JP2009023048A

JP2009023048A - ワーク搬送装置

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Publication number: JP2009023048A
Application number: JP2007188711A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Maeda; 貴宏前田; Michiharu Tanaka; 道春田中
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: JP4840599B2

Abstract

【課題】ロボットのアーム伸縮動作時における急停止によって各部材に生じる応力で、各部材を破損しないようにする。
【解決手段】複数軸で構成されたロボットの動作を制御する制御装置において、アームの伸縮動作時における急停止によって各部材に生じる応力が各部材の強度を超えないように、アームの上下移動位置に従って予め許容されるアームの許容動作速度が設定され、アーム軸回転駆動源の駆動でアームの伸縮動作をする際の前記アームの伸縮動作する速度は前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度を超えないように速度制限する速度制御手段を備えるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、アームを水平移動させることによってワーク把持装置に載置、把持したワークを搬送するロボットに関し、特に該アームの急停止によって生じるモーメントがロボットの機体を破損しないモーメントに抑制することが出来るワーク搬送装置に関する。

液晶用ガラス基板や半導体ウエハ等のワークを加工処理する半導体製造システムにおいては、処理工程毎に処理部を配置し、これら処理部に対して順次基板を搬送することにより、基板に一連の処置を施すようにしている。搬送はベルトコンベア等によって行われることもあるが、多くの場合、処理工程等のレイアウトの変更に柔軟に対応出来るメリットがあるため、搬送作業の位置や手順が設定された作業プログラムに従って動作するロボットによって行われている。

ロボットについて説明する。図４は、ワーク搬送装置の斜視図である。図５は、ロボットの上面図である。図６は、ロボットの側面図である。
ロボット１０１は、ワークを格納する図示しないストッカの高層化に対応するために複数ブロックに分けられたコラム１１２が連結された構造となっている。このように各コラムブロック１１５を順次連結することで高層に対応した高さをもつロボット１０１を形成している。図４では、４つのコラムブロック１１５が連結された構造となっている。各コラムブロック１１５の両端面は、コラムブロック１１５が相互に連結されるように嵌合構造となっており、さらに、リニアガイドからなる案内機構を精度良く配置するために図示しない位置決め穴を有し、位置決め冶具を用いて調整することで組み立てられる。
また、ロボット１０１は、関節部１０３，１０４，１０５により回転可能に連結されてアーム軸回転駆動源よる回転力を伝達し所望の動作をさせるアーム１０２を上下に位置する上アーム１２１と下アーム１０２の二組備えている。また、上下アーム１２１，１０２によりワーク１０９を保持するハンド部１０８は図中矢印Ｘで示すワーク１０９の取り出し・供給の方向に直線移動可能であるように構成される。また、二組のアーム１２１，１０２に設けられる基端の関節部１０３の回転中心軸の関係は、図５に示すように、下アーム１０２の基端の関節部１０３に対して上アーム１２１の基端の関節部１２３は、ハンド部１０８の移動方向（Ｘ軸方向）にずれるようにが配置するように構成されている。

また、上下アーム１２１、１０２は関節部１２３、１０３を介して支持部材１１０に連設されて、支持部材１１０を上下移動軸駆動源で上下に移動させる上下移動機構１１１を備えていて、上下アーム１２１、１０２の上下方向（Ｚ軸方向）の位置調整を可能としている。また、上下移動機構１１１の台座１１３は、旋回駆動源によって基台１１４に対し回動可能に設けられ、ロボット１０１を旋回して向きを変えられるようにしている。ここで、上下移動機構１１１は、コラム１１２に対しハンド部１０８の移動方向と同方向に配置され、支持部材１１０は上下移動機構１１１による上下移動方向（Ｚ軸）及びハンド部１０８の移動方向（Ｘ軸）に対して直交する方向（Ｙ軸）に突出し、上下アーム１２１、１０２の基端の関節部１２３、１０３に連結されている。また、下アーム１０２に連結する支持部材１１０は、下アーム１０２が上下移動機構１１１により下方へ移動した際に、台座１１３に干渉しないように図５に示すようにハンド部１０８の移動方向（Ｘ軸）にオフセットした形状を形成している。

