JP7080068B2 - ロボットの位置情報復元方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットにおける機器の交換、ロボットの再組み立てや移設などに際し、従前の教示データをそのロボットで利用できるようにする位置情報復元方法に関する。

教示（ティーチング）データに基づいて動作するロボットでは、必要に応じ、ロボットを構成するモータやアーム等の機器の交換、ロボット自体の再組み立てや移設などが行なわれることがある。機器の交換、再組み立て、移設などを行った場合、ロボットの組み立てや据え付けに関する誤差量が変化するから、再びそのロボットによって作業を行なう前に、ロボットに対する再教示を行なう必要がある。しかしながらロボットの教示には多大な時間と労力を要するから、機器の交換、ロボットの再組み立てや移設などを行なった場合であっても従前の教示データを利用できることが望まれている。特許文献１は、保持装置に保持されたワークに対して加工を行なうロボットに関し、ロボットの移設を行なう前後に、保持装置または保持装置に保持されたワークの３箇所の位置をロボットのアームに取り付けた視覚センサによって計測し、ロボットの移設前後での計測結果の変化に基づきロボットと保持装置との相対位置の変化が補償されるように教示データを修正することを開示している。

ロボットではその各軸の位置（特に回転位置）をセンサ（例えばエンコーダ）によって求めているが、モータや減速機、アームを交換した場合には各軸の位置を決定するために用いられる基準位置がずれてしまう。このことも機器の交換後に従前の教示データを利用できないことの原因であるが、特許文献２は、ロボットの関節軸を構成する一対の構造体（例えはアームなど）にそれぞれピン孔を設け、各ピン孔に貫通するピンを挿入して基準位置を規定する方法や、関節軸を構成する一方の構造体にＶ字形の溝を設けて他方の構造体にはＶ字溝に対応する近接センサを設け、近接センサからの信号によって基準位置を特定する方法を開示している。

機器の交換、ロボット自体の再組み立てや移設を行なった場合、さらには経時変化などに対応するために、ロボットにおいてはキャリブレーションが行われる。キャリブレーションを行なった場合にはロボットを運動学的に記述するために用いられる機構パラメータが変わってしまい、キャリブレーション前に用いていた教示データをそのままでは使用できなくなる。特許文献３は、キャリブレーション前の機構パラメータとキャリブレーション後の機構パラメータとに基づいて教示データを修正して使用することを開示している。

ところで、各種のロボットのうち水平多関節ロボットは、例えば、半導体ウエハやガラス基板などの搬送に用いられている。半導体ウエハやガラス基板などを搬送対象物とした搬送用の水平多関節ロボットの例が特許文献４，５に示されている。水平多関節ロボットの搬送対象物の大型化や搬送対象物に対して行なわれる工程の複雑化に伴って、水平多関節ロボット自体も大型化し、かつ、搬送対象物の搬送距離も長くなっている。水平多関節ロボットが大型化すると、ロボットを出荷して需要先に据え付けるために、ロボットを完成させて調整した後、ロボットをいったん分解して輸送し、据え付け先において再組み立てを行なう必要も生じてきている。

特許第３７３３３６４号公報 特許第４８１９９５７号公報 特開２０１７－２１３６６８号公報 特開２０１５－１３９８５４号公報 特許第５１９９１１７号公報

特許文献１－３は、ロボットにおける機器の交換、ロボット自体の再組み立てや移設、さらにはロボットの再キャリブレーションを行なった場合にも再教示を行なうことなく従前の教示データを利用できるようにする方法を開示している。特許文献１－３の方法は、いずれも１組の補正データ（特許文献１であれば移設前後での特定の保持装置に関する位置のずれに関するデータ、特許文献２であれば基準位置を補正するデータ、特許文献３であればキャリブレーション前後での機構パラメータのずれに関するデータ）に依拠するものである。しかしながら、搬送用の水平多関節ロボットのようにロボットが大型化し、かつ、その移動範囲も大きくなった場合には、特許文献１－３のやり方では、教示データの修正を十分には行なうことができず、その結果、再教示を余儀なくされることがある。また、教示データを修正するために用いる補正用データに不具合があった場合に不具合の原因に対処することが難しく、補正用データの妥当性の検証も難しいので、結局、ロボットの再稼動のために大きな労力を要することになる。

本発明の目的は、搬送用の大型の水平多関節ロボットなどのロボットにおいて、ロボットを構成する機器の交換、ロボットの再組み立てや移設に際して再教示が不要であり、かつ、データにおける不具合の解消や妥当性の検証を容易に行なうことができる、位置情報復元方法を提供することにある。

