WO2010004635A1 - ロボット及びその教示方法 - Google Patents

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康彦 橋本
信恭 下村
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川崎重工業株式会社
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    • H01L21/67265—Position monitoring, e.g. misposition detection or presence detection of substrates stored in a container, a magazine, a carrier, a boat or the like

Definitions

  • the present invention relates to a robot capable of teaching a target position and a teaching method thereof.
  • a robot having a displaceable arm when carrying a workpiece such as a silicon wafer used for manufacturing a semiconductor or a glass substrate used for manufacturing a liquid crystal display panel, a robot having a displaceable arm is used.
  • This type of robot has a function of teaching a target position in advance in order to accurately convey a workpiece to a predetermined position.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a method for obtaining a teaching point by detecting the position of a target with a three-axis SCARA robot.
  • the end effector of the robot is moved toward the target added to the cassette or the like and brought into contact with the target.
  • changes in torque and speed are detected.
  • the torque and speed changes are compared between when the end effector is in contact with the target and when it is not, and the contact point between the end effector and the target is detected, and the target position is obtained from the detected contact point. Calculate the teaching point.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 6,242,879
  • the end effector when the end effector is brought into contact with the target, the end effector and the target are deformed or particles are generated. In order to prevent such a problem, it is necessary to operate the robot at a very low speed. In this case, however, the position detection accuracy becomes low due to the fluctuation element and the time-varying element of the robot drive system.
  • the variable element includes torque fluctuation and friction
  • the time-varying element includes hysteresis and the like.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and can detect the position of the target with high accuracy without causing deformation of the end effector and the target and preventing the generation of particles.
  • An object is to provide a robot and a teaching method thereof.
  • the robot according to the present invention includes a robot arm having a wrist shaft rotatably provided at a tip, arm driving means for driving the robot arm to displace, wrist axis driving means for rotating the wrist axis, and the arm driving. And robot control means for controlling the wrist axis driving means, the robot control means being attached to the wrist axis by controlling the arm driving means to move the tip portion of the robot arm.
  • the contact member is brought into contact with the teaching target, and the posture of the robot arm and the angular position of the wrist shaft when the wrist shaft starts angular displacement due to contact between the contact member and the teaching target are detected, The teaching point position is determined based on the detection result.
  • the wrist shaft driving means includes a motor that rotationally drives the wrist shaft, and an encoder provided on the motor, and the robot control means is configured to change the angular displacement of the wrist shaft to a position of the encoder. It is comprised so that it may detect by the change of.
  • an end effector attached to the wrist shaft is further provided, and the contact member is the end effector.
  • an end effector attached to the wrist shaft is further provided, and the contact member is a member held by the end effector.
  • the end effector has a holding means for holding a plate-like member
  • the contact member is the plate-like member held by the end effector
  • the teaching target accommodates the plate-like member. It is a container for doing.
  • the robot control means substantially sets a control loop gain of the wrist axis driving means at a time when the contact member is expected to contact the teaching target based on a provisional position of the teaching target given in advance. Is configured to be zero.
  • the robot control means is configured to make the control loop gain substantially zero immediately before the time when the contact member is expected to contact the teaching target.
  • the robot arm is configured to be displaced and driven with a degree of freedom in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
  • the robot control means is configured to detect a plurality of teaching points existing at different positions.
  • the wrist axis is freely rotatable around a rotation axis in the direction of the Z axis.
  • the robot arm is configured to be displaced and driven with a degree of freedom in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions
  • the robot control means is configured to move in the Z-axis direction.
  • the contact member is brought into contact with the target at a plurality of different positions in the Z-axis direction with respect to a target whose position in the X-axis direction and the Y-axis direction changes according to the position, and the plurality of different positions
  • the position of the teaching point in the direction of the Z-axis is determined based on the detection result in.
  • the present invention is a method for teaching the position of a teaching point to any one of the above robots, wherein the robot control means controls the arm driving means to move the tip of the robot arm, and the wrist axis Contacting the teaching target with the contact member attached to the teaching target, and the posture of the robot arm when the wrist axis starts angular displacement due to contact between the contact member and the teaching target, and the wrist axis Detecting an angular position and determining a position of a teaching point based on the detection result.
  • the figure which showed the internal structure of the robot arm of the robot shown in FIG. The block diagram which showed the structure of the control drive system of the robot shown in FIG.
  • the top view for demonstrating teaching operation in the robot shown in FIG. The front view for demonstrating teaching operation in the robot shown in FIG.
  • the top view for demonstrating other teaching operation in the robot shown in FIG. The side view of the target shown in FIG.
  • the robot 10 includes a robot body 20 that transports a plate-like member (work) such as a semiconductor wafer 50, and robot control means 40 that controls the operation of the robot body 20. ing.
  • a plate-like member such as a semiconductor wafer 50
  • robot control means 40 that controls the operation of the robot body 20. ing.