ロボット１０１は、ロボットケーブル１３４を介して制御装置１３３と接続されており、各駆動源に電力を供給し、ロボット１０１が動作するように構成されている。制御装置１３３は教示手段ケーブル１３６を介して教示手段１３５に接続されている。教示手段１３５は複数のボタンを有し、各ボタンを押下することで教示手段ケーブル１３６を介して制御装置１３３へ指示を出力する。制御装置１３３は教示手段１３５からの指示に従い、ロボットケーブル１３４を介してロボット１０１の各駆動源へ駆動電力を出力してロボット１０１を動作する。教示手段１３５は、表示手段１３７を備え、制御装置１３３から教示手段ケーブル１３６を介して伝達された指示に基づいて、情報を表示する。表示手段１３７はＬＣＤ等の表示器又はランプ等である。教示手段１３５は、例えば汎用コンピュータやパーソナルコンピュータの場合もある。

教示手段１３５は図示しない教示手段非常停止ボタンを備え、制御装置１３３は図示しない制御装置非常停止ボタン及び外部からの非常停止信号入力を備えていて、制御装置１３３はいずれかの非常停止ボタンの押下操作又は非常停止信号が入信ると、各駆動源に供給する駆動電力を遮断し、各駆動源にブレーキをかけ、ロボット１０１の動作を停止させる。非常停止ボタンは、例えばロボットが干渉物と衝突しそうになった場合等、事故を未然に防ごうと緊急停止する為に押下される。

下アーム１０２について説明すると、上腕１０６の基端は、支持部材１１０に駆動軸を介して連結されて、回動可能な肩関節部１０３を構成する。この肩関節部１０３が下アーム１０２の基端の関節部１０３となる。また、上腕１０６の他端と前腕１０７の基端とが駆動軸を介して連結されて、回動可能な肘関節部１０４を構成する。また、前腕１０７の他端とハンド部１０８とが駆動軸を介して連結されて、回動可能なハンド関節部１０５を構成する。
下アーム１０２は、図示しないアーム軸回転駆動源により肩関節部１０３と肘関節部１０４とハンド関節部１０５とを回動させて、ハンド部１０８をワーク取り出し・供給方向に移動させる。この際、下アーム１０２では、その機構上、ハンド部１０８が一方向を向いて、上腕１０６と前腕１０７とを伸ばしきった伸長位置と、上腕１０６と前腕１０７とを折り畳んだ状態とした縮み位置との間を直線移動するように、伸縮動作を行う。また、下アーム１０２は、支持部材１１０に取り付けられ、制御装置１３３からロボットケーブル１３４を介して図示しない上下移動軸駆動源に駆動電力を出力し、上下移動機構１１１によって移動する。上アーム１２１についても同様であるため説明を割愛する。
このように、ロボット１０１に備えられる上下アーム１２１、１０２は、複数の関節部を有するものであり、即ちロボット１０１は、水平多関節型ロボットとして構成される。

ここで、ロボット１０１がワークを載置、把持する２通りの動作手順について説明する。図７及び図８は、図４記載のロボットを図中矢印Ｙ方向に見た場合に、上アーム１２１と下アーム１０２を個別に動作させ、図示しないストッカに設置されたワーク１０９を取り出す様子を示している。図７は、下アーム１０２でワーク１０９の取り出しを示し、その後、図８では上アーム１２１でワーク１０９の取り出しを示している。
以下、図７の動作について、図中（ａ）から（ｄ）を順に説明する。まず、上下移動機構１１１によって、下アーム１０２に備えたハンド１０８を、上から２番目のワーク１０９に対しやや下位置となるように位置決めする（ａ）。続いて、図示しないアーム軸回転駆動源により下アーム１０２を、ワーク１０９を載置、把持するのに適当な位置まで伸ばす（ｂ）。さらに、上下移動機構１１１によって、下アーム１０２に備えたハンド１０８がワーク１０９を載置し、ワーク取り出しのときにストッカに干渉しない位置までに上昇動作し、さらにワーク１０９をハンド１０８で載置、把持する（ｃ）。次に、図示しないアーム軸回転駆動源により下アーム１０２を縮め、待機姿勢を取る（ｄ）。

次に、図８の動作を図中（ａ）から（ｄ）を順に説明する。
上下移動機構１１１によって、上アーム１２１に備えたハンド１０８をワーク１０９よりも図中矢印Ｚ−方向に載置し（ａ）、図示しないアーム軸回転駆動源により上アーム１２１を、ワーク１０９を載置、把持するのに適当な位置まで伸ばす（ｂ）。そして、上下移動機構１１１によって、上アーム１２１に備えたハンド１０８がワーク１０９に接触するまで図中矢印Ｚ＋方向へ動作し、ワーク１０９をハンド１０８で載置、把持する（ｃ）。最後に、図示しないアーム軸回転駆動源により上アーム１２１を縮め、載置、把持したワーク１０９以外のワークに干渉しないように待機姿勢を取る（ｄ）。ここでは、ワークを載置、把持する様子について説明したが、逆に、載置、把持したワークをストッカに載置する場合においては、図中（ｄ）から（ａ）の順にワークを載置、把持する手順と逆の手順で動作することで実現出来る。

