WO2018003733A1

WO2018003733A1 - ワーク保持機構

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Publication number: WO2018003733A1
Application number: PCT/JP2017/023356
Authority: WO
Inventors: 修平倉岡; 恵太笹木; 達博宇都
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2018-01-04
Also published as: CN109311171B; JP6701007B2; TW201808558A; KR102253409B1; TWI644767B; US10843345B2; CN109311171A; KR20190026760A; EP3476552A4; US20200070359A1; EP3476552B1; JP2018001279A; EP3476552A1

Abstract

ワーク保持機構（１）は、第１面部（１１ａ）を有する第１支持体（１１）と、第２面部（１２ａ）を有する第２支持体（１２）と、第１面部よりも第２面部側に位置し、第１面部の下端に相当する高さ位置にある第３面部（１３ａ）を有する第３支持体（１３）と、第２面部よりも第１面部側に位置し、第２面部の下端に相当する高さ位置にある第４面部（１４ａ）を有する第４支持体（１４）と、第１面部の第１方向の一端において、第１面部よりも第２面部側に位置し且つ第３面部よりも上方に位置する第５面部（１５ａ）を有する第５支持体（１５）と、第１面部の第１方向の他端に対向する第２面部の端部において、第２面部よりも第１面部側に位置し、且つ、第４面部よりも上方に位置する第６面部（１６ａ）を有する第６支持体（１６）と、備え、第３面部と第４面部の少なくともいずれか一方は、第１方向に伸延する一の面、又は、複数の面によって構成される。

Description

ワーク保持機構

　本発明は、基板等のワーク保持機構に関する。

　基板搬送ロボットは、基板を保持したアームを三次元方向に空間移動して基板を搬送する。半導体基板はプリント基板等の基板状の電子部品と比べて強度が弱いため、一般に半導体基板を搬送する際には、基板搬送用ブレードの主面上に基板を載置するようにして基板を保持する。例えば特許文献１及び特許文献２には、凹部に基板をはめ込んだ状態で基板を保持し、且つ、基板の位置決めを行う基板搬送用ブレードが開示されている。

　ところで、近年、生産性向上の観点から、従来は人間によって行われていた作業現場にロボットを導入し、ロボットと作業者が同じ作業空間内で共同して作業を行うことが提案されている。

特開平８－３１６２８７号公報特開２００２－１４１３８９号公報

　しかし、上記従来の基板搬送ロボットを、電子部品の組み立て現場に導入した場合、平積みされたプリント基板をピックアップして所定の位置まで搬送することはブレードの構成上困難である。このような課題は上記従来のブレードによってワークを保持する場合に共通する。

　そこで、本発明は、アライメント機能を備えたワーク保持機構を提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係るワーク保持機構は、３次元空間内で移動可能に構成された第１アーム及び第２アームを備えたワーク保持機構であって、前記第１アームの先端に設けられ、水平面内における第１方向に伸延する一の面、又は、前記第１方向に並設された複数の面によって構成される第１面部を有する第１支持体と、前記第２アームの先端に設けられ、前記第１面部に対向し、且つ、前記第１方向に伸延する一の面、又は、前記第１方向に並設された複数の面によって構成される第２面部を有する第２支持体と、前記第１支持体に設けられ、前記第１面部よりも前記第２面部側に位置し、前記第１面部の下端に相当する高さ位置にある第３面部を有する第３支持体と、前記第２支持体に設けられ、前記第２面部よりも前記第１面部側に位置し、前記第２面部の下端に相当する高さ位置にある第４面部を有する第４支持体と、前記第１支持体に設けられ、前記第１面部の第１方向の一端において、当該第１面部よりも前記第２面部側に位置し、且つ、前記第３面部よりも上方に位置する第５面部を有する第５支持体と、前記第２支持体に設けられ、前記第１面部の第１方向の他端に対向する前記第２面部の端部において、当該第２面部よりも前記第１面部側に位置し、且つ、前記第４面部よりも上方に位置する第６面部を有する第６支持体と、を備え、前記第３面部と前記第４面部の少なくともいずれか一方は、前記第１方向に伸延する一の面、又は、前記第１方向に並設された複数の面によって構成される。

