JP2009023048A - ワーク搬送装置 - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ここで、上下移動機構の最上位置をZH、最下位置をZL、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−ZL)/(ZH−ZL) ・・・(3)
V=VL−(VL−VH)×μ ・・・(4)
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Vdが求まる。
求めたアームの動作速度Vd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。
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。
ただし、ZH>Z1>Z2>Z3>ZL、VL>V3>V2>V1>VHの関係がある。
V=VH ZがVHの場合
V=V1 ZがZH未満Z1以上の場合
V=V2 ZがZ1未満Z2以上の場合
V=V3 ZがZ2未満Z3以上の場合
V=VL ZがZ3未満ZL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。
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 (5)
- 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。
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