WO2020045277A1 - ロボット及びその原点位置調整方法 - Google Patents

ロボット及びその原点位置調整方法 Download PDF

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吉田　哲也
一 中原
ミン ゼン，
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
Kawasaki Robotics USA Inc
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
Kawasaki Robotics USA Inc
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    • B25J9/1697—Vision controlled systems

Definitions

  • the present invention relates to a robot having a plurality of joints and an origin position adjusting method thereof.
  • an industrial robot includes a robot arm having a plurality of links connected via a joint, an end effector connected to the end of the robot arm via a joint, a base supporting the robot arm, and a robot arm. And a controller that controls the operation of the end effector.
  • the robot as described above has a predetermined origin posture, and the rotation position in the origin posture for each joint is the origin position (ie, 0 deg).
  • the origin position ie, 0 deg.
  • the robot arm or end effector collides with another object or the robot has been used for many years, the axis of the joint is shifted, and the robot does not return to the home position even if each joint is returned to the home position. Sometimes. In such a case, it is necessary to adjust the origin position of each joint.
  • an origin position adjustment method for example, a method using a dedicated jig for origin position adjustment disclosed in Patent Document 1 is known.
  • a robot arm or an end effector is fixed at an origin posture using a jig, and the rotational position of each joint in that state is stored as an origin position.
  • an origin position adjustment method for example, a method using a non-contact sensor disclosed in Patent Document 2 is known.
  • a light source is provided on the base
  • a light receiver is provided on the arm
  • the origin position is set when the light beam emitted from the light source can be detected by the light receiver, and a preset origin position when the robot is in the original position.
  • the position deviation and the amount of displacement of the rotational position of the arm (joint) from the position are calculated, and the origin position of the arm is calibrated based thereon.
  • a jig or a sensor dedicated to the origin position adjustment as described in Patent Documents 1 and 2 is used.
  • the housing must be opened in order to attach and detach jigs and sensors.
  • the robot is contaminated.
  • decontamination after adjusting the origin position is complicated.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a robot that automatically adjusts the origin position without requiring attachment / detachment of a dedicated jig or sensor for origin position adjustment. It is in.
  • the robot includes: A robot arm having a plurality of links connected via joints; An end effector connected to the tip of the robot arm via a wrist joint; The rotational position of the joint and the wrist joint when the end effector and the robot arm are in a predetermined origin posture is set as the origin position, and the entire end effector and the robot arm having the origin posture are included in the imaging range.
  • a deviation of the current posture of the end effector and the robot arm from the original posture is determined, and the presence or absence of a deviation of the original position is determined based on the deviation. I have.
  • a robot arm having a plurality of links connected via a joint, an end effector connected to a distal end of the robot arm via a wrist joint, and a robot when the end effector and the robot arm are in a predetermined origin posture.
  • An imaging device attached to the end effector or the robot arm such that the rotational position of the joint and the wrist joint is the origin position, and the imaging range includes the end effector and the robot arm in the origin posture.
  • a method for adjusting the origin position of a robot Setting the rotational position of the joint and the wrist joint to the origin position; Imaging by the imaging device and acquiring the captured image; By comparing the captured image with the reference posture image representing the end effector and the robot arm of the reference posture, the deviation of the current posture of the end effector and the robot arm from the reference posture is obtained. as well as, Judging the presence or absence of an origin position deviation based on the deviation.
  • the deviation of the current posture of the end effector and the robot arm from the origin posture is obtained by using the image captured by the imaging device mounted on the robot. Therefore, when adjusting the origin position, there is no need to attach / detach a dedicated jig or sensor, and it is not necessary for the operator to contact the robot. Therefore, even in the robot installed in the sealed space, the origin position adjustment (confirmation of the origin position) can be performed at an arbitrary timing. In addition, the origin position can be automatically adjusted without the intervention of the operator.
  • the origin position can be automatically adjusted without the need to attach / detach a dedicated jig or a sensor for the origin position adjustment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a robot according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control system of the robot shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a joint driving device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the origin posture reference image.
  • FIG. 5 is a flowchart of the origin position adjustment processing.
  • the present invention is described as applied to a substrate transport robot that transports a substrate in a clean space.
  • the robot to which the present invention is applied is not limited to this, and can be widely applied to a robot including a robot arm having at least one joint, including a horizontal articulated robot and a vertical articulated robot.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the robot 7 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control system of the robot 7 shown in FIG.
  • the robot 7 includes a robot arm (hereinafter simply referred to as “arm 71”) and a substrate holding hand (hereinafter simply referred to as “hand”) as an end effector connected to the wrist of the arm 71. 72 ”), a base 73 that supports the arm 71, the imaging device 9 attached to the arm 71 or the hand 72, and the controller 8.
  • the arm 71 has a plurality of links 70, 75, 76 connected via the joints J1, J2.
  • the plurality of links include a lifting link 70 supported on a base 73 so as to be able to move up and down, and at least one horizontal link 75, 76.
  • the base end of the first link 75 is connected to the upper end of the lifting link 70 via the first joint J1
  • the base end of the second link 76 is connected to the distal end of the first link 75. They are connected via a joint J2.
  • the proximal end of the hand 72 is connected to the distal end of the second link 76 via a wrist joint J3.
  • the first joint J1, the second joint J2, and the wrist joint J3 are joints that connect the two elements rotatably about a vertical axis.
  • the hand 72 includes a hand base 51 connected to the tip of the arm 71 and a blade 52 connected to the hand base 51.
  • the blade 52 is provided with a holding device (not shown) for holding the substrate 6. This holding device may be adapted to prevent the substrate 6 placed on the blade 52 from falling off the blade 52 by fitting, adsorbing, holding, or otherwise.
  • a first joint driving device 61 for driving the first joint J1 and a second joint driving device 62 for driving the second joint J2 are provided in the first link 75.