　上記構成によれば、第１面部と第２面部とが互いに平行な状態を維持し、且つ、第３面部と第４面部との高さを同じ状態を維持しながら、第１面部と第２面部との距離を調整するように第１支持体に対して相対的に第２支持体を移動させることにより、基板の高さを水平に調整しながら基板の左右両端を支持することができる。このとき、前記第１面部と前記第２面部とが互いに平行な状態を維持し、且つ、前記第３面部と第４面部との高さを同じ状態を維持しながら、前記第１支持体に対して相対的に第２支持体を第１方向に移動させることにより、基板の前後両端を支持することができる。これにより、基板の平面から見た回転方向、傾き、高さのずれが調整された状態で基板を保持することができるので、基板を３次元空間内の所定の位置に搬送することができる。例えば平積みされた基板を検査装置（例えばＩＣＴ）にセットすることができる。

　また、上記ワーク保持機構は、前記第１面部と前記第２面部とが互いに平行な状態を維持し、且つ、前記第３面部と第４面部との高さを同じ状態を維持しながら、前記第１面部と前記第２面部との距離を調整するように前記第１支持体に対して相対的に第２支持体が移動してもよい。

　さらに、上記ワーク保持機構は、前記第１面部と前記第２面部とが互いに平行な状態を維持し、且つ、前記第３面部と第４面部との高さを同じ状態を維持しながら、前記第１支持体に対して相対的に第２支持体が第１方向に移動してもよい。

　上記ワーク保持機構は、前記第１アーム及び第２アームを備えたロボットにより構成されていてもよい。

　本発明によれば、アライメント機能を備えたワーク保持機構を提供することができる。

　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る基板保持機構の構成を示す斜視図である。図２は、図１の基板保持機構の平面図である。図３は、ロボットの構成を示した正面図である。図４は、制御装置の概略構成を示すブロック図である。図５は、ロボットの作業現場の一例を示した側面図である。図６は、ロボットの第１の動作を模式的に示した図である。図７は、ロボットの第２の動作を模式的に示した図である。図８は、ロボットの第３の動作を模式的に示した図である。図９は、本発明の第２実施形態に係る基板保持機構の構成を示す斜視図である。図１０は、図９の基板保持機構の平面図である。図１１は、ロボットの動作を模式的に示した図である。

　本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態に係る基板保持機構の構成を示す斜視図である。図２は、図１の基板保持機構の平面図である。基板保持機構１は、ロボット１００の第１のロボットアーム２Ｒ（以下、「第１アーム２Ｒ」という）、及び、第２のロボットアーム２Ｌ（以下、「第２アーム２Ｌ」という）の先端に取り付けられたツールである。基板保持機構１は、基板状の電子部品（ワーク）を保持し、且つ、基板（ワーク）のアライメント機能を備えている。図１及び図２では互いに直交する３つのＸＹＺ軸が定義される。これらのＸＹＺ軸は第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌの先端を基準として定義される手先座標系と一致している。

　基板保持機構１は、第１アーム２Ｒの先端に設けられた第１支持体１１と、第２アーム２Ｌの先端に設けられた第２支持体１２と、第１支持体１１に設けられた第３支持体１３と、第２支持体１２に設けられた第４支持体１４と、第１支持体１１に設けられた第５支持体１５と、第２支持体１２に設けられた第６支持体１６とを備える。

　第１支持体１１は、ここでは直方体の形状を有する。この直方体の端部の上面は、２本の取付具を介して第１アーム２Ｒに固定されている。この直方体の一側面（Ｙ軸の正方向側）は、水平面内（Ｘ－Ｙ平面）における第１方向（Ｘ軸方向）に伸延する帯状の面（第１面部１１ａ）を形成する。

　第２支持体１２は、ここでは直方体の形状を有する。この直方体の端部の上面は、２本の取付具を介して第２アーム２Ｌに固定されている。この直方体の一側面（Ｙ軸の負方向側）は、第１面部１１ａに対向し、且つ、第１方向（同図ではＸ軸方向）に伸延する帯状の面（第２面部１２ａ）を形成する。

　第３支持体１３は、ここでは平板形状を有する。この平板の一側面（Ｙ軸の正方向側）は第１面部１１ａに接して固定されている。この平板の上面は、第１面部１１ａの下端から第２面部１２ａの方へ向かって突出し、且つ、第１面部１１ａと同方向（Ｘ軸方向）に伸延する第３面部１３ａを形成する。第３面部１３ａは、第１面部１１ａよりも第２面部１２ａ側に位置し、第１面部１１ａの下端に相当する高さ位置にある。

