KR20190099122A

KR20190099122A - 로봇의 위치 정보 복원 방법

Info

Publication number: KR20190099122A
Application number: KR1020190012561A
Authority: KR
Inventors: 준 오츠지
Original assignee: 니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2019-08-26
Also published as: JP2019141918A; CN110154038A; KR102225139B1; JP7080068B2; CN110154038B

Abstract

로봇을 구성하는 기기의 교환, 로봇의 재조립이나 이설 중 어느 것인 로봇 교환 시에 재교시가 불필요하고, 또한 데이터에 있어서의 문제의 해소나 타당성의 검증을 용이하게 행할 수 있는, 위치 정보 복원 방법을 제공한다.
로봇 교환의 전후에, 로봇의 원점 오프셋과, 로봇의 핸드를 뻗어서 소정 위치로 이동시켰을 때의 외부 좌표계에서의 로봇의 위치와 자세를 나타내는 소정 위치 좌표를 취득한다. 로봇 교환의 전후에서의 원점 오프셋의 차를 제1 어긋남양이라고 하고, 소정 위치 좌표의 차에 기초하는 어긋남양을 제2 어긋남양이라고 하여, 제1 어긋남양과 제2 어긋남양을 기억시킴과 함께 별개로 관리한다.

Description

로봇의 위치 정보 복원 방법{METHOD FOR RESTORING POSITIONAL INFORMATION OF ROBOT}

본 발명은, 로봇에 있어서의 기기의 교환, 로봇의 재조립이나 이설 등을 할 때, 종전의 교시 데이터를 그 로봇에서 이용할 수 있도록 하는 위치 정보 복원 방법에 관한 것이다.

교시(티칭) 데이터에 기초하여 동작하는 로봇에서는, 필요에 따라서, 로봇을 구성하는 모터나 암 등의 기기의 교환, 로봇 자체의 재조립이나 이설 등이 행해지는 경우가 있다. 기기의 교환, 재조립, 이설 등을 행한 경우, 로봇의 조립이나 설치에 관한 오차량이 변화되기 때문에, 다시 그 로봇에 의해 작업을 행하기 전에, 로봇에 대한 재교시를 행할 필요가 있다. 그러나 로봇의 교시에는 많은 시간과 노동력을 요하기 때문에, 기기의 교환, 로봇의 재조립이나 이설 등을 행한 경우라도 종전의 교시 데이터를 이용할 수 있을 것이 요망되고 있다. 특허문헌 1은 보유 지지 장치에 보유 지지된 워크에 대해 가공을 행하는 로봇에 관하여, 로봇의 이설을 행하기 전후에, 보유 지지 장치 또는 보유 지지 장치에 보유 지지된 워크의 3개소의 위치를 로봇의 암에 설치한 시각 센서에 의해 계측하고, 로봇의 이설 전후에서의 계측 결과의 변화에 기초하여 로봇과 보유 지지 장치의 상대 위치의 변화가 보상되도록 교시 데이터를 수정하는 것을 개시하고 있다.

로봇에서는 그 각 축의 위치(특히 회전 위치)를 센서(예를 들어, 인코더)에 의해 구하고 있지만, 모터나 감속기, 암을 교환한 경우에는 각 축의 위치를 결정하기 위해 사용되는 기준 위치가 어긋나 버린다. 이것도 기기의 교환 후에 종전의 교시 데이터를 이용할 수 없는 것의 원인이지만, 특허문헌 2는, 로봇의 관절 축을 구성하는 한 쌍의 구조체(예를 들어, 암 등)에 각각 핀 구멍을 마련하고, 각 핀 구멍에 관통하는 핀을 삽입하여 기준 위치를 규정하는 방법이나, 관절 축을 구성하는 한쪽 구조체에 V자형의 홈을 마련하고 다른 쪽 구조체에는 V자 홈에 대응하는 근접 센서를 마련하여, 근접 센서로부터의 신호에 의해 기준 위치를 특정하는 방법을 개시하고 있다.

기기의 교환, 로봇 자체의 재조립이나 이설을 행한 경우, 나아가 경시 변화 등에 대응하기 위해, 로봇에 있어서는 캘리브레이션이 행해진다. 캘리브레이션을 행한 경우에는 로봇을 운동학적으로 기술하기 위해 사용되는 기구 파라미터가 바뀌어 버려, 캘리브레이션 전에 사용했던 교시 데이터를 그대로 사용할 수는 없다. 특허문헌 3은, 캘리브레이션 전의 기구 파라미터와 캘리브레이션 후의 기구 파라미터에 기초하여 교시 데이터를 수정하여 사용하는 것을 개시하고 있다.

그런데 각종 로봇 중 수평 다관절 로봇은, 예를 들어 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 반송에 사용되고 있다. 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등을 반송 대상물로 한 반송용 수평 다관절 로봇의 예가 특허문헌 4, 5에 개시되어 있다. 수평 다관절 로봇의 반송 대상물의 대형화나 반송 대상물에 대해 행해지는 공정의 복잡화에 수반하여, 수평 다관절 로봇 자체도 대형화되고, 또한 반송 대상물의 반송 거리도 길어지고 있다. 수평 다관절 로봇이 대형화되면, 로봇을 출하하여 수요처에 거치하기 위해, 로봇을 완성시켜 조정한 후, 로봇을 일단 분해하여 수송하고, 거치처에서 재조립을 행할 필요도 발생하고 있다.

