JP4382052B2 - 駆動体の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動体によって駆動する可動体が障害物に衝突したときに駆動体を制御する制御装置および制御方法に関する。

ハンドと障害物との衝突を検知したとき、衝突前にハンドに与えられるトルクとは逆向きのトルクを与えるようにサーボモータに電流を与える技術が開示されている。このように逆向きのトルクをハンドに与えることによって、ハンドの進行の向きを反転し、衝突後においてハンドが障害物をさらに押付けることを防ぎ、衝突により発生する各部材の損傷を抑制している（たとえば特許文献１参照）。

図１１は、半導体ウエハ１の搬送ロボット２のハンド４と半導体ウエハ１とが、正面衝突をしたときの搬送ロボット２の動作を説明するための図である。この搬送ロボット２は、半導体ウエハ１などの障害物に衝突すると、衝突するまでの経路を逆に辿ってハンド４を退避させる。

搬送ロボット２は、上下方向Ｚに並んで配置され、上下方向Ｚに変位可能な複数のハンド４を含む。各ハンド４は、上下方向Ｚに垂直な可動方向Ｘに延び、半導体ウエハ１を保持する。搬送ロボット２は、半導体ウエハ１の熱処理を行うために、ハンド４が半導体ウエハ１を保持した状態で可動方向Ｘの一方Ｘ１にハンド４を移動し、縦型拡散炉のウエハ保持具３に半導体ウエハ１を搬送して収容する。熱処理を行うと、熱応力によって半導体ウエハ１に反りおよび割れが生じる場合がある。半導体ウエハ１に反りおよび割れが生じると、ウエハ保持具３における半導体ウエハ１の位置がずれる。このように半導体ウエハ１の位置がずれた状態で半導体ウエハ１を取出す処理を行うと、ハンド４が可動方向Ｘの一方Ｘ１に移動しているときにハンド４と半導体ウエハ１とが衝突することがある。搬送ロボット２は、ハンド４と半導体ウエハ１とが衝突したことを検知すると、ハンド４を可動方向Ｘの他方Ｘ２に移動させて退避させる。これによって、半導体ウエハ１との衝突後において、ハンド４を半導体ウエハ１に押付けることを防ぎ、半導体ウエハ１およびハンド４の損傷を抑制している。

特開２００１−１１７６１８号公報

図１１に示すように、ハンド４と半導体ウエハ１とが正面衝突する場合には、衝突するまでの経路を逆に辿ってハンド４を退避させるので、衝突により発生する各部材の損傷を抑制することができる。しかし、たとえばハンド４の移動方向だけでなく、移動方向に垂直な方向にも力が加わるようなオフセット衝突をした場合には、以下の問題が生じる。

図１２は、半導体ウエハ１の搬送ロボット２のハンド４と半導体ウエハ１とが、オフセット衝突をしたときの搬送ロボット２の動作を説明するための図である。熱処理によって半導体ウエハ１に割れが生じ、可動方向Ｘの一方Ｘ１が可動方向Ｘの他方Ｘ２に対して上下方向Ｚの下方Ｚ２に傾斜した状態の半導体ウエハ１を取出す処理について説明する。半導体ウエハ１が傾斜していると、ハンド４を可動方向Ｘの一方Ｘ１に移動する過程において、ハンド４と半導体ウエハ１とが正面衝突せずに、ハンド４の可動方向Ｘの一端が、傾斜した半導体ウエハ１の厚み方向の一表面５に衝突することがある。この場合、ハンド４には、可動方向Ｘの他方Ｘ２の力だけでなく、上下方向Ｚの下方Ｚ２にも力が加わる。ハンド４は、モータによって上下方向Ｚの位置を保持するように制御されているが、上下方向Ｚの位置を保持する力よりも強い力が上下方向Ｚの下方Ｚ２に加わると、上下方向Ｚの下方Ｚ２に変位してしまう。この状態で単に衝突するまでの経路を逆に辿ってハンド４を退避させる制御を行った場合、ハンド４の上下方向Ｚの変位を元に戻すために、ハンド４を上下方向Ｚの上方Ｚ１に動かす制御を行いながら、ハンド４を可動方向Ｘの他方Ｘ２に移動して退避することになる。この場合、衝突後においてもハンド４が半導体ウエハ１を上下方向Ｚの上方Ｚ１に押付けることになり、割れた半導体ウエハ１の上下方向Ｚの下方Ｚ２に収容された正常な半導体ウエハ１およびハンド４に損傷を与えたり、ひいては半導体ウエハ１を保持するウエハ保持具３に損傷を与えてしまうという問題がある。

以上述べたように、オフセット衝突が発生した場合には、衝突後においてハンド４の移動方向にさらに障害物を押付けることを防ぐことはできるが、移動方向に垂直な方向に障害物を押付け、各部材の損傷を確実に抑えることができないという問題が生じる。この問題は半導体ウエハ１の搬送ロボット２に限らず、駆動体を制御する制御装置全般において発生する。

したがって本発明の目的は、衝突によって発生する各部材の損傷を低減することができる駆動体の制御装置および制御方法を提供することである。

請求項１記載の本発明は、可動体を変位駆動する駆動体の制御装置であって、
駆動体によって駆動される可動体が障害物に衝突したことを検知する衝突検知手段から与えられる衝突検知信号に応答して、衝突前における駆動体による可動体の移動方向の移動を制限する制限指令と、駆動体による可動体の移動方向に垂直な方向の可動体の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する維持指令とを前記駆動体に与える指令生成手段を含むことを特徴とする駆動体の制御装置である。

また請求項２記載の本発明は、前記駆動体は、前記可動体を予め定める第１方向に変位駆動する第１駆動機と、可動体を第１方向に垂直な第２方向に変位駆動する第２駆動機とを含み、
前記指令生成手段は、第１方向に移動させている可動体が障害物に衝突したとき、可動体の第１方向の移動の向きを反転する反転指令と、可動体の第２方向の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する維持指令とを駆動体に与えることを特徴とする。

また請求項３記載の本発明は、前記第１および第２駆動機は、電動機から成り、
前記衝突検知信号に応答して、第１および第２駆動機に与える電流を制限する電流制限手段と、
電流制限手段の指令に基づいて、第１および第２駆動機に与える電流を発生する電流発生回路とをさらに含むことを特徴とする。

また請求項４記載の本発明は、前記電流制限手段は、可動体を第１方向に移動させているときに、第２電動機の電流を、可動体を第２方向に移動させる場合に必要な電流よりも小さい値に制限することを特徴とする。

また請求項５記載の本発明は、前記衝突検知手段をさらに含み、
衝突検知手段は、少なくとも可動体の第２方向の変位に基づいて、可動体が障害物に衝突したことを検知することを特徴とする。

また請求項６記載の本発明は、前記衝突検知手段をさらに含み、
衝突検知手段は、駆動体による可動体の移動方向、およびこの移動方向に垂直な方向の可動体の変位に基づいて、可動体が障害物に衝突したことを検知することを特徴とする。

また請求項７記載の本発明は、ハンドと、
ハンドを変位駆動する駆動体と、
前記駆動体の制御装置とを含むことを特徴とするロボットである。

また請求項８記載の本発明は、可動体を変位駆動する駆動体の制御方法であって、
駆動体によって駆動される可動体が障害物に衝突したことを検知する衝突検知工程と、
可動体の衝突を検知すると、衝突前における駆動体による可動体の移動方向の移動を制限する移動制限工程と、
可動体の衝突を検知すると、駆動体による可動体の移動方向に垂直な方向の可動体の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する位置維持工程とを含むことを特徴とする駆動体の制御方法である。

また請求項９記載の本発明は、前記駆動体の制御方法をコンピュータによって実現させるためのプログラムである。

請求項１記載の本発明によれば、指令生成手段は、衝突検知手段から与えられる衝突検知信号によって、可動体が障害物に衝突したことを確認すると、衝突前における駆動体による可動体の移動方向の移動を制限する制限指令を生成する。駆動体は、この制限指令に基づいて可動体を変位駆動するので、可動体の移動方向の移動が制限され、衝突後において障害物をさらに押付けることを防ぐことができる。

また指令生成手段は、衝突検知信号によって可動体が障害物に衝突したことを確認すると、駆動体による可動体の移動方向に垂直な方向の可動体の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する維持指令を生成する。駆動体は、この維持指令に基づいて可動体を変位駆動するので、可動体は、駆動体による可動体の移動方向に垂直な方向の可動体の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する。このように障害物との衝突が発生すると、移動方向に垂直な方向における可動体の制御位置の指令を、衝突が発生していない場合の移動方向に垂直な方向における可動体の制御位置から、衝突によって変位した衝突後の位置に変更するので、可動体は、衝突による変位を戻すように動作しない。これによって可動体の移動方向に垂直な方向に可動体が障害物を押付けようとする力を抑制することができ、可動体および障害物の損傷を低減することができる。

また請求項２記載の本発明によれば、指令生成手段は、衝突検知信号によって第１方向に移動させている可動体が障害物に衝突したことを確認すると、可動体の第１方向の移動の向きを反転する反転指令を生成する。第１駆動機は、この反転指令に基づいて可動体の第１方向の移動の向きを反転させるので、衝突後において障害物を第１方向にさらに押付けることを防ぐことができる。

また指令生成手段は、衝突検知信号によって、第１方向に移動させている可動体が障害物に衝突したことを確認すると、可動体の第２方向の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する維持指令を生成する。第２駆動機は、この維持指令に基づいて可動体を変位駆動するので、可動体は、第２方向の位置を衝突によって変位した衝突後の位置に維持される。このように可動体が第１方向に移動しているときに障害物との衝突が発生すると、可動体の第２方向の制御位置の指令を、衝突が発生していない場合の可動体の第２方向の制御位置から、衝突によって変位した衝突後の位置に変更するので、可動体は、衝突による変位を戻すように動作しない。これによって第２方向の位置を維持しつつ、第１方向の移動の向きを反転させるので、可動体が第２方向に障害物を押付けようとする力を抑制しつつ、可動体を障害物から離反させることができ、可動体および障害物の損傷を低減することができる。

また請求項３記載の本発明によれば、電流制限手段は、衝突検知信号によって可動体が障害物に衝突したことを確認すると、電流発生回路から第１および第２電動機に与えられる電流を制限する。衝突を検知してから電流を反転するまでにかかる時間と、電流を制限するまでにかかる時間とでは、電流を制限する時間の方が短い。電流発生回路は、この電流制限手段の指令に基づいて第１および第２電動機に与えられる電流を発生するので、可動体の第１方向の動作を反転させ、かつ第２方向の位置を維持するまでに遅れが生じた場合であっても、可動体が障害物に対して第１方向および第２方向に与える力を小さくすることができる。このように、衝突後において可動体が障害物に与える力を小さくすることができるので、正面衝突および可動体の移動方向に垂直な方向にも力が加わるオフセット衝突が発生したときであっても、衝突による衝撃を緩和することができる。

また請求項４記載の本発明によれば、可動体が第１方向に移動しているときには、第２電動機の電流は、可動体を第２方向に移動させる場合に必要な電流よりも小さい値に制限される。可動体を第１方向に移動させるときには、第１電動機の電流を小さな値に制限することができないが、第２電動機の電流は、可動体を第２方向に移動させる場合に必要な電流よりも小さい値に制限したとしても、第１方向への可動体の移動に影響を及ぼすことはない。このような状態で可動体と障害物とが衝突すると、可動体が第２方向に反発する力は弱いので、衝突による衝撃をさらに緩和することができる。

