JP5532111B2 - ロボットアーム、ロボットおよびロボットの動作方法 - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、ロボットアーム、ロボットおよびロボットの動作方法に関する。
従来、ガラス基板や半導体ウエハ等のワークを搬送するロボットとして、水平多関節ロボットが知られている。水平多関節ロボットは、2つのアームが関節を介して連結された伸縮アーム部を備えるロボットであり、各アームを回転動作させることによって伸縮アーム部の先端部に設けられたロボットハンドを水平方向に沿って直線的に移動させる。
なお、各アームの回転動作は、たとえば、駆動源として1つ設けられたモータの動力をベルトプーリ機構によって伝達し、各アームの基端部に設けられたプーリを回転させることによって行われる。
また、このような水平多関節ロボットでは、ロボットハンドの向きが、各アームの回転動作によって変化しないことが求められる。そこで、たとえば、ロボットハンドの基端部に従動プーリを設け、かかる従動プーリを前述のベルトプーリ機構へ連結してアームの回転に従動回転させることによって、ロボットハンドの向きを規制するといった手法が用いられる。
ところで、このようにベルトプーリ機構を用いる場合、ベルトの伸縮やたわみなどによって動力伝達剛性が低下することがあるのは周知である。そこで、かかる動力伝達剛性を確保するための技術が種々提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
なお、特許文献1に開示の動力伝達装置は、原動歯車と従動歯車との間に巻架されたベルト部材の一部または全体を、金属板などの補強部材で補強するものである。
しかしながら、ワークの大型化が進んできた昨今、上述した従来技術には、ワークの大きさに関わらず、動力伝達剛性を確保して横揺れを低減するうえで更なる改善の余地がある。
たとえば、上述した従来技術では、ベルトの補強部材として金属板などが用いられるが、かかる比重の高い補強部材で補強したベルトを水平方向に配置する場合、ワークのサイズに応じてアームが相当長を有すればベルトも長くなり、鉛直方向にたわみやすくなる。したがって、ワークの大きさに関わらず、動力伝達剛性を確保するうえでは不十分である。
また、幅2mを超える液晶パネル用のガラス基板の登場などにみられるように、近年ワークの大型化が著しい。このため、従来と比べて、アームはかかるワークの荷重等によって水平方向沿いに大きく横揺れしやすくなってきている。このような場合、従来技術によれば、金属板を厚くする等によってより強固にベルトを補強する必要があるが、さらにベルトがたわみやすくなるうえコストも嵩んでしまう。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ワークの大きさに関わらず、動力伝達剛性を確保して横揺れを低減することができるロボットアーム、ロボットおよびロボットの動作方法を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係るロボットアームは、伸縮アーム部と、ロボットハンドと、ベルト駆動機構とを備える。前記伸縮アーム部は、水平方向に伸縮し、先端部にはプーリを有する。前記ロボットハンドは、前記プーリを介し、前記伸縮アーム部の先端部に対して回転可能に連結される。前記ベルト駆動機構は、前記プーリに巻き掛けられるベルトを前記ロボットハンドの近傍において直接的に駆動する駆動源を含んでおり、前記ロボットハンドの横揺れ量に応じた補正値に基づいて駆動制御される。
実施形態の一態様によれば、ワークの大きさに関わらず、動力伝達剛性を確保して横揺れを低減することができる。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットアーム、ロボットおよびロボットの動作方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
また、以下では、被搬送物としてガラス基板を搬送する基板搬送ロボットを例に挙げて説明を行う。また、基板搬送ロボットについては、単に「ロボット」と記載する。また、エンドエフェクタである「ロボットハンド」については、単に「ハンド」と記載する。また、ガラス基板については「ワーク」と記載する。
まず、実施形態に係るロボット10の構成について図1を用いて説明する。図1は、実施形態に係るロボット10の概略構成を示す模式図である。
