JP2000071187A - ワーク搬送ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡易な制御によってハンドの方向を維持したま
ま該ハンドの位置を横方向に平行移動するファインコン
トロールを実現することができ、このファインコントロ
ールを用いて正確にワークの横方向のずれを検出するこ
とができる。 【解決手段】ロボットコントローラＣの横方向移動制御
部Ｃ１は、ハンドＨをその向きを維持したまま、該ハン
ドを横方向に平行移動させる際、第２軸３の回転を停止
させ、旋回軸２と手首軸４とをそれぞれ異なる方向に同
角度回転させ、ハンドＨを旋回軸２を中心にワイパーの
ごとき動作を行わせる制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス基板やウェ
ハ等のワークをハンド上に載置し、少なくとも独立した
旋回軸とハンド手首軸とを有して該ハンドに載置したワ
ークを搬送するワーク搬送ロボットに関し、特に、旋回
軸に水平な平面上でハンドの向きを維持したまま該ハン
ドを横方向に平行移動することができるワーク搬送ロボ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ガラス基板やウェハ等のワー
クをクリーンルーム内でワーク搬送ロボットを用いて所
定のカセットから取り出し、他のカセット等に収納させ
るワーク搬送システムがある。このワーク搬送システム
は、例えば図４に示す処理加工システムに用いられる。

【０００３】図４において、この処理加工システムＳＴ
は、枚葉型のシステムであって、クリーンルーム１００
内にワーク搬送ロボットＲ１を有している。クリーンル
ーム１００内には、複数のカセット１０１ａ〜１０１ｃ
を有し、ワーク搬送ロボットＲ１は、走行台１０３上に
載置され、これらカセット１０１ａ〜１０１ｃの並びに
並行した走行軸１０２上を走行する。ワーク搬送ロボッ
トＲ１は、旋回動作と伸縮動作とを組み合わせてカセッ
ト１０１ａ〜１０１ｃ内に載置されたガラス基板等のワ
ークを取り出してロードロック１０４に搬送するととも
に、ロードロック１０５から処理加工されたワークを取
り出してカセット１０１ａ〜１０１ｃに搬送し、収納す
る搬送処理を行う。

【０００４】一方、ロードロック１０４，１０５を介し
てクリーンルーム１００に接続されるトランスファチャ
ンバ１０６内にも、その中央にワーク搬送ロボットＲ２
が設けられている。トランスファチャンバ１０６の周囲
には、ロードロック１０４，１０５を除いた５つのプロ
セスチャンバ１０７ａ〜１０７ｅが接続されている。プ
ロセスチャンバ１０７ａ〜１０７ｅ内では、それぞれワ
ークに対して成膜処理等の特定の処理加工が行われ、こ
れらのプロセスチャンバ１０７ａ〜１０７ｅで処理加工
を繰り返すことによって一連の処理加工がワークに対し
て施されることになる。この一連の処理加工の対象であ
るワークは、ロードロック１０４を介してクリーンルー
ム１００から入力され、ロードロック１０５を介してク
リーンルーム１００に出力される。トランスファチャン
バ１０６とプロセスチャンバ１０７ａ〜１０７ｅとは高
真空状態が維持されている。このため、ロードロック１
０４，１０５を介してクリーンルーム１００側とトラン
スファチャンバ１０６との開閉制御が行われて、ワーク
の出し入れが実行される。トランスファチャンバ１０６
内のワーク搬送ロボットＲ２は、ロードロック１０４に
入れられたワークを取り出して、プロセスチャンバ１０
７ａ〜１０７ｅへの出し入れを順次行ってワークに対す
る処理加工を行わせ、全ての処理加工が行われたワーク
をロードロック１０５に出力することになる。

