TW201622925A - 機器人系統及末端執行器之變形檢測方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之機器人系統，具備有：機器手臂，於前端部具有以往既定方向延伸之旋動軸為中心旋動自如之手腕；末端執行器，安裝於該手腕；及變形檢測裝置，使用靶銷檢測該末端執行器之變形，該靶銷具有末端執行器之既定檢測部位到達之目標部位。目標部位，具有示出檢測部位到達該目標部位之表示功能。變形檢測裝置，具備：探索部，控制機器手臂使檢測部位接觸靶銷以對目標部位進行探索，根據目標部位之表示功能而檢測檢測部位到達目標部位；以及變形檢測部，比較檢測部位到達目標部位時之檢測部位之假定位置與既定參照位置，以檢測末端執行器之變形。

Description

機器人系統及末端執行器之變形檢測方法
本發明係關於一種末端執行器之變形檢測方法及實現該方法之機器人系統。
以往為了搬送半導體元件之基板材料即晶圓，係使用在機器手臂之前端具備叉子形狀之末端執行器的晶圓搬送機器人。該末端執行器，係薄板狀之機器手部，且末端執行器之基座部以懸臂方式被支承於機器手臂之腕部。因此，有時會因末端執行器之本身重量或所載置之基板之重量，而有末端執行器產生撓曲的情況。
此外，尤其是晶圓搬送機器人，有末端執行器之作業空間被限制的極為狹窄的情況，亦有末端執行器與其他物體產生干擾的情況。再者，例如，在機器手臂或末端執行器亦有產生齒輪之齒隙(backlash)、皮帶之伸展、跳齒等機械性問題的情況。一旦因該等原因而對末端執行器施加振動或衝擊，即會有產生末端執行器之水準位置偏移或變形的情況。
如上所述，於已變形的末端執行器恐無法確實地搬送晶圓。因此，最好是在開始搬送作業之前，檢測末端執行器之變形。過去，雖是由作業員定期進行伴隨裝置解體之末端執行器之變形檢測作業，但近年來，提出了可自動檢測末端執行器之變形的各種技術。
例如，專利文獻1中，揭示有具備設於機器人手部之前端部 並與該機器人手部之延伸方向平行地照射光線之照射部、及接收光線以檢測受光位置與基準位置之偏移之偏移量檢測部的基板搬送裝置。
例如，在專利文獻2中，揭示有如下構成之機器人：於機器人手部設置4個距離量測感測器，根據藉由將利用該等距離量測感測器所測量出之與平台表面之間的距離與基準大小進行比較而求出的平行度，求出機器人手部之扭變。
此外，例如，在專利文獻3中，揭示有如下構成之機器人：利用配置在位於基準座標之機器人手部的前端部之旁邊的光感測器，對機器人手部照射檢測光並接收光，在光感測器之輸出異常的情形時，判定為手部變形而使機器人之動作停止。
專利文獻1：國際公開WO2009/072199號
專利文獻2：日本特開2010-188437號公報
專利文獻3：日本特開平11-179692號公報
在上述專利文獻1~3的技術中，為了檢測末端執行器之變形而設置有專用之(亦即，除此以外別無他用)複數個非接觸式感測器。在該等技術中，由於必需有多個感測器，因此使感測器之配線或維護變繁雜。
因此，在本發明中，提出利用習知構造之機器手臂檢測末端執行器之變形的技術，且不使用專用之非接觸式感測器。
本發明之一態樣之機器人系統，具備有：機器手臂，於前端部具有以往既定方向延伸之旋動軸為中心旋動自如之手腕；末端執行器， 安裝於該手腕；及變形檢測裝置，使用靶銷(target pin)檢測該末端執行器之變形，該靶銷具有該末端執行器之既定檢測部位到達之目標部位；其特徵在於：該目標部位，具有示出該檢測部位到達該目標部位之表示(indicate)功能；該變形檢測裝置，具備：探索部，控制該機器手臂使該檢測部位接觸該靶銷以對該目標部位進行探索，根據該表示功能而檢測該檢測部位到達該目標部位；以及，變形檢測部，比較該檢測部位到達該目標部位時之該檢測部位之假定位置與既定參照位置，以檢測該末端執行器之變形。
此外，本發明之另一態樣之末端執行器之變形檢測方法，係在具備有於前端部具有以往既定方向延伸之旋動軸為中心旋動自如之手腕的機器手臂、安裝於該手腕的末端執行器、及變形檢測裝置的機器人系統中，該變形檢測裝置使用設置有該末端執行器之既定檢測部位到達之目標部位的靶銷，檢測該末端執行器之變形，其特徵在於：包含以下動作：控制該機器手臂使該檢測部位接觸該靶銷以對該目標部位進行探索；根據示出該檢測部位到達該目標部位之該目標部位之表示功能，檢測該檢測部位到達該目標部位；以及，比較該檢測部位到達該目標部位時之該檢測部位之假定位置與既定參照位置，以檢測該末端執行器之變形。
根據本發明，能夠利用靶銷與習知構造之機器手臂檢測末端執行器之變形。
1‧‧‧機器人系統
3‧‧‧控制裝置
4‧‧‧機器手臂
5‧‧‧機器人手部(末端執行器)
8‧‧‧變形檢測裝置
9‧‧‧靶銷
21‧‧‧基台
30‧‧‧控制器
40‧‧‧升降軸
41~44‧‧‧第1~第4連桿
60~64‧‧‧驅動裝置
81‧‧‧探索部
82‧‧‧位置資訊存放部
83‧‧‧變形檢測部
84‧‧‧變形修正部
91‧‧‧第1同徑部
92‧‧‧變徑部
93‧‧‧第2同徑部
95、96‧‧‧邊界線
A0~A4‧‧‧伺服放大器
C‧‧‧手部中心線
D0~D4‧‧‧動力傳達機構
E0~E4‧‧‧位置檢測器
J1~J4‧‧‧第1~第4關節
L1~L4‧‧‧第1~第4軸
M0~M4‧‧‧伺服馬達
SP‧‧‧檢測部位
TG‧‧‧目標部位
圖1，係表示本發明之一實施形態之機器人系統之概略構成的俯視圖。
圖2，係表示圖1所示之機器人系統之概略構成的側視圖。
圖3，係表示圖1所示之機器人系統之控制系統之構成之圖。