また請求項５記載の本発明によれば、衝突検知手段は、少なくとも可動体の第２方向の変位に基づいて可動体が障害物に衝突したことを検知する。可動体の第２方向の変位から、可動体の第２方向Ｙの速度および加速度が定まるので、「可動体の第２方向の変位に基づいて可動体が障害物に衝突したことを検知する」には、可動体の第２方向の速度および加速度の少なくともいずれかに基づいて可動体が障害物に衝突したことを検知することも含まれる。可動体が第１方向に移動しているときには、第２電動機の電流は、可動体を第２方向に移動させる場合に必要な電流よりも小さい値に制限されるので、可動体が障害物と衝突したときの第２方向に反発する力は弱い。したがって可動体は、障害物との衝突によって第２方向に大きく変位する。衝突検知手段は、このように大きく変位する可動体の第２方向の変位に基づいて衝突を検知するので、高精度に可動体の衝突を検知することができる。また可動体が衝突してから、衝突検知手段が可動体の衝突を検知することができる変位量、速度の偏差および加速度の偏差に達するまでの時間が短くなるので、衝突検知手段が衝突を検知するまでに要する時間を短くすることができる。これによって、衝突してから衝突検知信号が与えられるまでに要する時間が短くなるので、衝突した後の処理を開始する時間を短くすることができる。

また請求項６記載の本発明によれば、衝突検知手段は、駆動体による駆動体の移動方向の変位の他に、この移動方向に垂直な方向の変位に基づいて可動体が物体に衝突したことを検知する。正面衝突の場合には、可動体の移動方向の変位量が大きくなるが、オフセット衝突の場合には、可動体の移動方向とは異なる方向の変位量も大きくなる。衝突検知手段は、移動方向およびこの方向に垂直な方向の変位を検知するので、正面衝突およびオフセット衝突の両方を検出することができる。これによって、どのように障害物と衝突したとしても、確実に衝突を検知することができ、衝突した後の処理を確実に開始することができる。

また請求項７記載の本発明によれば、ハンドが障害物に衝突した場合に、衝突によって発生する衝撃を緩和することができ、各部材の損傷を低減することができる。

また請求項８記載の本発明によれば、衝突検知工程において可動体が障害物に衝突したことを検知すると、移動制限工程において衝突前における駆動体による可動体の移動方向の移動を制限する。これによって衝突前における駆動体による可動体の移動方向の移動が制限され、衝突後において障害物をさらに押付けることを防ぐことができる。

また衝突検知手段から与えられる衝突検知信号によって、衝突検知工程において可動体が障害物に衝突したことを検知すると、位置維持工程において駆動体による可動体の移動方向に垂直な方向の可動体の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する。このように障害物との衝突が発生すると、移動方向に垂直な方向における可動体の制御位置の指令を、衝突が発生していない場合の移動方向に垂直な方向における可動体の制御位置から、衝突によって変位した衝突後の位置に変更するので、可動体は、衝突による変位を戻すように動作しない。これによって可動体の移動方向に垂直な方向に可動体が障害物を押付けようとする力を抑制することができ、可動体および障害物の損傷を低減することができる。

また請求項９記載の本発明によれば、コンピュータがプログラムを読取ることによって上述した制御装置が実現される。これによって可動体が障害物を押付けようとする力を抑制することができ、可動体および障害物の損傷を低減するように駆動体を制御することができる。

図１は、本発明の実施の一形態であるロボット１１の主要な構成を示すブロック図である。ロボット１１は、ロボット本体１２と、ロボット本体１２を制御する制御装置１３とを含む。ロボット１１は、本実施の形態では半導体ウエハ１４を収容するカセット体１５とボート体１６との間において半導体ウエハ１４を搬送する装置である。ロボット本体１２は、可動体に相当するハンド１７を有するロボットアーム１９と、駆動体に相当するサーボ機構１８とを含んで構成される。ロボットアーム１９は、変位可能に設けられる。サーボ機構１８は、制御装置１３の指令に従ってロボットアーム１９を変位駆動することによってハンド１７を変位駆動する。

制御装置１３は、ハンド１７が障害物に衝突したことを検知すると、サーボ機構１８を制御し、衝突によって発生する各部材の損傷を可及的に抑制するようにハンド１７を動作させる。障害物とは、ハンド１７が不所望に衝突する物体であって、たとえばロボット１１が半導体ウエハ１４を搬送するときにハンド１７と衝突する可能性の高い半導体ウエハ１４である。

サーボ機構１８は、ロボットアーム１９を変位駆動するための駆動体と、駆動体の動力をロボットアーム１９に伝達するための伝達機構とを含む。なお、駆動体には、駆動量を検出する駆動量検出手段が設けられる。本実施の形態では、駆動体は、電動モータ、たとえばサーボモータによって実現される。サーボモータには、駆動量検出手段としてモータの回転量を検出するエンコーダ２１が設けられる。

制御装置１３は、電流発生回路２２と、移動量指令手段２３と、衝突検知手段２４と、指令生成手段２５と、電流制限手段２６とを含む。移動量指令手段２３は、ハンド１７を予め定める位置に移動させるために必要な電流指令値を演算する。ハンド１７が障害物に衝突しない正常状態では、移動量指令手段２３が演算した電流指令値が、電流発生回路２２に与えられる。電流発生回路２２は、与えられる電流指令値に基づいて電流を発生し、発生した電流をサーボモータに流す。電流発生回路２２は、電流指令値に応じてモータの駆動電流を発生する増幅器、いわゆるサーボアンプである。

衝突検知手段２４は、ハンド１７の変位、すなわちハンド１７の動きに基づいてハンド１７が障害物に衝突したことを検知する。衝突検知手段２４は、本実施の形態では障害物に衝突することによって生じるハンド１７の速度偏差および加速度偏差に基づいて、ハンド１７が障害物に衝突したことを検知し、衝突したことを示す衝突検知信号を出力する。指令生成手段２５は、衝突検知手段２４から衝突検知信号が与えられると、衝突後において衝突によって発生する各部材の損傷を可及的に抑制することが可能なハンド１７の後退移動経路を演算し、演算した後退移動径路を示す情報を移動量指令手段２３に与える。移動量指令手段２３は、指令生成手段２５から後退移動径路を示す情報が与えられると、その後退移動径路に基づいた電流指令値を演算して電流発生回路２２に与える。

電流制限手段２６は、衝突検知手段２４から衝突検知信号が与えられると、移動量指令手段２３が演算した電流指令値を制限し、制限した電流指令値を電流発生回路２２に与える。これによってハンド衝突検知時には、電流発生回路２２から出力される電流は、電流制限前に比べて減少されて、モータに与えられる。

本発明において電流を制限することは、移動量指令手段２３の電流指令値を予め定める減少率で減少させる場合、移動量指令手段２３の電流指令値にかかわらず予め定める一定値に制限する場合のいずれであってもよい。また予め定める減少率は、１００％である場合も含む。この場合、電流制限時には、電流発生回路２２からサーボモータに与えられる電流はゼロであり、モータに電流が流れることが阻止される。

制御装置１３は、いわゆるロボットコントローラによって実現される。この場合、本発明のロボットコントローラは、通常のロボットコントローラに比べて、衝突検知手段２４、電流制限手段２６および指令生成手段２５をさらに備える構成である。したがって衝突検知手段２４、電流制限手段２６および指令生成手段２５以外の他の構成については、通常のロボットコントローラと同様の構成であってもよい。

図２は、本発明のロボット１１の構成を模式的に示す図である。ロボット１１は、半導体ウエハ１４を保持する基板保持装置２７と、この基板保持装置２７を移動するための移動装置２８とを含む。

半導体ウエハ１４は、酸化処理、アニーリング処理、化学気相成長（Chemical Vapour
Deposition、略称ＣＶＤ）または拡散処理などのプロセス処理が行われて、複数の半導体素子が形成される。半導体ウエハ１４は、円板薄板状に形成され、たとえば直径が３００ｍｍで、厚みが０．７ｍｍに形成される。

ロボット１１は、カセット体１５に収容された半導体ウエハ１４を、半導体製造装置に収容されるボート体１６に移載する。またロボット１１は、半導体製造装置によるプロセス処理が完了すると、ボート体１６に収容された半導体ウエハ１４をカセット体１５に移載する。

カセット体１５およびボート体１６は、複数の突起片を有し、この突起片によって半導体ウエハ１４の周縁部を下方から支持し、半導体ウエハ１４を乗載する。カセット体１５およびボート体１６は、複数の半導体ウエハ１４を上下方向Ｚに並んだ状態で収容する。本実施の形態では上下方向Ｚは、たとえば鉛直方向に平行であって第２方向に相当する。

カセット体１５は、複数の半導体ウエハ１４を収容した状態で搬送される。カセット体１５が、半導体製造装置に隣接した位置に配置されると、カセット体１５内の各半導体ウエハ１４は、基板保持装置２７によって複数枚同時に搬送され、ボート体１６の収容位置に収容される。カセット体１５は、３０枚程度の半導体ウエハ１４を保持可能に形成される。

ボート体１６は、たとえば石英などによって形成される縦型ウエハボートによって実現され、半導体製造装置に収容される。半導体製造装置は、たとえば縦型拡散炉によって実現される。半導体製造装置は、ボート体１６に半導体ウエハ１４が移載されると、ボート体１６に収容された半導体ウエハ１４に酸化処理または拡散処理などのプロセス処理を行う。プロセス処理が完了すると、ボート体１６に収容される半導体ウエハ１４は、ロボット１１によって複数枚同時に搬送されてカセット体１５に再び収容される。このようにカセット体１５には予め定めるプロセス処理が施された半導体ウエハ１４が収容されて、次の工程に搬送される。ボート体１６は、１００枚程度の半導体ウエハ１４を保持可能に形成される。

移動装置２８は、基板保持装置２７を上下方向Ｚに移動する。また移動装置２８は、基板保持装置２７に設定され、上下方向Ｚに平行な軸線Ｌ１周りに基板保持装置２７を角変位する。

基板保持装置２７は、半導体ウエハ１４を乗載する複数のハンド１７を有するロボットアーム１９と、ハンド１７を連動して上下方向Ｚに変位させるためのピッチ変換モータ３１と、上下方向Ｚに交差する可動方向Ｘにハンド１７を変位させるための可動モータ３２とを含む。以後ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２を総称する場合には、モータＭと記載する場合がある。可動方向Ｘは、基板保持装置２７の座標系に設定される方向であって、本実施の形態では水平方向となり、第１方向に相当する。可動方向Ｘは、移動装置２８が前記軸線Ｌ１周りに基板保持装置２７を角変位することによって、その向きを水平面において変える。

