WO2016103292A1 - ロボットシステム及びエンドエフェクタの変形検出方法 - Google Patents

ロボットシステム及びエンドエフェクタの変形検出方法 Download PDF

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WO2016103292A1
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deformation
end effector
detection
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敦史 中矢
拓之 岡田
雅也 吉田
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川崎重工業株式会社
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    • H01L21/67736—Loading to or unloading from a conveyor

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting deformation of an end effector and a robot system for realizing the method.
  • a wafer transfer robot having a fork-shaped end effector at the tip of a robot arm has been used to transfer a wafer, which is a material of a substrate of a semiconductor device.
  • This end effector is a thin plate-like robot hand, and the base of the end effector is cantilevered on the wrist of the robot arm. Therefore, the end effector may bend depending on the weight of the end effector or the weight of the substrate to be placed.
  • the work space of the end effector may be limited and the end effector may interfere with other objects.
  • mechanical troubles such as gear backlash, belt extension, and tooth skipping may occur in the robot arm and the end effector.
  • the level shift or distortion of the end effector may occur.
  • the end effector deformed as described above may not be able to reliably transfer the wafer. Therefore, it is desirable to detect the deformation of the end effector before starting the transfer operation. Conventionally, a worker has regularly performed a deformation detection operation of the end effector accompanying the disassembly of the apparatus, but in recent years, various techniques for automatically detecting the deformation of the end effector have been proposed.
  • Patent Document 1 an irradiation unit that is provided at the tip of a robot hand and emits a light beam in parallel with the extending direction of the robot hand, and detects a deviation between a light receiving position and a reference position by receiving the light beam.
  • a substrate transfer device including a deviation amount detection unit is shown.
  • Patent Document 2 For example, in Patent Document 2, four distance measurement sensors are provided in a robot hand, and the distance between the surface plate surface measured by these distance measurement sensors is obtained by comparing with a reference size. A robot configured to determine the distortion of a robot hand based on parallelism is shown.
  • an optical sensor disposed right next to the tip of the robot hand at the reference coordinates emits detection light to the robot hand and receives light, and the output of the optical sensor is abnormal.
  • a robot is shown that is configured to stop the movement of the robot, assuming that the hand is deformed in some cases.
  • Patent Documents 1 to 3 a plurality of non-contact sensors dedicated to detecting the deformation of the end effector (ie, having no other use) are provided. In these technologies, a large number of sensors are required, and wiring and maintenance of the sensors are complicated.
  • the present invention proposes a technique for detecting the deformation of the end effector using a robot arm having a conventional structure, and does not use a dedicated non-contact sensor.
  • a robot system includes: A robot arm having a wrist that is rotatable around a rotation axis extending in a predetermined direction at a tip portion; An end effector attached to the wrist; A robot system comprising a deformation detection device that detects a deformation of the end effector using a target pin having a target region that a predetermined detection region of the end effector reaches; The target part has an indicator function indicating that the detection part has reached the target part,
  • the deformation detection device comprises: A search unit that controls the robot arm to touch the detection part to the target pin, searches for the target part, and detects that the detection part has reached the target part based on the indicator function; , A deformation detection unit that detects a deformation of the end effector by comparing an assumed position of the detection site when the detection site reaches the target site with a predetermined reference position is provided.
  • the deformation detection method of the end effector includes: In a robot system including a robot arm having a wrist that is rotatable about a rotation axis extending in a predetermined direction at a distal end portion, an end effector attached to the wrist, and a deformation detection device,
  • the deformation detection device detects a deformation of the end effector using a target pin provided with a target site to which a predetermined detection site of the end effector reaches, Searching for the target site by controlling the robot arm to touch the target pin with the detection pin; Detecting that the detection part has reached the target part based on an indicator function of the target part indicating that the detection part has reached the target part; Comparing the assumed position of the detection site when the detection site reaches the target site with a predetermined reference position and detecting the deformation of the end effector.
  • the deformation of the end effector can be detected using the target pin and the robot arm having the conventional structure.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a robot system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing a schematic configuration of the robot system shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the control system of the robot system shown in FIG.
  • FIG. 4 is a side view of a target pin according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view showing the state of the target pin and the end effector during the search process.
  • FIG. 6 is a flowchart of end effector deformation detection processing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of the search process.
  • FIG. 8 is a flowchart of the deformation evaluation process.
  • FIG. 9 is a side view of a target pin according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a robot system 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view showing the schematic configuration of the robot system 1 shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a robot system 1 shown in FIG. It is a figure which shows the structure of this control system.
  • a certain horizontal direction is defined as an X direction
  • a horizontal direction substantially orthogonal to the X direction is defined as a Y direction
  • a vertical direction is defined as a Z direction.
  • a robot system 1 includes a robot arm 4 and a robot hand 5 (hereinafter simply referred to as an example of an end effector attached to a hand portion of the robot arm 4). (Referred to as “hand 5”), a control device 6 that controls the operation of the robot arm 4, and a deformation detection device 8 that detects deformation of the hand 5. Further, the target pin 9 having the target portion TG is used for detecting the deformation of the hand 5 by the robot system 1.
  • each component of the robot system 1 will be described in detail.
  • the robot arm 4 is configured as a horizontal articulated robot supported by a base 21.
  • the robot arm 4 is not limited to a horizontal articulated robot, and may be a vertical articulated robot.
  • the robot arm 4 includes an elevating shaft 40 erected on the base 21, a first link 41 connected to the elevating shaft 40 via a first joint J1, a distal end portion of the first link 41, and a second joint J2.
  • the second link 42 connected via the third link 43, the third link 43 connected via the third joint J3 with the tip of the second link 42, and the fourth joint J4 via the tip of the third link 43 and the fourth joint J4.
  • the first axis L1 that is the rotation axis of the first joint J1, the second axis L2 that is the rotation axis of the second joint J2, and the third axis L3 that is the rotation axis of the third joint J3.
  • the extending direction is the Z direction.
  • the fourth axis L4, which is the rotation axis of the fourth joint J4, passes through the third link 43 in the extending direction thereof and is substantially orthogonal to the Z direction.
  • a wrist is formed by an interconnected body of the third joint J3, the third link 43, the fourth joint J4, and the fourth link 44.
  • the fourth link 44 is provided with a mechanical interface, and the hand 5 is detachably attached thereto.
  • a hand 5 that is an end effector according to the present embodiment is a robot hand having a fork-shaped flat plate on which a circular flat plate-like wafer W is placed.
  • the hand 5 is provided with a gripping claw and a drive mechanism for gripping the wafer W placed on the fork-shaped flat plate.
  • the elevating shaft 40 is driven by the elevating drive device 60 so as to elevate or contract in the Z direction.
  • the lifting / lowering driving device 60 includes a servo motor M0, a position detector E0, a power transmission mechanism D0 that transmits the power of the servo motor M0 to the lifting shaft 40, and the like.
  • the first to fourth joints J1 to J4 are provided with first to fourth joint driving devices 61 to 64 for rotating the joints J1 to J4 around their rotation axes.
  • the joint driving devices 61 to 64 are configured by servomotors M1 to M4, position detectors E1 to E4, and power transmission mechanisms D1 to D4 that transmit the power of the servomotors M1 to M4 to corresponding links.
  • the power transmission mechanisms D1 to D4 are, for example, gear power transmission mechanisms including a reduction gear.
  • Each of the position detectors E0 to E4 is constituted by a rotary encoder, for example.
  • Each servo motor M0 to M4 can be driven independently of each other. When the servo motors M0 to M4 are driven, the position detectors E0 to E4 detect the rotational positions of the output shafts of the servo motors M0 to M4.
  • the control device 6 includes a controller 30 and servo amplifiers A0 to A4 corresponding to the servo motors M0 to M4.
  • servo control for moving the hand 5 attached to the wrist of the robot arm 4 to an arbitrary pose (position and posture in space) along an arbitrary path is performed.
  • the controller 30 is a so-called computer, and includes, for example, a calculation processing unit such as a microcontroller, CPU, MPU, PLC, DSP, ASIC, or FPGA, and a storage unit such as a ROM or a RAM (all are shown in the figure). Not shown).
  • the storage unit stores programs executed by the arithmetic processing unit, various fixed data, and the like.
  • the storage unit stores teaching point data for controlling the operation of the robot arm 4, data related to the shape and dimensions of the robot hand 5, data related to the shape and dimensions of the wafer W held by the robot hand 5, and the like. ing.
  • processing for controlling the operation of the robot system 1 is performed by the arithmetic processing unit reading and executing software such as a program stored in the storage unit.
  • the controller 30 may execute each process by centralized control by a single computer, or may execute each process by distributed control by cooperation of a plurality of computers.
  • the controller 30 calculates a target pose after a predetermined control time based on the rotational position detected by each of the position detectors E0 to E4, the corresponding pose of the hand 5 and the teaching point data stored in the storage unit. To do.
  • the controller 30 outputs a control command (position command) to the servo amplifiers A0 to A4 so that the hand 5 assumes a target pose after a predetermined control time.
  • the servo amplifiers A0 to A4 supply driving power to the servo motors M0 to M4 based on the control command. Thereby, the hand 5 can be moved to a desired pose.
  • the deformation detection device 8 is a so-called computer, and includes an arithmetic processing unit and a storage unit (both not shown).
  • the storage unit stores programs executed by the arithmetic processing unit, various fixed data, and the like. Further, the storage unit stores teaching point data used for deformation detection processing such as an initial start position described later, data on the shape / dimensions of the hand 5 and detection site SP described later, and the shape / dimensions and target site of the target pin 9. Stores data related to TG.
  • the deformation detection device 8 is connected to the control device 6 so that information can be transmitted and received.
  • the control device 6 of the robot arm 4 and the deformation detection device 8 are provided as independent calculation devices, but the control device 6 may have a function as the deformation detection device 8 as well. Good.
  • the deformation detection device 8 having the above configuration is configured such that the arithmetic processing unit reads and executes software such as a program stored in the storage unit, whereby a search unit 81, a position information storage unit 82, a deformation detection unit 83, and a deformation correction unit. 84 can function.
  • the search unit 81 searches the target site TG by controlling the robot arm 4 so that the predetermined detection site SP of the hand 5 touches the target pin 9, and the detection site SP is determined based on the indicator function of the target site TG. A process for detecting that the target part TG has been reached is performed.
  • the position information storage unit 82 acquires and stores position information (assumed position) of the detection part SP when the detection part SP reaches the target part TG.
  • the deformation detection unit 83 reads and compares the Z-direction position information stored in the position information storage unit 82 and the reference position information stored in advance in the position information storage unit 82, and detects the deformation of the hand 5. Do.
  • the deformation correction unit 84 determines whether or not the deformation can be corrected by adjusting at least one of the position and posture of the robot arm 4 when the deformation of the hand 5 is detected by the deformation detection unit 83. If it is, the process of correcting the deformation is performed.
  • deformation detection process deformation detection method of the hand 5 that is an end effector using the robot system 1 having the above-described configuration
  • the deformation detection process is performed by the deformation detection apparatus 8, and although not particularly specified below, the robot arm 4 is controlled by the deformation detection apparatus 8 via the controller 30 (control apparatus 6).
