CN109760028A - 水平多关节型机器人及其原点恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水平多关节型机器人及其原点恢复方法，在进行用于工件的输送等的水平多关节型机器人的原点恢复时，能够尽可能不经由人的手安全地执行原点恢复。在能够判断为输入了原点恢复的指示时的机器人的姿势从停止输送时起没有变化的情况下，机器人直接在输送路径中倒退，进行原点恢复。另外，若停止输送之后机器人的姿势发生变化，但在根据过去的示教数据算出的输送路径中找到接近当前的机器人的姿势的路径，则向找到的输送路径移动，之后，在该输送路径中倒退。另一方面，当前的姿势(特别是手部的前端)处于回转安全区域的外侧时，以使姿势变为回转安全区域的内侧的方式将手部拉回来之后，经由指定通过点进行原点恢复。

Description

水平多关节型机器人及其原点恢复方法
技术领域
本发明涉及用于工件的输送等的水平多关节型机器人及其原点恢复方法。
背景技术
例如，在半导体制造工序中，需要在收纳工件的盒和对工件执行规定处理的工件处理装置之间输送半导体晶片等工件。此时，需要能够相对于多个盒装载/卸载工件，因此，使用将多个臂相互可旋转地连结并且将电动机等的旋转力传递到臂并使臂进行伸缩等动作的多关节型机器人。由收纳工件的多个盒、工件处理装置以及多关节型机器人构成一个工件输送***。各盒是将工件堆放成货架状的盒，由此，能够将多个工件收纳在一个盒内。作为盒的一个例子，有SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International：国际半导体设备与材料产业协会)标准E47.1中规定的正面开口式盒一体式输送、保管箱即FOUP(Front-Opening Unified Pod：前开式晶圆传送盒)等。专利文献1中公开有工件输送***的结构的一个例子。在专利文献1中公开的工件输送***中，将多个盒在水平面内配置成1列，将工件处理装置配置在与该多个盒的排列对置的位置，将水平多关节型机器人设置在由盒的排列和工件处理装置夹着的细长的空间。
但是，在多关节型机器人中，有时在动作中因某种理由而必须进行原点恢复。在该原点恢复动作中，还要求机器人的臂或手不与周围的平面或设备发生碰撞。于是，专利文献2公开有一种方法，对机器人的每个移动位置预先准备原点恢复用移动信息，在请求原点恢复时，基于对应于机器人在该时刻到达的移动位置的原点恢复用移动信息移动到原点，进行原点恢复。但是，该方法在机器人的自由度高的情况下必须要准备的原点恢复用位置信息的量巨大，所以将其应用于多连杆的多关节型机器人是不现实的。专利文献3公开有一种方法，关于包含起点与终点的组合以及通过其间的位置信息在内表示机器人的臂前端的动作的轨道信息，还包含切换起点和终点的关联轨道信息。专利文献3中记载的方法是以在预先设定的轨道上存在机器人为前提的方法，所以在机器人基于轨道信息移动后、例如机器人通过点动(JOG)动作移动到脱离轨道的位置后，通过该方法无法实现原点恢复。专利文献4公开有一种方法，关于在不了解当前位置的坐标的状态下停止的机器人，操作者确认机器人当前的状态，设定临时的当前位置，之后，使机器人动作到规定位置，再从规定位置恢复到原点。该方法中，因为操作者观察机器人的状态并设定临时的当前位置，所以是需要人的介入的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5199117号公报
专利文献2：日本特开平4－167102号公报
专利文献3：日本特开2016－120851号公报
专利文献4：日本特开2014－34107号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
专利文献1等中记载的多连杆的多关节型机器人因多关节而具有动作的自由度，在要求向狭窄的作业空间设置的半导体制造工序等中被广泛使用。但是，随着动作的自由度提高，若未以正确的动作路径及正确的姿势进行原点恢复动作，则在原点恢复动作中有可能与周围的壁面或设备发生碰撞。特别是在最近，在半导体装置制造工序中使用的机器人中，伴随用于制造的装置的小型化等，机器人可以使臂等移动的动作范围也缩小，期望更安全且可靠地进行原点恢复。另外，在半导体装置制造工序中，其环境或使用的装置的构造等导致操作者难以到机器人附近以修正臂姿势。也存在因无法观察机器人的外观而无法进行任意的点动动作的状况，因此要求使机器人自行进行原点恢复的能力，而尽可能不经由人手。
本发明的目的在于，提供一种水平多关节型机器人及其原点恢复方法，该水平多关节型机器人用于工件的输送等，能够安全地执行原点恢复，而尽可能不经由人手。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明提供一种水平多关节型机器人，其用于工件的输送，其中，具备：基台；基台侧连杆，所述基台侧连杆可旋转地与所述基台连接；臂部侧连杆，所述臂部侧连杆与所述基台侧连杆连结；臂部，所述臂部旋转自如地与所述臂部侧连杆连接；手部，所述手部旋转自如地与所述臂部连接并保持所述工件；存储单元，所述存储单元至少存储示教数据；以及控制单元，所述控制单元基于所述示教数据计算输送路径，并控制所述基台侧连杆、所述臂部以及所述手部的驱动，所述基台侧连杆和所述臂部侧连杆构成连杆机构，所述连杆机构将所述臂部侧连杆和所述臂部的连结轴的中心点的移动轨迹限制为规定直线。