本発明の位置情報復元方法は、複数の処理室を有する処理装置において使用され、教示データに基づき、対象物を支持して複数の処理室の間で搬送するロボットの位置情報復元方法であって、ロボットは、処理装置に設置される基台と、対象物を支持するハンドと、基台とハンドとの間に介在する少なくとも１つのアームとを備えており、ロボットの一部の交換、ロボットの一部または全部の再組み立て、もしくはロボットの移設をロボット交換として、ロボット交換の実行前に、ロボットの原点オフセットと、ハンドを伸ばして所定位置に移動したときのロボットの位置と姿勢を示す所定位置座標とを記憶する工程と、ロボット交換ののち、ロボットの原点オフセットを取得し、ロボット交換前の原点オフセットとロボット交換ののちの原点オフセットとの差である第１ずれ量を記憶する工程と、ロボット交換ののち、ハンドを伸ばしてロボットを所定位置に移動させて所定位置座標を取得し、ロボット交換前の所定位置座標とロボット交換ののちの所定位置座標との差に基づいて第２ずれ量を算出して記憶する工程と、を有し、第１ずれ量と第２ずれ量とを別個に管理する。

本発明では、教示データの修正に用いる補正量を原点オフセットに基づく第１ずれ量と所定位置座標に基づく第２ずれ量の２つに分け、これらのずれ量を別個に管理するので、いずれかのずれ量において異常がある場合に、異常があることと、その異常がどちらのずれ量にあるのかを容易に判別することができるようにある。また、ずれ量の算出の過程でデータ損失などが発生しても、第１ずれ量の算出が完了していれば第１ずれ量はそのまま使用して第２ずれ量の算出を行なえばよいので、補正量算出のための時間を短縮できる。

本発明の位置情報復元方法の第１の態様では、処理装置に１つの基準マーカーを備え、ハンドに搭載された物体の少なくとも一部と基準マーカーとを視覚センサによって撮像して物体の位置を取得することにより、ロボットとは別個の座標系、例えば処理装置の座標系での所定位置座標を取得する。ロボット交換後に所定位置に移動したときに所定位置座標に生ずるずれは、主として、ロボットを設置した平面内での位置のずれ（ロボットの設置平面をＸＹ平面としてＸＹ座標でのずれ）とロボットの向きのずれ（角度のずれ）によって生ずるが、大型のロボットでは位置のずれよりも向きのずれの影響の方が大きいので、向きのずれに着目して第２ずれ量を算出するのであれば、１つの基準マーカーのみの使用で十分であり、第２ずれ量の算出のための演算を簡潔なものとすることができる。

本発明では、ロボット交換ののちに、ロボットに設けられた原点センサによる粗調整と、ロボットに含まれる構造体の相互間の位置を規制する嵌合手段による微調整とによって、ロボットを原点位置に移動させ、原点オフセットを取得することができる。原点オフセットの取得に際してこのような手順でロボットを原点位置に移動させることにより、ロボットにおける機械的な手段によって正確に原点位置に位置合わせすることができるようになる。これにより、基準マーカーを１つだけ用いる場合であっても、第１ずれ量及び第２ずれ量に基づいて教示データを修正した場合に、ロボットが教示データに基づいて所望の位置に正確に移動できるようになる。

本発明の位置情報復元方法の第２の態様では、処理装置に２つの基準マーカーを備え、ハンドに搭載された物体の少なくとも一部と基準マーカーとを視覚センサによって撮像して物体の位置を取得することにより、ロボットとは別個の座標系、例えば処理装置の座標系での所定位置座標を取得する。２つの基準マーカーを設ける場合には、第２ずれ量に含まれる位置のずれと角度のずれとを分離できるので、原点オフセットに多少の誤差があったとしても、第１ずれ量と第２ずれ量とに基づいて修正した教示データによって、ロボットを所望の位置に正確に移動させることができるようになる。基準マーカーを２つ設ける場合には、物体の形状を四角形状とし、ロボットが所定位置にあるときに物体の１つの対角線の両方の端部となる位置のそれぞれに対応して２つの基準マーカーを設けることが好ましい。対角線の両端に対応して基準マーカーを設けることにより、基準マーカー間の距離が大きくなって、ロボットにおける向きのずれを精度よく検出できるようになる。

本発明では、複数の処理室のうちのいずれか１つの処理室に基準マーカーを設けることが好ましい。処理装置において、実際に使用される処理室に設けられた基準マーカーを使用することで、実際に使用される処理室でのずれに対して教示データの修正を行なうことができるようになる。このように処理室内に基準マーカーを設ける場合、所定位置は、その処理室において基台からハンドが最も遠くにあるときの位置とすることが好ましい。ロボットのアーム及びハンドが伸びて処理室内において基台からハンドが最も遠い位置を所定位置とすることによって、ロボットの向きのずれを大きな値として検出できるようになるので、精度よく教示データの修正を行なうことができるようになる。

