ロボット、ロボットシステム及びハンド装置の姿勢制御方法
【課題】ハンド装置の剛性を高めることができ、ロボットの大型化やコストの高騰を抑制する。
【解決手段】ロボットシステム１００は、複数のハンド５１，５２と、各ハンドの一端を上下動させて、当該ハンドにおけるワーク１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる上下動機構５３と、ハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況毎にハンドにおけるワークの把持面を水平面に一致させたときの回転軸６１の回転角度を対応付けて記憶する記憶手段と、回転軸の回転角度を検出する検出手段と、検出手段により検出された回転軸の回転角度が、当該検出されたときのハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に一致する記憶手段に記憶されたハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応する回転角度となるように駆動手段６２により回転軸を回転させる制御を行う制御手段と、を備える。
【解決手段】ロボットシステム１００は、複数のハンド５１，５２と、各ハンドの一端を上下動させて、当該ハンドにおけるワーク１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる上下動機構５３と、ハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況毎にハンドにおけるワークの把持面を水平面に一致させたときの回転軸６１の回転角度を対応付けて記憶する記憶手段と、回転軸の回転角度を検出する検出手段と、検出手段により検出された回転軸の回転角度が、当該検出されたときのハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に一致する記憶手段に記憶されたハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応する回転角度となるように駆動手段６２により回転軸を回転させる制御を行う制御手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットディスプレイパネル用のガラス基板を搬送するロボット、このロボットを有するロボットシステム、このロボットシステムによるハンド装置の姿勢制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルの生産工程において、その材料を生産工程内で搬送するために、ロボットを用いた搬送設備が多く用いられる。一般に、ロボットは、カセット内に収納されたガラス基板を取り出してプロセス装置に供給したり、プロセス工程で処理が完了したガラス基板をカセットに収納する用途や、高低差のあるコンベア間を搬送する用途などに用いられることが多い。
このような用途に用いられるロボットは、垂直多関節型や円筒座標型の構造を持つものが多く、先端にハンドを有するハンド装置を搭載し、多くの場合、ガラス基板を下からハンドですくい上げて搬送する。また、ラインの生産効率を上げるため、ロボットの動作速度は、より速くすることが求められている。その一方で、大型テレビの普及などから、ガラス基板は大型化する傾向が強くなってきている。
【０００３】
ところが、カセット内に水平に収納されたガラス基板の狭いすきまに、干渉することなくハンドを抜き差しするためには、ロボットは、ハンド上にガラス基板を載せた状態においても載せない状態においても、また、ロボットの動作位置に依らず、ハンドが極力水平な状態となるように姿勢を保つ必要があり、また、ロボットの動作によるハンドの振動もより小さくする必要がある。
このため、ロボットの各関節部の減速機や軸受に大型のものを採用してロボットの剛性を高くする方法が考えられるが、ロボットが大型化するとともに、コストが高くなるという問題があった。また、ハンドを剛性の高い特殊材料で形成する方法も考えられるが、材料費が高くなるため、コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
そこで、ハンドが水平に保たれるように、ハンド全体をチルトさせる構造が開示されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２５５５０号公報
【特許文献２】特開２００１−７１２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１，２に記載の発明においては、チルト軸はハンド装置の全荷重が作用した状態でハンドのチルトを行っているため、チルト軸の出力軸に大きな慣性モーメントが加わるため、剛性が小さくなり、ハンドが振動しやすくなる問題があった。従って、この問題を解決するためには、より大きな減速機、軸受を使用せざるを得ず、上述したように、ロボットの大型化、コストの高騰といった問題を解決することはできなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ハンド装置の剛性を高めることができ、ロボットの大型化やコストの高騰を抑制するロボット、ロボットシステム及びハンド装置の姿勢制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、上下方向及び水平方向に移動して所定の場所に載置されたワークを把持して他の場所に搬送するハンド装置を備えるロボットにおいて、前記ハンド装置は、ワークを下方から把持する複数のハンドと、各ハンドの一端を上下動させて、当該ハンドにおけるワークの把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる上下動機構と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットにおいて、前記上下動機構は、前記ハンドが回転自在に固定されるブラケットと、前記ブラケットに軸回りに回転自在に固定される回転軸と、前記回転軸を回転させる駆動手段と、前記回転軸の軸心に対して偏心した位置で軸支される偏心軸と、一端が前記ハンドの一端に回転自在に連結されるとともに、他端が前記偏心軸に回転自在に軸支され、前記偏心軸の回転により前記ハンドの一端が上下動するように連結されるリンクと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロボットにおいて、前記駆動手段は、サーボモータであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のロボットにおいて、前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況によって各ハンドのたわみ量の差に対応づけて前記偏心軸の前記回転軸に対する偏心量を設定したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、ロボットシステムにおいて、請求項２〜４の何れか一項に記載のロボットと、前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況毎に前記ハンドにおけるワークの把持面を水平面に一致させたときの前記回転軸の回転角度を対応付けて記憶する記憶手段と、前記回転軸の回転角度を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記回転軸の回転角度が、当該検出されたときの前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に一致する前記記憶手段に記憶された前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に対応する回転角度となるように前記駆動手段により前記回転軸を回転させる制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のロボットシステムにより前記ハンド装置の姿勢を制御するハンド装置の姿勢制御方法において、前記検出手段により前記回転軸の回転角度を検出する検出工程と、前記検出工程により検出された前記回転軸の回転角度が、当該検出されたときの前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に一致する前記記憶手段に記憶された前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に対応する回転角度となるように前記駆動手段により前記回転軸を回転させる制御を行う制御工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、上下動機構により各ハンドの一端を上下動させて、当該ハンドにおけるワークの把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させることができる。
これにより、ハンドのたわみ・傾きを補正するための駆動源として、小さい駆動力のモータを採用することが可能となり、ハンドの軽量化とコスト低減が可能となる。
また、ハンドだけを上下動させるため、ハンド装置全体の剛性が高くなり、動作時の振動を小さくすることができる。