なお、説明を分かりやすくするために、図1には、鉛直上向きを正方向とし、鉛直下向きを負方向とするZ軸を含む3次元の直交座標系を図示している。したがって、XY平面に沿った方向は、「水平方向」を指す。かかる直交座標系は、以下の説明に用いる他の図面においても示す場合がある。また、以下では、X軸の正方向を「前方」と、Y軸の正方向を「左方」とそれぞれ規定する。
また、以下では、複数個で構成される構成要素については、複数個のうちの一部にのみ符号を付し、その他については符号の付与を省略する場合がある。かかる場合、符号を付した一部とその他とは同様の構成であるものとする。
図1に示すように、ロボット10は、X軸方向を「伸縮方向」として伸縮する伸縮アーム部11を1対備える、双腕の水平多関節ロボットである。具体的には、ロボット10は、伸縮アーム部11を1対と、ハンド12を1対と、アームベース13と、昇降台部14と、走行台部15とを備える。
また、伸縮アーム部11は、第1アーム11aと、第2アーム11bとを備える。また、昇降台部14は、第1昇降アーム14aと、第2昇降アーム14bと、基台部14cとを備える。なお、伸縮アーム部11と、ハンド12とを少なくとも含んで「ロボットアーム」が構成される。
ハンド12は、ワーク保持用のエンドエフェクタであり、伸縮アーム部11の先端部に設けられる。伸縮アーム部11およびハンド12の詳細については、図2以降を用いて後述する。アームベース13は、伸縮アーム部11の基部であり、伸縮アーム部11を水平回転可能に支持する、
なお、アームベース13は、昇降台部14に対して、鉛直方向に平行な旋回軸Sまわりに旋回可能に設けられる。以下では、かかる旋回軸Sまわりの旋回動作を、ロボット10の「旋回軸動作」と記載する場合がある。
昇降台部14は、先端部においてアームベース13を旋回可能に支持するとともに、かかるアームベース13を鉛直方向に平行な「昇降方向」に沿って昇降させるユニットである。
第1昇降アーム14aは、その先端部において、旋回軸Sまわりに旋回可能に、かつ、軸U1まわりに回転可能に、アームベース13を支持する。また、第2昇降アーム14bは、その先端部において、第1昇降アーム14aの基端部を軸U2まわりに回転可能に支持する。
基台部14cは、走行台部15に設置され、第2昇降アーム14bの基端部を軸Lまわりに回転可能に支持する。走行台部15は、走行台車等として構成される走行機構であり、たとえば、図中のY軸に平行な走行軸SLに沿って走行する。なお、走行軸SLは、直線状に限定されるものではない。また、以下では、かかる走行軸SL沿いの走行動作を、ロボット10の「走行軸動作」と記載する場合がある。
そして、ロボット10は、アームベース13を軸U1まわりに、第1昇降アーム14aを軸U2まわりに、第2昇降アーム14bを軸Lまわりにそれぞれ回転させることによって、昇降動作を行う。
また、ロボット10には、制御装置20がロボット10と相互通信可能に接続されており、ロボット10に対し、かかる昇降動作や前述の旋回軸動作、走行軸動作および後述する伸縮アーム部11の伸縮動作といった各種動作を行わせる動作制御を行う。そして、かかる制御装置20とロボット10とを少なくとも含んで、基板搬送システム1が構成される。
次に、図2を用いてロボット10を平面視した場合を例示しながら、ハンド12を含めた伸縮アーム部11の伸縮動作について説明する。図2は、ロボット10が伸縮アーム部11を伸ばす際の動作を示す模式平面図である。
なお、説明を分かりやすくするために、以降の説明では、1対で双腕として設けられた伸縮アーム部11のうち、右腕に相当する一方のみを図示して説明を行う。
図2に示すように、伸縮アーム部11の第1アーム11aは、その基端部がアームベース13に対して軸P1まわりに回転可能に連結される。また、第2アーム11bは、その基端部が第1アーム11aの先端部に対して軸P2まわりに回転可能に連結される。
また、第2アーム11bの先端部には、ハンド12の基端部が軸P3まわりに回転可能に連結される。かかるハンド12は、フレーム12aと、複数本のフォーク12bとを備えており、前述の第2アーム11bとは、フレーム12aが連結される。また、フレーム12aは、フォーク12bを並列に支持する。
なお、第2アーム11bおよびフレーム12aは中空構造であり、その内部にはハンド12を回転させるベルト駆動機構が配設される。この点の詳細については、図3A以降を用いて後述する。
また、図2に示すように、フォーク12bは、ワークW保持用の部材であり、たとえば、主面にワークWを載置することによってワークWを保持する。なお、保持方法はかかる載置に限定されるものではなく、たとえば、ワークWを上方から吸着してもよい。