本発明では、ロボットにおいて実際に使用される教示データに基づいてロボットを所定位置に移動させることが好ましい。実際に使用される教示データに基づいて移動させることにより、ロボットの移動方向も考慮してずれ量が算出されることとなり、バックラッシの影響を低減することができる。このとき、ロボット交換の前後での所定位置座標のずれが許容範囲以内となるまで、第１ずれ量と第２ずれ量とを用いて教示データを修正し修正後の教示データに基づいてロボットを原点位置から所定位置に移動させて第２ずれ量を再計算することを繰り返すことができる。このような繰り返しの計算によって、教示データを修正する精度を高めることができる。

本発明によれば、ロボットを構成する機器の交換、ロボットの再組み立てや移設に際して再教示が不要であり、かつ、データにおける不具合の解消や妥当性の検証を容易に行なうことができるようになる。

ロボットの一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は原点位置にあるロボットの正面図である。 ロボット及びロボットコントローラの回路構成を示すブロック図である。 図１に示すロボットが設けられる処理装置を示す図であり、（ｂ）は処理室の断面を模式的に示す図である。 本発明に基づく位置情報復元方法の動作を示すフローチャートである。 別の例の処理室を模式的に示す図である。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明に基づく位置情報復元方法を説明する前に、まず、位置情報復元方法の適用対象となるロボットの一例について説明する。

図１は、本発明に基づく位置情報復元方法が適用されるロボットの一例を示している。図１（ａ），（ｂ）は、アームやハンドを伸ばした状態でのロボットを示す平面図及び正面図である。図１に示されるロボットは、特許文献４に記載された搬送用の水平多関節ロボットと同様のものであって、基台１１と、基台１１に取り付けられた第１アーム１２と、第１アーム１２の先端に取り付けられた第２アーム１３と、第２アーム１３の先端に取り付けられたハンド１４とを備えている。ハンド１４は搬送対象物である半導体ウエハやガラス基板などを保持するものであって、フォーク(fork)状に形成されている。基台１１に対して第１アーム１２は軸Ａの周りで回転可能であり、第１アーム１２に対して第２アーム１３は軸Ｂの周りを回転可能であり、第２アーム１３に対してハンド１４は軸Ｃの周りで回転可能である。ロボットの関節軸である軸Ａ～Ｃの周りでの回転を可能にするために、ロボットには軸ごとにモータが備えられている。さらにロボットは、基台１１に設けられて第１アーム１２を図示Ｚ方向で昇降する機構が設けられ、この昇降機構も昇降用のモータによって駆動される。軸Ａ～Ｃは、いずれもＺ方向に平行である。基台１１、アーム１２，１３及びハンド１４の各々は、ロボットに含まれる構造体である。

図１に示すロボットには、ロボットの動作の基準となる原点位置が定められており、原点位置ではロボットはアームやハンドが所定の折り畳まれた姿勢となる。図１（ｃ）は原点位置でのロボットの姿勢を示しており、第１アーム１２上に第２アーム１３及びハンド１４が重なるように、第２アーム１３及びハンド１４が折り畳まれている。

図１に示すロボットを制御するためにロボットコントローラが設けられている。図２は、ロボットとロボットコントローラ４０の電気的な回路構成を示している。ロボットには、上述したように軸Ａ～Ｃと昇降機構のためにあわせて４個のモータ１５が設けられているが、これらのモータ１５には、モータ１５の回転角を計測するエンコーダ１６がそれぞれ取り付けられている。

ロボットコントローラ４０は、各種の信号やデータを伝送するために用いられるバス４１と、モータ１５ごとに設けられてそのモータ１５を駆動するサーボ回路４２と、ロボットの動作や制御に必要な演算を行い各サーボ回路４２に指令を出力するＣＰＵ（中央処理装置）４３と、ＣＰＵ４３による演算や制御に必要なデータを格納する記憶部４４とを備えている。記憶部４４には、記憶領域あるいはファイルとして、教示データを格納する教示データ格納部５１と、原点オフセットを格納する原点オフセット格納部５２と、所定位置座標を格納する所定位置座標格納部５３とが設定されている。原点オフセット及び所定位置座標については後述する。サーボ回路４２、ＣＰＵ４３及び記憶部４４はバス４１に接続している。エンコーダ１６からの出力は、対応するモータ１５を駆動するサーボ回路４１に供給されるとともに、バス４１を介してＣＰＵ４３にも送られるようになっている。ロボットコントローラ４０には、視覚センサであるカメラ２３とロボットの教示に用いるティーチングペンダント６０とが接続しており、これらは、不図示のインタフェース回路を介してバス４１に接続している。

