JP5120258B2 - ワーク搬送装置 - Google Patents
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Description
図7にワーク搬送装置の構成を示す。ここでは、一連の処理工程を終えた複数の基板を一時的に保管する基板収容カセット100に、複数軸で構成されたロボット102がガラス基板107を挿入する様子を示す。ロボット102は制御装置104よりケーブル103を介してモータの駆動電力が供給され動作を行う。制御装置104はケーブル105を介して教示手段106に接続されている。教示手段106は複数のボタンを有し、各ボタンを押下することでケーブル105を介して制御装置104へ指示を出力する。制御装置104は前記指示に従い、ケーブル103を介してロボット102へモータの駆動電力を出力する。教示手段106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。基板収容カセット100はガラス基板107を保持又は支持するための支持ピン101を備えている。
第1アームリンク108の内部には第1リンクベルト117を備えており、アーム軸減速機116から第2アーム軸118に連結された第2アーム軸減速機119へ動力が伝達される。第2アーム軸減速機119はアーム軸減速機116と逆方向に回転する特性を持つ。すなわち、アーム軸モータ115が回転することで第1リンクベルト117が駆動され、第2アーム軸減速機119が回転し、連結された第2アーム軸118が回転し、第2アームリンク109は第2アーム軸118を中心に第1アーム軸114と逆方向へ旋回する。第2アームリンク109の内部には第2リンクベルト120を備えており、第2アーム軸減速機119からフランジ減速機121へ動力が伝達される。フランジ減速機121は第2アーム軸減速機119と逆方向に回転する特性を持つ。また、各減速機(アーム軸減速機116、第2アーム軸減速機119、フランジ減速機121)の減速比は第1アーム軸114の回転角度とフランジ122の回転角度が等しくなるように設けられている。また、第1アーム軸114の旋回中心から第2アーム軸118の旋回中心までの距離と、第2アーム軸118の旋回中心からフランジ122の旋回中心までの距離は等しくなるように設けられている。
r=2asin(α) ・・・ (1)
以上の構成から、昇降軸モータ124が回転することで、昇降軸モータ124と連結された図示しない減速機が回転し、下部昇降リンク112の内部と上部昇降リンク111の内部のそれぞれに備えられた図示しないベルトが駆動し、昇降据付部125に連結された図示しない減速機と、昇降支持部126に連結された減速機が昇降軸モータ124に連結された減速機と逆方向に回転し、昇降支持部126の動作に伴い、ワーク把持装置110、把持されたガラス基板107及び制御点123はZ軸直線方向に動作する。
z=2bsin(γ) ・・・ (2)
図14は前述の操作でアームを縮め、旋回部129を旋回させ、ワーク把持装置110を基板収容カセット133の方向にした図である。ここで第1アーム軸114を回転させ、ワーク把持装置110を旋回負方向132に旋回させ、基板収容カセット133へアームをY軸負方向へ動作させれば、基板収容カセット133へワーク把持装置110を挿入することが出来る。
このように、従来のワーク搬送装置は、ガラス基板並びにアーム及びワーク把持装置の重力による撓みを補正するものである。
アーム伸縮動作のときに慣性力により生じる力のモーメントが発生する様子を図17及び図18を用いて説明する。図17はロボットがワーク把持装置にガラス基板を把持したときの重心の様子を示す。Mはワーク把持装置110とガラス基板107を含めた重心を示し、重量はm[kg]とする。Xgはアーム軸モータ115から重心MまでのX軸方向距離を示し、Zgはアーム軸モータ115から重心MまでのZ軸方向距離を示す。図18は図17のアーム軸モータ115から重心Mの関係を単純なモデルとして示す。アーム軸モータ115が回転することで、アームがX軸正方向へ加速度α[m/s2]で伸びる動作するとき、並進力F1[N]が発生する。F1は式(3)によって求められ、
F1=m・α ・・・ (3)
となる。F2はF1によって重心が受ける反作用による並進力を示す。F1とF2は式(4)の関係にある。
F1=F2 ・・・ (4)
アーム軸モータ軸中心位置137はアーム軸モータ115の中心位置を示し、NはF2によってアーム軸モータ軸中心位置137回りに発生する慣性力により生じる力のモーメントN[Nm]を示し、式(5)によって求められる。