　第４支持体１４は、ここでは平板形状を有する。この平板の一側面（Ｙ軸の負方向側）は第２面部１２ａに接して固定されている。この平板の上面は、第２面部１２ａの下端から前記第１面部の方へ向かって突出し、且つ、第２面部１２ａと同方向に伸延する第４面部１４ａを形成する。第４面部１４ａは、第２面部１２ａよりも第１面部１１ａ側に位置し、第２面部１２ａの下端に相当する高さ位置にある。本実施形態では、第３面部１３ａと第４面部１４ａの双方が、第１方向（Ｘ軸の正方向）に伸延する一の面によって構成される。

　第５支持体１５は、ここでは直方体の形状を有する。この直方体の一側面（Ｙ軸の正方向側）は第１面部１１ａに接して固定されている。この直方体の他の側面（Ｘ軸の正方向側）は、第１面部１１ａの第１方向（Ｘ方向）の一端において、第１平面１１ａ部よりも第２面部１２ａ側に位置し、且つ、第３面部１３ａよりも上方に位置する第５面部１５ａを形成する。

　第６支持体１６は、ここでは直方体の形状を有する。この直方体の一側面（Ｙ軸の負方向側）は第２面部１２ａに接して固定されている。この直方体の他の側面（Ｘ軸の負方向側）は、第１面部１１ａの第１方向の他端に対向する第２面部１２ａの端部において、第２面部１２ａよりも第１面部１１ａ側に位置し、且つ、第４面部１４ａよりも上方に位置する第６面部１６ａを形成する。

　尚、図１及び図２では、第１面部１１ａと第２面部１２ａは、互いに対向し、且つ、平行である（同一方向に伸延する）に示されているが、第１アーム２Ｒと第２アーム２Ｌは第１支持体１１と第２支持体１２を３次元空間内で移動可能であり、第１面部１１ａと第２面部１２ａは任意の角度に変更可能である。

　次に、基板保持機構１を備えたロボット１００の構成について説明する。図３は、ロボット１００の構成を示した正面図である。図３に示すように、ロボット１００は、基台４と、基台４に支持された一対の第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌと、基台４内に収納された制御装置３とを備えている。左右の第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌは、３次元空間内で移動可能に構成される。第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌは、独立して動作したり、互いに関連して動作したりすることができる。第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌは一般的な水平多関節型ロボットアームを採用することができ、その構成は公知であるので、第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌについての詳細な説明は省略する。また、本実施形態ではツール（１）は取付具を介して第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌの先端に固定されたが、メカニカルインターフェースを介して第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌの先端に着脱可能に取り付けられてもよい。

　次に、制御装置３について説明する。図４は、制御装置３の概略構成を示すブロック図である。図４に示すように制御装置３は、ＣＰＵ等の演算部３０１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部３０２、サーボ制御部３０３と、を備える。制御装置３は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御装置３は、集中制御する単独の制御装置によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置によって構成されていてもよい。記憶部３０２には、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部３０１は、記憶部３０２に記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボット１００の各種動作を制御する。すなわち、演算部３０１は、ロボット１００の制御指令を生成し、これをサーボ制御部３０３に出力する。サーボ制御部３０３は、演算部３０１により生成された制御指令に基づいて、ロボット１００の第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌの各関節軸に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。尚、ツール（１）を第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌに装着するメカニカルインターフェース等のその他の部材が動作を行うように構成されている場合には、その動作の制御も制御装置３によって行われてもよい。すなわち、制御装置３は、ロボット１００全体の動作の制御を行う。

　図５は、ロボット１００の作業現場の一例を示した側面図である。図５に示すように、ロボット１００は電子部品の組み立て現場に導入される。ロボット１００の右側には基板仮置台３０が設置される。基板仮置台３０の上にプリント基板４０が平積みされている。各プリント基板４０は基板側を下に回路側を上にした状態で配置される。ロボット１００の左側には検査装置２０が設置されている。検査装置２０は本実施形態では、インサーキット・テスタ（ICT：In-circuit Tester）である。ＩＣＴは、基板を動作させることなく、基板に実装された個々の部品の特性を微小電力で電気的に検査を行い、目視検査で発見が困難な不良を発見する。ロボット１００は、プリント基板４０の検査作業の一端を担う。ロボット１００は、基板仮置台３０の上に平積みされた２枚のプリント基板４０を上から順にピックアップし、検査装置２０の検査台２０ａの所定の位置まで搬送する。

