JP3651026B2 - ストッカ用ロボットの教示方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、保管棚に複数備えられた各保管部であって、当該ロボットのハンド部を前もって求めた位置決め座標、教示座標に基づいて移動させることによりワークをハンドリングするストッカ用ロボットの教示方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体製造工程において処理されるシリコンウエーハは、カセット単位で搬送された後、ストッカに一時保管されるようになっている。このストッカは、図９に示すように、カセット５１を収容する保管部５２ａを多数備えた保管棚５２と、カセット５１を保持して移動させるストッカ用ロボット５３とを有しており、ストッカ用ロボット５３により各保管部５２ａに対してカセット５１を搬入および搬出させるようになっている。
【０００３】
ところで、保管棚５２は、ストッカの規模にもよるが、奥行きが１．５〜２．０ｍ、幅が３〜１０ｍ、高さが３ｍ程度の大きさが一般的であり、幾つかに分割して運搬し現地で組み立てて据え付けるようになっているため、各保管部５２ａを高い寸法精度で設置することが困難なものになっている。従って、保管棚５２の据え付け後に、ストッカ用ロボット５３に対して各保管部５２ａにおけるハンドリング時の位置決め座標を教示させることが必要になっている。
【０００４】
そこで、従来は、▲１▼ストッカ用ロボット５３を人手により全ての保管部５２ａに実際に移動させ、カセット５１のハンドリングを作業員が確認することによって、各保管部５２ａの位置決め座標を教示するようになっていたり、▲２▼予め全ての保管部５２ａの座標等を大まかに数値入力し、ストッカ用ロボット５３を実際に移動させ、カセット５１のハンドリングを作業員が確認しながら座標を補正することによって、各保管部５２ａの位置決め座標を教示するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の教示方法では、保管部５２ａへの移動後の教示作業（例えばテンキーで位置をメモリに入力する等）が作業員により行われることによって、一つの保管部５２ａの位置決め座標を教示するのに３分〜５分程度の時間を要し、例えば保管部５２ａの総数が１００であったとすると、位置決め座標の教示作業を完了するまでに３００分〜５００分程度の時間を要することになる。この教示時間は、極めて短い立ち上げ調整が要求される業界において大きな問題であり、さらに、通常、安全を確保するため、２人の作業員が教示作業に就くことから、人件費の高騰を招来することにもなっている。
【０００６】
従って、本発明は、教示作業を安全、短時間、および自動（無人）で完了することができるストッカ用ロボットの教示方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、幾つかに分割して運搬し現地で組み立てて据え付けられる保管棚に複数備えられた各保管部に対してハンド部を位置決め座標に基づいて移動させることによりワークをハンドリングするストッカ用ロボットの位置決め座標教示方法において、上記ワークとの位置関係が一定となるように、上記ワークの載置位置を決定する固定部と共に載置板に一体成形することにより形成されたマーク手段を各保管部に人手により設け、上記マーク手段と上記ハンド部との位置関係を示す検出信号を出力する検出手段を上記ハンド部に人手により設け、上記ハンド部を任意の一つの保管部の位置決め座標に人手により移動させたときのマーク手段に対するハンド部の位置関係を基準位置として求める処理と、各保管部の存在位置を示す保管部座標を人手により教示する処理とを行った後、上記保管部座標に基づいて上記ハンド部を各保管部に順に移動させる処理と、移動させたときの各保管部のマーク手段に対するハンド部の位置関係を補正位置として検出する処理と、上記補正位置を上記基準位置に一致させるように上記ハンド部を移動させ、一致したときのハンド部の座標を各保管部の位置決め座標とする処理とを上記ストッカ用ロボットにより自動で行うことを特徴としている。
【０００８】
【作用】
上記の構成によれば、任意の一つの保管部で基準位置を求めさせる際の処理と、各保管部の存在位置を示す保管部座標を教示する際の処理とを作業員が行ったり、数値で教示すれば、検出信号から得られる基準位置および補正位置から各保管部におけるハンド部の位置決め座標を教示させことができる。従って、従来のような全保管部における作業員によるハンド部の教示操作作業およびハンドリングの確認の修正作業を行う必要がないため、教示作業を安全且つ極めて短時間で完了することが可能になっていると共に無人（自動）で行うことが可能になっている。さらに、マーク手段を固定部と共に載置板に一体成形することによって、マーク手段とワークとの位置を載置板を設置するだけの極めて簡単な作業で一定にすることが可能になっている。