N=F2・Zg ・・・ (5)
図19はアームをX軸正方向へ伸展動作させるときのアーム各部とワーク把持装置の撓みを示す。図18を用いて説明したように、慣性力により生じる力のモーメントは第1アーム軸114を中心に図中反時計回りに掛かる。第1アームリンク108は慣性力により生じる力のモーメントによって図中反時計回りに撓む。第2アーム軸118は完全な剛体である場合の位置から第1アーム軸114を中心に図中反時計回りにずれる。第2アームリンク109は慣性力により生じる力のモーメントによって第2アーム軸118を中心に図中反時計回りに撓む。フランジ122は完全な剛体である場合の位置から第2アーム軸118を中心に図中反時計回りにずれる。ワーク把持装置110は慣性力により生じる力のモーメントによってフランジ122を中心に図中反時計回りに撓む。理想的な制御点139はアームが完全な剛体である場合の制御点位置を示すが、以上の慣性力により生じる力のモーメントの影響によって、重心位置が撓み、その結果制御点もずれた制御点138が示す位置になり、Z軸方向ずれ量はΔZ1となる。
F3=m・α ・・・ (6)
となる。F4はF3によって重心が受ける反作用による並進力を示す。F3とF4は式(7)の関係にある。
F3=F4 ・・・ (7)
アーム軸モータ軸中心位置137はアーム軸モータ115の中心位置を示し、NはF4によってアーム軸モータ軸中心位置137回りに発生する慣性力により生じる力のモーメントN[Nm]を示し、式(8)によって求められる。
N=F4・Zg ・・・ (8)
請求項1に記載の発明は、ワークを把持又は載置するワーク把持装置を先端に備えたアーム、前記アームを水平方向に伸縮するアーム軸モータ及び前記アームを昇降する昇降軸モータを備えたロボットと、前記ロボットの前記アーム軸モータ及び前記昇降軸モータ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、前記アーム軸モータの駆動で前記アームの伸縮をする時の、ワーク重心の水平方向移動加減速度に基づく並進力を求め、前記並進力と前記ワーク重心の鉛直方向位置とから慣性力により生じる力のモーメントを求め、前記アームから前記ワーク把持装置にかけての剛性値によって、前記慣性力により生じる力のモーメントを除することで前記ロボットの制御点位置の鉛直方向の撓み量を求め、前記撓み量を前記昇降軸モータを駆動して前記ロボットの鉛直方向に補正する処理を所定の制御周期ごとに行う補正手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、前記制御装置は格納手段を備え、予め前記ロボットのロボット情報と、前記ワーク把持装置のワーク把持装置情報と、前記ワークのワーク情報と、その他の諸パラメータを登録し、前記諸パラメータを参照して前記撓み量を求めることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、数の前記ワーク把持装置に対し、各々把持装置識別子を割り当てられ該把持装置識別子に関連付けて前記ワーク把持装置情報が登録され、前記撓み量を求めるときには前記把持装置識別子により検索される前記ワーク把持装置情報を参照して前記撓み量を求め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、複数の前記ワークに対し、各々ワーク識別子を割り当てられ該ワーク識別子に関連付けて前記ワーク情報が登録され、前記撓み量を求めるときには前記ワーク識別子により検索される前記ワーク情報を参照して前記撓み量を求め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、前記ロボットは液晶ガラス基板搬送用水平多関節ロボットであることを特徴とするものである。
14 アームをX軸正方向へ減速した場合の補正量の時間的推移
15 アームをX軸正方向へ加速した場合の補正した制御点
16 アームをX軸正方向へ減速した場合の補正した制御点
100 基板収容カセット
101 支持ピン
102 ロボット
103 ケーブル
104 制御装置
105 ケーブル
106 教示手段
107 ガラス基板
108 第1アームリンク
109 第2アームリンク
110 ワーク把持装置
111 上部昇降リンク
112 下部昇降リンク
113 本体アーム支持部
114 第1アーム軸
115 アーム軸モータ
116 アーム軸減速機
117 第1リンクベルト
118 第2アーム軸
119 第2アーム軸減速機