また、図2に示すように、ロボット10は、伸縮アーム部11を伸ばす場合、ハンド12の移動方向および向きを、所定の方向および向き(図中ではX軸の正方向)へ規制しながら伸縮アーム部11を伸ばす動作を行う。
具体的には、ロボット10は、伸縮アーム部11を伸ばす場合、第1アーム11aを軸P1まわりに反時計回りに回転量θで回転させる(図中の矢印201参照)。また、このとき第2アーム11bについては、第1アーム11aに対し、軸P2まわりに時計回りに2倍の回転量2θで回転させる(図中の矢印202参照)。
また、ハンド12については、第2アーム11bに対し、軸P3まわりに反時計回りに回転量θで回転させる(図中の矢印203参照)。これらが、ハンド12の移動方向をX軸に沿って直線的に、かつ、ハンド12の向き(すなわち、フォーク12bの先端部の向き)を前方に規制しながら伸縮アーム部11を伸ばすための基本的な回転動作である。
従来であれば、かかる回転動作は、アームベース13等に配設される1つの駆動源からの動力をベルトプーリ機構によって軸P2や軸P3へ伝達することによって行われていた。しかしながら、ベルトの有する動力伝達剛性の低さやハンド12が大型のワークWを保持する機会が増えたこと等により、前述の基本的な回転動作のみでは、図中に破線204の軌跡として示すような横揺れが生じやすい。
そこで、本実施形態では、所定位置におけるハンド12の回転動作を補正して横揺れを低減させ(図中の矢印205および206参照)、ハンド12の移動方向およびその向きが確実に規制されるような方策をとることとした(図中の矢印207参照)。
以下では、かかる方策の具体的な一態様としての第1〜第3の実施形態を、図3A〜図6を用いて順次説明する。
(第1の実施形態)
図3Aは、第1の実施形態に係るロボットアームの内部構成を示す模式平面図である。また、図3Bは、図3Aに示すEV1部の拡大図である。なお、説明の便宜上、図3Bには、第2アーム11bの延在方向にあわせてXY軸を回転させたX’Y’軸を図示している。
図3Aは、第1の実施形態に係るロボットアームの内部構成を示す模式平面図である。また、図3Bは、図3Aに示すEV1部の拡大図である。なお、説明の便宜上、図3Bには、第2アーム11bの延在方向にあわせてXY軸を回転させたX’Y’軸を図示している。
図3Aに示すように、第1の実施形態に係るロボット10の第1アーム11aは、その基端部に軸P1を回転軸とする原動プーリ11aaを備える。原動プーリ11aaは、アームベース13の内部に設けられたモータM1の出力軸に連結される。モータM1は、かかる原動プーリ11aaを介して第1アーム11aを軸P1まわりに回転させる駆動源である。
また、第2アーム11bは、その基端部に軸P2を回転軸とする従動プーリ11baを備える。第2アーム11bは、かかる従動プーリ11baを介し、第1アーム11aの回転に対して相対回転可能に連結される。
また、従動プーリ11baおよび前述の原動プーリ11aaは、ベルトT1を介して互いに連結されている。したがって、第2アーム11bは、かかるベルトT1を介してモータM1の動力の伝達を受けた従動プーリ11baによって軸P2まわりに従動回転することとなる。
また、ハンド12は、第2アーム11bがその先端部に備えるプーリ12aaを介して軸P3まわりに回転可能に、第2アーム11bの先端部に対して連結される。
また、図3Aに破線の矩形で囲んだEV1部として示すように、第2アーム11bは、ハンド12の近傍にベルトT2の駆動源として2つのモータM2a(第1のモータ)およびM2b(第2のモータ)を配設したベルト駆動機構を備える。ベルト駆動機構は、第2アーム11b先端部のプーリ12aaに巻き掛けられるベルトT2を駆動することによって、ハンド12を軸P3まわりに回転させる機構である。
ここで、ベルト駆動機構について詳しく述べる。図3Bに示すように、ベルト駆動機構は、2つのモータM2aおよびM2bと、2つのボールねじB2a(第1のボールねじ)およびB2b(第2のボールねじ)とを備える。
モータM2aおよびM2bは、それぞれの出力軸O1およびO2が、第2アーム11bの延在方向(図中のX’軸方向)に沿うように配設される。そして、かかる出力軸O1およびO2には、ボールねじB2aおよびB2bがそれぞれ連結される。
なお、このように出力軸O1およびO2を第2アーム11bの延在方向に沿わせてモータM2aおよびM2bを配設することで、少なくとも第2アーム11bを薄肉化することができる。すなわち、ロボット10の小型化および作業スペースの狭小化に資することができる。