在该水平多关节型机器人中，所述控制单元在输送的动作中及原点恢复的动作中继续执行所述水平多关节型机器人的坐标的记录，在输入了原点恢复的请求时，所述控制单元判定输入了所述请求时的所述水平型多关节机器人的坐标距所述记录的最新的坐标是否处于规定范围内，在处于所述规定范围内时，所述控制单元计算原点恢复的轨迹，使所述水平多关节型机器人沿着从所述输送的方向返回的方向移动到原点恢复位置，在未处于所述规定范围内时，所述控制单元计算基于存储于所述存储单元的过去的示教数据的输送路径，判定在计算出的输送路径中是否存在接近所述当前坐标的路径，在存在接近所述当前坐标的输送路径的情况下，使所述水平多关节型机器人沿该输送路径移动，之后移动到所述原点恢复位置，在所计算出的输送路径中没有接近所述当前坐标的路径的情况下，所述控制单元判定所述手部是否位于回转安全区域的外侧，在位于外侧时，则在将所述手部拉入到所述回转安全区域的内侧之后经由指定通过点使所述水平多关节型机器人移动到所述原点恢复位置。
本发明提供一种水平多关节型机器人的原点恢复方法，所述水平多关节型机器人用于工件的输送，其至少具备：基台；基台侧连杆，所述基台侧连杆可旋转地与所述基台连接；臂部侧连杆，所述臂部侧连杆与所述基台侧连杆连结；臂部，所述臂部旋转自如地与所述臂部侧连杆连接；手部，所述手部旋转自如地与所述臂部连接并保持工件；存储单元，所述存储单元存储示教数据；控制单元，所述控制单元基于所述示教数据控制所述基台侧连杆、所述臂部以及所述手部的驱动，所述基台侧连杆和所述臂部侧连杆构成连杆机构，所述连杆机构将所述臂部侧连杆和所述臂部的连结轴的中心点的移动轨迹限制为规定直线，其中，在输送的动作中及原点恢复的动作中继续执行所述水平多关节型机器人的坐标的记录，在输入了原点恢复的请求时，所述控制单元判定输入了所述请求时的所述水平型多关节机器人的坐标距所述记录的最新的坐标是否处于规定范围内，在处于所述规定范围内时，所述控制单元计算原点恢复的轨迹，使所述水平多关节型机器人沿着从所述输送的方向返回的方向移动到原点恢复位置，在未处于所述规定范围内时，所述控制单元计算基于存储于所述存储单元的过去的示教数据的输送路径，判定在计算出的输送路径中是否存在接近所述当前坐标的路径，在存在接近所述当前坐标的输送路径的情况下，使所述水平多关节型机器人沿该输送路径移动，之后移动至所述原点恢复位置，在计算出的输送路径中没有接近所述当前坐标的路径的情况下，所述控制单元判定所述手部是否位于回转安全区域的外侧，在位于外侧时，将所述手部拉入到所述回转安全区域的内侧之后经由指定通过点使所述水平多关节型机器人移动到所述原点恢复位置。
在这样的本发明中，在能够判断为输入了原点恢复的指示时的机器人的姿势从停止了输送时起未变化的情况下，机器人直接在输送路径中倒退，进行原点恢复。另外，若停止输送之后机器人的姿势发生变化，但在根据过去的示教数据算出的输送路径中找到接近当前的机器人的姿势的路径，则沿着找到的输送路径移动，之后，在该输送路径中倒退。因此，在这两种情况下，能够安全地进行原点恢复。另一方面，在当前的姿势(特别是手部的前端)处于回转安全区域的外侧时，以使姿势变为回转安全区域的内侧的方式将手部拉回之后，经由指定通过点进行原点恢复。此时，因为是经由指定通过点的结构，所以只要考虑拉回时的姿势和指定通过点之间的干涉、指定通过点和原点恢复位置之间的干涉即可，安全确保变得容易。
在本发明中，优选的是，对将基台侧连杆相对于基台的旋转中心设定为原点、将与规定直线平行的相对的两个方向中的一方设定为X轴正方向的XY直角坐标系的每个象限确定指定通过点。如果这样构成，则不管机器人的位置或姿势如何，都能够实现安全的原点恢复。
在本发明中，优选的是，对每个象限设定指定通过点，以例如满足如下两个条件：
(1)在指定通过点和原点恢复位置之间的基于PTP(Point To Point；点对点)动作的移动中，水平多关节型机器人不产生干涉；
(2)在相对于工件的装载/卸载的对象即该象限内的任意的载物台的待机/退避位置和该象限的指定通过点之间的基于PTP动作的移动中，水平多关节型机器人不产生干涉；
但是，根据构成工件输送***的各部分的构造或布局、情况，仅满足一个条件也可以期待一定程度的效果。载物台是指工件的装载/卸载的对象的统称，包含盒或工件处理装置等，换言之，是成为工件的输送起点或输送目的地的设备类。在满足条件(1)的情况下，在指定通过点和原点恢复位置之间能够保障通过点的数量最少且不产生干涉的安全的PTP动作，由此，原点恢复动作时的安全确认变得容易，在满足条件(2)的情况下，可以将把手部拉回到回转安全区域的内侧时的姿势看做相对于假想的载物台的待机/退避位置，在该姿势和指定通过点之间能够保障通过点的数量最少且不产生干涉的安全的PTP动作，由此，原点恢复动作时的安全确认变得容易。而且，指定通过点也可以满足如下条件：
(3)在不同象限的指定通过点间的基于PTP动作的移动中，水平多关节型机器人不产生干涉。
满足条件(3)时，在指定通过点间，能够保障通过点的数量最少且不产生干涉的安全的PTP动作，从而可以大大省略通常的输送动作中的安全确认作业。
在本发明中，优选的是，指定通过点作为所述水平多关节型机器人所固有的通过点，例如在出厂时预先存储于水平多关节型机器人。如果这样构成，则无需单独地设定指定通过点，相应地可以简化用于原点恢复的处理。
(发明效果)