図９は図４に記載のロボットを図中矢印Ｙ方向に見た場合に、上アームと下アームを同時に動作させ、図示しないストッカに設置されたワークを取り出す様子を示している。
以下、図９の動作について、図中（ａ）から（ｄ）を順に説明する。まず、上下移動機構１１１によって、上アーム１２１に備えたハンド１０８をワーク１０９よりも図中矢印Ｚ−方向に載置する（ａ）。一般に、複数のワーク１０９の間隔は、上アーム１２１に備えたハンド１０８と下アーム１０２に備えたハンド１０８の間隔より狭いことは無いので、前記（ａ）の状態にあるとき、下アーム１０２に備えたハンド１０８はワーク１０９よりも図中矢印Ｚ−方向に載置されることになる。続いて、図示しないアーム軸回転駆動源により上アーム１２１と下アーム１０２を、ワーク１０９を載置、把持するのに適当な位置まで伸ばす（ｂ）。さらに、上下移動機構１１１によって、上アーム１２１に備えたハンド１０８と、下アーム１０２に備えたハンド１０８が、ワーク１０９に接触するまで図中矢印Ｚ＋方向へ動作し、それぞれワーク１０９をハンド１０８で載置、把持する（ｃ）。ここまでの一連の動作で、上アーム１２１に備えたハンド１０８と、下アーム１０２に備えたハンド１０８に、それぞれワーク１０９を載置、把持することが出来る。次に、図示しないアーム軸回転駆動源により上アーム１２１と下アーム１０２を縮め、載置、把持したそれぞれのワーク１０９以外のワークに干渉しないように待機姿勢を取る（ｄ）。ここでは、ワークを載置、把持する様子について説明したが、逆に、載置、把持したワークをストッカに載置する場合においては、図中（ｄ）から（ａ）の順にワークを載置、把持する手順と逆の手順で動作することで実現出来る。

図７に示した動作手順は、図中（ａ）において上下移動を１回、図中（ｂ）においてアームを伸ばす動作を１回、図中（ｃ）において上下移動を１回、図中（ｄ）においてアームを縮める動作を１回、図８では中（ａ）において上下移動を１回、図中（ｂ）においてアームを伸ばす動作を１回、図中（ｃ）において上下移動を１回、図中（ｄ）においてアームを縮める動作を１回行う。
結果、図７及び図８に示した動作手順は２つのワークを把持、または載置するのに、上下移動を４回、アームを伸ばす動作を２回、アームを縮める動作を２回必要とする。
一方、図９に示した動作手順は、図中（ａ）において上下移動を１回、図中（ｂ）においてアームを伸ばす動作を１回、図中（ｃ）において上下移動を１回、図中（ｄ）においてアームを縮める動作を１回行う。
結果、図９に示した動作手順は２つのワークを把持、または載置するのに、上下移動を２回、アームを伸ばす動作を１回、アームを縮める動作を１回必要とする。
前述のように、ロボットはストッカからワークを載置、把持する、またはストッカへワークを載置する２通り手順のうち、同じワークの数を把持、または載置するのであれば、図７及び図８に示した動作手順よりも図９に示した動作手順の方が明らかに動作の手順が少なく、搬送効率が良い。

しかしながら、例えば瞬時的な停電状態や、制御装置１３３に備えた制御装置非常停止ボタン、または教示手段１３５に備えた教示手段非常停止ボタンを押下されることで、各駆動源に供給する駆動電力が遮断されることで急停止した場合、図９に示した動作手順は図７及び図８に示した動作手順よりも大きな応力が生じる場合がある。
図１０は上アームを伸ばしている最中に急停止した場合に掛かるモーメントの様子を示している。図中、ｈ１は基台１１４の中心から上アームの重心Ｇ１までの高さを示す。上アーム１２１が図中矢印Ｘ方向に動作している間、ハンド１０８と上アーム１２１は自身の質量と速度に基づいた運動エネルギーを持つ。急停止した場合、前記運動エネルギーによって図中に示す上アーム１２１の重心Ｇ１に力Ｆ１が発生する。さらに、発生した力Ｆ１はコラム１１２を伝い、基台１１４の中心には式（１）に基づいた倒れモーメントＮ１が掛かる。
Ｎ１＝Ｆ１×ｈ１・・・（１）
倒れモーメントＮ１によってコラム１１２や支持部材１１０等は応力が生じてしなる。さらに、ハンドにワークを把持している場合にはより大きな倒れモーメントによって、より大きな応力が生じることは言うまでもない。