일본 특허 제3733364호 공보 일본 특허 제4819957호 공보 일본 특허 공개 제2017-213668호 공보 일본 특허 공개 제2015-139854호 공보 일본 특허 제5199117호 공보

특허문헌 1-3은, 로봇에 있어서의 기기의 교환, 로봇 자체의 재조립이나 이설, 나아가 로봇의 재캘리브레이션을 행한 경우에도 재교시를 행하는 일 없이 종전의 교시 데이터를 이용할 수 있도록 하는 방법을 개시하고 있다. 특허문헌 1-3의 방법은, 모두 1세트의 보정 데이터(특허문헌 1이면 이설 전후에서의 특정 보유 지지 장치에 관한 위치의 어긋남에 관한 데이터, 특허문헌 2이면 기준 위치를 보정하는 데이터, 특허문헌 3이면 캘리브레이션 전후에서의 기구 파라미터의 어긋남에 관한 데이터)에 의거하는 것이다. 그러나 반송용 수평 다관절 로봇과 같이 로봇이 대형화되고, 또한 그 이동 범위도 커진 경우에는, 특허문헌 1-3의 방식으로는, 교시 데이터의 수정을 충분하게는 행할 수 없어, 그 결과, 부득이하게 재교시를 하게 되는 경우가 있다. 또한, 교시 데이터를 수정하기 위해 사용하는 보정용 데이터에 문제가 있는 경우에 문제의 원인에 대처하기가 어렵고, 보정용 데이터의 타당성의 검증도 어렵기 때문에, 결국, 로봇의 재가동을 위해 큰 노동력을 요하게 된다.

본 발명의 목적은, 반송용의 대형 수평 다관절 로봇 등의 로봇에 있어서, 로봇을 구성하는 기기의 교환, 로봇의 재조립이나 이설 시에 재교시가 불필요하고, 또한 데이터에 있어서의 문제의 해소나 타당성의 검증을 용이하게 행할 수 있는, 위치 정보 복원 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 위치 정보 복원 방법은, 복수의 처리실을 갖는 처리 장치에서 사용되고, 교시 데이터에 기초하여, 대상물을 지지하여 복수의 처리실 사이에서 반송하는 로봇의 위치 정보 복원 방법이며, 로봇은, 처리 장치에 설치되는 베이스와, 대상물을 지지하는 핸드와, 베이스와 핸드 사이에 개재되는 적어도 하나의 암을 구비하고 있고, 로봇의 일부의 교환, 로봇의 일부 또는 전부의 재조립, 혹은 로봇의 이설을 로봇 교환으로 하여, 로봇 교환의 실행 전에, 로봇의 원점 오프셋과, 핸드를 뻗어서 소정 위치로 이동시켰을 때의 로봇 위치와 자세를 나타내는 소정 위치 좌표를 기억하는 공정과, 로봇 교환 후, 로봇의 원점 오프셋을 취득하고, 로봇 교환 전의 원점 오프셋과 로봇 교환 후의 원점 오프셋의 차인 제1 어긋남양을 기억하는 공정과, 로봇 교환 후, 핸드를 뻗어서 로봇을 소정 위치로 이동시켜 소정 위치 좌표를 취득하고, 로봇 교환 전의 소정 위치 좌표와 로봇 교환 후의 소정 위치 좌표의 차에 기초하여 제2 어긋남양을 산출하여 기억하는 공정을 갖고, 제1 어긋남양과 제2 어긋남양을 별개로 관리한다.

본 발명에서는, 교시 데이터의 수정에 사용하는 보정량을 원점 오프셋에 기초하는 제1 어긋남양과 소정 위치 좌표에 기초하는 제2 어긋남양의 둘로 나누고, 이들 어긋남양을 별개로 관리하기 때문에, 어느 어긋남양에 이상이 있는 경우에, 이상이 있다는 것과, 그 이상이 어느 어긋남양에 있는지를 용이하게 판별할 수 있게 하고 있다. 또한, 어긋남양의 산출의 과정에서 데이터 손실 등이 발생해도, 제1 어긋남양의 산출이 완료되었으면 제1 어긋남양은 그대로 사용하고 제2 어긋남양의 산출을 행하면 되기 때문에, 보정량 산출을 위한 시간을 단축할 수 있다.

본 발명의 위치 정보 복원 방법에서는, 처리 장치에 1개의 기준 마커를 구비하고, 핸드에 탑재된 물체의 적어도 일부와 기준 마커를 시각 센서에 의해 촬상하여 물체의 위치를 취득함으로써, 로봇과는 별개의 좌표계, 예를 들어 처리 장치의 좌표계에서의 소정 위치 좌표를 취득하는 것이 바람직하다. 로봇 교환 후에 소정 위치로 이동시켰을 때에 소정 위치 좌표에 발생하는 어긋남은, 주로, 로봇을 설치한 평면 내에서의 위치의 어긋남(로봇의 설치 평면을 XY 평면으로 하여 XY 좌표에서의 어긋남)과 로봇의 배향의 어긋남(각도의 어긋남)에 의해 발생하지만, 대형 로봇에서는 위치의 어긋남보다 배향의 어긋남의 영향 쪽이 크기 때문에, 배향의 어긋남에 착안하여 제2 어긋남양을 산출하는 것이라면, 1개의 기준 마커만의 사용으로 충분하며, 제2 어긋남양의 산출을 위한 연산을 간결한 것으로 할 수 있다.