  • a wrist joint driving device 63 that drives the wrist joint J3 is provided in the second link 76.
  • the driving devices 61 to 63 of the joints J1 to J3 have substantially the same structure. That is, as shown in FIG. 3, the driving devices 61 to 63 for the joints J1 to J3 include servo motors M1 to M3 that perform angular displacement according to a signal given from the controller 8, and servo motors M1 to M3 that include deceleration devices R1 to R3.
  • Power transmission mechanisms T1 to T3 for transmitting the power of the servomotors M to the links 75 and 76 (or the hand 72), and position detectors E1 to E3 for detecting angular displacements of the servo motors M1 to M3.
  • a driving device 62 is shown as a representative of the driving devices 61 to 63.
  • the numbers attached to M, R, T, and E in FIG. At 63, the configuration of each of the driving devices 61 to 63 is shown by replacing the number attached to M, R, T, E in FIG.
  • an elevating drive device 60 that drives the elevating link 70 up and down.
  • the lifting drive device 60 includes, for example, a servomotor M0 that angularly displaces in accordance with a signal given from the controller 8, a power transmission mechanism T0 that includes a speed reduction device R0, converts the power of the servomotor into a linear force, and transmits the power to the lifting link 70. And a position detector E0 for detecting an angular displacement of the servo motor M0.
  • the imaging device 9 includes a camera 91 and an irradiation device 92 that irradiates light to an imaging range of the camera 91.
  • the imaging device 9 is attached to the arm 71 or the hand 72 so that the imaging range includes the whole of the arm 71 and the hand 72 in the origin posture described later.
  • the imaging device 9 is attached to the hand 72 via a stay so as not to interfere with the arm 71 and the substrate 6 to be held, but the imaging device 9 may be attached to the arm 71.
  • the imaging device 9 is supported by a movable stay that displaces the imaging device 9 to a position where the imaging range includes the entire arm 71 and the hand 72 in the origin posture when adjusting the origin position described below. May be.
  • the controller 8 controls operations of the arm 71, the hand 72, and the imaging device 9.
  • the controller 8 includes a robot control unit 81 and an origin position adjustment unit 82.
  • the controller 8 is a so-called computer and includes, for example, a processor 8a such as a microcontroller, CPU, MPU, PLC, DSP, ASIC, or FPGA, and a memory 8b such as a ROM or a RAM.
  • the memory 8b stores programs executed by the processor 8a including the origin position adjustment program 80.
  • the memory 8b stores data used for processing performed by the processor 8a.
  • the processor 8a reads and executes the program stored in the memory 8b, so that processing for functioning as the robot control unit 81 and the origin position adjusting unit 82 is performed.
  • the controller 8 may execute each process by centralized control by a single computer, or may execute each process by distributed control in cooperation with a plurality of computers.
  • the robot control unit 81 of the controller 8 controls the operation of the robot 7. More specifically, the robot controller 81 is electrically connected to the lifting drive device 60, the first joint drive device 61, the second joint drive device 62, and the first wrist joint drive device 63.
  • the robot controller 81 acquires the rotational positions of the servo motors M0 to M3 from the position detectors E0 to E3 included in these driving devices 60 to 63, and poses (position and posture) of the hand 72 corresponding to those rotational positions. ) Is calculated based on the stored teaching point data. Further, the robot control unit 81 outputs a control command to the servo amplifier so that the hand 72 has the target pose.
  • the servo amplifier supplies the driving power to each of the servo motors M0 to M3 based on the control command, so that the hand 72 moves to the target pose.
  • the origin position adjustment unit 82 of the controller 8 adjusts the origin position of the robot 7.
  • the robot 7 has a predetermined origin posture.
  • FIG. 4 is an origin posture reference image 95 obtained by imaging the arm 71 and the hand 72 of the robot 7 in the origin posture with the imaging device 9. In FIG. 4, a stay for supporting the imaging device 9 is omitted.
  • the original positions of the arm 71 and the hand 72 of the robot 7 are (i) a predetermined horizontal origin reference line L defined on the base 73 and the longitudinal direction of the first link 75.
  • the direction, the longitudinal direction of the second link 76, and the longitudinal direction of the hand 72 are parallel, (ii) the first link 75, the second link 76, and the hand 72 overlap in plan view, and (iii) This is a posture in which the rotation axis of one joint J1 and the rotation axis of the third joint J3 are arranged on the same straight line.
  • the origin reference line L may be marked on the base 73 or the floor on which the base 73 is installed. However, the origin posture of the robot 7 may be arbitrarily determined.
  • the controller 8 causes the imaging device 9 to arm the arm.
  • the image of the hand 71 and the hand 72 is taken and stored as an origin posture reference image 95.
  • the origin posture reference image 95 may be a pseudo image of an image obtained by imaging the arm 71 and the hand 72 in the origin posture with the imaging device 9.
  • the origin posture reference image 95 is not limited to an image obtained by imaging with the imaging device 9, but may be an image created by imitating the image, an image representing the position of a feature point (for example, an outline), or the like. You may.
  • the controller 8 determines the rotational positions of the joints J1 to J3. It acquires from the detectors E1 to E3 and stores them as origin positions (initial origin positions) for the joints J1 to J3.
  • the arm 71 and the hand 72 of the robot 7 are adjusted to have the origin posture, but the arm 71 and the hand 72 may collide with an object.
  • the joints J1 to J3 are continuously used for a long period of time, the joints J1 to J3 may be misaligned, and the arm 71 and the hand 72 may not be in the original positions even if the joints J1 to J3 are set to the original positions.
  • the origin position adjusting unit 82 detects such an origin position shift, and adjusts the origin position according to the degree of the origin position shift.
  • the method of adjusting the origin position will be described with reference to FIG.