各ハンド１７は、上下方向Ｚに変位自在に、等しいピッチ間隔で並んで配置される。ピッチ間隔とは、上下方向Ｚに互いに隣接するハンド１７間の上下方向Ｚの間隔である。各ハンド１７は、ピッチ変換モータ３１によってピッチ間隔を互いに等しく保ちながら上下方向Ｚに連動して変位する。本実施の形態では基板保持装置２７は、５本のハンド１７を有する。上下方向Ｚの中央に配置される第１ハンド１７ａは、上下方向Ｚに固定されて配置される。ハンド１７のうちの第１ハンド１７ａを除く残余のハンド１７が上下方向Ｚに移動することによってピッチ間隔が変わる。また後述するように可動モータ３２は、第１ハンド１７ａを可動方向Ｘに移動する第１可動モータ３２ａと、ハンド１７のうちの第１ハンド１７ａを除く残余のハンド１７を可動方向Ｘに移動する第２可動モータ３２ｂとを含む。したがって第１ハンド１７ａは、第１ハンド１７ａを除く残余のハンド１７と独立して可動方向Ｘに移動可能である。カセット体１５に半導体ウエハ１４を収容するとき、またはカセット体１５に収容された半導体ウエハ１４を取出すときには、ピッチ変換モータ３１は、各ハンド１７のピッチ間隔を、カセット体１５に半導体ウエハ１４が収容されたときの半導体ウエハ１４の上下方向Ｚのピッチ間隔に合わせる。またボート体１６に半導体ウエハ１４を収容するとき、またはボート体１６に収容された半導体ウエハ１４を取出すときには、ピッチ変換モータ３１は、各ハンド１７のピッチ間隔を、ボート体１６に半導体ウエハ１４が収容されたときの半導体ウエハ１４の上下方向Ｚのピッチ間隔に合わせる。

また各ハンド１７は、可動方向Ｘに延び、この可動方向Ｘに変位自在に設けられる。各ハンド１７は、可動モータ３２に駆動されることによって可動方向Ｘに移動する。各ハンド１７が半導体ウエハ１４を乗載した状態で可動方向Ｘに移動することによって、ロボット１１は、半導体ウエハ１４を移送する。

図３は、制御装置１３の物理的構成を示すブロック図である。制御装置１３は、コンピュータによって実現され、予め定められるプログラムを実行することによって、上述した移動量指令手段２３、衝突検知手段２４、指令生成手段２５、電流制限手段２６を実現することができる。またコンピュータによって制御装置１３が実現されることで、モータを瞬時に制御することができる。

制御装置１３は、演算部３３と、記憶部３４と、インターフェース部３５と、電流発生回路２２とを含んで構成される。記憶部３４は、後述する各演算器の全てまたは一部の機能を実現するためのプログラムを記憶する。演算部３３は、記憶部３４に記憶されるプログラムを読取り、プログラムを実行することによって各演算器の全てまたは一部の機能を実現することができる。これによって本発明の各手段を物理的に有していない制御装置であっても、記憶媒体に記憶されるプログラムを読取ることによって構成を大きく変更することなく、本発明の制御装置１３として機能させることができる。すなわちソフトウェアを変更するだけで、新たにハードウェアを加える必要がないので、容易に本発明の制御装置１３を実現することができる。

演算部３３は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算回路によって実現される。また記憶部３４は、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶回路によって実現される。

各演算器の機能を実現するためのプログラムは、別途コンピュータ読取り可能な記憶媒体に記憶されてもよい。この場合、演算部３３が記憶媒体に記憶されるプログラムを読取り、そのプログラムを実行することによって、各演算器全てまたは一部の機能を実現することができる。またインターフェース部３５は、演算部３３と記憶部３４との情報伝達を行う。またインターフェース部３５は、ティーチングペンダント３６、エンコーダ２１および電流発生回路２２と、演算部３３との情報伝達を行う。

演算部３３は、ティーチングペンダント３６から与えられる情報または記憶部３４に記憶される情報に基づいて外部位置指令値を生成する。また演算部３３は、エンコーダ２１から検知位置情報が与えられる。これらの情報に基づいて、電流指令値を演算し、演算した電流指令値を電流発生回路２２に与える。電流発生回路２２は、電流指令値に従って電流を発生し、その電流をピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に与える。

またハンド１７が障害物に衝突すると、演算部３３は、位置指令値とエンコーダ値とに基づいて、ハンド１７が障害物に衝突したか否かを検知する。そして演算部３３は、ハンド１７の衝突を検知すると、電流指令値を制限してピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に与えられる電流を制限するとともに、ハンド１７の移動方向の移動を制限し、かつハンド１７の移動方向に垂直な方向の位置を衝突後の位置を維持するような電流指令値を生成して電流発生回路２２に与える。

図４は、制御装置１３の機能的構成を示すブロック図である。図３に示す演算部３３が記憶部３４に記憶されるプログラムを実行することによって、図４に示す移動量指令手段２３、衝突検知手段２４、指令生成手段２５、電流制限手段２６の機能を実現することができる。

移動量指令手段２３は、予め定められる位置指令値とエンコーダ２１によるエンコーダ値との偏差に基づいて、ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２を駆動するための移動指令値を決定する。具体的には、移動量指令手段２３は、外部位置指令値生成部３７と、位置偏差算出器３８と、第１比例器４１と、速度偏差算出器４２と、第２比例器４３と、第３比例器４４と、積分器４５と、加算器４６と、フィードバック速度算出器４７とを含む。

外部位置指令値生成部３７は、予め教示されるハンド１７の移動径路に従って位置指令値を生成する。位置指令値は、時間経過毎に移動すべき各ハンド１７の可動方向Ｘおよび上下方向Ｚの位置を表わす情報である。したがって各ハンド１７を移動させる場合には、位置指令値も時間毎に変化する。

以後、各ハンド１７の上下方向Ｚの移動を駆動するピッチ変換モータ３１を制御する制御装置１３および各ハンド１７の可動方向Ｘの移動を駆動する可動モータ３２を制御する制御装置のうちの、ピッチ変換モータ３１を制御する制御装置１３について説明する。前述したように各ハンド１７のうちの上下方向Ｚの中央に配置される第１ハンド１７ａは、ピッチ変換モータ３１によって変位駆動されないので、特にこの第１ハンド１７ａを除く残余のハンド１７に着目して説明する。可動モータ３２を制御する制御装置の構成の一部は、ピッチ変換モータ３１を制御する制御装置１３の構成と同様なので、可動モータ３２を制御する制御装置については、ピッチ変換モータ３１を制御する制御装置１３と異なる構成についてのみ説明する。

位置偏差算出器３８は、ハンド１７が障害物に衝突しない正常状態では、外部位置指令値生成部３７から位置指令値が与えられ、ハンド１７が障害物に衝突したハンド衝突時には、後述する内部位置指令値生成部４８から位置指令値が与えられる。また位置偏差算出器３８は、エンコーダ２１から検知位置情報が与えられる。検知位置情報は、エンコーダ２１のエンコーダ値であって、各ハンド１７の上下方向Ｚの位置を表わす情報である。また各ハンド１７は、ピッチ間隔が等しく保たれた状態で連動して上下方向Ｚに移動するので、検知位置情報は、各ハンド１７のピッチ間隔を表す情報である。

位置偏差算出器３８は、位置指令値の表わす位置から検知位置情報の表わす位置を減算して、位置偏差を表わす位置偏差情報を演算する。位置偏差算出器３８は、第１比例器４１に演算した位置偏差情報を与える。

第１比例器４１は、位置偏差算出器３８から与えられる位置偏差情報の表わす位置偏差に、予め定める第１係数Ｋｐを乗算して、ハンド１７の速度を表わす速度情報を演算する。第１比例器４１は、演算した速度情報を速度偏差算出器４２に与える。

またフィードバック速度算出器４７は、エンコーダ２１から時間経過ごとに検知位置情報が随時与えられ、その検知位置情報の表わす位置を時間で微分して速度を表わすフィードバック速度情報を演算する。フィードバック速度算出器４７は、演算したフィードバック速度情報を、速度偏差算出器４２および推定速度偏差算出器５２に与える。

速度偏差算出器４２は、第１比例器４１から与えられる速度情報の表わす速度から、フィードバック速度情報の表わす速度を減算して、速度偏差を表わす速度偏差情報を演算する。速度偏差算出器４２は、速度偏差情報を第２比例器４３に与える。第２比例器４３は、速度偏差算出器４２から与えられる速度偏差情報の表わす速度偏差に、予め定める第２係数Ｋｖｐを乗算して、ピッチ変換モータ３１に与える第１の電流の変化量を表わす１次電流指令値を演算する。

第３比例器４４は、１次電流指令値の表わす電流の変化量に予め定める第３係数Ｋｖｉを乗算して、第２の電流の変化量を表わす２次電流指令値を演算し、２次電流指令値を積分器４５に与える。積分器４５は、２次電流指令値の表わす第２の電流の変化量を時間で積分し、第２の電流の変化量の積分値を表わす積分電流指令値を演算する。

加算器４６は、積分電流指令値と１次電流指令値とが与えられる。加算器４６は、与えられるそれぞれの指令値の表わす電流値を互いに加算し、指示電流指令値を演算する。指示電流指令値は、ピッチ変換モータ３１に与える電流の値を表わす情報である。加算器４６は、指示電流指令値を電流制限手段２６に与える。

電流制限手段２６は、正常状態すなわちハンド１７が障害物に衝突していない状態では、指示電流指令値を制限せずに、指示電流指令値を駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。電流発生回路２２は、駆動電流指令値の表わす電流の値に応じた駆動電流を発生し、発生した電流をピッチ変換モータ３１に流す。

電流制限手段２６は、ハンド１７が障害物に衝突したハンド衝突状態以降では、指示電流指令値を予め定める減少率で減少して制限し、それを駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。電流発生回路２２は、駆動電流指令値の表わす電流の値に応じた駆動電流を発生し、発生した電流をピッチ変換モータ３１に流す。ピッチ変換モータ３１は、電流発生回路２２から電流が流れることによって各ハンド１７を上下方向Ｚに駆動し、ピッチ間隔を変位駆動する。

なお、加算器４６で、１次電流指令値が示す電流値と、積分電流指令値が示す電流値とを加算して指示電流指令値として演算するのは、各ハンド１７の移動動作を維持させるためである。たとえば各ハンド１７のピッチ間隔を一定速度で変更させる場合、目標速度に到達して速度偏差がゼロとなり、１次電流指令値がゼロとなった場合であっても、積分電流指令値が加算器４６に与えられることで、各ハンド１７の速度を維持して動作させることができる。すなわち加算器４６は、各ハンド１７の現在動作を維持するための現在動作維持指令値生成器として機能する。

第１比例器４１は、通常のロボットコントローラに用いられる位置指令値を速度に変換する比例器と同様であってもよい。第２比例器４３は、通常のロボットコントローラに用いられる速度を電流指令値に変換する比例器と同様であってもよい。

衝突検知手段２４は、各ハンド１７の推定速度偏差および推定加速度偏差のうちのいずれか一方がしきい値を超えた場合に、ハンド１７が障害物に衝突したとして判断する。具体的には、衝突検知手段２４は、推定位置算出器５１と、推定速度算出器４９と、推定速度偏差算出器５２と、推定加速度偏差算出器５０と、第１判定器５３と、第２判定器５９と、ＯＲ回路５４とを含む。

推定位置算出器５１は、各ハンド１７の理論上の位置を推定する。推定位置算出器５１は、その時定数がロボット１１の時定数とほぼ同等に設定される。推定位置算出器５１は、外部位置指令値生成部３７から外部位置指令値が与えられ、推定位置算出器５１に設定される時定数に基づいて、サーボ系などの遅れ要素を考慮して、ハンド１７の理論上の位置である推定位置を演算する。推定位置算出器５１は、演算した推定位置を表わす推定位置情報を推定速度算出器４９に与える。具体的には、ハンド１７の上下方向Ｚの位置を固定した状態で、ハンド１７を可動方向Ｘに移動させるときには、推定位置算出器５１は、一定の位置を表す推定位置情報を推定速度算出器４９に与え続ける。

