(57)【要約】【課題】減速機などの伝達系を用いた搬送装置における異常検出で、減速機の２次側にベルトやプーリを介す水平多関節ロボットのように、負荷側の状態がモータエンコーダに反映されにくいような機構において精度よく異常が検出できなかった。【解決手段】エンコーダ２０２から得られた回転角度からモータ部フィードバック加速度４１２を求め、さらにエンドエフェクタ部に搭載された加速度センサからエンドエフェクタ部フィードバック加速度４１４を求め、さらにエンドエフェクタの位置指令４０７からエンドエフェクタ部加速度指令４０８を求め、これらの差分を用いることによって、伝達系の異常を検出する。【選択図】図４
2010064232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータの回転を伝達する伝達系と、前記伝達系を介して駆動されるアームと、前記アームに設けられてワークを搭載可能なエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを予め決められた位置へ制御するよう前記モータを駆動するコントローラと、からなるロボットシステムにおいて前記伝達系の異常を予め検出する異常検出方法であって、
前記モータのエンコーダから得られる前記モータの回転角度から前記エンドエフェクタのモータ部フィードバック加速度を求め、
前記エンドエフェクタ部に搭載された加速度センサの加速度データからエンドエフェクタ部フィードバック加速度を求め、
前記エンドエフェクタの位置指令からエンドエフェクタ部加速度指令を求め、
前記モータ部フィードバック加速度、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度、前記エンドエフェクタ部加速度指令の差分を用いることによって、前記伝達系の異常を検出することを特徴とするロボットシステムの異常検出方法。
【請求項２】
前記伝達系の異常検出において、前記モータ部フィードバック加速度と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分を監視して、前記差分の値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系のガタおよびすべりが大きくなったと判断することを特徴とする請求項１記載のロボットシステムの異常検出方法。
【請求項３】
前記伝達系の異常検出において、前記エンドエフェクタ部加速度指令と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分の絶対値を、前記エンドエフェクタ部加速度指令の加速指令区間において積分し、前記積分値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系の摩擦が大きくなったと判断することを特徴とする請求項１記載のロボットシステムの異常検出方法。
【請求項４】
前記伝達系の異常検出において、前記エンドエフェクタ部加速度指令と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分の絶対値が、予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記エンドエフェクタ部が外界と衝突したと検出することを特徴とする請求項１記載のロボットシステムの異常検出方法。
【請求項５】
モータと、前記モータの回転を伝達する伝達系と、前記伝達系を介して駆動されるアームと、前記アームに設けられてワークを搭載可能なエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを予め決められた位置へ制御するよう前記モータを駆動するコントローラと、を有し、前記伝達系の異常を予め検出するロボットシステムにおいて、
前記コントローラが、
前記エンドエフェクタ部の位置指令から前記エンドエフェクタ部加速度指令を求めるモーション生成部と、
前記モータのエンコーダから得られる前記モータの回転角度から前記エンドエフェクタのモータ部フィードバック加速度を求めるとともに、前記エンドエフェクタ部に搭載された加速度センサから得られる加速度データからエンドエフェクタ部フィードバック加速度を求めるフィードバック情報取得部と、を備え、
前記エンドエフェクタ部加速度指令と、前記モータ部フィードバック加速度と、前記エンドエフェクタ部加速度から前記伝達系の異常を検出する動作監視部を備えたことを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