  • the origin position adjustment process includes a process relating to detection of the origin position deviation, and a process of adjusting the origin position such that the origin position deviation is eliminated when the origin position deviation is detected.
  • the controller 8 that has started the origin position adjustment processing first operates the driving devices 61 to 63 so that the rotational positions of the joints J1 to J3 become the origin positions (step S1).
  • the controller 8 causes the image capturing device 9 to capture an image (step S2).
  • the imaging range of the imaging device 9 includes the arm 71 and the hand 72 in the current posture.
  • the controller 8 acquires the captured image from the imaging device 9 (step S3), and by image processing, the arm 71 and the hand 72 included in the origin attitude reference image 95 of the current attitude of the arm 71 and the hand 72 included in the captured image. Is determined from the original posture (step S4).
  • the controller 8 compares the captured image with the origin posture reference image 95 by a known image processing method, extracts a difference between them, and based on the extracted difference, deviates the current posture from the origin posture.
  • the controller 8 extracts the profiles of the links 75 and 76 and the hand 72 included in the captured image by image processing, specifies the longitudinal directions of the links 75 and 76 and the hand 72 in the captured image, and The inclination from the origin reference line L in the captured image may be determined as the deviation of the current posture from the origin posture. The deviation of the current posture from the origin posture may be obtained for each link and each hand.
  • the controller 8 compares the obtained deviation with a threshold value stored in advance. If the deviation exceeds the threshold value (YES in step S5), the controller 8 determines that there is an "origin position deviation”. (NO in step S5), it is determined that there is no “origin position shift”, and the process is terminated.
  • Step S5 When the “origin position shift” is detected (YES in step S5), a process of adjusting the origin position is subsequently performed.
  • the controller 8 changes the attitude of the arm 71 and the hand 72 by operating the driving devices 61 to 63 based on the obtained deviation so as to eliminate the deviation (Step S6).
  • the controller 8 causes the imaging device 9 to take an image (Step S7).
  • the imaging range of the imaging device 9 includes the arm 71 and the hand 72 in the new current posture.
  • the controller 8 acquires the captured image (step S8), and by image processing, the origin of the arm 71 and the hand 72 included in the origin attitude reference image 95 of the new current attitude of the arm 71 and the hand 72 included in the captured image.
  • a deviation from the posture is determined (step S9).
  • the method of calculating the deviation may be the same as the method of calculating the deviation of the current posture from the original posture.
  • the controller 8 repeats steps S6 to S9 until the deviation of the new current posture from the original posture becomes substantially zero (YES in step S10). It should be noted that substantially zero may include zero and a sufficiently small value.
  • the controller 8 acquires the rotational positions of the joints J1 to J3 at that time from the position detectors E1 to E3 ( (Step S11), these are stored as new origin positions (Step S12), and the process ends.
  • the robot 7 of the present embodiment includes the robot arm 71 having the plurality of links 70, 75, and 76 connected via the joints J1 and J2, and the wrist joint J3 at the distal end of the robot arm 71.
  • An end effector 72 connected to the end effector 72, an imaging device 9 attached to the end effector 72 or the robot arm 71, and a controller 8 for controlling operations of the robot arm 71 and the imaging device 9 are provided.
  • the rotational positions of the joints J1 and J2 and the wrist joint J3 when the end effector 72 and the robot arm 71 are in the predetermined origin posture are defined as the origin positions.
  • the imaging device 9 is attached to the end effector 72 or the robot arm 71 so that the imaging range includes the entire end effector 72 and the robot arm 71 in the original posture.
  • the controller 8 includes a memory 8b storing an origin position adjustment program 80 and an origin posture reference image 95, and a processor 8a for executing the origin position adjustment program 80.
  • the processor 8a causes the rotation positions of the joints J1 and J2 and the wrist joint J3 to be the origin position, causes the imaging device 9 to take an image, and obtains the captured image.
  • the deviation of the current posture of the end effector 72 and the robot arm 71 from the original posture is determined, and the presence or absence of the origin position deviation is determined based on the deviation.
  • the controller 8 sets the rotational positions of the joints J1 and J2 and the wrist joint J3 as the origin position, causes the imaging device 9 to take an image and obtains the taken image, and controls the end effector 72 and the robot arm 71 in the origin posture.
  • the controller 8 compares the expressed origin posture reference image 95 with the captured image, a deviation of the current posture of the end effector 72 and the robot arm 71 from the origin posture is determined, and based on the deviation, it is determined whether or not there is a deviation in the origin position.
  • the method of adjusting the origin position of the robot 7 includes setting the rotational positions of the joints J1 and J2 and the wrist joint J3 to the origin position, capturing an image with the imaging device 9 and acquiring the captured image,
  • the deviation of the current posture of the end effector 72 and the robot arm 71 from the origin posture is determined by comparing the photographed image with the origin posture reference image 95 representing the end effector 72 and the robot arm 71 in posture. Judge the presence or absence of the origin position deviation based on the
  • the robot 7 uses the image captured by the imaging device 9 mounted on the robot 7 to set the original attitude of the current attitude (that is, the original attitude) of the end effector 72 and the robot arm 71. Find the deviation from. Therefore, when adjusting the origin position, the robot 7 does not need to attach / detach a dedicated jig or a sensor, and there is no need for an operator to contact the robot 7. Therefore, even in the robot 7 installed in a sealed space, such as a substrate transfer robot, the origin position adjustment (more specifically, the confirmation of the origin position) is performed at an arbitrary timing without being limited to the time of maintenance. Can be. Further, the origin position can be automatically confirmed without the intervention of the operator.
  • the origin position adjustment program 80 in the robot 7 includes the end effector 72 and the robot arm so that the deviation is eliminated when the processor 8a determines that the origin position is shifted.