【０００５】このような処理加工システムＳＴに用いら
れるワーク搬送ロボットＲ１，Ｒ２、例えばワーク搬送
ロボットＲ１は、図５および図６に示すような構成をと
っている。すなわち、ワーク搬送ロボットＲ１は、支持
台１１１内のモータＭ２によって回転駆動される旋回軸
１１２に旋回アーム１１６の基部が結合し、旋回軸１１
２の回転に従って旋回アーム１１６は旋回する。旋回ア
ーム１１６の先端にはモータＭ３が設置され、このモー
タＭ３によって回転駆動される第２軸１１３に第２アー
ム１１７の基部が結合し、第２軸の回転に従って第２ア
ームは回転する。さらに、第２アームの先端にはモータ
Ｍ４が設置され、このモータＭ４によって回転駆動され
る手首軸１１４にハンドＨの基部が結合し、手首軸１１
４の回転に従ってハンドＨが回転する。支持台１１１は
走行台１１０上に設置され、走行台１１０内にモータＭ
１の駆動によって走行軸１１５上を移動する。

【０００６】このワーク搬送ロボットＲ１は旋回軸１１
２、第２軸１１３、手首軸１１４を独立して駆動させる
ことによって、それぞれ旋回アーム１１６、第２アーム
１１７、ハンドＨを回転させ、最終的に支持台１１１に
対するハンドＨを伸縮動作あるいは回転動作させること
ができる。例えば、伸縮動作は、図６に示すように旋回
軸１１２をα度右回転し、第２軸１１３を２α度左回転
し、手首軸１１４をα度右回転すると、ハンドＨは、そ
の方向を維持したまま、旋回軸１１２に対して伸長す
る。また、逆に旋回軸１１２をα度左回転し、第２軸１
１３を２α度右回転し、手首軸１１４をα度左回転する
と、ハンドＨは、その方向を維持したまま、旋回軸１１
２に対して縮めることができる。

【０００７】このようなワーク搬送ロボットＲ１を用い
てカセット１０１ａ〜１０１ｃからワークを取り出し、
あるいは格納する場合、ハンドＨ上に設けられたセンサ
１２１，１２２が用いられる。

【０００８】すなわち、図７（ａ）において、ワークＷ
をカセット１０１ｂから取り出す場合、走行台１１０を
カセット正面に移動し、ハンドＨの向きを旋回軸１１２
と手首軸１１４とを結ぶ直線方向を維持したまま、ハン
ドＨを伸長してワークＷの位置まで挿入するが、その
際、ハンドＨの伸縮方向に垂直に設置されたセンサ１２
１，１２２によってワークＷの手前の端面位置が検出さ
れる。ハンドＨの挿入方向が適正である場合には、セン
サ１２１，１２２がワークＷの端面を同時に検出するこ
とになるが、適正でない場合にはセンサ１２１，１２２
が時間的にずれてワークＷの端面を検出することにな
る。この時間的なずれとハンドＨの挿入速度とからハン
ドＨとワークＷとの相対的な位置ズレを知ることができ
る。位置ズレがある場合、図７（ｂ）に示すように、走
行台１１０を走行軸１１５上で、傾いたワークＷの中心
線ａと走行軸１１５とが交差する位置まで移動させ、ハ
ンドＨの方向がワークＷの傾きと一致するように旋回軸
１１２を旋回させ、かつハンドＨを伸長させる。これに
よって、ハンドＨとワークＷとが適正な位置関係に維持
されることになり、その後、手首軸１１４等を適切に制
御しつつ、ハンドＨを縮ませることによってワークＷを
カセット１０１ｂから取り出すことができる。