  • FIG. 4 is a side view of the target pin 9 according to an embodiment.
  • the target pin 9 according to an embodiment is a columnar body extending in the Z direction and has a pencil shape as a whole.
  • the target pin 9 includes a first cylindrical portion 91 having a constant diameter, a truncated cone portion 92 having a variable diameter, and a second cylindrical portion 93 having a constant diameter. They are integrally formed, and are arranged in the Z direction in the order of the first same diameter portion 91, the changed diameter portion 92, and the second same diameter portion 93.
  • the diameter of the first same-diameter portion 91 is larger than the diameter of the second same-diameter portion 93, and the diameter of the first same-diameter portion 91 and the second same-diameter portion 93 is smoothly reduced while the diameter is gradually reduced by the variable diameter portion 92. It is connected to.
  • the target pin 9 may have a shape including the first same-diameter portion 91 and the diameter-changing portion 92 from which the second same-diameter portion 93 is omitted.
  • the touch position of the hand 5 with respect to the target pin 9 changes locally. It has a shape, and this shape part is set as a target part TG.
  • This target part TG has an indicator function indicating that a detection part of the hand 5 described later has reached the target part TG. That is, if the detection part of the hand 5 touches the target part TG, it can be seen that the detection part of the hand 5 has reached the target part TG.
  • annular boundary line 95 exists between the first same diameter portion 91 and the changed diameter portion 92 of the target pin 9, and an annular boundary line 96 exists between the changed diameter portion 92 and the second same diameter portion 93.
  • one (boundary line 95) of the boundary lines 95 and 96 of the target pin 9 is set as the target site TG.
  • FIG. 6 is a flowchart of end effector deformation detection processing according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, when the deformation detection process starts, the deformation detection apparatus 8 first performs a search process (step S1).
  • FIG. 5 is a plan view showing the state of the target pin 9 and the robot hand 5 during the search process.
  • the flat hand 5 is a fork shape having a single root side and a bifurcated tip side when viewed from the Z direction, and has a symmetrical outer shape centered on the hand center line C. is doing.
  • one side surface is referred to as a first side surface 51 via the hand center line C, and the other side surface is referred to as a first side surface.
  • the two side surfaces 52 are assumed.
  • the first detection site SP1 is defined on the first side surface 51 on the distal end side of the hand 5.
  • the second detection site SP2 is defined on the second side surface 52 on the distal end side of the hand 5. It is desirable that the first detection site SP1 and the second detection site SP2 are arranged at symmetrical positions via the hand center line C. Further, the first detection site SP1 and the second detection site SP2 may be defined in the inner crotch portion of the hand 5.
  • the third detection site SP3 is defined on the first side surface 51 on the base side of the hand 5.
  • the fourth detection site SP4 is defined on the first side surface 51 between the first detection site SP1 and the third detection site SP3.
  • step S1 the same process is repeated for each of the first to fourth detection sites SP1 to SP4 of the hand 5. Therefore, the search process when the first detection site SP1 of the hand 5 is set as the detection site SP will be described in detail, and the search process when the 2nd to 4th detection sites SP2 to SP4 are set as the detection site SP will be described in detail. Omitted.
  • FIG. 7 is a flowchart of the search process.
  • the deformation detection device 8 controls the robot arm 4 so that the detection site SP of the hand 5 moves to the initial start position taught in advance (step S11).
  • the initial start position is that the Z-direction position is closer to the first same-diameter portion 91 side than the target site TG (boundary line 95), and the XY position is a minute distance from the surface of the first same-diameter portion 91 of the target pin 9. It is only away.
  • the detection site SP moves to this initial start position, the hand 5 is not in contact with the target pin 9 in principle.
  • the deformation detection device 8 reduces the control loop gain of the third joint drive device 63 to a predetermined value or less (step S12).
  • This predetermined value is selected from values smaller than the control loop gain during the wafer W transfer operation.
  • the control loop gain includes a position loop gain and a speed loop gain.
  • the control loop gain of the third joint drive device 63 is set to substantially zero.
  • substantially zero of the control loop gain of the third joint drive device 63 means that the control loop gain is changed from the servo gain of normal operation to a small value including zero, and the third joint drive device
  • the contact reaction force is minimized, and the servo motor M3 of the third joint drive device 63 receives this contact reaction force. It means that 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 pressing force of the hand 5 against the target pin 9 is decreased by reducing the upper limit of the drive current (that is, the upper limit of the drive torque). Also good. Before the hand 5 reaches the initial start position, the control loop gain may be reduced or the upper limit of the drive current may be reduced.
  • the deformation detection device 8 controls the robot arm 4 to perform a series of touch position acquisition operations (steps S13 to S15) described below at the initial start position.
  • the series of touch position acquisition operations first, the hand 5 swings horizontally (step S13). Specifically, by moving the first joint J1 and the second joint J2 without moving the third joint J3 and the fourth joint J4 of the robot arm 4, the hand 5 is swung with a small swing width ( Step S13).
  • the detection part SP of the hand 5 touches the target pin 9.
  • the control loop gain of the third joint driving device 63 is substantially zero, so that the hand 5 is angularly displaced about the third axis L ⁇ b> 3.
  • This angular displacement is transmitted to the servo motor M3 via the power transmission mechanism D3, and the servo motor M3 is angularly displaced. Therefore, it is detected that the hand 5 has touched the target pin 9 based on the start of the angular displacement of the servo motor M3.
  • the position information (touch position) of the detection site SP when the hand 5 touches the target pin 9 is detected.
  • Information is acquired (step S15).
  • the touch position information includes, for example, the position of the wrist reference point (a predetermined point on the third axis L3) of the robot arm 4 and the wrist orientation.
  • Position information of the wrist reference point of the robot arm 4 is obtained from the position detectors E0, E1, and E2 of the servo motors M0, M1, and M2 of the lifting and lowering driving device 60, the first joint driving device 61, and the second joint driving device 62. Can be acquired.
  • Information regarding the wrist orientation of the robot arm 4 can be acquired from the position detectors E3 and E4 of the servomotors M3 and M4 of the third joint drive device 63 and the fourth joint drive device 64, respectively.
  • the deformation detection device 8 controls the robot arm 4 so as to move the detection part SP of the hand 5 to the next start position (Ste S20).
  • the next start position of the detection part SP of the hand 5 is a position moved by a small predetermined value in the Z direction from the initial start position toward the diameter-changing portion 92.
  • the deformation detection device 8 controls the robot arm 4 so as to perform a series of touch position acquisition operations (steps S13 to S15) from the next start position.
  • step S16 if the touch position acquisition operation is the second time or later (NO in step S16), the deformation detection device 8 acquires the touch position information acquired in the current touch position acquisition operation and the previous touch position acquisition operation. From the touched position information, it is determined whether or not the detection site SP has reached the target site TG. At the target site TG, the touch position of the hand 5 with respect to the target pin 9 changes locally in the XY direction. Therefore, the deformation detection device 8 determines whether or not the detection site SP has reached the target site TG based on the local change in the XY direction between the touch position information acquired this time and the touch position information acquired last time. .
  • the deformation detection device 8 has reached the target site TG. It is determined that this has been detected (step S18). Specifically, the deformation detection device 8 determines that the detection site SP is the target when the angular displacement around the third axis L3 derived from the touch position information acquired this time and the touch position information acquired last time exceeds a predetermined threshold. It is determined that the arrival at the site TG has been detected. And the deformation
  • the deformation detection device 8 has reached the target site TG.
  • the robot arm 4 is controlled so that the hand 5 further moves to the next start position (step S20).
  • the next start position is a position moved from the above-mentioned next start position toward the diameter-changing portion 92 by a minute predetermined value in the Z direction.
  • the deformation detection device 8 acquires a series of touch positions while gradually moving the start position toward the diameter changing portion 92 in the Z direction until it detects that the detection part SP has reached the target part TG.
  • the robot arm 4 is controlled to repeat the operation (steps S13 to S15).
  • the deformation detection device 8 determines the position of the hand 5 based on the position information of the target part TG searched for in each of the first to fourth detection parts SP1 to SP4 of the hand 5 by the search process described above. Deformation is evaluated (steps S2 to S4). In the present embodiment, the deformation is evaluated for each of the twist deformation, the bending deformation, and the rotational deformation of the hand 5. Since the deformation detection apparatus 8 repeats the same deformation evaluation process for each deformation, the hand 5 twist deformation evaluation process will be described in detail below, and the detailed description of the bending deformation and the rotation deformation evaluation process will be omitted. .
  • FIG. 8 is a flowchart of the deformation evaluation process.
  • the deformation detection device 8 first reads position information used to detect deformation from the position information storage unit 82 (step S21).
  • the read position information includes the acquired position information of the target site TG and predetermined reference position information.
  • the Z direction position information may be, for example, the Z direction position information of the wrist reference point of the robot arm 4 included in the acquired position information.
  • the reference position information is position information of the target part TG obtained by performing a search process with different detection parts SP (reference positions) on the hand 5.
  • the positional information used to detect the torsional deformation includes the positional information of the target site TG obtained by searching for the target site TG in the first detection site SP1 and the target site TG in the second detection site SP2. The position information of the target site TG obtained in this way.
  • the positional information used for detecting the bending deformation includes the positional information of the target site TG obtained by searching the target site TG in the first detection site SP1 and the target site TG in the third detection site SP3. The position information of the target site TG obtained in this way.
  • the position information used for detecting the rotational deformation includes the position information of the target part TG obtained by searching the target part TG in the third detection part SP3 and the target part TG in the fourth detection part SP4.
  • position information of the target site TG obtained by searching for the target site TG at the first detection site SP1 instead of or in addition to the fourth detection site SP4 may be used. .
  • the deformation detection device 8 compares the read two pieces of position information (step S22).
  • step S22 when the deformations to be detected are torsional deformation and flexural deformation, the positional information in the Z direction of the two read positional information is compared. If the difference between the position information of one of the two target parts TG and the position information of the other Z direction is equal to or less than a predetermined threshold, it is determined that there is no deformation or the degree of deformation is small. (NO in step S23), the deformation evaluation process ends. On the other hand, the deformation detection device 8 deforms the end effector when the difference between the Z direction position information of one of the read position information of the two target sites TG and the other Z direction position information exceeds a predetermined threshold. It determines with having detected (it is YES at step S23).
  • step S22 when the deformation to be detected is a rotational deformation, the position information in the XY direction (in the XY plane) of the two read position information is compared.
  • the position and posture of the robot arm 4 are controlled so that the extending direction of the hand center line C defined parallel to the fourth axis L4 and the Y-axis direction are parallel. It is desirable that Since the hand 5 according to the present embodiment has a connecting portion between the third link 43 and the fourth link 44, the hand 5 is line symmetric with respect to the hand center line C due to a connecting error in the connecting portion. There may not be.
  • the hand 5 when the hand 5 collides with another object, the hand 5 may be deformed in the rotational direction around the third axis L3, and the extending direction of the hand center line C may not be parallel to the Y-axis direction.