120 第2リンクベルト
121 フランジ減速機
122 フランジ
123 制御点
124 昇降軸モータ
125 昇降据付部
126 昇降支持部
127 Z軸ゼロ基準
128 旋回軸モータ
129 旋回部
130 旋回軸
131 旋回正方向
132 旋回負方向
133 基板収容カセット
134 支持ピン
135 n段目基板収容カセット
136 n+2段目基板収容カセット
137 アーム軸モータ軸中心位置
138 ずれた制御点(アームがX軸正方向へ加速した場合)
139 理想的な制御点
140 ずれた制御点(アームがX軸負方向へ加速した場合)
141 理想的な重心位置
142 ずれた重心位置
143 アーム軸モータ速度
144 加速時の制御点位置の撓み量
145 減速時の制御点位置の撓み量
本発明を図7及び図8に示される構成を備えた、垂直昇降軸を備える水平多関節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104に備わる図示しない格納手段に、予めロボット102のパラメータを入力しておく。前記格納手段に、図8に示す第1アーム軸114から第2アーム軸118までの距離[m]、第2アーム軸118からフランジ122までの距離[m]、アーム軸モータ115からフランジ122までのZ軸方向距離[m]、昇降据付部125から昇降軸モータ124までの距離[m]、及び昇降軸モータ124から昇降支持部126までの距離[m]であるロボット情報と、ワーク把持装置の重量[kg]、ワーク把持装置のフランジ122からワーク重心MまでのX軸方向距離[m]、ワーク把持装置のフランジ122からワーク重心MまでのZ軸方向距離[m]、ワーク把持装置のフランジ122から制御点までのX軸方向距離[m]、ワーク把持装置のフランジ122から制御点までのY軸方向距離[m]、及びワーク把持装置のフランジ122から制御点までのZ軸方向距離[m]であるワーク把持装置情報と、把持するワークの重量[kg]、把持するワークの制御点のフランジ122からワーク重心MまでのX軸方向距離[m]、及び把持するワークの制御点のフランジ122からワーク重心MまでのZ軸方向距離[m]であるワーク情報と、アームとワーク把持装置にかけての剛性値K[Nm/rad]と、制御装置が動作指令を各モータへ出力する制御周期の指令周期時間[s]の諸パラメータを登録する。
諸パラメータは教示手段106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104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ため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省略する。
動作プログラムには、動作時に備えているワーク把持装置の番号(識別子)と、把持しているワークの番号(識別子)とが記述されている。まず、指定された動作プログラムを再生する動作に備えて該作業プログラムが選択され、作業プログラムに含まれる識別子で参照されるパラメータが検索され読み込まれる。
一方、教示手段の操作でロボット102の動作を行なう教示モードでは、教示手段106の備わるボタンを押下して動作指令をケーブル105を介して制御装置104に入力するとき、備わっているワーク把持装置の識別子(番号)と、動作時に把持しているワークの識別子(番号)とが伝達される。
制御装置から各モータへ所定の制御周期1周期分の動作指令を与えた後の第1アーム軸114からフランジ122までのX軸方向距離は、予め格納手段に格納した第1アーム軸114から第2アーム軸118までの距離[m]と、第2アーム軸118からフランジ122までの距離[m]を用いて幾何学的に求めることが出来る。例えば図8、図9及び図10に示す機構を備えたアームの場合、第1アーム軸114からフランジ122までのX軸方向距離はすでに述べたように式(1)によって求められる。また、第1アーム軸114とアーム軸モータ115はX軸方向に同一の位置に配置されているので、第1アーム軸114からフランジ122までのX軸方向距離[m]は、アーム軸モータ115からフランジ122までのX軸方向距離[m]に等しい。
以上より、フランジ122からワーク重心MまでのX軸方向距離[m]とアーム軸モータ115からフランジ122までのX軸方向距離[m]を加算し、制御装置から各モータへ1周期分の動作指令を与える前のアーム軸モータ115からワーク重心MまでのX軸方向距離[m]を求める。
F=m・α ・・・ (9)
N=F・Zg ・・・ (10)
