의 수 등에 구애되지 않고, 전체적으로 1회만 캘리브레이션을 행할 필요가 있다. 1회의 캘리브레이션의 결과가 모든 스테이지에 대하여 적용된다.
이하, 캘리브레이션에 대하여 설명한다.
도 7 및 도 8은 캘리브레이션을 설명하는 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이 캘리브레이션에서는, 조작자 등의 인간에 의해 핸드(7)에 있어서의 이상적인 위치에 워크(30)를 배치한다. 그리고, 로봇을 조작하여 어느 스테이지(31)에 워크(30)를 수납한다. 워크(30)가 수납되는 스테이지(31)에 제한은 없으며, 가설의 스테이지(31)에 대하여 워크(30)를 수납해도 된다. 이어서, 상술한 Z축 방향의 자동 교시를 행하여, 핸드(7)의 스테이지(31)에 대한 삽입 높이를 계산하고, 그 후 캘리브레이션 모드로서 상술한 X축 및 Y축 방향의 자동 교시와 마찬가지의 처리에 의해, XY 좌표에 있어서의 워크(30)의 위치를 결정한다. 도 8은, 이 때 얻어지는 워크(30)의 위치를 설명하는 도면이다. 로봇을 조작하여 스테이지(31)에 워크(30)를 수납할 때에는 로봇의 이동 경로가 기록되어 있기 때문에, 스테이지(31)에 수납된 워크(30)에 대하여 로봇에 고정된 좌표계에 있어서의 실제의 위치가 취득되게 된다. 도 8에 있어서 실선으로 나타내는 원(41)은, 워크(30)의 실제의 위치를 나타내고 있다. 한편, 도 8에 있어서 파선으로 나타내는 원(42)은, 캘리브레이션 모드에서 결정된 워크(30)의 위치를 나타내고 있다. 이들 두 원(41, 42)의 어긋남(D)은, 보정해야 할 어긋남이며 캘리브레이션 결과가 되는 것이다. 도 8에 도시한 바와 같은 어긋남(D)은, 각 스테이지에 관한 교시를 행하고 있을 때에 항상 존재하지만, 스테이지마다 크기와 어긋남의 방향은 동일하다. 따라서, 1회의 캘리브레이션에 의해 어긋남(D)을 결정하고, 이 어긋남(D)에 기초하여 교시 결과를 보정하면, 각 스테이지에 있어서 지그(20)의 설치 오차나 센서의 검지 오차에 의한 영향을 완전히 배제할 수 있으며, X축 및 Y축에 관한 실제의 교시 좌표를 얻을 수 있다.
[본 실시 형태의 효과]
본 실시 형태에 따르면, 제1 센서의 발광부(22) 및 수광부(23)와 제2 센서(24, 25)를 갖는 지그(20)를 핸드(7)에 설치할 뿐, 각 스테이지(31)측에는 지그나 센서류를 필요로 하지 않으며, 또한 특별한 교시용 워크도 사용하지 않고, 반송용 로봇에 있어서의 자동 교시를 저비용이면서 간단한 사전 준비로 실행할 수 있다. 또한, Z축 방향의 교시와, 이 교시 결과를 사용한 X축 및 Y축 방향의 교시의 2단계로 자동 교시를 행하기 때문에, 높은 정밀도이면서 높은 효율로 교시를 행할 수 있다.
2: 베이스
3 내지 5: 암
6, 7: 핸드
8: 승강 기구
17: 돌기
20: 지그
22: 발광부
23: 수광부
24, 25: 제2 센서
26: 절결부
30: 워크
31: 스테이지

Claims (13)