  • the robot body 20 can carry out the semiconductor wafer 50 from the wafer cassette 51 or carry the wafer 50 into the cassette 51.
  • the wafer cassette 51 is manufactured based on SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) standard.
  • the robot body 20 has a robot base 21, and an arm base shaft 22 extending in the vertical direction, that is, the Z-axis direction is provided on the robot base 21 so as to be movable up and down.
  • the base end portion of the first arm portion 23 is fixed to the upper end of the arm base shaft 22.
  • a proximal end portion of the second arm portion 24 is rotatably attached to the distal end portion of the first arm portion 23.
  • a hand 25 as an end effector is rotatably provided at the distal end portion of the second arm portion 24, and the hand 25 is configured such that the semiconductor wafer 50 is placed thereon.
  • the hand 25 includes a holding unit 25A using a vacuum suction mechanism, a gripping mechanism, or the like in order to releasably hold the wafer 50 placed thereon.
  • the robot control means 40 is realized by a computer, and executes a storage unit 41 that stores an operation program for controlling the operation of the robot body 20 and an operation program stored in the storage unit 41. And a CPU 42 for controlling the robot body 20.
  • the storage unit 41 can also store data related to teaching points for controlling the operation of the robot body 20, and the hand 25 is moved to a predetermined position based on the teaching point data stored in the storage unit 41. It is.
  • the storage unit 41 also stores data related to the shape and dimensions of the hand 25 and data related to the shape and dimensions of the wafer held by the hand 25.
  • the second arm portion 24 is fixedly attached to a second arm rotating shaft 26 that is rotatably provided at a distal end portion of the first arm portion 23 at a base end portion thereof.
  • the hand 25 is fixedly attached to a wrist shaft 27 rotatably provided at the distal end portion of the second arm 24 at the base end portion.
  • the robot arm 28 of the robot body 20 includes the arm base shaft 22, the first arm portion 23, the second arm portion 24, the hand 25, the second arm rotation shaft 26, and the wrist shaft 27.
  • This type of robot arm 28 is referred to as a SCARA horizontal articulated arm, and the robot control means 40 controls the operation of the robot arm 28, whereby the hand 25 is moved to a desired direction in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. Can move to position.
  • the robot body 20 includes a first arm driving means 29 for rotating the first arm portion 23, a second arm driving means 30 for rotating the second arm portion 24, and a wrist shaft.
  • 27 is provided with a wrist shaft driving means 31 for rotationally driving 27 and an elevation driving means 32 for driving the arm base shaft 22 up and down.
  • the first arm driving means 29 is disposed in the internal space of the robot base 21 and includes a servo motor 33 and its power transmission mechanism 34.
  • the second arm driving means 30 is disposed in the internal space of the first arm portion 23 and includes a servo motor 35 and its power transmission mechanism 36.
  • the wrist shaft driving means 31 is disposed in the internal space of the second arm portion 24 and includes a servo motor 37 and its power transmission mechanism 38.
  • Each servo motor 33, 35, 37 has a built-in encoder 33A, 35A, 37A.
  • a gear power transmission mechanism equipped with a reduction gear is used for the power transmission mechanisms 34, 36, and 38.
  • the power of the servo motors 33, 35, and 37 is transmitted to the input side of the speed reducer, and the torque is amplified with a predetermined amplification ratio, and the rotational speed is reduced with the predetermined speed reduction ratio, so that the output side of the speed reducer Is output from.
  • each of the arm base shaft 22, the second arm rotation shaft 26, and the wrist shaft 27 is rotationally driven by the power output from the output side of the speed reducer.
  • each of the 1st arm part 23, the 2nd arm part 24, and the hand 25 is rotationally driven.
  • the arm base shaft 22, the second arm rotation shaft 26, and / or the wrist shaft 27 may be driven by a direct drive motor.
  • the elevating drive means 32 is provided inside the robot base 21 and is realized by a ball screw mechanism using a rotary motor capable of adjusting the amount of angular displacement.
  • the lift drive means 32 includes a screw rod, a screwed body that is screwed to the screw rod, and a rotary motor that rotationally drives the screw rod, and the arm base shaft 22 is fixed to the screwed body.
  • a servo motor 39 having a built-in encoder 39A is used as the rotary motor of the lift drive means 32.
  • the arm base shaft 22 is rotationally driven around the rotation axis L1 with respect to the robot base 21 by the first arm driving means 29.
  • the first arm portion 23 is rotationally driven around the rotation axis L ⁇ b> 1 with respect to the robot base 21.
  • the second arm rotation shaft 26 is driven to rotate around the rotation axis L2 with respect to the first arm portion 23 by the second arm driving means 30.
  • the second arm portion 24 is rotationally driven around the rotation axis L ⁇ b> 2 with respect to the first arm portion 23.
  • the wrist shaft 27 is rotationally driven around the rotation axis L3 with respect to the second arm portion 24 by the wrist shaft driving means 31. Thereby, the hand 25 is rotationally driven around the rotation axis L3 with respect to the second arm portion 24.