본 발명에서는, 로봇 교환 후에, 로봇에 마련된 원점 센서에 의한 대강의 조정과, 로봇에 포함되는 구조체의 상호간의 위치를 규제하는 끼워 맞춤 수단에 의한 미세 조정에 의해, 로봇을 원점 위치로 이동시켜, 원점 오프셋을 취득할 수 있다. 원점 오프셋의 취득 시에 이러한 순서로 로봇을 원점 위치로 이동시킴으로써, 로봇에 있어서의 기계적인 수단에 의해 정확하게 원점 위치에 위치 정렬할 수 있게 된다. 이에 의해, 기준 마커를 1개만 사용하는 경우라도, 제1 어긋남양 및 제2 어긋남양에 기초하여 교시 데이터를 수정한 경우에, 로봇이 교시 데이터에 기초하여 원하는 위치로 정확하게 이동할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 처리 장치에 2개의 기준 마커를 구비하고, 핸드에 탑재된 물체의 적어도 일부와 기준 마커를 시각 센서에 의해 촬상하여 물체의 위치를 취득함으로써, 로봇과는 별개의 좌표계, 예를 들어 처리 장치의 좌표계에서의 소정 위치 좌표를 취득하도록 해도 된다. 2개의 기준 마커를 마련하는 경우에는, 제2 어긋남양에 포함되는 위치의 어긋남과 각도의 어긋남을 분리할 수 있기 때문에, 원점 오프셋에 다소의 오차가 있다고 해도, 제1 어긋남양과 제2 어긋남양에 기초하여 수정한 교시 데이터에 의해, 로봇을 원하는 위치로 정확하게 이동시킬 수 있게 된다. 기준 마커를 2개 마련하는 경우에는, 물체의 형상을 사각 형상으로 하고, 로봇이 소정 위치에 있을 때에 물체의 1개의 대각선의 양쪽의 단부가 되는 위치 각각에 대응하여 2개의 기준 마커를 마련하는 것이 바람직하다. 대각선의 양단에 대응하여 기준 마커를 마련함으로써, 기준 마커 사이의 거리가 커져, 로봇에 있어서의 배향의 어긋남을 고정밀도로 검출할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 복수의 처리실 중 어느 하나의 처리실에 기준 마커를 마련하는 것이 바람직하다. 처리 장치에 있어서, 실제로 사용되는 처리실에 마련된 기준 마커를 사용함으로써, 실제로 사용되는 처리실에서의 어긋남에 대해 교시 데이터의 수정을 행할 수 있게 된다. 이와 같이 처리실 내에 기준 마커를 마련하는 경우, 소정 위치는, 그 처리실에서 베이스로부터 핸드가 가장 멀리 있을 때의 위치로 하는 것이 바람직하다. 로봇의 암 및 핸드가 펴져 처리실 내에서 베이스로부터 핸드가 가장 먼 위치를 소정 위치로 함으로써, 로봇의 배향의 어긋남을 큰 값으로서 검출할 수 있게 되기 때문에, 고정밀도로 교시 데이터의 수정을 행할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 로봇에 있어서 실제로 사용되는 교시 데이터에 기초하여 로봇을 소정 위치로 이동시키는 것이 바람직하다. 실제로 사용되는 교시 데이터에 기초하여 이동시킴으로써, 로봇의 이동 방향도 고려하여 어긋남양이 산출되게 되어, 백래시의 영향을 저감시킬 수 있다. 이때, 로봇 교환의 전후에서의 소정 위치 좌표의 어긋남이 허용 범위 이내로 될 때까지, 제1 어긋남양과 제2 어긋남양을 사용하여 교시 데이터를 수정하고 수정 후의 교시 데이터에 기초하여 로봇을 원점 위치로부터 소정 위치로 이동시켜 제2 어긋남양을 재계산하는 것을 반복할 수 있다. 이러한 반복 계산에 의해, 교시 데이터를 수정하는 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명에 따르면, 로봇을 구성하는 기기의 교환, 로봇의 재조립이나 이설 시에 재교시가 불필요하고, 또한 데이터에 있어서의 문제의 해소나 타당성의 검증을 용이하게 행할 수 있게 된다.

도 1은 로봇의 일례를 나타내는 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 정면도, (c)는 원점 위치에 있는 로봇의 정면도이다.
도 2는 로봇 및 로봇 컨트롤러의 회로 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3의 (a)는 도 1에 나타낸 로봇이 마련되는 처리 장치를 나타내는 도면이고, (b)는 처리실의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 기초하는 위치 정보 복원 방법의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 다른 예의 처리실을 모식적으로 나타내는 도면이다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 기초하는 위치 정보 복원 방법을 설명하기 전에, 먼저, 위치 정보 복원 방법의 적용 대상이 되는 로봇의 일례에 대해 설명한다.

도 1은, 본 발명에 기초하는 위치 정보 복원 방법이 적용되는 로봇의 일례를 나타내고 있다. 도 1의 (a), (b)는, 암이나 핸드를 뻗은 상태에서의 로봇을 나타내는 평면도 및 정면도이다. 도 1에 나타낸 로봇은, 특허문헌 4에 기재된 반송용 수평 다관절 로봇과 마찬가지의 것이며, 베이스(11)와, 베이스(11)에 설치된 제1 암(12)과, 제1 암(12)의 선단에 설치된 제2 암(13)과, 제2 암(13)의 선단에 설치된 핸드(14)를 구비하고 있다. 핸드(14)는 반송 대상물인 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등을 보유 지지하는 것이며, 포크(fork)형으로 형성되어 있다. 베이스(11)에 대해 제1 암(12)은 축 A의 주위로 회전 가능하고, 제1 암(12)에 대해 제2 암(13)은 축 B의 주위를 회전 가능하고, 제2 암(13)에 대해 핸드(14)는 축 C의 주위로 회전 가능하다. 로봇의 관절 축인 축 A 내지 C의 주위로의 회전을 가능하게 하기 위해, 로봇에는 축마다 모터가 구비되어 있다. 또한 로봇은, 베이스(11)에 마련되어 제1 암(12)을 도시 Z 방향으로 승강시키는 기구가 마련되고, 이 승강 기구도 승강용 모터에 의해 구동된다. 축 A 내지 C는, 모두 Z 방향과 평행이다. 베이스(11), 암(12, 13) 및 핸드(14) 각각은, 로봇에 포함되는 구조체이다.

도 1에 나타낸 로봇에는, 로봇의 동작의 기준이 되는 원점 위치가 정해져 있고, 원점 위치에서는 로봇은 암이나 핸드가 소정의 접힌 자세가 된다. 도 1의 (c)는 원점 위치에서의 로봇의 자세를 나타내고 있고, 제1 암(12) 상에 제2 암(13) 및 핸드(14)가 겹치도록, 제2 암(13) 및 핸드(14)가 접혀 있다.

도 1에 나타낸 로봇을 제어하기 위해 로봇 컨트롤러가 마련되어 있다. 도 2는, 로봇과 로봇 컨트롤러(40)의 전기적인 회로 구성을 나타내고 있다. 로봇에는, 상술한 바와 같이 축 A 내지 C와 승강 기구를 위해 합해서 4개의 모터(15)가 마련되어 있는데, 이들 모터(15)에는, 모터(15)의 회전각을 계측하는 인코더(16)가 각각 설치되어 있다.