推定位置算出器５１の時定数は、外部位置指令値が与えられてからハンド１７が、その外部位置指令値の表わす位置に移動するまでの時間遅れに基づいて設定される。推定位置算出器５１は、与えられる外部位置指令値をフィルタに通過させて、フィルタ処理することで時間遅れを考慮したハンド１７の理論上の位置を演算する。

推定速度算出器４９は、推定位置情報の表わす推定位置を時間で微分し、推定速度を表わす推定速度情報を演算する。推定速度算出器４９は、推定速度情報を推定速度偏差算出器５２に与える。また前述したフィードバック速度算出器４７は、フィードバック速度情報を推定速度偏差算出器５２に与える。推定速度偏差算出器５２は、推定速度情報の表わす推定速度からフィードバック速度情報の表わす速度を減算し、推定速度偏差を表わす推定速度偏差情報を演算する。

第１判定器５３は、推定速度偏差算出器５２から推定速度偏差情報が与えられる。第１判定器５３は、推定速度偏差情報の表わす推定速度偏差が予め定められる第１しきい値を超えているか否かを判定する。第１判定器５３は、第１しきい値を超えている場合には、ハンド１７が障害物に衝突したことを表わす衝突検知信号を作成し、作成した衝突検知信号をＯＲ回路５４に与える。

推定加速度偏差算出器５０は、推定速度偏差算出器５２から推定速度偏差情報が与えられる。推定加速度偏差算出器５０は、推定速度偏差情報の表わす推定速度偏差を時間で微分し、推定加速度偏差を表わす推定加速度偏差情報を演算して、その推定加速度偏差情報を第２判定器５９に与える。

第２判定器５９は、推定加速度偏差算出器５０から推定加速度偏差が与えられる。第２判定器５９は、推定加速度偏差情報の表わす推定加速度偏差が予め定める第２しきい値を超えているか否かを判定する。第２判定器５９は、第２しきい値を超えている場合には、ハンド１７が障害物に衝突したことを表わす衝突検知信号を作成し、作成した衝突検知信号をＯＲ回路５４に与える。

ＯＲ回路５４は、第１判定器５３および第２判定器５９からだけでなく、可動モータ３２を制御する制御装置からも衝突検知信号が与えられる。可動モータ３２を制御する制御装置は、各ハンド１７の可動方向Ｘの推定速度偏差情報および推定加速度偏差情報に基づいてハンド１７が障害物に衝突したか否かを判定して、衝突検知信号をＯＲ回路５４に与える。ＯＲ回路５４は、第１判定器５３、第２判定器５９および可動モータ３２を制御する制御装置のうちの少なくともいずれか１つから衝突検知信号が与えられると、ハンド１７が障害物に衝突したことを検知し、衝突検知信号を出力する。ＯＲ回路５４は、後述する内部位置指令値生成部４８、切換スイッチ５５、電流制限手段２６に衝突検知信号を与えるとともに、可動モータ３２を制御する制御装置にも衝突検知信号を与える。

衝突検知手段２４は、上下方向Ｚおよび可動方向Ｘのハンド１７の推定速度偏差および推定加速度偏に基づいて衝突検知を行うので、衝突によってハンド１７が上下方向Ｚおよび可動方向Ｘのいずれか一方向に推定速度偏差または推定加速度偏が生じると、衝突を検知することができる。したがって、衝突によって移動方向に垂直な方向にのみハンド１７が変位したとしても、衝突検知手段２４は、衝突を検知することができる。これによって衝突検知手段２４は、正面衝突だけでなく、移動方向に垂直な方向にも力が加わるようなオフセット衝突も検知することができ、衝突検知の精度が向上する。

ＯＲ回路５４は、推定速度偏差および推定加速度偏のうちの少なくとも一方に基づいて衝突検知信号を作成する。これによって制御装置１３は、ハンド１７と障害物との衝突を精度よく検知することができる。さらに加速度変化は、速度変化よりも速く衝突の影響が現れるので、推定加速度偏差を用いて衝突を検知することで、衝突後迅速に衝突検知信号を出力することができる。

指令生成手段２５は、ハンド１７が可動方向Ｘに移動する過程において障害物に衝突した場合に、ハンド１７が衝突によって上下方向Ｚに変位した衝突後の位置に、ハンド１７を維持する位置維持指令を生成し、位置維持指令を移動量指令手段２３に与える。すなわち指令生成手段２５は、衝突前における駆動体によるハンド１７の移動方向に相当する可動方向Ｘに垂直な上下方向Ｚのハンド１７の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する指令を生成する。具体的には指令生成手段２５は、衝突検知信号によって衝突を確認すると、衝突時または衝突後のハンド１７の上下方向Ｚの位置を取得し、取得した位置を新たなハンド１７の上下方向Ｚの位置とする指令を生成する。

また指令生成手段２５は、ハンド１７が上下方向Ｚに移動する過程において障害物に移動した場合に、ハンド１７が衝突前に移動した径路を逆にたどるように、ハンドを移動させる後退指令を生成し、後退指令を移動量指令手段２３に与える。すなわち指令生成手段２５は、衝突前における駆動体によるハンド１７の移動方向に相当する上下方向Ｚの移動を制限する指令を生成する。

移動量指令手段２３は、指令生成手段２５から位置維持指令が与えられると、ハンド１７の上下方向Ｚの位置を衝突後の位置に維持する電流指令値を演算する。すなわち制御装置１３は、ハンド１７が可動方向Ｘに移動する過程において障害物に衝突すると、ハンド１７の上下方向Ｚの位置を維持する制御を行う。

また移動量指令手段２３は、指令生成手段２５から後退指令が与えられると、衝突が検知されたときにハンド１７が移動していた移動方向と、逆向きに移動する後退方向に移動するような電流指令値を演算する。すなわち制御装置１３は、ハンド１７が上下方向Ｚに移動する過程において障害物に衝突すると、衝突前にピッチ変換モータ３１がハンド１７に与えるトルクとは逆向きのトルクを与えるように、ピッチ変換モータ３１に与える電流の向きを逆、すなわち反転する。

指令生成手段２５は、内部位置指令値生成部４８と、切換スイッチ５５とを含む。内部位置指令値生成部４８は、エンコーダ値であってハンド１７の位置を表わす検知位置情報を随時記録する。内部位置指令値生成部４８は、ＯＲ回路５４から衝突検知信号が与えられると、記録している検知位置情報から位置維持指令または後退指令を表す内部位置指令値を生成し、生成した内部位置指令値を切換スイッチ５５に与える。

指令生成手段２５は、位置維持指令を生成するときには、最も新しく記録した検知位置情報を出力して内部位置指令値を演算する。指令生成手段２５は、後退指令を生成するときには、記憶する検知位置情報のうち、最も新しい検知位置情報から古くなる順に検知位置情報を出力して内部位置指令値を演算する。内部位置指令値生成部４８は、その記憶容量に制限がある場合には、時間順に記憶される検知位置情報のうち、衝突前であって、衝突時に最も近い時間に記憶される検知位置情報から内部位置指令値を生成してもよい。

切換スイッチ５５は、外部位置指令値と内部位置指令値とを切換える。切換スイッチ５５は、外部位置指令値生成部３７から外部位置指令値が与えられるとともに内部位置指令値生成部４８から内部位置指令値が与えられる。切換スイッチ５５は、通常状態では、外部位置指令値を位置偏差算出器３８に与える。また切換スイッチ５５は、ＯＲ回路５４から衝突検知信号が与えられると、内部位置指令値を位置偏差算出器３８に与える。

位置偏差算出器３８は、ハンド１７が障害物に衝突すると、切換スイッチ５５によって内部位置指令値が与えられる。そして第２比例器４３は、指令生成手段２５から位置維持指令が与えられたときには、ハンド１７の上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持するような１次電流指令値を演算する。第２比例器４３は、指令生成手段２５から後退指令が与えられたときには、後退方向にハンド１７が移動するような１次電流指令値を演算する。そして電流発生回路２２は、指令生成手段２５から位置維持指令が与えられたときには、ハンド１７の上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持するような電流をピッチ変換モータ３１に流す。また電流発生回路２２は、指令生成手段２５から後退指令が与えられたときには、後退方向に移動するような電流をピッチ変換モータ３１に流す。

可動モータ３２を制御する制御装置は、ピッチ変換モータ３１を制御する制御装置１３と、衝突検知手段および指令生成手段が異なる。可動モータ３２を制御する制御装置における衝突検知手段は、推定速度偏差および推定加速度偏のうちの少なくとも一方に基づいて衝突検知信号を作成し、作成した衝突検知信号をピッチ変換モータ３１を制御する制御装置１３の衝突検知手段２４に与える。

また可動モータ３２を制御する制御装置における指令生成手段は、ピッチ変換モータ３１を制御する制御装置における指令生成手段２５と逆の処理を行う。具体的には、指令生成手段は、ハンド１７が可動方向Ｘに移動する過程において障害物に衝突した場合に、ハンド１７が衝突前に移動した径路を逆にたどるように、ハンドを移動させる後退指令を生成し、後退指令を移動量指令手段２３に与える。また指令生成手段は、ハンド１７が上下方向Ｚに移動する過程において障害物に移動した場合に、ハンド１７が衝突によって可動方向Ｘに変位した衝突後の位置に、ハンド１７を維持する位置維持指令を生成し、位置維持指令を移動量指令手段２３に与える。

なお、積分器４５は、ＯＲ回路５４から衝突検知信号が与えられると、現在の積分結果を一度ゼロにして、衝突検知信号が与えられてから新たに１次電流指令値の表わす電流の変化量を積分する。言い換えるとハンド衝突時には、積分電流指令値をリセットし、ハンド衝突前におけるハンド１７の移動動作の維持を解除する。

これによって衝突前の速度にかかわらず、ハンド衝突後、ハンド１７の上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持する、または可動方向Ｘに後退させるような指示電流指令値を速く電流発生回路２２に与えることができる。また電流指令値をリセットすることによって、ハンド衝突前に比べて指示電流指令値を低減することができ、ピッチ変換モータ３１に流れる電流を低減して、ハンド１７による障害物の押付け力を緩和することができる。

電流制限手段２６は、ハンド衝突時にＯＲ回路５４から衝突検知信号が与えられて、与えられる指示電流指令値を制限して、駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。電流発生回路２２の直前に電流制限手段が設けられることによって、ハンド衝突検知後、直ちにピッチ変換モータ３１に流れる電流を低減することができる。

また本実施の形態では、電流制限手段２６は、ピッチ変換モータ３１の許容電流を越える電流が長時間与えられることを防ぐために、予め設定電流範囲が設定される。ハンド１７が衝突しない正常状態において、電流制限手段２６は、指示電流指令値が設定電流範囲以上の電流である場合には、設定電流範囲の上限値となる駆動電流指令値を電流発生回路２２に与える。また電流制限手段２６は、指示電流指令値が設定電流範囲以下の電流である場合には、設定電流範囲の下限値となる駆動電流指令値を電流発生回路２２に与える。