次に、ここで説明するロボットの利用形態について、図３を用いて説明する。ここでは、略長方形のガラス基板であるワーク３１に対して成膜やエッチングなどの処理を行なうことによって液晶ディスプレイや有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイを製造するために用いられる処理装置内でロボットが使用されるものとする。図３（ａ）に示すように処理装置は、搬送室（トランスファーチャンバー）２１と、搬送室２１を取り囲むように配置された複数の処理室（プロセスチャンバー）２２とを備えている。処理室２２には、製造システム自体へのワーク３１の搬入や搬出を行なうために設けられるものと、ワーク３１に対して成膜やエッチング、その他の処理を行なうために設けられるものとがある。ロボットは、搬送室２１に基台１１が設置されることによって搬送室１１内に設けられ、処理室２２の間での搬送室２１を介するワーク３１の搬送を行なう。そのため、ロボットは搬送室２１のほぼ中央に設けられており、ワーク３１の受け渡し時には、ハンド１４が処理室２２内に入り込むように、アーム１２，１３を伸ばす。

複数の処理室２２のうち、例えば製造システムの外部とのワーク３１の搬入搬出に用いられる処理室２２の天井面には、図３（ｂ）に示すように、基準マーカー２４が取り付けられており、基準マーカー２４を撮影するようにその処理室２２の床面にはカメラ２３が設けられている。カメラ２３は図３（ａ）にも描かれている。カメラ２３及び基準マーカー２４は、ロボットのハンド１４上に載置されたワーク３１が、ハンド１４での正しい位置に載置されているかどうかを判断するために用いられている。カメラ２３及び基準マーカー２４を備える処理室２２に対して教示データに基づいてロボットを移動させ、そのときにカメラ２３によってワーク３１のエッジ（縁部）が写り込むように基準マーカー２４を撮影することにより、ワーク３１がハンド１４に正しく載置されているかどうか、本来の位置からずれて載置して場合にはどの方向にどれだけずれているのかを知ることができる。ワーク３１の載置位置が本来の位置からずれているときは、不図示の位置修正装置により、ワーク３１の載置位置の修正を行なうことができるようになっている。

次に、本発明の実施形態における位置情報復元方法について説明する。本実施形態の位置情報復元方法は、ロボットを構成するモータやアームなどの機器の交換があったときや、ロボット自体の再組み立てや移設があったときにおいて、それらの交換や再組み立て、移設の前にそのロボットにおいて使用していた教示データを、再教示を行なうことなく、交換や再組み立て、移設ののちにも使用できるようにするものである。以下では、ロボットにおける機器の交換、ロボット自体の再組み立てや移設を総称してロボット交換と呼ぶことにする。

上述したように原点位置はロボットを移動させるときの位置及び姿勢の基準となるものであり、原点位置にあるロボットでは、そのロボットの各モータ１５の回転位置がいずれもゼロであるとみなされる。モータ１５の回転位置はそのモータ１５に接続するエンコーダ１６によって計測されてロボットコントローラ４０に出力される。しかしながら、アーム１２，１３やハンド１４に対するモータ１５の組み付け状態、モータ１５とエンコーダ１６との間の組み付け状態に応じ、ロボットが原点位置にあるとしてもエンコーダ１６から出力される回転位置の値はゼロになるとは限らない。ロボットが原点位置にあるときにエンコーダ１６で計測される回転位置を原点オフセットと呼ぶ。教示データに基づいてロボットを移動するときは、教示データにおいては原点位置での回転位置がゼロであるとした上で原点オフセットによる補償を行なうか、あるいは、原点位置での回転位置は原点オフセットで示す値であるものとして教示データが記述されている必要がある。いずれにせよ、ロボット交換があったとき、例えばモータ１５やハンド１２，１３の交換を行なった場合には、その交換の前後では一般に原点オフセットの値が異なることになる。したがって、再教示を行なうことなくロボット交換の前後で同一の教示データを使用するためには、ロボット交換による原点オフセットの変化に基づいて教示データを修正する必要がある。