【０００９】
【実施例】
本発明の一実施例を図１ないし図８を用いて説明する。
本実施例に係るストッカ用ロボットの教示方法は、図１に示すように、保管棚２に複数備えられた各保管部２ａでハンド部１１を位置決め座標に基づいて移動させることによりワークとなる例えばカセット３をハンドリングするストッカ用ロボットに対して適用されるものである。
【００１０】
即ち、ストッカ用ロボットは、例えばクリーンルーム内で半導体や液晶表示基板、ディスク等を製造するラインの各工程に設置されたストッカ１に備えられている。ストッカ１は、保管棚２を有しており、保管棚２には、ウエーハを保持するカセット３を収容する保管部２ａ…が多数設けられている。この保管棚２の前方には、走行レール４が保管棚２に対して平行に敷設されており、走行レール４には、ストッカ用ロボット５が矢符（左右）方向に往復移動可能に設けられている。
【００１１】
上記のストッカ用ロボット５は、走行レール４上を走行する走行部６と、走行部６に縦設されたポスト部７と、ポスト部７に昇降可能に設けられたカセット保持部８とを有している。カセット保持部８は、図２に示すように、ポスト部７に対して旋回可能な第１アーム部９と、第１アーム部９に対して旋回可能な第２アーム部１０と、第２アーム部１０の先端部に設けられたハンド部１１とを有している。そして、ハンド部１１は、互いに反対方向に移動可能な一対のハンドグリッパ１２・１２を有しており、ハンドグリッパ１２・１２間を開閉させることによりカセット３を保持および開放するようになっている。
【００１２】
また、第２アーム部１０の先端部には、図３にも示すように、ＣＣＤカメラ等の撮像装置１３と、超音波や光を用いた非接触式の距離センサ１４とが設けられている。撮像装置１３は、ハンド部１１の下方に位置する保管部２ａの載置板１６を撮影するようになっており、距離センサ１４は、載置板１６からハンド部１１までの距離（高さ）を測定するようになっている。
【００１３】
上記の載置板１６には、左右一対の検出マーク１５・１５が形成されており、検出マーク１５・１５は、ハンド部１１がカセット３を正しく握持できる位置の真上に位置されたときに、図５に示すように、撮像装置１３による映像画面１８の中心点と両検出マーク１５・１５の中心点とが一致し、且つ検出マーク１５・１５を結ぶ直線と映像画面１８とが平行となるように設定されている。尚、撮像装置１３による映像画面１８の中心点と両検出マーク１５・１５の中心点とは、必ずしも一致している必要はない。また、載置板１６には、検出マーク１５・１５から一定の位置にカセット３が載置されるように、カセット３の載置位置を決定する一対の固定部１７・１７が形成されており、これらの検出マーク１５・１５および固定部１７・１７は、一体成形により載置板１６に形成されるようになっている。これにより、検出マーク１５・１５とカセット３との位置関係は、載置板１６を設置するだけの極めて簡単な作業で一定にすることが可能になっている。尚、検出マーク１５・１５は、カセット３との位置関係が一定となるのであれば、保管部２ａの載置面にシールやインク等により直接的に形成されていても良い。
【００１４】
上記の撮像装置１３および距離センサ１４は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置に対して映像信号および高さ位置信号をそれぞれ出力するようになっている。制御装置は、記憶部に映像データ領域および高さ位置データ領域を有しており、映像データ領域および高さ位置データ領域は、デジタル信号化された上記の両信号をそれぞれ格納するようになっている。
【００１５】
また、制御装置の記憶部には、ハンド部１１がカセット３を正しく握持できる位置の真上の位置決め座標を示す真上位置データを全保管部２ａ…について格納する真上位置データ領域が形成されていると共に、ハンド部１１がカセット３を握持する位置の位置決め座標を示す握持位置データを全保管部２ａ…について格納する握持位置データ領域が形成されている。そして、これらの真上位置データ領域および握持位置データ領域に格納された両データは、ストッカ用ロボット５が各保管部２ａにおいてカセット３をハンドリングする際に使用されるようになっている。
【００１６】