前記動作監視部が、前記モータ部フィードバック加速度と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分を監視して、前記差分の値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系のガタおよびすべりが大きくなったと判断することを特徴とする請求項５記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記動作監視部が、前記エンドエフェクタ部加速度指令と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分の絶対値を、前記エンドエフェクタ部加速度指令の加速指令区間において積分し、前記積分値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系の摩擦が大きくなったと判断することを特徴とする請求項５記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記動作監視部が、前記エンドエフェクタ部加速度指令と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分の絶対値が、予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記エンドエフェクタ部が外界と衝突したと検出することを特徴とする請求項５記載のロボットシステム。
【請求項９】
モータと、前記モータの回転を伝達する伝達系と、前記伝達系を介して駆動され、ワークを搭載可能なテーブル部と、前記テーブル部を移動可能に支持するベースと、前記テーブル部を前記ベースに対して予め決められた位置へ制御するよう前記モータを駆動するコントローラと、からなるステージシステムにおいて前記伝達系の異常を予め検出する異常検出方法であって、
前記モータのエンコーダから得られる前記モータの回転角度から前記テーブル部のモータ部フィードバック加速度を求め、
前記テーブル部に搭載された加速度センサの加速度データからテーブル部フィードバック加速度を求め、
前記テーブル部の位置指令からテーブル部加速度指令を求め、
前記モータ部フィードバック加速度、前記テーブル部フィードバック加速度、前記テーブル部加速度指令の差分を用いることによって、前記伝達系の異常を検出することを特徴とするステージシステムの異常検出方法。
【請求項１０】
前記伝達系の異常検出において、前記モータ部フィードバック加速度と、前記ステージ部フィードバック加速度の差分を監視して、前記差分の値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系のガタ、およびすべりが大きくなったと判断することを特徴とする請求項９記載のステージシステムの異常検出方法。
【請求項１１】
前記伝達系の異常検出において、前記ステージ部加速度指令と、前記ステージ部フィードバック加速度の差分の絶対値を、前記ステージ部加速度指令の加速指令区間において積分し、前記積分値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系の摩擦が大きくなったと判断することを特徴とする請求項９記載のステージシステムの異常検出方法。
【請求項１２】
前記伝達系の異常検出において、前記ステージ部加速度指令と、前記ステージ部フィードバック加速度の差分の絶対値が、予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記ステージ部が外界と衝突したと判断することを特徴とする請求項９記載のステージシステムの異常検出方法。
【請求項１３】
モータと、前記モータの回転を伝達する伝達系と、前記伝達系を介して駆動され、ワークを搭載可能なテーブル部と、前記テーブル部を移動可能に支持するベースと、前記テーブル部を前記ベースに対して予め決められた位置へ制御するよう前記モータを駆動するコントローラと、を有し、前記伝達系の異常を予め検出するステージシステムにおいて、
前記コントローラが、
前記テーブル部の位置指令から前記テーブル部加速度指令を求めるモーション生成部と、
前記モータのエンコーダから得られる前記モータの回転角度から前記テーブル部のモータ部フィードバック加速度を求めるとともに、前記テーブル部に搭載された加速度センサから得られる加速度データからテーブル部フィードバック加速度を求めるフィードバック情報取得部と、を備え、
前記テーブル部加速度指令と、前記モータ部フィードバック加速度と、前記テーブル部加速度から前記伝達系の異常を検出する動作監視部を備えたことを特徴とするステージシステム。
【請求項１４】
前記動作監視部が、前記モータ部フィードバック加速度と、前記テーブル部フィードバック加速度の差分を監視して、前記差分の値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系のガタおよびすべりが大きくなったと判断することを特徴とする請求項１３記載のステージシステム。
【請求項１５】
前記動作監視部が、前記テーブル部加速度指令と、前記テーブル部フィードバック加速度の差分の絶対値を、前記テーブル部加速度指令の加速指令区間において積分し、前記積分値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系の摩擦が大きくなったと判断することを特徴とする請求項１３記載のステージシステム。
【請求項１６】
前記動作監視部が、前記テーブル部加速度指令と、前記テーブル部フィードバック加速度の差分の絶対値が、予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記テーブル部が外界と衝突したと検出することを特徴とする請求項１３記載のステージシステム。