また、上下動機構によりハンドにおけるワークの把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させてハンドを水平にすることができるので、より狭い範囲にハンドを挿入し、ワークを周囲と干渉することなく取り出すことができる。このため、ワークが載置されたカセットピッチを狭くすることができ、設備をコンパクトにすることができる。また、設備をコンパクトにしなくとも同サイズのカセットにより多くのワークを積載することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、駆動手段によりブラケットに軸回りに回転自在に固定される回転軸を回転させることにより、回転軸の軸心に対して偏心した位置で軸支される偏心軸も回転軸の回転に伴い回転する。そして、偏心軸の回転駆動はリンクによりハンドに伝達され、ハンドの一端が上下動する。
これにより、簡単な伝達機構でハンドの上下動を行わせることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、駆動手段としてサーボモータを使用することにより、高い応答性を実現できる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、負荷の状態や構造により、たわみの状態が異なる各ハンドついて、それぞれに回転角度の補正量を変えることができるので、水平度を向上させる微調整を行うことができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、検出手段により回転軸の回転角度を検出し、制御手段は、検出手段により検出された回転軸の回転角度が、当該検出されたときのハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に一致する記憶手段に記憶されたハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応する回転角度となるように駆動手段により回転軸を回転させる制御を行う。
これにより、ハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応させて回転軸を回転させることが出きるので、ハンドにおけるワークの積載面を容易に水平にすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、検出工程では、検出手段により回転軸の回転角度を検出する。そして、制御工程では、検出工程により検出された回転軸の回転角度が、当該検出されたときのハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に一致する記憶手段に記憶されたハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応する回転角度となるように駆動手段により回転軸を回転させる制御を行う。
これにより、ハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応させて回転軸を回転させることが出きるので、ハンドにおけるワークの積載面を容易に水平にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、ロボット、ロボットシステム及びハンド装置の姿勢制御方法の最良の形態について詳細に説明する。
＜ロボット及びロボットシステムの構成＞
図１は、ロボットシステム１００の概要を示す図である。
ロボットシステム１００は、大型の薄型テレビ等に用いられる液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルを生産する際に用いられる。ディスプレイパネルの生産は、塵芥の付着による製品の品質不良を避けるため、クリーンルーム１内で行われており、これらのディスプレイパネルやその材料を生産工程内で搬送するために、クリーンルーム１内にはロボット２が配置されている。このロボット２は、多段に積み上げられたカセット１１内に収納されたガラス基板１２を取り出してプロセス装置に供給したり、プロセス工程で処理が完了したガラス基板１２をカセット１１に収納する用途や、高低差のあるコンベア間を搬送する用途等に用いられる。
【００２０】
ロボットシステム１００は、クリーンルーム１内で使用されるロボット２と、このロボット２の動作制御を行う制御装置４と、を備えている。
（クリーンルーム）
クリーンルーム１は、パーテーション１ａにより外気との接触を遮断され、天井に設けられた一つ又は複数の送気装置１３から床面に向けて層流の清浄な空気が送気される環境となっている。送気装置１３は、汎用のファンフィルタユニットであり、外部から吸気した空気をフィルタに通して塵芥等を除去し、所定の基準を満たす清浄な空気をクリーンルーム１内で上方から下方に向けて送気するものである。
クリーンルーム１の床面には、当該クリーンルーム１内で発生した塵芥を引き込んでクリーンルーム１の外部に排出するための塵芥蓄積部１４が設けられており、この塵芥蓄積部１４の上方には塵芥蓄積部１４の蓋を構成するとともに、塵芥を塵芥蓄積部１４に導くグレーティング１５が設けられている。
【００２１】
クリーンルーム１の床面には、複数のカセット１１が多段に積み重ねられ、各カセット１１には、ディスプレイパネルの生産に用いるワークとしてのガラス基板１２が収納されている。
クリーンルーム１には、ロボット２を挟んでカセット１１と対向する位置にコンベア装置１６が設けられている。コンベア装置１６は、ロボット２によりカセット１１から取り出されたガラス基板１２をプロセス装置に搬送するものである。なお、コンベア装置１６は、プロセス工程で処理が完了したガラス基板１２をカセット１１に収納するためにロボット２に向けて搬送する役割を担ってもよい。
なお、カセット１１及びコンベア装置１６は、ロボット２の動作範囲内に配置されている。
【００２２】
（ロボット）
ロボット２は、クリーンルーム１の床に固定されている。
ロボット２は、床に固定されたベースフレーム２１を備えており、このベースフレーム２１には、上下アーム２２の一端が連結されている。上下アーム２２の一端はベースフレーム２１に対して回動自在に連結され、ベースフレーム２１に設けられた上下動モータ２３により上下アーム２２は、一端を支点に回動し、他端が弧状の軌跡を描くように動作する。
上下アーム２２の他端には、上下アーム２４の一端が連結されている。上下アーム２４の一端は上下アーム２２の他端に対して回動自在に連結され、上下アーム２２の他端に設けられた上下動モータ２５により上下アーム２４は、一端を支点に回動し、他端が弧状の軌跡を描くように動作する。
【００２３】
上下アーム２４の他端には、旋回ベース２６が上下アーム２４に対して旋回自在に設けられている。この旋回ベース２６は、リンク２７及びリンク２８の動作により、その姿勢を一定の状態に保つことができるようになっている。
旋回ベース２６には、旋回フレーム２９が旋回ベース２６に対して回動自在に設けられており、この旋回フレーム２９は、旋回ベース２６に設けられた旋回モータ３０により旋回ベース２６上で旋回するようになっている。
旋回フレーム２９には、当該旋回フレーム２９の上面に水平アーム３１の一端が旋回自在に設けられている。この水平アーム３１の他端には、当該水平アーム３１の上面に水平アーム３２の一端が旋回自在に設けられている。この水平アーム３２の他端には、当該水平アーム３２の上面に手首フレーム３３が旋回自在に設けられている。
水平アーム３１，３２及び手首フレーム３３は、水平フレーム３１の上面に設けられた水平移動モータ３４により連動するように構成されている。
手首フレーム３３には、上下アーム２２，２４及び水平アーム３１，３２の動作により、上下方向及び水平方向に移動して、カセット１１内に収納されたガラス基板１２を把持してコンベア装置１６に搬送するハンド装置５が設けられている。
【００２４】
（ハンド装置）
図２は、ハンド装置５の外観を示す斜視図である。
図２に示すように、ハンド装置５は、ガラス基板１２を下方から把持するハンドとしての複数のフォーク５１，５２と、フォーク５１，５２の一端を上下動させて、当該フォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる上下動機構５３と、を備えている。
（フォーク）
フォーク５１，５２は、略水平方向に延びる薄板状に形成され、フォーク５１，５２の上面には、所定間隔毎に複数の吸着パッド５１ａ，５２ａが設けられている。すなわち、ハンド装置５がカセット１１に収納されたガラス基板１２の下面側からすくい上げるように移動して、吸着パッド５１ａ，５２ａでガラス基板１２を真空圧で吸着することにより、ガラス基板１２を把持することができるようになっている。
【００２５】
（上下動機構）
上下動機構５３は、一端部が手首フレーム３３に連結されたブラケット５４を備えている。ブラケット５４は長尺に形成された板状の部材であり、このブラケット５４の上面には、軸受５５及び軸５６を介してフォーク５１が回転自在に固定され、軸受５７及び軸５８を介してフォーク５２が回転自在に固定されている。