また内部位置指令値生成部４８は、ハンド衝突検知後にハンド１７が予め定める移動距離後退して、ハンド１７が障害物から離反したことを判断すると、ハンド１７の移動を停止させる位置指令値を出力するとともに、電流制限手段２６に衝突解除信号を与える。

図５は、電流制限手段２６の具体的構成を示すブロック図である。本発明の実施の一形態である電流制限手段２６は、衝突直前にハンド１７の移動を駆動するモータに与えられる電流と同じ向きに流れる電流に対応する指示電流指令値を予め定める減少率で減少する。具体的には、ハンド１７が可動方向Ｘに移動する過程において障害物と衝突した場合には、可動モータ３２に衝突直前に与えられる電流と同じ向きに流れる電流に対応する指示電流指令値を予め定める減少率で減少し、ピッチ変換モータ３１に流れる電流に関しては、両方の向きに流れる電流に対応する指示電流指令値を予め定める減少率で減少する。またハンド１７が上下方向Ｚに移動する過程において障害物と衝突した場合には、ピッチ変換モータ３１に衝突直前に与えられる電流と同じ向きに流れる電流に対応する指示電流指令値を予め定める減少率で減少し、可動モータ３２に流れる電流に関しては、両方の向きに流れる電流に対応する指示電流指令値を予め定める減少率で減少する。

電流制限手段２６は、制限部５６と、電流方向検出部５７とを有する。ハンド衝突検知前では、制限部５６は、指示電流指令値が設定電流範囲にある場合、電流を制限せずに駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。

電流方向検出部５７は、衝突検知信号が与えられると、そのときに流れる電流の方向を検出し、電流の方向を含んだ電流制限指令を制限部５６に与える。制限部５６は、電流制限指令が与えられると、電流方向検出部５７によって検出される方向のみの電流を制限する場合には、この方向に対応する指示電流指令値を予め定める減少率で減少して駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。また制限部５６は、電流制限指令が与えられると、両方向の電流を制限する場合には、両方向に対応する指示電流指令値を予め定める減少率で減少して駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。

制限部５６は、電流方向検出部５７によって与えられる方向と反対に流れる電流を表わす指示電流指令値が与えられると、指示電流指令値が設定電流範囲以上および設定電流範囲以下であっても制限せず、指示電流指令値を駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。

また制限部５６は、ハンド１７が障害物から離反して内部位置指令値生成部４８から衝突解除信号が与えられると、指示電流指令値を無制限に駆動電流指令値として電流発生回路に与える状態を解除し、設定電流範囲内の駆動電流指令値を電流発生回路２２に与える通常制限状態に移行する。したがって内部位置指令値生成部４８は、ハンド１７が障害物から離反すると、大きい電流の許容を解除する過電流許容解除手段となる。

また他に、電流方向検出部５７が指示電流指令値が反転したことを検出して、電流制限解除指令を制限部５６に与えることで、電流の制限を解除してもよい。

ハンド１７が可動方向Ｘに移動している過程において障害物と衝突したときの制御装置１３の動作手順について説明する。図６は、ハンド衝突時における制御装置１３の動作手順を示すフローチャートである。また図７は、現在位置と電流制限状態と駆動電流との時間変化を示すタイムチャートである。図７（１）は、上下方向Ｚの現在位置の時間変化を実線で示し、可動方向Ｘの現在位置の時間変化を破線で示す。図７（２）は、ピッチ変換モータ３１に関する電流制限手段２６の電流制限状態の時間変化を実線で示し、可動モータ３２に関する電流制限手段２６の電流制限状態の時間変化を破線で示す。図７（３）は、理想的なピッチ変換モータ３１の駆動電流の時間変化を実線で示し、理想的な可動モータ３２の駆動電流の時間変化を破線で示す。

ステップａ０で、制御装置１３は、ハンド１７を可動方向Ｘに移動させるために位置指令値を生成し、予め定める移動経路に従ってハンド１７が可動方向Ｘに移動するように、ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に与える駆動電流を調整する。一定速度でハンド１７を可動方向Ｘに移動させる場合、図７（１）に示すように、ハンド１７の可動方向Ｘの移動位置は、一定の時間変化率で変化し、ハンド１７の上下方向Ｚの移動位置は、定位置に維持される。このとき理想的には、図７（３）に示すように駆動電流は一定値に調整される。そしてハンド１７が衝突時刻Ｔ１で障害物に衝突すると、ステップａ１に進み、ハンド衝突時における動作を開始する。

ステップａ１では、制御装置１３は、ハンド１７が障害物に衝突してハンド１７の可動方向Ｘの移動が停止し、上下方向Ｚに変位が生じると、エンコーダ値と移動指令値との偏差が大きくなり、衝突前に比べて指示電流指令値を大きくする。このとき電流制限手段２６によって、指示電流指令値が設定電流範囲以上となると、駆動電流指令値が大きくなることが阻止され、設定電流範囲の上限値または下限値に応じた駆動電流がピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に与えられる。

またハンド衝突後、衝突検知手段２４によって衝突検知工程が行われ、図７に示す衝突検知時刻Ｔ２で、ハンド１７が衝突したことを検知すると、ステップａ２に進む。

ステップａ２では、電流制限手段２６によって電流制限工程が制限開始時刻Ｔ３から行われ、ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に与える駆動電流をさらに制限し、ステップａ３に進む。

ステップａ３では、指令生成手段２５によって移動制限工程と位置維持工程とが行われ、ピッチ変換モータ３１に対しては、位置維持指令が生成され、可動モータ３２に対しては後退指令が生成される。この位置維持指令および後退指令に基づいて、ピッチ変換モータ３１には上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持するような電流が与えられ、可動モータ３２には可動方向Ｘにおいて衝突前における電流の向きを反転した電流が与えられる。

衝突検知時刻Ｔ２から電流が制限されるまでには、第１遅れ時間Ｗ１がかかる。また衝突検知時刻Ｔ２から逆向きの電流が可動モータ３２に流れるまでには、第２遅れ時間Ｗ２がかかり、衝突検知時刻Ｔ２から上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持する電流がピッチ変換モータ３１に流れるまでには、第２遅れ時間Ｗ２がかかる。たとえばこの第１遅れ時間Ｗ１は、約数ミリ秒である。また第２遅れ時間Ｗ２は、約数十ミリ秒である。このように第１遅れ時間Ｗ１は、第２遅れ時間Ｗ２に比べて十分短い。衝突検知時刻Ｔ２から衝突検知時刻Ｔ２から逆向きの電流が可動モータ３２に流れ、衝突検知時刻Ｔ２から衝突後の位置を維持する電流がピッチ変換モータ３１に流れる反転開始時刻Ｔ４に達すると、ステップａ４に進む。

ステップａ４では、反転開始時刻Ｔ４では、電流制限手段２６は、電流制限を行わず、指示電流指令値を駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。電流発生回路２２は、衝突前とは逆方向の駆動電流を可動モータ３２に流し、上下方向Ｚにおける位置を維持する電流をピッチ変換モータ３１に流す。これによってハンド１７は、上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持しつつ、可動方向Ｘの移動を反転して後退する。

この場合、上述したように電流制限手段２６は、過電流許容工程を行い、指示電流指令値を駆動電流指令値として無制限に電流発生回路２２に与える。これによって大きな駆動電流を発生することが可能となり、ハンド１７を速やかに後退方向に移動させることができる。

内部位置指令値生成部４８が、エンコーダ値に基づいて、ハンド１７が障害物から予め定める移動距離後退したことを判断し、ハンド１７が障害物から離れた状態となると、ステップａ５に進む。

ステップａ５では、内部位置指令値生成部４８は、ハンド１７の変位駆動を停止するような内部指令値を生成する。また衝突解除信号を電流制限手段２６に与え、電流制限手段２６による電流の制限状態を衝突前の通常制限状態に移行して過電流許容解除工程を行い、ステップａ６に進む。ステップａ６では、制御装置１３は、衝突時のモータ駆動動作を終了する。

作業者は、ハンド１７の移動径路が適切でなかった場合にはプログラムを書き換え、障害物の除去などを行い、ハンド１７と障害物とが衝突しないことを確認した後に、ティーチングペンダント３６などの入力手段によって、再起動信号を制御装置１３に与える。これによって切換スイッチ５５が切換り、外部位置指令値生成部３７からの位置指令値に従って、ハンド１７を移動可能な状態となる。

以上のように本発明の実施の形態に従えば、ハンド１７の衝突を検知してから電流の向きを反転してピッチ変換モータ３１に電流を流すまでに費やす第２遅れ時間Ｗ２に比べて、ハンド１７の衝突を検知してから電流を制限するまでに費やす第１遅れ時間Ｗ１のほうが短いので、電流制限手段２６によって駆動電流を制限することで、反転開始時刻Ｔ４に達する前にハンド１７が障害物を押付けようとする力を抑制することができ、衝突による衝撃を緩和することができる。

比較例として電流を制限しない場合には、ステップａ２において、図７（３）に二点差線で示すように、ハンド１７が障害物に衝突した後であっても、反転開始時刻Ｔ４に達するまで、ハンド衝突前以上に大きな駆動電流がピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に与えられつづけ、ハンド１７が障害物を大きな力で押付け続ける。したがって衝突による衝撃を緩和することができない。

これに対して本実施の形態では、ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に与える電流を制限することで、衝突による衝撃を緩和することができ、ピッチ変換モータ３１、可動モータ３２、減速器、アーム本体および障害物などの衝突による損傷を低減することができる。

また本発明の実施の形態における電流制限手段２６の構成は、制御装置を構成する記憶部のプログラムを更新することによって実現することができ、非常に容易に実現することができる。また電流発生回路２２からの電流を制限して、衝突による衝撃を緩和する方法は、ハンド１７の衝突検知方法に無関係であるので、ハンド１７の衝突検知が遅れることがない。

また本発明の実施の形態では、反転開始時刻Ｔ４に達すると、可動モータ３２に後退方向に移動するような電流が流れ、ハンド１７に後退方向のトルクを与えることができる。これによってハンド１７を速やかに後退させて、ハンド１７が障害物を押付ける状態を短時間で解消することができる。

また本発明の実施の形態では、反転開始時刻Ｔ４に達すると、ピッチ変換モータ３１にハンド１７の上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持するような電流が流れる。これによってハンド１７が障害物との衝突後において衝突によって生じた変位を戻すような動作をすることがなく、ハンド１７が障害物をさらに上下方向Ｚに押付けることを防ぐことができる。これによって、ハンド１７は、障害物を上下方向Ｚに押付けることなく、障害物から離反するように後退することができる。

なお本実施の形態ではハンド１７が可動方向Ｘに移動している過程において障害物と衝突した場合について説明したが、可動モータ３２とピッチ変換モータ３１との両方が動作し、ハンド１７が可動方向Ｘから上下方向Ｚに傾斜した方向に移動している過程において、障害物と衝突した場合にも、前述と同様の動作をすることによって、衝突によって生じるハンド１７と障害物との損傷を低減することができる。具体的には、ハンド１７の移動方向を可動方向Ｘの成分と、上下方向Ｚの成分とに分解してハンド１７の移動を制御する。ハンド１７が障害物と衝突すると、衝突前におけるハンド１７の移動方向の向きを反転させ、かつ移動方向に垂直な方向の位置を衝突後の位置に保持するような内部位置指令値を、ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２のそれぞれに対して独立に内部位置指令値生成部２５が生成する。このようにピッチ変換モータ３１および可動モータ３２を制御することによって、ハンド１７の衝突前における移動方向に垂直な方向にハンド１７を押付けることを防ぎつつ、ハンド１７と障害物とを離間させることができる。