図１１は上アームと下アームを伸ばしている最中に急停止した場合に掛かるモーメントの様子を示している。図中、ｈ１は基台１１４の中心から上アーム１２１の重心Ｇ１までの高さを示す。ｈ２は基台１１４の中心から下アーム１０２の重心Ｇ２までの高さを示す。上アーム１２１が図中矢印Ｘ方向に動作している間、上アーム１２１に備えたハンド１０８と上アーム１２１は自身の質量と速度に基づいた運動エネルギーを持つ。同様に、下アーム１０２が図中矢印Ｘ方向に動作している間、下アーム１０２に備えたハンド１０８と下アーム１０２は自身の重量と速度に基づいた運動エネルギーを持つ。急停止した場合、前記運動エネルギーによって図中に示す上アーム１２１の重心Ｇ１に力Ｆ１と下アーム１０２の重心Ｇ２に力Ｆ２が発生する。さらに、発生した力Ｆ１と力Ｆ２はコラム１１２を伝い、基台１１４の中心には式（２）に基づいた倒れモーメントＮ２が掛かる。
Ｎ２＝Ｆ１×ｈ１＋Ｆ２×ｈ２・・・（２）
式（１）と式（２）より、倒れモーメントＮ２は倒れモーメントＮ１よりも大きいことが明らかである。従って、図１１に示した急停止の場合、コラム１１２や支持部材１１０等は図１０に示した急停止の場合よりも大きな応力が生じて撓る。さらに、ハンドにワークを把持している場合にはより大きな倒れモーメントによって、より大きな応力が生じることは言うまでもない。

以上の理由から図９に示した動作手順を実施する場合には、図７及び図８に示した動作手順を実施する場合よりも高い強度を持ったコラムや支持部材等を備える必要がある。しかし、コラムや支持部材等の強度を高める為には、コラムや支持部材等をより太くしたり、より丈夫な素材で製作する等の対処が必要であるが、ロボットの設置面積が増大したり、製作コストが増大するという短所がある。一方で、コラムの強度をそのままに長さを短くすることで、倒れモーメントを小さくする対処も考えられるが、ストッカの高層部にワークを搬送することが出来ないという短所がある。
近年、大型のプラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等の需要が高まっていることを背景に、液晶用ガラス基板や半導体ウエハ等の基板等はより大型化し、また、工場面積当りの生産量を増やす為にストッカはより高層化している。それに合わせてロボットも大型化、高層化し、前述の倒れモーメントもこれに伴って増大しているが、生産性を上げる為に図９に示す動作手順を実施することが必要不可欠となっている。
このような問題を解決する為に、駆動電力を遮断後、駆動部に備わるコンデンサに蓄電されたエネルギーをバックアップ電源としてトルク制御を行い、上下アームを急停止せずに減速停止する方法が開示されている（特許文献１参照）。
特開平４−１５２０９１号公報（第５頁、第３図）

特許文献１に記載の従来の非常停止装置は、非常停止がかけられた後に停止しようとするものであるが、コンデンサに蓄電されたエネルギーをバックアップ電源として減速制御しても充分に減速できなく、そのために運動エネルギーを抑えることが出来ない場合がある。このような場合、充分に速度を落とせていない状態で回生抵抗を短絡又はメカニカルブレーキを作動させると、その途端に急制動がかかり、非常に大きな倒れモーメントが生じ、コラムや支持部材等を破損するおそれがある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高速なワーク搬送を行うために上アームと下アームの同時動作の最中に急停止した場合にもコラムや支持部材等を破損することなく停止することを可能とするロボット制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決する為、本発明は次のように構成した。
請求項１に記載の発明は、ワークを把持または載置するワーク把持装置を先端に備えた複数のアームと、前記各々のアームを水平方向に伸縮するアーム軸回転駆動源と、前記各々のアームを上下移動する上下移動軸駆動源と、を備えたロボットと、予め設定された作業プログラムに基づいて前記ロボットの前記複数のアーム軸回転駆動源及び前記複数の上下移動軸駆動源を駆動制御する制御装置と、を具備するワーク搬送装置において、前記アームの上下移動位置に従って予め許容されるアームの許容動作速度が設定され、前記アーム軸回転駆動源の駆動でアームの伸縮動作をする際の前記アームの伸縮動作する速度は前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度を超えないように速度制限する速度制御手段を備えることを特徴としたものである。
請求項２に記載の発明は、ワークを把持または載置するワーク把持装置を先端に備えた複数のアームと、前記各々のアームを水平方向に伸縮する複数のアーム軸回転駆動源と、前記各々のアームを上下移動する複数の上下移動軸駆動源と、を備えたロボットと、予め設定された作業プログラムに基づいて前記ロボットの前記複数のアーム軸回転駆動源及び前記複数の上下移動軸駆動源を駆動制御する制御装置と、を具備するワーク搬送装置において、前記アームの上下移動位置に従って予め許容されるアームの許容動作速度が設定され、
前記アーム軸回転駆動源の駆動でアームの伸縮動作をする前に、前記アームの伸縮動作する速度と前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度とを比較し、前記アームの伸縮動作する速度が前記アームの許容動作速度を超える時は前記ロボットの動作を停止制御する停止制御手段を備えることを特徴としたものである。
請求項３に記載の発明は、前記アームの許容動作速度は、予め設定された前記アームの上下移動位置の最上位置及び速度並びに最下位置及び速度から定まる上下位置と速度の関係より前記アームの上下移動位置に基づいて求められるものであることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記アームの許容動作速度は、予め設定された前記アームの上下移動位置の最上位置及び速度並びに複数に分割された最上位置から最下位置までの上下位置と各々の間の速度から定まる上下位置と速度の関係より前記アームの上下移動位置に基づいて求められるものであることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記制御装置は表示手段を備え、前記速度制御手段の制御状態を前記表示手段に表示することを特徴とするものである。