圖4，係一實施形態之靶銷的側視圖。
圖5，係表示探索處理時之靶銷與末端執行器之樣子的俯視圖。
圖6，係本發明之一實施形態之末端執行器之變形檢測處理之流程圖。
圖7，係探索處理之流程圖。
圖8，係變形之評價處理之流程圖。
圖9，係本發明之另一實施形態之靶銷之側視圖。
接下來，參照圖式說明本發明之實施形態。於以下，使本發明適用於用以搬送圓形平板狀之晶圓的晶圓搬送機器人系統而進行說明。但是，可適用本發明的機器人系統並不限定於晶圓搬送機器人系統。圖1係表示本發明之一實施形態之機器人系統1之概略構成的俯視圖，圖2係表示圖1所示之機器人系統1之概略構成的側視圖，圖3係表示圖1所示之機器人系統1之控制系統之構成之圖。在本說明書及申請專利範圍中，將某水平方向設為X方向，將與X方向大致正交之水平方向設為Y方向，將垂直方向設為Z方向。
如圖1及2所示，本發明之一實施形態之機器人系統1，具備有機器手臂4、裝附於機器手臂4之前端部的末端執行器之一例的機器人手部5(以下，簡稱「手部5」)、控制機器手臂4之動作的控制裝置6、及檢測手部5之變形的變形檢測裝置8。此外，在機器人系統1之手部5之變形檢測中，使用具有目標部位TG之靶銷9。以下，針對機器人系統1之各構成要素詳細地進行說明。
首先，針對機器手臂4進行說明。本實施形態之機器手臂4，以被支承於基台21之水平多關節型機器人構成。但是，機器手臂4並不限定於水平多關節型機器人，亦可為垂直多關節型機器人。
機器手臂4，具備有立設於基台21之升降軸40、透過升降軸40與第1關節J1而連結之第1連桿41、透過第1連桿41之前端部與第2關節J2而連結之第2連桿42、透過第2連桿42之前端部與第3關節J3而連結之第3連桿43、及透過第3連桿43之前端部與第4關節J4而連結之第4連桿44。第1關節J1之旋動軸即第1軸L1、第2關節J2之旋動軸即第2軸L2、及第3關節J3之旋動軸即第3軸L3之各軸之延伸方向係為Z方向。此外，第4關節J4之旋動軸即第4軸L4，係於其延伸方向貫穿第3連桿43且與Z方向大致正交。
在上述構成之機器手臂4中，藉由第3關節J3、第3連桿43、第4關節J4及第4連桿44之相互結合體而形成手腕。在第4連桿44設置有機械式介面，在該處可裝卸地安裝有手部5。本實施形態之末端執行器即手部5，係具有用於載置圓形平板狀之晶圓W之叉形平板的機器人手部。在該手部5，雖未圖示，但設置有用於把持載置在叉形平板上之晶圓W的把持爪或其驅動機構。
升降軸40，藉由升降驅動裝置60，以往Z方向升降或伸縮之方式驅動。升降驅動裝置60，藉由伺服馬達M0、位置檢測器E0、以及將伺服馬達M0之動力往升降軸40傳達之動力傳達機構D0等而構成。
在第1~第4關節J1~J4，設置有使各關節J1~J4繞其旋動軸旋轉之第1~第4關節驅動裝置61~64。關節驅動裝置61~64，藉由伺服馬達 M1~M4、位置檢測器E1~E4、以及將伺服馬達M1~M4之動力往對應之連桿傳達之動力傳達機構D1~D4等而構成。上述之動力傳達機構D1~D4，例如，係具備減速機之齒輪動力傳達機構。上述之各位置檢測器E0~E4，例如，係以旋轉編碼器構成。各伺服馬達M0~M4可相互獨立地進行驅動。而且，一旦驅動上述之各伺服馬達M0~M4，則藉由上述之各位置檢測器E0~E4進行上述之各伺服馬達M0~M4之輸出軸之旋轉位置之檢測。
機器手臂4，藉由控制裝置6控制其動作。如圖3所示，控制裝置6，具備有控制器30、及與伺服馬達M0~M4對應之伺服放大器A0~A4。在控制裝置6，進行使安裝於機器手臂4之手腕的手部5往任意之姿勢(空間中的位置及姿勢)沿任意之路徑移動的伺服控制。
控制器30，係所謂的電腦，例如具有微控制器、CPU、MPU、PLC、DSP、ASIC或FPGA等演算處理部、及ROM、RAM等記憶部(均未圖示)。在記憶部中，儲存有演算處理部執行之程式、各種固定資料等。此外，在記憶部中，存放有用於控制機器手臂4之動作的教示點資料、關於機器人手部5之形狀及尺寸的資料、關於由機器人手部5保持之晶圓W之形狀及尺寸資料等。在控制器30中，演算處理部讀取儲存於記憶部之程式等之軟體並進行執行，藉此進行用於控制機器人系統1之動作的處理。另外，控制器30可藉由單一電腦之集中控制執行各處理，亦可藉由複數個電腦之協同動作之分散控制執行各處理。
控制器30，根據與由各個位置檢測器E0~E4所檢測出之旋轉位置對應之手部5之姿勢、及儲存在記憶部之教示點資料，演算既定之控制時間後之目標姿勢。控制器30，以在既定之控制時間後手部5成為目 標姿勢的方式，往伺服放大器A0~A4輸出控制指令(位置指令)。在伺服放大器A0~A4中，根據控制指令而對各伺服馬達M0~M4供應驅動電力。藉此，能夠使手部5往所欲之姿勢作動。
接下來，針對變形檢測裝置8進行說明。變形檢測裝置8，係所謂的電腦，具有演算處理部與記憶部(均未圖示)。在記憶部中，儲存有演算處理部執行之程式、各種固定資料等。此外，在記憶部中，存放有被使用於下述之初始開始位置等之變形檢測處理的教示點資料、關於手部5之形狀及尺寸或下述之檢測部位SP的資料、關於靶銷9之形狀及尺寸或目標部位TG的資料等。變形檢測裝置8，以可進行資訊之收發訊的方式與控制裝置6連接。另外，在本實施形態中，雖將機器手臂4之控制裝置6與變形檢測裝置8設成為獨立之演算裝置，但控制裝置6亦可一併具備有作為變形檢測裝置8之功能。