また、制御装置の記憶部には、上述の真上位置データ領域および握持位置データ領域にそれぞれ対応させた真上座標データ領域および握持座標データ領域も形成されており、これらの領域は、撮像装置１３により得られた映像画面１８における平面座標および傾斜角度を示す映像データと、距離センサ１４により得られた高さを示す高さ位置データとを格納するようになっている。さらに、制御装置の記憶部には、予め作業員により入力された全保管部２ａ…の大まかな位置を示す保管部座標データを格納する保管部座標データ領域が形成されていると共に、保管部座標データに基づいてハンド部１１が移動したときの映像データおよび高さ位置データからなる補正データを全保管部２ａ…について格納する補正データ領域が形成されている。
【００１７】
上記の構成において、位置決め座標を真上位置データおよび握持位置データとした場合の教示方法について説明する。尚、ハンドリングによっては、握持位置データのみを位置決め座標として教示しても良い。
先ず、図１に示すように、カセット３が１つ準備され、作業員により任意の一つの保管部２ａの載置板１６上に載置されることになる。この後、従来と同様に、図示しないティーチングペンダントが制御装置に接続され、図４に示すように、カセット３を正しく握持できる位置の略真上にハンド部１１が位置するように、ティーチングペンダントの操作によりストッカ用ロボット５が作動または位置修正されることになる。
【００１８】
次に、ハンド部１１の下方に位置する載置板１６が撮像装置１３により撮影されることになり、図５や図６に示すように、映像画面１８中に検出マーク１５・１５が存在する映像信号が制御装置に出力されることになる。そして、この映像信号が制御装置内でデジタル信号化された後に映像データ領域に格納されると、この映像データを基に、映像画面１８における検出マーク１５・１５の中心点の平面座標（Ｘ_CU，Ｙ_CU）が求められると共に、検出マーク１５・１５を結ぶ直線に対する映像画面１８の傾斜角度（θ_CU）が求められることになる。
【００１９】
この後、図４に示すように、ハンド部１１の下方に位置する載置板１６からの高さ（Ｚ_CU）が距離センサ１４により測定され、高さ位置信号として制御装置に出力されてデジタル信号化された後に、高さ位置データ領域に格納されることになる。そして、これらの平面座標（Ｘ_CU，Ｙ_CU）および傾斜角度（θ_CU）からなる映像データと、高さ（Ｚ_CU）を示す高さ位置データとを基にして、検出マーク１５・１５の中心点に対する真上映像座標（Ｘ_CU，Ｙ_CU，Ｚ_CU，θ_CU）が求められ、記憶部の真上座標データ領域に格納されることになる。
【００２０】
尚、本実施例においては、カセット３を正しく握持できる位置の略真上にハンド部１１が位置するようにストッカ用ロボット５を作動させるようになっているが、これに限定されることはなく、撮像装置１３の映像画面１８中に検出マーク１５・１５が存在するようにハンド部１１を移動させれば良い。
【００２１】
次に、ティーチングペンダントの操作によって、図示２点鎖線で示すように、ハンド部１１がカセット３を握持する位置に移動されることになる。そして、このときの映像画面１８中の検出マーク１５・１５間の中心点の平面座標（Ｘ_CD，Ｙ_CD）および傾斜角度（θ_CD）からなる映像データと、距離センサ１４から得られた握持高さ（Ｚ_CD）を示す高さ位置データとを基にして、検出マーク１５・１５の中心点に対する握持映像座標（Ｘ_CD，Ｙ_CD，Ｚ_CD，θ_CD）が求められ、記憶部の握持座標データ領域に格納されることになる。
【００２２】
次に、予め作業員により全保管部２ａ…の大まかな位置を示す保管部座標データがティーチングペンダントによる動作よりまたは制御装置からの数値（座標）入力操作により入力され、記憶部の保管部座標データ領域に格納されることになる。この後、上記の保管部座標データに基づいてハンド部１１が各保管部２ａに順に移動し、各保管部２ａにおいて下記の補正動作により真上位置データおよび握持位置データを求めることになる。
【００２３】
即ち、保管部２ａにハンド部１１が到達すると、ハンド部１１の下方に位置する載置板１６が撮像装置１３により撮影されることになり、図５や図６に示すように、映像画面１８中に検出マーク１５・１５が存在する映像信号が映像データ領域に格納されることになる。そして、この映像データを基に、映像画面１８における検出マーク１５・１５の中心点の平面座標（Ｘ_AU，Ｙ_AU）が求められると共に、検出マーク１５・１５を結ぶ直線に対する映像画面１８の傾斜角度（θ_AU）が求められることになる。また、図４に示すように、ハンド部１１の下方に位置する載置板１６からの高さ（Ｚ_AU）が距離センサ１４により測定され、高さ位置データ領域に格納されることになる。そして、これらの平面座標（Ｘ_AU，Ｙ_AU）および傾斜角度（θ_AU）からなる映像データと、高さ（Ｚ_AU）を示す高さ位置データとを基にして、検出マーク１５・１５の中心点に対する補正座標（Ｘ_AU，Ｙ_AU，Ｚ_AU，θ_AU）が求められて記憶部の補正データ領域に格納されることになる。