フォーク５１，５２は、その長手方向がブラケット５４の長手方向に直交するように固定され、フォーク５１，５２の一端部近傍でブラケット５４に回転自在に固定されている。フォーク５１は、軸５６を回転軸とし、フォーク５１の長手方向を回転半径として回転することができるようにブラケット５４に固定されている。フォーク５２は、軸５８を回転軸とし、フォーク５２の長手方向を回転半径として回転することができるようにブラケット５４に固定されている。
【００２６】
ブラケット５４の側面には、ブラケット５４の両端近傍に軸受５９，６０が設けられ、この軸受５９，６０に回転軸６１がその軸回りに回転自在となるように軸支されている。回転軸６１は、その軸線がブラケット５４の長手方向に沿うように配されており、回転軸６１の長手方向の中央付近には、回転軸６１を軸回りに回転させる駆動手段としてのハンド傾斜補正モータ６２が減速機６３を介して設けられている。ハンド傾斜補正モータ６２には、回転軸６１の初期位置に対する回転角度を検出する検出手段としての位置検出器が内蔵されており、回転軸６１の回転角度を検出してハンド傾斜補正モータ６２に接続された制御装置４に出力される。ここで、ハンド傾斜補正モータ６２としては、サーボモータ等が用いられる。
回転軸６１における両端近傍には、回転軸６１の軸心に対して偏心した位置で当該回転軸６１により軸支される偏心軸６４，６５が固定されている。各偏心軸６４，６５には、各偏心軸６４，６５の駆動を各フォーク５１，５２に伝達するためのリンク６６，６７が設けられている。
【００２７】
リンク６６の一端には、フォーク５１の一端にピン等を介して回動自在に連結されるとともに、他端には、偏心軸６４が挿通されて偏心軸６４に対して回転自在に軸支されている。ここで、リンク６６は、偏心軸６４の回転によりフォーク５１の一端が上下動するように連結されている。
リンク６７の一端には、フォーク５２の一端にピン等を介して回動自在に連結されるとともに、他端には、偏心軸６５が挿通されて偏心軸６５に対して回転自在に軸支されている。ここで、リンク６７は、偏心軸６５の回転によりフォーク５２の一端が上下動するように連結されている。
【００２８】
（上下動機構によるフォークの動作）
ここで、上下動機構５３によるフォーク５１，５２の動作について説明する。
ハンド傾斜補正モータ６２により減速機６３を介して回転軸６１に駆動力を与えると、回転軸６１は軸回りに回転し、回転軸６１に固定された偏心軸６４，６５も回転する。偏心軸６４，６５の回転により、偏心軸６４，６５に回転自在に軸支されているリンク６６，６７の他端は上下方向に往復運動するため、リンク６６，６７の一端は連結されているフォーク５１，５２の一端を上下動させる。フォーク５１，５２の一端を上下動させることにより、フォーク５１，５２は軸５６，５８を支点として回転し、フォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる。
【００２９】
（制御装置）
図１に示すように、制御装置４は、ケーブル４０によりロボット２と接続されており、クリーンルーム１の外に設けられている。すなわち、作業者はクリーンルーム１に立ち入ることなくクリーンルーム１外から制御装置４の操作を行うことにより、ロボット２によるガラス基板１２の搬送を行うことができるようになっている。
図３は、制御装置４を有するロボットシステム１００の構成を示すブロック図である。
制御装置４は、ロボット２の動作制御に関する処理プログラムに従って各処理を実行するＣＰＵ４１と、各処理を実行するための処理プログラムや処理データ等が記憶されるメモリ４２と、を備えている。
メモリ４２には、ロボット２の動作制御を行うに当たって必要なプログラムが記憶されたプログラムエリア４３と、ロボット２の動作制御を行うに当たって必要なデータが記憶されたデータエリア４４と、種々のワークメモリやカウンタなどが設けられ、各処理が行われる作業エリア４５と、が形成されている。
【００３０】
プログラムエリア４３には、位置検出器により検出された回転軸６１の回転角度が、当該検出されたときのフォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況に一致するデータエリア４４に記憶された回転角度データ４４ｄ（後述する）におけるフォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況に対応する回転角度となるようにハンド傾斜補正モータ６２により回転軸６１を回転させる制御を行う機能を実現させる制御プログラム４３ｐが記憶されている。すなわち、ＣＰＵ４１が制御プログラム４３ｐを実行することにより、制御装置４は制御手段として機能する。
【００３１】
データエリア４４には、フォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況毎にフォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面を水平面に一致させたときの回転軸６１の初期位置からの回転角度を対応付けた回転角度データ４４ｄが記憶されている。従って、データエリア４４は、記憶手段として機能する。
具体的に、回転角度データ４４ｄは、フォーク５１，５２にガラス基板１２が積載されているか否か、フォーク５１，５２に載置されているガラス基板１２の大きさや重量、ロボット２の動作位置（上下アーム２２，２４の角度、水平アーム３１，３２の角度、フォーク５１，５２の先端に作用するモーメント）、ロボット２の動作方向（フォーク５１，５２の先端の上下方向又は水平方向への移動方向）、ロボット２の動作速度（上下アーム２２，２４の動作速度、水平アーム３１，３２の動作速度）等の各状況の場合において、回転軸６１をどれだけ回転させるとガラス基板１２の把持面が水平になるかについて必要な回転角度と対応付けられたものである。
その他、制御装置４は、上下動モータ２３，２５、旋回モータ３０、水平移動モータ３４に接続され、いずれも制御装置４により駆動が制御される。また、制御装置４は、ハンド装置５の吸着パッド５１ａ，５２ａのガラス基板１２への吸着のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００３２】
図４は、ロボットシステム１００の機能を示すブロック図である。
ロボットシステム１００は、ロボット２に設けられたハンド装置５を上下方向に移動させる上下移動部７１を有し、この上下移動部７１の機能を上下アーム２２，２４及び上下動モータ２３，２５が担う。
ロボットシステム１００は、ロボット２に設けられたハンド装置５を旋回させる旋回部７２を有し、この旋回部７２の機能を旋回フレーム２９及び旋回モータ３０が担う。
ロボットシステム１００は、ロボット２に設けられたハンド装置５を水平方向に移動させる水平移動部７３を有し、この水平移動部７３の機能を水平アーム３１，３２及び水平移動モータ３４が担う。
【００３３】
ロボットシステム１００は、ガラス基板１２を搬送する際にガラス基板１２を保持する保持部７４を有し、この保持部７４の機能をハンド装置５が担う。
ロボットシステム１００は、上記各部の動作制御を行い、特に、位置検出器により検出された回転軸６１の回転角度が、当該検出されたときのフォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況に一致するデータエリア４４に記憶された回転角度データ４４ｄ（後述する）におけるフォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況に対応する回転角度となるようにハンド傾斜補正モータ６２により回転軸６１を回転させる制御を行う機能を実現させる制御部７５を有し、この制御部７５の機能を制御手段である制御装置４が担う。
ロボットシステム１００は、フォーク５１，５２の傾斜を補正する傾斜補正部７６を有し、この傾斜補正部７６の機能をハンド傾斜補正モータ６２及び制御装置４が担う。
【００３４】
＜たわみの補正方法＞
（フォークにガラス基板を載置した場合のたわみの補正）
図５に示すように、フォーク５１，５２にガラス基板１２を載置した場合、ガラス基板１２の荷重によりハンド装置５全体が鉛直下向きに変位しつつ、フォーク５１，５２の先端にいくほどガラス基板１２の荷重により、より大きく下方にたわむ。
このような場合において、ハンド装置５全体の鉛直下向きへの変位については、制御装置４は、ハンド装置５のたわみ量を予め外部に設置した計測機器等により測定しておき、この測定値に基づいて、検出されたたわみ量だけハンド装置５を上昇させるように上下動モータ２３，２５の駆動を制御する。
【００３５】
また、フォーク５１，５２の先端の下方へのたわみは、制御装置４が制御プログラム４３ｐを実行することにより、データエリア４４に記憶された回転角度データ４４ｄに基づいてフォーク５１，５２に載置されたガラス基板１２の把持面が水平になるようにハンド傾斜補正モータ６２の駆動を制御して回転軸６１を回転させ、フォーク５１，５２の先端が上方に移動するように当該フォーク５１，５２を回転させる。
これらの二つの補正方法により、フォーク５１，５２にガラス基板１２を載置した場合のたわみを補正することができる。
【００３６】
（フォークの移動によるたわみの補正）
図６に示すように、フォーク５１，５２を前進させた場合、前進するにつれ、フォーク５１，５２が鉛直下向きに変位しつつ、フォーク５１，５２の先端にいくほど大きく下方にたわむ。
