JPH0656228A - 搬送用ロボットの基準位置自動教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 搬送用ロボットの基準位置の自動教示方法
に関するものである。 【構成】 搬送用ロボットにおいて、被搬送物に代る
モデル搬送物を用意し、モデル搬送物に前記搬送用ロボ
ットの物品把持具の先端との距離に比例した信号を出力
するセンサを取付け、前記モデル搬送物を前記被搬送物
を収納する装置のあらかじめ定めた所定位置に収納し、
前記ロボットの物品把持具を上下，左右、前後に順次移
動させ、各移動時に前記センサの出力が最大値または所
定値になるときのロボットの位置（Ｘo 、Ｙo 、Ｚo ）
に基づいてロボットの基準位置を補正する搬送用ロボッ
トの基準位置自動教示方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、搬送用ロボットの基準
位置の自動教示方法に関するものであり、被搬送物を収
納する装置の物品収納位置と搬送用ロボットとの相互位
置関係を簡単かつ正確に教示する方法を提案したもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】搬送用ロボットによって被搬送物を一方
の装置から取り出して他の装置に移送するものにおいて
は、一方の装置に収納された被搬送物の位置をロボット
に正確に教示することが必要である。通常、被搬送物は
それを収納する装置に対してあらかじめ定められた位置
に収納されるようにガイドやスロットなどを設けてあ
り、一旦これらの収納装置とロボットの相互位置を教示
すれば、以後は物品を搬入，搬出するに際して毎回教示
しなくてもよいように構成されている。しかし、装置の
新設時，改造や定期点検などによって組付状態から外し
たとき、位置を変更したときには、実働に先立って両者
の相互位置をロボットに教示して、正しい位置関係にて
搬送を行なわせるようにすることが必要となる。特に被
搬送物が半導体ウエハや液晶基板のような極く薄い平板
状のものであるときには、これらは通常多数が一定の間
隔を保つように形成されたカセットに収納されており、
これらのカセットは収納密度を可能な限り大きくするた
めに極く狭い間隔で半導体ウエハ等を収納する構造とな
っている。このためにこのカセットの中から一枚ずつ取
り出すには、ロボットの物品把持具を高精度でカセット
に対して位置決め，教示することが要求される。

【０００３】図１に従来の方法により位置決めを行う半
導体ウエハの搬送装置の例を示す。同図において、１は
ロボット本体であり、水平面内に旋回する３軸と上下方
向に移動する１軸とを有する。またロボット１のアーム
先端には被搬送物の半導体ウエハ２を受けて取り出すた
めの物品把持具１ａを有する。この物品把持具１ａは単
なる平板状あるいは平板状に真空吸着機構を有するもの
や、２本のフインガーにより被搬送物をつかむ構造のも
のなどが用いられる。３は被搬送物の半導体ウエハ２を
多数収納するカセットであり、被搬送物の収納部であ
る。４はロボット１によってカセット３から搬出された
半導体ウエハ２を受け入れるための装置であり、別のカ
セット，加工装置または角度や位置合せ装置などであ
る。５はロボット１の制御装置であり、ロボット１の動
作を教示するためのティーチングボックス５ａまたはロ
ボットを数値制御するためのキーボード５ｂおよび外部
コンピュータ５ｃからなる。

【０００４】図１の装置において、ロボット１とカセッ
ト３のウエハ収納位置との相互関係は装置の調整時にテ
ィーチングボックス５ａによってロボットを寸動操作
し、あるいはキーボード５ｂから動作命令を入力して外
部コンピュータ５ｃの助けをかりてＮＣ制御方式でロボ
ット１を動かして、その結果を目視によって確認し、最
適位置になるまでくりかえしてロボット１にカセット３
の基準位置を教示する方法が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記のよう
な方法による教示作業は極めて難しく、精度をよくする
ためには長時間を要し、しかも作業者の目視によって確
認するものであるために、結果に個人差が生じるばかり
でなく、同一人による教示結果にバラツキが生じるもの
であった。