また電流制限手段２６が、衝突前に可動モータ３２に流れる方向の電流についてのみ制限し、衝突前に可動モータ３２に流れる方向とは反対方向に流れる電流については、制限せずに通過させる。これによってハンド１７の速度などによって、ハンド１７の衝突を検知してから電流の流れを反転するまでに費やす第２遅れ時間Ｗ２がばらつく場合であっても、電流の流れが反転すると直ちに逆向きの電流をハンド１７に与えることができる。言い換えると、電流の制限を解除する時間を正確に決定する必要が無く、さらに利便性を向上することができる。

また指示電流指令値が反転した後に、設定電流範囲よりも大きい電流指令値が与えられた場合には、電流制限手段２６が制限せずにその指示電流指令値を駆動電流指令値として電流発生回路２２に与えることによって、可動モータ３２に与える逆向きのトルクを大きくすることができ、ハンド１７が障害物を押付ける時間をさらに短くすることができる。また正常状態では、設定電流範囲を超える電流および設定電流範囲未満の電流が流れることが防止され、可動モータ３２、ピッチ変換モータ３１および電流発生回路２２が損傷することを防止することができる。

またハンド１７が障害物から離反したことを判断すると、通常制限状態に移行することによって、ピッチ変換モータ３１、可動モータ３２および電流発生回路２２に長時間、大きい電流が流れることを防止することができ、ピッチ変換モータ３１、可動モータ３２および電流発生回路２２の損傷をさらに防止することができる。

また電流制限手段２６が、移動量指令手段２３によって演算された指示電流指令値を制限する。指令生成手段２５は、衝突検知信号が与えられてから、内部位置指令値を生成して移動量指令手段２３に与えるまでに時間遅れが生じる。また移動量指令手段２３は、フィードバック機構を有するので内部位置指令値が与えられてから、指示電流指令値を電流制限手段２６に与えるまでに時間遅れが生じる。駆動電流指令値を制限することは、サーボ系の遅れにかかわらずに行うことができる。したがって衝突検知時から指示電流指令値を制限して駆動電流指令値として生成するまでにかかる時間は、指示電流指令値を生成するまでにかかる時間よりも短い。したがって衝突検知後に、指示電流指令値が演算されるまでに、電流を制限した駆動電流指令値を演算することができる。これによって衝突検知後、ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に与えられる電流が反転する、または衝突後の位置を維持する電流が流れる前に、ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に与えられる電流を速く低減することができる。

電流制限手段２６によって制限されてピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に流れる電流値は、ゼロまたは可及的に最小値にすることが好ましい。これによってハンド１７および障害物の衝突による衝撃をより緩和することができる。これに対し、ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２に流れる電流が大きいと電流の制限が開始される制限開始時刻Ｔ３以降でも、ハンド１７が障害物を押付ける力を十分に低減することができない。

またハンド１７に重力などの外力が与えられる場合、電流制限手段２６によって制限されてモータＭに流れる電流は、ハンド１７が重力などの外力によって変位しないトルクを発生するに必要な電流値以上に設定される。これによってハンド１７が、不所望に変位することを防止することができ、ハンド１７が自重によって落下することを防ぐことができる。

ハンド１７が外力を受ける場合には、ハンド１７の重量、モータＭの発生可能トルクなどから、ロボットの姿勢に応じてその姿勢を維持し得る最低限の電流を演算し、その電流値を表わす駆動電流指令値を電流発生回路２２に与えてもよい。また予め演算される電流指令値の減少率を設定していてもよい。また姿勢毎に演算される減少率と、予め定められる減少率とを、ハンド１７の状態に応じて切換えて用いてもよい。

また本実施の制御装置１３における衝突検知手段２４は、上下方向Ｚおよび可動方向Ｘのハンド１７の変位に基づいて推定速度偏差および推定加速度偏差を演算し、演算した推定速度偏差および推定加速度偏差に基づいて衝突検知を行うので、衝突によってハンド１７が上下方向Ｚおよび可動方向Ｘのいずれか一方向に変位すると、衝突を検知することができる。

図８は、ハンド１７と半導体ウエハ１４とがオフセット衝突したときのハンド１７と半導体ウエハ１４との側面図である。半導体ウエハ１４は、装置の小形化のためにカセット体１５およびボート体１６内において、上下方向Ｚに密に配置される。したがって、半導体ウエハ１４を搬送するロボット１１の場合には、半導体ウエハ１４とハンド１７とがオフセット衝突をする可能性が高い。つまりハンド１７と半導体ウエハ１４とが衝突するときには、ハンド１７と半導体ウエハ１４との衝突角θが、０°よりも大きく、４５°未満（０°＜θ＜４５°）となる場合が多い。前記衝突角θは、衝突する半導体ウエハ１４の衝突面と、ハンド１７の可動方向Ｘとの成す角度のうちの最小角度である。ハンド１７には、半導体ウエハ１４の衝突面に垂直な方向の力Ｆ１が加わる。このとき、ハンド１７には、上下方向Ｚの下方Ｚ２にＦ２（Ｆ１×ｓｉｎθ）が加わり、可動方向Ｘの他方Ｘ２にＦ３（Ｆ１×ｃｏｓθ）が加わる。衝突角θが０°よりも大きく、４５°未満（０°＜θ＜４５°）なので、上下方向Ｚの下方Ｚ２の力Ｆ２の方が、可動方向Ｘの他方Ｘ２の力Ｆ３よりも大きい（Ｆ２＞Ｆ３）。したがって、ハンド１７は、可動方向Ｘよりも上下方向Ｚに変位し易く、障害物に衝突したときの推定速度偏差および推定加速度偏差も可動方向Ｘよりも上下方向Ｚの方が大きくなる。衝突検知手段２４は、より変位し易い上下方向Ｚの推定速度偏差および推定加速度偏差のうちの少なくともいずれか一方に基づいて衝突を検知するので、衝突検知の精度が向上する。

さらに本実施の制御装置１３は、外部位置指令値とエンコーダ値とに基づいて、ハンド１７の衝突を正確に検知することができる。比較例として、ピッチ変換モータ３１に流れる電流に基づいてハンド衝突を検知する場合には、衝突検知にあたって、ハンド１７の関節に充填されている潤滑剤の粘度の影響を受けやすい。たとえば冬季には、潤滑剤の粘度が著しく上昇してしまう。この場合、正常状態であってもピッチ変換モータ３１の理論電流値が大きくなり、衝突と誤検知される場合がある。これに対して本実施の形態では、エンコーダ値と位置指令値とに基づくことによって、ピッチ変換モータ３１に流れる電流がばらついたとしても、精度よくハンド１７の衝突を検知することができる。

また外部位置指令値とエンコーダ値とに基づいて、ハンド１７の衝突を検知するので、実際にハンド１７が障害物に衝突したことを検知するセンサを必要とせず、コンピュータの演算回路を用いて衝突検知手段を実現することができる。したがって近接センサ、リミットスイッチおよび加速度センサなどの衝突検知センサを設ける必要がない。さらに推定速度偏差および推定角速度偏差を用いて衝突を判定することによって、衝突を検知するために複雑な計算、たとえばハンド１７に関する運動方程式の解を演算する必要がなく、衝突検知に要する時間を短縮できる。

またロボットコントローラの制御プログラムを更新することによって、衝突検知および衝突検知後のアーム制御を実現することができるので、衝突検知手段２４および指令生成手段２５のロボットへの実装に要する期間を短縮できる。また従来と同様の物理的構成で実現することができる。

またハンド衝突後のモータＭの制御方法において、ハンド１７の衝突を検知すると、現在の積分結果を一度ゼロにして衝突前にモータＭの動作を継続させるために与えていた電流指令値を消去した後、ハンド１７が移動方向に垂直な方向の衝突後の位置を維持しつつ、後退方向に移動する電流指令値を与える。すなわち、駆動体の被駆動部材に対する現在動作の維持を停止させた後、駆動体の被駆動部材に後退移動経路を辿らせる。これによって衝突後におけるハンド１７の後退動作を迅速になし得ることができる。さらに、衝突後に後退動作をさせているので、ハンド１７の再起動を迅速になし得る。

比較例としてハンド１７が衝突しても積分電流指令値をリセットしない場合には、ハンド１７の上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持するような１次電流指令値を演算したとしても、加算器４６で衝突前の速度を表わす積分電流指令値と１次電流指令値とが加算されるので、衝突後にハンド１７の上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持するような指示電流指令値を速く電流発生回路２２に与えることができない。したがって、ハンド１７による障害物の押付け力を緩和するまでに時間がかかる。

これに対して上述したように、衝突後に積分電流指令値をリセットすることによって、ハンド１７の上下方向Ｚにおける位置を衝突後の位置に維持する動作を迅速に行うことができるとともに、ハンド１７による障害物の押し付け力を緩和することができる。

本発明の他の実施の形態の制御装置１３の電流制限手段２６は、前述の実施の形態の電流制限手段２６に加えて、ハンド１７が可動方向Ｘに移動しているときに、ピッチ変換モータ３１の電流を、少なくともハンド１７の上下方向Ｚの位置を保持することが可能な値に制限し、ハンド１７が上下方向Ｚに移動しているときに、可動モータ３２の電流を、少なくともハンド１７の可動方向Ｘの位置を保持することが可能な値に制限する。

図９は、ボート体１６に収容された半導体ウエハ１４を取出すときの制御装置１３の処理を表すフローチャートである。以後、ピッチ変換モータ３１および可動モータ３２の電流の制限のうちのピッチ変換モータ３１の電流の制限に着目して制御装置１３の処理を説明する。ステップｂ０では、ボート体１６に収容された半導体ウエハ１４のプロセス処理が行われ、プロセス処理が完了すると、ステップｂ１に進む。

ステップｂ１では、電流制限手段２６は、ピッチ変換モータ３１に流れる電流を第１電流値に制限する。この第１電流値は、ハンド１７が半導体ウエハ１４を乗載していない状態で、ハンド１７を上下方向Ｚに移動するときに必要な電流値よりも高い値に設定される。ピッチ変換モータ３１に流れる電流を第１電流値に制限すると、ステップｂ２に進む。

ステップｂ２では、移動量指令手段２３は、ハンド１７の上下方向Ｚのピッチ間隔を、ボート体１６に収容された半導体ウエハ１４の上下方向Ｚのピッチ間隔に合わせるための指示電流指令値を生成し、電流制限手段２６に与える。電流制限手段２６は、この指示電流指令値が第１電流値よりも小さいときには、電流制限を行わずに指示電流指令値を駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。電流発生回路２２は、駆動電流指令値に対応する電流をピッチ変換モータ３１に与える。ハンド１７の上下方向Ｚのピッチ間隔を、ボート体１６に収容された半導体ウエハ１４の上下方向Ｚのピッチ間隔に対応して変更すると、ステップｂ３に進む。

ステップｂ３では、電流制限手段２６は、ピッチ変換モータ３１に流れる電流を第２電流値に制限する。この第２電流値は、ピッチ変換モータ３１に与える電流を少なくともハンド１７の上下方向Ｚの位置を保持することが可能な値に設定される。本実施の形態のハンド１７は、後述するように重力に対して釣合いがとれるような構成なので、理想的にはピッチ変換モータ３１に電流を与えなかったとしてもハンド１７に力が加わらない限り、上下方向Ｚの位置を保持することができる。したがって、第２電流値は、可能な限りゼロに近い値に設定することができる。ピッチ変換モータ３１に流れる電流を第２電流値に制限するとステップｂ４に移る。