  • the deformation detection device 8 can detect such rotational deformation as follows.
  • the inclination (reference inclination) with respect to the Y-axis direction of the straight line (evaluation line) connecting the third detection part SP3 and the fourth detection part SP4 in the hand 5 before deformation is stored, and the acquired third detection part
  • the inclination of the evaluation line with respect to the Y-axis direction is calculated based on the XY direction position information of SP3 and the acquired XY direction position information of the fourth detection site SP4, and the calculated inclination is compared with the reference inclination. If these differences exceed a predetermined threshold, it is determined that rotational deformation of the end effector has been detected (YES in step S23), and if the difference is less than the predetermined threshold, it is determined that there is no deformation (NO in step S23). ).
  • the deformation detection device 8 subsequently determines whether the deformation can be corrected by adjusting at least one of the position and posture of the robot arm 4 (step S24). Whether or not the deformation can be corrected is determined based on, for example, the degree of deformation derived from the difference between the two pieces of read position information, whether or not the robot arm 4 has an axis necessary for correcting the deformation, and the like. .
  • the deformation detection device 8 determines that the deformation can be corrected (YES in step S24)
  • the deformation detection device 8 creates deformation correction information for causing the control device 6 to correct the deformation, and outputs this to the control device 6. (Step S25), and the deformation evaluation process ends.
  • the robot arm 4 can correct torsional deformation by rotating the hand 5 about the fourth axis L4.
  • the robot arm 4 according to the present embodiment does not include a shaft that can correct the bending deformation, the bending deformation cannot be corrected.
  • the robot arm 4 according to the present embodiment rotates the hand 5 around the third axis L3 and adjusts the position in the XY direction so that the calculated inclination of the evaluation straight line becomes the reference inclination. Rotational deformation can be corrected.
  • the deformation detection device 8 performs an error process (step S26) and ends the deformation evaluation process.
  • the error processing for example, the deformation detection device 8 issues an alarm and causes the control device 6 to stop the movement of the robot arm 4.
  • the deformation detection device 8 performs the torsional deformation evaluation process (step S2), the bending deformation deformation evaluation process (step S3), and the rotational deformation deformation evaluation process (step S4).
  • the effector deformation detection process is terminated.
  • the robot system 1 includes the robot arm 4 having the wrist that is rotatable about the rotation axis (the third axis L3) extending in the predetermined direction at the tip, and the wrist.
  • a hand 5 that is an attached end effector, and a deformation detection device 8 that detects deformation of the end effector using a target pin 9 having a target site GT that a predetermined detection site SP of the hand 5 reaches.
  • the target part TG of the target pin 9 has an indicator function indicating that the detection part SP of the hand 5 has reached the target part TG.
  • the deformation detection device 8 controls the robot arm 4 so that the detection part SP of the hand 5 touches the target pin 9 to search for the target part TG, and detects the detection part SP based on the indicator function of the target part TG.
  • the search unit 81 that detects that the target part TG has been reached, the position information (assumed position information) of the detection part SP when the detection part SP has reached the target part TG, and the reference position information are compared.
  • a deformation detecting unit 83 for detecting the deformation.
  • the end effector deformation detection method is a method in which the deformation detection device 8 detects the deformation of the hand 5 using the target pin 9 in the robot system 1 described above.
  • the deformation detection device 8 controls the robot arm 4 so as to touch the detection part SP to the target pin 9 to search for the target part TG, and the detection part SP is targeted based on the indicator function of the target part TG. Detecting the end effector by detecting the arrival of the part TG and comparing the position information of the detection part SP when the detection part SP reaches the target part TG with the predetermined reference position information Including.
  • the end effector deformation can be detected by using the target pin 9 provided within the movable range of the end effector.
  • a dedicated non-contact sensor is provided in the robot system in order to detect deformation of the robot hand.
  • the end effector is deformed by using the target pin 9 and the robot arm 4 having the conventional structure without using a non-contact sensor that requires special wiring or control. Can be detected.
  • the target part TG of the target pin 9 is placed on the target pin 9 while touching the hand 5 to the target pin 9 in order to exhibit the indicator function.
  • the touch position of the hand 5 with respect to the target pin 9 is formed into a shape that changes locally.
  • the deformation detection device 8 searches the target part TG by controlling the robot arm 4 so as to move the detection part SP of the hand 5 in the Z direction along the target pin 9 while touching the target pin 9. Based on the local change in the touch position of the detection site SP with respect to the pin 9, it is detected that the detection site SP has reached the target site TG.
  • the target pin 9 has a shape in which the touch position of the hand 5 with respect to the target pin 9 changes locally, and a predetermined diameter same diameter portion 91 and a diameter changed portion 92 whose diameter changes.
  • the target portion TG is constituted by a boundary (boundary line 95) between the same-diameter portion 91 and the diameter-changing portion 92.
  • transformation detection apparatus 8 rocks
  • the hand 5 is moved in the Z direction from the same diameter portion 91 toward the diameter changed portion 92 to search for the target portion TG, and the angle around the third axis L3 derived from the acquired plurality of touch position information. Based on the displacement, it is detected that the detection site SP has reached the target site TG.
  • the detection site SP has reached the target site TG based on the change in the diameter of the same diameter portion 91 and the diameter change portion 92 of the target pin 9. Can be detected.
  • Such an indicator function of the target portion TG of the target pin 9 is realized by the outer shape of the target pin 9 and has a relatively simple structure, and no wiring or control is required for this function.
  • the deformation detection device 8 detects at least one of the position and orientation of the robot arm 4. It is determined whether or not the correction can be made by the adjustment. If the correction is possible, the deformation is corrected.
  • the end effector deformation can be corrected without stopping or dismantling the robot arm 4. Therefore, the frequency with which the robot arm 4 is stopped can be reduced, and the productivity can be improved.
  • the reference position information is such that the deformation detection device 8 touches the target pin 9 with a reference site different from the detection site SP of the hand 5.
  • This is the assumed position information of the reference part when the target part TG is searched by controlling the robot arm 4 and it is detected that the reference part has reached the target part TG based on the indicator function of the target part TG. That is, a search process is performed for a reference part that is different from the detection part SP of the hand 5, and the position information of the reference part when the reference part reaches the target part TG is used as the reference position information.
  • the deformation detection device 8 detects the torsional deformation of the hand 5.
  • one of the detection part and the reference part is the first detection part SP ⁇ b> 1 defined at the tip of the hand 5, and the other is the root of the hand 5.
  • the third detection site SP3 defined in the section. Then, the assumed position in the Z direction of the detection site SP when the detection site SP reaches the target site TG is compared with the assumed position in the Z direction of the reference site when the reference site reaches the target site TG. Thus, the deformation detection device 8 detects the bending deformation of the hand 5.
  • one of the detection part and the reference part is the third detection part SP3 defined at the base of the hand 5, and the other is the tip of the hand 5.
  • the fourth detection site SP4 is defined between the part or the root part and the tip part. Then, the assumed position in the XY plane of the detection site SP when the detection site SP reaches the target site TG, and the XY plane of the reference site when the reference site reaches the target site TG By comparing with the assumed position, the deformation detection device 8 detects the rotational deformation of the hand 5.
  • the position information obtained by performing the search process for each of the two detection parts SP (the detection part and the reference part) of the hand 5 is compared.
  • the deformation of the end effector can be detected without being affected by the deformation or displacement of the target position TG of the target pin 9.
  • the end effector according to the above embodiment is a fork-shaped hand 5 for wafer transfer, but the end effector is not limited to this.
  • the end effector may be any one of a general-purpose hand provided with a plurality of gripping claws, a suction pad, a nut fastener, a welding gun, and a spray gun.
  • the hand 5 is rotated (swinged) about the third axis L3 extending in the Z direction, but the swinging direction of the end effector is not limited to this.
  • the end effector may be rotated around a rotation axis extending in the X direction or the Y direction in the search process.
  • the target pin 9 is disposed such that the extending direction of the target pin 9 is parallel to the extending direction of the rotation shaft of the end effector.
  • the end effector may be displaced in the Z direction with little rotation in the search process.
  • the robot system 1 is a wafer transfer robot, generation of particles should be prevented by avoiding rubbing between the hand 5 and the target pin 9 as much as possible.
  • the target site TG is searched by displacing the detection site SP in the Z direction while contacting the target pin 9 without rotating the end effector. May be performed.
  • the reference position information according to the above-described embodiment is Z-direction position information obtained by performing a search process with another detection part SP (reference part) set in the hand 5, but the reference position information is It is not limited to.
  • the reference position information is obtained by controlling the robot arm 4 so that the deformation detection device 8 touches the target pin 9 with the undeformed detection portion SP of the end effector to search for the target portion TG.
  • the position information of the undeformed detection site SP when it is detected that the undeformed detection site SP has reached the target site TG based on the Kate function may be used. That is, the reference position information may be position information of the target part TG obtained by performing a search process with the detection part SP on the end effector that is not deformed. If such reference position information is used, the deformation of the hand 5 can be detected by comparing the position information of the target part TG searched by the detection part SP before and after the deformation.
  • the reference position information may be position information of the target part TG of the target pin 9.
  • the target pin 9 is accurately positioned in the coordinate system of the robot system 1, and it is a condition that the target pin 9 is not deformed or moved.
  • the boundary line 95 between the first same-diameter portion 91 and the diameter-changing portion 92 is set as the target site TG, and the outer diameter of the first same-diameter portion 91 and the diameter-changing portion 92 is locally
  • the change constitutes an indicator function the shape of the target pin 9 is not limited to this.
  • the target pin 9 has a shape in which the touch position of the end effector with respect to the target pin 9 is locally changed when the end effector is moved in the Z direction along the target pin 9 while touching the target effector 9. Just do it.
  • the boundary line 96 between the diameter-changing portion 92 of the target pin 9 and the second same-diameter portion 93 is set as the target portion TG, and the local change in the XY position of the outer shape of the diameter-changing portion 92 and the second same-diameter portion 93
  • An indicator function may be configured.
  • the initial start position of the detection site SP of the end effector is set around the second same diameter portion 93 of the target pin 9 ′, and the end effector is moved from the second same diameter portion 93.
  • a series of touch position acquisition operations (steps S13 to S15) are repeated at a plurality of positions moved in the Z direction toward the diameter change portion 92.
  • the target pin 9 has a cylindrical shape with a constant diameter
  • the upper end edge of the target pin 9 serves as a target portion TG
  • local changes in the XY position of the outer shape of the target pin 9 constitute an indicator function. Also good.
  • the detection site SP of the end effector since the detection site SP of the end effector does not touch the target pin 9, it can be detected that the detection site SP has reached the target site TG.
  • the indicator function of the target site TG is realized by the shape of the target pin 9, but the indicator function may be realized by other means.
  • the target pin 9 may have a cylindrical shape with a constant diameter, and a contact sensor may be provided at a target site TG around the target pin 9, and an indicator function may be configured by this contact sensor.