【請求項１７】
請求項５乃至８いずれかに記載のロボットシステムを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１８】
請求項１３乃至１６いずれかに記載のステージシステムを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速機、ベルト、プーリ等の伝達系を介してアームなどの負荷にモータトルクを伝達する搬送システムにおいて、これら伝達系の異常を検出する異常検出装置および方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置に限ったことではないが、半導体製造における稼働率低下を避けるため、ＭＴＴＲ（ＭｅａｎＴｉｍｅＴｏＲｅｐａｉｒ）のような指標に代表されるダウンタイムを極力小さくすることが求められる。このために、装置が故障する前に予め計画的ダウンタイムを取得し、装置メンテナンスを行うことが重要であるが、装置自身が自己の劣化状態を認識し、異常と認識すればそれを通知するということが求められている。そのために、従来の異常検出方法は、モータへの指令とモータエンコーダからのフィードバック速度やトルクとを比較することで異常かどうかの判定をしている（例えば、特許文献１参照）。
図１０が従来の異常判定装置及びその周辺の機器のブロック図である。図１０において、減速機２０３は、負荷２０６を駆動するモータ２０１と負荷２０６との間に設けられ、モータ２０１の回転数を落とすことによりトルクを強めてモータ２０１の回転駆動力を負荷２０６に伝達する。モータ２０１には、モータの回転動作を検出する検出器であるエンコーダ２０２が備えられていて、エンコーダ２０２の出力するフィードバック信号に基づいてモータ２０１の制御をする制御器３０４を有している。
この装置において、モータ２０１に加えるトルクをモニタしたトルク信号は、モータ２０１の加速時及び減速時には大きく緩やかに変化をするが、定常速度の状態では、あまり大きくは変化しない。そして、モータ２０１に接続された減速機２０３に異常があると、トルク信号に振動成分が重畳する。そのため、定常速度の状態のときのトルク信号を観察することにより、モータ２０１に接続された減速機２０３の異常を検出することができる。
このように、トルク信号においては、定常速度のとき、減速機２０３固有の振動成分が観察される。そして、減速機２０３が異常をきたすと、その振動成分が極端に大きくなるので、予め設定されたトルク上限閾値または、トルク下限閾値を超えた場合、または予め設定されたトルク変動幅を超えた場合に減速機２０３を異常と見なすことができる。動作監視部３０６は減速機２０３を異常と判定した場合、外部へアラームを出力する。
このように、従来の異常検出方法では、モータへの指令とモータエンコーダからのフィードバック速度やトルクのみを使用して異常かどうかの判定をする、という手順がとられていた。
【特許文献１】特開２００６−１０２８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の異常検出方法では、モータエンコーダからのフィードバックによって異常かどうか判定するという手順をとっているので、減速機の２次側にベルトやプーリを介すロボットのように、負荷側の状態がモータエンコーダに反映されにくいような機構においては精度よく異常検出ができないという問題があった。また、加速、減速のときには異常検出ができないという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、減速機の２次側にベルトやプーリを介すロボットのように、負荷側の状態がモータエンコーダに反映されにくいような機構においても精度よく減速機、ベルト、プーリ、および軸受けの伝達系の異常検出する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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、モータと、前記モータの回転を伝達する伝達系と、前記伝達系を介して駆動されるアームと、前記アームに設けられてワークを搭載可能なエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを予め決められた位置へ制御するよう前記モータを駆動するコントローラと、からなるロボットシステムにおいて前記伝達系の異常を予め検出する異常検出方法であって、前記モータのエンコーダから得られる前記モータの回転角度から前記エンドエフェクタのモータ部フィードバック加速度を求め、前記エンドエフェクタ部に搭載された加速度センサの加速度データからエンドエフェクタ部フィードバック加速度を求め、前記エンドエフェクタの位置指令からエンドエフェクタ部加速度指令を求め、前記モータ部フィードバック加速度、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度、前記エンドエフェクタ部加速度指令の差分を用いることによって、前記伝達系の異常を検出することを特徴とするロボットシステムの異常検出方法とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