  • the rotation axes L1, L2, and L3 are parallel to each other and extend in the Z-axis direction (vertical direction). As described above, the robot arm 28 is driven to be displaced with a degree of freedom in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
  • the robot control means 40 includes encoders 33A, 35A, and 37A for the servo motors 33, 35, 37, and 39 of the first arm drive means 29, the second arm drive means 30, the wrist shaft drive means 31, and the lift drive means 32, respectively.
  • 39A by obtaining the angular positions of the servo motors 33, 35, 37, 39, the drive means 29, 30, 31, 32 can be feedback controlled. Thereby, the hand 25 can be accurately aligned with the target position.
  • the target is a wafer cassette 51 for housing the semiconductor wafer 50.
  • the CPU 42 of the robot control means 40 reads the temporary position data of the wafer cassette 51 stored in the storage unit 41, and the first arm driving means 29, the second arm driving means 30, the wrist axis driving means 31, and the elevation driving means. 32 is controlled, and the wafer 50 held on the hand 25 is inserted into the cassette 51.
  • the wafer cassette 51 is set such that the horizontal distance between the left and right inner wall surfaces 52 and 53 is slightly larger than the diameter of the wafer 50 based on the SEMI standard. Therefore, there is a gap on the side of the wafer 50 inserted into the cassette 51 that allows the wafer 50 to move in the left-right direction.
  • the robot control means 40 makes the control loop gain of the wrist axis driving means 31 substantially zero, and drives and controls at least one of the first arm driving means 29 and the second arm driving means 30. Then, the wafer 50 held by the hand 25 is brought into contact with one inner wall surface 52 (or 53) of the cassette 51 (a state indicated by phantom lines in FIGS. 4 and 5).
  • “to make the control loop gain of the wrist axis driving means 31 substantially zero” means changing the control loop gain from the servo gain of normal operation to a small value including zero to drive the wrist axis.
  • the contact reaction force is minimized, and the servomotor 37 of the wrist shaft drive means 31 responds to this contact reaction force.
  • the angular position can be substantially freely displaced without substantially resisting. This includes the case where the control loop gain is cut to zero.
  • the control loop gain of the wrist shaft driving means 31 is substantially zero, so the hand 25 together with the wafer 50 is angularly displaced about the rotation axis L3.
  • the wrist shaft 27 is angularly displaced.
  • the angular displacement of the wrist shaft 27 is transmitted to the servo motor 37 via the power transmission mechanism 38, and the servo motor 37 is angularly displaced.
  • the servo motor 37 is angularly displaced. Therefore, the angular displacement start time of the servo motor 37 is detected by a change in the position of the encoder. Then, the posture of the robot arm 28 and the angular position of the wrist shaft 27 at the time of detection are detected.
  • information on the posture of the robot arm 28 is acquired from the encoders 33A, 35A, 39A of the servo motors 33, 35, 39 of the first arm driving means 29, the second arm driving means 30, and the lifting / lowering driving means 32. be able to.
  • Information on the angular position of the wrist shaft 27 can be obtained from the encoder 37A of the servo motor 37 of the wrist shaft driving means 31.
  • the robot control means 40 is arranged in the XY plane. The position of the cassette inner wall surface 52 (or 53) is detected.
  • the position data is acquired for the inner wall surfaces 52 and 53 on both the left and right sides of the wafer cassette 51 by the operation described above. Thereby, the center position of the wafer cassette 51 in the left-right direction (the position of the teaching point) can be determined.
  • teaching data may be acquired for the inner wall surfaces 52 and 53 of the wafer cassette 51 at different positions in the Z-axis direction. Thereby, the position of the wafer cassette 51 can be determined more accurately.
  • the timing at which the control loop gain of the wrist axis driving means 31 is substantially zero is determined based on the provisional position of the cassette inner wall surfaces 52 and 53 given in advance.
  • the control loop gain may be made substantially zero just before the point at which contact is expected.
  • the wrist shaft 27 and the wrist shaft driving means 31 act like a switch in the target position teaching operation. Then, the position of the target is detected and taught by detecting the posture of the robot arm 28 and the rotational position of the wrist shaft 27 when the switch is operated.
  • the robot 10 of this embodiment does not detect the target position based on the difference between the command value related to the driving of the robot arm 28 and the current value, but detects the angular displacement of the wrist shaft 27 at the time of contact. is there.
  • the target position can be detected with high accuracy without being affected by the fluctuation elements and the time-varying elements of the drive system of the robot 10.
  • the contact between the wafer 50 and the target is soft touch as described above, it is possible to reliably prevent the wafer 50 held by the hand 25 from being detached by contact with the target by vacuum suction or the like. Then, by performing the teaching operation while actually holding the wafer 50, it is possible to acquire accurate teaching data in accordance with the actual driving situation.
  • the wafer 50 held by the hand 25 is used as a contact member with the target (cassette 51).
  • the hand 25 itself is used as a contact member.