【０００９】一方、取り出したワークＷを例えばロード
ロック１０４に格納する場合、走行台１１０は走行軸１
１５上を移動し、格納すべきロードロック１０４の正面
の位置で停止する。しかし、図７（ｃ）に示すように、
搬送されたワークＷの位置と、ロードロック１０４内に
格納されるべきワークＷ’の位置とが走行軸１１５方向
にずれる場合がある。これは、センサ１２１，１２２を
使ってワークＷとハンドＨとの相対位置ずれを補正し
て、ワークＷをカセット１０１ｂから取り出す際に、ワ
ークＷの横方向のずれは補正されていないからである。
この横ズレΔＹを修正するために、図７（ｄ）に示すよ
うに、走行台１１０を微速で移動し、センサ１２３によ
ってワークＷの右端面の位置を検知する。センサ１２３
は、ロードロック１０４内に格納されるべきワークＷ’
の横方向に一致する位置に取り付けてあるので、ワーク
Ｗの横方向のずれが補正される。

【００１０】もちろん、走行軸１１５を用いず、旋回軸
１１２の位置を維持したまま、各軸１１２〜１１４を各
別に制御し、ワークＷを横方向に微速で移動させて、セ
ンサ１２３でワークＷの右端面を検知することで同様に
横方向のずれを補正することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７
（ｄ）に示した走行軸１１５上で走行台１１０を微小移
動させる制御を行う場合、走行台１１０およびこれに搭
載されるハンドＨ等の構成重量およびハンドＨに載置さ
れるガラス基板等のワーク重量が大きいため、精度の高
い位置制御が困難となり、横方向のずれの補正が難しい
という問題点があった。

【００１２】この問題点は、結果として、ワークＷをロ
ードロック１０４に格納する際、ゲートＧにワークＷが
あたって破損等が生じるという問題を引き起こすことに
なる。

【００１３】一方、走行軸１１５を用いないワーク搬送
ロボットの場合、各軸１１２〜１１４を各別に制御する
ことになるが、旋回アーム１１６と第２アーム１１７と
が重なると、制御上、解が定まらない状態（特異点）を
呈することから、このような場合、この特異点を削除す
る制御を行うため、常時特異点であるか否かを判断する
制御が必要となるといった問題点があった。

【００１４】しかも、各軸１１２〜１１４を同時に制御
して、ハンドＨの姿勢を移動中常に一定に保つことは難
しいという側面もある。

【００１５】そこで、本発明は、かかる問題点を除去
し、簡易な制御によってハンドの方向を維持したまま該
ハンドの位置を横方向に平行移動するファインコントロ
ールをすることができ、このファインコントロールを用
いて正確にワークの横方向のずれを検出することができ
るワーク搬送ロボットを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段および効果】第１の発明
は、ハンド上にワークを載置し、少なくとも独立した旋
回軸とハンド手首軸とを有して該ハンドに載置したワー
クを搬送するワーク搬送ロボットにおいて、前記旋回軸
の旋回方向と逆方向に同角度でハンド手首軸を回転する
制御を行う制御手段と、前記制御手段による制御を行う
場合、前記旋回軸とハンド手首軸との間を結合する軸の
回転を停止させる回転停止制御手段とを具備したことを
特徴とする。

【００１７】第１の発明では、旋回軸とハンド手首軸以
外の軸の回転が停止されるので、回転する軸数が減少
し、これによって誤差要因を低減するので、精度の高い
制御を行うことができる。

【００１８】また、実際の制御において、旋回軸とハン
ド手首軸とに対する位置偏差が存在しても、この位置偏
差量は回転が互いに逆であるため、打ち消し合い、さら
にハンドに対する制御を精度高く行うことができる。

【００１９】第２の発明は、ハンド上にワークを載置
し、少なくとも独立した旋回軸とハンド手首軸とを有し
て該ハンドに載置したワークを搬送するワーク搬送ロボ
ットにおいて、少なくとも前記旋回軸の旋回方向と逆方
向にハンド手首軸を回転し、前記旋回軸と前記ハンド手
首軸との間を結合する軸と前記旋回軸と前記ハンド手首
軸との回転角度の合計値を零にする制御を行う制御手段
を具備したことを特徴とする。

【００２０】第２の発明によっても、第１の発明と同様
にハンドを横方向に平行移動することができる。

【００２１】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記旋回軸を搭載する走行台車を走行可能とする
走行軸をさらに具備したことを特徴とする。