記伝達系の異常検出において、前記モータ部フィードバック加速度と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分を監視して、前記差分の値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系のガタおよびすべりが大きくなったと判断することを特徴とする請求項１記載のロボットシステムの異常検出方法とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記伝達系の異常検出において、前記エンドエフェクタ部加速度指令と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分の絶対値を、前記エンドエフェクタ部加速度指令の加速指令区間において積分し、前記積分値が予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記伝達系の摩擦が大きくなったと判断することを特徴とする請求項１記載のロボットシステムの異常検出方法とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記伝達系の異常検出において、前記エンドエフェクタ部加速度指令と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分の絶対値が、予め設定された閾値よりも大きくなった場合に前記エンドエフェクタ部が外界と衝突したと検出することを特徴とする請求項１記載のロボットシステムの異常検出方法とするものである。
また、請求項５乃至８に記載の発明は、上記請求項１乃至４の異常検出方法を適用したロボットシステムとするものである。
また、請求項９乃至１２に記載の発明は、上記請求項１乃至４の異常検出方法をステージシステムに適用したものである。
また、請求項１３乃至１６に記載の発明は、上記請求項９乃至１２の異常検出方法を適用したステージシステムとするものである。
また、請求項１７に記載の発明は、請求項５乃至８いずれかに記載のロボットシステムを備えたことを特徴とする半導体製造装置とするものである。
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１３乃至１６いずれかに記載のステージシステムを備えたことを特徴とする半導体製造装置とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１〜３に記載の発明によると、エンコーダから得られた回転角度からモータ部フィードバック加速度を求め、さらに前記エンドエフェクタ部に搭載された加速度センサからエンドエフェクタ部フィードバック加速度を求め、さらに前記エンドエフェクタの位置指令からエンドエフェクタ部加速度指令を求め、モータ部フィードバック加速度と、エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分を監視して伝達系のガタ、およびすべりがおおきくなったことを検出することができ、エンドエフェクタ部加速度指令とエンドエフェクタ部フィードバック加速度の加速度の差分の絶対値の加速指令区間での積分値を監視することで、伝達系の摩擦の増大を検出することができる。つまり、減速機の２次側にベルトやプーリを介す水平多関節ロボットのように、負荷側の状態がモータエンコーダに反映されにくいような機構においても精度よく減速機、ベルト、プーリ、および軸受けの伝達系の異常を検出することができ、かつ、加速、減速のときにも異常を検出することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、エンドエフェクタ部加速度指令と、前記エンドエフェクタ部フィードバック加速度の差分の絶対値を監視することで、エンドエフェクタ部が外界と衝突したことを検出することが同時に可能である。
また、請求項５乃至８に記載の発明によると請求項１乃至４の効果を実現するロボットシステムが構築可能である。
また、請求項９乃至１６に記載の発明によると、請求項１乃至８記載と同様の効果をステージシステムにても得ることができる。
また、請求項１７または１８に記載の発明によると、搬送システムの異常を予め検知して装置のダウンタイムを小さくすることができる半導体製造装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明が適用される水平多関節ロボット１の図である。図１（ａ）はロボットの外観を示す斜視図であり、図１（ｂ）はロボットの上面図である。図１において水平多関節ロボット１は図示しない半導体製造装置の基台などにベース１０１によって固定されている。水平多関節ロボット１は、ベース１０１からフレーム１０２が鉛直方向に昇降可能に固定されており、その上に第１アーム１０３、さらに第１アーム１０３の先端上に第２アーム１０４が固定されている。第２アーム１０４の先端上にはエンドエフェクタ１０５が固定されている。