  • the hand 25 may be sequentially brought into contact with the additionally installed target 54 from the left and right sides by the above-described soft touching operation.
  • the robot control means 40 is configured to move the target 54 in the XY plane. Determine the position.
  • the upper end portion of the cylindrical target 54 is tapered, and data relating to this shape is stored in the storage unit 41 in advance.
  • the hand 25 is sequentially brought into contact with the left and right sides of the target 54 at a plurality of different positions in the Z-axis direction. Thereby, the data regarding the diameter of the target 54 in each Z direction position are obtained.
  • the Z direction position where the diameter of the target 54 changes is specified. Thereby, the position of the teaching point 54A in the Z direction on the target 54 can be determined.
  • the robot according to the above-described embodiment transports a semiconductor wafer (circular substrate), it can be replaced with a glass substrate (rectangular substrate) used for a liquid crystal display panel.

Abstract

　本発明は、先端部に手首軸(27)が回転自在に設けられたロボットアーム(28)と、ロボットアーム(28)を変位駆動するアーム駆動手段(29,30)と、手首軸(27)を回転駆動する手首軸駆動手段(31)と、アーム駆動手段(29,30)及び手首軸駆動手段(31)を制御するロボット制御手段(40)と、を備える。ロボット制御手段(40)は、アーム駆動手段(29,30)を制御してロボットアーム(28)の先端部を移動させて、手首軸(27)に取り付けられた接触部材(50)を教示ターゲット(51)に接触させ、接触部材(50)と教示ターゲット(51)との接触により手首軸(27)が角変位を開始した時点でのロボットアーム(28)の姿勢及び手首軸(27)の角度位置を検出して教示点の位置を決定する。

Description

ロボット及びその教示方法
　本発明は、ターゲット位置を教示可能なロボット及びその教示方法に関する。
　従来、半導体の製造に用いられるシリコンウェハや、液晶表示パネルの製造に用いられるガラス基板等のワークを搬送する際には、変位自在のアームを備えたロボットが使用されている。この種のロボットは、ワークを所定の位置に正確に搬送するために、予めターゲット位置を教示する機能を備えている。
　近年、半導体ウェハやガラス基板の大形化に伴って、ロボットへの教示が益々難しくなってきており、オペレータに要求される技量のレベルも高くなっている。このため、オペレータの技量不足による教示ミスが発生しやすく、オペレータの技量に頼らずに正確な位置をロボットに教示できる技術が求められている。
　特許文献１には、３軸スカラ型ロボットでターゲットの位置を検出して教示点を求める方式が記載されている。この方式においては、ロボットのエンドエフェクタを、カセットなどに追加したターゲットに向けて移動させて、ターゲットに接触させる。このとき、トルク及び速度の変化を検出する。そして、エンドエフェクタがターゲットに接触する場合と、そうでない場合とで、トルク及び速度の変化を比較して、エンドエフェクタとターゲットとの接触点を検出し、検出した接触点からターゲットの位置を求め、教示点を計算する。
　　　［特許文献１］　　米国特許６，２４２，８７９号明細書
　ところが、上述した従来の教示方式においては、エンドエフェクタをターゲットに接触させたときに、エンドエフェクタ及びターゲットが変形したり、パーティクルが発生したりするという不具合が生じる。このような不具合を防ぐためには、ロボットを非常に低速で動作させる必要があるが、この場合、ロボットの駆動系の、変動要素及び経時変化要素に支配されて、位置の検出精度が低くなってしまうという問題がある。ここで、変動要素は、トルク変動及び摩擦などを含み、経時変化要素は、ヒステリシスなどを含む。