로봇 컨트롤러(40)는, 각종 신호나 데이터를 전송하기 위해 사용되는 버스(41)와, 모터(15)마다 마련되어 그 모터(15)를 구동하는 서보 회로(42)와, 로봇의 동작이나 제어에 필요한 연산을 행하여 각 서보 회로(42)에 지령을 출력하는 CPU(중앙 처리 장치)(43)와, CPU(43)에 의한 연산이나 제어에 필요한 데이터를 저장하는 기억부(44)를 구비하고 있다. 기억부(44)에는, 기억 영역 혹은 파일로서, 교시 데이터를 저장하는 교시 데이터 저장부(51)와, 원점 오프셋을 저장하는 원점 오프셋 저장부(52)와, 소정 위치 좌표를 저장하는 소정 위치 좌표 저장부(53)가 설정되어 있다. 원점 오프셋 및 소정 위치 좌표에 대해서는 후술한다. 서보 회로(42), CPU(43) 및 기억부(44)는 버스(41)에 접속되어 있다. 인코더(16)로부터의 출력은, 대응하는 모터(15)를 구동하는 서보 회로(41)에 공급됨과 함께, 버스(41)를 통해 CPU(43)로도 보내지도록 되어 있다. 로봇 컨트롤러(40)에는, 시각 센서인 카메라(23)와 로봇의 교시에 사용하는 티칭 펜던트(60)가 접속되어 있고, 이들은, 도시하지 않은 인터페이스 회로를 통해 버스(41)에 접속되어 있다.

다음으로, 여기서 설명하는 로봇의 이용 형태에 대해, 도 3을 사용하여 설명한다. 여기서는, 대략 직사각형의 유리 기판인 워크(31)에 대해 성막이나 에칭 등의 처리를 행함으로써 액정 디스플레이나 유기 EL(일렉트로루미네선스) 디스플레이를 제조하기 위해 사용되는 처리 장치 내에서 로봇이 사용되는 것으로 한다. 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이 처리 장치는, 반송실(트랜스퍼 챔버)(21)과, 반송실(21)을 둘러싸도록 배치된 복수의 처리실(프로세스 챔버)(22)을 구비하고 있다. 처리실(22)에는, 제조 시스템 자체로의 워크(31)의 반입이나 반출을 행하기 위해 마련되는 것과, 워크(31)에 대해 성막이나 에칭, 그 밖의 처리를 행하기 위해 마련되는 것이 있다. 로봇은, 반송실(21)에 베이스(11)가 설치됨으로써 반송실(11) 내에 마련되고, 처리실(22) 사이에서의 반송실(21)을 거치는 워크(31)의 반송을 행한다. 그 때문에, 로봇은 반송실(21)의 대략 중앙에 마련되어 있고, 워크(31)의 전달 시에는, 핸드(14)가 처리실(22) 내로 들어가도록 암(12, 13)을 뻗는다.

복수의 처리실(22) 중, 예를 들어 제조 시스템의 외부와의 워크(31)의 반입 반출에 사용되는 처리실(22)의 천장면에는, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 기준 마커(24)가 설치되어 있고, 기준 마커(24)를 촬영하도록 그 처리실(22)의 바닥면에는 카메라(23)가 마련되어 있다. 카메라(23)는, 도 3의 (a)에도 그려져 있다. 카메라(23) 및 기준 마커(24)는, 로봇의 핸드(14) 상에 적재된 워크(31)가, 핸드(14)에서의 정확한 위치에 적재되어 있는지 여부를 판단하기 위해 사용되고 있다. 카메라(23) 및 기준 마커(24)를 구비하는 처리실(22)에 대해 교시 데이터에 기초하여 로봇을 이동시키고, 그때 카메라(23)에 의해 워크(31)의 에지(모서리부)가 찍히도록 기준 마커(24)를 촬영함으로써, 워크(31)가 핸드(14)에 정확하게 적재되어 있는지, 본래의 위치로부터 어긋나게 적재된 경우에는 어느 방향으로 얼마만큼 어긋나 있는지를 알 수 있다. 워크(31)의 적재 위치가 본래의 위치로부터 어긋나 있을 때는, 도시하지 않은 위치 수정 장치에 의해, 워크(31)의 적재 위치의 수정을 행할 수 있도록 되어 있다.

다음으로, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 위치 정보 복원 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 위치 정보 복원 방법은, 로봇을 구성하는 모터나 암 등의 기기의 교환이 있었을 때나, 로봇 자체의 재조립이나 이설이 있었을 때에 있어서, 그들의 교환이나 재조립, 이설 전에 그 로봇에 있어서 사용했던 교시 데이터를, 재교시를 행하는 일 없이, 교환이나 재조립, 이설 후에도 사용할 수 있도록 하는 것이다. 이하에서는, 로봇에 있어서의 기기의 교환, 로봇 자체의 재조립이나 이설을 총칭하여 로봇 교환이라고 칭하기로 한다.

상술한 바와 같이 원점 위치는 로봇을 이동시킬 때의 위치 및 자세의 기준이 되는 것이며, 원점 위치에 있는 로봇에서는, 그 로봇의 각 모터(15)의 회전 위치가 모두 제로라고 간주된다. 모터(15)의 회전 위치는 그 모터(15)에 접속되는 인코더(16)에 의해 계측되어 로봇 컨트롤러(40)에 출력된다. 그러나 암(12, 13)이나 핸드(14)에 대한 모터(15)의 조립 장착 상태, 모터(15)와 인코더(16) 사이의 조립 장착 상태에 따라서, 로봇이 원점 위치에 있다고 해도 인코더(16)로부터 출력되는 회전 위치의 값은 제로가 되는 것만은 아니다. 로봇이 원점 위치에 있을 때에 인코더(16)로 계측되는 회전 위치를 원점 오프셋이라고 칭한다. 교시 데이터에 기초하여 로봇을 이동시킬 때는, 교시 데이터에 있어서는 원점 위치에서의 회전 위치가 제로인 것으로 한 후에 원점 오프셋에 의한 보상을 행하거나, 또는 원점 위치에서의 회전 위치는 원점 오프셋으로 나타내는 값인 것으로 하여 교시 데이터가 기술되어 있을 필요가 있다. 어쨌든, 로봇 교환이 있었을 때, 예를 들어 모터(15)나 핸드(12, 13)의 교환을 행한 경우에는, 그 교환의 전후에서는 일반적으로 원점 오프셋의 값이 상이해진다. 따라서, 재교시를 행하는 일 없이 로봇 교환의 전후에 동일한 교시 데이터를 사용하기 위해서는, 로봇 교환에 의한 원점 오프셋의 변화에 기초하여 교시 데이터를 수정할 필요가 있다.