水平多関節ロボット１は、第１アーム１０３をフレーム１０２に対して回転させ、また第２アーム１０４を第１アーム１０３に対して回転させ、またエンドエフェクタ１０５を第２アーム１０４に対して回転させることによって、エンドエフェクタ１０５の位置を制御する。エンドエフェクタ１０５にはウェハＷや液晶基板などのワークが搭載されて、これが所望の位置へ搬送される。
さらに本実施例では、このエンドエフェクタ１０５に加速度センサ１０６が搭載されている。この加速度センサ１０６は少なくとも図中ＸＹ方向の加速度を計測できるものであり、加速度センサ１０６によってエンドエフェクタ１０５のＸＹ方向の加速度を直接的に計測することができる。
【０００８】
図２は水平多関節ロボット１の駆動部構成を示す概念図であり、ここでは例えば第１アーム１０３の駆動部構成を示す。フレーム１０２内に納められたモータ２０１にはエンコーダ２０２が搭載されており、モータ２０１の回転角度を検出することが可能である。モータ２０１には減速機２０３が接続され、モータ２０１の回転が減速されてプーリを介してベルト２０４に伝達される。ベルト２０４の駆動により、プーリ２０５が駆動され、プーリ２０５と接続された第１アーム１０３が駆動される。同様の構成により第２アーム１０４も駆動される。
本発明では、これらの減速機２０３、ベルト２０４、プーリ２０５の経年変化、および故障を、エンドエフェクタ１０５に搭載された加速度センサ１０６によって検出する方法を示す。
【０００９】
図３、図４は水平多関節ロボット１を駆動するシステムにおける、コントローラ３と水平多関節ロボット１の機能ブロック図である。これらの動作指令部３０１，モーション生成部３０２，指令払い出し部３０３，制御器３０４，フィードバック情報取得部３０５，動作監視部３０６は、コントローラ３に設けられた図示しないＣＰＵなどの演算装置内に記述されたソフトウエアによって実行されることが多い。
動作指令部３０１によって、水平多関節ロボット１がある動作を行うような命令が発動されると、モーション生成部３０２にてエンドエフェクタ１０５が予め定められた軌道を、予め決められた加速度、速度にて通るようにエンドエフェクタ部位置指令（ＸＹ座標）４０７が演算される。ＸＹ座標は制御点であるエンドエフェクタ１０５が動作する空間の座標である。この結果が指令払い出し部３０３に伝達され、指令払い出し部３０３が座標変換部４０３によってモータ部位置指令（モータ座標）４０９を生成し、制御器３０４に指令として伝達する。モータ座標は各アームを駆動する各モータ自身の回転角の座標である。制御器３０４ではモータ２０１が指令どおり動作するようにフィードバック制御が行われ、エンコーダ２０２から得られる位置情報を元にモータ２０１の電流を制御するものである。
【００１０】
本発明においては、モーション生成部３０２内における指令加速度演算部４０２  においてエンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８を演算し、動作監視部３０６へ伝達する。指令加速度演算部４０２での演算は、エンドエフェクタ部位置指令（ＸＹ座標）を差分してエンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８を求める方法などが良く知られた方法である。
また、指令払い出し部３０３においてはモータ部位置指令（モータ座標）４０９からモータ部速度指令（モータ座標）４１０を演算し、同様に動作監視部３０６へ伝達する。
さらにフィードバック情報取得部３０５においては、第１アーム１０３，第２アーム１０４を駆動するそれぞれのモータ２０１に設置されたエンコーダ２０２から位置情報を取得し、モータフィードバック加速度演算部４０５においてモータ部フィードバック加速度（モータ座標）４１１を演算する。同時にモータフィードバック加速度演算部  ４０５においてはモータ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１２をエンコーダ２０２から得られた位置情報を基に演算する。この場合の演算にはエンコーダ２０２から得られた位置情報を運動学における順変換を行った後に、差分演算するなどしてモータ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１２を求める必要がある。
さらに、指令払い出し部３０３においては加速度センサフィードバック加速度演算部  ４０６において、エンドエフェクタ１０５に設けられた加速度センサ１０６からのエンドエフェクタ部加速度センサ入力（ＸＹ座標）４１３を変換し、エンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４を求める。これば例えばエンドエフェクタ部加速度センサ入力（ＸＹ座標）４１３がアナログ電圧を示す信号などであり、物理的に意味のある信号へ加速度センサフィードバック加速度演算部４０６が変換する処理である。
これらの複数の処理によって得られたモータ部速度指令（モータ座標）４１０、モータ部フィードバック加速度（モータ座標）４１１、モータ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１２、エンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８、エンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４を用いて、以下のように動作監視部３０６にて伝達機構の経年変化、故障、および水平多関節ロボット１の外界との衝突を検出する。