上述構成之變形檢測裝置8，演算處理部讀取儲存於記憶部之程式等之軟體並進行執行，藉此能夠以探索部81、位置資訊存放部82、變形檢測部83、及變形修正部84而發揮功能。探索部81，控制機器手臂4使手部5之既定檢測部位SP接觸靶銷9以對目標部位TG進行探索，根據目標部位TG之表示功能進行檢測檢測部位SP到達目標部位TG的處理。位置資訊存放部82，進行取得檢測部位SP到達目標部位TG時之檢測部位SP之位置資訊(假定位置)而儲存之處理。變形檢測部83，讀取儲存於位置資訊存放部82之Z方向位置資訊、與預先儲存於位置資訊存放部82之參照位置資訊並進行比較，而進行檢測手部5之變形的處理。變形修正部84，在由變形檢測部83檢測手部5之變形時，判斷該變形是否能以機器手臂4 之位置及姿勢中至少一方之調整進行修正，在能修正的情形下，進行修正變形之處理。
此處，針對使用有上述構成之機器人系統1的末端執行器即手部5之變形檢測處理(變形檢測方法)進行說明。另外，變形檢測處理由變形檢測裝置8進行，於以下，雖未特別詳細記載，但變形檢測裝置8所進行之機器手臂4之控制係透過控制器30(控制裝置6)進行。
在開始手部5之變形檢測處理時，預先將靶銷9設置在手部5之可動範圍內。圖4係一實施形態之靶銷9之側視圖。如圖4所示，一實施形態之靶銷9，係於Z方向延伸之柱狀體，整體具有鉛筆形狀。在靶銷9，直徑為固定之圓柱形狀之第1同徑部91、直徑有變化之圓錐梯形狀之變徑部92、與直徑為固定之圓柱形狀之第2同徑部93係一體地形成，第1同徑部91、變徑部92、第2同徑部93依序於Z方向排列。第1同徑部91之直徑較第2同徑部93之直徑大，第1同徑部91與第2同徑部93之間藉由變徑部92而使直徑逐漸縮小並且滑順地連接。另外，靶銷9，亦可為省略了第2同徑部93之由第1同徑部91及變徑部92構成之形狀。
上述形狀之靶銷9，具有在使手部5一邊接觸靶銷9之表面一邊沿著靶銷9而往Z方向移動的情形時，手部5對靶銷9之接觸位置局部地變化之形狀，將該形狀部位設為目標部位TG。該目標部位TG，具有示出下述之手部5之檢測部位到達目標部位TG之表示功能。也就是，若手部5之檢測部位接觸目標部位TG，則可得知手部5之檢測部位到達目標部位TG。
在靶銷9之第1同徑部91與變徑部92之間存在環狀之邊界 線95，亦在變徑部92與第2同徑部93之間存在環狀之邊界線96。透過該等之邊界線95、96，手部5對靶銷9之接觸位置在X-Y方向局部地變化。因此，在本實施形態中，將靶銷9之邊界線95、96中的一方(邊界線95)作為目標部位TG。
圖6係本發明之一實施形態之末端執行器之變形檢測處理之流程圖。如圖6所示，一旦變形檢測處理開始，則變形檢測裝置8首先進行探索處理(步驟S1)。
圖5係表示探索處理時之靶銷9與機器人手部5之樣子的俯視圖。如圖5所示，平板狀之手部5，從Z方向觀察，係基座側為一支而前端側分成二分支之叉子形狀，具有以手部中心線C為中心而對稱之外形形狀。以下，為便於說明，形狀作成手部5之外形形狀之該手部5之外周面之中，隔著手部中心線C而將一方之側面稱為第1側面51，另一方之側面稱為第2側面52。第1檢測部位SP1，被規定於手部5之前端側之第1側面51。此外，第2檢測部位SP2，被規定於手部5之前端側之第2側面52。較佳為：第1檢測部位SP1與第2檢測部位SP2，配置於隔著手部中心線C為對稱之位置。此外，第1檢測部位SP1與第2檢測部位SP2，亦可規定於手部5之內側部分。第3檢測部位SP3，被規定於手部5之基座側之第1側面51。第4檢測部位SP4，被規定於第1側面51之中、第1檢測部位SP1與第3檢測部位SP3之間。
在探索處理(步驟S1)中，針對手部5之第1~4檢測部位SP1~SP4之各個重覆同樣之處理。因此，針對以手部5之第1檢測部位SP1作為檢測部位SP時之探索處理詳細地進行說明，省略以第2~4檢測部位 SP2~SP4作為檢測部位SP時之探索處理之詳細說明。
圖7係探索處理之流程圖。如圖7所示，一旦探索處理開始，變形檢測裝置8以手部5之檢測部位SP往預先教示之初始開始位置移動之方式控制機器手臂4(步驟S11)。初始開始位置，位於Z方向位置係較目標部位TG(邊界線95)更為第1同徑部91側、且X-Y位置係與靶銷9之第1同徑部91之表面分開微小距離的地方。檢測部位SP於該初始開始位置移動時，原則上，手部5不與靶銷9接觸。
接著，變形檢測裝置8，使第3關節驅動裝置63之控制迴路增益(loop gain)低於既定值以下(步驟S12)。該既定值，係從較晶圓W之搬送動作時之控制迴路增益更小之值中選擇。在控制迴路增益中，包含位置迴路增益與速度迴路增益。藉由使控制迴路增益降低，伺服控制迴路之修正力變弱，響應性(responsiveness)變遲。其結果為，能夠以較小的按壓力使手部5接觸靶銷9。
在上述中，較佳為：將第3關節驅動裝置63之控制迴路增益實質上設為零。所謂的將第3關節驅動裝置63之控制迴路增益「實質上設為零」，意指設成如下之狀態：將該控制迴路增益，從一般動作之伺服增益變更為包含零之較小值，在對第3關節驅動裝置63施加外力時，亦即，使手部5與靶銷9接觸時之接觸反力極小化，第3關節驅動裝置63之伺服馬達M3，實質上不對該接觸反力進行抵抗，而其角度位置實質上可自由位移。在切掉控制迴路增益而為零的情形亦包含於此。
除了上述之第3關節驅動裝置63之控制迴路增益之降低之外，亦可藉由使驅動電流之上限(亦即，驅動力矩之上限)降低，而使手部5 之往靶銷9之按壓力降低。另外，亦可在手部5抵達初始開始位置之前，進行上述控制迴路增益之降低、或上述驅動電流之上限之降低。