このような場合において、フォーク５１，５２の先端の下方へのたわみは、制御装置４が制御プログラム４３ｐを実行することにより、データエリア４４に記憶された回転角度データ４４ｄに基づいてフォーク５１，５２に載置されたガラス基板１２の把持面が水平になるようにハンド傾斜補正モータ６２の駆動を制御して回転軸６１を回転させ、フォーク５１，５２の先端が上方に移動するように当該フォーク５１，５２を回転させる。
【００３７】
ここで、図７に示すように、フォーク５１におけるガラス基板１２の把持面を水平に補正する機構について説明すると、フォーク５１にガラス基板１２を載置していない状態での状態を図７（ａ）とする。このとき、偏心軸６４は、回転軸６１が下方に位置するような状態となっている。
そして、図７（ｂ）に示すように、フォーク５１にガラス基板１２を載置すると、フォーク５１はガラス基板１２の重量によりたわみ、このたわみを補正するように偏心軸６４が回転する。偏心軸６４の回転時には、回転軸６１が上方に向かうように回転させる。これにより、リンクと６６の上端の位置が下方に下がり、フォーク５１は、５６を支点としてリンク６６に連結された基端部が下がり、先端が上方に移動する。この作用によってフォーク５１のたわみを補正してフォーク５１におけるガラス基板１２の把持面を水平にすることができる。
【００３８】
さらに、図７（ｃ）に示すように、ハンド装置５が前方に移動することにより、フォーク５１の先端は下方にたわむこととなる。この場合においても、このたわみを補正するように偏心軸６４が回転する。偏心軸６４の回転時には、回転軸６１が上方に向かうように回転させる。これにより、リンクと６６の上端の位置が下方に下がり、フォーク５１は、５６を支点としてリンク６６に連結された基端部が下がり、先端が上方に移動する。この作用によってフォーク５１のたわみを補正してフォーク５１におけるガラス基板１２の把持面を水平にすることができる。
【００３９】
なお、上記各補正はフォーク５１，５２のたわみを補正するものであったが、例えば、図２に示すように、ブラケット５４も一端が旋回フレーム２９に取り付けられた片もちとされているため、ガラス基板１２の重さによって、ブラケット５４の先端が基端より多くたわむことにより、フォーク５１とフォーク５２とでは、たわみ量が異なる。
このような場合においても、フォーク５１を駆動させる偏心軸６４の偏心量をフォーク５２を駆動させる偏心軸６５の偏心量よりも大きくし、制御装置４によるハンド傾斜補正モータ６２の駆動制御により、たわみの大きなフォーク５１をフォーク５２よりも多く回転させるとよい。
【００４０】
＜作用効果＞
上記実施形態によれば、上下動機構５３により各フォーク５１，５２の一端を上下動させて、当該フォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させることができる。
これにより、各フォーク５１，５２のたわみ・傾きを補正するための駆動源として、小さい駆動力のモータを採用することが可能となり、各フォーク５１，５２の軽量化とコスト低減が可能となる。
また、各フォーク５１，５２だけを上下動させるため、ハンド装置５全体の剛性が高くなり、動作時の振動を小さくすることができる。
また、上下動機構５３により各フォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させて各フォーク５１，５２を水平にすることができるので、より狭い範囲に各フォーク５１，５２を挿入し、ガラス基板１２を周囲と干渉することなく取り出すことができる。このため、ガラス基板１２が載置されたカセットのピッチを狭くすることができ、設備をコンパクトにすることができる。また、設備をコンパクトにしなくとも同サイズのカセットにより多くのガラス基板１２を積載することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
また、ガラス基板１２による負荷の状態やフォーク５１，５２の取り付け位置等により、たわみの状態が異なる各フォーク５１，５２ついて、それぞれに補正の量を変えることができるので、水平度を向上させる微調整を行うことができる。
【００４１】
＜その他＞
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、図８に示すように、ハンド傾斜補正モータ６２として用いられるサーボモータに代えてエアシリンダ８を用いてもよい。図８に示すロボット２０において、エアシリンダ８を用いる場合には、ブラケット１０１上にヒンジ１０２によりエアシリンダ８を支持する支持部材１０３を設け、この支持部材１０３によりエアシリンダ８を支持させる。そして、エアシリンダ８のピストンロッド８ａの先端にナックル１０４を取り付け、このナックル１０４をクランク１０５の一端に連結する。クランク１０５の他端は回転軸１０６に固定され、クランク１０５の一端がエアシリンダ８によって押されることにより、クランク１０５はクランク１０５の他端を支点に回転するため、回転軸１０６も回転し、回転軸１０６に固定された偏心軸１０７，１０８が回転してリンク１０９，１１０を上下動させ、その結果、フォーク１１１，１１２の一端を上下動させる。
これにより、フォーク１１１，１１２を回転させる角度に応じてエアシリンダ８のピストンロッド８ａの移動量を変えることにより、フォーク１１１、１１２をたわみ量に応じて上下動させることができ、サーボモータを使用する場合よりもコストを低減することができる。
また、本発明は、フォークが２本の場合のロボットに限らず、３本以上あるロボットにおいても適用可能である。
その他、発明の範囲内で自由に置換、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ロボットシステムの概要を示す図。
【図２】ロボットの構成を示す斜視図。
【図３】ロボットシステムの構成を示すブロック図。
【図４】ロボットシステムの機能を示すブロック図。
【図５】ガラス基板の重量によりフォークが下方にたわんだ状態を示す図。
【図６】フォークが前進することによりフォークがたわんだ状態を示す図。
【図７】（ａ）はフォークにガラス基板を載置しない状態でのハンド装置、（ｂ）はフォークにガラス基板を載置した状態でのハンド装置、（ｃ）はフォークにガラス基板を載置した状態でフォークを前進させたときのハンド装置。
【図８】他の実施形態におけるロボットを示す斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
２ ロボット
４ 制御装置（制御手段）
５ ハンド装置
１２ ガラス基板（ワーク）
４４ データエリア（記憶手段）
５１ フォーク（ハンド）
５２ フォーク（ハンド）
５３ 上下動機構
５４ ブラケット
６１ 回転軸
６２ ハンド傾斜補正モータ（駆動手段）
６４ 偏心軸
６５ 偏心軸
６６ リンク
６７ リンク
１００ ロボットシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットディスプレイパネル用のガラス基板を搬送するロボット、このロボットを有するロボットシステム、このロボットシステムによるハンド装置の姿勢制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルの生産工程において、その材料を生産工程内で搬送するために、ロボットを用いた搬送設備が多く用いられる。一般に、ロボットは、カセット内に収納されたガラス基板を取り出してプロセス装置に供給したり、プロセス工程で処理が完了したガラス基板をカセットに収納する用途や、高低差のあるコンベア間を搬送する用途などに用いられることが多い。
このような用途に用いられるロボットは、垂直多関節型や円筒座標型の構造を持つものが多く、先端にハンドを有するハンド装置を搭載し、多くの場合、ガラス基板を下からハンドですくい上げて搬送する。また、ラインの生産効率を上げるため、ロボットの動作速度は、より速くすることが求められている。その一方で、大型テレビの普及などから、ガラス基板は大型化する傾向が強くなってきている。
【０００３】
ところが、カセット内に水平に収納されたガラス基板の狭いすきまに、干渉することなくハンドを抜き差しするためには、ロボットは、ハンド上にガラス基板を載せた状態においても載せない状態においても、また、ロボットの動作位置に依らず、ハンドが極力水平な状態となるように姿勢を保つ必要があり、また、ロボットの動作によるハンドの振動もより小さくする必要がある。
このため、ロボットの各関節部の減速機や軸受に大型のものを採用してロボットの剛性を高くする方法が考えられるが、ロボットが大型化するとともに、コストが高くなるという問題があった。また、ハンドを剛性の高い特殊材料で形成する方法も考えられるが、材料費が高くなるため、コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
そこで、ハンドが水平に保たれるように、ハンド全体をチルトさせる構造が開示されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２５５５０号公報