根据本发明，在用于工件的输送等的水平多关节型机器人中，能够安全地执行原点恢复，而尽可能不经由人手。
附图说明
图1是说明本发明一实施方式的多关节型机器人的俯视图。
图2是说明水平多关节型机器人的机构的图。
图3是表示机器人控制器的结构的块图。
图4是说明本发明一实施方式的原点恢复方法的流程图。
图5是说明本发明一实施方式的原点恢复方法的流程图。
图6是说明情况A中的多关节型机器人的动作的图。
图7是说明情况B中的多关节型机器人的动作的图。
图8是说明各指定通过点和在该指定通过点的姿势的俯视图。
图9是说明情况C中的多关节型机器人的动作的图。
具体实施方式
接着，参照附图说明本发明的实施方式。图1表示本发明一实施方式的多关节型机器人1。该多关节型机器人1与分别收纳工件21的多个盒20和对工件21执行处理的工件处理装置30一起构成工件输送***。多个盒20沿一个方向排列配置，工件处理装置30配置为与盒20的排列对置。在图1中示出四个盒20。多个盒20的排列和工件处理装置30之间的细长的长方形的区域是多关节型机器人1可以使手或臂等动作的作业区域40。多关节型机器人1设置于作业区域40内，通过使其连杆或臂、手动作，可以在盒20相互之间或盒20和工件处理装置30之间输送工件21。在此所示的例子中，使用专利文献1中记载的3连杆式的水平多关节型机器人作为多关节型机器人1。多关节型机器人1在盒20的相互之间或盒20和工件处理装置30之间输送工件21。伴随输送，需要相对于盒20或工件处理装置30搬入/搬出、即装载/卸载工件21。在此，作为盒20，使用例如FOUP等正面开口式的盒，因此，多关节型机器人1进行工件21的装载/卸载的方向为与盒20的排列方向正交的方向。
多关节型机器人1具有：保持工件21的手部7；可旋转地保持手部7的臂部6；可旋转地保持臂部6的基端侧的臂关节部J1并且以臂关节部J1的移动轨迹形成与盒20的排列方向大致平行的直线的方式动作的连杆机构3；以及可旋转地支承连杆机构3的基端侧的基台2。连杆机构3位于基台2侧，具备被基台2可旋转地保持的基台侧连杆4和位于臂部6侧的臂部侧连杆5，这两个连杆4、5通过连杆关节部J2相互可旋转地连结。
图2是进一步详细地表示作为水平多关节型机器人的多关节型机器人1的图，对于基台2、连杆机构3、臂部6及手部7描绘为垂直剖视图。基台2具备由升降电动机(未图示)驱动并在上下方向上升降的升降筒8。基台侧连杆4与升降筒8连结，由内置于升降筒8的连杆机构电动机8a可旋转地保持，相对于基台2能够伴随升降筒8的升降而升降。在基台侧连杆4中设置有基台侧带轮4a、臂部侧带轮4b及带4c，带4c挂设于基台侧带轮4a和臂部侧带轮4b之间。基台侧带轮4a和臂部侧带轮4b的直径之比为2：1。臂部侧带轮4b与臂部侧连杆5连结，在基台侧连杆4以基台侧带轮4a的旋转中心为中心进行旋转时，基台侧带轮4a和臂部侧带轮4b的旋转角度比、即基台侧连杆4和臂部侧连杆5的旋转角度比为1：2。而且，基台侧连杆4和臂部侧连杆5的长度相等。其结果是，连杆机构3将可旋转地连结臂部侧连杆5和臂部6的连结轴的中心点(臂关节部J1)的移动轨迹限制在规定直线上。图中，用直线Q表示该规定直线。臂部6与臂部侧连杆5的前端连结，由内置于臂部侧连杆5的臂部电动机51可旋转地保持。此外，图2中，为了便于说明，将臂部电动机51内置于臂部侧连杆5，但臂部电动机51的设置部位不限于此，例如，也可以将臂部电动机51内置于臂部6中。手部7与臂部6的前端连结，由内置于臂部6的框架电动机6a可旋转地保持。将手部7相对于臂部6的连结中心、即手部7的旋转中心设定为J3。
对于多关节型机器人1，为了驱动多关节型机器人1并控制其动作而设有机器人控制器10，示教盒15经由电缆16与机器人控制器10连接。示教盒15在进行多关节型机器人1的示教时由操作者使用，例如，输入点动动作指令。原点恢复指令也经由示教盒15赋予给多关节型机器人1。图3表示机器人控制器10的结构。机器人控制器10具备：机器人驱动部11，其是对多关节型机器人1内的臂部电动机51、框架电动机6a、连杆机构电动机8a等电动机的伺服控制电路；运算部12，其基于对多关节型机器人1的指令输入等生成伺服指令并将其输出到机器人驱动部11，同时执行必要的运算；辅助存储部13，其存储运算部12的处理等所需的数据等；以及通信部14，其成为与示教盒15的通信接口。特别是，运算部12与控制单元对应，基于示教数据计算输送路径，且基于此控制臂部电动机51、框架电动机6a、连杆机构电动机8a等电动机的驱动。为了进行伺服控制，机器人驱动部11与多关节型机器人1内的各电动机连接，且从附属于各电动机的编码器输入位置信息。因此，运算部12具有能够基于从编码器输入的位置信息认知多关节型机器人1的各部分的坐标、且将该认知的坐标存储于辅助存储部13的功能。而且，运算部12具有在每次对该多关节型机器人1进行示教时将该示教数据存储于作为存储单元的辅助存储部13的功能。
在本实施方式中，多关节型机器人1的连杆机构3的基台2的位置即可旋转地保持于基台2的基台侧连杆4的旋转中心J0和连杆机构3的旋转中心位置即臂关节部J1处于比工件处理装置30和四个盒20的中间位置向盒20的排列侧偏离长度P的位置。工件处理装置30和四个盒20的中间位置也可以说是作业区域40的长边方向的中心线L。而且，伴随连杆机构3的驱动，连杆关节部J2向与该偏向的位置相反一侧弯曲突出。因此，在增多了沿着作业区域40的一长边配置的盒20的数量的情况下，即使在将臂部6及连杆机构3各部分的长度加长时，也能够防止连杆机构3的连杆关节部J2与工件处理装置30或盒20接触。其结果是，能够防止作为工件输送***整体大型化的情况，进而能够节省空间。在此，基台侧连杆4的旋转中心J0和臂关节部J1处于比中间位置(作业区域40的中心线L)更向盒20的排列侧偏离的位置，但相反，旋转中心J0及臂关节部J1也可以处于比中间位置偏向工件处理装置30侧的位置。在这种情况下，臂关节部J1的移动轨迹成为向工件处理装置30侧偏离的位置，连杆关节部J2比中间位置更向盒20侧弯曲突出。