로봇 교환 후의 원점 오프셋을 구하는 경우에는, 로봇을 원점 위치로 이동시킬 필요가 있다. 이때, 로봇 교환 후의 원점 오프셋을 아직 모르기 때문에, 로봇에 대한 원점 복귀 커맨드 등에 의해 로봇을 원점 위치로 이동시킬 수는 없다. 그래서 로봇을 눈으로 보면서 티칭 펜던트를 사용하여 로봇을 원점 위치로 이동시켜도 된다. 보다 정확하게 로봇을 원점 위치로 이동시키기 위해서는, 예를 들어 특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 로봇의 자세를 원점 위치에서의 자세로 규제하기 위한 핀 구멍을 암(12, 13)이나 핸드(14)에 마련하고, 핀 구멍에 지그 핀을 삽입함으로써 로봇을 원점 위치에 고정하면 된다. 지그 핀을 사용하는 경우, 인코더(16)와는 별개로, 관절 축을 공유하는 2개의 구조체(암(12, 13)이나 핸드(14)) 중 한쪽에 원점 센서를 마련하고, 다른 쪽에 원점 센서를 감지할 수 있는 홈이나 돌기를 마련하여, 원점 센서의 출력에 기초하여 대강의 조정을 행하고, 그 후, 지그 핀이 핀 구멍에 끼워지는 위치까지 로봇을 천천히 이동시키는 미세 조정을 행하여 로봇을 기계적으로 원점 위치로 이동시킬 수 있다. 지그 핀과 핀 구멍은, 로봇에 포함되는 구조체(여기서는 베이스(11), 암(12, 13) 및 핸드(14))의 상호간의 위치를 규제하는 끼워 맞춤 수단으로서 기능한다.

그런데 원점 위치는 로봇의 암(12, 13)이나 핸드(14)가 접힌 상태이고, 반송용 로봇과 같이 암이나 핸드가 긴 로봇인 경우, 원점 오프셋의 변화를 보상한 것만으로는, 암(12, 13) 및 핸드(14)를 뻗어서 이동시키려고 한 경우에, 원하는 위치로 정확하게 이동시킬 수 있는 것만은 아니다. 이것은, 로봇 교환에 의해 로봇의 설치 위치나 배향이 어긋나는 경우가 있기 때문이다. 그래서 본 실시 형태에서는, 교시 데이터에 기초하여 로봇의 암(12, 13) 및 핸드(14)를 뻗어서 소정 위치로 이동시키는 것을 로봇 교환의 전과 후에 실행한다. 그리고 로봇 자체의 좌표계와는 별개의 외부 좌표계(예를 들어, 처리실(22)에서 정의된 좌표계)에 있어서, 로봇의 위치와 자세를 나타내는 좌표를 구한다. 이 좌표를 소정 위치 좌표라고 칭한다. 소정 위치 좌표는, 암(12, 13)이나 핸드(14)를 접은 상태에서 계측되는 원점 오프셋으로는 미처 보상하지 못하는 어긋남을 보상하기 위한 것이기 때문에, 암(12, 13)이나 핸드(14)를 가능한 한 뻗은 상태에서, 또한 로봇의 베이스(11)로부터 가능한 한 이격된 위치에서 계측하는 것이 바람직하다. 그래서 본 실시 형태에서는, 처리실(22)에 마련된 카메라(23) 및 기준 마커(24)를 사용하여 소정 위치 좌표의 계측을 행한다. 카메라(23) 및 기준 마커(24)는, 처리실(22) 내에서 반송실(21)로부터 먼 측에 마련되는 것이 바람직하다.

소정 위치 좌표의 계측에서는, 워크(31)로서 측정용 지그를 핸드(14)의 정확한 위치에 적재하고, 측정용 지그를 적재한 채, 교시 데이터에 기초하여 핸드(14)를 처리실(22)로 이동시키고, 측정용 지그가 찍히도록 하여 카메라(24)에 의해 촬영한다. 본 실시 형태에 있어서는, 측정용 지그로서는 예를 들어 사각 형상의 것을 사용하고, 카메라(24)에 의해 촬영된 화상으로부터 지그의 에지를 추출하고, 기준 마커(24)의 이미지와 지그의 에지의 이미지의 위치 관계로부터 지그의 에지의 좌표를 구하여, 이것을 로봇의 소정 위치 좌표로 한다. 이때, 사각형인 측정용 지그의 정점의 위치의 좌표를 구해도 되고, 정점의 좌표 외에도, 로봇의 자세를 나타내는 것으로서, 정점에 연결되는 두 변의 배향을 취득해도 된다. 기준 마커(24)는 처리실(22)에 고정되어 있기 때문에, 여기서 구해지는 지그의 에지의 좌표, 즉 소정 위치 좌표는, 외부 좌표계에서의 로봇의 위치를 나타내는 것이 된다. 소정 위치 좌표의 계측에 있어서 교시 데이터에 기초하여 로봇을 이동시키는 것은, 백래시의 영향을 배제하기 위해서이다.