　本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、エンドエフェクタやターゲットの変形を引き起こすことなく、また、パーティクルの発生を防止しつつ、ターゲットの位置を高精度で検出することができるロボット及びその教示方法を提供することを目的とする。
　本発明によるロボットは、先端部に手首軸が回転自在に設けられたロボットアームと、前記ロボットアームを変位駆動するアーム駆動手段と、前記手首軸を回転駆動する手首軸駆動手段と、前記アーム駆動手段及び前記手首軸駆動手段を制御するロボット制御手段と、を備え、前記ロボット制御手段は、前記アーム駆動手段を制御して前記ロボットアームの前記先端部を移動させて、前記手首軸に取り付けられた接触部材を教示ターゲットに接触させ、前記接触部材と前記教示ターゲットとの接触により前記手首軸が角変位を開始した時点での前記ロボットアームの姿勢及び前記手首軸の角度位置を検出し、その検出結果に基づいて教示点の位置を決定するように構成されていることを特徴とする。
　好ましくは、前記手首軸駆動手段は、前記手首軸を回転駆動するモータと、前記モータに設けられたエンコーダと、を含み、前記ロボット制御手段は、前記手首軸の前記角変位を前記エンコーダの位置の変化により検出するように構成されている。
　好ましくは、前記手首軸に取り付けられたエンドエフェクタを更に有し、前記接触部材は前記エンドエフェクタである。
　好ましくは、前記手首軸に取り付けられたエンドエフェクタを更に有し、前記接触部材は前記エンドエフェクタに保持された部材である。
　好ましくは、前記エンドエフェクタは、板状部材を保持する保持手段を有し、前記接触部材は、前記エンドエフェクタに保持された前記板状部材であり、前記教示ターゲットは、前記板状部材を収容するための容器である。
　好ましくは、前記ロボット制御手段は、予め与えられた前記教示ターゲットの暫定位置に基づいて、前記接触部材が前記教示ターゲットに接触すると予想される時点では前記手首軸駆動手段の制御ループゲインを実質的にゼロにしておくように構成されている。
　好ましくは、前記ロボット制御手段は、前記接触部材が前記教示ターゲットに接触すると予想される時点の直前に前記制御ループゲインを実質的にゼロにするように構成されている。
　好ましくは、前記ロボットアームは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向への自由度を有して変位駆動されるように構成されている。
　好ましくは、前記ロボット制御手段は、異なる位置に存在する複数の教示点を検出するように構成されている。
　好ましくは、前記手首軸は、Ｚ軸の方向の回転軸線周りに回転自在である。
　好ましくは、前記ロボットアームは、Ｘ軸、Ｙ軸、及び前記Ｚ軸の方向への自由度を有して変位駆動されるように構成されており、前記ロボット制御手段は、前記Ｚ軸の方向の位置に応じて前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の方向の位置が変化するターゲットに対して、前記Ｚ軸の方向における複数の異なる位置において前記接触部材を前記ターゲットに接触させ、前記複数の異なる位置における前記検出結果に基づいて前記Ｚ軸の方向における前記教示点の位置を決定するように構成されている。
　本発明は、上記いずれかのロボットに教示点の位置を教示する方法であって、前記ロボット制御手段によって前記アーム駆動手段を制御して前記ロボットアームの前記先端部を移動させて、前記手首軸に取り付けられた前記接触部材を前記教示ターゲットに接触させる工程と、前記接触部材と前記教示ターゲットとの接触により前記手首軸が角変位を開始した時点での前記ロボットアームの姿勢及び前記手首軸の角度位置を検出し、その検出結果に基づいて教示点の位置を決定する工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明の一実施形態によるロボットをウェハカセットと共に示した斜視図。 図１に示したロボットのロボットアームの内部構造を示した図。 図１に示したロボットの制御駆動系の構成を示したブロック図。 図１に示したロボットにおける教示操作を説明するための平面図。 図１に示したロボットにおける教示操作を説明するための正面図。 図１に示したロボットにおける他の教示操作を説明するための平面図。 図６に示したターゲットの側面図。
　本発明の一実施形態としてのロボット及びその教示方法について、図面を参照しながら以下に説明する。
　図１に示したように本実施形態によるロボット１０は、半導体ウェハ５０等の板状部材（ワーク）を搬送するロボット本体２０と、このロボット本体２０の動作を制御するロボット制御手段４０とを備えている。
　ロボット本体２０は、ウェハカセット５１内から半導体ウェハ５０を搬出し、或いはカセット５１内へウェハ５０を搬入することができる。ここで、ウェハカセット５１は、ＳＥＭＩ(Semiconductor Equipment and Materials International)規格に基づいて製造されたものである。
　ロボット本体２０はロボット基台２１を有し、このロボット基台２１には、鉛直方向即ちＺ軸方向に延びるアーム基軸２２が昇降自在に設けられている。アーム基軸２２の上端には、第１アーム部２３の基端部が固定されている。第１アーム部２３の先端部には、第２アーム部２４の基端部が回転自在に取り付けられている。