  • the attitude of 71 By changing the attitude of 71, causing the image capturing apparatus 9 to capture the image, acquiring the captured image, and comparing the captured image with the origin attitude reference image 95, the deviation of the new current attitude from the origin attitude is determined. It may be configured to repeat until the deviation becomes substantially zero, and store the rotational positions of the joints J1 and J2 and the wrist joint J3 when the deviation becomes substantially zero as a new origin position.
  • the controller 8 of the robot 7 determines that there is a deviation in the origin position
  • the controller 8 changes the postures of the end effector 72 and the robot arm 71 so that the deviation is eliminated, and causes the imaging device 9 to take an image.
  • Obtaining an image and comparing the captured image with the origin posture reference image 95 to obtain a deviation from the origin posture of the new current posture are repeated until the deviation becomes substantially zero, and the deviation is substantially reduced.
  • the rotational positions of the joints J1 and J2 and the wrist joint J3 when they become zero may be stored as new origin positions.
  • the origin position adjustment method of the robot determines that there is an origin position deviation
  • the posture of the end effector 72 and the robot arm 71 is changed so that the deviation is eliminated, and the imaging device 9 is caused to take an image.
  • Obtaining the deviation from the origin posture of the new current posture by comparing the photographed image with the origin posture reference image 95 until the deviation becomes substantially zero; And storing the rotational positions of the joints J1, J2 and the wrist joint J3 when the deviation becomes substantially zero as a new origin position.
  • the robot 7 uses the image captured by the imaging device 9 mounted on the robot 7 to joint the end effector 72 and the robot arm 71 so that the current attitude matches the original attitude.
  • a new origin position that is, an adjusted origin position
  • the robot 7 does not need to attach / detach a dedicated jig or a sensor when adjusting the origin position, and does not require the operator to contact the robot. Therefore, even with the robot 7 installed in a sealed space like a substrate transfer robot, for example, the origin position can be adjusted at an arbitrary timing without being limited to maintenance. Further, the origin position can be automatically adjusted without the intervention of the operator.

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Abstract

ロボットは、関節を介して連接された複数のリンクを有するロボットアームと、ロボットアームの先端に手首関節を介して連結されたエンドエフェクタと、撮像範囲に原点姿勢のエンドエフェクタ及びロボットアームの全体が含まれるようにエンドエフェクタ又はロボットアームに取り付けられた撮像装置と、ロボットアーム及び撮像装置の動作を制御するコントローラと、を備える。コントローラは、関節及び手首関節の回転位置を原点位置とさせ、撮像装置に撮像させてその撮像画像を取得し、原点姿勢基準画像と撮像画像とを比較することにより、エンドエフェクタ及びロボットアームの現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求め、当該偏差に基づいて原点位置ズレの有無を判断する。

Description

ロボット及びその原点位置調整方法
　本発明は、複数の関節を有するロボット及びその原点位置調整方法に関する。
　一般に、産業用ロボットは、関節を介して連接された複数のリンクを有するロボットアームと、ロボットアームの先端に関節を介して連結されたエンドエフェクタと、ロボットアームを支持する基台と、ロボットアーム及びエンドエフェクタの動作を司るコントローラとを備える。