  • the deformation detection device 8 sequentially performs torsional deformation, bending deformation, and rotational deformation evaluation processing (steps S2 to S4) of the hand 5, and at least one of these deformation evaluation processing is performed.
  • the above may be selectively performed. For example, only the torsional deformation evaluation process among the torsional deformation, bending deformation, and rotational deformation evaluation processes of the hand 5 may be performed. In this case, the search process in each detection part SP of 3rd detection part SP3 and 4th detection part SP4 is unnecessary. Further, the order of the evaluation processes (steps S2 to S4) of each deformation is not limited to the above embodiment, and the order may be changed as appropriate.
  • Robot system 3 Control device 4: Robot arm 5: Robot hand (end effector) 8: Deformation detection device 9: Target pin 21: Base 30: Controller 40: Elevating shafts 41-44: First to fourth links 60-64: Drive device 81: Search unit 82: Position information storage unit 83: Deformation detection Portion 84: Deformation correction unit 91: First same-diameter portion 92: Diameter-changing portion 93: Second same-diameter portion 95, 96: Boundary lines A0 to A4: Servo amplifier C: Hand center lines D0 to D4: Power transmission mechanism E0 To E4: position detectors J1 to J4: first to fourth joints L1 to L4: first to fourth axes M0 to M4: servo motor SP: Detection site TG: Target site

Abstract

　ロボットシステムは、先端部に所定方向に延びる回動軸を中心として回動自在な手首を有するロボットアームと、手首に取り付けられたエンドエフェクタと、エンドエフェクタの所定の検出部位が到達する目標部位を有するターゲットピンを用いて当該エンドエフェクタの変形を検出する変形検出装置とを備えている。目標部位は、検出部位が当該目標部位に到達したことを示すインディケイト機能を有している。変形検出装置は、検出部位をターゲットピンにタッチさせるようにロボットアームを制御して目標部位を探索し、目標部位のインディケイト機能に基づいて検出部位が目標部位に到達したことを検出する探索部と、検出部位が目標部位に到達したときの検出部位の想定位置と所定の参照位置とを比較して、エンドエフェクタの変形を検出する変形検出部とを備えている。

Description

ロボットシステム及びエンドエフェクタの変形検出方法
　本発明は、エンドエフェクタの変形検出方法及びこれを実現するロボットシステムに関する。
　従来、半導体デバイスの基板の材料であるウエハを搬送するために、ロボットアームの先端にフォーク形状のエンドエフェクタを備えたウエハ搬送ロボットが使用されている。このエンドエフェクタは、薄板状のロボットハンドであって、エンドエフェクタの根元部はロボットアームの手首に片持ち支持されている。そのため、エンドエフェクタの自重や載置される基板の重みによって、エンドエフェクタに撓みが生じることがある。
　また、特にウエハ搬送ロボットでは、エンドエフェクタの作業空間が狭く限られていることがあり、エンドエフェクタが他の物体と干渉することがある。更に、例えば、ギアのバックラッシュ、ベルトの伸び、歯飛びなどの機械的トラブルがロボットアームやエンドエフェクタに生じることがある。これらの原因によりエンドエフェクタに振動や衝撃が加わると、エンドエフェクタの水準位置ずれや歪みが生じることがある。
　上記のように変形したエンドエフェクタではウエハを確実に搬送できないおそれがある。そのため、搬送作業を開始する前にエンドエフェクタの変形を検出することが望ましい。従来は、作業者によって、装置の解体を伴うエンドエフェクタの変形検出作業が定期的に行われていたが、近年では、エンドエフェクタの変形を自動的に検出する種々の技術が提案されている。
　例えば、特許文献１には、ロボットハンドの先端部に設けられて前記ロボットハンドの延在方向と平行に光線を照射する照射部と、光線を受光して受光位置と基準位置とのズレを検出するズレ量検出部とを備えた基板搬送装置が示されている。
　例えば、特許文献２には、ロボットハンドに４個の距離測定センサを設け、これらの距離測定センサにより測定された定盤表面との間の距離を基準の大きさとを比較することにより求められた平行度に基づいて、ロボットハンドの歪みを求めるように構成されたロボットが示されている。
　また、例えば、特許文献３には、基準座標にあるロボットハンドの先端部の真横に配設された光センサで、ロボットハンドへ検出光を照射するとともに受光して、光センサの出力が異常である場合にハンドが変形していると見做してロボットの動作を停止させるように構成されたロボットが示されている。
国際公開ＷＯ２００９／０７２１９９号 特開２０１０－１８８４３７号公報 特開平１１－１７９６９２号公報
　上記特許文献１～３の技術では、エンドエフェクタの変形を検出するために専用の（即ち、それ以外に用途のない）複数の非接触式センサが設けられている。これらの技術では、多数のセンサが必要となるので、センサの配線やメンテナンスが煩雑となる。
　そこで、本発明では、従来構造のロボットアームを利用してエンドエフェクタの変形を検出する技術であって、専用の非接触式センサを用いないものを提案する。
　本発明の一態様に係るロボットシステムは、
先端部に所定方向に延びる回動軸を中心として回動自在な手首を有するロボットアームと、
前記手首に取り付けられたエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタの所定の検出部位が到達する目標部位を有するターゲットピンを用いて当該エンドエフェクタの変形を検出する変形検出装置とを備えたロボットシステムであって、
前記目標部位は、前記検出部位が当該目標部位に到達したことを示すインディケイト機能を有しており、
前記変形検出装置が、
前記検出部位を前記ターゲットピンにタッチさせるように前記ロボットアームを制御して前記目標部位を探索し、前記インディケイト機能に基づいて前記検出部位が前記目標部位に到達したことを検出する探索部と、
前記検出部位が前記目標部位に到達したときの前記検出部位の想定位置と所定の参照位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出する変形検出部とを備えることを特徴としている。
　また、本発明の別の一態様に係るエンドエフェクタの変形検出方法は、
先端部に所定方向に延びる回動軸を中心として回動自在な手首を有するロボットアームと、前記手首に取り付けられたエンドエフェクタと、変形検出装置を備えたロボットシステムにおいて、
前記エンドエフェクタの所定の検出部位が到達する目標部位が設けられたターゲットピンを用いて前記変形検出装置が前記エンドエフェクタの変形を検出する方法であって、
前記検出部位を前記ターゲットピンにタッチさせるように前記ロボットアームを制御して前記目標部位を探索することと、
前記検出部位が前記目標部位に到達したことを示す当該目標部位のインディケイト機能に基づいて、前記検出部位が前記目標部位に到達したことを検出することと、
前記検出部位が前記目標部位に到達したときの前記検出部位の想定位置と所定の参照位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出することと、を含むことを特徴としている。
　本発明によれば、ターゲットピンと従来構造のロボットアームとを利用してエンドエフェクタの変形を検出することができる。
図１は本発明の一実施形態に係るロボットシステムの概略構成を示す平面図である。 図２は図１に示すロボットシステムの概略構成を示す側面図である。 図３は図１に示すロボットシステムの制御系統の構成を示す図である。 図４は一実施形態に係るターゲットピンの側面図である。 図５は探索処理時のターゲットピンとエンドエフェクタの様子を示す平面図である。 図６は本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタの変形検出処理のフローチャートである。 図７は探索処理のフローチャートである。 図８は変形の評価処理のフローチャートである。 図９は本発明の他の一実施形態に係るターゲットピンの側面図である。
　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下では、本発明を円形平板状のウエハを搬送するためのウエハ搬送ロボットシステムに適用させて説明する。但し、本発明を適用し得るロボットシステムはウエハ搬送ロボットシステムに限定されない。図１は本発明の一実施形態に係るロボットシステム１の概略構成を示す平面図、図２は図１に示すロボットシステム１の概略構成を示す側面図、図３は図１に示すロボットシステム１の制御系統の構成を示す図である。本明細書及び請求の範囲では、或る水平方向をＸ方向、Ｘ方向と略直交する水平方向をＹ方向、鉛直方向をＺ方向とする。
　図１及び２に示すように、本発明の一実施形態に係るロボットシステム１は、ロボットアーム４と、ロボットアーム４の手先部に装着されたエンドエフェクタの一例であるロボットハンド５（以下、単に「ハンド５」という）と、ロボットアーム４の動作を制御する制御装置６と、ハンド５の変形を検出する変形検出装置８とを備えている。また、ロボットシステム１によるハンド５の変形検出には、目標部位TGを有するターゲットピン９が用いられる。以下、ロボットシステム１の各構成要素について詳細に説明する。
　まず、ロボットアーム４について説明する。本実施形態に係るロボットアーム４は、基台２１に支持された水平多関節型ロボットとして構成されている。但し、ロボットアーム４は水平多関節型ロボットに限定されず、垂直多関節型ロボットであってもよい。
　ロボットアーム４は、基台２１に立設された昇降軸４０と、昇降軸４０と第１関節Ｊ１を介して連結された第１リンク４１と、第１リンク４１の先端部と第２関節Ｊ２を介して連結された第２リンク４２と、第２リンク４２の先端部と第３関節Ｊ３を介して連結された第３リンク４３と、第３リンク４３の先端部と第４関節Ｊ４を介して連結された第４リンク４４とを備えている。第１関節Ｊ１の回動軸である第１軸Ｌ１、第２関節Ｊ２の回動軸である第２軸Ｌ２、及び、第３関節Ｊ３の回動軸である第３軸Ｌ３の各軸の延在方向はＺ方向である。また、第４関節Ｊ４の回動軸である第４軸Ｌ４は、第３リンク４３をその延在方向に貫きＺ方向と略直交している。