接著，變形檢測裝置8，在初始開始位置以進行以下說明之一連串的接觸位置取得動作(步驟S13~S15)之方式控制機器手臂4。在一連串的接觸位置取得動作中，首先，手部5水平擺動(步驟S13)。具體而言，不使機器手臂4之第3關節J3及第4關節J4動作，使第1關節J1及第2關節J2動作，藉此使手部5以微小的振動幅度擺動(步驟S13)。
一旦手部5擺動，則手部5之檢測部位SP接觸靶銷9。一旦手部5接觸靶銷9，由於第3關節驅動裝置63之控制迴路增益實質上為零，因此手部5繞第3軸L3進行角位移。該角位移透過動力傳達機構D3而傳達至伺服馬達M3，使該伺服馬達M3角位移。因而，根據伺服馬達M3開始角位移，檢測出手部5接觸到靶銷9。
而且，變形檢測裝置8，一旦檢測出手部5接觸到靶銷9(在步驟S14為YES)，則取得手部5接觸靶銷9時之檢測部位SP之位置資訊(接觸位置資訊)(步驟S15)。在接觸位置資訊中，例如，包含機器手臂4之手腕基準點(第3軸L3上之既定點)位置及手腕之朝向。機器手臂4之手腕基準點之位置資訊，可從升降驅動裝置60、第1關節驅動裝置61、第2關節驅動裝置62之各伺服馬達M0、M1、M2之各位置檢測器E0、E1、E2取得。關於機器手臂4之手腕朝向之資訊，可從第3關節驅動裝置63、第4關節驅動裝置64之各伺服馬達M3、M4之各位置檢測器E3、E4取得。
接著，變形檢測裝置8，其接觸位置取得動作若為第一次(在步驟S16中為YES)，則控制機器手臂4使手部5之檢測部位SP往下一個開 始位置移動(步驟S20)。手部5之檢測部位SP之下一個開始位置，位於從初始開始位置朝向變徑部92往Z方向移動微小之既定值的地方。然後，變形檢測裝置8，以從下一個開始位置進行一連串的接觸位置取得動作(步驟S13~S15)之方式，控制機器手臂4。
在步驟S16中，變形檢測裝置8，其接觸位置取得動作若為第2次以後(在步驟S16中為NO)，則從以當次之接觸位置取得動作所取得之接觸位置資訊、及以前次之接觸位置取得動作所取得之接觸位置資訊，判斷檢測部位SP是否到達目標部位TG。在目標部位TG，手部5對靶銷9之接觸位置在X-Y方向局部地變化。因而，變形檢測裝置8，根據當次取得之接觸位置資訊與前次取得之接觸位置資訊的X-Y方向之局部變化，判斷檢測部位SP是否到達目標部位TG。
具體而言，變形檢測裝置8，在手部5對靶銷9之接觸位置在X-Y方向已局部地變化的情形(在步驟S17中為YES)時，判定已檢測出檢測部位SP到達目標部位TG(步驟S18)。具體而言，變形檢測裝置8，在從當次取得之接觸位置資訊與前次取得之接觸位置資訊導出之繞第3軸L3之角位移超出既定閾值的情形時，判定已檢測出檢測部位SP到達目標部位TG。然後，變形檢測裝置8，將當次取得之接觸位置資訊作為目標部位TG之位置資訊而儲存(步驟S19)，完成探索處理。另外，目標部位TG之位置資訊，係檢測部位SP到達目標部位TG時之檢測部位SP之假定位置。
另一方面，變形檢測裝置8，在手部5對靶銷9之接觸位置在X-Y方向無局部地變化的情形(在步驟S17中為NO)時，判定檢測部位SP未到達目標部位TG，而以手部5往再下一個開始位置移動之方式控制機器 手臂4(步驟S20)。再下一個開始位置，位於從上述之下一個開始位置朝向變徑部92往Z方向移動微小之既定值的地方。以如此方式，變形檢測裝置8，以一邊使開始位置朝向變徑部92往Z方向些許移動、一邊重覆一連串的接觸位置取得動作(步驟S13~S15)之方式控制機器手臂4，直到檢測出檢測部位SP到達目標位置TG。
返回圖6之流程圖，變形檢測裝置8，藉由上述之探索處理並根據以手部5之第1~4檢測部位SP1~SP4之各個所探索到的目標部位TG之位置資訊，評價手部5之變形(步驟S2~S4)。在本實施形態中，針對手部5之扭曲變形、撓曲變形、及旋轉變形之各個評價變形。由於變形檢測裝置8針對各變形重覆同樣之變形之評價處理，因此在以下針對手部5扭曲變形之評價處理詳細地進行說明，關於撓曲變形及旋轉變形之評價處理則省略詳細之說明。
圖8係變形之評價處理之流程圖。如圖8所示，變形檢測裝置8，首先，從位置資訊存放部82讀取使用於檢測變形之位置資訊(步驟S21)。在讀取之位置資訊中，包含已取得之目標部位TG之位置資訊、與既定參照位置資訊。Z方向位置資訊，例如，亦可為包含於已取得之位置資訊的機器手臂4之手腕基準點之Z方向位置資訊。
在本實施形態中，參照位置資訊，係藉由以手部5上之不同之檢測部位SP(參照位置)進行探索處理而取得之目標部位TG之位置資訊。被使用於檢測扭曲變形之位置資訊，係以第1檢測部位SP1探索目標部位TG而獲得之目標部位TG之位置資訊、與以第2檢測部位SP2探索目標部位TG而獲得之目標部位TG之位置資訊。被使用於檢測撓曲變形之位置資 訊，係以第1檢測部位SP1探索目標部位TG而獲得之目標部位TG之位置資訊、與以第3檢測部位SP3探索目標部位TG而獲得之目標部位TG之位置資訊。被使用於檢測旋轉變形之位置資訊，係以第3檢測部位SP3探索目標部位TG而獲得之目標部位TG之位置資訊、與以第4檢測部位SP4探索目標部位TG而獲得之目標部位TG之位置資訊。另外，在檢測旋轉變形的情形，亦可取代上述第4檢測部位SP4或除了上述第4檢測部位SP4之外，使用以第1檢測部位SP1探索目標部位TG而獲得之目標部位TG之位置資訊。