【０００６】図２は、図１の装置に用いるカセット３の
〇印部、半導体ウエハ収納部の断面拡大図である。同図
に示すように半導体ウエハ２の収納間隙は４．７ないし
６．３mm程度と狭く、その狭い間隙にウエハをすくい上
げて取り出す（または搬入する）ためのウエハ受け具
（ロボット１の物品把持具）１ａを挿入し、かつ少し持
ち上げた状態で出し入れすることが必要となる。このウ
エハ受け具は、強度やウエハ受け面の平坦性を確保する
ために２〜３mm程度の厚さが必要であり、またウエハの
出し入れ時にカセットと摺れ合わないようにウエハを0.
2 〜0.5mm 程度カセットのウエハ受け面から浮かした状
態で出し入れすることが必要となる。さらにウエハは直
径が75〜200mm 程度あり、また被搬送物が液晶用ガラス
基板の場合には１辺が数100mm のものもある。このため
に、ロボットは２〜３mm程度の極めて狭い間隙余裕の中
を数100mm の距離を移動しなければならない。したがっ
てロボットをこのカセットのウエハ収納位置に位置決め
するときの精度は極めて高い精度が要求されることにな
る。しかも、このような半導体処理設備は、高価なクリ
ーンルーム内に設置されるために装置そのものが非常に
狭い空間内に高密度に配置されることが多く、教示，調
整作業をさらに困難なものにしている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の課題を解決するために、あらかじめ被搬送物と似た形
状のモデル搬送物を用意し、このモデル搬送物にロボッ
トの物品把持具（ロボットアームの先端具）との距離を
検出するセンサを設け、基準位置の調整，教示に際して
このモデル搬送物を被搬送物を収納する装置の所定の位
置に収納した状態でロボットを操作し、手動運転などに
よって物品把持具の先端をモデル搬送物が収納されてい
る装置の所定位置の近傍まで移動させ、以後は自動シー
ケンスにてロボットの物品把持具を上下，左右，前後に
動かして、それぞれの動作中においてモデル搬送物物に
取付けたセンサの出力が最大値（上下，左右方向各動作
時）または所定値（前後方向動作時）となる位置データ
に基づいてロボットと被搬送物収納装置との相対位置関
係を調整，記憶させる自動教示方法を提案したものであ
る。

【０００８】

【実施例】図３に本発明の自動教示方法を実施する装置
の実施例を示す。同図において、図１の従来装置と同機
能のものには同符号を付してある。またカセット３に
は、ロボット１の物品把持具（アームの先端具）１ａと
の距離に応じて出力信号の大きさが変化するセンサ７が
固定された被搬送物と類似形状のモデル搬送物６を収納
してあり、このセンサ７の出力はセンサ制御回路８に導
びかれて所定の処理を施された後にロボット制御装置５
に入力される。ここでセンサ制御回路８としては、セン
サ７からのアナログ信号をデイジイタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器８１およびＡ／Ｄ変換器８１のパラレル出
力信号をシリアル信号に変換する信号変換回路８２から
なる。またセンサとしては、対象物との距離に応じて変
化する電圧信号を出力するものであればよく、例えば
（株）ＫＥＹＥＮＣＥ社製のレーザ式変位センサＬＢ−
０１形などが適する。

【０００９】図３の実施例におけるカセット３およびモ
デル搬送物６，センサ７の部分の詳細を図４に示す。図
４（ａ）は、カセット３を正面（ロボット側）から見た
斜視図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面
図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。同
図に示すようにモデル搬送物６としては、実際の被搬送
物と似た形状とするが、必ずしも同一形状である必要は
なく、カセット３の収納部に収納したときの位置関係
が、実際の被搬送物が収納されたときの位置関係と対応
するものであればよく、例えば全体的に一定寸法だけ偏
位した状態となるものでもよい。またモデル搬送物６に
取付けるセンサ７は図４に示したようにモデル搬送物に
埋め込んでセンサ位置の中心をモデル搬送物の中心と一
致させるものでもよいが、モデル搬送物６の上に固定し
てもよい。この場合にはセンサ７の中心と被搬送物の中
心との差はモデル搬送物の構造から既知となるので後述
するセンシング操作によって得られたデータをこの既知
の差だけ補正すればよい。

【００１０】図３および図４の装置において、本発明の
自動教示方法を実施するときの動作を図５ないし図７の
フローチャートによって説明する。図３において、教示
に先立ってティーチングボックス５ａを操作して手動指
令によりまたはあらかじめ定めた概略位置に自動操作に
よりロボット１を動かして、アームの先端の物品把持具
１ａの先端を概略カセット３の所定位置に収納されたモ
デル搬送物６の近傍でセンサ７の作動範囲にまで移動さ
せる。この状態で教示のための自動シーケンスを起動さ
せると図５ないし図７のフローチャートに示す手順で自
動教示動作が行なわれる。

【００１１】先ず、図５のフローチャートにしたがって
ロボット１とカセット３に収納されたモデル搬送物６の
センサ７との相互位置のうち上下方向（Ｚ方向）の位置
をセンシングする。図５において、ステップ２でロボッ
ト１を現在位置から一定量ΔＺだけ上昇させる。この上
昇によってセンサ７の出力が増加したときは、ロボット
１が上下方向に関してセンサ７に近づきつつあるので、
ステップ４に移りさらにロボット１をΔＺだけ上昇させ
る。逆にセンサ７の出力が減少したときは、ロボットは
上下方向に関してセンサ７から離れつつあるのでステッ
プ４Ａに移りロボット１の移動方向を逆にしてΔＺだけ
下降させる。このステップ４または４Ａの動作によって
変化したセンサ７の出力を直前のセンサ出力と比較し
て、増かしていたセンサ出力が逆に直前の値よりも低下
するまでステップ４−５またはステップ４Ａ−５Ａの動
作をくりかえす。ステップ５または５Ａにて直前の値よ
りも低下したときには直前の位置がセンサ出力の最大値
の位置であるので、ステップ６または６Ａに移り、ロボ
ット１をΔＺだけ戻し、ステップ７にて、このときの上
下方向位置信号Ｚo を上下方向基準値として記憶する。