　第２アーム部２４の先端部には、エンドエフェクタとしてのハンド２５が回転自在に設けられており、このハンド２５は、半導体ウェハ５０がその上に載置されるように構成されている。ハンド２５は、その上に載置されたウェハ５０を解放可能に保持するために、真空吸着機構や把持機構等を利用した保持手段２５Ａを備えている。
　ロボット制御手段４０は、コンピュータによって実現されるものであり、ロボット本体２０の動作を制御するための動作プログラムが格納された記憶部４１と、この記憶部４１に格納された動作プログラムを実行してロボット本体２０を制御するＣＰＵ４２と、を備えている。
　記憶部４１には、ロボット本体２０の動作を制御するための教示点に関するデータを格納することもでき、記憶部４１に格納された教示点データに基づいて、ハンド２５が所定の位置へと動かされる。また、記憶部４１には、ハンド２５の形状・寸法に関するデータ、ハンド２５に保持されたウェハの形状・寸法に関するデータも格納されている。
　図２に示したように、第２アーム部２４は、その基端部にて、第１アーム部２３の先端部に回転自在に設けられた第２アーム回転軸２６に固定的に取り付けられている。ハンド２５は、その基端部にて、第２アーム２４の先端部に回転自在に設けられた手首軸２７に固定的に取り付けられている。
　このようにロボット本体２０のロボットアーム２８は、アーム基軸２２、第１アーム部２３、第２アーム部２４、ハンド２５、第２アーム回転軸２６、及び手首軸２７を含んでいる。この種のロボットアーム２８は、スカラ型水平多関節アームと呼ばれ、ロボット制御手段４０によりロボットアーム２８の動作を制御することにより、ハンド２５をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の所望の位置まで動かすことができる。
　図２及び図３に示したように、ロボット本体２０は、第１アーム部２３を回転駆動する第１アーム駆動手段２９、第２アーム部２４を回転駆動する第２アーム駆動手段３０、手首軸２７を回転駆動する手首軸駆動手段３１、及びアーム基軸２２を昇降駆動する昇降駆動手段３２を備えている。
　第１アーム駆動手段２９は、ロボット基台２１の内部空間に配置され、サーボモータ３３及びその動力伝達機構３４を含む。第２アーム駆動手段３０は、第１アーム部２３の内部空間に配置され、サーボモータ３５及びその動力伝達機構３６を含む。手首軸駆動手段３１は、第２アーム部２４の内部空間に配置され、サーボモータ３７及びその動力伝達機構３８を含む。各サーボモータ３３、３５、３７は、各エンコーダ３３Ａ、３５Ａ、３７Ａを内蔵している。
　動力伝達機構３４、３６、３８には、減速機を備えた歯車動力伝達機構が用いられる。サーボモータ３３、３５、３７の動力が減速機の入力側に伝達され、そのトルクが予め定める増幅比で増幅されると共に、その回転速度が予め定める減速比で減速されて、減速機の出力側から出力される。このようにして減速機の出力側から出力された動力によって、アーム基軸２２、第２アーム回転軸２６、及び手首軸２７のそれぞれが回転駆動される。これにより、第１アーム部２３、第２アーム部２４、及びハンド２５のそれぞれが回転駆動される。
　なお、変形例としては、ダイレクトドライブモータによってアーム基軸２２、第２アーム回転軸２６、及び／又は手首軸２７を駆動するようにしても良い。
　昇降駆動手段３２は、ロボット基台２１の内部に設けられており、角変位量を調整可能な回転モータを用いたボールねじ機構によって実現される。例えば、昇降駆動手段３２は、ねじ棒と、このねじ棒に螺合される螺合体と、ねじ棒を回転駆動する回転モータと、を含み、螺合体にアーム基軸２２が固定される。昇降駆動手段３２の回転モータには、エンコーダ３９Ａを内蔵するサーボモータ３９が用いられる。
　上記構成を備えたロボット本体２０においては、第１アーム駆動手段２９によって、アーム基軸２２が、ロボット基台２１に対して回転軸線Ｌ１周りに回転駆動される。これにより、第１アーム部２３が、ロボット基台２１に対して回転軸線Ｌ１周りに回転駆動される。
　第２アーム駆動手段３０によって、第２アーム回転軸２６が、第１アーム部２３に対して回転軸線Ｌ２周りに回転駆動される。これにより、第２アーム部２４が、第１アーム部２３に対して回転軸線Ｌ２周りに回転駆動される。
　手首軸駆動手段３１によって、手首軸２７が、第２アーム部２４に対して回転軸線Ｌ３周りに回転駆動される。これにより、ハンド２５が、第２アーム部２４に対して回転軸線Ｌ３周りに回転駆動される。
　回転軸線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は互いに平行であり、且つ、Ｚ軸方向（鉛直方向）に延びている。上記の通りロボットアーム２８は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向への自由度を有して変位駆動される。
　ロボット制御手段４０は、第１アーム駆動手段２９、第２アーム駆動手段３０、手首軸駆動手段３１、及び昇降駆動手段３２のそれぞれのサーボモータ３３、３５、３７、３９のエンコーダ３３Ａ、３５Ａ、３７Ａ、３９Ａから、各サーボモータ３３、３５、３７、３９の角度位置を取得することによって、各駆動手段２９、３０、３１、３２をフィードバック制御することができる。これにより、ハンド２５を目的位置に精度良く位置合わせすることが可能となる。
　次に、図４及び図５を参照して、ロボット１０においてターゲットの位置を教示する方法について説明する。ここでターゲットは、半導体ウェハ５０を収容するためのウェハカセット５１である。