また、プーリ12aaに巻き掛けられるベルトT2の一端は、ボールねじB2aのナットN2aに固定される。また、ベルトT2の他端は、ボールねじB2bのナットN2bに固定される。
そして、かかる構成において、モータM2aおよびM2bがそれぞれ独立に駆動制御され、プーリ12aaの回転量や回転方向(図中の矢印305参照)、ベルトT2のテンションが調整される。
具体的には、たとえば、モータM2aの駆動によるナットN2aの矢印301方向への移動と、モータM2bの駆動によるナットN2bの矢印304方向への移動とを組み合わせることによって、プーリ12aaを軸P3まわりに反時計回りに回転させることができる。
このとき、たとえば、矢印301の力を1とした場合に、矢印304の力が1―αとなるようにモータM2aおよびM2bをそれぞれ駆動制御すれば、プーリ12aaの反時計回りの回転量を、ベルトT2のテンションを弱めつつ走り気味に変化させることができる。
また、矢印301の力が1、矢印304の力が1+αとなるようにモータM2aおよびM2bをそれぞれ駆動制御すれば、プーリ12aaの反時計回りの回転量を、ベルトT2のテンションを強めつつ抑え気味に変化させることができる。
また、プーリ12aaの時計回りの回転については、反時計回りの場合と同様に、ナットN2bの矢印303方向への移動と、ナットN2aの矢印302方向への移動とを組み合わせることによって行うことができる。
また、ナットN2aの矢印301方向への移動と、ナットN2bの矢印303方向への移動とを組み合わせることによって、ベルトT2のテンションを容易に高めることができる。
ところで、このようなモータM2aおよびM2bの独立した駆動制御は、制御装置20によって行われる。ここで、図4Aを用いて、制御装置20の構成について説明しておく。図4Aは、制御装置20の構成を示すブロック図である。
なお、図4Aでは、制御装置20の特徴を説明するために必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。
図4Aに示すように、制御装置20は、制御部21と、記憶部22とを備える。また、制御部21は、アーム駆動制御部21aと、ハンド駆動制御部21bと、調整部21cとを備える。記憶部22は、横揺れ補正情報22aを記憶する。
制御部21は、制御装置20の全体制御を行う。アーム駆動制御部21aは、第1アーム11aの駆動源であるモータM1の駆動制御を行う。
ハンド駆動制御部21bは、モータM2aおよびM2bをそれぞれ独立に駆動制御する。調整部21cは、横揺れ補正情報22aにあらかじめ設定された横揺れ量に応じた補正値に基づいてハンド駆動制御部21bによるモータM2aおよびM2bの駆動制御を調整する。
記憶部22は、ハードディスクドライブや不揮発性メモリといった記憶デバイスであり、横揺れ補正情報22aを記憶する。
ここで、横揺れ補正情報22aについて図4Bを用いて説明する。図4Bは、横揺れ補正情報22aの一例を示す図である。なお、図4Bでは、横軸にハンド12の横揺れ量を、縦軸に回転量を、それぞれ示している。また、破線のカーブおよび中央部の3つの矢印は、図2に示した破線204および矢印205〜207に対応している。
横揺れ補正情報22aは、たとえば、ロボット10の製造工程における評価試験等によって抽出され、あらかじめ設定された、回転量ごとの横揺れ量に応じた補正値の集合である。
たとえば、図4Bには、ハンド12の回転量が4分の1θのときにハンド12の横揺れ量がマイナス方向に大きく振られる(すなわち大きく遅れる)例を示している。かかる場合、横揺れ補正情報22aには、たとえば、かかるタイミングでプーリ12aaの回転量またはベルトT2のテンションをプラス補正する補正値が設定される。
そして、実際のハンド12の回転量が4分の1θのときに、かかるプラス補正の補正値によってプーリ12aaの回転量またはベルトT2のテンションを調整するように、モータM2aおよびM2bがそれぞれ駆動制御される。
また、図4Bには、ハンド12の回転量が4分の3θのときにハンド12の横揺れ量がプラス方向に大きく振られる(すなわち大きく進む)例を示している。かかる場合、横揺れ補正情報22aには、たとえば、かかるタイミングでプーリ12aaの回転量またはベルトT2のテンションをマイナス補正する補正値が設定される。
そして、実際のハンド12の回転量が4分の3θのときに、かかるマイナス補正の補正値によってプーリ12aaの回転量またはベルトT2のテンションを調整するように、モータM2aおよびM2bがそれぞれ駆動制御される。