　上記構成のロボットアーム４において、第３関節Ｊ３、第３リンク４３、第４関節Ｊ４及び第４リンク４４の相互結合体によって手首が形成されている。第４リンク４４にはメカニカルインターフェースが設けられており、ここにハンド５が着脱可能に取り付けられている。本実施形態に係るエンドエフェクタであるハンド５は、円形平板状のウエハＷを載置するためのフォーク形平板を有するロボットハンドである。このハンド５には、図示されないが、フォーク形平板の上に載置されたウエハＷを把持するための把持爪やその駆動機構が設けられている。
　昇降軸４０は、昇降駆動装置６０によって、Ｚ方向へ昇降又は伸縮するように駆動される。昇降駆動装置６０は、サーボモータＭ０、位置検出器Ｅ０、及びサーボモータＭ０の動力を昇降軸４０へ伝達する動力伝達機構Ｄ０などにより構成されている。
　第１～第４関節Ｊ１～Ｊ４には、各関節Ｊ１～Ｊ４をその回動軸まわりに回転させる第１～第４関節駆動装置６１～６４が設けられている。関節駆動装置６１～６４は、サーボモータＭ１～Ｍ４、位置検出器Ｅ１～Ｅ４、及びサーボモータＭ１～Ｍ４の動力を対応するリンクへ伝達する動力伝達機構Ｄ１～Ｄ４などにより構成されている。上記の動力伝達機構Ｄ１～Ｄ４は、例えば、減速機を具備する歯車動力伝達機構である。上記の各位置検出器Ｅ０～Ｅ４は、例えば、ロータリーエンコーダで構成されている。各サーボモータＭ０～Ｍ４は互いに独立して駆動することが可能である。そして、上記の各サーボモータＭ０～Ｍ４が駆動されると、上記の各位置検出器Ｅ０～Ｅ４によって上記の各サーボモータＭ０～Ｍ４の出力軸の回転位置の検出が行われる。
　ロボットアーム４は、制御装置６によりその動作が制御されている。図３に示すように、制御装置６は、コントローラ３０と、サーボモータＭ０～Ｍ４と対応したサーボアンプＡ０～Ａ４とを備えている。制御装置６では、ロボットアーム４の手首に取り付けられたハンド５を任意のポーズ（空間における位置及び姿勢）へ任意の経路に沿って移動させるサーボ制御が行われる。
　コントローラ３０は、いわゆるコンピュータであって、例えば、マイクロコントローラ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＰＬＣ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の演算処理部と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部とを有している（いずれも図示せず）。記憶部には、演算処理部が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。また、記憶部には、ロボットアーム４の動作を制御するための教示点データ、ロボットハンド５の形状・寸法に関するデータ、ロボットハンド５に保持されたウエハＷの形状・寸法に関するデータなどが格納されている。コントローラ３０では、記憶部に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理部が読み出して実行することにより、ロボットシステム１の動作を制御するための処理が行われる。なお、コントローラ３０は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。
　コントローラ３０は、位置検出器Ｅ０～Ｅ４の各々で検出された回転位置と対応するハンド５のポーズと記憶部に記憶された教示点データとに基づいて、所定の制御時間後の目標ポーズを演算する。コントローラ３０は、所定の制御時間後にハンド５が目標ポーズとなるように、サーボアンプＡ０～Ａ４へ制御指令（位置指令）を出力する。サーボアンプＡ０～Ａ４では、制御指令に基づいて各サーボモータＭ０～Ｍ４に対して駆動電力を供給する。これにより、ハンド５を所望のポーズへ動かすことができる。
　続いて、変形検出装置８について説明する。変形検出装置８は、いわゆるコンピュータであって、演算処理部と記憶部とを有している（いずれも図示せず）。記憶部には、演算処理部が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。また、記憶部には、後述する初期開始位置などの変形検出処理に利用される教示点データ、ハンド５の形状・寸法や後述する検出部位SPに関するデータ、ターゲットピン９の形状・寸法や目標部位TGに関するデータなどが格納されている。変形検出装置８は、制御装置６と情報の送受信が可能なように接続されている。なお、本実施形態においては、ロボットアーム４の制御装置６と変形検出装置８とが独立した演算装置として設けられているが、制御装置６が変形検出装置８としての機能を併せ備えていてもよい。
　上記構成の変形検出装置８は、記憶部に記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理部が読み出して実行することにより、探索部８１、位置情報格納部８２、変形検出部８３、及び変形補正部８４として機能することができる。探索部８１は、ハンド５の所定の検出部位SPをターゲットピン９にタッチさせるようにロボットアーム４を制御して目標部位TGを探索し、目標部位TGのインディケイト機能に基づいて検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出する処理を行う。位置情報格納部８２は、検出部位SPが目標部位TGに到達したときの検出部位SPの位置情報（想定位置）を取得して記憶する処理を行う。変形検出部８３は、位置情報格納部８２に記憶されたＺ方向位置情報と、位置情報格納部８２に予め記憶された参照位置情報とを読み出して比較し、ハンド５の変形を検出する処理を行う。変形補正部８４は、変形検出部８３でハンド５の変形が検出された際に、その変形がロボットアーム４の位置及び姿勢の少なくとも一方の調整で補正可能であるかどうかを判断し、補正可能である場合に変形を補正する処理を行う。
　ここで、上記構成のロボットシステム１を用いたエンドエフェクタであるハンド５の変形検出処理（変形検出方法）について説明する。なお、変形検出処理は変形検出装置８が行い、以下では、特に明記しないが、変形検出装置８によるロボットアーム４の制御はコントローラ３０（制御装置６）を介して行われる。
　ハンド５の変形検出処理を始めるに際し、予めターゲットピン９がハンド５の可動範囲内に設置されている。図４は一実施形態に係るターゲットピン９の側面図である。図４に示すように、一実施形態に係るターゲットピン９は、Ｚ方向に延びる柱状体であって、全体として鉛筆形状を有している。ターゲットピン９には、径が一定な円柱形状の第１同径部９１と、径が変化する円錐台形状の変径部９２と、径が一定な円柱形状の第２同径部９３とが一体的に形成されおり、第１同径部９１、変径部９２、第２同径部９３の順にＺ方向に並んでいる。第１同径部９１の直径は第２同径部９３の直径よりも大きく、第１同径部９１と第２同径部９３との間は変径部９２によって径を漸次縮小させながら滑らかに繋がれている。なお、ターゲットピン９は、第２同径部９３が省略された、第１同径部９１及び変径部９２から成る形状であってもよい。
　上記形状のターゲットピン９は、ハンド５をターゲットピン９の表面にタッチさせながらターゲットピン９に沿ってＺ方向へ移動させた場合に、ターゲットピン９に対するハンド５のタッチ位置が局部的に変化する形状を有しており、この形状部位を目標部位TGとしている。この目標部位TGは、後述するハンド５の検出部位が目標部位TGに到達したことを示すインディケイト機能を有している。つまり、ハンド５の検出部位が目標部位TGにタッチすれば、ハンド５の検出部位が目標部位TGに到達したことがわかるようになっている。
　ターゲットピン９の第１同径部９１と変径部９２との間には環状の境界線９５が存在し、変径部９２と第２同径部９３の間にも環状の境界線９６が存在する。これらの境界線９５，９６を介して、ターゲットピン９に対するハンド５のタッチ位置がＸ－Ｙ方向において局部的に変化する。そこで、本実施形態においては、ターゲットピン９の境界線９５，９６のうち一方（境界線９５）を目標部位TGとしている。
　図６は本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタの変形検出処理のフローチャートである。図６に示すように、変形検出処理が始まると、変形検出装置８は先ず探索処理を行う（ステップＳ１）。
　図５は探索処理時のターゲットピン９とロボットハンド５の様子を示す平面図である。図５に示すように、平板状のハンド５は、Ｚ方向から見て、根元側が１本で先端側が二股に分かれたフォーク形状であって、ハンド中心線Ｃを中心として対称な外形形状を有している。以下、説明の便宜を図って、ハンド５の外形形状を形作っている前記ハンド５の外周面のうち、ハンド中心線Ｃを介して一方の側面を第１側面５１といい、他方の側面を第２側面５２ということとする。第１検出部位SP1は、ハンド５の先端側の第１側面５１に規定されている。また、第２検出部位SP2は、ハンド５の先端側の第２側面５２に規定されている。第１検出部位SP1と第２検出部位SP2とは、ハンド中心線Ｃを介して対称な位置に配置されていることが望ましい。また、第１検出部位SP1と第２検出部位SP2は、ハンド５の内股部分に規定されていてもよい。第３検出部位SP3は、ハンド５の根元側の第１側面５１に規定されている。第４検出部位SP4は、第１側面５１において第１検出部位SP1と第３検出部位SP3との間に規定されている。
　探索処理（ステップＳ１）では、ハンド５の第１～４検出部位SP1～SP4の各々について同様の処理が繰り返される。そこで、ハンド５の第１検出部位SP1を検出部位SPとしたときの探索処理について詳細に説明し、第２～４検出部位SP2～SP4を検出部位SPとしたときの探索処理の詳細な説明を省略する。
　図７は探索処理のフローチャートである。図７に示すように、探索処理が始まると、変形検出装置８は、ハンド５の検出部位SPが予め教示された初期開始位置へ移動するように、ロボットアーム４を制御する（ステップＳ１１）。初期開始位置は、Ｚ方向位置が目標部位TG（境界線９５）よりも第１同径部９１側であって、Ｘ－Ｙ位置がターゲットピン９の第１同径部９１の表面から微小距離だけ離れたところにある。この初期開始位置に検出部位SPが移動したとき、原則として、ハンド５はターゲットピン９と接触していない。
　次に、変形検出装置８は、第３関節駆動装置６３の制御ループゲインを所定値以下に低下させる（ステップＳ１２）。この所定値は、ウエハＷの搬送動作時の制御ループゲインよりも小さい値から選ばれる。制御ループゲインには、位置ループゲインと速度ループゲインとが含まれる。制御ループゲインを低下させることにより、サーボ制御ループの修正力が弱くなり、応答性が遅くなる。その結果、小さい押し付け力でハンド５をターゲットピン９にタッチさせることができる。
　上記において、望ましくは、第３関節駆動装置６３の制御ループゲインを実質的にゼロとする。第３関節駆動装置６３の制御ループゲインを「実質的にゼロとする」とは、前記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、第３関節駆動装置６３に対して外力が加えられた際、即ち、ハンド５とターゲットピン９とが接触した際の接触反力を極小化して、第３関節駆動装置６３のサーボモータＭ３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。
　上述の第３関節駆動装置６３の制御ループゲインの低下に加えて、駆動電流の上限（すなわち、駆動トルクの上限）を低下させることにより、ハンド５のターゲットピン９への押し付け力を低下させてもよい。なお、ハンド５が初期開始位置に至る前に、上記の制御ループゲインの低減や、上記の駆動電流の上限の低減が行われてもよい。
　続いて、変形検出装置８は、初期開始位置において以下に説明する一連のタッチ位置取得動作（ステップＳ１３～Ｓ１５）を行うようにロボットアーム４を制御する。一連のタッチ位置取得動作において、先ず、ハンド５が水平に揺動する（ステップＳ１３）。具体的には、ロボットアーム４の第３関節Ｊ３及び第４関節Ｊ４を動かさずに、第１関節Ｊ１及び第２関節Ｊ２を動作させることで、ハンド５を微小な振れ幅で揺動させる（ステップＳ１３）。