　上記のようなロボットは所定の原点姿勢を有し、各関節について原点姿勢における回転位置が原点位置（即ち、０deg）とされる。ところが、ロボットアームやエンドエフェクタが他の物体と衝突したり、ロボットが長年使用されたりするうちに、関節の軸ずれが生じて、各関節を原点位置に復帰させてもロボットが原点姿勢とならないことがある。このような場合には、各関節の原点位置を調整する必要がある。
　原点位置調整方法の一例として、例えば、特許文献１に開示される原点位置調整に専用の治具を用いる方法が知られている。この方法は、治具を用いてロボットアームやエンドエフェクタを原点姿勢に固定し、その状態の各関節の回転位置を原点位置として記憶するものである。
　また、原点位置調整方法の一例として、例えば、特許文献２に開示される非接触式センサを使う方法が知られている。この方法は、基台に光源を設け、アームに受光器を設け、光源から照射された光束を受光器で検出できるときを原点姿勢とし、ロボットが原点姿勢にあるときの予め設定された原点位置からのアーム（関節）の回転位置の位置ズレ及び位置ずれ量を算出し、それに基づいてアームの原点位置を較正するものである。
特開平８－１５５８６６号公報 特開平８－９０４６４号公報
　例えば基板搬送ロボットのように、封止された筐体内で作業するロボットを原点位置調整する際に、上記特許文献１，２に記載されているように原点位置調整に専用の治具やセンサを用いるものにおいては、治具やセンサの着脱を行うために筐体を開放しなくてはならない。また、治具やセンサの着脱のために作業者がロボットに接触すると、そこが汚染される。とりわけ、基板搬送ロボットや医療作業ロボットなどのように汚染を回避すべきロボットにおいては、原点位置調整後の除染が煩雑となる。
　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、原点位置調整に専用の治具やセンサの着脱を要さずに、自動的に原点位置の調整を行うロボットを提供することにある。
　本発明の一態様に係るロボットは、
関節を介して連接された複数のリンクを有するロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に手首関節を介して連結されたエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームが所定の原点姿勢にあるときの前記関節及び前記手首関節の回転位置を原点位置とし、撮像範囲に前記原点姿勢の前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームの全体が含まれるように前記エンドエフェクタ又は前記ロボットアームに取り付けられた撮像装置と、
前記ロボットアーム及び前記撮像装置の動作を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記関節及び前記手首関節の回転位置を前記原点位置とさせ、前記撮像装置に撮像させてその撮像画像を取得し、前記原点姿勢の前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームを表した原点姿勢基準画像と前記撮像画像とを比較することにより、前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームの現在姿勢の前記原点姿勢からの偏差を求め、当該偏差に基づいて原点位置ズレの有無を判断することを特徴としている。
　また、本発明の一態様に係るロボットの原点位置調整方法は、
関節を介して連接された複数のリンクを有するロボットアームと、前記ロボットアームの先端に手首関節を介して連結されたエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームが所定の原点姿勢にあるときの前記関節及び前記手首関節の回転位置を原点位置とし、撮像範囲に前記原点姿勢の前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームが含まれるように前記エンドエフェクタ又は前記ロボットアームに取り付けられた撮像装置とを備えたロボットの原点位置調整方法であって、
前記関節及び前記手首関節の回転位置を前記原点位置にすること、
前記撮像装置で撮像し、その撮像画像を取得すること、
前記原点姿勢の前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームを表した原点姿勢基準画像と前記撮像画像とを比較することにより、前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームの現在姿勢の前記原点姿勢からの偏差を求めること、及び、
前記偏差に基づいて原点位置ズレの有無を判断すること、を含むことを特徴としている。
　上記ロボット及びその原点位置調整方法では、自身に搭載された撮像装置の撮像画像を利用してエンドエフェクタ及びロボットアームの現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求める。そのため、原点位置調整に際し、専用の治具やセンサの着脱を要さず、作業者がロボットに接触する必要がない。よって、封止された空間に設置されたロボットにおいても、任意のタイミングで原点位置調整（原点位置の確認）を行うことができる。また、作業者の手を介さずに、自動的に原点位置の調整を行うことができる。
　本発明によれば、ロボットにおいて、原点位置調整に専用の治具やセンサの着脱を要さずに、自動的に原点位置の調整を行うことができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るロボットの概略構成を示す図である。 図２は、図１に示すロボットの制御系統の構成を示す図である。 図３は、関節の駆動装置の構成を示す図である。 図４は、原点姿勢基準画像の一例を示す図である。 図５は、原点位置調整処理のフローチャートである。
　以下に本発明の実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。ここでは、本発明を清浄な空間で基板を搬送する基板搬送ロボットに適用して説明する。但し、本発明が適用されるロボットはこれに限定されず、水平多関節型ロボット及び垂直多関節型ロボットを含む、少なくとも１つの関節を有するロボットアームを備えるロボットに広く適用することができる。
〔ロボット７の構成〕
　先ず、本実施形態に係るロボット７の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るロボット７の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示すロボット７の制御系統の構成を示す図である。
　図１及び図２に示すように、ロボット７は、ロボットアーム（以下、単に「アーム７１」という）と、アーム７１の手首部に連結されたエンドエフェクタとしての基板保持ハンド（以下、単に「ハンド７２」という）と、アーム７１を支持する基台７３と、アーム７１又はハンド７２に取り付けられた撮像装置９と、コントローラ８とを備える。