なお、図4Bに示したのはあくまで一例であって、たとえば、横揺れ補正情報22aが、ロボット10の実運用において繰り返し検出された実際の横揺れ量に基づく学習情報であってもよい。かかる場合、たとえば、ハンド12の先端部などに横揺れ量を計測するセンサを設けることによって実際のハンド12の回転量に応じた横揺れ量を検出し、その検出値に基づいて補正値を逐次更新すればよい。
以上、説明してきたベルト駆動機構によって、次のような効果を奏することができる。まず、プーリ12aaを回転させるベルトT2の駆動源をハンド12の近傍に設けることで、ベルトT2の長さが短くて足りる。これにより、動力伝達剛性の低下を招きにくくすることができる。また、かかるベルトT2を、モータM2aおよびM2bによって直接的に駆動するので、ワークWの大きさに関わらず、動力伝達剛性を確保して横揺れを低減することができる。
また、ベルトT2の両端はナットN2aおよびN2bを介し、それぞれボールねじB2aおよびB2bにガイドされながら移動する。したがって、ベルトT2を精度よく動かすことができるので、ワークWの大きさを問わない動力伝達剛性の確保に資することができる。
また、ベルトT2を両端から、それぞれ独立に駆動制御されるモータM2aおよびM2bによって駆動することができるので、プーリ12aaの回転量やベルトT2のテンションなどを細かく調整することができる。したがって、ワークWが大型で、横揺れが大きくなるような場合であっても、動力伝達剛性を確保して横揺れを低減することができる。
また、出力軸O1およびO2を第2アーム11bの延在方向に沿わせてモータM2aおよびM2bを配設するので、少なくとも第2アーム11bを薄肉化することができる。すなわち、ロボット10の小型化および作業スペースの狭小化に資することができる。
上述してきたように、第1の実施形態に係るロボットアームは、伸縮アーム部と、ハンド(ロボットハンド)と、ベルト駆動機構とを備える。伸縮アーム部は、水平方向に伸縮し、先端部にはプーリを有する。ハンドは、上記プーリを介し、上記伸縮アーム部の先端部に対して回転可能に連結される。ベルト駆動機構は、上記プーリに巻き掛けられるベルトを上記ハンドの近傍において直接的に駆動する駆動源を含む。
したがって、第1の実施形態に係るロボットアームによれば、ワークの大きさに関わらず、動力伝達剛性を確保して横揺れを低減することができる。
ところで、上述した第1の実施形態では、ベルト駆動機構におけるベルトの両端にそれぞれ個別の駆動源を連結し、これら駆動源をそれぞれ独立に制御することでベルトのテンションを調整する場合について説明したが、アイドルプーリを設ける構成としてもよい。そこで、かかる場合を第2の実施形態として、以下、図5を用いて説明する。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係るロボットアームの内部構成を示す模式平面図である。なお、第2の実施形態では、図5に示す伸縮アーム部11’の内部構成のみが第1の実施形態と異なるため、伸縮アーム部11’のみを図示している。
図5は、第2の実施形態に係るロボットアームの内部構成を示す模式平面図である。なお、第2の実施形態では、図5に示す伸縮アーム部11’の内部構成のみが第1の実施形態と異なるため、伸縮アーム部11’のみを図示している。
また、図5は、第1の実施形態において示した図3Bに対応している。このため、両実施形態で異なる構成要素について主に言及することとし、説明が重複する同一の構成要素についてはその説明を簡略化するか、省略する場合がある。この点については、図6を用いて後述する第3の実施形態においても同様とする。
図5に示すように、第2の実施形態に係る伸縮アーム部11’の第2アーム11bは、ハンド12の近傍にベルトT2の駆動源であるモータM2aおよびM2bを配設したベルト駆動機構を備える。モータM2aおよびM2bは、それぞれの出力軸O1およびO2が、図中のZ軸方向に沿うように配設される。なお、符号を付して図示していないが、出力軸O1およびO2にはそれぞれプーリが連結されている。
また、伸縮アーム部11’の第2アーム11bは、かかる第2アーム11bの延在方向にプーリ12aaの対(つい)として設けられ、軸P4まわりに回転する対プーリ11bbを備える。なお、図5に示すように、かかる対プーリ11bbは、第2アーム11bの基端部の軸P2まわりに回転する従動プーリ11baによって代用されてもよい。
また、モータM2aおよびM2bの近傍には、それぞれ1対のアイドルプーリIPが配設される。