【特許文献２】特開２００１−７１２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１，２に記載の発明においては、チルト軸はハンド装置の全荷重が作用した状態でハンドのチルトを行っているため、チルト軸の出力軸に大きな慣性モーメントが加わるため、剛性が小さくなり、ハンドが振動しやすくなる問題があった。従って、この問題を解決するためには、より大きな減速機、軸受を使用せざるを得ず、上述したように、ロボットの大型化、コストの高騰といった問題を解決することはできなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ハンド装置の剛性を高めることができ、ロボットの大型化やコストの高騰を抑制するロボット、ロボットシステム及びハンド装置の姿勢制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、上下方向及び水平方向に移動して所定の場所に載置されたワークを把持して他の場所に搬送するハンド装置を備えるロボットにおいて、前記ハンド装置は、ワークを下方から把持する複数のハンドと、各ハンドの一端を上下動させて、当該ハンドにおけるワークの把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる上下動機構と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットにおいて、前記上下動機構は、前記ハンドが回転自在に固定されるブラケットと、前記ブラケットに軸回りに回転自在に固定される回転軸と、前記回転軸を回転させる駆動手段と、前記回転軸の軸心に対して偏心した位置で軸支される偏心軸と、一端が前記ハンドの一端に回転自在に連結されるとともに、他端が前記偏心軸に回転自在に軸支され、前記偏心軸の回転により前記ハンドの一端が上下動するように連結されるリンクと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロボットにおいて、前記駆動手段は、サーボモータであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のロボットにおいて、前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況によって各ハンドのたわみ量の差に対応づけて前記偏心軸の前記回転軸に対する偏心量を設定したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、ロボットシステムにおいて、請求項２〜４の何れか一項に記載のロボットと、前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況毎に前記ハンドにおけるワークの把持面を水平面に一致させたときの前記回転軸の回転角度を対応付けて記憶する記憶手段と、前記回転軸の回転角度を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記回転軸の回転角度が、当該検出されたときの前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に一致する前記記憶手段に記憶された前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に対応する回転角度となるように前記駆動手段により前記回転軸を回転させる制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のロボットシステムにより前記ハンド装置の姿勢を制御するハンド装置の姿勢制御方法において、前記検出手段により前記回転軸の回転角度を検出する検出工程と、前記検出工程により検出された前記回転軸の回転角度が、当該検出されたときの前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に一致する前記記憶手段に記憶された前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に対応する回転角度となるように前記駆動手段により前記回転軸を回転させる制御を行う制御工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、上下動機構により各ハンドの一端を上下動させて、当該ハンドにおけるワークの把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させることができる。
これにより、ハンドのたわみ・傾きを補正するための駆動源として、小さい駆動力のモータを採用することが可能となり、ハンドの軽量化とコスト低減が可能となる。
また、ハンドだけを上下動させるため、ハンド装置全体の剛性が高くなり、動作時の振動を小さくすることができる。
また、上下動機構によりハンドにおけるワークの把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させてハンドを水平にすることができるので、より狭い範囲にハンドを挿入し、ワークを周囲と干渉することなく取り出すことができる。このため、ワークが載置されたカセットピッチを狭くすることができ、設備をコンパクトにすることができる。また、設備をコンパクトにしなくとも同サイズのカセットにより多くのワークを積載することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、駆動手段によりブラケットに軸回りに回転自在に固定される回転軸を回転させることにより、回転軸の軸心に対して偏心した位置で軸支される偏心軸も回転軸の回転に伴い回転する。そして、偏心軸の回転駆動はリンクによりハンドに伝達され、ハンドの一端が上下動する。
これにより、簡単な伝達機構でハンドの上下動を行わせることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、駆動手段としてサーボモータを使用することにより、高い応答性を実現できる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、負荷の状態や構造により、たわみの状態が異なる各ハンドついて、それぞれに回転角度の補正量を変えることができるので、水平度を向上させる微調整を行うことができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、検出手段により回転軸の回転角度を検出し、制御手段は、検出手段により検出された回転軸の回転角度が、当該検出されたときのハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に一致する記憶手段に記憶されたハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応する回転角度となるように駆動手段により回転軸を回転させる制御を行う。
これにより、ハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応させて回転軸を回転させることが出きるので、ハンドにおけるワークの積載面を容易に水平にすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、検出工程では、検出手段により回転軸の回転角度を検出する。そして、制御工程では、検出工程により検出された回転軸の回転角度が、当該検出されたときのハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に一致する記憶手段に記憶されたハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応する回転角度となるように駆動手段により回転軸を回転させる制御を行う。
これにより、ハンドへのワークの積載状況やハンドの動作状況に対応させて回転軸を回転させることが出きるので、ハンドにおけるワークの積載面を容易に水平にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、ロボット、ロボットシステム及びハンド装置の姿勢制御方法の最良の形態について詳細に説明する。
＜ロボット及びロボットシステムの構成＞
図１は、ロボットシステム１００の概要を示す図である。
ロボットシステム１００は、大型の薄型テレビ等に用いられる液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルを生産する際に用いられる。ディスプレイパネルの生産は、塵芥の付着による製品の品質不良を避けるため、クリーンルーム１内で行われており、これらのディスプレイパネルやその材料を生産工程内で搬送するために、クリーンルーム１内にはロボット２が配置されている。このロボット２は、多段に積み上げられたカセット１１内に収納されたガラス基板１２を取り出してプロセス装置に供給したり、プロセス工程で処理が完了したガラス基板１２をカセット１１に収納する用途や、高低差のあるコンベア間を搬送する用途等に用いられる。
【００２０】
ロボットシステム１００は、クリーンルーム１内で使用されるロボット２と、このロボット２の動作制御を行う制御装置４と、を備えている。
（クリーンルーム）