以上の構成により本発明の制御装置は、上アームと下アームの同時動作の最中に急停止する場合を考慮して、その伸縮動作速度を制限する又はロボットの動作を停止するため、コラム又は支持部材のロボットの構成部品等を破損することなく急停止することを可能なる。このため、コラム及び支持部材にかかる急停止衝撃やモーメントによるロボットの損傷などを気にせずに作業プログラムの速度を設定することができる。
また、動作中においては、速度制限状態か否かを表示手段で確認することができるので、例えば試験運転などで設定した速度の良し悪しを判定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

本発明を図４及び図５、図６に示される構成を備えた、上下移動機構を備えるロボットに適用するワーク搬送装置について説明する。
制御装置１３３に備わる図示しない格納手段に、予め上腕１０６のリンク長、前腕１０７のリンク長、上下アーム１２１、１０２のアーム軸回転駆動源に備える減速機の減速比、関節部１０３からの上腕１０６の重心位置、関節部１０４からの前腕１０７の重心位置、関節部１０５からのハンド１０８の重心位置、関節部１０５からのワーク１０９の重心位置、許容されるアームの動作速度、最大上下位置、制御方法指定、動作周期時間等のパラメータを格納する。

前記格納手段に格納する許容されるアームの動作速度は、上下移動機構が最上位置にあるときのアームの動作速度及び下移動機構が最下位置にあるときのアームの動作速度である。
上下移動機構が最上位置にあるときにアームの伸縮動作中の急停止時にコラム１１２や支持部材１１０等に生じる応力をシミュレーションした結果の各部材の強度が耐え得るアームの動作速度、又は、実際にロボット１０１を上下移動機構が最上位置にあるときにアームの伸縮動作中の急停止時にコラム１１２や支持部材１１０等に生じる応力をテストして求められる各部材が耐え得るアームの動作速度であるが、シミュレーションやテストを実施しなくとも、上下移動機構が最上位置にあるときに力学上各部材の強度が耐え得るアームの動作速度であれば良い。
上下移動機構が最下位置にあるときのアームの動作速度についても同様に各部材の強度が耐え得るアームの動作速度である。

前記格納手段に格納する制御方法指定は、アームの動作速度が、上下移動機構の上下位置に従って求められた許容されるアームの動作速度を超えようとする場合に、「速度制御」は、アームの動作速度を低下し各部材の強度が耐え得る動作速度に制御する方法であって、「停止制御」はロボット１０１の動作を停止するかの指定である。

諸パラメータは教示手段１３５に備わるボタンを押下して入力するか、図示しない外部記憶装置より通信手段などを介して制御装置１３３の格納手段に格納される。
尚、ワーク搬送装置として所望の動作及び制御の為には他のパラメータも必要であるが、本発明に関連しないので説明は省略する。

ロボット１０１は、予め格納手段に格納されて、ロボット１０１を動作させ搬送作業を行なう手順が設定された動作プログラムに従って、ロボットケーブル１３４を介して各駆動源へ動作指令を与えて動作する。