そして、図5に示すように、ベルトT2は、プーリ12aaおよび対プーリ11bbの間を周回するように、モータM2aのプーリ、モータM2bのプーリおよびアイドルプーリIPすべてを経由しながら巻き掛けられる。
かかる構成により、モータM2aのプーリおよびモータM2bのプーリがそれぞれ時計回りに回転することで(図中の矢印501および502参照)、アイドルプーリIPによってベルトT2のテンションを保ちつつ、プーリ12aaを軸P3まわりに反時計回りに回転させることができる(図中の矢印503参照)。なお、プーリ12aaを時計回りに回転させるには、モータM2aおよびモータM2bを逆回転させればよい。
このような第2の実施形態に係るロボットアームによれば、次のような効果を奏することができる。まず、駆動源をハンド12の近傍に設け、対プーリ11bbをかかる駆動源により近づけて配設することで、プーリ12aaおよび対プーリ11bbの間を周回するベルトT2の長さを短くすることができる。これにより、動力伝達剛性の低下を招きにくくすることができる。
また、アイドルプーリIPによってベルトT2のテンションを保ちつつ、プーリ12aaを回転させることができるので、ワークの大きさに関わらず、動力伝達剛性を確保して横揺れを低減することができる。
また、ベルトT2をプーリ12aaおよび対プーリ11bbの間で無限周回させることができるので、必要に応じてハンド12を旋回させる動作が可能となる。
また、図5に示すように、駆動源であるモータM2aおよびモータM2bをプーリ12aaおよび対プーリ11bbの間に配設するので、ベルト駆動機構をコンパクトに構成することができる。
また、図5に示した例では、それぞれ出力軸O1およびO2を図中のZ軸方向に沿わせてモータM2aおよびM2bを配設したが、かかる出力軸O1およびO2を、図中のX’軸方向、すなわち、第2アーム11bの延在方向に沿わせ、ギヤ等によって回転方向を変換することとしてもよい。
かかる場合には、第2アーム11bを薄肉化することができる。すなわち、ロボット10の小型化および作業スペースの狭小化に資することができる。
ところで、上述した第1の実施形態では、ベルト駆動機構におけるベルトの両端にそれぞれ個別の駆動源を連結し、これら駆動源をそれぞれ独立に制御する場合について説明したが、ベルトの一端にのみ駆動源を設ける構成としてもよい。そこで、かかる場合を第3の実施形態として、以下、図6を用いて説明する。
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係るロボットアームの内部構成を示す模式平面図である。なお、第3の実施形態では、図6に示す伸縮アーム部11’’の内部構成のみが第1の実施形態と異なるため、伸縮アーム部11’’のみを図示している。
図6は、第3の実施形態に係るロボットアームの内部構成を示す模式平面図である。なお、第3の実施形態では、図6に示す伸縮アーム部11’’の内部構成のみが第1の実施形態と異なるため、伸縮アーム部11’’のみを図示している。
図6に示すように、第3の実施形態に係る伸縮アーム部11’’の第2アーム11bは、ハンド12の近傍にベルトT2の駆動源として1つのモータM2aを配設したベルト駆動機構を備える。
モータM2aは、出力軸O1が、第2アーム11bの延在方向(図中のX’軸方向)に沿うように配設される。そして、かかる出力軸O1には、ボールねじB2aおよびプーリ11bcが連結される。
また、ボールねじB2aに対しては、ボールねじB2bが逆向きのねじ方向を有して並設される。また、かかるボールねじB2bにはプーリ11bdが連結されており、ベルトT3を介してボールねじB2a側のプーリ11bcと互いに連結されることで、ボールねじB2bをボールねじB2aに従動回転可能とする。
そして、かかる構成においてモータM2aを駆動することによって、ナットN2aおよびナットN2bはつねに逆向きに移動し、プーリ12aaを片方向に回転させる。
具体的には、図6に示すように、モータM2aがナットN2aを矢印601方向へ移動させた場合、ボールねじB2bは従動回転してナットN2bを矢印602方向へ移動させ、プーリ12aaを軸P3まわりに反時計回りに回転させる。なお、プーリ12aaを時計回りに回転させるには、モータM2aを逆回転させればよい。
このような第3の実施形態に係るロボットアームによれば、次のような効果を奏することができる。まず、プーリ12aaを回転させるベルトT2の駆動源をハンド12の近傍に設けることで、ベルトT2の長さが短くて足りる。これにより、動力伝達剛性の低下を招きにくくすることができる。また、かかるベルトT2をモータM2aによって直接的に駆動するので、ワークWの大きさに関わらず、動力伝達剛性を確保して横揺れを低減することができる。