ロボット交換後の原点オフセットを求める場合には、ロボットを原点位置に移動させる必要がある。このとき、ロボット交換後の原点オフセットがまだ分かっていないので、ロボットに対する原点復帰コマンドなどによりロボットを原点位置に移動させることはできない。そこで、ロボットを目視しながらティーチングペンダントを用いてロボットを原点位置に移動させてもよい。より正確にロボットを原点位置に移動させるためには、例えば特許文献２に記載されるように、ロボットの姿勢を原点位置での姿勢に規制するためのピン孔をアーム１２，１３やハンド１４に設け、ピン孔に治具ピンを差し込むことによってロボットを原点位置に固定すればよい。治具ピンを用いる場合、エンコーダ１６とは別個に、関節軸を共有する２つの構造体（アーム１２，１３やハンド１４）の一方に原点センサを設け、他方に原点センサが感知できる溝や突起を設け、原点センサの出力に基づいて粗調整を行い、その後、治具ピンがピン孔にはまる位置までロボットをゆっくり移動させる微調整を行なってロボットを機械的に原点位置に移動させることができる。治具ピンとピン孔は、ロボットに含まれる構造体（ここでは基台１１、アーム１２，１３及びハンド１４）の相互間の位置を規制する嵌合手段として機能する。

ところで原点位置はロボットのアーム１２，１３やハンド１４が折り畳まれた状態であり、搬送用のロボットのようにアームやハンドが長いロボットの場合、原点オフセットの変化を補償しただけでは、アーム１２，１３及びハンド１４を伸ばして移動しようとした場合に、所望の位置に正確に移動できるとは限らない。これは、ロボット交換によりロボットの設置位置や向きがずれることがあるからである。そこで本実施形態では、教示データに基づいてロボットのアーム１２，１３及びハンド１４を伸ばして所定位置に移動することをロボット交換の前と後とに実行する。そして、ロボット自体の座標系とは別個の外部座標系（例えば、処理室２２において定義された座標系）において、ロボットの位置と姿勢を示す座標を求める。この座標を所定位置座標と呼ぶ。所定位置座標は、アーム１２，１３やハンド１４を折り畳んだ状態で計測される原点オフセットでは補償しきれないずれを補償するためのものであるから、アーム１２，１３やハンド１４をできるだけ伸ばした状態で、かつロボットの基台１１からできるだけ離れた位置で計測することが好ましい。そこで、本実施形態では、処理室２２に設けられたカメラ２３及び基準マーカー２４を用いて所定位置座標の計測を行う。カメラ２３及び基準マーカー２４は、処理室２２内において搬送室２１から遠い側に設けられることが好ましい。

所定位置座標の計測では、ワーク３１として測定用の治具をハンド１４の正しい位置に載置し、測定用の治具を載せたまま、教示データに基づいてハンド１４を処理室２２に移動させ、測定用の治具が写り込むようにしてカメラ２４により撮影する。本実施形態においては、測定用の治具としては例えば四角形状のものを使用し、カメラ２４によって撮影された画像から治具のエッジを抽出し、基準マーカー２４の像と治具のエッジの像との位置関係から治具のエッジの座標を求め、これをロボットの所定位置座標とする。このとき、四角形である測定用の治具の頂点の位置の座標を求めてもよいし、頂点の座標に加え、ロボットの姿勢を示すものとして、頂点につながる２つの辺の向きを取得してもよい。基準マーカー２４は処理室２２に固定されているので、ここで求められる治具のエッジの座標すなわち所定位置座標は、外部座標系でのロボットの位置を示すものとなる。所定位置座標の計測において教示データに基づいてロボットを移動させるのは、バックラッシの影響を排除するためである。

本実施形態の位置情報復元方法では、ロボット交換の前後での原点オフセットの変化量を第１ずれ量とし、ロボット交換の前後での所定位置座標の変化量を第２ずれ量とする。特許文献１，３に記載された方法は、結局は、第１ずれ量と第２ずれ量との和に相当するものを計測して教示データの修正に用いる方法であり、特許文献２に記載された方法は、第１ずれ量の計測に関するものである。これに対して本実施形態では、ロボット交換後に教示データを再使用する際には、第１ずれ量と第２ずれ量の両方を用いて教示データの修正を行なうものの、第１ずれ量と第２ずれ量とを別々に管理する。記憶部４４において、ロボット交換前後の原点オフセットとそれから算出される第１ずれ量は原点オフセット格納部５２に記憶され、ロボット交換前後の所定位置座標とそれから算出される第２ずれ量は所定位置座標記憶部５３に記憶される。

本実施形態において第１ずれ量と第２ずれ量とを別々に管理するのは、両者を１つのものとして管理した場合には、これらのずれ量に異常があったとしてもその異常を発見することが難しくなり、また、どちらのずれ量に異常が生じたかを判別することが難しくなることがあるためである。交換前後でのアームの長さの差などが第２ずれ量に影響する可能性はあるが、アームの長さにおける考え得る差よりもロボットの設置位置や向きの違いによる影響の方が大きいから、第２ずれ量は外部座標系に対するロボットの位置に関するずれ量であると考えて差し支えない。これに対して第１ずれ量はロボット自体の座標に関するずれ量である。したがってこれらのずれ量を別々に管理することに不都合は生じない。さらに、第１ずれ量及び第２ずれ量を取得する途中の過程で、例えば電圧異常などによりデータの欠落が発生したとしても、第１ずれ量の算出までが終わっているのであれば、再度最初からやり直す必要はなく、既に算出した第１ずれ量をそのまま利用して、第２ずれ量の算出から行なうことができる。