【００２２】これにより、第１または第２の発明による
精度の高い制御が可能になるとともに、走行軸を用いた
ワークの搬送が可能となり、高速でかつ精度の高いワー
ク搬送を実現することができる。

【００２３】第４の発明は、第１から第３の発明におい
て、前記ハンドの向きを維持したまま該ハンドを平行移
動させるとき、該ハンド上に載置されたワークの横ズレ
を検出する横ズレ検出手段をさらに具備したことを特徴
とする。

【００２４】これにより、第１から第３の発明に対応し
た作用効果を奏するとともに、ワークの横ズレを検出す
ることができるので、搬送対象のワークを精度よくかつ
安全に搬送することができる。

【００２５】なお、第２の発明において、第４の発明を
適用する場合、旋回軸とハンド手首軸以外の軸の回転を
可能としているので、横方向の平行移動とともに、縦方
向の平行移動を組み合わせることが可能であり、ワーク
の横ズレを検出するとともに、ワークの搬送を同時に行
うことができるという効果も有する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００２７】図１は、本発明の実施の形態であるワーク
搬送ロボットＲの構成を示す図である。図１において、
このワーク搬送ロボットＲは、ロボットコントローラＣ
１によって制御され、図５および図６に示したワーク搬
送ロボットＲ１と同様に、旋回アーム６の基部が支持台
１と旋回軸２を介して結合され、第２アーム７の基部が
旋回アーム６の先端と第２軸３を介して結合され、ハン
ドＨの基部が第２アーム７の先端と手首軸４を介して結
合されている。また、旋回軸２，第２軸３，手首軸４は
各別にロボットコントローラＣによって独立して制御さ
れる。従って、図６に示すように、旋回軸２をα度右回
転し、第２軸３を２α度左回転し、手首軸４をα度右回
転することによって、ハンドＨの向きを維持したまま、
ハンドＨを伸長することができ、逆に、旋回軸２をα度
左回転し、第２軸３を２α度右回転し、手首軸４をα度
左回転することによって、ハンドＨの向きを維持したま
ま、ハンドＨを縮めることができる。また、旋回軸２を
左右に回転することによってハンドＨを旋回することが
できる。さらには、各軸２〜４を各別に制御することに
よって、様々なハンドＨの向き、あるいはハンドＨの軌
跡を制御することができる。

【００２８】ここで、図１において、ハンドＨの向きは
旋回軸２と手首軸４とを結ぶ直線方向に向いているが、
このハンドＨの向きを維持したまま、ハンドＨを左右に
移動させる場合、換言すれば、ワイパーのごとき動きを
させる場合、ロボットコントローラＣ内の横方向移動制
御部Ｃ１は、第２軸３の回転を停止させ、旋回軸２を移
動させたい方向にα度回転させるとともに、手首軸４を
旋回軸２の回転方向と逆方向にα度回転させる制御を行
う。

【００２９】これにより、例えば旋回軸２を右方向にα
度回転し、手首軸４を左方向にα度回転すると、ハンド
Ｈは、ハンドＨ’のようにハンドＨの向きを維持したま
ま、右方向に移動する。また、旋回軸２を左方向にα度
回転し、手首軸４を右方向にαＤ回転すると、ハンドＨ
は、ハンドＨ”のようにハンドＨの向きを維持したま
ま、左方向に移動する。ここで、第２軸３を停止させて
おくことは、旋回軸２と手首軸４とを１つのアームで接
続されたものと同様な動きをなすことになる。従って、
旋回軸２と手首軸４との間にさらに複数の軸とアームと
を介して結合された多関節のワーク搬送ロボットであっ
ても、これら複数の軸を停止させる制御を行うことによ
って、同様なハンドＨの動きを実現することができる。