　ハンド５が揺動すると、ハンド５の検出部位SPがターゲットピン９にタッチする。ハンド５がターゲットピン９にタッチすると、第３関節駆動装置６３の制御ループゲインが実質的にゼロとされているので、ハンド５が第３軸Ｌ３まわりに角変位する。この角変位が動力伝達機構Ｄ３を介してサーボモータＭ３に伝達され、このサーボモータＭ３を角変位させる。そこで、サーボモータＭ３が角変位を開始したことに基づいて、ハンド５がターゲットピン９にタッチしたことが検出される。
　そして、変形検出装置８は、ハンド５がターゲットピン９にタッチしたことが検出されると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ハンド５がターゲットピン９にタッチしたときの検出部位SPの位置情報（タッチ位置情報）を取得する（ステップＳ１５）。タッチ位置情報には、例えば、ロボットアーム４の手首基準点（第３軸Ｌ３上の所定の点）の位置及び手首の向きが含まれる。ロボットアーム４の手首基準点の位置情報は、昇降駆動装置６０、第１関節駆動装置６１、第２関節駆動装置６２の各サーボモータＭ０、Ｍ１、Ｍ２の各位置検出器Ｅ０、Ｅ１、Ｅ２から取得することができる。ロボットアーム４の手首の向きに関する情報は、第３関節駆動装置６３、第４関節駆動装置６４の各サーボモータＭ３、Ｍ４の各位置検出器Ｅ３、Ｅ４から取得することができる。
　続いて、変形検出装置８は、タッチ位置取得動作が１回目であれば（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ハンド５の検出部位SPを次の開始位置へ移動させるように、ロボットアーム４を制御する（ステップＳ２０）。ハンド５の検出部位SPの次の開始位置は、初期開始位置から変径部９２へ向けてＺ方向へ微小な所定値だけ移動させたところに在る。そして、変形検出装置８は、次の開始位置から一連のタッチ位置取得動作（ステップＳ１３～Ｓ１５）を行うように、ロボットアーム４を制御する。
　ステップＳ１６において、変形検出装置８は、タッチ位置取得動作が２回目以降であれば（ステップＳ１６でＮＯ）、今回のタッチ位置取得動作で取得したタッチ位置情報と、前回のタッチ位置取得動作で取得したタッチ位置情報とから、検出部位SPが目標部位TGに到達したかどうかを判断する。目標部位TGでは、ターゲットピン９に対するハンド５のタッチ位置がＸ－Ｙ方向において局部的に変化する。そこで、変形検出装置８は、今回取得したタッチ位置情報と前回取得したタッチ位置情報とのＸ－Ｙ方向の局部的変化に基づいて、検出部位SPが目標部位TGに到達したかどうかを判断する。
　具体的には、変形検出装置８は、ターゲットピン９に対するハンド５のタッチ位置がＸ－Ｙ方向において局部的に変化した場合は（ステップＳ１７でＹＥＳ）、検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出したと判定する（ステップＳ１８）。具体的には、変形検出装置８は、今回取得したタッチ位置情報と前回取得したタッチ位置情報から導出される第３軸Ｌ３まわりの角変位が所定の閾値を超える場合に、検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出したと判定する。そして、変形検出装置８は、今回取得したタッチ位置情報を目標部位TGの位置情報として記憶し（ステップＳ１９）、探索処理を終了する。なお、目標部位TGの位置情報は、検出部位SPが目標部位TGに到達したときの検出部位SPの想定位置のことである。
　一方、変形検出装置８は、ターゲットピン９に対するハンド５のタッチ位置がＸ－Ｙ方向において局部的に変化していない場合は（ステップＳ１７でＮＯ）、検出部位SPが目標部位TGに到達していないと判定して、ハンド５が更に次の開始位置へ移動するようにロボットアーム４を制御する（ステップＳ２０）。更に次の開始位置は、前述の次の開始位置から変径部９２へ向けてＺ方向へ微小な所定値だけ移動させたところに在る。このようにして、変形検出装置８は、検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出するまで、開始位置を変径部９２へ向けてＺ方向へ少しずつ移動させながら一連のタッチ位置取得動作（ステップＳ１３～Ｓ１５）を繰り返すようにロボットアーム４を制御する。
　図６のフローチャートに戻って、変形検出装置８は、上記の探索処理によってハンド５の第１～４検出部位SP1～SP4の各々で探索された目標部位TGの位置情報に基づいて、ハンド５の変形を評価する（ステップＳ２～Ｓ４）。本実施形態においては、ハンド５の捻れ変形、撓み変形、及び回転変形の各々について変形が評価される。変形検出装置８は各変形について同様の変形の評価処理を繰り返すので、以下ではハンド５捻れ変形の評価処理について詳細に説明し、撓み変形、及び回転変形の評価処理については詳細な説明を省略する。
　図８は変形の評価処理のフローチャートである。図８に示すように、変形検出装置８は、先ず、変形を検出するために利用する位置情報を位置情報格納部８２から読み出す（ステップＳ２１）。読み出す位置情報には、取得した目標部位TGの位置情報と、所定の参照位置情報とが含まれる。Ｚ方向位置情報は、例えば、取得した位置情報に含まれるロボットアーム４の手首基準点のＺ方向位置情報であってよい。
　本実施形態において、参照位置情報は、ハンド５上の異なる検出部位SP（参照位置）で探索処理を行うことによって得られた目標部位TGの位置情報である。捻れ変形を検出するために利用される位置情報は、第１検出部位SP1で目標部位TGを探索して得られた目標部位TGの位置情報と、第２検出部位SP2で目標部位TGを探索して得られた目標部位TGの位置情報である。撓み変形を検出するために利用される位置情報は、第１検出部位SP1で目標部位TGを探索して得られた目標部位TGの位置情報と、第３検出部位SP3で目標部位TGを探索して得られた目標部位TGの位置情報である。回転変形を検出するために利用される位置情報は、第３検出部位SP3で目標部位TGを探索して得られた目標部位TGの位置情報と、第４検出部位SP4で目標部位TGを探索して得られた目標部位TGの位置情報である。なお、回転変形を検出する場合は、上記第４検出部位SP4に代えて又は加えて第１検出部位SP1で目標部位TGを探索して得られた目標部位TGの位置情報を利用してもよい。
　次に、変形検出装置８は、読み出した２つの位置情報を比較する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において、検出する変形が捻れ変形と撓み変形の場合には、読み出した２つの位置情報のＺ方向の位置情報を比較する。そして、２つの目標部位TGの位置情報のうち一方のＺ方向位置情報と他方のＺ方向位置情報との差が所定の閾値以下である場合は、変形がない又は変形の程度が小さいと判定して（ステップＳ２３でＮＯ）、変形の評価処理を終了する。一方、変形検出装置８は、読み出した２つの目標部位TGの位置情報のうち一方のＺ方向位置情報と他方のＺ方向位置情報との差が所定の閾値を超える場合は、エンドエフェクタの変形を検出したと判定する（ステップＳ２３でＹＥＳ）。
　また、ステップＳ２２において、検出する変形が回転変形の場合には、読み出した２つの位置情報のＸ－Ｙ方向（Ｘ－Ｙ平面内）の位置情報を比較する。回転変形を検出する際には、第４軸Ｌ４と平行に規定されているハンド中心線Ｃの延在方向とＹ軸方向とが平行となるように、ロボットアーム４の位置及び姿勢が制御されていることが望ましい。本実施形態に係るハンド５は、第３リンク４３と第４リンク４４との間に連結部を有することから、この連結部における連結誤差によってハンド中心線Ｃに対し、ハンド５が線対称となっていないことがある。また、ハンド５が他の物体に衝突することによって、ハンド５に第３軸Ｌ３まわりの回転方向に変形が生じて、ハンド中心線Ｃの延在方向とＹ軸方向とが平行でないことがある。これらのような回転変形を、変形検出装置８は、例えば、次のようにして検出することができる。即ち、変形前のハンド５において第３検出部位SP3と第４検出部位SP4とを結ぶ直線（評価直線）のＹ軸方向に対する傾き（基準の傾き）を記憶しておき、取得した第３検出部位SP3のＸ－Ｙ方向位置情報と取得した第４検出部位SP4のＸ－Ｙ方向位置情報に基づいて評価直線のＹ軸方向に対する傾きを算出し、算出した傾きと基準の傾きとを比較し、これらの差異が所定の閾値を超えていればエンドエフェクタの回転変形を検出したと判定し（ステップＳ２３でＹＥＳ）、前記差異が所定の閾値以下であれば変形なしと判定する（ステップＳ２３でＮＯ）。
　エンドエフェクタの変形が検出されると、変形検出装置８は、続いて、ロボットアーム４の位置及び姿勢のうち少なくとも一方の調整によって変形が補正可能であるかどうかを判断する（ステップＳ２４）。変形の補正の可否は、例えば、読み出した２つの位置情報の差から導き出される変形の程度や、変形を補正するために必要な軸がロボットアーム４に存在するかどうかなどに基づいて判断される。
　変形検出装置８は、変形が補正可能であると判断した場合には（ステップＳ２４でＹＥＳ）、制御装置６に変形を補正させるための変形補正情報を作成して、これを制御装置６へ出力し（ステップＳ２５）、変形の評価処理を終了する。なお、本実施形態にロボットアーム４は、ハンド５を第４軸Ｌ４まわりに回転させることによって捻れ変形を補正することができる。また、本実施形態に係るロボットアーム４は、撓み変形を補正できる軸を備えていないので、撓み変形を補正することができない。また、本実施形態に係るロボットアーム４は、算出した評価直線の傾きが基準の傾きとなるようにハンド５を第３軸Ｌ３まわりに回転させるとともに、Ｘ－Ｙ方向位置を調整することによって、回転変形を補正することができる。
　一方、変形検出装置８は、変形が補正不可能であると判断した場合には（ステップＳ２４でＮＯ）、エラー処理をして（ステップＳ２６）、変形の評価処理を終了する。エラー処理において、変形検出装置８は、例えば、警報を発するとともに制御装置６にロボットアーム４の動きを停止させる。
　以上のようにして、変形検出装置８は、捻れ変形の評価処理（ステップＳ２）、撓み変形の変形評価処理（ステップＳ３）、及び、回転変形の変形評価処理（ステップＳ４）を行って、エンドエフェクタの変形検出処理を終了する。
　以上に説明したように、本実施形態に係るロボットシステム１は、先端部に所定方向に延びる回動軸（第３軸Ｌ３）を中心として回動自在な手首を有するロボットアーム４と、手首に取り付けられたエンドエフェクタであるハンド５と、ハンド５の所定の検出部位SPが到達する目標部位GTを有するターゲットピン９を用いて当該エンドエフェクタの変形を検出する変形検出装置８とを備えている。ターゲットピン９の目標部位TGは、ハンド５の検出部位SPが当該目標部位TGに到達したことを示すインディケイト機能を有している。上記の変形検出装置８は、ハンド５の検出部位SPをターゲットピン９にタッチさせるようにロボットアーム４を制御して目標部位TGを探索し、目標部位TGのインディケイト機能に基づいて検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出する探索部８１と、検出部位SPが目標部位TGに到達したときの検出部位SPの位置情報（想定位置情報）と参照位置情報とを比較してハンド５の変形を検出する変形検出部８３とを備えている。
　また、以上に説明した本実施形態に係るエンドエフェクタの変形検出方法は、上記のロボットシステム１において、上記のターゲットピン９を用いて変形検出装置８がハンド５の変形を検出する方法であって、変形検出装置８が、検出部位SPをターゲットピン９にタッチさせるようにロボットアーム４を制御して目標部位TGを探索することと、目標部位TGのインディケイト機能に基づいて検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出することと、検出部位SPが目標部位TGに到達したときの検出部位SPの位置情報と所定の参照位置情報とを比較して、エンドエフェクタの変形を検出することとを含んでいる。