多关节型机器人1例如相对于盒20或工件处理装置30装载/卸载工件21时的动作基本上与专利文献1中所记载的动作相同。在以下的说明中，将工件21的装载/卸载的对象即盒20或工件处理装置30等称作载物台。在将向载物台装载工件21时，以载置于手部7的状态将工件21输送到作业区域40的成为载物台的正面的位置(待机/退避位置)。在输送到待机/退避位置的状态下，手部7相对于向载物台装载工件21的方向平行地延伸。而且，手部7向装载的方向动作，装载工件21。之后，使手部7动作以使其形成与装载的方向相反的方向。从载物台卸载工件21时的处理也与装载时的处理同样地进行。
在以上的说明中，工件处理装置30配置于与多个盒20的排列对置的位置，但工件处理装置30的位置不限于此，可以将工件处理装置30配置在包围作业区域40的任意的部位。例如，可以将工件处理装置30配置在将臂关节部J1的移动轨迹延长的直线上。另外，对排列配置多个盒20的情况进行了说明，但只要定义了进行装载/卸载时的待机/退避位置，则除了盒20以外，还可以配置例如对工件21进行加工的加工装置等。这些加工装置等也相当于载物台。
接着，对多关节型机器人1的原点恢复动作进行说明。在以下的说明中，考虑将多关节型机器人1的基台侧连杆4的旋转中心J0设定为原点、将平行于作业区域40的长边的方向设定为X轴正方向的、XY直角坐标系。此时，也可以将从原点朝向X轴的两端侧的两个方向中的任一方向设定为X轴正方向。作为旋转中心J0或臂关节部J1的移动轨迹偏向比作业区域40的长边方向的中心线L靠盒20的排列而配置的情况，可以将从旋转中心J0朝向盒20的排列的方向规定为Y轴的正方向。在旋转中心J0或臂关节部J1的移动轨迹偏向比作业区域40的长边方向的中心线L远离盒20的排列的方向的情况下，只要将远离该盒20的排列的方向确定为Y轴的正方向即可。而且，所谓多关节型机器人1处于原点恢复位置，是指基台侧连杆4、臂部侧连杆5、臂部6及手部7相互重合且该重合的部位具有从基台侧连杆4的旋转中心J0朝向－Y方向整齐排列的姿势(参照图8的符号60)。这样，所谓原点恢复位置，其表现不仅表示位置，而且还包含多关节型机器人1的姿势。另外，原点恢复动作是使处于任意的位置、姿势的机器人向原点恢复位置移动的动作。有时也将使多关节型机器人1向原点恢复位置移动简称为“向原点移动”。在本实施方式中，在多关节型机器人1中，臂关节部J1的移动轨迹被限制为平行于作业区域40的长边方向，因此，基台侧连杆4及臂部侧连杆5不会与周围的设备或壁面发生干涉。因此，在原点恢复动作中，需要使臂部6或手部7不与周围的设备或壁面发生碰撞。
原点恢复的请求例如通过操作者对示教盒15的操作来输入。作为请求原点恢复时的机器人的状况，考虑如下三种：
(1)在通常的工件输送的动作中，多关节型机器人1自然停止或紧急停止，仍旧保持停止时的位置或姿势的情况；
(2)在多关节型机器人1的伺服控制断开的状态下进行手动动作、或者虽然伺服控制接通但进行点动动作，其结果是，偏离本来的输送路径，且姿势也从本来的姿势发生变化，但当前的姿势接近在通过过去的示教找到的输送路径中的姿势的情况；
(3)在多关节型机器人1的伺服控制断开的状态下进行手动动作、或者虽然伺服控制接通但进行点动动作，其结果是，偏离本来的输送路径，且姿势也从本来的姿势发生变化，当前的位置、姿势没有在通过过去的示教找到的任一种输送路径中的位置、姿势的附近的情况。
在本实施方式的原点恢复方法中，通过对(1)～(3)的每个状况分别进行对应的处理，不会错误地拒绝原点恢复指示，能在更多的场景下安全地进行原点恢复，而不会与周围的设备或壁面发生碰撞或干涉。因此，首先，需要在输入了原点恢复的请求时能够判别在该时刻的机器人的状况是(1)～(3)的哪一种，因此，在通常的输送中或通常的原点恢复的动作中，多关节型机器人1总是将其各部分的位置的坐标连续地记录在机器人控制器10内的存储器即辅助存储部13。图4表示为了记录坐标，运算部12在多关节型机器人1的动作中一直执行的处理。首先，在步骤101中，判断当前是否通过伺服控制驱动了各电动机。如果未执行伺服控制，则直接结束处理，在执行伺服控制时，接着在步骤102中，多关节型机器人1判断当前是在通常的输送动作中还是在原点恢复的动作中。如果既不在通常的输送动作中也不在原点恢复的动作中，则直接结束处理，如果在通常的输送动作中或原点恢复动作中，则在步骤103中将当前坐标记录于存储器(辅助存储部13)，返回步骤101。这样，如果是在伺服控制的执行中、且进行通常的输送动作或原点恢复动作时，则将多关节型机器人1的位置的坐标实时写入辅助存储部13。