また、ベルトT2の両端はナットN2aおよびN2bを介し、それぞれボールねじB2aおよびB2bにガイドされながら移動する。したがって、ベルトT2を、テンションを保ちつつ精度よく動かすことができるので、ワークWの大きさを問わない動力伝達剛性の確保に資することができる。
また、出力軸O1を第2アーム11bの延在方向に沿わせてモータM2aを配設するので、少なくとも第2アーム11bを薄肉化することができる。すなわち、ロボット10の小型化および作業スペースの狭小化に資することができる。
(その他の変形例)
ところで、上述してきた各実施形態はいずれも、ハンドを回転させるベルトを直接的に駆動するモータを備える点で共通しているが、この点を利用して、かかるベルトのベルト切れを検知するベルト切れ検知機構を設けることとしてもよい。
ところで、上述してきた各実施形態はいずれも、ハンドを回転させるベルトを直接的に駆動するモータを備える点で共通しているが、この点を利用して、かかるベルトのベルト切れを検知するベルト切れ検知機構を設けることとしてもよい。
かかる変形例について図7を用いて説明する。図7は、ベルト切れ検知機構30の構成を示す模式平面図である。なお、図7は、第1の実施形態の説明で用いた図3Bに対応させている。
図7に示すように、ベルト切れ検知機構30は、モータM2aおよびM2bにそれぞれ接続される負荷検出部30aを含んで構成される。負荷検出部30aは、モータM2aおよびM2bそれぞれに作用する負荷の変化を検出するユニットである。
ここで、ベルトT2が切れていない状態においては、かかるベルトT2を直接的に駆動するモータM2aおよびM2bに対しては、ハンド12が静止状態であれ、稼動状態であれ、少なくとも負荷が作用している。
そこで、かかる点を利用し、ベルト切れ検知機構30は、モータM2aおよびM2bがほぼ同時に無負荷状態(すなわち、負荷が0の状態)へ近づく変化を示したことが負荷検出部30aによって検出されたならば、これをベルトT2のベルト切れとして検知する。
これにより、ベルト切れによってハンド12が制御を失う事態を早期に発見し、対処することが可能となるので、間接的ながら動力伝達剛性の確保および横揺れの低減に資することができる。
また、上述した各実施形態では、双腕ロボットを例に挙げて説明したが、ロボットの腕の数を限定するものではなく、単椀ロボット、または、双腕以上の多腕ロボットに適用することとしてもよい。
また、上述してきた各実施形態では、伸縮アーム部が、2つのアームが連結されることによって構成される場合を例に挙げて説明を行ったが、連結されるアームの個数を限定するものではない。
また、上述してきた各実施形態では、ロボットが、走行台車に設置されて走行軸動作を行うこととしたが、決められた軌道に沿って移動可能であれば、走行機構の種別を問うものではない。
また、上述した各実施形態では、被搬送物であるワークがガラス基板である場合を例に挙げて説明したが、ワークの種別を問うものではない。
また、上述した各実施形態では、ロボットが基板搬送ロボットである場合を例に挙げて説明したが、水平多関節ロボットであればよく、ロボットの用途を問うものではない。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1 基板搬送システム
10 ロボット
11 伸縮アーム部
11a 第1アーム
11aa 原動プーリ
11b 第2アーム
11ba 従動プーリ
11bb 対プーリ
11bc、11bd プーリ
12 ハンド
12a フレーム
12aa プーリ
12b フォーク
13 アームベース
14 昇降台部
14a 第1昇降アーム
14b 第2昇降アーム
14c 基台部
15 走行台部
20 制御装置
21 制御部
21a アーム駆動制御部
21b ハンド駆動制御部
21c 調整部
22 記憶部
22a 横揺れ補正情報
30 ベルト切れ検知機構
30a 負荷検出部
B2a、B2b ボールねじ
IP アイドルプーリ
L 軸
M1、M2a、M2b モータ
N2a、N2b ナット
O1、O2 出力軸
P1〜P4 軸
S 旋回軸
SL 走行軸
U1、U2 軸
T1〜T3 ベルト
W ワーク
10 ロボット
11 伸縮アーム部
11a 第1アーム
11aa 原動プーリ
11b 第2アーム
11ba 従動プーリ
11bb 対プーリ
11bc、11bd プーリ
12 ハンド
12a フレーム
12aa プーリ
12b フォーク
13 アームベース
14 昇降台部
14a 第1昇降アーム
14b 第2昇降アーム