【００１２】上記によりロボットの上下方向基準値が得
られると、次に図６のステップ８に移る。ステップ８に
おいてロボットを右方向（Ｙ方向）へ一定量ΔＹだけ動
かす。これによってセンサ７の出力が増加すると右方に
ロボットの把持具先端とセンサ７とが至近となる位置が
あることを示すのでステップ１０に移り、さらに右方へ
ΔＹだけ動かす。逆にステップ８にてロボット１を右方
へ動かした結果、センサ７の出力が減少したときは、も
との位置よりも左方に両者が至近となる位置があること
を示すのでステップ１０Ａに移り、ロボット１を逆に左
方へΔＹだけ動かす。ステップ１０または１０Ａにて右
方または左方に動かした結果、直前のセンサ出力よりも
低下すると直前の点がセンサ７とロボット１の把持具１
ａとが至近距離にあったことになるのでこれを検出する
までステップ１０−１１またはステップ１０Ａ−１１Ａ
をくりかえす。ステップ１１または１１Ａにおいて、直
前のセンサ７の出力よりも低下したときは、直前の位置
がセンサ７の出力最大値の位置であるので、ステップ１
２または１２Ａに移り、ロボット１をΔＹだけ戻す。こ
のときの左右方向の位置を左右方向基準値Ｙo としてス
テップ１３にて記憶する。

【００１３】なお、上記の水平左右方向の位置検出は、
ロボットアームをロボット本体を中心として水平主軸回
りに旋回させて、センサの出力が最大となるときの主軸
の角度（θo ）を位置信号Ｙo の代わりに用いてもよ
い。次に、ロボット１の物品把持具１ａの先端とモデル
搬送物６のセンサ７との相対位置のうち残る前後方向
（Ｘ方向）の位置を調べる。このＸ方向の距離は、ロボ
ットの基準信号としてはモデル搬送物６との距離があら
かじめ定めた一定値であればよい。そこで、図７のフロ
ーチャートにおいては、ロボットをＸ方向に前後動させ
てセンサ７の出力Ｖs が設定値Ｖo と等しくなったとこ
ろをＸ方向（前後方向）基準値Ｘo として記憶する。

【００１４】なお、上記図５ないし図７のフローチャー
トにおいてステップ５，５Ａ，１１，１１Ａ，１４，１
６の各判断はセンサ制御回路にメモリとマイクロプロセ
ッサとを設けて行い、結果だけをロボット制御回路に送
信するようにすればセンサ出力そのものをロボット制御
回路まで送信するための時間が短縮できるとともにロボ
ット制御回路５の負担が軽くなる。上記図５ないし図７
のフローチャートによって得た基準位置信号（Ｘo ，Ｙ
o，Ｚo ）をロボットの被搬送物収納装置に対する基準
位置として記憶し、この位置からモデル搬送物６および
センサ７の取付位置と実際の被搬送物の中心との差を補
正するとともに、あらかじめ判明しているカセット３の
物品収納ピッチとスロット数およびモデル搬送物６の設
定位置からカセット３全体の各物品収納スロット毎の位
置データを算出して、搬送時のロボット１の物品把持具
の先端１ａの移動すべき位置データを得ることができ
る。

【００１５】さらに、センサが取り付けられたモデル搬
送物を２個用意して、各モデル搬送物をカセットの異な
るスロットに挿入して、これら２個のモデル搬送物の上
下方向位置Ｚo とＺ1 とを求めると、カセットの物品収
納ピッチを知ることができる。

【００１６】この場合、図５ないし図７のフローチャー
トによって一方のモデル搬送物の中心位置（Ｘo ，Ｙo
，Ｚo ）を求め、他のモデル搬送物に対してはＸo ，
Ｙo は同じであるからＺ方向のみを求めてデータ（Ｘo
，Ｙo ，Ｚ1 ）を得ればよい。この場合、２個のモデ
ル搬送物を挿入した間隔をスロット数ｎで現すとカセッ
トのスロット位置のピッチは（Ｚ1 −Ｚo ）／ｎにより
求められる。