图5表示从示教盒15等输入了原点恢复指令时的运算部12的处理。当接受原点恢复指令的输入并开始原点恢复的动作时，首先，在步骤111中，运算部12判断在该时刻通过编码器等输入的位置信息表示的多关节型机器人1的当前的坐标是否与最新记录于存储器(辅助存储部13)的坐标一致，具体而言，判断当前的坐标距记录于存储器的坐标是否处于规定范围内。在处于规定范围内时，可以判断为是上述的(1)的状况，即机器人通常的工件输送的动作中停止、保持原样的位置和姿势的状况。因此，如果在停止的输送的路径中基于有关该输送的示教数据倒退，则可返回到原点恢复位置，因此，在步骤112中，计算倒退并成为原点恢复位置的路径，在步骤113中，基于该计算出的路径通过伺服控制向从输送方向返回的方向驱动多关节型机器人1，使其最终移动到原点，结束原点恢复动作的处理。将与(1)的状况对应的处理、即执行步骤112、113的处理设为“情况A”。
图6是说明情况A中的多关节型机器人1的姿势的变化的图。在此，考虑从处于原点恢复位置的状态起在相对于与作业区域40相接设置的盒20装载/卸载工件21的输送动作的中途停止了输送的情况。图6的(a)～(d)如图中由向下的箭头表示的那样，作为输送动作依次表示多关节型机器人1从原点恢复位置到向盒20装载/卸载工件21的姿势的变化。在情况A中，在输送动作的中途停止输送，之后，多关节型机器人1保持停止时的姿势。当保持停止时的姿势时请求原点恢复时，如图中向上的箭头所示，作为原点恢复动作，可以通过在之前的输送动作中的路径上逆向移动而恢复到原点。
在步骤111中，在多关节型机器人1的当前坐标距最新记录于存储器的坐标不在规定范围内时，可以说是上述(2)或(3)的状况。此时，首先，为了判别是(2)的状况还是(3)的状况，在步骤116中，运算部12基于存储于辅助存储部13的已有的示教数据计算基于这些示教数据的所有的输送路径。而且，在步骤117中，运算部12判断多关节型机器人1的当前姿势处于所计算的输送路径(即基于已有的示教数据的输送路径)中的哪一个的附近。如果找到接近当前姿势的输送路径，则是(2)的状况，如果能够安全移动到该找到的输送路径，则之后能够通过在找到的输送路径中倒退进行原点恢复。因此，在步骤117中，根据当前姿势和输送路径的差估计不会引起碰撞等的界限，进行接近当前姿势的输送路径的探索。而且，在步骤117中，找到接近当前姿势的输送路径之后，在步骤118中，运算部12使多关节型机器人1移动到该找到的输送路径，之后，在步骤119中，通过伺服控制反向驱动多关节型机器人1，使其在移动目的地的输送路径(在步骤117中找到的输送路径)中最终移动到原点，结束原点恢复动作的处理。将与(2)的状况对应的处理、即执行步骤118、119的处理设为“情况B”。
图7是说明情况B中的原点恢复动作的图。图7的(a)表示工件21的输送动作停止的状态。在此，在停止后进行点动动作等的结果是，多关节型机器人1的姿势偏离本来的输送路径(在图5的步骤111中为“否定”的状态)。运算部12基于存储于辅助存储部13的过去的示教数据计算输送路径。图7的(b)中粗虚线表示的是计算出的输送路径45。在情况B中，从所计算的输送路径中找到了接近多关节型机器人1的当前姿势的输送路径，因此，如图7的(c)所示，使多关节型机器人1的姿势相对于找到的输送路径进行移动。之后，通过沿发现的输送路径逆向移动，能够使多关节型机器人1恢复原点。
在步骤117中，在基于已有的示教数据的输送路径中未找到接近当前姿势的路径的情况是上述(3)的状况。此时，在步骤121中，运算部12判定当前姿势是否是回转安全区域的外侧。所谓回转安全区域是指能够使手部7相对于臂部6单独回转并与臂部6重叠而不会引起碰撞的区域。如果手部7的前端处于作业区域40内，则能够使手部7在作业区域40内旋转并与臂部6重叠而不会引起碰撞，因此，可以说处于回转安全区域的内侧。与此相对，像进行工件21向盒20的装载/卸载时那样，手部7的前端越过作业区域40的边界向外侧突出时，如果在该状态下使手部7旋转，手部7就会与盒20的内壁碰撞，所以多关节型机器人1的姿势处于回转安全区域的外侧。根据进行工件21的装载/卸载的设备等的形状的不同，即使在作业区域40的外侧，偶尔也有成为回转安全区域的内侧的情况，但通常可以认为回转安全区域与作业区域40相同。因此，运算部12只要将作业区域40作为回转安全区域判定手部7的前端是否在回转安全区域的外侧即可。另外，有时作业区域40也可能不是长方形，但在这种情况下，只要将表示作业区域40的边界的参数存储于辅助存储部13并且基于该参数判定手部7的前端是否在回转安全区域的外侧即可。
在当前姿势处于回转安全区域的外侧时，因为无法直接使手部7旋转，所以在步骤122中，使手部7朝向回转安全区域的边界中成为与手部7伸出的边界相反一侧的边界向与装载/卸载方向相反的方向移动。而且，在步骤123中，使多关节型机器人1移动到适合移动后的当前姿势的指定通过点，接着，在步骤124中，使多关节型机器人1移动到原点恢复位置，结束原点恢复处理的动作。关于指定通过点，稍后进行描述，但可以利用通过点最少的PTP(点对点)操作使多关节型机器人1从指定通过点移动到原点恢复位置。将执行步骤122～124的处理设为“情况C”。
在步骤121中当前姿势处于回转安全区域的内侧时，在步骤126中，例如使手部7旋转以使手部7与臂部6重叠，之后，通过控制多关节型机器人1使得臂部6与连杆机构3重叠，使多关节型机器人1恢复到原点，结束原点恢复处理的动作。在这种情况下，也可以首先从当前姿势移动到与其适合的指定通过点，之后再移动到原点恢复位置。