本発明が適用された複数軸で構成されるロボットの動作を図１のフローチャートを用いて説明する。
動作プログラムには、各駆動源の指令動作速度が記述されており、制御装置１３３は現在位置と動作目標位置と指令動作速度に基づいて、制御周期（演算周期ともいう）毎に各駆動源の目標位置を求める。この時に、目標位置への距離と制御周期で各駆動源の動作速度が求まる。
尚、動作プログラムには指令動作速度が記述されていない場合もあるが、このような場合には前記格納手段に予め格納された動作速度で動作する等の暗黙の指令動作速度が存在するので、各駆動源の動作速度を計算することが出来る。

（ステップ１）動作プログラムに設定された目標位置と指令速度に基づき、１動作周期後の各駆動源への動作指令（位置指令）を作成する。

（ステップ２）ステップ１で求めた上下移動軸駆動源への動作指令出力後の上下移動軸の位置（Ｚ）を求める。

（ステップ３）上下移動機構が上下位置の最上位置に対する比率を求める。
ここで、上下移動機構の最上位置をＺ_Ｈ、最下位置をＺ_Ｌ、現在位置又はステップ２の動作指令出力後の上下位置をＺとすると、上下比μは式（３）によって求められる。
μ＝（Ｚ−Ｚ_Ｌ）／（Ｚ_Ｈ−Ｚ_Ｌ）・・・（３）

（ステップ４）次に、上下移動機構が最上位置Ｚ_Ｈのときの許容速度Ｖ_Ｈ及び最下位置をＺ_Ｌのときの許容速度Ｖ_Ｌ並びに上下比μから、上下位置Ｚにおいて許容されるアームの動作速度Ｖを式（４）によって求める。
Ｖ＝Ｖ_L−（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｈ）×μ ・・・（４）

（ステップ５）前記制御方法指定が速度制御指定である場合、ステップ６へ分岐し、速度制御指定でない場合（停止制御指定）、ステップ１０へ分岐する。ここで、制御方法指定は前記格納手段に格納された設定では無く、例えば制御装置１３３に備えた図示しない入力手段からの信号入信であっても良いが、そのときは、前記の制御方法指定は無効となる。

（ステップ６）（制御方法指定が速度制御指定である場合）ステップ１で求めた各駆動源の動作指令に基づき、ロボット１０１の上アーム１２１又は下アーム１０２のアームの動作速度Ｖ_ｄを求める。
ここで、例えばアーム軸回転駆動源をアブソリュートエンコーダを備えたモータとする。動作プログラムに基づいた指令動作速度より、１動作周期の動作指令パルス値を求め、動作する前のエンコーダパルス値に動作指令パルス値を足し、１動作周期後のエンコーダパルス値を求める。続いて、下アーム１０２のアーム軸回転駆動源に備える減速機の減速比を用いて１動作周期後のエンコーダパルス値を角度に換算し、前記角度と上腕１０６のリンク長、前腕１０７のリンク長を用いて、関節部１０３から関節部１０５までの運動学方程式によって、１動作周期後の関節部１０３から見た関節部１０５の位置が求まる。同様に、上アーム１２１の関節部の位置を求める。さらに、動作前の位置から１動作周期後の位置までの移動ベクトルを計算し、動作周期時間で除算することでアームの動作速度Ｖ_ｄが求まる。
求めたアームの動作速度Ｖ_ｄが式（４）で求めた許容されるアームの動作速度Ｖを超える場合、ステップ７へ分岐し、超えない場合、ステップ９へ分岐する。

（ステップ７）指令速度を式（４）で求めた許容されるアームの動作速度Ｖとし、動作プログラムに設定された目標位置とに基づき、１動作周期後の各駆動源への動作指令（位置指令）を作成する。すなわち、動作プログラムに設定されている動作速度を低速化してその再生を行なうようになる。この処置で前記許容されるアームの動作速度を超えることは無い。

（ステップ８）前述までの処理で、アームの動作速度は動作プログラムで指示した動作速度で動作せず、制限された動作速度で動作する。そこで、制御装置１３３は教示手段ケーブル１３６を介して教示手段１３５へ表示信号を送る。教示手段１３５は表示信号を受信し、表示手段１３７へ速度が制限されていることを表示する。表示方法は、例えばその旨を知らせるメッセージを表示ディスプレイに表示したり、パイロットランプを点灯させることで実現する。

（ステップ９）前ステップまでで求め、保持していた動作指令を各駆動源へ出力する。

（ステップ１０）（制御方法指定が停止制御指定である場合）ステップ６と同様の手順でアームの動作速度Ｖ_ｄが許容されるアームの動作速度Ｖを超えるか判別する。アームの動作速度が許容されるアームの動作速度を超える場合、ステップ１１へ分岐し、超えない場合、ステップ１２へ分岐する。