接著，變形檢測裝置8，比較所讀取之二個位置資訊(步驟S22)。在步驟S22中，在進行檢測之變形為扭曲變形與撓曲變形的情形時，比較所讀取之二個位置資訊之Z方向之位置資訊。而且，在二個目標部位TG之位置資訊之中、一方的Z方向位置資訊與另一方的Z方向位置資訊之差為既定閾值以下的情形時，判定為無變形或變形程度小(在步驟S23中為NO)，完成變形之評價處理。另一方面，變形檢測裝置8，在所讀取的二個目標部位TG之位置資訊之中、一方的Z方向位置資訊與另一方的Z方向位置資訊之差超出既定閾值的情形時，判定為已檢測出末端執行器之變形(在步驟S23中為YES)。
此外，在步驟S22中，在進行檢測之變形為旋轉變形的情形時，比較所讀取之二個位置資訊之X-Y方向(X-Y平面內)之位置資訊。在檢測旋轉變形時，較佳為：控制機器手臂4之位置及姿勢，使被規定成與第4軸L4平行的手部中心線C之延伸方向與Y軸方向成為平行。本實施形態之手部5，由於在第3連桿43與第4連桿44之間具有連結部，因此有時會有 因該連結部之連結誤差而導致手部5無法相對於手部中心線C成為線對稱的情況。此外，有時會有因手部5與其他物體碰撞，而導致在手部5於繞第3軸L3之旋轉方向產生變形，手部中心線C之延伸方向與Y軸方向非為平行的情況。針對該等般之旋轉變形，變形檢測裝置8例如能夠以下述方式進行檢測。亦即，在變形前之手部5中，事先儲存有相對於連結第3檢測部位SP3與第4檢測部位SP4之直線(評價直線)之Y軸方向的傾度(基準傾度)，根據已取得之第3檢測部位SP3之X-Y方向位置資訊與已取得之第4檢測部位SP4之X-Y方向位置資訊，算出相對於評價直線之Y軸方向的傾度，比較所算出之傾度與基準傾度，若該等之差異超出既定閾值，則判定檢測出末端執行器之旋轉變形(在步驟S23中為YES)，若該差異為既定閾值以下，則判定無變形(在步驟S23中為NO)。
一旦末端執行器之變形被檢測，變形檢測裝置8，接著判斷是否能藉由機器手臂4之位置及姿勢中至少一方之調整修正變形(步驟S24)。變形之修正與否，例如，可根據從所讀取之二個位置資訊之差導出之變形程度、或是否於機器手臂4存在為了修正變形而為必要之軸來加以判斷。
變形檢測裝置8，在判斷為可修正變形的情形時(在步驟S24中為YES)，作成用於使控制裝置6修正變形之變形修正資訊，並將該變形修正資訊往控制裝置6輸出(步驟S25)，完成變形之評價處理。另外，在本實施形態中，機器手臂4，可藉由使手部5繞第4軸L4旋轉而修正扭曲變形。此外，本實施形態之機器手臂4，由於不具備能修正撓曲變形之軸，因此無法修正撓曲變形。此外，本實施形態之機器手臂4，能夠藉由以算出之 評價直線之傾度成為基準傾度之方式使手部5繞第3軸L3旋轉，並且調整X-Y方向位置，而修正旋轉變形。
另一方面，變形檢測裝置8，在判斷為不能修正變形的情形時(在步驟S24中為NO)，進行錯誤處理(步驟S26)，完成變形之評價處理。在錯誤處理中，變形檢測裝置8，例如，發出警報並且使控制裝置6停止機器手臂4之作動。
以如以上之方式，變形檢測裝置8，進行扭曲變形之評價處理(步驟S2)、撓曲變形之變形評價處理(步驟S3)、及旋轉變形之變形評價處理(步驟S4)，完成末端執行器之變形檢測處理。
如以上已說明般，本實施形態之機器人系統1，具備有：機器手臂4，於前端部具有以往既定方向延伸之旋動軸(第3軸L3)為中心旋動自如之手腕；手部5，係安裝於手腕之末端執行器；及變形檢測裝置8，使用靶銷9檢測該末端執行器之變形，該靶銷9具有手部5之既定檢測部位SP到達之目標部位TG。靶銷9之目標部位TG，具有示出手部5之檢測部位SP到達該目標部位TG之表示功能。上述之變形檢測裝置8，具備有：探索部81，控制機器手臂4使手部5之檢測部位SP接觸靶銷9以對目標部位TG進行探索，根據目標部位TG之表示功能而檢測檢測部位SP到達目標部位TG；以及，變形檢測部83，比較檢測部位SP到達目標部位TG時之檢測部位SP之位置資訊(假定位置資訊)與參照位置資訊，以檢測手部5之變形。
此外，以上已說明的本實施形態之末端執行器之變形檢測方法，係在上述之機器人系統1中，使用上述之靶銷9而變形檢測裝置8對 手部5之變形進行檢測的方法，其包含以下動作：變形檢測裝置8，控制機器手臂4使檢測部位SP接觸靶銷9以對目標部位TG進行探索；根據目標部位TG之表示功能，檢測檢測部位SP到達目標部位TG；以及，比較檢測部位SP到達目標部位TG時之檢測部位SP之位置資訊與既定參照位置資訊，以檢測末端執行器之變形。
根據如上述般之機器人系統1及末端執行器之變形檢測方法，能夠使用設於末端執行器之可動範圍內之靶銷9，檢測末端執行器之變形。在專利文獻1~3中記載之習知技術中，為了檢測機器人手部之變形而在機器人系統中具備有專用之非接觸式感測器。相對於此，本實施形態之機器人系統1中，能夠不使用特別之配線或必須控制之非接觸式感測器，而利用靶銷9與習知構造之機器手臂4來檢測末端執行器之變形。
此外，在本實施形態之機器人系統1及末端執行器之變形檢測方法中，靶銷9之目標部位TG，為了發揮表示功能，而形成為在使手部5一邊接觸靶銷9一邊沿著靶銷9往Z方向移動的情形時，手部5對靶銷9之接觸位置局部地變化之形狀。而且，變形檢測裝置8，控制機器手臂4使手部5之檢測部位SP一邊接觸靶銷9一邊沿著靶銷9往Z方向移動以對目標部位TG進行探索，根據檢測部位SP對靶銷9之接觸位置之局部變化，檢測該檢測部位SP到達目標部位TG。
更具體而言，靶銷9，作為手部5對靶銷9的接觸位置局部地變化之形狀，係於既定方向連續地具有直徑固定的同徑部91、與直徑有變化的變徑部92，藉由同徑部91與變徑部92之邊界(邊界線95)而構成目標部位TG。而且，變形檢測裝置8，在使手部5從同徑部91朝向變徑部92 往Z方向位移的複數位置，進行使手部5繞第3軸L3擺動以取得檢測部位SP接觸到靶銷9時之檢測部位SP之位置資訊(接觸位置資訊)，以對目標部位TG進行探索，根據所取得之複數個接觸位置資訊導出之繞第3軸L3之角位移，檢測檢測部位SP到達目標部位TG。