接着，对指定通过点进行说明。在将多关节型机器人1用于工件21的输送和工件21的装载/卸载时，不管工件21的搬出起点或搬入目的地的设备即载物台是什么，都定义向该载物台装载/卸载工件21时的待机/退避位置。只要确定载物台和该载物台的待机/退避位置之间的动作轨迹、载物台的待机/退避位置相互间的多关节型机器人1的动作轨迹即可。为了缩短输送时间，需要减少其间的通过点的数量。另外，本实施方式中的多关节型机器人1因为臂关节部J1的移动轨迹被限制为直线，所以将以平行于该直线的方向为长边方向的细长的区域、例如长方形的区域作为作业区域40。此外，作业区域40的形状可以不必是长方形，也可以是像长方形的一部分发生了变形的形状的作业区域40。特别是，作业区域40的长边方向的端部例如也可以是像圆弧那样的形状。
如上所述，在以多关节型机器人1的基台侧连杆4的旋转中心J0为原点、以平行于作业区域40的长边的方向的一方为X轴正方向的XY直角坐标系中，着眼于该XY直角坐标系中的各象限。而且，对于每个象限确定指定通过点和在该指定通过点的多关节型机器人1的姿势。图8是说明指定通过点的图。在图8中，符号60表示多关节型机器人1的原点恢复位置。指定通过点以在示教输送路径时减少通过点的数量为目的被导入。对于该每个象限设定的指定通过点以满足如下条件中的至少一个条件的方式来确定：
(1)多关节型机器人1可以通过PTP动作在不同象限的指定通过点之间进行输送而不会与周围发生干涉；
(2)多关节型机器人1也可以通过PTP动作在该指定通过点和原点恢复位置之间进行输送而不会与周围发生干涉；
(3)多关节型机器人1也可以通过PTP动作在对应的象限内的任意的载物台的待机/退避位置和该指定通过点之间进行输送而不会与周围发生干涉。图8中，由空心的双向箭头表示在指定通过点的相互间、或指定通过点和原点恢复位置之间进行PTP动作。
在如本实施方式中使用的、连杆前端(在此为臂关节部J1)被限制为相对于规定直线仅平行动作且臂部6和手部7依次分别可旋转地安装在该连杆前端的末端的水平多关节型机器人中，每个象限必然存在同时满足上述条件(1)～(3)的指定通过点。上述条件(1)～(3)是只要满足该条件就能够进行PTP动作的条件，因此，在进行输送路径的示教时，与该条件对应的区间可以进行PTP动作。因此，至少对于该区间能够将通过点的数量设定为最少。另外，因为确定象限的坐标系由基台侧连杆4的旋转中心J0和上述的规定直线确定，所以能够仅根据多关节型机器人1的连杆机构3或臂部6、手部7的长度确定指定通过点。这意味着可以在多关节型机器人1出厂时设定指定通过点，容易在多关节型机器人1的安装部位进行调整作业。在以下的说明中，指定通过点同时满足上述的条件(1)～(3)。
以下，对各象限的指定通过点详细地进行说明。符号61是说明第一象限的指定通过点的符号，该第一象限的指定通过点以处于图示的角度范围θ1中的载物台的待机/退避位置为对象。角度范围θ1是从自基台侧连杆4的旋转中心J0观察时从X轴正方向稍微向顺时针方向旋转的位置到Y轴正方向的范围。在第一象限的指定通过点的姿势中，手部7朝向Y轴正方向，与Y轴平行、或从Y轴向逆时针方向稍微倾斜。符号62表示第二象限的指定通过点。第二象限的指定通过点以处于角度范围θ2中的载物台的待机/退避位置为对象，相对于Y轴基本上与第一象限的指定通过点对称。但是，在布局或载物台的配置非左右对称的装置的情况、或者沿着X轴的方向上的作业区域40的中心与原点位置不一致的情况下，未必需要是Y轴对称，也可以是第一象限和第二象限的指定通过点分别采取独自的姿势。
符号63表示第三象限的指定通过点。第三象限的指定通过点以处于角度范围θ3中的载物台的待机/退避位置为对象。角度范围θ3是从自基台侧连杆4的旋转中心J0观察时从X轴负方向稍微顺时针旋转的位置到Y轴负方向的范围。在第三象限的指定通过点，与第一象限的情况相比，基台侧连杆4和臂部侧连杆5之间的开角稍大。在使手部7与臂部6重叠的情况下，在向任意的载物台移动时需要以打开手部7的方式进行旋转，但因为臂部6与X轴形成的角比第一象限的情况小，所以手部7的旋转需要的时间变长。因此，在第三象限的指定通过点，隔着手部7的旋转中心J3在臂部6和手部7之间形成开角。手部7使臂部6和手部7形成的角为锐角，且相对于Y轴倾斜例如20～30°左右。符号64表示第四象限的指定通过点。第四象限的指定通过点以处于角度范围θ4中的载物台的待机/退避位置为对象，相对于Y轴与第三象限的指定通过点基本上对称。但是，在布局或载物台的配置非左右对称的装置的情况、或者沿着X轴的方向上的作业区域40的中心与原点位置不一致的情况下，未必需要是Y轴对称，也可以是第三象限和第四象限的指定通过点分别采取独自的姿势。
在此，着眼于以第一象限的指定通过点为对象的角度范围θ1和以第四象限的指定通过点为对象的角度范围θ4时，在作业区域40的成为长边方向的端部的位置重合。考虑从在该重合的位置具有待机/退避位置的载物台起的输送路径或向这种载物台的输送路径时，例如只要根据前后进行怎样的输送的预定来选择对象范围重复的指定通过点中使多关节型机器人1不产生多余动作的指定通过点即可。在多关节型机器人1中，多数情况是手部7不能围绕相对于臂部6的旋转中心J3无限制地旋转，而只能从与臂部6重叠的状态在例如±270°的范围内旋转。因此，也有时伴随该旋转角度的限制，自动地决定应为两个指定通过点中的一方。同样的角度范围的重复在以第二象限的指定通过点为对象的角度范围θ2和以第三象限的指定通过点为对象的角度范围θ3之间也存在。在这种情况下，也是只要进行与角度范围在第一象限和第四象限之间重复时的处理相同的处理即可。