  1. 워크를 지지하는 핸드와 승강 기구를 적어도 구비하고, 상기 워크를 반송하는 로봇이며,
    상기 워크를 로드/언로드할 때에 상기 핸드의 이동 방향을 제1 방향으로 하고, 상기 제1 방향과 상하 방향으로 직교하는 방향을 제2 방향으로 하여,
    상기 핸드에 설치되며 발광부와 수광부를 구비하여 상기 제2 방향에 평행한 광축을 갖는 제1 센서와,
    상기 핸드에 설치되며 상기 워크의 외측 모서리를 검출하는 제2 센서
    를 갖고,
    상기 핸드를 상기 상하 방향으로 왕복 이동시킴에 따른 상기 제1 센서에서의 차광에 의해 상기 워크의 높이 방향의 단부를 검출하고, 상기 제2 센서에 의해 상기 워크의 상이한 외측 모서리를 검출하여, 상기 워크의 중심 위치를 산출하는 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 센서는, 상기 제1 방향을 따라 상기 제2 센서보다도 상기 워크에 가까운 위치에 설치되어 있는 로봇.
  3. 제2항에 있어서, 상기 핸드의 상기 워크를 향하는 선단은, 상기 워크가 상기 핸드 및 상기 제1 센서에 접촉하지 않고 상기 워크에 의해 상기 제1 센서의 광축을 가로막을 수 있도록, 상기 선단을 향해 V자형 또는 U자형으로 벌어지도록 분기되어 있는 로봇.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 센서는, 상기 상하 방향으로 배치한 발광 소자 및 수광 소자를 구비하고,
    상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 상기 워크에 근접하는 방향으로의 상기 제1 방향을 따른 상기 핸드의 움직임에 따라 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자의 사이의 공간에 상기 워크의 상기 외측 모서리를 받아들일 수 있도록 배치되어 있는 로봇.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 센서는, 상기 제1 방향으로부터 상기 워크의 중심측으로 기운 방향에 대하여 상기 제2 센서의 설치 위치로부터 연장되는 상완 및 하완을 갖고, 상기 상완 및 상기 하완의 한쪽에 상기 발광 소자가, 다른쪽에 상기 수광 소자가 마련되며, 전체로서 역ㄷ자형의 단면을 갖고,
    상기 상완 및 상기 하완은 상기 워크의 중심을 향해 연장되어 있는 로봇.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는, 상기 핸드에 분리 가능하게 설치되는 지그에 탑재되어 있는 로봇.
  7. 제6항에 있어서, 상기 지그의 외형이 상기 워크의 외형의 일부와 일치하는 로봇.
  8. 제6항에 있어서, 상기 핸드에 상기 워크의 회전 방지용의 돌기를 갖고, 상기 지그의 외주에 상기 돌기와 걸림 결합하는 절결부를 갖는 로봇.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 방향을 따라 서로 이격하여 배치한 두 상기 제2 센서를 갖는 로봇.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 방향을 Y축 방향으로 하고 상기 제2 방향을 X축 방향으로 하는 XY 좌표계에 있어서, 한쪽의 상기 제2 센서가 차광됨으로써 검출되는 상기 워크의 외측 모서리의 XY 좌표를 (Xa,Ya)로 하고, 다른쪽의 상기 제2 센서가 차광됨으로써 검출되는 상기 워크의 외측 모서리의 XY 좌표를 (Xb,Yb)로 하고, 상기 워크는 반경 R의 원판 형상으로 하여,
    상기 워크의 중심 좌표 (Xo,Yo)를
    Figure 112018103156357-pat00003

    에 의해 산출하는 로봇.
  11. 워크를 지지하는 핸드와 승강 기구를 적어도 구비하고, 상기 워크를 반송하는 로봇의 교시 방법이며,
    상기 워크를 로드/언로드할 때에 상기 핸드의 이동 방향을 제1 방향으로 하여,
    상기 핸드의 상기 제1 방향을 따른 상기 워크를 향하는 전진 운동과 상기 핸드의 상하 방향에서의 왕복 이동을 조합하고, 상기 워크의 하단을 검출하는 과정에 있어서,
    상기 핸드의 상승에 의해 상기 워크의 하단을 검출할 때에, 검출에 관한 1회째의 상승에서의 검출 결과를 파기하고 2회째의 상승에서의 검출 결과에 기초하여 상기 워크의 하단의 높이를 결정하는 교시 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 결정된 상기 워크의 하단의 높이에 기초하여 상기 핸드의 높이를 설정하고, 그 후 상기 워크를 향해 상기 핸드를 상기 워크를 향하게 하여 더욱 전진시켜, 상기 핸드에 설치된 센서에 의해 상기 워크의 상이한 외측 모서리의 위치를 검출하는 교시 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 로봇을 기준으로 하는 좌표에 있어서 이미 알고 있는 위치에 배치된 워크에 대하여, 상기 센서에 의해 상기 워크의 상이한 외측 모서리의 위치를 검출하여 상기 워크의 위치를 산출하고, 상기 이미 알고 있는 위치와 상기 산출된 워크의 위치에 기초하여 교시 위치의 보정을 행하는 교시 방법.
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