【００２４】
この後、上記の補正座標（Ｘ_AU，Ｙ_AU，Ｚ_AU，θ_AU）が、この座標が求められた保管部２ａに対応する真上映像座標（Ｘ_CU，Ｙ_CU，Ｚ_CU，θ_CU）となるように、ハンド部１１の傾斜角度が調整された後、平面座標および高さが調整されることになる。この調整が完了すると、調整完了時点におけるハンド部１１の座標が真上位置データとして真上位置データ領域に格納さることになる。次いで、真上映像座標（Ｘ_CU，Ｙ_CU，Ｚ_CU，θ_CU）から握持映像座標（Ｘ_CD，Ｙ_CD，Ｚ_CD，θ_CD）となるように、ハンド部１１の傾斜角度が調整された後、平面座標および高さが調整され、調整完了時点におけるハンド部１１の座標が握持位置データとして握持位置データ領域に格納されることになる。
【００２５】
尚、上記の補正動作は、下記のようにされていても良い。即ち、補正座標（Ｘ_AU，Ｙ_AU，Ｚ_AU，θ_AU）と、この座標が求められた保管部２ａに対応する真上座標データ領域の真上映像座標（Ｘ_CU，Ｙ_CU，Ｚ_CU，θ_CU）との差データが求められ、この差データと保管部座標データとを基にして真上位置データおよび握持位置データが求められるようになっていても良い。
【００２６】
このように、本実施例のストッカ用ロボット５の教示方法は、▲１▼ワークとの位置関係が一定となるようにマーク手段（検出マーク１５・１５）を全保管部２ａ…に設ける。▲２▼上記マーク手段と上記ハンド部１１との位置関係を示す検出信号（映像信号、高さ位置信号）を出力する検出手段（撮像装置１３、距離センサ１４）を上記ハンド部１１に設ける。▲３▼上記ハンド部１１を任意の一つの保管部２ａの位置決め座標に移動させたときのマーク手段に対するハンド部１１の位置関係（真上映像座標、握持映像座標）を基準位置として上記検出信号により求めさせる。▲４▼各保管部２ａの存在位置を示す保管部座標を教示する。▲５▼各保管部２ａの保管部座標に上記ハンド部１１を移動させたときの上記マーク手段に対するハンド部１１の位置関係（補正座標）を補正位置として上記検出信号により求めさせる。▲６▼上記補正位置を上記基準位置に一致させるように上記ハンド部１１を移動させ、一致したときのハンド部１１の座標を各保管部２ａの位置決め座標とさせるものである。
【００２７】
これにより、特定の保管部２ａで基準位置を求めさせる際の処理と、各保管部２ａの存在位置を示す保管部座標を教示する際の処理とに作業員が必要となるだけであり、各保管部２ａにおけるハンド部１１の位置決め座標を教示させる際に、従来のような作業員のハンド部１１の操作作業およびハンドリングの確認作業が不要となる。従って、一つの保管部２ａの位置決め座標の認識に要する時間が２０秒程度に短縮され、例えば保管部２ａの総数が１００であったとすると、位置決め座標の教示作業が３３分程度で完了することになり、結果として教示作業を安全且つ短時間で完了することが可能になっている。
【００２８】
尚、本実施例においては、検出手段（撮像装置１３、距離センサ１４）がハンド部１１に設けられた構成について説明しているが、検出手段は、各保管部２ａの位置決め座標を教示するときにのみ使用されるものであるため、コスト面から着脱可能であることが望ましい。従って、検出手段は、図７に示すように、ハンド部１１のハンドグリッパ１２・１２により保持可能な板部材２１に距離センサ１４および撮像装置１３を設けた構成であっても良い。また、距離センサ１４は、図８に示すように、載置板１６に当接したときに高さ位置信号（ＯＮ−ＯＦＦ信号）を出力する接触式のものであっても良い。また、本実施例における検出手段は、例えば３次元測定が可能な画像処理装置であっても良く、この場合には、距離センサ１４が不要になる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上のように、ワークとの位置関係が一定となるように、上記ワークの載置位置を決定する固定部と共に載置板に一体成形することにより形成されたマーク手段を各保管部に人手により設け、上記マーク手段と上記ハンド部との位置関係を示す検出信号を出力する検出手段を上記ハンド部に人手により設け、上記ハンド部を任意の一つの保管部の位置決め座標に人手により移動させたときのマーク手段に対するハンド部の位置関係を基準位置として求める処理と、各保管部の存在位置を示す保管部座標を人手により教示する処理とを行った後、上記保管部座標に基づいて上記ハンド部を各保管部に順に移動させる処理と、移動させたときの各保管部のマーク手段に対するハンド部の位置関係を補正位置として検出する処理と、上記補正位置を上記基準位置に一致させるように上記ハンド部を移動させ、一致したときのハンド部の座標を各保管部の位置決め座標とする処理とを上記ストッカ用ロボットにより自動で行う構成である。