　アーム７１は、関節Ｊ１，Ｊ２を介して連接された複数のリンク７０，７５，７６を有する。複数のリンクは、基台７３に昇降可能に支持された昇降リンク７０と、少なくとも１本の水平なリンク７５，７６とを含む。本実施形態に係るアーム７１では、昇降リンク７０の上端に第１リンク７５の基端が第１関節Ｊ１を介して連結され、第１リンク７５の先端に第２リンク７６の基端が第２関節Ｊ２を介して連結されている。第２リンク７６の先端には、ハンド７２の基端が手首関節Ｊ３を介して連結されている。第１関節Ｊ１、第２関節Ｊ２、及び手首関節Ｊ３は、２つの要素を垂直な軸線回りに回動可能に連接する関節である。
　ハンド７２は、アーム７１の先端と連結されたハンド基部５１と、ハンド基部５１と結合されたブレード５２とを備える。ブレード５２には、基板６を保持するための保持装置（図示略）が設けられている。この保持装置は、ブレード５２に載置された基板６を嵌合、吸着、挟持、又は他の態様でブレード５２から落脱しないようにするものであってよい。
　第１リンク７５内には、第１関節Ｊ１を駆動する第１関節駆動装置６１、及び、第２関節Ｊ２を駆動する第２関節駆動装置６２が設けられている。第２リンク７６内には手首関節Ｊ３を駆動する手首関節駆動装置６３が設けられている。各関節Ｊ１～Ｊ３の駆動装置６１～６３は、実質的に同じ構造を有している。即ち、図３に示すように、関節Ｊ１～Ｊ３の駆動装置６１～６３は、コントローラ８から与えられる信号に従って角変位するサーボモータＭ１～Ｍ３と、減速装置Ｒ１～Ｒ３を含みサーボモータＭ１～Ｍ３の動力をリンク７５，７６（又はハンド７２）に伝達する動力伝達機構Ｔ１～Ｔ３と、サーボモータＭ１～Ｍ３の角変位を検出する位置検出器Ｅ１～Ｅ３とを含む。なお、図３では、駆動装置６１～６３を代表して駆動装置６２が示されており、駆動装置６１では図３中のＭ，Ｒ，Ｔ，Ｅに附帯する数字を１に読み替え、駆動装置６３では図３中のＭ，Ｒ，Ｔ，Ｅに附帯する数字を３に読み替えることにより、各駆動装置６１～６３の構成が示される。
　また、基台７３内には、昇降リンク７０を昇降駆動する昇降駆動装置６０が設けられている。昇降駆動装置６０は、例えば、コントローラ８から与えられる信号に従って角変位するサーボモータＭ０と、減速装置Ｒ０を含みサーボモータの動力を直進力に変換して昇降リンク７０へ伝達する動力伝達機構Ｔ０と、サーボモータＭ０の角変位を検出する位置検出器Ｅ０とを含む。
　撮像装置９は、カメラ９１と、カメラ９１の撮像範囲に光を照射する照射装置９２とを含む。撮像装置９は、その撮像範囲に、後述する原点姿勢のアーム７１及びハンド７２の全体が含まれるように、アーム７１又はハンド７２に取り付けられている。本実施形態では、アーム７１や保持される基板６などと干渉しないように、撮像装置９はハンド７２にステーを介して取り付けられているが、撮像装置９はアーム７１に取り付けられていてもよい。また、撮像装置９は、後述する原点位置調整の際に、撮像範囲に原点姿勢のアーム７１及びハンド７２の全体が含まれるような位置へ撮像装置９を変位させるような可動式ステーに支持されていてもよい。
　コントローラ８は、アーム７１、ハンド７２、及び撮像装置９の動作を制御する。コントローラ８は、ロボット制御部８１、及び原点位置調整部８２を含む。コントローラ８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等のプロセッサ８ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ８ｂとを有する。メモリ８ｂには、原点位置調整プログラム８０を含むプロセッサ８ａが実行するプログラムが記憶されている。また、メモリ８ｂには、プロセッサ８ａが行う処理に使用されるデータなどが格納されている。コントローラ８では、メモリ８ｂに記憶されたプログラムをプロセッサ８ａが読み出して実行することにより、ロボット制御部８１、原点位置調整部８２として機能するための処理が行われる。なお、コントローラ８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８のロボット制御部８１は、ロボット７の動作を制御する。より詳細には、ロボット制御部８１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、及び、第１手首関節駆動装置６３と電気的に接続されている。ロボット制御部８１は、これらの駆動装置６０～６３に含まれる位置検出器Ｅ０～Ｅ３からサーボモータＭ０～Ｍ３の回転位置を取得し、それらの回転位置と対応するハンド７２のポーズ（位置及び姿勢）と記憶された教示点データとに基づいて、目標ポーズを演算する。更に、ロボット制御部８１は、ハンド７２が目標ポーズとなるようにサーボアンプへ制御指令を出力する。サーボアンプは、制御指令に基づいて各サーボモータＭ０～Ｍ３に対して駆動電力を供給することにより、ハンド７２が目標ポーズへ移動する。
　コントローラ８の原点位置調整部８２は、ロボット７の原点位置を調整する。ロボット７は、所定の原点姿勢を有する。図４は、原点姿勢のロボット７のアーム７１及びハンド７２を撮像装置９で撮像して得た原点姿勢基準画像９５である。なお、図４では撮像装置９を支持するステーは省略されている。図４に示すように、本実施形態において、ロボット７のアーム７１及びハンド７２の原点姿勢は、（ｉ）基台７３に規定された所定の水平な原点基準線Ｌと第１リンク７５の長手方向と第２リンク７６の長手方向とハンド７２の長手方向とが平行であり、（ii）第１リンク７５と第２リンク７６とハンド７２とが平面視で重複し、且つ、（iii）第１関節Ｊ１の回転軸線と第３関節Ｊ３の回転軸線とが同一直線上に配置される姿勢である。原点基準線Ｌは、基台７３や基台７３が設置された床にマークされていてよい。但し、ロボット７の原点姿勢は任意に定められてよい。
　例えば工場出荷時のように各関節Ｊ１～Ｊ３に軸ずれや疲労等が生じていない状態で、ロボット７のアーム７１及びハンド７２が原点姿勢にあるときに、コントローラ８は、撮像装置９にアーム７１及びハンド７２を撮像させ、それを原点姿勢基準画像９５として記憶する。なお、原点姿勢基準画像９５は、原点姿勢のアーム７１及びハンド７２を撮像装置９で撮像して得た画像を擬似的に表したものであってもよい。つまり、原点姿勢基準画像９５は、撮像装置９で撮像して得た画像に限定されず、それを模して作成された画像や、特徴点（例えば輪郭など）の位置を表す画像などであってもよい。
　また、各関節Ｊ１～Ｊ３に軸ずれや疲労等が生じていない状態で、ロボット７のアーム７１及びハンド７２が原点姿勢にあるときに、コントローラ８は、各関節J１～Ｊ３の回転位置を位置検出器Ｅ１～Ｅ３から取得し、それらを各関節Ｊ１～Ｊ３についての原点位置（初期原点位置）として記憶する。
　前述の通り、各関節J１～Ｊ３が原点位置にあるときに、ロボット７のアーム７１及びハンド７２が原点姿勢となるように調整されているが、アーム７１やハンド７２が物体と衝突したり、長期間にわたって継続使用したりすることで関節Ｊ１～Ｊ３に軸ずれが発生し、各関節Ｊ１～Ｊ３を原点位置としてもアーム７１及びハンド７２が原点姿勢とならないことがある。原点位置調整部８２は、このような原点位置ズレを検出し、原点位置ズレの程度に応じて原点位置を調整する。以下、図５を参照しながら、原点位置調整方法を説明する。
〔原点位置調整方法〕
　原点位置調整処理は、原点位置ズレの検出に係る処理と、原点位置ズレが検出された場合に原点位置ズレが解消されるように原点位置を調整する処理とを含む。図５に示すように、原点位置調整処理を開始したコントローラ８は、先ず、関節J１～Ｊ３の回転位置が原点位置となるように各駆動装置６１～６３を動作させる（ステップＳ１）。次に、コントローラ８は、撮像装置９に撮像させる（ステップＳ２）。撮像装置９の撮像範囲には、現在姿勢のアーム７１及びハンド７２が含まれる。