ステップｂ４では、移動量指令手段２３は、ハンド１７を可動方向Ｘに移動し、ボート体１６に収容された半導体ウエハ１４の上下方向Ｚの間にハンド１７を挿入するための指示電流指令値を生成し、電流制限手段２６に与える。電流制限手段２６は、この指示電流指令値が第２電流値よりも小さいときには、電流制限を行わずに指示電流指令値を駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。電流発生回路２２は、駆動電流指令値に対応する電流を可動モータ３２に与える。ハンド１７を、可動方向Ｘに移動し、ボート体１６に収容された半導体ウエハ１４の上下方向Ｚの間に挿入すると、ステップｂ５に進む。

ステップｂ５では、電流制限手段２６は、ピッチ変換モータ３１に流れる電流を第３電流値に制限する。この第３電流値は、ハンド１７が半導体ウエハ１４を乗載するときに上下方向Ｚの下方に加わる力に抗してハンド１７の姿勢を保持することが可能な電流値よりも大きい値に設定される。移動装置２８によって基板保持装置２７が上下方向Ｚの上方に移動することによって、ハンド１７が半導体ウエハ１４を乗載すると、ステップｂ６に進む。

ステップｂ６では、電流制限手段２６は、ピッチ変換モータ３１に流れる電流を第４電流値に制限する。この第４電流値は、ハンド１７が半導体ウエハ１４を保持した状態で少なくともハンド１７の上下方向Ｚの位置を保持することが可能な電流値に設定される。ピッチ変換モータ３１に流れる電流を第４電流値に制限すると、ステップｂ７に進む。

ステップｂ７では、移動量指令手段２３は、ハンド１７を可動方向Ｘのボート体１６から離反する向きに移動するための指示電流指令値を生成し、電流制限手段２６に与える。電流制限手段２６は、この指示電流指令値が第４電流値よりも小さいときには、電流制限を行わずに指示電流指令値を駆動電流指令値として電流発生回路２２に与える。電流発生回路２２は、駆動電流指令値に対応する電流を可動モータ３２に与える。ハンド１７が、ボート体１６から離反すると、ステップｂ８に進む。ステップｂ８では、制御装置１３は、ボート体１６から半導体ウエハ１４を取出す制御を終了する。

ボート体１６から半導体ウエハ１４を取出すとき、ハンド１７が障害物と衝突しなければ、図９に示す処理が行われるが、半導体ウエハ１４を取出す過程においてハンド１７が障害物と衝突すると、制御装置１３は、前述した図６に示す衝突時のモータ駆動動作を行う。

たとえばステップｂ４においてハンド１７が可動方向Ｘに移動しているときに、障害物と衝突した場合について説明する。このときピッチ変換モータ３１に与えられる電流は、少なくともハンド１７の上下方向Ｚの位置を維持することができる第２電流値に予め制限されているので、上下方向Ｚの力に対する反発力が小さい。したがって、ハンド１７が障害物と衝突することによって上下方向Ｚの下方に力が加わると、ハンド１７は上下方向Ｚの下方に容易に変位する。これによって衝突が発生したときに、ハンド１７が障害物を押付ける力を緩和することができ、ハンド１７および障害物の損傷を低減することができる。

またハンド１７が障害物と衝突することによってハンド１７が上下方向Ｚに大きく変位するので、衝突による推定速度偏差および推定角速度偏差が大きくなり、衝突検知手段２４は、高精度にハンド１７の衝突を検知することができる。またハンド１７が衝突してから、衝突検知手段２４がハンド１７の衝突を検知することができる推定速度偏差および推定角速度偏差の大きさに達するまでの時間が短くなるので、衝突検知手段２４が衝突を検知するまでに要する時間を短くすることができる。これによって、衝突した後の処理を開始する時間を短くすることができる。

図１０は、各ハンド１７の間隔の変化を説明するための図である。図１０（１）に各ハンド１７の間隔が狭い状態を示し、図１０（２）に各ハンド１７の間隔が広い状態を示す。

ロボットアーム１９は、ハンド１７を連動駆動するリンク機構６１と、ハンド１７を保持する第１移動体６２と第２移動体６３とをさらに含む。基板保持装置２７は、本実施の形態では第１ハンド１７ａと、第２ハンド１７ｂと、第３ハンド１７ｃとを含む。可動モータ３２は、第１移動体６２を可動方向Ｘに移動する第１可動モータ３２ａと、第２移動体６３を可動方向Ｘに移動する第２可動モータ３２ｂとを含む。

第１ハンド１７ａは、上下方向Ｚに並ぶ複数のハンド１７のうち、上下方向Ｚ中央位置に配置されるハンドである。第２ハンド１７ｂは、第１ハンド１７ａの上下方向Ｚ両側にそれぞれ配置されるハンドである。第３ハンド１７は、第１ハンド１７ａに対して上方Ｚ１に配置される第２ハンド１７ｂよりもさらに上方Ｚ１に配置されるハンドと、また第１ハンド１７ａよりも下方Ｚ２に配置される第２ハンド１７ｂよりもさらに下方Ｚ２に配置される保持体とを含む。第１〜第３ハンド１７の種類を区別せずに説明する場合には、単にハンド１７と称する場合がある。

各ハンド１７は、半導体ウエハ１４を乗載するブレード６４と、ブレード６４を支持する支持部６５とを含む。各ブレード６４の形状は、第１〜第３ハンド１７で同じ形状に形成され、上下方向Ｚに等間隔に配置される。ブレード６４は、厚み方向一方の面が半導体ウエハ１４を乗載する乗載面となる。またブレード６４は、薄板状に形成される。ブレード６４の厚み寸法は、上下方向Ｚに並ぶ半導体ウエハ１４の間に進入可能にするため、たとえば３．５ｍｍに設定される。

第１ハンド１７ａの支持部６５ａは、第１移動体６２に固定される。第１移動体６２は、可動方向Ｘに移動可能に設けられ、第１可動モータ３２ａによって可動方向Ｘに変位駆動される。これによって第１ハンド１７ａは、第１移動体６２とともに可動方向Ｘに変位駆動される。

第２および第３ハンド１７ｂ，１７ｃの支持部６５ｂ，６５ｃは、各リンク部材６６，６７を介して第２移動体６３に支持される。第２移動体６３は、可動方向Ｘに移動可能に設けられ、第２可動モータ３２ｂによって可動方向Ｘに変位駆動される。第１移動体６２と第２移動体６３とは、独立して可動方向Ｘに移動可能に設けられる。

第２移動体６３は、第２および第３ハンド１７ｂ，１７ｃを上下方向Ｚに移動可能に案内する案内部が設けられる。また第２および第３ハンド１７ｂ，１７ｃの支持部６５ｂ、６５ｃには、案内部に嵌合する嵌合部が設けられる。第２および第３ハンド１７ｂ，１７ｃは、嵌合部が案内部に嵌合することによって、第２移動体６３に対して上下方向Ｚに移動可能に案内される。たとえば案内部は、上下方向Ｚに延びるレールによって実現され、案内部および嵌合部は、レールに嵌合するスライダによって実現される。すなわち案内部と嵌合部とによって直動すべり機構が実現される。

リンク機構６１は、第２および第３ハンド１７ｂ，１７ｃを上下方向Ｚに連動させる連動機構となる。リンク機構６１は、駆動リンク部材６７と、複数の従動リンク部材６６とが角変位自在に連結されて構成される。本発明のリンク機構６１は、駆動リンク部材６７を角変位させた場合、隣接するハンド１７のブレード６４の上下方向Ｚの間隔が同じ割合で変化するように、各リンク部材６６，６７の配置および形状が設定される。

第２および第３各ハンド１７ｂ，１７ｃは、それぞれ１つの従動リンク部材６６が結合される。各ハンド１７ａ，１７ｂは、結合部７１がそれぞれ設けられ、結合部７１によって、従動リンク部材６６の一端部を角変位可能に結合する。また駆動リンク部材６７は、すべての従動リンク部材６６が結合される。駆動リンク部材６７は、それぞれハンド１７ｂ，１７ｃごとに１つの連結部７２が設けられ、各連結部７２によって、各従動リンク部材６６の他端部を角変位可能に結合する。これによって第２および第３ハンド１７ｂ，１７ｃは、従動リンク部材６６を介して、駆動リンク部材６７に連結される。

本実施の形態では、駆動リンク部材６７および従動リンク部材６６は、長尺板状に形成される。各従動リンク部材６６は、長手方向一端部が保持体の結合部７１に角変位自在に結合され、長手方向他端部が駆動リンク部材６７の連結部７２に角変位自在に結合される。各従動リンク部材６６は、保持体に応じてその長尺方向長さがそれぞれ設定される。また駆動リンク部材６７は、予め定められる基準角変位軸線Ｌ２周りに角変位可能に設けられる。駆動リンク部材６７は、ピッチ変換モータ３１によって基準角変位軸線Ｌ２周りに角変位駆動される。

ピッチ変換モータ３１によって、駆動リンク部材６７がその基準角変位軸線Ｌ２周りに角変位すると、駆動リンク部材６７の各連結部７２は、それぞれ角変位して、上下方向Ｚの位置が変化する。これにあわせて、駆動リンク部材６７に連結される各従動リンク部材６６が各連結部７２周りに角変位する。各ハンド１７ｂ，１７ｃは、案内部によって上下方向Ｚに案内されており、結合部７１は、第１仮想直線Ｌ３に上下方向Ｚに並んだ状態を保つ。

これによって各従動リンク部材６６は、駆動リンク部材６７が角変位したとしても、それぞれ平行状態を保って変位し、隣接するハンド１７ａ，１７ｂ，１７ｃの間隔を同じ割合で変化させることができる。すなわち各ハンド１７ａ，１７ｂ，１７ｃの各ブレード６４のピッチＤを等間隔に保った状態で、その間隔を変化させることができる。

たとえば基板保持装置２７がカセット体１５にアクセスする場合には、図１０（１）に示すように、カセット体１５用に設定される各ハンド１７ａ，１７ｂ，１７ｃのピッチＤに調整する。また基板保持装置２７がボート体１６にアクセスする場合には、図１０（２）に示すように、カセット体１５用に設定されるピッチＤとは異なるピッチ間隔に各ハンド１７ａ，１７ｂ，１７ｃを調整する。たとえばカセット体１５用に設定される各ハンド１７のピッチＤは、ボート体１６用に設定されるピッチよりも狭い。

２本の第３ハンド１７ｃのうちの上下方向Ｚの上方Ｚ１に配置される第３ハンド１７ｃは、駆動リンク部材６７に対して図１０において基準角変位軸線Ｌ２周りに反時計回りのトルクを発生する。逆に２本の第３ハンド１７ｃのうちの上下方向Ｚの下方Ｚ２に配置される第３ハンド１７ｃは、駆動リンク部材６７に対して図１０において基準角変位軸線Ｌ２周りに時計回りのトルクを発生する。２本の第３ハンド１７ｃが互いに同じ形状であって、同じ質量を有する場合には、互いに同じ大きさで逆向きのトルクを発生するので、第３ハンド１７ｃは、駆動リンク部材６７に対してトルクを発生しない。また同様に２本の第２ハンド１７ｂが互いに同じ形状であって、同じ質量を有する場合には、第２ハンド１７ｂは、駆動リンク部材６７に対してトルクを発生しない。したがって、上述したように理想的には、ハンド１７は、重力に対して釣合いがとれるような構成であり、ピッチ変換モータ３１に電流を与えなかったとしてもハンド１７に力が加わらない限り、上下方向Ｚの位置を保持することができる。