　ロボット制御手段４０のＣＰＵ４２は、記憶部４１に格納されているウェハカセット５１の暫定位置データを読み込み、第１アーム駆動手段２９、第２アーム駆動手段３０、手首軸駆動手段３１、及び昇降駆動手段３２を制御して、ハンド２５上に保持されているウェハ５０をカセット５１内に挿入する。
　ここでウェハカセット５１は、ＳＥＭＩ規格に基づいて、その左右の内壁面５２、５３の間の水平方向の距離が、ウェハ５０の直径よりもやや大きい寸法に設定されている。従って、カセット５１内に挿入されたウェハ５０の側方には、ウェハ５０の左右方向への移動を可能とする間隙が存在する。
　次に、ロボット制御手段４０は、手首軸駆動手段３１の制御ループゲインを実質的にゼロにすると共に、第１アーム駆動手段２９及び第２アーム駆動手段３０のうちの少なくとも一方を駆動制御して、ハンド２５に保持されているウェハ５０をカセット５１の一方の内壁面５２（又は５３）に接触させる（図４及び図５において仮想線で示した状態）。
　ここで、手首軸駆動手段３１の制御ループゲインを「実質的にゼロにする」とは、当該制御ループゲインを、通常動作のサーボゲインから、ゼロを含む小さな値に変更して、手首軸駆動手段３１に対して外力が加えられた際、即ち、ハンド３５とカセット５１とが接触した際の接触反力を極小化して、手首軸駆動手段３１のサーボモータ３７が、この接触反力に対して実質的に抵抗することなく、その角度位置が実質的に自由に変位し得る状態にすることを言う。制御ループゲインを切ってゼロにする場合もここに含まれる。
　ウェハ５０がカセット５１の内壁面５２（又は５３）に接触すると、手首軸駆動手段３１の制御ループゲインが実質的にゼロとされているので、ウェハ５０と共にハンド２５が回転軸線Ｌ３周りに角変位し、これにより、手首軸２７が角変位する。この手首軸２７の角変位は、動力伝達機構３８を介してサーボモータ３７に伝達され、このサーボモータ３７を角変位する。
　このようにウェハ５０がカセット５１の内壁面５２（又は５３）に接触するとサーボモータ３７が角変位するので、このサーボモータ３７の角変位開始時点をエンコーダの位置の変化により検出する。そして、この検出時点におけるロボットアーム２８の姿勢及び手首軸２７の角度位置を検出する。
　ここで、ロボットアーム２８の姿勢に関する情報は、第１アーム駆動手段２９、第２アーム駆動手段３０、昇降駆動手段３２の各サーボモータ３３、３５、３９の各エンコーダ３３Ａ、３５Ａ、３９Ａから取得することができる。手首軸２７の角度位置に関する情報は、手首軸駆動手段３１のサーボモータ３７のエンコーダ３７Ａから取得することができる。
　ロボット制御手段４０は、記憶部４１に格納されたウェハ５０の形状・寸法のデータと、接触時のロボットアーム２８の姿勢及び手首軸２７の角度位置に関する検出結果とに基づいて、ＸＹ平面内のカセット内壁面５２（又は５３）の位置を検出する。
　上述した操作によって、ウェハカセット５１の左右両側の内壁面５２、５３について位置データを取得する。これにより、ウェハカセット５１の左右方向の中心位置（教示点の位置）を決定することができる。
　また、図５に示したようにＺ軸方向の異なる位置において、ウェハカセット５１の内壁面５２、５３について教示データを取得するようにしても良い。これにより、ウェハカセット５１の位置を、より正確に決定することが可能となる。
　また、手首軸駆動手段３１の制御ループゲインを実質的にゼロにするタイミングについては、予め与えられているカセット内壁面５２、５３の暫定位置に基づいて、ウェハ５０がカセット内壁面５２、５３に接触すると予想される時点の直前に制御ループゲインを実質的にゼロにしても良い。
　上述したように本実施形態によるロボット１０においては、ターゲット位置の教示操作に際して、手首軸２７及び手首軸駆動手段３１が、いわばスイッチのように作用する。そして、このスイッチの動作時点におけるロボットアーム２８の姿勢及び手首軸２７の回転位置を検出することにより、ターゲットの位置を検出し、教示するものである。
　換言すれば、本実施形態のロボット１０は、ロボットアーム２８の駆動に関する指令値と現在値との差異によりターゲット位置を検出するものではなく、接触時の手首軸２７の角変位を検出するものである。
　このため、ウェハ５０をターゲット（カセット内壁面５２、５３）に押し付ける必要がなく、ウェハ５０とターゲットとの接触時の衝撃力が極めて小さい（ソフトタッチ）ので、接触時にパーティクルが発生し難くい。
　また、接触時の手首軸２７の角変化開始時点を捕らえるので、ロボット１０の駆動系が有する変動要素や経時変化要素の影響を受けることなく、ターゲット位置を高精度で検出することができる。
　また、上記の通りウェハ５０とターゲットとの接触がソフトタッチなので、真空吸着等によりハンド２５に保持されたウェハ５０が、ターゲットとの接触時に外れてしまうことを確実に防止できる。そして、実際にウェハ５０を保持した状態で教示操作を行うことにより、実際の運転状況に即した正確な教示データを取得することができる。
　なお、上述した実施形態においては、ハンド２５に保持されたウェハ５０をターゲット（カセット５１）との接触部材として用いているが、図６に示したように、ハンド２５自身を接触部材として用いて、上述のソフトタッチング操作により、追加設置した目標物５４にハンド２５を左右両側から順次接触させるようにしても良い。