14c 基台部
15 走行台部
20 制御装置
21 制御部
21a アーム駆動制御部
21b ハンド駆動制御部
21c 調整部
22 記憶部
22a 横揺れ補正情報
30 ベルト切れ検知機構
30a 負荷検出部
B2a、B2b ボールねじ
IP アイドルプーリ
L 軸
M1、M2a、M2b モータ
N2a、N2b ナット
O1、O2 出力軸
P1〜P4 軸
S 旋回軸
SL 走行軸
U1、U2 軸
T1〜T3 ベルト
W ワーク
Claims (10)
- 水平方向に伸縮し、先端部にはプーリを有する伸縮アーム部と、
前記プーリを介し、前記伸縮アーム部の先端部に対して回転可能に連結されるロボットハンドと、
前記プーリに巻き掛けられるベルトを前記ロボットハンドの近傍において直接的に駆動する駆動源を含んでおり、前記ロボットハンドの横揺れ量に応じた補正値に基づいて駆動制御されるベルト駆動機構と
を備えることを特徴とするロボットアーム。 - 前記伸縮アーム部は、
基端部がアームベースに対して回転可能に連結される第1アームと、
基端部が前記第1アームの先端部に対して回転可能に連結され、先端部においては前記ロボットハンドが回転可能に連結される第2アームと
を備え、
前記ベルト駆動機構は、
前記第2アームの内部に配設されること
を特徴とする請求項1に記載のロボットアーム。 - 前記ベルト駆動機構は、
前記駆動源であるモータを少なくとも1つ有し、
前記モータは、
出力軸が前記第2アームの延在方向に沿うように配設されること
を特徴とする請求項2に記載のロボットアーム。 - 前記モータの出力軸にはボールねじが連結され、
前記ベルトは、
端部が前記ボールねじのナットに固定されることによって前記モータへ連結されること
を特徴とする請求項3に記載のロボットアーム。 - 前記ベルト駆動機構は、
前記ベルトの一端に連結される第1のモータと、
前記ベルトの他端に連結される第2のモータと
を備え、
前記第1のモータおよび前記第2のモータがそれぞれ独立して駆動制御されることによって、前記ベルトのテンションまたは前記プーリの回転量が調整されること
を特徴とする請求項3または4に記載のロボットアーム。 - 前記ベルト駆動機構は、
前記駆動源である第1のモータおよび第2のモータと、
前記第1のモータおよび前記第2のモータそれぞれの近傍に設けられる複数個のアイドルプーリと、
前記第2アームの延在方向に前記プーリの対として設けられる対プーリと
を備え、
前記第1のモータおよび前記第2のモータは、
前記プーリと前記対プーリとの間に設けられ、
前記ベルトは、
前記第1のモータの出力軸、前記第2のモータの出力軸および前記アイドルプーリすべてを経由しながら前記プーリおよび前記対プーリの間を周回するように、該プーリおよび該対プーリを互いに連結すること
を特徴とする請求項2に記載のロボットアーム。 - 前記ベルト駆動機構は、
前記ベルトの一端に連結される1つの前記モータと、
前記モータの出力軸に連結される第1のボールねじと、
前記第1のボールねじに逆向きのねじ方向を有して該第1のボールねじに従動回転可能に設けられ、前記ベルトの他端が連結された第2のボールねじと
を備えることを特徴とする請求項4に記載のロボットアーム。 - 前記駆動源それぞれに作用する負荷の変化を検出する負荷検出部を含み、
前記駆動源すべてがほぼ同時に無負荷状態へ近づく変化を示したことが前記負荷検出部によって検出されたならば、前記ベルトのベルト切れとして検知するベルト切れ検知機構
を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のロボットアーム。 - 請求項1〜8のいずれか一つに記載のロボットアーム
を備えることを特徴とするロボット。 - 水平方向に伸縮し、先端部にはプーリを有する伸縮アーム部と、
前記プーリを介し、前記伸縮アーム部の先端部に対して回転可能に連結されるロボットハンドと、
前記プーリに巻き掛けられるベルトを前記ロボットハンドの近傍において直接的に駆動する駆動源を含むベルト駆動機構と
を具備するロボットアームを備えたロボットの動作方法において、
前記ベルト駆動機構が備える前記ベルトの一端に連結される第1のモータと、前記ベルトの他端に連結される第2のモータとを、前記ロボットハンドの横揺れ量に応じた補正値に基づいてそれぞれ独立に駆動制御することによって、前記ベルトのテンションまたは前記プーリの回転量を調整する調整工程
を含むことを特徴とするロボットの動作方法。
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