본 실시 형태의 위치 정보 복원 방법에서는, 로봇 교환의 전후에서의 원점 오프셋의 변화량을 제1 어긋남양이라고 하고, 로봇 교환의 전후에서의 소정 위치 좌표의 변화량을 제2 어긋남양이라고 한다. 특허문헌 1, 3에 기재된 방법은, 결국은, 제1 어긋남양과 제2 어긋남양의 합에 상당하는 것을 계측하여 교시 데이터의 수정에 사용하는 방법이고, 특허문헌 2에 기재된 방법은, 제1 어긋남양의 계측에 관한 것이다. 이에 비해 본 실시 형태에서는, 로봇 교환 후에 교시 데이터를 재 사용할 때에는, 제1 어긋남양과 제2 어긋남양의 양쪽을 사용하여 교시 데이터의 수정을 행하기는 하지만, 제1 어긋남양과 제2 어긋남양을 별개로 관리한다. 기억부(44)에 있어서, 로봇 교환 전후의 원점 오프셋과 그것으로부터 산출되는 제1 어긋남양은 원점 오프셋 저장부(52)에 기억되고, 로봇 교환 전후의 소정 위치 좌표와 그것으로부터 산출되는 제2 어긋남양은 소정 위치 좌표 기억부(53)에 기억된다.

본 실시 형태에 있어서 제1 어긋남양과 제2 어긋남양을 별개로 관리하는 것은, 양자를 하나의 것으로서 관리한 경우에는, 이들 어긋남양에 이상이 있다고 해도 그 이상을 발견하기가 어려워지고, 또한 어느 어긋남양에 이상이 발생하였는지를 판별하기가 어려워지는 경우가 있기 때문이다. 교환 전후에서의 암의 길이의 차 등이 제2 어긋남양에 영향을 미칠 가능성은 있지만, 암의 길이에 있어서의 생각할 수 있는 차보다도 로봇의 설치 위치나 배향의 차이에 의한 영향 쪽이 크기 때문에, 제2 어긋남양은 외부 좌표계에 대한 로봇의 위치에 관한 어긋남양이라고 생각해도 지장없다. 이에 비해 제1 어긋남양은 로봇 자체의 좌표에 관한 어긋남양이다. 따라서 이들 어긋남양을 별개로 관리하는 것에 문제는 발생하지 않는다. 또한, 제1 어긋남양 및 제2 어긋남양을 취득하는 도중의 과정에서, 예를 들어 전압 이상 등에 의해 데이터의 결락이 발생하였다고 해도, 제1 어긋남양의 산출까지가 종료되었으면, 다시 처음부터 할 필요는 없고, 이미 산출한 제1 어긋남양을 그대로 이용하여, 제2 어긋남양의 산출부터 행할 수 있다.

여기서 제2 어긋남양에 대해 검토한다. 제2 어긋남양에는, 로봇이 설치되는 평면에 있어서의 로봇의 설치 위치의 어긋남과, 로봇의 배향의 어긋남에 의해 발생하는 성분이 있다. 본 실시 형태의 목표는, 로봇 교환 후에 재교시를 행하는 일 없이 교시 데이터를 재이용하는 것이며, 교시 데이터를 재이용하였을 때에 각 처리실(22)에 있어서의 핸드(14)의 위치의 오차를 소정값 이내로 하는 것이다. 로봇의 설치 위치에 있어서의 예를 들어 1㎜의 어긋남은, 핸드(14)의 위치에서의 1㎜의 어긋남이 되는 데 불과하지만, 로봇의 암(12, 13) 및 핸드(14)의 길이 합이 3m나 되는 대형 반송 로봇을 생각하면, 로봇의 배향에서의 0.1°의 어긋남은, 뻗은 핸드(14)의 위치에서의 약 5㎜의 어긋남에 상당한다. 설치 위치의 오차(로봇의 중심 위치의 어긋남)를 1㎜ 이하로 하는 것은 용이하지만, 배향의 오차를 0.1°이하로 하는 것은 어렵다. 따라서, 제2 어긋남양은 로봇 교환 후의 로봇의 배향의 어긋남을 보정하는 것이라고 생각할 수 있고, 그렇다면 1개의 기준 마커(24)를 사용하여 간결한 연산에 의해 제2 어긋남양을 구할 수 있게 된다. 그리고 정확하게 구한 제1 어긋남양과, 1개의 기준 마커(24)를 사용하여 산출한 제2 어긋남양을 사용하여, 로봇 교환보다 전에 사용했던 교시 데이터를 수정함으로써, 그 교시 데이터를 재이용할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 어느 처리실(22)에 마련된 카메라(23) 및 기준 마커(24)를 사용하여 제2 어긋남양을 결정하고 있지만, 카메라(23) 및 기준 마커(24)를 마련하는 처리실(22)은, 교시 데이터에 기초하여 로봇을 이동시킬 때에 실제로 사용하는 처리실(22)인 것이 바람직하다. 또한, 소정 위치 좌표로부터 제2 어긋남양을 구하면 제1 어긋남양과 제2 어긋남양을 사용하여 교시 데이터를 수정하고, 일단 원점 위치로 되돌아가고 나서 다시, 상기한 소정 위치로 이동시켜 소정 위치 좌표를 구하여, 전회 구한 소정 위치 좌표와 금회 구한 소정 위치 좌표의 차가 허용값 이내이면 어긋남양을 확정하고, 그렇지 않으면 금회 구한 소정 위치 좌표에 의해 제2 어긋남양을 갱신하는 것을 반복함으로써, 교시 데이터를 재이용할 때의 보정 정밀도를 높일 수 있다.

도 4는, 본 실시 형태의 위치 정보 복원 방법에 의한 처리의 일례를 나타내고 있다. 먼저, 스텝 101에 있어서, 로봇 교환을 행하기 전의 원점 오프셋을 원점 오프셋 저장부(52) 내에 기억시킨다. 로봇을 설치하였을 때에는, 통상 그 로봇의 원점 맞춤을 행하여 원점 오프셋을 구하였을 것이기 때문에, 그 값을 이용하면 된다. 다음으로 스텝 102에 있어서, 로봇에 워크(31)로서 측정용 지그를 설치하고, 교시 데이터에 기초하여 상술한 소정 위치로 로봇을 이동시키고, 카메라(23) 및 기준 마커(24)를 사용하여 지그의 에지를 검출하여 소정 위치 좌표를 구한다. 여기서 구한 소정 위치 좌표를 위치 P라고 하고, 소정 위치 좌표 저장부(53) 내에 기억시킨다. 여기까지가 로봇 교환을 행하기 전의 준비 단계이며, 계속해서 스텝 103에 있어서, 로봇 교환, 즉 로봇에 있어서의 모터나 암 등의 기기의 교환, 로봇 자체의 재조립이나 이설을 행한다.