根據如此般之機器人系統1及末端執行器之變形檢測方法，能夠根據靶銷9之同徑部91與變徑部92之直徑變化，檢測檢測部位SP到達目標部位TG。如此般之靶銷9之目標部位TG之表示功能，係藉由靶銷9之外形形狀而實現，為較為簡易之構造，無需為了此功能而配線或控制。
此外，在本實施形態之機器人系統1及末端執行器之變形檢測方法中，變形檢測裝置8，在檢測手部5之變形時，判斷該變形是否能藉由機器手臂4之位置及姿勢中至少一方之調整進行修正，在能修正的情形時修正該變形。
根據如此般之機器人系統1及末端執行器之變形檢測方法，能夠在不使機器手臂4停止、解體之下，修正末端執行器之變形。據此，能夠減少使機器手臂4停止之頻度，能夠使生產性提高。
此外，在本實施形態之機器人系統1及末端執行器之變形檢測方法中，參照位置資訊，係藉由變形檢測裝置8控制機器手臂4使與手部5之檢測部位SP不同之參照部位接觸靶銷9以對目標部位TG進行探索，根據目標部位TG之表示功能檢測出參照部位到達目標部位TG時之參照部位之假定位置資訊。也就是，針對與手部5之檢測部位SP不同之參照部位進行探索處理，將參照部位到達目標部位TG時之參照部位之位置資訊使用 作為參照位置資訊。
在上述實施形態中，於檢測手部5之扭曲變形時，將為手部5之前端部並以夾著手部中心線C之方式被規定於一方之第1檢測部位SP1、與被規定於另一方之第2檢測部位SP2，分別作為檢測部位、參照部位。然後，藉由比較檢測部位SP到達目標部位TG時之該檢測部位SP之Z方向之假定位置、與參照部位到達目標部位TG時之該參照部位之Z方向之假定位置，以變形檢測裝置8檢測手部5之扭曲變形。
此外，在上述實施形態中，於檢測手部5之撓曲變形時，將檢測部位與參照部位中之一方設為被規定於手部5之前端部之第1檢測部位SP1，將另一方設為被規定於手部5之基座部之第3檢測部位SP3。然後，藉由比較檢測部位SP到達目標部位TG時之該檢測部位SP之Z方向之假定位置、與參照部位到達目標部位TG時之該參照部位之Z方向之假定位置，以變形檢測裝置8檢測手部5之撓曲變形。
進一步地，在上述實施形態中，於檢測手部5之旋轉變形時，將檢測部位與參照部位中之一方設為被規定於手部5之基座部之第3檢測部位SP3，將另一方設為被規定於手部5之前端部或基座部與前端部之間之第4檢測部位SP4。然後，藉由比較檢測部位SP到達目標部位TG時之該檢測部位SP之X-Y平面內之假定位置、與參照部位到達目標部位TG時之該參照部位之X-Y平面內之假定位置，以變形檢測裝置8檢測手部5之旋轉變形。
根據如上述之機器人系統1及末端執行器之變形檢測方法，由於針對手部5之二個檢測部位SP(檢測部位與參照部位)之各個進行探 索處理並比較所獲得之位置資訊，因此能夠在不受靶銷9之目標位置TG之變形或位置偏移等之影響下，檢測末端執行器之變形。
以上雖已說明了本發明之較佳的實施形態，但上述之機器人系統1之構成可如以下般進行變更。
例如，上述實施形態之末端執行器，雖為晶圓搬送用之叉子形狀之手部5，但末端執行器並不限定於此。例如，末端執行器，亦可為具備複數個把持爪之泛用手部、吸附手部、螺帽緊固具、熔接槍、噴霧槍之中任一者。
此外，在上述實施形態之探索處理中，雖使手部5以於Z方向延伸之第3軸L3為中心而旋動(擺動)，但末端執行器之擺動方向並不限定於此。
例如，在機器手臂為垂直多關節型機器人的情形時，於探索處理中，亦可使末端執行器以於X方向或Y方向延伸之旋動軸為中心而旋動。於該情形，靶銷9，以靶銷9之延伸方向成為與末端執行器之旋動軸之延伸方向平行之方式配設。
例如，亦可在探索處理中幾乎不使末端執行器旋動，而使其往Z方向位移。上述實施形態之機器人系統1由於係為晶圓搬送機器人，因此必須藉由極力地避免手部5與靶銷9之擦傷以防止微粒(particle)產生。但是，在不限制靶銷9與末端執行器之接觸或擦傷的情況下，亦可藉由在不使末端執行器旋動之下使檢測部位SP一邊接觸靶銷9一邊往Z方向位移，而進行目標部位TG之探索。
此外，上述實施形態之參照位置資訊，雖為藉由利用設定於 手部5之其他檢測部位SP(參照部位)進行探索處理所得到之Z方向位置資訊，但參照位置資訊並不限定於此。
例如，參照位置資訊，亦可為：藉由變形檢測裝置8，控制機器手臂4使末端執行器之未變形之檢測部位SP接觸靶銷9以對目標部位TG進行探索，根據目標部位TG之表示功能檢測出未變形之檢測部位SP到達目標部位TG時之未變形之檢測部位SP之位置資訊。也就是，參照位置資訊，亦可為藉由利用未變形之末端執行器上之檢測部位SP進行探索處理所獲得之目標部位TG之位置資訊。若使用如此般之參照位置資訊，能夠藉由比較以變形前後之檢測部位SP探索之目標部位TG之位置資訊，檢測手部5之變形。
例如，參照位置資訊，亦可為靶銷9之目標部位TG之位置資訊。但是，該情形之靶銷9，以在機器人系統1具有之座標系中事先正確地定位，且無靶銷9之變形或移動的情況為條件。
此外，上述實施形態之靶銷9，雖第1同徑部91與變徑部92之邊界線95成為目標部位TG，第1同徑部91與變徑部92之外徑之局部變化構成表示功能，但靶銷9之形狀並不限定於此。靶銷9，只要具有在使末端執行器一邊接觸靶銷9一邊沿著靶銷9往Z方向移動的情形時，末端執行器對靶銷9之接觸位置局部地變化之形狀即可。