【００３０】次に、図２を参照して、図１に示すワーク
搬送ロボットＲを使用したワークの位置ズレ検出につい
て説明する。図２において、ハンドＨ上に載置されてい
るワークＷは、図７（ａ），（ｂ）に示すように、セン
サ２１，２２を用いてハンドＨとの相対位置関係が正規
の位置となっている。ただし、この時、横方向のずれは
補正されていない。このワークＷをロードロック２０内
に格納する際、図７（ｃ）で説明したようにΔＹの横ズ
レがあり、ワークＷを横方向にずらす補正を行わなけれ
ばならない。この際、図７（ｃ）で示すように走行軸１
１５上を移動させるのではなく、図１で説明したよう
に、第２軸３を停止させ、旋回軸２を右方向にα度回転
させるとともに手首軸４を左方向にα度回転させる。こ
れにより、ハンドＨはその方向を維持したままワイパー
の先端のような軌跡を描き、ハンドＨａの方に移動す
る。同様にハンドＨ上に載置されたワークＷもその方向
を維持したままワークＷａの方に移動する。

【００３１】センサ２３は、ゲートＧの前面に配置さ
れ、ロードロック２０内に格納されるべきワークＷ’の
横方向に一致する位置に取り付けられる。従って、ワー
クＷがワークＷａの位置に移動すると、その右端面の位
置がセンサ２３によって検知され、ワークＷのロードロ
ック２０への格納時における正規位置が検出される。こ
の正規位置に移動制御されたワークＷａは、その後ハン
ドＨをロードロック２０方向に伸長させることによっ
て、ワークＷａがゲートＧに当たることなく、安全にロ
ードロック２０内に格納される。なお、センサ２１〜２
３は光センサ等各種のものが適用でき、反射式であって
も、透過式であってもよい。要は、ワークＷの端面を検
出できればよい。

【００３２】なお、センサ２３はロードロック２０の右
手前に設けられているが、ロードロック２０の左手前に
設けるようにしてもよい。この場合、第２軸３は停止さ
れ、旋回軸２と手首軸４の回転方向は共に逆方向に同一
角度回転されることになる。

【００３３】もちろん、センサ２３がロードロック２０
の右手前あるいは左手前に設けられても、該センサ２３
が検知状態であれば、それぞれハンドＨを逆方向に移動
させてワークＷの端面の位置を検出することは言うまで
もない。

【００３４】次に、図３を参照して、ワーク搬送ロボッ
トＲＲを適用したワークの位置ズレ検出の他の例につい
て説明する。図２においては、支持台１が固定され、旋
回軸２の旋回中心が固定されることを前提として説明し
たが、図３に示すワーク搬送ロボットＲＲは、図６に示
すワーク搬送ロボットＲ１と同様に、ワーク搬送ロボッ
トＲＲの支持台１が走行台３１上に設置され、この走行
台３１が走行軸３０上を移動することができるものであ
る。

【００３５】このワーク搬送ロボットＲＲは、横ズレΔ
Ｙを補正する際、走行台３１を走行軸３０上を移動させ
るのではなく、図２に示すワーク搬送ロボットＲと同様
に、第２軸を停止させ、旋回軸２を右方向にα度回転さ
せるとともに手首軸４を左方向にα度回転させることに
より、ハンドＨはその方向を維持したままワイパーの先
端のような軌跡を描き、ハンドＨａの方に平行移動す
る。

【００３６】これによって、センサ２３はワークＷの右
端面を検出し、ワークＷのロードロック２０への格納時
における正規位置が検出される。さらに、この正規位置
に移動制御されたワークＷａは、その後ハンドＨをロー
ドロック２０方向に伸長させることによって、ワークＷ
ａがゲートＧに当たることなく、安全にロードロック２
０内に格納される。

【００３７】このようにして、上述したワーク搬送ロボ
ットＲ，ＲＲは、旋回軸２と手首軸４のみをそれぞれ反
対方向に回転駆動させるという簡単な制御によってハン
ドＨをほぼ横方向に平行移動し、ハンドＨ上に載置され
ているワークＷの右あるいは左端面の位置を検出し、さ
らにワークＷの横ズレ補正を精度高く行うことができ
る。