クリーンルーム１は、パーテーション１ａにより外気との接触を遮断され、天井に設けられた一つ又は複数の送気装置１３から床面に向けて層流の清浄な空気が送気される環境となっている。送気装置１３は、汎用のファンフィルタユニットであり、外部から吸気した空気をフィルタに通して塵芥等を除去し、所定の基準を満たす清浄な空気をクリーンルーム１内で上方から下方に向けて送気するものである。
クリーンルーム１の床面には、当該クリーンルーム１内で発生した塵芥を引き込んでクリーンルーム１の外部に排出するための塵芥蓄積部１４が設けられており、この塵芥蓄積部１４の上方には塵芥蓄積部１４の蓋を構成するとともに、塵芥を塵芥蓄積部１４に導くグレーティング１５が設けられている。
【００２１】
クリーンルーム１の床面には、複数のカセット１１が多段に積み重ねられ、各カセット１１には、ディスプレイパネルの生産に用いるワークとしてのガラス基板１２が収納されている。
クリーンルーム１には、ロボット２を挟んでカセット１１と対向する位置にコンベア装置１６が設けられている。コンベア装置１６は、ロボット２によりカセット１１から取り出されたガラス基板１２をプロセス装置に搬送するものである。なお、コンベア装置１６は、プロセス工程で処理が完了したガラス基板１２をカセット１１に収納するためにロボット２に向けて搬送する役割を担ってもよい。
なお、カセット１１及びコンベア装置１６は、ロボット２の動作範囲内に配置されている。
【００２２】
（ロボット）
ロボット２は、クリーンルーム１の床に固定されている。
ロボット２は、床に固定されたベースフレーム２１を備えており、このベースフレーム２１には、上下アーム２２の一端が連結されている。上下アーム２２の一端はベースフレーム２１に対して回動自在に連結され、ベースフレーム２１に設けられた上下動モータ２３により上下アーム２２は、一端を支点に回動し、他端が弧状の軌跡を描くように動作する。
上下アーム２２の他端には、上下アーム２４の一端が連結されている。上下アーム２４の一端は上下アーム２２の他端に対して回動自在に連結され、上下アーム２２の他端に設けられた上下動モータ２５により上下アーム２４は、一端を支点に回動し、他端が弧状の軌跡を描くように動作する。
【００２３】
上下アーム２４の他端には、旋回ベース２６が上下アーム２４に対して旋回自在に設けられている。この旋回ベース２６は、リンク２７及びリンク２８の動作により、その姿勢を一定の状態に保つことができるようになっている。
旋回ベース２６には、旋回フレーム２９が旋回ベース２６に対して回動自在に設けられており、この旋回フレーム２９は、旋回ベース２６に設けられた旋回モータ３０により旋回ベース２６上で旋回するようになっている。
旋回フレーム２９には、当該旋回フレーム２９の上面に水平アーム３１の一端が旋回自在に設けられている。この水平アーム３１の他端には、当該水平アーム３１の上面に水平アーム３２の一端が旋回自在に設けられている。この水平アーム３２の他端には、当該水平アーム３２の上面に手首フレーム３３が旋回自在に設けられている。
水平アーム３１，３２及び手首フレーム３３は、水平フレーム３１の上面に設けられた水平移動モータ３４により連動するように構成されている。
手首フレーム３３には、上下アーム２２，２４及び水平アーム３１，３２の動作により、上下方向及び水平方向に移動して、カセット１１内に収納されたガラス基板１２を把持してコンベア装置１６に搬送するハンド装置５が設けられている。
【００２４】
（ハンド装置）
図２は、ハンド装置５の外観を示す斜視図である。
図２に示すように、ハンド装置５は、ガラス基板１２を下方から把持するハンドとしての複数のフォーク５１，５２と、フォーク５１，５２の一端を上下動させて、当該フォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる上下動機構５３と、を備えている。
（フォーク）
フォーク５１，５２は、略水平方向に延びる薄板状に形成され、フォーク５１，５２の上面には、所定間隔毎に複数の吸着パッド５１ａ，５２ａが設けられている。すなわち、ハンド装置５がカセット１１に収納されたガラス基板１２の下面側からすくい上げるように移動して、吸着パッド５１ａ，５２ａでガラス基板１２を真空圧で吸着することにより、ガラス基板１２を把持することができるようになっている。
【００２５】
（上下動機構）
上下動機構５３は、一端部が手首フレーム３３に連結されたブラケット５４を備えている。ブラケット５４は長尺に形成された板状の部材であり、このブラケット５４の上面には、軸受５５及び軸５６を介してフォーク５１が回転自在に固定され、軸受５７及び軸５８を介してフォーク５２が回転自在に固定されている。
フォーク５１，５２は、その長手方向がブラケット５４の長手方向に直交するように固定され、フォーク５１，５２の一端部近傍でブラケット５４に回転自在に固定されている。フォーク５１は、軸５６を回転軸とし、フォーク５１の長手方向を回転半径として回転することができるようにブラケット５４に固定されている。フォーク５２は、軸５８を回転軸とし、フォーク５２の長手方向を回転半径として回転することができるようにブラケット５４に固定されている。
【００２６】
ブラケット５４の側面には、ブラケット５４の両端近傍に軸受５９，６０が設けられ、この軸受５９，６０に回転軸６１がその軸回りに回転自在となるように軸支されている。回転軸６１は、その軸線がブラケット５４の長手方向に沿うように配されており、回転軸６１の長手方向の中央付近には、回転軸６１を軸回りに回転させる駆動手段としてのハンド傾斜補正モータ６２が減速機６３を介して設けられている。ハンド傾斜補正モータ６２には、回転軸６１の初期位置に対する回転角度を検出する検出手段としての位置検出器が内蔵されており、回転軸６１の回転角度を検出してハンド傾斜補正モータ６２に接続された制御装置４に出力される。ここで、ハンド傾斜補正モータ６２としては、サーボモータ等が用いられる。
回転軸６１における両端近傍には、回転軸６１の軸心に対して偏心した位置で当該回転軸６１により軸支される偏心軸６４，６５が固定されている。各偏心軸６４，６５には、各偏心軸６４，６５の駆動を各フォーク５１，５２に伝達するためのリンク６６，６７が設けられている。
【００２７】
リンク６６の一端には、フォーク５１の一端にピン等を介して回動自在に連結されるとともに、他端には、偏心軸６４が挿通されて偏心軸６４に対して回転自在に軸支されている。ここで、リンク６６は、偏心軸６４の回転によりフォーク５１の一端が上下動するように連結されている。
リンク６７の一端には、フォーク５２の一端にピン等を介して回動自在に連結されるとともに、他端には、偏心軸６５が挿通されて偏心軸６５に対して回転自在に軸支されている。ここで、リンク６７は、偏心軸６５の回転によりフォーク５２の一端が上下動するように連結されている。
【００２８】
（上下動機構によるフォークの動作）
ここで、上下動機構５３によるフォーク５１，５２の動作について説明する。
ハンド傾斜補正モータ６２により減速機６３を介して回転軸６１に駆動力を与えると、回転軸６１は軸回りに回転し、回転軸６１に固定された偏心軸６４，６５も回転する。偏心軸６４，６５の回転により、偏心軸６４，６５に回転自在に軸支されているリンク６６，６７の他端は上下方向に往復運動するため、リンク６６，６７の一端は連結されているフォーク５１，５２の一端を上下動させる。フォーク５１，５２の一端を上下動させることにより、フォーク５１，５２は軸５６，５８を支点として回転し、フォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる。
【００２９】
（制御装置）
図１に示すように、制御装置４は、ケーブル４０によりロボット２と接続されており、クリーンルーム１の外に設けられている。すなわち、作業者はクリーンルーム１に立ち入ることなくクリーンルーム１外から制御装置４の操作を行うことにより、ロボット２によるガラス基板１２の搬送を行うことができるようになっている。
図３は、制御装置４を有するロボットシステム１００の構成を示すブロック図である。
制御装置４は、ロボット２の動作制御に関する処理プログラムに従って各処理を実行するＣＰＵ４１と、各処理を実行するための処理プログラムや処理データ等が記憶されるメモリ４２と、を備えている。
メモリ４２には、ロボット２の動作制御を行うに当たって必要なプログラムが記憶されたプログラムエリア４３と、ロボット２の動作制御を行うに当たって必要なデータが記憶されたデータエリア４４と、種々のワークメモリやカウンタなどが設けられ、各処理が行われる作業エリア４５と、が形成されている。
【００３０】
プログラムエリア４３には、位置検出器により検出された回転軸６１の回転角度が、当該検出されたときのフォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況に一致するデータエリア４４に記憶された回転角度データ４４ｄ（後述する）におけるフォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況に対応する回転角度となるようにハンド傾斜補正モータ６２により回転軸６１を回転させる制御を行う機能を実現させる制御プログラム４３ｐが記憶されている。すなわち、ＣＰＵ４１が制御プログラム４３ｐを実行することにより、制御装置４は制御手段として機能する。
【００３１】