ここで第２ずれ量について検討する。第２ずれ量には、ロボットが設置される平面におけるロボットの設置位置のずれと、ロボットの向きのずれとによって生ずる成分がある。本実施形態の目標は、ロボット交換後に再教示を行なうことなく教示データを再利用することであり、教示データを再利用したときに各処理室２２におけるハンド１４の位置の誤差を所定値以内とすることである。ロボットの設置位置における例えば１ｍｍのずれは、ハンド１４の位置における１ｍｍのずれになるのに過ぎないが、ロボットのアーム１２，１３及びハンド１４の長さの和が３ｍにもなるような大型の搬送ロボットを考えると、ロボットの向きでの０．１°のずれは、伸ばしたハンド１４の位置での約５ｍｍのずれに相当する。設置位置の誤差（ロボットの中心位置のずれ）を１ｍｍ以下とすることは容易であるが、向きの誤差を０．１°以下とすることは難しい。したがって、第２ずれ量はロボット交換後のロボットの向きのずれを補正するものであると考えることができ、そうであれば、１個の基準マーカー２４を用いて簡潔な演算により第２ずれ量を求めることができることになる。そして正確に求めた第１ずれ量と、１個の基準マーカー２４を用いて算出した第２ずれ量とを用いて、ロボット交換より前に使用していた教示データを修正することにより、その教示データを再利用することができる。

本実施形態では、いずれかの処理室２２に設けられたカメラ２３及び基準マーカー２４を用いて第２ずれ量を決定しているが、カメラ２３及び基準マーカー２４を設ける処理室２２は、教示データに基づいてロボットを移動させるときに実際に使用する処理室２２であることが好ましい。また、所定位置座標から第２ずれ量を求めたら第１ずれ量と第２ずれ量とを用いて教示データを修正し、いったん原点位置に戻ってから再度、上記の所定位置に移動して所定位置座標を求め、前回求めた所定位置座標と今回求めた所定位置座標との差が許容値以内であれば第２ずれ量を確定し、そうでなければ今回求めた所定位置座標によって第２ずれ量を更新することを繰り返すことにより、教示データを再利用するときの補正精度を高めることができる。

図４は、本実施形態の位置情報復元方法による処理の一例を示している。まず、ステップ１０１において、ロボット交換を行なう前の原点オフセットを原点オフセット格納部５２内に記憶する。ロボットを設置したときには、通常、そのロボットの原点合わせを行なって原点オフセットを求めているはずであるから、その値を利用すればよい。次にステップ１０２において、ロボットにワーク３１として測定用の治具を取り付け、教示データに基づいて上述した所定位置にロボットを移動させ、カメラ２３及び基準マーカー２４を用いて治具のエッジを検出して所定位置座標を求める。ここで求めた所定位置座標を位置Ｐとし、所定位置座標格納部５３内に記憶する。ここまでがロボット交換を行なう前の準備段階であり、続いてステップ１０３において、ロボット交換、すなわちロボットにおけるモータやアームなどの機器の交換、ロボット自体の再組み立てや移設を行なう。

ロボット交換の終了後、ステップ１０４において、上述したようにロボットを機械的に原点位置に移動させてロボット交換後の原点オフセットを求めて原点オフセット格納部５２内に記憶し、ステップ１０５において、原点オフセット格納部５２内に記憶されているロボット交換前後での原点オフセットの差を第１ずれ量として求めて原点オフセット格納部５２内に記憶する。続いてステップ１０６において、ステップ１０２で用いたものと同じ測定用の治具をロボットに搭載し、第１ずれ量に基づいて修正した教示データを用いてロボットを所定位置に移動させ、上述と同様にして所定位置座標を求め、このときの所定位置座標を位置Ｑとして所定位置座標格納部５３内に記憶する。ステップ１０７において、位置Ｐと位置Ｑとの差から第２ずれ量を求めて所定位置座標格納部５３内に記憶する。