【００３８】なお、図１から図３に示したワーク搬送ロ
ボットＲ，ＲＲは、ハンドＨをほぼ横方向に平行に移動
させる制御を行う際、第２軸３を停止させ、旋回軸２お
よび手首軸４をそれぞれ反対方向に同角度回転するよう
にしているが、これに限らず、第２軸を回転してハンド
Ｈを横方向に平行移動するようにしてもよい。

【００３９】この場合、旋回軸２と手首軸４とはそれぞ
れ反対方向に回転させ、かつ旋回軸２と第２軸３と手首
軸４との角度の合計値が零となるような制御を行うよう
にする。但し、ハンドＨを精度の高い軌跡制御、例えば
加速度演算までも要求するものではなく、横方向のみの
平行移動を制御することができればよい。換言すれば、
図１から図３に示したワーク搬送ロボットＲ，ＲＲの第
２軸３の停止について、必ずしもこの第２軸３を停止さ
せる必要はないということである。

【００４０】このような各軸２〜４の制御によってもハ
ンドＨおよびハンドＨ上に載置されたワークＷを平行移
動させることができる。

【００４１】なお、上述したセンサ２３は、ロードロッ
ク２０に固定されていても、走行軸３０に固定されてい
てもよいことは、言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態であるワーク搬送ロボット
の構成を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態であるワーク搬送ロボット
を処理加工システムに適用した場合を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態であるワーク搬送ロボット
を処理加工システムに適用した場合を示す図である。

【図４】従来の処理加工システムの概要構成を示す図で
ある。

【図５】従来のワーク搬送ロボットの一例を示す側面図
である。

【図６】従来のワーク搬送ロボットの一例を示す平面図
である。

【図７】従来のワーク搬送ロボットによるワーク搬送の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１…支持台 ２…旋回軸 ３…第２軸 ４…手首軸 ６
…旋回アーム ７…第２アーム Ｈ…ハンド Ｒ，ＲＲ…ワーク搬送ロ
ボット Ｃ…ロボットコントローラ Ｃ１…横方向移動制御部
Ｗ…ワーク ３０…走行軸 ３１…走行台 ΔＹ…横ズレ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハンド上にワークを載置し、少なくとも
   独立した旋回軸とハンド手首軸とを有して該ハンドに載
   置したワークを搬送するワーク搬送ロボットにおいて、 前記旋回軸の旋回方向と逆方向に同角度でハンド手首軸
   を回転する制御を行う制御手段と、 前記制御手段による制御を行う場合、前記旋回軸とハン
   ド手首軸との間を結合する軸の回転を停止させる回転停
   止制御手段とを具備したことを特徴とするワーク搬送ロ
   ボット。
2. 【請求項２】 ハンド上にワークを載置し、少なくとも
   独立した旋回軸とハンド手首軸とを有して該ハンドに載
   置したワークを搬送するワーク搬送ロボットにおいて、 少なくとも前記旋回軸の旋回方向と逆方向にハンド手首
   軸を回転し、前記旋回軸と前記ハンド手首軸との間を結
   合する軸と前記旋回軸と前記ハンド手首軸との回転角度
   の合計値を零にする制御を行う制御手段を具備したこと
   を特徴とするワーク搬送ロボット。
3. 【請求項３】 前記旋回軸を搭載する走行台車を走行可
   能とする走行軸をさらに具備したことを特徴とする請求
   項１または２に記載のワーク搬送ロボット。
4. 【請求項４】 前記ハンドの向きを維持したまま該ハン
   ドを平行移動させるとき、該ハンド上に載置されたワー
   クの横ズレを検出する横ズレ検出手段をさらに具備した
   ことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に
   記載のワーク搬送ロボット。