【００１１】
図５から図９を用いて動作監視部３０６にて行う異常判断について説明する。
まず、モータ部速度指令（モータ座標）４１０およびモータ部フィードバック加速度（モータ座標）４１１を用いて、減速機２０３の異常を減速機異常判断部５０２において判断する。図６は、減速機異常判断部５０２の処理手順を示すグラフである。
すなわち、減速機異常判断部５０２において、モータ部速度指令（モータ座標）４１０およびモータ部フィードバック加速度（モータ座標）４１１を用い、モータ部速度指令（モータ座標）４１０の定速区間６０１においてモータ部フィードバック加速度（モータ座標）４１１を観察し、それが定速時加速度変動幅６０４の定速時加速度上限６０２または定速時加速度下限６０３をこえた場合に減速機が異常であると判断する。
【００１２】
次に第１伝達機構異常判断部５０３においてモータ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１２、およびエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４から伝達系の異常を検出する方法について説明する。減速機２０３、ベルト２０４、プーリ２０５などの伝達系統のガタや、ベルト２０４の伸び、すべりが生じてくると、動作の伝達の元であるモータ２０１での加速度と、伝達先であるエンドエフェクタ１０５での加速度に時間差が生じる。この時間差は図７に示すように、加速度の差となってそのまま現れる。図７は第１伝達機構異常判断部５０３の判断方法を示すグラフである。
したがって、第１アーム１０３、第２アーム１０４のそれぞれのエンコーダ２０２から得られた位置情報から演算されたモータ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１２と、エンドエフェクタ１０５での加速度であるエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４の差がある設定された閾値よりも大きくなれば、伝達元の加速度と伝達先の加速度の時間遅れがある値よりも大きくなったということを意味し、減速機２０３、ベルト２０４、プーリ２０５などの伝達系統のガタ、もしくは、ベルト２０４の伸び、すべりなどを検出できる。
すなわち、
（モータ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１２）−（エンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４）  ＜  （フィードバック加速度差下限７０２）
または、
（モータ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１２）−（エンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４）  ＞  （フィードバック加速度差上限７０１）
ならば、減速機２０３、ベルト２０４、プーリ２０５のガタが大きい、またはベルト２０４の伸び、すべりが大きいと判断する。これによって、減速機２０３、ベルト２０４、プーリ２０５の劣化が検出可能となるのである。
【００１３】
次に、衝突検出部５０４において水平多関節ロボット１のエンドエフェクタ１０５部と外界との衝突が発生したことを検出する方法を説明する。従来、衝突時の検出はエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４がある設定された値よりも大きくなった場合に衝突を検出しており、この方法では、エンドエフェクタ１０５が加速または減速されている場合にこの加減速を誤って検出しないように閾値の設定を十分に大きく取るか、加減速中には衝突検出を行わないようにするなどの対策をとる必要があった。
図８は動作監視部３０６における衝突検出部５０４の判断方法を示すグラフである。なお、図８はエンドエフェクタが動作している方向について衝突した場合のグラフを示しているが、実際に衝突した場合にはエンドエフェクタ１０５部にてエンドエフェクタが動作していない方向にも加速度が発生することが多い。
衝突時には、エンドエフェクタ１０５部に明らかにエンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８とは異なる加速度が発生する。したがって本発明では、エンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８とエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４の差がある設定された値よりも大きくなったことを検出することで、エンドエフェクタ１０５部の外界との衝突を容易に検出することを可能にしている。ただし、エンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８とエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４に時間差が生じることは電気的、機械的に当然のことである。したがって、衝突検出部５０４内ではエンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８を予め定められただけ時間を遅らせてエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４と比較するものとする。これを図５に時間遅れ補正部５０１として示している。