【００１７】さらにまた、前後方向の位置信号Ｘo と基
準値とを比較することにより、カセットに収納されるべ
き搬送物の直径をも知ることができる。通常半導体ウエ
ハは、３インチないし８インチのように定められた数種
類の直径のものを取扱うので、各ウエハの種類ごとに直
径に相当する前後方向位置基準値を設定しておき、測定
された位置Ｘo がこれらのどれに相当するかを判定すれ
ば容易に搬送物の種類（直径）を検知することができ
る。

【００１８】なお、図７のフローチャートのステップ１
８にてＸ方向の基準位置信号を得た後に、再度図５ない
し図７のフローチャートのステップ１ないし１８をくり
かえし、この結果のデータによりステップ１９にて最終
データを算出するようにすると、１回目の操作によりロ
ボット１の物品把持具の先端１ａはほぼセンサに対して
適正な位置にあるので、さらに検出精度を向上させるこ
とができる。上記の各ステップが終了して、基準位置デ
ータの算出が終了すると、モデル搬送物６をカセット３
から取り出して、センサ制御回路８も停止し、通常の搬
送作業の開始が可能となる。

【００１９】なお、上記図５ないし図７のフローチャー
トにおいては、位置検出の順序を上下方向の次に左右方
向を検出するようにしたが、これらは逆の順でもよいの
はもちろんである。また、被搬送物を搬出する場合のみ
でなく、搬入する場合においても搬入位置とロボットと
の相互位置の基準を定めるときにも本発明の方法は適用
できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明のティーチング方法によるとき
は、ロボットまたはカセット取付台を新設，補修，配置
替えなどのために一旦組付状態から外したときや被搬送
物を収納する装置側に変更があったときなどにおいて、
被搬送物の収納位置とロボットとの相対位置を調整教示
するときに、センサを付けたモデル搬送物を装着するだ
けで自動シーケンスによりロボットの収納装置に対する
基準位置信号が得られるので、ティーチング作業が極め
て簡単になるだけでなく、高精度であり、しかも作業者
によるバラツキが生じないので何ら熟練を要しないティ
ーチングが可能となる。さらに組み替え時に調整が手軽
に精度よく行えることから、多品種少量生産にも適した
経済的な生産システムを構築することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の教示方法を実施する装置の例を示す構成
図

【図２】図１の装置に用いられる半導体ウエハのカセッ
トの内部構造の一部を示す拡大図

【図３】本発明の自動教示方法を実施する装置の例を示
す構成図

【図４】図３の実施例におけるカセットの部分の詳細図

【図５】図３および図４の装置によって本発明のティー
チング方法を実施するときのフローチャートの（１）

【図６】図３および図４の装置によって本発明のティー
チング方法を実施するときのフローチャートの（２）

【図７】図３および図４の装置によって本発明のティー
チング方法を実施するときのフローチャートの（３）

【符号の説明】

１ ロボット １ａ 物品把持具（ロボットアームの先端） ２ 被搬送物（半導体ウエハ） ３ カセット（被搬送物収納部） ４ 物品受入側装置 ５ ロボット制御装置 ５ａ ティーチングボックス ５ｂ キーボード ５ｃ 外部コンピュータ ６ モデル搬送物 ７ モデル搬送物６に固定されたセンサ ８ センサ制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 19/42 Ｊ 9064−3Ｈ Ｈ０１Ｌ 21/68 Ａ 8418−4Ｍ Ｆ 8418−4Ｍ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被搬送物を収納する装置から他に搬出しま
   たは他から搬入する搬送用ロボットにおいて、被搬送物
   に代るモデル搬送物を用意し、前記モデル搬送物に前記
   搬送用ロボットの物品把持具の先端との距離に比例した
   信号を出力するセンサを取付け、前記モデル搬送物を前
   記被搬送物を収納する装置のあらかじめ定めた所定位置
   に収納し、前記ロボットの物品把持具の先端を前記モデ
   ル搬送物のセンサの近辺まで任意に移動させた後に、前
   記ロボットの物品把持具を上下方向（Ｚ方向），左右方
   向または水平旋回方向（Ｙ方向），前後方向（Ｘ方向）
   に順次移動させ、各方向の移動時に前記センサの出力が
   最大値または所定値になるときのロボットの位置（Ｘo
   、Ｙo 、Ｚo ）を検知する自動シーケンスを実行さ
   せ、前記検知信号（Ｘo 、Ｙo 、Ｚo ）に基づいて前記
   搬送物を収納する装置の基準位置に対する前記ロボット
   の位置を補正する搬送用ロボットの基準位置自動教示方
   法。
2. 【請求項２】前期被搬送物を収納する装置は、所定の間
   隔で複数の薄い板状の被搬送物を収納するカセットを有
   しており、前記モデル搬送物は前記カセットの複数の物
   品収納位置のうちのあらかじめ定めた特定の位置に収納
   する請求項１に記載の搬送用ロボットの基準位置自動教
   示方法。