本実施の形態では、重力に対して釣合いがとれたハンド１７を用いるので、前述したように第２電流値を可能な限りゼロに近い値に設定することができる。これによって、障害物に衝突したときに、障害物に対して上下方向Ｚに反発する力を可能な限り小さくすることができ、衝突によって発生するハンド１７および障害物の損傷を抑制することができる。またハンド１７が障害物に対して上下方向Ｚに反発する力を可能な限り小さくすることができるので、障害物に衝突したときに、上下方向Ｚに大きく変位し、大きな推定速度偏差および推定加速度偏差が生じる。この大きな推定速度偏差および推定加速度偏差を衝突検知手段２４が検知するので、衝突検知の精度を向上することができ、衝突を可及的に早く検出することができる。

前述の実施の形態の制御装置１３における衝突検知手段２４は、推定速度偏差および推定加速度偏差に基づいて衝突を検知したが、衝突検知は、推定速度偏差および推定加速度偏差に限らず、推定位置偏差に基づいて行ってもよい。具体的には、推定位置偏差は、推定位置と、検知位置情報との差分を算出することによって求まる。衝突検知手段２４は、推定位置偏差が第３しきい値を超えたときにハンド１７が障害物に衝突したと検知する。

また衝突検知手段２４は、推定位置偏差、推定速度偏差および推定加速度偏のうちの少なくとも１つの偏差に基づいて衝突検知信号を作成してもよい。これによって制御装置１３は、ハンドと障害物との衝突を精度よく検知することができる。また本実施の形態では、衝突検知手段２４は、エンコーダ値を微分したフィードバック速度情報に基づいて推定加速度偏差を算出したが、加速度センサをさらに設けた場合には、加速度センサから与えられる情報に基づいて推定加速度偏差を算出して衝突を検知するようにしてもよい。

本発明の他の実施の形態である衝突検知手段は、指示電流指令値に基づいて衝突検知を行ってもよい。具体的には、移動量指令手段２３が正常時と異なる指示電流指令値を生成したときにハンド１７が障害物に衝突したと検出する。たとえば可動方向Ｘに移動しているときには、ピッチ変換モータ３１に与える指示電流指令値は、正常時にはゼロに近い値であるが、障害物に衝突すると、上下方向Ｚの位置が正常時の位置から変位するので、この変位を戻すために、ゼロに比べて大きな指示電流指令値が生成される。この指示電流指令値に基づいて、衝突検知手段２４は、衝突を検知する。

本発明の他の実施の形態である衝突検知手段は、ピッチ変換モータ３１によるハンド１７の上下方向Ｚの変位、および可動モータ３２によるハンド１７の可動方向Ｘの変位だけでなく、基板保持装置２７を移動するための移動装置２８によるハンド１７の軸線Ｌ１周りの角変位、および移動装置２８によるハンド１７の上下方向Ｚの変位に基づいて、衝突を検知してもよい。ハンド１７と障害物との衝突によって、ハンド１７を有する基板保持装置２７自体が軸線Ｌ１周りに角変位したり、上下方向Ｚに変位する場合があるので、これらの変位に基づいて衝突を検知することによって、衝突検知の精度を高くすることができる。

本発明の他の実施の形態である指令生成手段は、ハンド１７の移動方向に垂直な方向のハンド１７の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置よりも、衝突によって変位した方向にさらに予め定める距離だけ移動させる指令を生成してもよい。この場合、障害物に衝突したときに、ハンド１７は、移動方向に垂直な方向に離間する。これによって、衝突後においてハンド１７が障害物を押付けることを確実に防ぐことができる。前記予め定める距離は、移動方向に垂直な方向の移動によって、前記障害物と異なる他の障害物とハンド１７が衝突しない程度に選ばれる。

本発明の他の実施の形態である指令生成手段は、後退指令をティーチングペンダント３６から与えられる情報または記憶部３４に記憶される移動経路を表す情報に基づいて後退移動経路を演算してもよい。

本発明の他の実施の形態である電流制限手段は、電流方向検出部５７に代えて反転開始時刻Ｔ４に達すると電流制限手段２６による電流の制限を解除するタイマ部を有していてもよい。タイマ部は、衝突検知信号が与えられると、制限部５６に電流制限指令を与える。制限部５６は、電流の向きにかかわらず指示電流指令値を制限する。

タイマ部は、電流の向きを反転するために必要な第２遅れ時間Ｗ２が経過したと判断すると、制限部５６に電流制限解除指令を与える。制限部５６は、電流制限解除指令が与えられることによって、指示電流指令値の制限を解除する。このとき制限部５６は、設定電流範囲以上の電流が流れることを許容する。これによって電流が反転した場合には、モータに与えられる電流が制限されることを防いで、指示電流指令値を駆動電流指令値として与えることができる。そして制限部５６に衝突解除信号が与えられると、過電流許容状態を解除し、衝突前の通常制限状態に移行する。

このような他の実施の形態の電流制限手段を有する場合であっても、上述と同様の効果を得ることができる。またこの場合、指示電流指令値から衝突前に流れる電流の方向を検出する必要がない。

またさらに他の形態の電流制限手段として、電流制限手段は、演算部３３またはティーチングペンダント３６などの入力手段からの解除指令に基づいて、電流の制限を解除してもよい。

なお、上述した本発明の構成は、発明の一例示であって発明の範囲内で構成を変更することができる。本発明の実施の形態では、推定位置偏差と推定速度偏差と推定加速度偏差とに基づいて、ハンド１７の衝突を検知することが好ましいが、ハンド１７の衝突検知にあたっては、特に限定せず従来技術を用いてもよい。

またロボットの制御方法および制御装置について説明したが、可動体を変位駆動する駆動体を備える装置であれば、同様の制御方法および制御装置を用いることができる。たとえば電動モータを備える駆動体に限らず、油圧駆動源および空気圧駆動源などを備える駆動体の制御方法および制御装置に本発明を適用することができる。またロボット以外の産業機械、たとえばＮＣ（Numerical Control、数値制御）機械、搬送装置などであっても、上述した制御方法および制御装置を用いることで、上述した効果と同様の効果を達成することができる。電動モータを有する。

また移動量指令手段２３の具体的な構成も、他の構成であってもよい。また制御装置１３は、プログラムを読取ることによって各演算器の構成を実現したが、電気回路などの物理的な構成によって各演算器の構成を実現してもよい。また本発明の制御装置１３は、ロボットコントローラと別体に設けられていてもよい。また指示電流指令値が反転した場合、与えられる指示電流指令値に対して予め定める増幅率で増大して駆動電流指令値を生成して、電流発生回路に与えてもよい。これによってハンド１７が障害物に押付けられる時間をさらに短縮することができる。

本発明の実施の一形態であるロボット１１の主要な構成を示すブロック図である。 本発明のロボット１１の構成を模式的に示す図である。 制御装置１３の物理的構成を示すブロック図である。 制御装置１３の機能的構成を示すブロック図である。 電流制限手段２６の具体的構成を示すブロック図である。 ハンド衝突時における制御装置１３の動作手順を示すフローチャートである。 現在位置と電流制限状態と駆動電流との時間変化を示すタイムチャートである。 ハンド１７と半導体ウエハ１４とがオフセット衝突したときのハンド１７と半導体ウエハ１４との側面図である。 ボート体１６に収容された半導体ウエハ１４を取出すときの制御装置１３の処理を表すフローチャートである。 各ハンド１７の間隔の変化を説明するための図である。 半導体ウエハ１の搬送ロボット２のハンド４と半導体ウエハ１とが、正面衝突をしたときの搬送ロボット２の動作を説明するための図である。 半導体ウエハ１の搬送ロボット２のハンド４と半導体ウエハ１とが、オフセット衝突をしたときの搬送ロボット２の動作を説明するための図である。

符号の説明

１１ ロボット
１２ ロボット本体
１３ 制御装置
１７ ハンド
１８ サーボ機構
１９ ロボットアーム
２１ エンコーダ
２２ 電流発生回路
２３ 移動量指令手段
２４ 衝突検知手段
２５ 指令生成手段
２６ 電流制限手段
３１ ピッチ変換モータ
３２ 可動モータ
Ｍ モータ

Claims (9)

1. 可動体を変位駆動する駆動体の制御装置であって、
   駆動体によって駆動される可動体が障害物に衝突したことを検知する衝突検知手段から与えられる衝突検知信号に応答して、衝突前における駆動体による可動体の移動方向の移動を制限する制限指令と、駆動体による可動体の移動方向に垂直な方向の可動体の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する維持指令とを前記駆動体に与える指令生成手段を含むことを特徴とする駆動体の制御装置。
2. 前記駆動体は、前記可動体を予め定める第１方向に変位駆動する第１駆動機と、可動体を第１方向に垂直な第２方向に変位駆動する第２駆動機とを含み、
   前記指令生成手段は、第１方向に移動させている可動体が障害物に衝突したとき、可動体の第１方向の移動の向きを反転する反転指令と、可動体の第２方向の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する維持指令とを駆動体に与えることを特徴とする請求項１記載の駆動体の制御装置。
3. 前記第１および第２駆動機は、電動機から成り、
   前記衝突検知信号に応答して、第１および第２駆動機に与える電流を制限する電流制限手段と、
   電流制限手段の指令に基づいて、第１および第２駆動機に与える電流を発生する電流発生回路とをさらに含むことを特徴とする請求項２記載の駆動体の制御装置。
4. 前記電流制限手段は、可動体を第１方向に移動させているときに、第２電動機の電流を、可動体を第２方向に移動させる場合に必要な電流よりも小さい値に制限することを特徴とする請求項３記載の駆動体の制御装置。
5. 前記衝突検知手段をさらに含み、
   衝突検知手段は、少なくとも可動体の第２方向の変位に基づいて、可動体が障害物に衝突したことを検知することを特徴とする請求項４記載の駆動体の制御装置。
6. 前記衝突検知手段をさらに含み、
   衝突検知手段は、駆動体による可動体の移動方向、およびこの移動方向に垂直な方向の可動体の変位に基づいて、可動体が障害物に衝突したことを検知することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の駆動体の制御装置。
7. ハンドと、
   ハンドを変位駆動する駆動体と、
   請求項１〜６のいずれか１つに記載の駆動体の制御装置とを含むことを特徴とするロボット。
8. 可動体を変位駆動する駆動体の制御方法であって、
   駆動体によって駆動される可動体が障害物に衝突したことを検知する衝突検知工程と、
   可動体の衝突を検知すると、衝突前における駆動体による可動体の移動方向の移動を制限する移動制限工程と、
   可動体の衝突を検知すると、駆動体による可動体の移動方向に垂直な方向の可動体の位置を、衝突によって変位した衝突後の位置に維持する位置維持工程とを含むことを特徴とする駆動体の制御方法。
9. 請求項８に記載の駆動体の制御方法をコンピュータによって実現させるためのプログラム。

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