すなわち、
（エンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８）−（エンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４）  ＜  （指令−フィードバック加速度差下限８０２）
または、
（エンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８）−（エンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４）  ＞  （指令−フィードバック加速度差上限８０１）
ならば、エンドエフェクタ１０５部が外界と衝突したということが検出可能となるのである。
【００１４】
次に、第２伝達機構異常判断部５０５において、モータ２０１や、減速機２０３、プーリ２０５に組み込まれた軸受けの潤滑切れや経年変化により、摩擦が増大してきたことを検出する方法を説明する。
図９は第２伝達機構異常判断部５０５の判断方法を示すグラフである。摩擦が増大してくると、図９のようにエンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８とエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４の間に差が生じるか、或いは、エンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８とエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４の関係が、図７のモータ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１２とエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４の関係のように時間差が生じてくる。しかしながら、いずれの場合にも伝達系の破損でない限りはこの変動はわずかなものである。
本発明ではこれを検出するため、加速区間９０１のみでのエンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８とエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４の差の積分値を使用する。これによって、時間的な差がなくてエンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８とエンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４に差が生じた場合であっても、時間差を持った場合であっても加速区間９０１のみでの差を評価し、かつ積分を利用することによって、わずかな変化を検出可能である。なお、図９には記載していないが、減速区間においても同様の検出を行うことは当然のことである。
すなわち、
Σ｛（エンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）４０８）−（エンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）４１４）｝＾２  ＞  積分値上限
ならば、軸受け摩擦が増大しているということを検出できるのである。
【００１５】
このように、本発明ではエンドエフェクタ１０５部に取付けられた加速度センサにて得られた加速度を使用し、かつ、指令加速度や、伝達元であるモータ位置での加速度との差を取るという手順をとるので、減速機の２次側にベルトやプーリを介すロボットのような負荷側の状態がモータエンコーダに反映されにくいような機構においても精度よく異常検出することが可能となる。
また、加速度センサの値を直接的に使用するのではなく、参照信号となる指令加速度や、モータ位置での加速度との差を取るという手順を取るために、加減速中の信号を利用しても精度よく異常を検出することが可能となる。
【００１６】
なお、エンドエフェクタ部に取付けられた加速度センサを、本発明で説明した目的のほかに、動作性能の向上のために兼用しても良いことはもちろんのことである。
また、本実施例ではアームは第１アームおよび第２アームについての場合についてのみ説明したが、本発明がアームの数によらず有効であることはもちろんのことであり、アームが単数の場合であっても、多数の場合であっても適用可能であることは言うまでもない。