【００３０】
これにより、任意の一つの保管部で基準位置を求めさせる際の処理と、各保管部の存在位置を示す保管部座標を教示する際の処理とを作業員が行えば、検出信号から得られる基準位置および補正位置を用いて各保管部におけるハンド部の位置決め座標を教示させことができることから、従来のような全保管部における作業員によるハンド部の操作作業およびハンドリングの確認作業を行う必要がなくなり、結果として教示作業を安全且つ短時間で完了することが可能であるという効果を奏する。
また、本発明は、以上のように、上記マーク手段を上記ワークの載置位置を決定する固定部と共に載置板に一体成形することにより形成する構成であるから、マーク手段とワークとの位置関係を載置板を設置するだけの極めて簡単な作業で一定にすることが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示すものであり、ストッカ用ロボットに位置決め座標を教示する状態を示す説明図である。
【図２】カセット保持部がカセットを握持する状態を示す説明図である。
【図３】ハンド部および載置板の斜視図である。
【図４】ハンド部とカセットとの位置関係を示す説明図である。
【図５】映像画面の説明図である。
【図６】映像画面の説明図である。
【図７】ハンド部および載置板の斜視図である。
【図８】ハンド部および載置板の斜視図である。
【図９】従来例を示すものであり、ストッカ用ロボットに位置決め座標を教示する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ストッカ
２ 保管棚
２ａ 保管部
３ カセット
４ 走行レール
５ ストッカ用ロボット
６ 走行部
７ ポスト部
８ カセット保持部
９ 第１アーム部
１０ 第２アーム部
１１ ハンド部
１２ ハンドグリッパ
１３ 撮像装置
１４ 距離センサ
１５ 検出マーク
１６ 載置板
１７ 固定部
１８ 映像画面
２１ 板部材

Claims (2)

1. 幾つかに分割して運搬し現地で組み立てて据え付けられる保管棚に複数備えられた各保管部に対してハンド部を位置決め座標に基づいて移動させることによりワークをハンドリングするストッカ用ロボットの位置決め座標教示方法において、
   上記ワークとの位置関係が一定となるように、上記ワークの載置位置を決定する固定部と共に載置板に一体成形することにより形成されたマーク手段を各保管部に人手により設け、上記マーク手段と上記ハンド部との位置関係を示す検出信号を出力する検出手段を上記ハンド部に人手により設け、
   上記ハンド部を任意の一つの保管部の位置決め座標に人手により移動させたときのマーク手段に対するハンド部の位置関係を基準位置として求める処理と、各保管部の存在位置を示す保管部座標を人手により教示する処理とを行った後、
   上記保管部座標に基づいて上記ハンド部を各保管部に順に移動させる処理と、移動させたときの各保管部のマーク手段に対するハンド部の位置関係を補正位置として検出する処理と、上記補正位置を上記基準位置に一致させるように上記ハンド部を移動させ、一致したときのハンド部の座標を各保管部の位置決め座標とする処理とを上記ストッカ用ロボットにより自動で行うことを特徴とするストッカ用ロボットの教示方法。
2. 幾つかに分割して運搬し現地で組み立てて据え付けられる保管棚に複数備えられた各保管部に対してハンド部を位置決め座標に基づいて移動させることによりワークをハンドリングするストッカ用ロボットの位置決め座標教示方法において、
   上記ワークとの位置関係が一定となるように、上記ワークの載置位置を決定する固定部と共に載置板に一体成形することにより形成されたマーク手段を各保管部に設け、上記マーク手段と上記ハンド部との位置関係を示す検出信号を出力する検出手段を上記ハンド部に設け、
   上記ハンド部を任意の一つの保管部の位置決め座標に人手により移動させたときのマーク手段に対するハンド部の位置関係を基準位置として求めておき、
   各保管部の存在位置を示す入力済みの保管部座標に基づいて上記ハンド部を上記ストッカ用ロボットにより自動で各保管部に順に移動させ、移動させたときの各保管部のマーク手段に対するハンド部の位置関係を補正位置として検出することを特徴とするストッカ用ロボットの教示方法。

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