　次に、ロボットの動作について説明する。以下に示す図では互いに直交する３つのＸＹＺ軸が定義される。これらのＸＹＺ軸は第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌの先端を基準として定義される手先座標系と一致している。まず、制御装置３は、第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌの動作を制御して、基板仮置台３０上のプリント基板４０に位置を合わせる（ロボットの第１の動作）。図６は、ロボットの第１の動作を模式的に示した図である。同図（Ａ）は、第１の動作における基板保持機構１とプリント基板４０の平面図である。同図（Ｂ）はVI－VI線断面図である。同図では簡略的に基板保持機構１と最上位に位置するプリント基板４０のみを示した。制御装置３は、図６に示すように、プリント基板４０が第１面部１１ａと第２面部１２ａとの間に位置するように第１支持体１１と第２支持体１２とを移動させる。基板仮置台３０の位置は、予め、記憶部３０２に記憶されてもよいし、手動により遠隔操作されてもよい。

　ところで、人が無造作に基板仮置台３０の上にプリント基板４０を平積みした場合は、図６に示すように、最上位のプリント基板４０は回転方向（ＸＹ平面）及び高さ方向（Ｚ方向）でずれが生じる場合がある。また、プリント基板４０の回路側には様々な部品が実装される。このため、回路側の表面形状は一様でなく、このようなずれが生じやすい。

　次に、制御装置３は、第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌの動作を制御して、基板仮置台３０上のプリント基板４０の左右両端を支持する（ロボットの第２の動作）。図７は、ロボット１００の第２の動作を模式的に示した図である。同図（Ａ）は、第１の動作における基板保持機構１とプリント基板４０の平面図である。同図（Ｂ）はVII－VII線断面図である。制御装置３は、図７に示すように、第１面部１１ａと第２面部１２ａとが互いに平行な状態を維持し、且つ、第３面部１３ａと第４面部１４ａとの高さを同じ状態を維持しながら、第１面部１１ａと第２面部１２ａとの距離を調整するように第１支持体１１に対して相対的に第２支持体１２を移動させる。これにより、プリント基板４０の高さを水平に調整しながらプリント基板４０の左右両端を支持することができる。

　次に、制御装置３は、第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌの動作を制御して、基板仮置台３０上のプリント基板４０の前後両端を支持する（ロボットの第３の動作）。図８は、ロボットの第３の動作を模式的に示した図である。同図（Ａ）は、第１の動作における基板保持機構１とプリント基板４０の平面図である。同図（Ｂ）はVII－VII線断面図である。制御装置３は、図８に示すように、第１面部１１ａと第２面部１２ａとが互いに平行な状態を維持し、且つ、第３面部１３ａと第４面部１４ａとの高さを同じ状態を維持しながら、第１支持体１１に対して相対的に第２支持体１２が第１方向に移動させる。これにより、プリント基板４０の回転方向、高さ方向のずれが調整された状態で基板を保持することができるので、プリント基板４０を検査装置２０の検査台３０ａ上の所定の位置に搬送することができる。このように、本実施形態によれば、ロボット１００により、平積みされたプリント基板４０を検査装置２０にセットすることができる。
（第２実施形態）
　以下、第２実施形態について説明する。本実施形態の基板保持機構１の基本的な構成は、第１実施形態と同様である。以下では、第１実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

　図９は、本発明の第２実施形態に係る基板保持機構１Ａの構成を示す斜視図である。図１０は、図９の基板保持機構１Ａの平面図である。本実施形態の基板保持機構１Ａは、第１実施形態と比較すると、第１面部１１ａ～第６面部１６ａが、小さな半球状の部材の頂点の極小の面で構成される点が異なる。

　図９及び図１０に示すように、第１面部１１ａは第１方向（Ｘ軸の正方向）に並設された２つの半球状の部材の頂点の極小の面によって構成される。第２面部１２ａは、第１面部１１ａに対向し、且つ、第１方向（Ｘ軸の正方向）に並設された２つの半球状の部材の頂点の極小の面によって構成される。第３面部１３ａは、一つの半球状の部材の頂点の極小の面によって構成される。第４面部１４ａは第１方向（Ｘ軸の正方向）に並設された２つの半球状の部材の頂点の極小の面によって構成されている。第５面部１５ａ及び第６面部１６ａは一つの半球状の部材の頂点の極小の面によって構成される。