さらに、本発明では加速度センサをエンドエフェクタ部にのみ搭載して、モータからエンドエフェクタまでの途中の伝達系についての異常を検出する説明を行ったが、複数の加速度センサを使用してそれぞれにおいて計算される加速度フィードバック、加速度指令から同様の異常検出を行っても同様の結果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明では、ＸＹ座標における指令加速度、フィードバックから得られたＸＹ座標での加速度、およびエンドエフェクタ部に設置された加速度センサから得られたＸＹ座標での加速度を比較し異常を検出するという手順をとるため、実施例のような水平多関節ロボット以外にもボールネジやリニアモータを用いたステージ装置のような直動機構において、可動テーブルに設置された加速度センサからＸＹ座標での加速度を取得し、設定された閾値との比較を上記実施例と同様に行うことによって、ボールネジ部分のガタやリニアガイド部の摩擦の増大を検出できるため、このような直動機構における加速度センサを用いた異常検出という用途にも適用できる。この場合にも同様に、可動テーブルが単数であっても、多段に積層された場合であっても、同様の効果が得られることはもちろんのことである。
つまり、本実施例では、複数のアームを有するロボットに本発明を適用しているが、半導体製造装置に使用されるステージシステムに適用しても良い。ステージシステムは、ベースと、ベースに敷設されたリニアガイドによって直動案内されるテーブルと、テーブルを駆動するモータを制御するコントローラとで構成され、テーブルの位置が制御されることでテーブル上に搭載したワークを搬送する。ステージシステムは、ボールネジによる伝達系でモータ回転力を伝達してステージを駆動する。そして、上記実施例のようにテーブルに加速度センサを搭載する。このテーブルを予め決められた動作通りに駆動するために、テーブルを駆動するモータに電流を与えて駆動し、かつモータに設置されたエンコーダにて回転角度を検出し、フィードバック制御を行う。そして、上記実施例と同様にエンコーダから得られた回転角度からモータ部フィードバック加速度を求め、さらにテーブルに搭載された加速度センサからテーブル部のフィードバック加速度を求め、さらにテーブル部の加速度指令を求め、モータ部フィードバック加速度、テーブル部フィードバック加速度、テーブル部加速度指令の差分を用いることによって、前記伝達系の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用する水平多関節ロボット１の構成例を示す図
【図２】本発明を適用する水平多関節ロボット１の駆動構成を示す概念図
【図３】本発明を適用する水平多関節ロボット１を制御するコントローラ３の機能ブロック図
【図４】本発明を説明するコントローラ３の詳細機能図
【図５】本発明のコントローラ３の動作監視部３０６における処理を示す図
【図６】本発明の減速機異常判断部５０２の処理手順を示すグラフ
【図７】本発明の第１伝達機構異常判断部５０３の判断方法を示すグラフ
【図８】本発明の衝突検出部５０４の判断方法を示すグラフ
【図９】本発明の第２伝達機構異常判断部５０５の判断方法を示すグラフ
【図１０】従来の異常判定装置及びそのブロック図
【符号の説明】
【００１９】
１      水平多関節ロボット
１０１  ベース
１０２  フレーム
１０３  第１アーム
１０４  第２アーム
１０５  エンドエフェクタ
１０６  加速度センサ
２０１  モータ
２０２  エンコーダ
２０３  減速機
２０４  ベルト
２０５  プーリ
２０６  アーム
３０１  動作指令部
３０２  モーション生成部
３０３  指令払い出し部
３０４  制御器
３０５  フィードバック情報取得部
３０６  動作監視部
３０７  負荷
４０１  動作軌道生成部
４０２  指令加速度演算部
４０３  座標変換部
４０４  指令速度演算部
４０５  モータフィードバック加速度演算部
４０６  加速度センサフィードバック加速度演算部２
４０７  エンドエフェクタ部位置指令（ＸＹ座標）
４０８  エンドエフェクタ部加速度指令（ＸＹ座標）
４０９  モータ部位置指令（モータ座標）
４１０  モータ部速度指令（モータ座標）
４１１  モータ部フィードバック加速度（モータ座標）
４１２  モータ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）
４１３  エンドエフェクタ部加速度センサ入力（ＸＹ座標）
４１４  エンドエフェクタ部フィードバック加速度（ＸＹ座標）
５０１  時間遅れ補正部
５０２  減速機異常判断部
５０３  第１伝達機構異常判断部
５０４  衝突検出部
５０５  第２伝達機構異常判断部
６０１  定速区間
６０２  定速時加速度上限
６０３  定速時加速度下限
６０４  定速時加速度変動幅
７０１  フィードバック加速度差上限
７０２  フィードバック加速度差下限
８０１  指令−フィードバック加速度差上限
８０２  指令−フィードバック加速度差下限
９０１  加速区間
９０２  指令−フィードバック加速度の加速区間積分値
９０３  指令−フィードバック加速度の加速区間積分値上限
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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