φ=N/K ・・・ (11)
ここで求められる撓み角度φは図2及び図3によって図示される。図2はアームをX軸正方向へ動作した場合の撓み角度φ1を示す。図3はアームをX軸負方向へ動作した場合の撓み角度φ2を示す。第1アーム軸114の旋回中心線と、アームの各部とワーク把持装置110が完全な剛体であった場合の制御点を通りワーク把持装置110に平行な直線との交点を点Pとすると、撓み角度はそれぞれ、点Pと制御点とを通る直線と、アームの各部とワーク把持装置110が撓むことによりずれた制御点138と点Pを結ぶ直線が成す角度である。
撓み角度φはまた、アームの各部とワーク把持装置110が完全な剛体であった場合の重心位置を通りワーク把持装置110に平行な直線との交点を点Pとすると、点Pと重心位置141とを通る直線と、アームの各部とワーク把持装置110が撓むことによりずれた重心位置142と点Pを結ぶ直線が成す角度に等しい。
ΔZ=Rsin(φ) ・・・ (12)
γ=asin(Zc/2b) ・・・ (13)
また、複数の基板収容カセットに複数の重量が異なるガラス基板が混在している場合は、把持するワーク識別子(番号)の異なる動作プログラムを準備し、把持するガラス基板に合わせて動作プログラムを実行することで慣性力により生じる力のモーメントによる撓みがなくガラス基板を搬送することが可能である。
また、昇降軸は例えばラック&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や、昇降軸モータ124以外に昇降据付部125と昇降支持部126にモータを備え個別に旋回し、Z軸方向へ補間動作が可能で、且つX軸方向及びY軸方向へ動作することが可能であっても良い。昇降軸はZ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。図7及び図8及び図12及び図13及び図14は一般的な装置を例に示しているが、旋回軸130は必ず備える必要は無い。
また、図7に記載の教示手段106は図示しない外部記憶装置を備えているが、教示手段106は例えば外部記憶装置を備えた汎用コンピュータやパソコンであっても良い。また、格納手段に予め動作プログラムが格納されている場合は、教示手段106を備えなくても良い。図7に記載のケーブル105は電気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。
Claims (5)
- ワークを把持又は載置するワーク把持装置を先端に備えたアーム、前記アームを水平方向に伸縮するアーム軸モータ及び前記アームを昇降する昇降軸モータを備えたロボットと、前記ロボットの前記アーム軸モータ及び前記昇降軸モータ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、
前記アーム軸モータの駆動で前記アームの伸縮をする時の、ワーク重心の水平方向移動加減速度に基づく並進力を求め、前記並進力と前記ワーク重心の鉛直方向位置とから慣性力により生じる力のモーメントを求め、
前記アームから前記ワーク把持装置にかけての剛性値によって、前記慣性力により生じる力のモーメントを除することで前記ロボットの制御点位置の鉛直方向の撓み量を求め、
前記撓み量を前記昇降軸モータを駆動して前記ロボットの鉛直方向に補正する処理を所定の制御周期ごとに行う補正手段を備えたことを特徴とするワーク搬送装置。 - 前記制御装置は格納手段を備え、予め前記ロボットのロボット情報と、前記ワーク把持装置のワーク把持装置情報と、前記ワークのワーク情報と、その他の諸パラメータを登録し、前記諸パラメータを参照して前記撓み量を求めることを特徴とする請求項1記載のワーク搬送装置。
- 複数の前記ワーク把持装置に対し、各々把持装置識別子を割り当てられ該把持装置識別子に関連付けて前記ワーク把持装置情報が登録され、前記撓み量を求めるときには前記把持装置識別子により検索される前記ワーク把持装置情報を参照して前記撓み量を求めることを特徴とする請求項1または2記載のワーク搬送装置。
- 複数の前記ワークに対し、各々ワーク識別子を割り当てられ該ワーク識別子に関連付けて前記ワーク情報が登録され、前記撓み量を求めるときには前記ワーク識別子により検索される前記ワーク情報を参照して前記撓み量を求めることを特徴とする請求項1または2記載のワーク搬送装置。
- 前記ロボットは液晶ガラス基板搬送用水平多関節ロボットであることを特徴とする請求項1記載のワーク搬送装置。
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