例如，亦可為：將靶銷9之變徑部92與第2同徑部93之邊界線96作為目標部位TG，且變徑部92與第2同徑部93之外形之X-Y位置之局部變化構成表示功能。於該情形，如圖9所示，在探索處理中，將末端執行器之檢測部位SP之初始開始位置設於靶銷9’之第2同徑部93之 周圍，在使末端執行器從第2同徑部93朝向變徑部92於Z方向移動的複數位置中，重覆一連串之接觸位置取得動作(步驟S13~S15)。
例如，亦可為：靶銷9為直徑固定之圓柱狀，將靶銷9之上端緣設為目標部位TG，且靶銷9之外形之X-Y位置之局部變化構成表示功能。於該情形，能夠藉由末端執行器之檢測部位SP成為不與靶銷9接觸的情況，檢測檢測部位SP到達目標部位TG。
另外，在本實施形態中，雖藉由靶銷9之形狀實現目標部位TG之表示功能，但表示功能亦可藉由其他手段實現。例如，亦可為：靶銷9為直徑固定之圓柱形狀，在靶銷9周圍之目標部位TG設有接觸感測器，藉由該接觸感測器構成表示功能。
此外，在上述實施形態中，變形檢測裝置8，雖依序進行手部5之扭曲變形、撓曲變形、及旋轉變形之評價處理(步驟S2~S4)，但亦可選擇性地進行該等之變形之評價處理中至少一個以上。例如，手部5之扭曲變形、撓曲變形、及旋轉變形之評價處理之中，亦可僅進行扭曲變形之評價處理。於該情形，無需第3檢測部位SP3與第4檢測部位SP4之各檢測部位SP中的探索處理。此外，各變形之評價處理(步驟S2~S4)之順序並不限定於上述實施形態，亦可適當地變換順序。
對本領域技術人員而言，可根據以上說明而知悉本發明之眾多改良或其他實施形態。因此，上述說明，應被解釋為僅作為例示，且係以對本領域技術人員教示實行本發明之最佳態樣之目的而提供。在不脫離本發明之精神下，可實質性地變更其構造及/或功能之細節。
6‧‧‧控制裝置
60‧‧‧升降驅動裝置
61‧‧‧第1驅動裝置
62‧‧‧第2驅動裝置
63‧‧‧第3驅動裝置
64‧‧‧第4驅動裝置
8‧‧‧變形檢測裝置
81‧‧‧探索部
82‧‧‧位置資訊存放部
83‧‧‧變形檢測部
84‧‧‧變形修正部
30‧‧‧控制器
A0~A4‧‧‧伺服放大器
D0~D4‧‧‧動力傳達機構
E0~E4‧‧‧位置檢測器
M0~M4‧‧‧伺服馬達

Claims (18)

  1. 一種機器人系統，具備：機器手臂，於前端部具有以往既定方向延伸之旋動軸為中心而旋動自如之手腕；末端執行器，安裝於該手腕；及變形檢測裝置，使用靶銷檢測該末端執行器之變形，該靶銷具有該末端執行器之既定檢測部位到達之目標部位；其特徵在於：該目標部位，具有示出該檢測部位到達該目標部位之表示功能；該變形檢測裝置，具備：探索部，控制該機器手臂使該檢測部位接觸該靶銷以對該目標部位進行探索，根據該表示功能檢測該檢測部位到達該目標部位；以及變形檢測部，比較該檢測部位到達該目標部位時之該檢測部位之假定位置與既定參照位置，以檢測該末端執行器之變形。
  2. 如申請專利範圍第1項之機器人系統，其中，該目標部位，為了發揮該表示功能，形成為在使該末端執行器一邊接觸該靶銷一邊沿著該靶銷往該既定方向移動的情形時，該末端執行器對該靶銷之接觸位置局部地變化之形狀；該變形檢測裝置，構成為控制該機器手臂使該檢測部位一邊接觸該靶銷一邊沿著該靶銷往該既定方向移動以對該目標部位進行探索，根據該檢測部位對該靶銷之接觸位置之局部變化，檢測該檢測部位到達該目標部位。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之機器人系統，其中，該靶銷，作為該 末端執行器對該靶銷之接觸位置局部地變化之形狀，於該既定方向連續地具有直徑固定之同徑部、與直徑變化之變徑部，且該同徑部與該變徑部之邊界構成該目標部位；該變形檢測裝置，構成為在使該末端執行器從該同徑部朝向該變徑部往該既定方向位移的複數位置，進行使該末端執行器繞該旋動軸擺動以取得該檢測部位接觸到該靶銷時之該檢測部位之位置資訊，以對該目標部位進行探索，根據所取得之複數個該位置資訊導出之繞該旋動軸之角位移，檢測該檢測部位到達該目標部位。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之機器人系統，其中，該變形檢測裝置進一步具有變形修正部，該變形修正部係在由該變形檢測部檢測該末端執行器之變形時，判斷該變形是否能以該機器手臂之位置及姿勢中至少一方之調整進行修正，在能修正的情形下，修正該變形。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之機器人系統，其中，該參照位置，係藉由該變形檢測裝置控制該機器手臂使與該末端執行器之該檢測部位不同之參照部位接觸該靶銷以對該目標部位進行探索，根據該表示功能檢測出該參照部位到達該目標部位時之該參照部位之假定位置。
  6. 如申請專利範圍第5項之機器人系統，其中，該末端執行器之變形係該末端執行器之扭曲變形；該檢測部位與該參照部位，係該末端執行器之前端部且被規定於夾著該末端執行器之中心線的一方與另一方；該變形檢測裝置，比較該檢測部位到達該目標部位時該檢測部位於該既定方向之假定位置、與該參照部位到達該目標部位時該參照部位於該既 定方向之假定位置，以檢測該末端執行器之變形。
  7. 如申請專利範圍第5項之機器人系統，其中，該末端執行器之變形係該末端執行器之撓曲變形；該檢測部位與該參照部位中的一方，被規定於該末端執行器之前端部，另一方被規定於該末端執行器之基座部；該變形檢測裝置，比較該檢測部位到達該目標部位時該檢測部位於該既定方向之假定位置、與該參照部位到達該目標部位時該參照部位於該既定方向之假定位置，以檢測該末端執行器之變形。