以上，对指定通过点进行了说明，但在图5所示的情况C中，考虑通过步骤122使手部7向与装载/卸载方向相反的方向移动的状态。该状态可以认为是假想使多关节机器人1向相对于任何的载物台的待机/退避位置移动的状态。因此，从执行了步骤122之后的状态到适合该姿势的指定通过点、即当前的多关节型机器人1所属的象限的指定通过点的移动(步骤123)能够执行PTP动作。而且，从步骤124中的指定通过点到原点的移动也能够执行PTP动作。
图9表示这种情况C中的多关节型机器人1的姿势的变化。图9的(a)表示工件21的输送动作停止的状态。在此，在停止后进行点动动作等的结果是，多关节型机器人1的姿势偏离本来的输送路径，并且也偏离根据已有的示教数据计算出的输送路径45的任何路径，且变为回转安全区域的外侧(在图5的步骤121中为“肯定”的状态)。因此，在步骤122中，使手部7朝向回转安全区域的边界中与手部7伸出的边界相反一侧的边界并沿与装载/卸载方向相反的方向移动，该动作在图9的(a)中用箭头a来表示，移动后的姿势也示于图9的(b)中。之后，在步骤123中，使多关节型机器人1移动到适合移动后的当前姿势的指定通过点，此时的多关节型机器人1的动作在图9的(b)中用箭头b来表示。图9的(c)表示移动到指定通过点后的多关节型机器人1的姿势。
以上，以水平多关节型机器人为3连杆的机器人为例，说明了本发明的原点恢复方法，但本发明的方法也可以应用于具有4连杆以上的机构的水平多关节型机器人，在这种情况下，在为了通常的输送或原点恢复动作而伺服驱动机器人时，将机器人的位置总是记录于存储器，通过对有原点恢复的请求时的当前位置和记录于存储器的最新位置进行比较，能够了解有原点恢复的请求时的机器人的状态是在通常的输送路径上、或是通过点动动作或手动操作移动后的状态。作为水平多关节型机器人，有相对于最前端的臂(本实施方式的多关节型机器人1中所说的臂部6)设置两个手的机器人。将这种机器人称作双手机器人。对双手机器人也可以应用基于本发明的原点恢复方法。上述步骤122是通过使手朝向与手伸出的边界相反一侧的边界移动而将手拉回到回转安全区域内的处理，但在双手机器人的情况下，在手的拉回处理中要考虑使两手不与相反侧的回转安全区域边界发生碰撞。
[本实施方式的效果]
如以上所说明，在本实施方式中，能够从3连杆的水平多关节型机器人将臂伸出的状态起，使该机器人安全地进行原点恢复。另外，通过基于指示原点恢复时的机器人的姿势分情况对其各姿势规定用于原点恢复的处理，能够自动进行原点恢复而不经由人手。而且，通过在已设定的输送路径中倒退、或者经由指定通过点，可以在没有多余动作的情况下恢复到原点。
(符号说明)
1…多关节型机器人，2…基台，3…连杆机构，4…基台侧连杆，5…臂部侧连杆，6…臂部，7…手部，10…机器人控制器，12…运算部，13…辅助存储部，15…示教盒，21…工件，40…作业区域。

Claims (16)

1.一种水平多关节型机器人，其用于工件的输送，其中，具备：
基台；
基台侧连杆，所述基台侧连杆能旋转地与所述基台连接；
臂部侧连杆，所述臂部侧连杆与所述基台侧连杆连结；
臂部，所述臂部旋转自如地与所述臂部侧连杆连接；
手部，所述手部旋转自如地与所述臂部连接并保持所述工件；
存储单元，所述存储单元至少存储示教数据；以及
控制单元，所述控制单元基于所述示教数据计算输送路径，并控制所述基台侧连杆、所述臂部以及所述手部的驱动，
所述基台侧连杆和所述臂部侧连杆构成连杆机构，所述连杆机构将所述臂部侧连杆和所述臂部的连结轴的中心点的移动轨迹限制为规定直线，
所述控制单元在输送的动作中及原点恢复的动作中继续执行所述水平多关节型机器人的坐标的记录，
在输入了原点恢复的请求时，所述控制单元判定输入了所述请求时的所述水平型多关节机器人的坐标距所述记录的最新的坐标是否处于规定范围内，
在处于所述规定范围内时，所述控制单元计算原点恢复的轨迹，使所述水平多关节型机器人沿着从所述输送的方向返回的方向移动到原点恢复位置，
在未处于所述规定范围内时，所述控制单元计算基于存储于所述存储单元的过去的示教数据的输送路径，判定在计算出的输送路径中是否存在接近所述当前坐标的路径，在存在接近所述当前坐标的输送路径的情况下，使所述水平多关节型机器人向该输送路径移动，之后移动到所述原点恢复位置，
在所计算出的输送路径中没有接近所述当前坐标的路径的情况下，所述控制单元判定所述手部是否位于回转安全区域的外侧，在位于外侧时，则在将所述手部拉入到所述回转安全区域的内侧之后，经由指定通过点使所述水平多关节型机器人移动到所述原点恢复位置。
2.根据权利要求1所述的水平多关节型机器人，其中，
对XY直角坐标系的每个象限确定所述指定通过点，所述XY直角坐标系将所述基台侧连杆相对于所述基台的旋转中心设定为原点，且将与所述规定直线平行的相对的两个方向中的一方设定为X轴正方向。
3.根据权利要求2所述的水平多关节型机器人，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在该指定通过点和所述水平多关节型机器人的原点恢复位置之间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
4.根据权利要求3所述的水平多关节型机器人，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在相对于所述工件的装载/卸载的对象即该象限内的任意的载物台的待机/退避位置和该象限的指定通过点之间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