　上記のようなロボットシステム１及びエンドエフェクタの変形検出方法によれば、エンドエフェクタの可動範囲内に設けられたターゲットピン９を用いて、エンドエフェクタの変形を検出することができる。特許文献１～３に記載された従来の技術では、ロボットハンドの変形を検出するために専用の非接触式センサがロボットシステムに備えられている。これに対し、本実施形態に係るロボットシステム１では、特別な配線や制御を要する非接触式センサを用いることなく、ターゲットピン９と従来構造のロボットアーム４とを利用してエンドエフェクタの変形を検出することができる。
　また、本実施形態に係るロボットシステム１及びエンドエフェクタの変形検出方法において、ターゲットピン９の目標部位TGは、インディケイト機能を発揮すべく、ハンド５をターゲットピン９にタッチさせながらターゲットピン９に沿ってＺ方向へ移動させた場合に、ターゲットピン９に対するハンド５のタッチ位置が局部的に変化する形状に形成されている。そして、変形検出装置８は、ハンド５の検出部位SPをターゲットピン９にタッチさせながらターゲットピン９に沿ってＺ方向へ移動させるようにロボットアーム４を制御して目標部位TGを探索し、ターゲットピン９に対する検出部位SPのタッチ位置の局部的変化に基づいて当該検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出する。
　より具体的には、ターゲットピン９は、ターゲットピン９に対するハンド５のタッチ位置が局部的に変化する形状として、径が一定な同径部９１と、径が変化する変径部９２とを所定方向に連続して有し、同径部９１と変径部９２との境界（境界線９５）によって目標部位TGが構成されている。そして、変形検出装置８は、ハンド５を第３軸Ｌ３まわりに揺動させて検出部位SPがターゲットピン９にタッチしたときの検出部位SPの位置情報（タッチ位置情報）を取得することを、ハンド５を同径部９１から変径部９２へ向けてＺ方向へ変位させた複数箇所で行って目標部位TGを探索し、取得した複数のタッチ位置情報から導き出される第３軸Ｌ３まわりの角変位に基づいて検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出する。
　このようなロボットシステム１及びエンドエフェクタの変形検出方法によれば、ターゲットピン９の同径部９１と変径部９２との径の変化に基づいて検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出することができる。このようなターゲットピン９の目標部位TGのインディケイト機能は、ターゲットピン９の外形形状によって実現されており、比較的簡易な構造であって、この機能のために配線や制御を必要としない。
　また、本実施形態に係るロボットシステム１及びエンドエフェクタの変形検出方法において、変形検出装置８は、ハンド５の変形が検出された際に、その変形がロボットアーム４の位置及び姿勢の少なくとも一方の調整で補正可能であるかどうかを判断し、補正可能である場合にその変形を補正する。
　このようなロボットシステム１及びエンドエフェクタの変形検出方法によれば、ロボットアーム４を停止させたり解体したりすることなく、エンドエフェクタの変形を補正することができる。よって、ロボットアーム４を停止させる頻度を削減することができ、生産性を向上させることができる。
　また、本実施形態に係るロボットシステム１及びエンドエフェクタの変形検出方法において、参照位置情報は、変形検出装置８によって、ハンド５の検出部位SPと相違する参照部位をターゲットピン９にタッチさせるようにロボットアーム４を制御して目標部位TGを探索し、目標部位TGのインディケイト機能に基づいて参照部位が目標部位TGに到達したことが検出されたときの、参照部位の想定位置情報である。つまり、ハンド５の検出部位SPと相違する参照部位について探索処理を行い、参照部位が目標部位TGに到達したときの参照部位の位置情報が、参照位置情報として利用されている。
　上記実施形態では、ハンド５の捻れ変形を検出する際には、ハンド５の先端部であってハンド中心線Ｃを挟んで一方に規定された第１検出部位SP1と他方に規定された第２検出部位SP2とを、それぞれ検出部位・参照部位としている。そして、検出部位SPが目標部位TGに到達したときの当該検出部位SPのＺ方向の想定位置と、参照部位が目標部位TGに到達したときの当該参照部位のＺ方向の想定位置とを比較することによって、変形検出装置８でハンド５の捻れ変形を検出している。
　また、上記実施形態では、ハンド５の撓み変形を検出する際には、検出部位と参照部位のうち一方をハンド５の先端部に規定された第１検出部位SP1とし、他方をハンド５の根元部に規定された第３検出部位SP3としている。そして、検出部位SPが目標部位TGに到達したときの当該検出部位SPのＺ方向の想定位置と、参照部位が目標部位TGに到達したときの当該参照部位のＺ方向の想定位置とを比較することによって、変形検出装置８でハンド５の撓み変形を検出している。
　更に、上記実施形態では、ハンド５の回転変形を検出する際には、検出部位と参照部位のうち一方をハンド５の根元部に規定された第３検出部位SP3とし、他方をハンド５の先端部又は根元部と先端部との間に規定された第４検出部位SP4としている。そして、検出部位SPが目標部位TGに到達したときの当該検出部位SPのＸ－Ｙ平面内の想定位置と、参照部位が目標部位TGに到達したときの当該参照部位のＸ－Ｙ平面内の想定位置とを比較することによって、変形検出装置８でハンド５の回転変形を検出している。
　上記のようなロボットシステム１及びエンドエフェクタの変形検出方法によれば、ハンド５の２つの検出部位SP（検出部位と参照部位）の各々について探索処理を行って得られた位置情報を比較するので、ターゲットピン９の目標位置TGの変形や位置ズレなどの影響を受けずに、エンドエフェクタの変形を検出することができる。
　以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記のロボットシステム１の構成は以下のように変更することができる。
　例えば、上記実施形態に係るエンドエフェクタは、ウエハ搬送用のフォーク形状のハンド５であるが、エンドエフェクタはこれに限定されない。例えば、エンドエフェクタが、複数の把持爪を備えた汎用ハンド、吸着パッド、ナット締め具、溶接ガン、スプレーガンのうちいずれか一つであってもよい。
　また、上記実施形態に係る探索処理において、ハンド５をＺ方向に延びる第３軸Ｌ３を中心として回動（揺動）させるが、エンドエフェクタの揺動方向はこれに限定されない。
　例えば、ロボットアームが垂直多関節型ロボットである場合には、探索処理において、エンドエフェクタをＸ方向又はＹ方向に延びる回動軸を中心として回動させてもよい。この場合、ターゲットピン９は、ターゲットピン９の延在方向がエンドエフェクタの回動軸の延在方向と平行となるように配設される。
　例えば、探索処理においてエンドエフェクタを殆ど回動させずに、Ｚ方向へ変位させてもよい。上記実施形態に係るロボットシステム１はウエハ搬送ロボットであることから、ハンド５とターゲットピン９の擦れを極力避けることによりパーティクルの発生を防止せねばならない。しかし、ターゲットピン９とエンドエフェクタの接触や擦れが制限されない状況では、エンドエフェクタを回動させることなく検出部位SPをターゲットピン９に接触させながらＺ方向へ変位させることによって、目標部位TGの探索が行われてもよい。
　また、上記実施形態に係る参照位置情報は、ハンド５に設定された別の検出部位SP（参照部位）で探索処理を行うことにより得られたＺ方向位置情報であるが、参照位置情報はこれに限定されない。
　例えば、参照位置情報は、変形検出装置８によって、エンドエフェクタの未変形の検出部位SPをターゲットピン９にタッチさせるようにロボットアーム４を制御して目標部位TGを探索し、目標部位TGのインディケイト機能に基づいて未変形の検出部位SPが目標部位TGに到達したことが検出されたときの、未変形の検出部位SPの位置情報であってもよい。つまり、参照位置情報が、変形していないエンドエフェクタ上の検出部位SPで探索処理を行うことにより得られた目標部位TGの位置情報であってもよい。このような参照位置情報を用いれば、変形前後の検出部位SPで探索した目標部位TGの位置情報を比較することによって、ハンド５の変形を検出することができる。
　例えば、参照位置情報は、ターゲットピン９の目標部位TGの位置情報であってもよい。但し、この場合のターゲットピン９は、ロボットシステム１の有する座標系において正確に位置決めされており、ターゲットピン９の変形や移動が無いことが条件となる。
　また、上記実施形態に係るターゲットピン９は、第１同径部９１と変径部９２の境界線９５が目標部位TGとされ、第１同径部９１と変径部９２の外径の局部変化がインディケイト機能を構成しているが、ターゲットピン９の形状はこれに限定されない。ターゲットピン９は、エンドエフェクタをターゲットピン９にタッチさせながらターゲットピン９に沿ってＺ方向へ移動させた場合に、ターゲットピン９に対するエンドエフェクタのタッチ位置が局部的に変化する形状を有していればよい。
　例えば、ターゲットピン９の変径部９２と第２同径部９３との境界線９６を目標部位TGとし、変径部９２と第２同径部９３の外形のＸ－Ｙ位置の局部変化がインディケイト機能を構成していてもよい。この場合、図９に示すように、探索処理において、エンドエフェクタの検出部位SPの初期開始位置をターゲットピン９’の第２同径部９３の周囲とし、エンドエフェクタを第２同径部９３から変径部９２に向けてＺ方向に移動させた複数箇所で一連のタッチ位置取得動作（ステップＳ１３～Ｓ１５）が繰り返される。
　例えば、ターゲットピン９が径の一定な円柱状であって、ターゲットピン９の上端縁を目標部位TGとし、ターゲットピン９の外形のＸ－Ｙ位置の局部変化がインディケイト機能を構成していてもよい。この場合、エンドエフェクタの検出部位SPがターゲットピン９とタッチしなくなったことによって、検出部位SPが目標部位TGに到達したことを検出することができる。
　なお、本実施形態においては、ターゲットピン９の形状によって目標部位TGのインディケイト機能が実現されているが、インディケイト機能が他の手段により実現されていてもよい。例えば、ターゲットピン９は径の一定な円柱形状であって、ターゲットピン９の周囲の目標部位TGに接触センサが設けられており、この接触センサによってインディケイト機能が構成されていてもよい。
　また、上記実施形態において、変形検出装置８は、ハンド５の捻れ変形、撓み変形、及び回転変形の評価処理（ステップＳ２～Ｓ４）を順次行うが、これらの変形の評価処理のうち少なくとも１つ以上を選択的に行ってもよい。例えば、ハンド５の捻れ変形、撓み変形、及び回転変形の評価処理のうち、捻れ変形の評価処理のみが行われてもよい。この場合、第３検出部位SP3と第４検出部位SP4の各検出部位SPにおける探索処理は不要である。また、各変形の評価処理（ステップＳ２～Ｓ４）の順序は上記実施形態に限定されず、適宜順番が入れ替わってもよい。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
１　　　：ロボットシステム
３　　　：制御装置
４　　　：ロボットアーム
５　　　：ロボットハンド（エンドエフェクタ）
８　　　：変形検出装置
９　　　：ターゲットピン
２１　　：基台
３０　　：コントローラ
４０　　：昇降軸
４１～４４：第１～第４リンク
６０～６４：駆動装置
８１　　：探索部
８２　　：位置情報格納部
８３　　：変形検出部
８４　　：変形補正部
９１　　：第１同径部
９２　　：変径部
９３　　：第２同径部
９５，９６　　：境界線
Ａ０～Ａ４：サーボアンプ
Ｃ　　　：ハンド中心線
Ｄ０～Ｄ４：動力伝達機構
Ｅ０～Ｅ４：位置検出器
Ｊ１～Ｊ４：第１～第４関節
Ｌ１～Ｌ４：第１～第４軸
Ｍ０～Ｍ４：サーボモータ
SP　　　：検出部位
TG　　　：目標部位

Claims (18)

  1. 　先端部に所定方向に延びる回動軸を中心として回動自在な手首を有するロボットアームと、
    　前記手首に取り付けられたエンドエフェクタと、