로봇 교환의 종료 후, 스텝 104에 있어서, 상술한 바와 같이 로봇을 기계적으로 원점 위치로 이동시켜 로봇 교환 후의 원점 오프셋을 구하여 원점 오프셋 저장부(52) 내에 기억시키고, 스텝 105에 있어서, 원점 오프셋 저장부(52) 내에 기억되어 있는 로봇 교환 전후에서의 원점 오프셋의 차를 제1 어긋남양으로서 구하여 원점 오프셋 저장부(52) 내에 기억시킨다. 계속해서 스텝 106에 있어서, 스텝 102에서 사용한 것과 동일한 측정용 지그를 로봇에 탑재하고, 제1 어긋남양에 기초하여 수정한 교시 데이터를 사용하여 로봇을 소정 위치로 이동시키고, 상술한 바와 마찬가지로 하여 소정 위치 좌표를 구하고, 이때의 소정 위치 좌표를 위치 Q로 하여 소정 위치 좌표 저장부(53) 내에 기억시킨다. 스텝 107에 있어서, 위치 P와 위치 Q의 차로부터 제2 어긋남양을 구하여 소정 위치 좌표 저장부(53) 내에 기억시킨다.

다음으로, 스텝 108에 있어서 로봇 컨트롤러(40)에 대한 커맨드 입력에 의해 로봇을 원점 위치로 이동시키고, 그 후, 제1 어긋남양 및 제2 어긋남양에 기초하여 수정한 교시 데이터를 사용하여 로봇을 원점 위치로부터 소정 위치로 이동시키고, 상술한 바와 마찬가지로 하여 소정 위치 좌표를 구하고, 이때의 소정 위치 좌표를 위치 R로 하여 소정 위치 좌표 저장부(53) 내에 기억시킨다. 그리고 스텝 109에 있어서, 로봇 교환 전에 구한 위치 P와 금회 구한 위치 R의 차가 허용값을 초과하는지 여부를 판정한다. 허용값을 초과할 때는, 제2 어긋남양이 고정밀도로 구해지지 않은 경우이기 때문에, 스텝 110에 있어서, 위치 P와 위치 R의 차에 기초하여 제2 어긋남양을 재계산하여, 소정 위치 좌표 저장부(53) 내에 기억시킨다. 제2 어긋남양의 재계산에서는, 재계산 전의 제2 어긋남양에서는 위치 P와 위치 R에 허용값을 초과하는 어긋남이 발생한 것이기 때문에, 이 어긋남을 해소하도록 제2 어긋남양을 수정하는 값을 구하는 연산을 행한다. 스텝 110의 실행 후에는 스텝 108로 되돌아가, 위치 P와 위치 R의 차가 허용값 이내로 될 때까지 스텝 108 내지 스텝 110의 처리를 반복한다. 스텝 109에 있어서 위치 P와 위치 R의 차가 허용값 이내이면, 제2 어긋남양이 확정된 것으로 하여, 처리를 종료한다.

상술한 바와 같이 제1 어긋남양 및 제2 어긋남양이 결정되고, 원점 오프셋 저장부(52) 및 소정 위치 좌표 저장부(53)에 각각 기억된 후에는, 로봇 교환 전에 사용했던 교시 데이터에 대해 제1 어긋남양 및 제2 어긋남양에 기초하는 수정을 실시함으로써, 로봇 교환 후에도 그 교시 데이터를 계속해서 이용할 수 있게 된다.

이상 설명한 실시 형태에 따르면, 원점 오프셋에 기초하는 제1 어긋남양과 소정 위치 좌표에 기초하는 제2 어긋남양을 별개로 산출하여 기억시키고, 관리함으로써, 어긋남양에 있어서의 이상값의 검출을 확실하게 행할 수 있게 됨과 함께, 제1 어긋남양 및 제2 어긋남양을 사용하여 교시 데이터를 수정함으로써, 재교시를 행하는 일 없이, 로봇 교환 전에 사용했던 교시 데이터를 로봇 교환 후에도 사용할 수 있게 된다. 또한, 도 2에 나타낸 로봇 컨트롤러(40)는, 원점 오프셋과 소정 위치 좌표를 별개로 관리할 수 있도록 한 것이지만, 하드웨어 구성으로서는 일반적인 로봇 컨트롤러와 상이한 것은 없기 때문에, 본 실시 형태의 위치 정보 복원 방법은, 일반적인 로봇 컨트롤러를 사용하여 실현할 수 있다.

이상 설명한 본 실시 형태의 위치 정보 복원 방법에서는, 처리실(22)에 마련된 1개의 기준 마커(24)를 사용하여 소정 위치 좌표를 구하였지만, 처리실(22)에 마련된 2개의 기준 마커(24)를 사용함으로써, 설치 위치의 어긋남과 배향의 어긋남을 분리하여 취득할 수 있게 되어, 제2 어긋남양을 단시간에 고정밀도로 구할 수 있게 된다. 도 5는 처리실(22)에 2개의 기준 마커(24)를 마련하는 것으로서, 2개의 기준 마커(24) 각각에 대응하여 카메라(23)를 배치한 예를 나타내고 있다. 2개의 기준 마커(24)를 사용하여 소정 위치 좌표를 구하는 경우에는, 설치 위치의 어긋남과 배향의 어긋남을 분리하여 얻을 수 있기 때문에, 제1 어긋남양에 대해서는 원점 센서에 의한 대강의 조정만을 행하여 취득한 값을 사용해도, 교시 데이터를 재이용하였을 때에 충분한 정밀도로 로봇을 이동시킬 수 있다. 충분히 넓은 시야를 갖는 카메라(23)를 사용할 수 있다면, 단일의 카메라(23)를 사용하여 측정용 지그가 찍히도록 2개의 기준 마커(24)를 촬영할 수 있고, 그 촬영 화상으로부터, 설치 위치의 어긋남과 배향의 어긋남을 분리하여 취득할 수 있다. 사각형의 측정용 지그를 사용한다면, 2개의 기준 마커(24)를 사용할 때는, 지그의 1개의 대각선의 양측의 정점 각각에 대응하여 기준 마커(24)를 배치하면 된다. 이와 같이 함으로써, 지그의 에지를 검출하는 2개의 위치의 사이의 거리를 길게 할 수 있기 때문에, 배향의 어긋남을 고정밀도로 검출할 수 있게 된다.