次に、ステップ１０８においてロボットコントローラ４０に対するコマンド入力によってロボットを原点位置に移動させ、その後、第１ずれ量及び第２ずれ量とに基づいて修正した教示データを用いてロボットを原点位置から所定位置に移動させ、上述と同様にして所定位置座標を求め、このときの所定位置座標を位置Ｒとして所定位置座標格納部５３内に記憶する。そしてステップ１０９において、ロボット交換前に求めた位置Ｐと今回求めた位置Ｒとの差が許容値を超えるか否かを判定する。許容値を超えるときは、第２ずれ量が精度よく求められていない場合であるから、ステップ１１０において、位置Ｐと位置Ｒと差に基づいて第２ずれ量を再計算し、所定位置座標格納部５３内に記憶する。第２ずれ量の再計算では、再計算前の第２ずれ量では位置Ｐと位置Ｒに許容値を超えるずれが生じていたのであるから、このずれを解消するように第２ずれ量を修正する値を求める演算を行なう。ステップ１１０の実行後は、ステップ１０８に戻り、位置Ｐと位置Ｒとの差が許容値以内となるまでステップ１０８からステップ１１０の処理を繰り返す。ステップ１０９において位置Ｐと位置Ｒとの差が許容値以内であれば、第２ずれ量が確定したものとして、処理を終了する。

上述のように第１ずれ量及び第２ずれ量が決定し、原点オフセット格納部５２及び所定位置座標格納部５３にそれぞれ記憶された後は、ロボット交換前に使用していた教示データに対して第１ずれ量及び第２ずれ量に基づく修正を施すことにより、ロボット交換後もその教示データを利用し続けることができることになる。

以上説明した実施形態によれば、原点オフセットに基づく第１ずれ量と所定位置座標に基づく第２ずれ量とを別個に算出して記憶し、管理することにより、ずれ量における異常値の検出を確実に行なえるようになるとともに、第１ずれ量及び第２ずれ量を用いて教示データを修正することによって、再教示を行なうことなく、ロボット交換前に使用していた教示データをロボット交換後にも使用できるようになる。また、図２に示すロボットコントローラ４０は、原点オフセットと所定位置座標とを別個に管理できるようにしたものであるが、ハードウェア構成としては一般的なロボットコントローラと異なることはないので、本実施形態の位置情報復元方法は、一般的なロボットコントローラを用いて実現することができる。

以上説明した本実施形態の位置情報復元方法では、処理室２２に設けられた１つの基準マーカー２４を用いて所定位置座標を求めているが、処理室２２に設けられた２つの基準マーカー２４を用いることにより、設置位置のずれと向きのずれとを分離して取得することができるようになり、第２ずれ量を短時間で精度よく求めることができるようになる。図５は処理室２２に２つの基準マーカー２４を設けるとして、２つの基準マーカー２４のそれぞれに対応してカメラ２３を配置した例を示している。２つの基準マーカー２４を用いて所定位置座標を求める場合には、設置位置のずれと向きのずれとを分離して得られるので、第１ずれ量については原点センサによる粗調整だけを行なって取得した値を用いても、教示データを再利用したときに十分な精度でロボットを移動させることができる。十分な広い視野を有するカメラ２３を使用できるのであれば、単一のカメラ２３を用いて測定用の治具が写り込むように２つの基準マーカー２４を撮影することができ、その撮影画像から、設置位置のずれと向きのずれとを分離して取得することができる。四角形の測定用の治具を用いるのであれば、２つの基準マーカー２４を用いるときは、治具の１つの対角線の両側の頂点の各々に対応して基準マーカー２４を配置すればよい。このようにすることにより、治具のエッジを検出する２つの位置の間を距離を長くすることができるので、向きのずれを精度よく検出できるようになる。

図１に示すロボットは、基台１１に対してアーム１２，１３とハンド１４とがこの順で連結した水平多関節ロボットであるが、本発明の位置情報復元方法が適用可能なロボットはこれに限られるものではない。特許文献５に示されたロボットは、基台と、基台に接続する基台側リンクと、基台側リンクの先端に接続するアーム側リンクと、アーム側リンクの先端に接続するアームと、アームの先端に接続するハンドと、基台に設けられて基台側リンクを昇降する機構と、を備え、リンク機構によってアーム側リンクの先端の動きが規制された水平多関節ロボットであるが、このようなロボットにも本発明は適用可能である。さらには、垂直多関節ロボットなどにも本発明は適用可能である。

１１…基台；１２，１３…アーム；１４…ハンド；１５…モータ；１６…エンコーダ；２１…搬送室；２２…処理室；２３…カメラ；２４…基準マーカー；３１…ワーク；４０…ロボットコントローラ；４１…バス；４２…サーボ回路；４３…ＣＰＵ；４４…記憶部；５１…教示データ格納部；５２…原点オフセット格納部；５３…所定位置座標格納部；６０…ティーチングペンダント。