データエリア４４には、フォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況毎にフォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面を水平面に一致させたときの回転軸６１の初期位置からの回転角度を対応付けた回転角度データ４４ｄが記憶されている。従って、データエリア４４は、記憶手段として機能する。
具体的に、回転角度データ４４ｄは、フォーク５１，５２にガラス基板１２が積載されているか否か、フォーク５１，５２に載置されているガラス基板１２の大きさや重量、ロボット２の動作位置（上下アーム２２，２４の角度、水平アーム３１，３２の角度、フォーク５１，５２の先端に作用するモーメント）、ロボット２の動作方向（フォーク５１，５２の先端の上下方向又は水平方向への移動方向）、ロボット２の動作速度（上下アーム２２，２４の動作速度、水平アーム３１，３２の動作速度）等の各状況の場合において、回転軸６１をどれだけ回転させるとガラス基板１２の把持面が水平になるかについて必要な回転角度と対応付けられたものである。
その他、制御装置４は、上下動モータ２３，２５、旋回モータ３０、水平移動モータ３４に接続され、いずれも制御装置４により駆動が制御される。また、制御装置４は、ハンド装置５の吸着パッド５１ａ，５２ａのガラス基板１２への吸着のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００３２】
図４は、ロボットシステム１００の機能を示すブロック図である。
ロボットシステム１００は、ロボット２に設けられたハンド装置５を上下方向に移動させる上下移動部７１を有し、この上下移動部７１の機能を上下アーム２２，２４及び上下動モータ２３，２５が担う。
ロボットシステム１００は、ロボット２に設けられたハンド装置５を旋回させる旋回部７２を有し、この旋回部７２の機能を旋回フレーム２９及び旋回モータ３０が担う。
ロボットシステム１００は、ロボット２に設けられたハンド装置５を水平方向に移動させる水平移動部７３を有し、この水平移動部７３の機能を水平アーム３１，３２及び水平移動モータ３４が担う。
【００３３】
ロボットシステム１００は、ガラス基板１２を搬送する際にガラス基板１２を保持する保持部７４を有し、この保持部７４の機能をハンド装置５が担う。
ロボットシステム１００は、上記各部の動作制御を行い、特に、位置検出器により検出された回転軸６１の回転角度が、当該検出されたときのフォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況に一致するデータエリア４４に記憶された回転角度データ４４ｄ（後述する）におけるフォーク５１，５２へのガラス基板１２の積載状況やフォーク５１，５２の動作状況に対応する回転角度となるようにハンド傾斜補正モータ６２により回転軸６１を回転させる制御を行う機能を実現させる制御部７５を有し、この制御部７５の機能を制御手段である制御装置４が担う。
ロボットシステム１００は、フォーク５１，５２の傾斜を補正する傾斜補正部７６を有し、この傾斜補正部７６の機能をハンド傾斜補正モータ６２及び制御装置４が担う。
【００３４】
＜たわみの補正方法＞
（フォークにガラス基板を載置した場合のたわみの補正）
図５に示すように、フォーク５１，５２にガラス基板１２を載置した場合、ガラス基板１２の荷重によりハンド装置５全体が鉛直下向きに変位しつつ、フォーク５１，５２の先端にいくほどガラス基板１２の荷重により、より大きく下方にたわむ。
このような場合において、ハンド装置５全体の鉛直下向きへの変位については、制御装置４は、ハンド装置５のたわみ量を予め外部に設置した計測機器等により測定しておき、この測定値に基づいて、検出されたたわみ量だけハンド装置５を上昇させるように上下動モータ２３，２５の駆動を制御する。
【００３５】
また、フォーク５１，５２の先端の下方へのたわみは、制御装置４が制御プログラム４３ｐを実行することにより、データエリア４４に記憶された回転角度データ４４ｄに基づいてフォーク５１，５２に載置されたガラス基板１２の把持面が水平になるようにハンド傾斜補正モータ６２の駆動を制御して回転軸６１を回転させ、フォーク５１，５２の先端が上方に移動するように当該フォーク５１，５２を回転させる。
これらの二つの補正方法により、フォーク５１，５２にガラス基板１２を載置した場合のたわみを補正することができる。
【００３６】
（フォークの移動によるたわみの補正）
図６に示すように、フォーク５１，５２を前進させた場合、前進するにつれ、フォーク５１，５２が鉛直下向きに変位しつつ、フォーク５１，５２の先端にいくほど大きく下方にたわむ。
このような場合において、フォーク５１，５２の先端の下方へのたわみは、制御装置４が制御プログラム４３ｐを実行することにより、データエリア４４に記憶された回転角度データ４４ｄに基づいてフォーク５１，５２に載置されたガラス基板１２の把持面が水平になるようにハンド傾斜補正モータ６２の駆動を制御して回転軸６１を回転させ、フォーク５１，５２の先端が上方に移動するように当該フォーク５１，５２を回転させる。
【００３７】
ここで、図７に示すように、フォーク５１におけるガラス基板１２の把持面を水平に補正する機構について説明すると、フォーク５１にガラス基板１２を載置していない状態での状態を図７（ａ）とする。このとき、偏心軸６４は、回転軸６１が下方に位置するような状態となっている。
そして、図７（ｂ）に示すように、フォーク５１にガラス基板１２を載置すると、フォーク５１はガラス基板１２の重量によりたわみ、このたわみを補正するように偏心軸６４が回転する。偏心軸６４の回転時には、回転軸６１が上方に向かうように回転させる。これにより、リンクと６６の上端の位置が下方に下がり、フォーク５１は、５６を支点としてリンク６６に連結された基端部が下がり、先端が上方に移動する。この作用によってフォーク５１のたわみを補正してフォーク５１におけるガラス基板１２の把持面を水平にすることができる。
【００３８】
さらに、図７（ｃ）に示すように、ハンド装置５が前方に移動することにより、フォーク５１の先端は下方にたわむこととなる。この場合においても、このたわみを補正するように偏心軸６４が回転する。偏心軸６４の回転時には、回転軸６１が上方に向かうように回転させる。これにより、リンクと６６の上端の位置が下方に下がり、フォーク５１は、５６を支点としてリンク６６に連結された基端部が下がり、先端が上方に移動する。この作用によってフォーク５１のたわみを補正してフォーク５１におけるガラス基板１２の把持面を水平にすることができる。
【００３９】
なお、上記各補正はフォーク５１，５２のたわみを補正するものであったが、例えば、図２に示すように、ブラケット５４も一端が旋回フレーム２９に取り付けられた片もちとされているため、ガラス基板１２の重さによって、ブラケット５４の先端が基端より多くたわむことにより、フォーク５１とフォーク５２とでは、たわみ量が異なる。
このような場合においても、フォーク５１を駆動させる偏心軸６４の偏心量をフォーク５２を駆動させる偏心軸６５の偏心量よりも大きくし、制御装置４によるハンド傾斜補正モータ６２の駆動制御により、たわみの大きなフォーク５１をフォーク５２よりも多く回転させるとよい。
【００４０】
＜作用効果＞
上記実施形態によれば、上下動機構５３により各フォーク５１，５２の一端を上下動させて、当該フォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させることができる。
これにより、各フォーク５１，５２のたわみ・傾きを補正するための駆動源として、小さい駆動力のモータを採用することが可能となり、各フォーク５１，５２の軽量化とコスト低減が可能となる。
また、各フォーク５１，５２だけを上下動させるため、ハンド装置５全体の剛性が高くなり、動作時の振動を小さくすることができる。
また、上下動機構５３により各フォーク５１，５２におけるガラス基板１２の把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させて各フォーク５１，５２を水平にすることができるので、より狭い範囲に各フォーク５１，５２を挿入し、ガラス基板１２を周囲と干渉することなく取り出すことができる。このため、ガラス基板１２が載置されたカセットのピッチを狭くすることができ、設備をコンパクトにすることができる。また、設備をコンパクトにしなくとも同サイズのカセットにより多くのガラス基板１２を積載することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
また、ガラス基板１２による負荷の状態やフォーク５１，５２の取り付け位置等により、たわみの状態が異なる各フォーク５１，５２ついて、それぞれに補正の量を変えることができるので、水平度を向上させる微調整を行うことができる。
【００４１】
＜その他＞