도 1에 나타낸 로봇은, 베이스(11)에 대해 암(12, 13)과 핸드(14)가 이 순서로 연결된 수평 다관절 로봇이지만, 본 발명의 위치 정보 복원 방법을 적용 가능한 로봇은 이것에 한정되는 것은 아니다. 특허문헌 5에 개시된 로봇은, 베이스와, 베이스에 접속되는 베이스측 링크와, 베이스측 링크의 선단에 접속되는 암측 링크와, 암측 링크의 선단에 접속되는 암과, 암의 선단에 접속되는 핸드와, 베이스에 마련되어 베이스측 링크를 승강시키는 기구를 구비하고, 링크 기구에 의해 암측 링크의 선단의 움직임이 규제된 수평 다관절 로봇이지만, 이러한 로봇에도 본 발명은 적용 가능하다. 나아가, 수직 다관절 로봇 등에도 본 발명은 적용 가능하다.

11 : 베이스
12, 13 : 암
14 : 핸드
15 : 모터
16 : 인코더
21 : 반송실
22 : 처리실
23 : 카메라
24 : 기준 마커
31 : 워크
40 : 로봇 컨트롤러
41 : 버스
42 : 서보 회로
43 : CPU
44 : 기억부
51 : 교시 데이터 저장부
52 : 원점 오프셋 저장부
53 : 소정 위치 좌표 저장부
60 : 티칭 펜던트

Claims

복수의 처리실을 갖는 처리 장치에서 사용되고, 교시 데이터에 기초하여, 대상물을 지지하여 상기 복수의 처리실 사이에서 반송하는 로봇의 위치 정보 복원 방법이며,
상기 로봇은, 상기 처리 장치에 설치되는 베이스와, 상기 대상물을 지지하는 핸드와, 상기 베이스와 상기 핸드 사이에 개재되는 적어도 하나의 암을 구비하고 있고,
상기 로봇의 일부의 교환, 상기 로봇의 일부 또는 전부의 재조립, 혹은 상기 로봇의 이설을 로봇 교환으로 하여, 상기 로봇 교환의 실행 전에, 상기 로봇의 원점 오프셋과, 상기 핸드를 뻗어서 소정 위치로 이동시켰을 때의 상기 로봇의 위치와 자세를 나타내는 소정 위치 좌표를 기억하는 공정과,
상기 로봇 교환 후, 상기 로봇의 원점 오프셋을 취득하고, 상기 로봇 교환 전의 상기 원점 오프셋과 상기 로봇 교환 후의 상기 원점 오프셋의 차인 제1 어긋남양을 기억하는 공정과,
상기 로봇 교환 후, 상기 핸드를 뻗어서 상기 로봇을 상기 소정 위치로 이동시켜 상기 소정 위치 좌표를 취득하고, 상기 로봇 교환 전의 상기 소정 위치 좌표와 상기 로봇 교환 후의 상기 소정 위치 좌표의 차에 기초하여 제2 어긋남양을 산출하여 기억하는 공정
을 갖고,
상기 제1 어긋남양과 상기 제2 어긋남양을 별개로 관리하는, 위치 정보 복원 방법.
제1항에 있어서,
처리 장치에 1개의 기준 마커를 구비하고, 상기 핸드에 탑재된 물체의 적어도 일부와 상기 기준 마커를 시각 센서에 의해 촬상하여 상기 물체의 위치를 취득함으로써, 상기 로봇과는 별개의 좌표계에서의 상기 소정 위치 좌표를 취득하는, 위치 정보 복원 방법.
제1항에 있어서,
상기 로봇 교환 후에, 상기 로봇에 마련된 원점 센서에 의한 대강의 조정과, 상기 로봇에 포함되는 구조체의 상호간의 위치를 규제하는 끼워 맞춤 수단에 의한 미세 조정에 의해, 상기 로봇을 원점 위치로 이동시켜, 상기 원점 오프셋을 취득하는, 위치 정보 복원 방법.
제1항에 있어서,
상기 처리 장치에 2개의 기준 마커를 구비하고, 상기 핸드에 탑재된 물체의 적어도 일부와 상기 기준 마커를 시각 센서에 의해 촬상하여 상기 물체의 위치를 취득함으로써, 상기 로봇과는 별개의 좌표계에서의 상기 소정 위치 좌표를 취득하는, 위치 정보 복원 방법.
제4항에 있어서,
상기 물체는 사각 형상이며, 상기 2개의 기준 마커는, 상기 로봇이 상기 소정 위치에 있을 때에 상기 물체의 1개의 대각선의 양쪽의 단부에 각각 대응하는 위치에 마련되어 있는, 위치 정보 복원 방법.
제1항에 있어서,
상기 기준 마커는, 상기 복수의 처리실 중 어느 하나의 처리실에 마련되는, 위치 정보 복원 방법.
제6항에 있어서,
상기 소정 위치는, 상기 기준 마커가 마련되는 상기 처리실에 있어서 상기 베이스로부터 상기 핸드가 가장 멀리 있을 때의 위치인, 위치 정보 복원 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇에 있어서 실제로 사용되는 상기 교시 데이터에 기초하여 상기 로봇을 상기 소정 위치로 이동시키는, 위치 정보 복원 방법.
제8항에 있어서,
상기 로봇 교환의 전후에서의 상기 소정 위치 좌표의 어긋남이 허용 범위 이내로 될 때까지, 상기 제1 어긋남양과 상기 제2 어긋남양을 사용하여 상기 교시 데이터를 수정하고 수정 후의 상기 교시 데이터에 기초하여 상기 로봇을 원점 위치로부터 상기 소정 위치로 이동시켜 상기 제2 어긋남양을 재계산하는 것을 반복하는, 위치 정보 복원 방법.