（ステップ１１）許容されるアームの動作速度を超えるアームの動作速度で動作しようとしている為、急停止した際に機体を破損する恐れがある。そのため、ロボット１０１の動作を公知の手段で停止（減速停止など）し、また、制御装置１３３は教示手段ケーブル１３６を介して教示手段１３５へ通知信号を送る。教示手段１３５は通知信号を受信し、表示手段１３７へ動作不能であることを通知する。通知方法は、例えばその旨を知らせるメッセージを表示ディスプレイに表示したり、パイロットランプを点灯させたり、スピーカより音を発することで通知する。

（ステップ１２）特にアームの動作速度を制御する、またはロボットの動作を停止する必要が無いと判別されているので、ステップ１で作成した動作指令を各駆動源へ出力する。

図２は本発明の効果を図示したものである。上下移動機構１１１の最大上位置Ｚ_Ｈ及び最大上位置において許容されるアームの動作速度Ｖ_Ｈ並びに最下位置Ｚ_Ｌ及び最下位置において許容されるアームの動作速度Ｖ_Ｌより、上下移動機構１１１の上下位置Ｚとそのときに許容されるアームの動作速度Ｖは一次式の関係にある。上下位置が大きくなるほど許容されるアームの動作速度は小さくなり、上下位置が小さくなるほど許容されるアームの動作速度は大きくなる。急停止の際、基台１１４の中心には式（１）に基づいた倒れモーメントが掛かるので、速度が同じであれば、上下位置が大きくなるほど大きな倒れモーメントが掛かる。急停止の際に掛かる力はアームと備えるハンド、把持したワークの持つ運動量と、急停止の加速度によって決まる。急停止の加速度はメカブレーキの特性や各軸の粘性摩擦等から決まるので、温度変化による摩擦の変化等を除けば、常に一定であると言える。特に、液晶用ガラス基板や半導体ウエハ等のワークを加工処理する半導体製造システムにおいては、製造環境の温度が一定に保たれているので、温度変化による摩擦の変化は殆ど皆無である。以上のことから、急停止の加速度は一定であるので、運動量を一次的に変化させることでその微分値である力を制御することが出来る。

以上に述べた通り、ステップ１からステップ９の処理経過を辿って各駆動源へ出力される動作指令は許容されるアームの動作速度を超えないものとなり、結果、アームの動作中に急停止をしてもコラム１１２や支持部材１１０等に生じる応力は各部材の強度で耐えることが出来、機体を破損することが無い。しかも、最大上下位置における許容速度を一度決定するだけで、全ての上下位置における許容速度を自動的に求めるので、容易に適用することが出来る。
また、動作速度が許容速度を超えると判断したときは、ロボットの動作を停止することも可能である。
以上は発明を実施する一例であり、アームは、例えばモータとラック＆ピニオンやボールネジで構成された直動軸や、電磁弁制御による空気圧や油圧を動力とする直動軸であっても良い。アームはワークをＸ軸方向に直線補間動作することが出来る機構を備えていれば良い。
また、昇降軸は例えばラック＆ピニオンで構成された直動軸や、電磁弁制御による空気厚や油圧を動力とする直動軸や、２リンクでＺ軸方向へ補間動作が可能な機構であっても良い。
また、教示手段１３５は例えば汎用コンピュータやパソコンであっても良い。ロボットケーブル１３４や教示手段ケーブル１３６は電機的に接続された有線の伝達手段として示しているが、これは例えば電波を用いた無線手段であっても良い。

図３は、上下移動機構の位置と許容されるアームの動作速度の関係の他の設定例である。図において、縦軸は上下移動機構の位置であって、最上位置をＺ_Ｈ、最下位置をＺ_Ｌとなっている。また、横軸は許容速度で、上下移動機構が最上位置Ｚ_Ｈのときは許容速度Ｖ_Ｌ、最下位置Ｚ_Ｌのときは許容速度Ｖ_Ｌは実施例１とおなじであるが、上下移動機構の位置は、最上位置と最下位置との間が分割され（本実施例では４分割）、上下移動機構の位置がＺ_Ｈの場合は許容速度Ｖ_Ｈ、上下移動機構の位置がＺ_Ｈ未満Ｚ_１以上の場合は許容速度Ｖ_１、上下移動機構の位置がＺ_１未満Ｚ_２以上の場合は許容速度Ｖ_２、上下移動機構の位置がＺ_２未満Ｚ_３以上の場合は許容速度Ｖ_３、上下移動機構の位置がＺ_３未満Ｚ_Ｌ以上の場合は許容速度Ｖ_Ｌが設定されているものである。この設定の格納は、例えばテーブル等でその方法は問わない。
ただし、Ｚ_Ｈ＞Ｚ_１＞Ｚ_２＞Ｚ_３＞Ｚ_Ｌ、Ｖ_Ｌ＞Ｖ_３＞Ｖ_２＞Ｖ_１＞Ｖ_Ｈの関係がある。