    　前記エンドエフェクタの所定の検出部位が到達する目標部位を有するターゲットピンを用いて当該エンドエフェクタの変形を検出する変形検出装置とを備えたロボットシステムであって、
    　前記目標部位は、前記検出部位が当該目標部位に到達したことを示すインディケイト機能を有しており、
    　前記変形検出装置が、
    　前記検出部位を前記ターゲットピンにタッチさせるように前記ロボットアームを制御して前記目標部位を探索し、前記インディケイト機能に基づいて前記検出部位が前記目標部位に到達したことを検出する探索部と、
    　前記検出部位が前記目標部位に到達したときの前記検出部位の想定位置と所定の参照位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出する変形検出部とを備える、ロボットシステム。
  2. 　前記目標部位は、前記インディケイト機能を発揮すべく、前記エンドエフェクタを前記ターゲットピンにタッチさせながら前記ターゲットピンに沿って前記所定方向へ移動させた場合に、前記ターゲットピンに対する前記エンドエフェクタのタッチ位置が局部的に変化する形状に形成されており、
    　前記変形検出装置が、前記検出部位を前記ターゲットピンにタッチさせながら前記ターゲットピンに沿って前記所定方向へ移動させるように前記ロボットアームを制御して前記目標部位を探索し、前記ターゲットピンに対する前記検出部位のタッチ位置の局部的変化に基づいて当該検出部位が前記目標部位に到達したことを検出するよう構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
  3. 　前記ターゲットピンは、当該ターゲットピンに対する前記エンドエフェクタのタッチ位置が局部的に変化する形状として、径が一定な同径部と、径が変化する変径部とを前記所定方向に連続して有し、前記同径部と前記変径部との境界が前記目標部位を構成しており、
    　前記変形検出装置が、前記エンドエフェクタを前記回動軸まわりに揺動させて前記検出部位が前記ターゲットピンにタッチしたときの前記検出部位の位置情報を取得することを、前記エンドエフェクタを前記同径部から前記変径部へ向けて前記所定方向へ変位させた複数箇所で行って前記目標部位を探索し、取得した複数の前記位置情報から導き出される前記回動軸まわりの角変位に基づいて前記検出部位が前記目標部位に到達したことを検出するように構成されている、
    請求項１又は２に記載のロボットシステム。
  4. 　前記変形検出装置が、前記変形検出部で前記エンドエフェクタの変形が検出された際に、前記変形が前記ロボットアームの位置及び姿勢の少なくとも一方の調整で補正可能であるかどうかを判断し、補正可能である場合に前記変形を補正する変形補正部を更に有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  5. 　前記参照位置が、前記変形検出装置によって、前記エンドエフェクタの前記検出部位と相違する参照部位を前記ターゲットピンにタッチさせるように前記ロボットアームを制御して前記目標部位を探索し、前記インディケイト機能に基づいて前記参照部位が前記目標部位に到達したことが検出されたときの、前記参照部位の想定位置である、請求項１～４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  6. 　前記エンドエフェクタの変形が前記エンドエフェクタの捻れ変形であって、
    　前記検出部位と前記参照部位とが、前記エンドエフェクタの先端部であって前記エンドエフェクタの中心線を挟んで一方と他方とに規定されており、
    　前記変形検出装置は、前記検出部位が前記目標部位に到達したときの当該検出部位の前記所定方向の想定位置と、前記参照部位が前記目標部位に到達したときの当該参照部位の前記所定方向の想定位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出する、請求項５に記載のロボットシステム。
  7. 　前記エンドエフェクタの変形が前記エンドエフェクタの撓み変形であって、
    　前記検出部位と前記参照部位のうち一方が前記エンドエフェクタの先端部に規定され、他方が前記エンドエフェクタの根元部に規定されており、
    　前記変形検出装置は、前記検出部位が前記目標部位に到達したときの当該検出部位の前記所定方向の想定位置と、前記参照部位が前記目標部位に到達したときの当該参照部位の前記所定方向の想定位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出する、請求項５に記載のロボットシステム。
  8. 　前記エンドエフェクタの変形が前記エンドエフェクタの回転変形であって、
    　前記検出部位と前記参照部位のうち一方が前記エンドエフェクタの根元部に規定され、他方が前記エンドエフェクタの先端部又は根元部と先端部との間に規定されており、
    　前記変形検出装置は、前記検出部位が前記目標部位に到達したときの当該検出部位の前記所定方向と直交する平面内の想定位置と、前記参照部位が前記目標部位に到達したときの当該参照部位の前記所定方向と直交する平面内の想定位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出する、請求項５に記載のロボットシステム。
  9. 　前記参照位置が、前記変形検出装置によって、前記エンドエフェクタの未変形の前記検出部位を前記ターゲットピンにタッチさせるように前記ロボットアームを制御して前記目標部位を探索し、前記インディケイト機能に基づいて未変形の前記検出部位が前記目標部位に到達したことが検出されたときの、未変形の前記検出部位の想定位置である、請求項１～４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  10. 　先端部に所定方向に延びる回動軸を中心として回動自在な手首を有するロボットアームと、前記手首に取り付けられたエンドエフェクタと、変形検出装置を備えたロボットシステムにおいて、
    　前記エンドエフェクタの所定の検出部位が到達する目標部位であって、前記検出部位が当該目標部位に到達したことを示すインディケイト機能を有する目標部位を備えたターゲットピンを用いて前記変形検出装置が前記エンドエフェクタの変形を検出する方法であって、
    　前記検出部位を前記ターゲットピンにタッチさせるように前記ロボットアームを制御して前記目標部位を探索することと、
    　前記インディケイト機能に基づいて、前記検出部位が前記目標部位に到達したことを検出することと、
    　前記検出部位が前記目標部位に到達したときの前記検出部位の想定位置と所定の参照位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出することと、を含む
    エンドエフェクタの変形検出方法。
  11. 　前記目標部位は、前記インディケイト機能を発揮すべく、前記エンドエフェクタを前記ターゲットピンにタッチさせながら前記ターゲットピンに沿って前記所定方向へ移動させた場合に、前記ターゲットピンに対する前記エンドエフェクタのタッチ位置が局部的に変化する形状に形成されており、
    　前記目標部位を探索することが、前記検出部位を前記ターゲットピンにタッチさせながら前記ターゲットピンに沿って前記所定方向へ移動させるように前記ロボットアームを制御して前記目標部位を探索することを含み、
    　前記検出部位が前記目標部位に到達したことを検出することが、前記ターゲットピンに対する前記検出部位のタッチ位置の局部的変化に基づいて当該検出部位が前記目標部位に到達したことを検出することを含む、請求項１０に記載のエンドエフェクタの変形検出方法。
  12. 　前記ターゲットピンは、前記ターゲットピンに対する前記エンドエフェクタのタッチ位置が局部的に変化する形状として、径が一定な同径部と、径が変化する変径部とを前記所定方向に連続して有し、前記同径部と前記変径部との境界が前記目標部位を構成しており、
    　前記目標部位を探索することが、前記エンドエフェクタを前記回動軸まわりに揺動させて前記検出部位が前記ターゲットピンにタッチしたときの前記検出部位の位置情報を取得することを、前記エンドエフェクタを前記同径部から前記変径部へ向けて前記所定方向へ変位させた複数箇所で行って前記目標部位を探索することを含み、
    　前記検出部位が前記目標部位に到達したことを検出することが、取得した複数の前記位置情報から導き出される前記回動軸まわりの角変位に基づいて前記検出部位が前記目標部位に到達したことを検出することを含む、
    請求項１０又は１１に記載のエンドエフェクタの変形検出方法。
  13. 　前記変形検出装置が、前記エンドエフェクタの変形が検出された際に、前記変形が前記ロボットアームの位置及び姿勢の少なくとも一方の調整で補正可能であるかどうかを判断し、補正可能である場合に前記変形を補正することを更に含む、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のエンドエフェクタの変形検出方法。
  14. 　前記参照位置が、前記エンドエフェクタの前記検出部位と相違する参照部位を前記ターゲットピンにタッチさせて前記目標部位を探索し、前記目標部位の前記インディケイト機能に基づいて前記参照部位が前記目標部位に到達したことを検出したときの前記参照部位の想定位置である、請求項１０～１３のいずれか一項に記載のエンドエフェクタの変形検出方法。
  15. 　前記エンドエフェクタの変形が前記エンドエフェクタの捻れ変形であって、
    　前記検出部位と前記参照部位とが、前記エンドエフェクタの先端部であって前記エンドエフェクタの中心線を挟んで一方と他方とに規定されており、
    　前記エンドエフェクタの変形を検出することが、前記検出部位が前記目標部位に到達したときの当該検出部位の前記所定方向の想定位置と、前記参照部位が前記目標部位に到達したときの当該参照部位の前記所定方向の想定位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出することを含む、請求項１４に記載のエンドエフェクタの変形検出方法。
  16. 　前記エンドエフェクタの変形が前記エンドエフェクタの撓み変形であって、
    　前記検出部位と前記参照部位のうち一方が前記エンドエフェクタの先端部に規定され、他方が前記エンドエフェクタの根元部に規定されており、
    　前記エンドエフェクタの変形を検出することが、前記検出部位が前記目標部位に到達したときの当該検出部位の前記所定方向の想定位置と、前記参照部位が前記目標部位に到達したときの当該参照部位の前記所定方向の想定位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出することを含む、請求項１４に記載のエンドエフェクタの変形検出方法。
  17. 　前記エンドエフェクタの変形が前記エンドエフェクタの回転変形であって、
    　前記検出部位と前記参照部位のうち一方が前記エンドエフェクタの根元部に規定され、他方が前記エンドエフェクタの先端部又は根元部と先端部との間に規定されており、
    　前記エンドエフェクタの変形を検出することが、前記検出部位が前記目標部位に到達したときの当該検出部位の前記所定方向と直交する平面内の想定位置と、前記参照部位が前記目標部位に到達したときの当該参照部位の前記所定方向と直交する平面内の想定位置とを比較して、前記エンドエフェクタの変形を検出することを含む、請求項１４に記載のエンドエフェクタの変形検出方法。
  18. 　前記参照位置が、前記エンドエフェクタの未変形の前記検出部位を前記ターゲットピンにタッチさせて前記目標部位を探索し、前記目標部位の前記インディケイト機能に基づいて未変形の前記検出部位が前記目標部位に到達したことを検出したときの未変形の前記検出部位の前記所定方向の想定位置である、請求項１０～１３のいずれか一項に記載のエンドエフェクタの変形検出方法。
     
     
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