Claims (8)

1. 複数の処理室を有する処理装置において使用され、教示データに基づき、対象物を支持して前記複数の処理室の間で搬送するロボットの位置情報復元方法であって、
   前記ロボットは、前記処理装置に設置される基台と、前記対象物を支持するハンドと、前記基台と前記ハンドとの間に介在する少なくとも１つのアームとを備えており、
   前記ロボットの一部の交換、前記ロボットの一部または全部の再組み立て、もしくは前記ロボットの移設をロボット交換として、前記ロボット交換の実行前に、前記ロボットの原点オフセットと、前記ハンドを伸ばして所定位置に移動したときの前記ロボットの位置と姿勢を示す所定位置座標とを記憶する工程と、
   前記ロボット交換ののち、前記ロボットの原点オフセットを取得し、前記ロボット交換前の前記原点オフセットと前記ロボット交換ののちの前記原点オフセットとの差である第１ずれ量を記憶する工程と、
   前記ロボット交換ののち、前記ハンドを伸ばして前記ロボットを前記所定位置に移動させて前記所定位置座標を取得し、前記ロボット交換前の前記所定位置座標と前記ロボット交換ののちの前記所定位置座標との差に基づいて第２ずれ量を算出して記憶する工程と、
   を有し、
   前記第１ずれ量と前記第２ずれ量とを別個に管理し、
   前記処理装置に１つの基準マーカーを備え、前記ハンドに搭載された物体の少なくとも一部と前記基準マーカーとを視覚センサによって撮像して前記物体の位置を取得することにより、前記ロボットとは別個の座標系での前記所定位置座標を取得する、位置情報復元方法。
2. 前記ロボット交換ののちに、前記ロボットに設けられた原点センサによる粗調整と、前記ロボットに含まれる構造体の相互間の位置を規制する嵌合手段による微調整とによって、前記ロボットを原点位置に移動させ、前記原点オフセットを取得する、請求項１に記載の位置情報復元方法。
3. 複数の処理室を有する処理装置において使用され、教示データに基づき、対象物を支持して前記複数の処理室の間で搬送するロボットの位置情報復元方法であって、
   前記ロボットは、前記処理装置に設置される基台と、前記対象物を支持するハンドと、前記基台と前記ハンドとの間に介在する少なくとも１つのアームとを備えており、
   前記ロボットの一部の交換、前記ロボットの一部または全部の再組み立て、もしくは前記ロボットの移設をロボット交換として、前記ロボット交換の実行前に、前記ロボットの原点オフセットと、前記ハンドを伸ばして所定位置に移動したときの前記ロボットの位置と姿勢を示す所定位置座標とを記憶する工程と、
   前記ロボット交換ののち、前記ロボットの原点オフセットを取得し、前記ロボット交換前の前記原点オフセットと前記ロボット交換ののちの前記原点オフセットとの差である第１ずれ量を記憶する工程と、
   前記ロボット交換ののち、前記ハンドを伸ばして前記ロボットを前記所定位置に移動させて前記所定位置座標を取得し、前記ロボット交換前の前記所定位置座標と前記ロボット交換ののちの前記所定位置座標との差に基づいて第２ずれ量を算出して記憶する工程と、
   を有し、
   前記第１ずれ量と前記第２ずれ量とを別個に管理し、
   前記処理装置に２つの基準マーカーを備え、前記ハンドに搭載された物体の少なくとも一部と前記基準マーカーとを視覚センサによって撮像して前記物体の位置を取得することにより、前記ロボットとは別個の座標系での前記所定位置座標を取得する、位置情報復元方法。
4. 前記物体は四角形状であり、前記２つの基準マーカーは、前記ロボットが前記所定位置にあるときに前記物体の１つの対角線の両方の端部にそれぞれ対応する位置に設けられている、請求項３に記載の位置情報復元方法。
5. 前記基準マーカーは、前記複数の処理室のうちのいずれか１つの処理室に設けられる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置情報復元方法。
6. 前記所定位置は、前記基準マーカーが設けられる前記処理室において前記基台から前記ハンドが最も遠くにあるときの位置である、請求項５に記載の位置情報復元方法。
7. 前記ロボットにおいて実際に使用される前記教示データに基づいて前記ロボットを前記所定位置に移動させる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置情報復元方法。
8. 前記ロボット交換の前後での前記所定位置座標のずれが許容範囲以内となるまで、前記第１ずれ量と前記第２ずれ量とを用いて前記教示データを修正し修正後の前記教示データに基づいて前記ロボットを原点位置から前記所定位置に移動させて前記第２ずれ量を再計算することを繰り返す、請求項７に記載の位置情報復元方法。

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