　コントローラ８は、撮像装置９から撮像画像を取得し（ステップＳ３）、画像処理によって、撮像画像に含まれるアーム７１及びハンド７２の現在姿勢の、原点姿勢基準画像９５に含まれるアーム７１及びハンド７２の原点姿勢からの偏差を求める（ステップＳ４）。ここで、例えば、コントローラ８は、公知の画像処理方法によって、撮像画像と原点姿勢基準画像９５とを比較してそれらの差分を抽出し、抽出した差分に基づいて現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求めてよい。また、例えば、コントローラ８は、画像処理によって、撮像画像に含まれるリンク７５，７６及びハンド７２のプロファイルを抽出し、撮像画像中のリンク７５，７６及びハンド７２の長手方向を特定し、それらの撮像画像中の原点基準線Ｌからの傾きを現在姿勢の原点姿勢からの偏差としてもよい。なお、現在姿勢の原点姿勢からの偏差は、各リンク及びハンドの各々について求められてよい。
　コントローラ８は、求めた偏差と予め記憶された閾値とを比較し、偏差が閾値を超える場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、「原点位置ズレ」が有ると判断し、偏差が閾値以下の場合には（ステップＳ５でＮＯ）、「原点位置ズレ」が無いと判断して処理を終了する。
　「原点位置ズレ」が検出された場合に（ステップＳ５でＹＥＳ）、続いて原点位置を調整する処理が行われる。コントローラ８は、求めた偏差に基づいて、その偏差が解消されるように駆動装置６１～６３を動作させることにより、アーム７１及びハンド７２の姿勢を変化させる（ステップＳ６）。コントローラ８は、撮像装置９に撮像させる（ステップＳ７）。撮像装置９の撮像範囲には、新たな現在姿勢のアーム７１及びハンド７２が含まれる。
　コントローラ８は、撮像画像を取得し（ステップＳ８）、画像処理によって、撮像画像に含まれるアーム７１及びハンド７２の新たな現在姿勢の、原点姿勢基準画像９５に含まれるアーム７１及びハンド７２の原点姿勢からの偏差を求める（ステップＳ９）。偏差の求め方は、前述の現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求める方法と同様であってよい。
　コントローラ８は、新たな現在姿勢の原点姿勢からの偏差が実質的にゼロとなるまで（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ステップＳ６～Ｓ９を繰り返す。なお、実質的にゼロには、ゼロと十分に小さな値とが含まれてよい。
　コントローラ８は、新たな現在姿勢の原点姿勢からの偏差が実質的にゼロとなれば（ステップＳ１０でＹＥＳ）、そのときの関節J１～Ｊ３の回転位置を位置検出器Ｅ１～Ｅ３から取得し（ステップＳ１１）、それらを新たな原点位置として記憶する（ステップＳ１２）、処理を終了する。
　以上に説明したように、本実施形態のロボット７は、関節Ｊ１，Ｊ２を介して連接された複数のリンク７０，７５，７６を有するロボットアーム７１と、ロボットアーム７１の先端に手首関節Ｊ３を介して連結されたエンドエフェクタ７２と、エンドエフェクタ７２又はロボットアーム７１に取り付けられた撮像装置９と、ロボットアーム７１及び撮像装置９の動作を制御するコントローラ８とを備える。エンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１が所定の原点姿勢にあるときの関節Ｊ１，Ｊ２及び手首関節Ｊ３の回転位置を原点位置とする。撮像装置９は、撮像範囲に原点姿勢のエンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１の全体が含まれるように、エンドエフェクタ７２又はロボットアーム７１に取り付けられている。
　上記コントローラ８は、原点位置調整プログラム８０及び原点姿勢基準画像９５を記憶したメモリ８ｂと、原点位置調整プログラム８０を実行するプロセッサ８ａとを備える。原点位置調整プログラムは、プロセッサ８ａが、関節Ｊ１，Ｊ２及び手首関節Ｊ３の回転位置を原点位置とさせ、撮像装置９に撮像させてその撮像画像を取得し、原点姿勢基準画像９５と撮像画像とを比較することにより、エンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１の現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求め、当該偏差に基づいて原点位置ズレの有無を判断するように構成されている。
　つまり、上記のコントローラ８は、関節Ｊ１，Ｊ２及び手首関節Ｊ３の回転位置を原点位置とさせ、撮像装置９に撮像させてその撮像画像を取得し、原点姿勢のエンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１を表した原点姿勢基準画像９５と撮像画像とを比較することにより、エンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１の現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求め、当該偏差に基づいて原点位置ズレの有無を判断する。
　また、本実施形態に係るロボット７の原点位置調整方法は、関節Ｊ１，Ｊ２及び手首関節Ｊ３の回転位置を原点位置にすること、撮像装置９で撮像し、その撮像画像を取得すること、原点姿勢のエンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１を表した原点姿勢基準画像９５と撮像画像とを比較することにより、エンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１の現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求めること、及び、偏差に基づいて原点位置ズレの有無を判断すること、を含む。
　上記ロボット７及びその原点位置調整方法によれば、ロボット７は自身に搭載された撮像装置９の撮像画像を利用してエンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１の現在姿勢（即ち、原点姿勢）の原点姿勢からの偏差を求める。そのため、原点位置調整に際し、ロボット７は専用の治具やセンサの着脱を要さず、作業者がロボット７に接触する必要がない。よって、例えば基板搬送ロボットのように、封止された空間に設置されたロボット７においても、メンテナンス時に限定されず任意のタイミングで原点位置調整（より詳細には、原点位置の確認）を行うことができる。更に、作業者の手を介さずに、自動的に原点位置の確認を行うことができる。
　また、本実施形態に示されるように、上記ロボット７において原点位置調整プログラム８０は、プロセッサ８ａが、原点位置ズレが有ると判断した場合に、偏差が解消されるようにエンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１の姿勢を変化させ、撮像装置９に撮像させてその撮像画像を取得し、撮像画像を原点姿勢基準画像９５と比較することにより、新たな現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求めることを、当該偏差が実質的にゼロになるまで繰り返し、偏差が実質的にゼロになったときの関節Ｊ１，Ｊ２及び手首関節Ｊ３の回転位置を新たな原点位置として記憶するように構成されていてよい。