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、図８に示すように、ハンド傾斜補正モータ６２として用いられるサーボモータに代えてエアシリンダ８を用いてもよい。図８に示すロボット２０において、エアシリンダ８を用いる場合には、ブラケット１０１上にヒンジ１０２によりエアシリンダ８を支持する支持部材１０３を設け、この支持部材１０３によりエアシリンダ８を支持させる。そして、エアシリンダ８のピストンロッド８ａの先端にナックル１０４を取り付け、このナックル１０４をクランク１０５の一端に連結する。クランク１０５の他端は回転軸１０６に固定され、クランク１０５の一端がエアシリンダ８によって押されることにより、クランク１０５はクランク１０５の他端を支点に回転するため、回転軸１０６も回転し、回転軸１０６に固定された偏心軸１０７，１０８が回転してリンク１０９，１１０を上下動させ、その結果、フォーク１１１，１１２の一端を上下動させる。
これにより、フォーク１１１，１１２を回転させる角度に応じてエアシリンダ８のピストンロッド８ａの移動量を変えることにより、フォーク１１１、１１２をたわみ量に応じて上下動させることができ、サーボモータを使用する場合よりもコストを低減することができる。
また、本発明は、フォークが２本の場合のロボットに限らず、３本以上あるロボットにおいても適用可能である。
その他、発明の範囲内で自由に置換、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ロボットシステムの概要を示す図。
【図２】ロボットの構成を示す斜視図。
【図３】ロボットシステムの構成を示すブロック図。
【図４】ロボットシステムの機能を示すブロック図。
【図５】ガラス基板の重量によりフォークが下方にたわんだ状態を示す図。
【図６】フォークが前進することによりフォークがたわんだ状態を示す図。
【図７】（ａ）はフォークにガラス基板を載置しない状態でのハンド装置、（ｂ）はフォークにガラス基板を載置した状態でのハンド装置、（ｃ）はフォークにガラス基板を載置した状態でフォークを前進させたときのハンド装置。
【図８】他の実施形態におけるロボットを示す斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
２ ロボット
４ 制御装置（制御手段）
５ ハンド装置
１２ ガラス基板（ワーク）
４４ データエリア（記憶手段）
５１ フォーク（ハンド）
５２ フォーク（ハンド）
５３ 上下動機構
５４ ブラケット
６１ 回転軸
６２ ハンド傾斜補正モータ（駆動手段）
６４ 偏心軸
６５ 偏心軸
６６ リンク
６７ リンク
１００ ロボットシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向及び水平方向に移動して所定の場所に載置されたワークを把持して他の場所に搬送するハンド装置を備えるロボットにおいて、
前記ハンド装置は、
ワークを下方から把持する複数のハンドと、
各ハンドの一端を上下動させて、当該ハンドにおけるワークの把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる上下動機構と、
を備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記上下動機構は、
前記ハンドが回転自在に固定されるブラケットと、
前記ブラケットに軸回りに回転自在に固定される回転軸と、
前記回転軸を回転させる駆動手段と、
前記回転軸の軸心に対して偏心した位置で軸支される偏心軸と、
一端が前記ハンドの一端に回転自在に連結されるとともに、他端が前記偏心軸に回転自在に軸支され、前記偏心軸の回転により前記ハンドの一端が上下動するように連結されるリンクと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記駆動手段は、サーボモータであることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況によって各ハンドのたわみ量の差に対応づけて前記偏心軸の前記回転軸に対する偏心量を設定したことを特徴とする請求項２又は３に記載のロボット。
【請求項５】
請求項２〜４の何れか一項に記載のロボットと、
前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況毎に前記ハンドにおけるワークの把持面を水平面に一致させたときの前記回転軸の回転角度を対応付けて記憶する記憶手段と、
前記回転軸の回転角度を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記回転軸の回転角度が、当該検出されたときの前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に一致する前記記憶手段に記憶された前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に対応する回転角度となるように前記駆動手段により前記回転軸を回転させる制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットシステムにより前記ハンド装置の姿勢を制御するハンド装置の姿勢制御方法において、
前記検出手段により前記回転軸の回転角度を検出する検出工程と、
前記検出工程により検出された前記回転軸の回転角度が、当該検出されたときの前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に一致する前記記憶手段に記憶された前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に対応する回転角度となるように前記駆動手段により前記回転軸を回転させる制御を行う制御工程と、
を有することを特徴とするハンド装置の姿勢制御方法。
【請求項１】
上下方向及び水平方向に移動して所定の場所に載置されたワークを把持して他の場所に搬送するハンド装置を備えるロボットにおいて、
前記ハンド装置は、
ワークを下方から把持する複数のハンドと、
各ハンドの一端を上下動させて、当該ハンドにおけるワークの把持面の水平面に対する傾斜角度を変化させる上下動機構と、
を備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記上下動機構は、
前記ハンドが回転自在に固定されるブラケットと、
前記ブラケットに軸回りに回転自在に固定される回転軸と、
前記回転軸を回転させる駆動手段と、
前記回転軸の軸心に対して偏心した位置で軸支される偏心軸と、
一端が前記ハンドの一端に回転自在に連結されるとともに、他端が前記偏心軸に回転自在に軸支され、前記偏心軸の回転により前記ハンドの一端が上下動するように連結されるリンクと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記駆動手段は、サーボモータであることを特徴とする請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況によって各ハンドのたわみ量の差に対応づけて前記偏心軸の前記回転軸に対する偏心量を設定したことを特徴とする請求項２又は３に記載のロボット。
【請求項５】
請求項２〜４の何れか一項に記載のロボットと、
前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況毎に前記ハンドにおけるワークの把持面を水平面に一致させたときの前記回転軸の回転角度を対応付けて記憶する記憶手段と、
前記回転軸の回転角度を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記回転軸の回転角度が、当該検出されたときの前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に一致する前記記憶手段に記憶された前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に対応する回転角度となるように前記駆動手段により前記回転軸を回転させる制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットシステムにより前記ハンド装置の姿勢を制御するハンド装置の姿勢制御方法において、
前記検出手段により前記回転軸の回転角度を検出する検出工程と、
前記検出工程により検出された前記回転軸の回転角度が、当該検出されたときの前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に一致する前記記憶手段に記憶された前記ハンドへのワークの積載状況や前記ロボットの動作状況に対応する回転角度となるように前記駆動手段により前記回転軸を回転させる制御を行う制御工程と、
を有することを特徴とするハンド装置の姿勢制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２８３４３６（Ｐ２００７−２８３４３６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１３６２８（Ｐ２００６−１１３６２８）
【出願日】平成１８年４月１７日（２００６．４．１７）
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１７日（２００６．４．１７）
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
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