  8. 如申請專利範圍第5項之機器人系統，其中，該末端執行器之變形係該末端執行器之旋轉變形；該檢測部位與該參照部位中的一方，被規定於該末端執行器之基座部，另一方被規定於該末端執行器之前端部或基座部與前端部之間；該變形檢測裝置，比較該檢測部位到達該目標部位時該檢測部位在與該既定方向正交之平面內之假定位置、與該參照部位到達該目標部位時該參照部位在與該既定方向正交之平面內之假定位置，以檢測該末端執行器之變形。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之機器人系統，其中，該參照位置，係藉由該變形檢測裝置控制該機器手臂使該末端執行器之未變形之該檢測部位接觸該靶銷以對該目標部位進行探索，根據該表示功能檢測出未變形之該檢測部位到達該目標部位時未變形之該檢測部位之假定位置。
  10. 一種末端執行器之變形檢測方法，係在具備於前端部具有以往既定方向延伸之旋動軸為中心旋動自如之手腕的機器手臂、安裝於該手腕的末 端執行器、及變形檢測裝置的機器人系統中，該變形檢測裝置使用具備該末端執行器之既定檢測部位到達之目標部位、即具有示出該檢測部位到達該目標部位之表示功能之目標部位的靶銷，檢測該末端執行器之變形；其特徵在於，包含以下動作：控制該機器手臂使該檢測部位接觸該靶銷以對該目標部位進行探索；根據該表示功能，檢測該檢測部位到達該目標部位；以及比較該檢測部位到達該目標部位時該檢測部位之假定位置與既定參照位置，以檢測該末端執行器之變形。
  11. 如申請專利範圍第10項之末端執行器之變形檢測方法，其中，該目標部位，為了發揮該表示功能，而形成為在使該末端執行器一邊接觸該靶銷一邊沿著該靶銷往該既定方向移動的情形時，該末端執行器對該靶銷之接觸位置局部地變化之形狀；探索該目標部位之動作，包含以下動作：控制該機器手臂使該檢測部位一邊接觸該靶銷一邊沿著該靶銷往該既定方向移動以對該目標部位進行探索；檢測該檢測部位到達該目標部位之動作，包含以下動作：根據該檢測部位對該靶銷之接觸位置之局部變化，檢測該檢測部位到達該目標部位。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之末端執行器之變形檢測方法，其中，該靶銷，作為該末端執行器對該靶銷之接觸位置局部地變化之形狀，而於該既定方向連續地具有直徑為固定之同徑部、及直徑有變化之變徑部，且該同徑部與該變徑部之邊界構成該目標部位；探索該目標部位之動作，包含以下動作：在使該末端執行器從該同徑 部朝向該變徑部往該既定方向位移的複數位置，進行使該末端執行器繞該旋動軸擺動以取得該檢測部位接觸到該靶銷時該檢測部位之位置資訊，以對該目標部位進行探索；檢測該檢測部位到達該目標部位之動作，包含以下動作：根據所取得之複數個該位置資訊導出之繞該旋動軸之角位移，檢測該檢測部位到達該目標部位。
  13. 如申請專利範圍第10或11項之末端執行器之變形檢測方法，其進一步包含以下動作：該變形檢測裝置，在檢測該末端執行器之變形時，判斷該變形是否能以該機器手臂之位置及姿勢中至少一方之調整進行修正，在能修正的情形下，修正該變形。
  14. 如申請專利範圍第10或11項之末端執行器之變形檢測方法，其中，該參照位置，係以使與該末端執行器之該檢測部位不同之參照部位接觸該靶銷之方式對該目標部位進行探索，並根據該目標部位之該表示功能檢測出該參照部位到達該目標部位時之該參照部位之假定位置。
  15. 如申請專利範圍第14項之末端執行器之變形檢測方法，其中，該末端執行器之變形係該末端執行器之扭曲變形；該檢測部位與該參照部位，係該末端執行器之前端部且被規定於夾著該末端執行器之中心線的一方與另一方；檢測該末端執行器之變形的動作，包含以下動作：比較該檢測部位到達該目標部位時之該檢測部位於該既定方向之假定位置、與該參照部位到達該目標部位時之該參照部位於該既定方向之假定位置，以檢測該末端執行器之變形。
  16. 如申請專利範圍第14項之末端執行器之變形檢測方法，其中，該末端執行器之變形係該末端執行器之撓曲變形；該檢測部位與該參照部位之中的一方，被規定於該末端執行器之前端部，另一方被規定於該末端執行器之基座部；檢測該末端執行器之變形的動作，包含以下動作：比較該檢測部位到達該目標部位時之該檢測部位於該既定方向之假定位置、與該參照部位到達該目標部位時之該參照部位於該既定方向之假定位置，以檢測該末端執行器之變形。
  17. 如申請專利範圍第14項之末端執行器之變形檢測方法，其中，該末端執行器之變形係該末端執行器之旋轉變形；該檢測部位與該參照部位之中的一方，被規定於該末端執行器之基座部，另一方被規定於該末端執行器之前端部或基座部與前端部之間；檢測該末端執行器之變形的動作，包含以下動作：比較該檢測部位到達該目標部位時之該檢測部位在與該既定方向正交之平面內之假定位置、與該參照部位到達該目標部位時之該參照部位在與該既定方向正交之平面內之假定位置，以檢測該末端執行器之變形。
  18. 如申請專利範圍第10或11項之末端執行器之變形檢測方法，其中，該參照位置，係以使該末端執行器之未變形之該檢測部位接觸該靶銷之方式對該目標部位進行探索，根據該目標部位之該表示功能檢測出未變形之該檢測部位到達該目標部位時之未變形之該檢測部位於該既定方向之假定位置。
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