実施例１のステップ３乃至ステップ４で求めたアームの動作速度Ｖを、前述の設定より、上下移動機構の位置から求めると、以下のようになる。
Ｖ＝Ｖ_ＨＺがＶ_Ｈの場合
Ｖ＝Ｖ_１ＺがＺ_Ｈ未満Ｚ_１以上の場合
Ｖ＝Ｖ_２ＺがＺ_１未満Ｚ_２以上の場合
Ｖ＝Ｖ_３ＺがＺ_２未満Ｚ_３以上の場合
Ｖ＝Ｖ_ＬＺがＺ_３未満Ｚ_Ｌ以上の場合
このように求めたアームの動作速度Ｖで実施例１のステップ６以降を行う。

本発明フローチャート上下位置と許容されるアームの動作速度関係図上下移動機構の位置と許容されるアームの動作速度の関係の設定例ワーク搬送装置の斜視図ロボットの上面図ロボットの側面図上アームと下アームを個別に動作させストッカの下ワークを把持する様子上アームと下アームを個別に動作させストッカの上ワークを把持する様子上アームと下アームを同時に動作させストッカのワークを把持する様子上アームを伸ばしている最中に急停止した場合に掛かるモーメントの様子上アームと下アームを伸ばしている最中に急停止した場合に掛かるモーメントの様子

符号の説明

１０１ロボット
１０２下アーム
１０３肩関節部
１０４肘関節部
１０５ハンド関節部
１０６上腕
１０７前腕
１０８ハンド部
１０９ワーク
１１０支持部材
１１１上下移動機構
１１２コラム
１１３台座
１１４基台
１１５コラムブロック
１２１上アーム
１３３制御装置
１３４ロボットケーブル
１３５教示手段
１３６教示手段ケーブル
１３７表示手段

Claims

ワークを把持または載置するワーク把持装置を先端に備えた複数のアームと、前記各々のアームを水平方向に伸縮するアーム軸回転駆動源と、前記各々のアームを上下移動する上下移動軸駆動源と、を備えたロボットと、予め設定された作業プログラムに基づいて前記ロボットの前記複数のアーム軸回転駆動源及び前記複数の上下移動軸駆動源を駆動制御する制御装置と、を具備するワーク搬送装置において、
前記アームの上下移動位置に従って予め許容されるアームの許容動作速度が設定され、
前記アーム軸回転駆動源の駆動でアームの伸縮動作をする際の前記アームの伸縮動作する速度は前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度を超えないように速度制限する速度制御手段を備えることを特徴とするワーク搬送装置。
ワークを把持または載置するワーク把持装置を先端に備えた複数のアームと、前記各々のアームを水平方向に伸縮する複数のアーム軸回転駆動源と、前記各々のアームを上下移動する複数の上下移動軸駆動源と、を備えたロボットと、予め設定された作業プログラムに基づいて前記ロボットの前記複数のアーム軸回転駆動源及び前記複数の上下移動軸駆動源を駆動制御する制御装置と、を具備するワーク搬送装置において、
前記アームの上下移動位置に従って予め許容されるアームの許容動作速度が設定され、
前記アーム軸回転駆動源の駆動でアームの伸縮動作をする前に、前記アームの伸縮動作する速度と前記アームの上下移動位置に基づいて求める前記アームの許容動作速度とを比較し、
前記アームの伸縮動作する速度が前記アームの許容動作速度を超える時は前記ロボットの動作を停止制御する停止制御手段を備えることを特徴とするワーク搬送装置。
前記アームの許容動作速度は、予め設定された前記アームの上下移動位置の最上位置及び速度並びに最下位置及び速度から定まる上下位置と速度の関係より前記アームの上下移動位置に基づいて求められるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワーク搬送装置。
前記アームの許容動作速度は、予め設定された前記アームの上下移動位置の最上位置及び速度並びに複数に分割された最上位置から最下位置までの上下位置と各々の間の速度から定まる上下位置と速度の関係より前記アームの上下移動位置に基づいて求められるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワーク搬送装置。
前記制御装置は表示手段を備え、前記速度制御手段の制御状態を前記表示手段に表示することを特徴とする請求項１に記載のワーク搬送装置。