　ロボット制御手段４０は、記憶部４１に格納されたハンド２５の形状・寸法のデータと、接触時のロボットアーム２８の姿勢及び手首軸２７の角度位置とに基づいて、ＸＹ平面内の目標物５４の位置を決定する。
　また、図７に示したように円柱状の目標物５４の上端部を先細り形状として、この形状に関するデータを予め記憶部４１に記憶させておく。そして、Ｚ軸方向における複数の異なる位置において、ハンド２５を目標物５４の左右両側に順次接触させる。これにより、各Ｚ方向位置における目標物５４の直径に関するデータが得られる。
　このようにして取得した各Ｚ方向位置での直径データに基づいて、目標物５４の直径が変化するＺ方向位置を特定する。これにより、目標物５４におけるＺ方向の教示点５４Ａの位置を決定することができる。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の範囲内で適宜変更することができる。例えば、上記実施形態によるロボットは半導体ウェハ（円形基板）を搬送するものであるが、これに代えて、液晶表示パネルに用いられるガラス基板（方形基板）を搬送するものとすることもできる。

Claims (12)

  1. 　先端部に手首軸が回転自在に設けられたロボットアームと、前記ロボットアームを変位駆動するアーム駆動手段と、前記手首軸を回転駆動する手首軸駆動手段と、前記アーム駆動手段及び前記手首軸駆動手段を制御するロボット制御手段と、を備え、
    　前記ロボット制御手段は、前記アーム駆動手段を制御して前記ロボットアームの前記先端部を移動させて、前記手首軸に取り付けられた接触部材を教示ターゲットに接触させ、前記接触部材と前記教示ターゲットとの接触により前記手首軸が角変位を開始した時点での前記ロボットアームの姿勢及び前記手首軸の角度位置を検出し、その検出結果に基づいて教示点の位置を決定するように構成されていることを特徴とするロボット。
  2. 　前記手首軸駆動手段は、前記手首軸を回転駆動するモータと、前記モータに設けられたエンコーダと、を含み、
    　前記ロボット制御手段は、前記手首軸の前記角変位を前記エンコーダの位置の変化により検出するように構成されている請求項１記載のロボット。
  3. 　前記手首軸に取り付けられたエンドエフェクタを更に有し、前記接触部材は前記エンドエフェクタである請求項１又は２に記載のロボット。
  4. 　前記手首軸に取り付けられたエンドエフェクタを更に有し、前記接触部材は前記エンドエフェクタに保持された部材である請求項１又は２に記載のロボット。
  5. 　前記エンドエフェクタは、板状部材を保持する保持手段を有し、
    　前記接触部材は、前記エンドエフェクタに保持された前記板状部材であり、
    　前記教示ターゲットは、前記板状部材を収容するための容器である請求項４記載のロボット。
  6. 　前記ロボット制御手段は、予め与えられた前記教示ターゲットの暫定位置に基づいて、前記接触部材が前記教示ターゲットに接触すると予想される時点では前記手首軸駆動手段の制御ループゲインを実質的にゼロにしておくように構成されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロボット。
  7. 　前記ロボット制御手段は、前記接触部材が前記教示ターゲットに接触すると予想される時点の直前に前記制御ループゲインを実質的にゼロにするように構成されている請求項６記載のロボット。
  8. 　前記ロボットアームは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向への自由度を有して変位駆動されるように構成されている請求項１乃至７のいずれか一項に記載のロボット。
  9. 　前記ロボット制御手段は、異なる位置に存在する複数の教示点を検出するように構成されている請求項８記載のロボット。
  10. 　前記手首軸は、Ｚ軸の方向の回転軸線周りに回転自在である請求項１乃至９のいずれか一項に記載のロボット。
  11. 　前記ロボットアームは、Ｘ軸、Ｙ軸、及び前記Ｚ軸の方向への自由度を有して変位駆動されるように構成されており、
    　前記ロボット制御手段は、前記Ｚ軸の方向の位置に応じて前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸の方向の位置が変化するターゲットに対して、前記Ｚ軸の方向における複数の異なる位置において前記接触部材を前記ターゲットに接触させ、前記複数の異なる位置における複数の前記検出結果に基づいて前記Ｚ軸の方向における前記教示点の位置を決定するように構成されている請求項１０記載のロボット。
  12. 　請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のロボットに教示点の位置を教示する方法であって、
    　前記ロボット制御手段によって前記アーム駆動手段を制御して前記ロボットアームの前記先端部を移動させて、前記手首軸に取り付けられた前記接触部材を前記教示ターゲットに接触させる工程と、
    　前記接触部材と前記教示ターゲットとの接触により前記手首軸が角変位を開始した時点での前記ロボットアームの姿勢及び前記手首軸の角度位置を検出し、その検出結果に基づいて教示点の位置を決定する工程と、を備えたことを特徴とするロボットの教示方法。
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