5.根据权利要求4所述的水平多关节型机器人，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在不同象限的指定通过点间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
6.根据权利要求2所述的水平多关节型机器人，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在相对于所述工件的装载/卸载的对象即该象限内的任意的载物台的待机/退避位置和该象限的指定通过点之间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
7.根据权利要求6所述的水平多关节型机器人，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在不同象限的指定通过点间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的水平多关节型机器人，其中，
所述指定通过点作为所述水平多关节型机器人固有的通过点预先存储于所述水平多关节型机器人。
9.一种水平多关节型机器人的原点恢复方法，所述水平多关节型机器人用于工件的输送，且至少具备：基台；基台侧连杆，所述基台侧连杆能旋转地与所述基台连接；臂部侧连杆，所述臂部侧连杆与所述基台侧连杆连结；臂部，所述臂部旋转自如地与所述臂部侧连杆连接；手部，所述手部旋转自如地与所述臂部连接并保持工件；存储单元，所述存储单元存储示教数据；以及控制单元，所述控制单元基于所述示教数据控制所述基台侧连杆、所述臂部以及所述手部的驱动，所述基台侧连杆和所述臂部侧连杆构成连杆机构，所述连杆机构将所述臂部侧连杆和所述臂部的连结轴的中心点的移动轨迹限制为规定直线，其中，
在输送的动作中及原点恢复的动作中继续执行所述水平多关节型机器人的坐标的记录，
在输入了原点恢复的请求时，所述控制单元判定输入了所述请求时的所述水平型多关节机器人的坐标距所述记录的最新的坐标是否处于规定范围内，
在处于所述规定范围内时，所述控制单元计算原点恢复的轨迹，使所述水平多关节型机器人沿着从所述输送的方向返回的方向移动到原点恢复位置，
在未处于所述规定范围内时，所述控制单元计算基于存储于所述存储单元的过去的示教数据的输送路径，判定在计算出的输送路径中是否存在接近所述当前坐标的路径，在存在接近所述当前坐标的输送路径的情况下，使所述水平多关节型机器人向该输送路径移动，且使所述水平多关节型机器人之后移动到所述原点恢复位置，
在计算出的输送路径中没有接近所述当前坐标的路径的情况下，所述控制单元判定所述手部是否位于回转安全区域的外侧，在位于外侧时，将所述手部拉入到所述回转安全区域的内侧之后，经由指定通过点使所述水平多关节型机器人移动到所述原点恢复位置。
10.根据权利要求9所述的原点恢复方法，其中，
对XY直角坐标系的每个象限确定所述指定通过点，所述XY直角坐标系将所述基台侧连杆相对于所述基台的旋转中心设定为原点，且将与所述规定直线平行的相对的两个方向中的一方设定为X轴正方向。
11.根据权利要求10所述的原点恢复方法，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在该指定通过点和所述水平多关节型机器人的原点恢复位置之间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
12.根据权利要求11所述的原点恢复方法，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在相对于所述工件的装载/卸载的对象即该象限内的任意的载物台的待机/退避位置和该象限的指定通过点之间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
13.根据权利要求12所述的原点恢复方法，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在不同象限的指定通过点间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
14.根据权利要求10所述的原点恢复方法，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在相对于所述工件的装载/卸载的对象即该象限内的任意的载物台的待机/退避位置和该象限的指定通过点之间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
15.根据权利要求14所述的原点恢复方法，其中，
对每个象限确定所述指定通过点，以在不同象限的指定通过点间的基于点对点动作的移动中，使所述水平多关节型机器人不产生干涉。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的原点恢复方法，其中，
所述指定通过点作为所述水平多关节型机器人所固有的通过点预先存储于所述水平多关节型机器人。
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