　本実施形態においても、制御装置３は、第１アーム２Ｒ及び第２アーム２Ｌの動作を制御することにより（第１の動作乃至第３の動作）、図１１に示すように、基板保持機構１Ａは、プリント基板４０の回転方向、高さ方向のずれが調整された状態で基板を保持することができる。これにより、プリント基板４０を検査装置２０の検査台３０ａ上の所定の位置に搬送することができる。

　尚、第１面部１１ａ及び第２面部１２ａは、第１方向（Ｘ軸方向）に並設された３つ以上の複数の面によって構成されてもよい。

　また、第３面部１３ａと第４面部１４ａの少なくともいずれか一方が、第１方向（Ｘ軸方向）に伸延する一の面、又は、第１方向に並設された複数の極小の面によって構成されてもよい。

　尚、上記各実施形態では、ワークは、プリント基板４０であるが、これに限られるものではない。フレキシブル・プリント基板、リジッド・フレキシブル基板、液晶ディスプレイのガラス基板等の基板状の電子部品でもよい。また、半導体基板よりも比較的強度の強いワークであれば、上記各実施形態と同様な構成により、ワークを保持し、且つ、ワークのアライメントを実現できる。

　尚、上記各実施形態では、検査装置２０はインサーキット・テスタであったが、基板状の電子部品を検査する装置であれば、例えばボードテスター：Board Tester）等のその他の検査装置でもよい。

　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、その構造及び機能の双方又は一方の詳細を実質的に変更できる。

　本発明は、従来は人間によって行われていた作業現場にロボットを導入する際に有用である。

１　基板保持機構（ツール）
２Ｌ，２Ｒ　アーム
３　制御装置
４　基台
１１　第１支持体
１２　第２支持体
１３　第３支持体
１４　第４支持体
１５　第５支持体
１６　第６支持体
１１ａ　第１面部
１２ａ　第２面部
１３ａ　第３面部
１４ａ　第４面部
１５ａ　第５面部
１６ａ　第６面部
２０　検査装置
２０ａ　検査台
３０　基板仮置台
４０　プリント基板（ワーク）
１００　ロボット
３０１　演算部
３０２　記憶部
３０３　サーボ制御部

Claims

　３次元空間内で移動可能に構成された第１アーム及び第２アームを備えたワーク保持機構であって、
　前記第１アームの先端に設けられ、水平面内における第１方向に伸延する一の面、又は、前記第１方向に並設された複数の面によって構成される第１面部を有する第１支持体と、
　前記第２アームの先端に設けられ、前記第１面部に対向し、且つ、前記第１方向に伸延する一の面、又は、前記第１方向に並設された複数の面によって構成される第２面部を有する第２支持体と、
　前記第１支持体に設けられ、前記第１面部よりも前記第２面部側に位置し、前記第１面部の下端に相当する高さ位置にある第３面部を有する第３支持体と、
　前記第２支持体に設けられ、前記第２面部よりも前記第１面部側に位置し、前記第２面部の下端に相当する高さ位置にある第４面部を有する第４支持体と、
　前記第１支持体に設けられ、前記第１面部の第１方向の一端において、当該第１面部よりも前記第２面部側に位置し、且つ、前記第３面部よりも上方に位置する第５面部を有する第５支持体と、
　前記第２支持体に設けられ、前記第１面部の第１方向の他端に対向する前記第２面部の端部において、当該第２面部よりも前記第１面部側に位置し、且つ、前記第４面部よりも上方に位置する第６面部を有する第６支持体と、
を備え、
　前記第３面部と前記第４面部の少なくともいずれか一方は、前記第１方向に伸延する一の面、又は、前記第１方向に並設された複数の面によって構成される、ワーク保持機構。
　前記第１面部と前記第２面部とが互いに平行な状態を維持し、且つ、前記第３面部と第４面部との高さを同じ状態を維持しながら、前記第１面部と前記第２面部との距離を調整するように前記第１支持体に対して相対的に第２支持体が移動する、請求項１に記載のワーク保持機構。
　前記第１面部と前記第２面部とが互いに平行な状態を維持し、且つ、前記第３面部と第４面部との高さを同じ状態を維持しながら、前記第１支持体に対して相対的に第２支持体が第１方向に移動する、請求項１又は２に記載のワーク保持機構。
　前記第１アーム及び第２アームを備えたロボットにより構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のワーク保持機構。