　つまり、上記ロボット７においてコントローラ８は、原点位置ズレが有ると判断した場合に、偏差が解消されるようにエンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１の姿勢を変化させ、撮像装置９に撮像させてその撮像画像を取得し、撮像画像を原点姿勢基準画像９５と比較することにより、新たな現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求めることを、当該偏差が実質的にゼロになるまで繰り返し、偏差が実質的にゼロになったときの関節Ｊ１，Ｊ２及び手首関節Ｊ３の回転位置を新たな原点位置として記憶してよい。
　同様に、上記ロボットの原点位置調整方法が、原点位置ズレが有ると判断された場合に、偏差が解消されるようにエンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１の姿勢を変化させ、撮像装置９に撮像させてその撮像画像を取得し、撮像画像を原点姿勢基準画像９５と比較することにより、新たな現在姿勢の原点姿勢からの偏差を求めることを、当該偏差が実質的にゼロになるまで繰り返すこと、及び、偏差が実質的にゼロになったときの関節Ｊ１，Ｊ２及び手首関節Ｊ３の回転位置を新たな原点位置として記憶すること、を更に含んでいてよい。
　上記ロボット７及びその原点位置調整方法によれば、ロボット７は自身に搭載された撮像装置９の撮像画像を利用してエンドエフェクタ７２及びロボットアーム７１の現在姿勢が原点姿勢と一致するように関節Ｊ１，Ｊ２及び手首関節Ｊ３を動作させ、新たな原点位置（即ち、調整された原点位置）を得る。このように、原点位置調整に際し、ロボット７は専用の治具やセンサの着脱を要さず、作業者がロボットに接触する必要がない。よって、例えば基板搬送ロボットのように、封止された空間に設置されたロボット７においても、メンテナンス時に限定されず任意のタイミングで原点位置調整を行うことができる。更に、作業者の手を介さずに、自動的に原点位置の調整を行うことができる。
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。
６　　　：基板
７　　　：ロボット
８　　　：コントローラ
８ａ　　：プロセッサ
８ｂ　　：メモリ
９　　　：撮像装置
５１　　：ハンド基部
５２　　：ブレード
６０～６３　：駆動装置
７０，７５，７６　：リンク
７１　　：ロボットアーム
７２　　：ハンド（エンドエフェクタの一例）
７３　　：基台
８０　　：原点位置調整プログラム
８１　　：ロボット制御部
８２　　：原点位置調整部
９１　　：カメラ
９２　　：照射装置
Ｅ０～Ｅ３　：位置検出器
J１～Ｊ３　：関節
Ｌ　　　：原点基準線
Ｍ０～Ｍ３　：サーボモータ
Ｒ０～Ｒ３　：減速装置
Ｔ０～Ｔ３　：動力伝達機構

Claims (4)

  1. 　関節を介して連接された複数のリンクを有するロボットアームと、
    　前記ロボットアームの先端に手首関節を介して連結されたエンドエフェクタと、
    　前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームが所定の原点姿勢にあるときの前記関節及び前記手首関節の回転位置を原点位置とし、撮像範囲に前記原点姿勢の前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームの全体が含まれるように前記エンドエフェクタ又は前記ロボットアームに取り付けられた撮像装置と、
    　前記ロボットアーム及び前記撮像装置の動作を制御するコントローラと、を備え、
    　前記コントローラは、前記関節及び前記手首関節の回転位置を前記原点位置とさせ、前記撮像装置に撮像させてその撮像画像を取得し、前記原点姿勢の前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームを表した原点姿勢基準画像と前記撮像画像とを比較することにより、前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームの現在姿勢の前記原点姿勢からの偏差を求め、当該偏差に基づいて原点位置ズレの有無を判断する、
    ロボット。
  2. 　前記コントローラは、
    　前記原点位置ズレが有ると判断した場合に、前記偏差が解消されるように前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームの姿勢を変化させ、前記撮像装置に撮像させてその撮像画像を取得し、前記撮像画像を前記原点姿勢基準画像と比較することにより、新たな現在姿勢の前記原点姿勢からの偏差を求めることを、当該偏差が実質的にゼロになるまで繰り返し、前記偏差が実質的にゼロになったときの前記関節及び前記手首関節の回転位置を新たな原点位置として記憶する、
    請求項１に記載のロボット。
  3. 　関節を介して連接された複数のリンクを有するロボットアームと、前記ロボットアームの先端に手首関節を介して連結されたエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームが所定の原点姿勢にあるときの前記関節及び前記手首関節の回転位置を原点位置とし、撮像範囲に前記原点姿勢の前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームが含まれるように前記エンドエフェクタ又は前記ロボットアームに取り付けられた撮像装置とを備えたロボットの原点位置調整方法であって、
    　前記関節及び前記手首関節の回転位置を前記原点位置にすること、
    　前記撮像装置で撮像し、その撮像画像を取得すること、
    　前記原点姿勢の前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームを表した原点姿勢基準画像と前記撮像画像とを比較することにより、前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームの現在姿勢の前記原点姿勢からの偏差を求めること、及び、
    　前記偏差に基づいて原点位置ズレの有無を判断すること、を含む、
    ロボットの原点位置調整方法。
  4. 　前記原点位置ズレが有ると判断された場合に、前記偏差が解消されるように前記エンドエフェクタ及び前記ロボットアームの姿勢を変化させ、前記撮像装置に撮像させてその撮像画像を取得し、前記撮像画像を前記原点姿勢基準画像と比較することにより、新たな現在姿勢の前記原点姿勢からの偏差を求めることを、当該偏差が実質的にゼロになるまで繰り返すこと、及び、
    　前記偏差が実質的にゼロになったときの前記関節及び前記手首関節の回転位置を新たな原点位置として記憶すること、を更に含む、
    請求項３に記載のロボットの原点位置調整方法。
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