(57)【要約】【課題】薄型ガラス基板等を搬送する産業用ロボットにおいて、制御軸数を増やす事無く、安価な方法で、上下軸の姿勢変化によるガラス基板の角度変化量を最少にする産業用ロボットを提供。【解決手段】基台０上の第１軸ａに回転移動する第１リンク 1・1と、基台０上に固定されたブラケット 0・1上の第２軸ｂにに回転自在に支持された第１補助リンク 1・2とが第１の平行４辺形を構成し、第１リンク 1・1先端部の第３軸ｃとに回転移動する第２リンク 2・1と、第１ヒンジ１上の第５軸ｅに回転自在に支持された第２補助リンク 2・2とが第２の平行４辺形を構成し、複数の平行四辺形リンクを直列に並べた形態で構成される上下軸において、１つ以上のリンク1・1、2・1 又は補助リンク1・2、2・2 の長さを意図的に短くし、又は、平行四辺形を成す１つの軸 a〜ｆの軸位置を意図的に変更した。【選択図】図１
2007160413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台、基台に第１水平軸の回りに回転可能に支持された第１リンク、基台にブラケットを介して第２水平軸の回りに回転可能に支持された第１補助リンク及び第１リンクと第１補助リンクの各他端に回転可能に支持された第１ヒンジが第１平行四辺形を構成し、第１リンク他端に前記第３水平軸の回りに回転可能に支持された第２リンク、前記第１ヒンジに第４水平軸の回りに回転可能に支持された第２補助リンク及び第２リンクと第２補助リンクの各他端に回転可能に支持された第２ヒンジが第２平行四辺形を構成する、複数の平行四辺形リンクを直列に並べた形態で構成される上下軸において、平行四辺形を成す１つの軸の軸位置を意図的に変更した事を特徴とする産業用ロボット。
【請求項２】
前記平行四辺形を成す１つの軸の軸位置の意図的な変更量を調節できる事を特徴とする請求項１記載の産業用ロボット。
【請求項３】
基台、基台に第１水平軸の回りに回転可能に支持された第１リンク、基台にブラケットを介して第２水平軸の回りに回転可能に支持された第１補助リンク及び第１リンクと第１補助リンクの各他端に回転可能に支持された第１ヒンジが第１平行四辺形を構成し、第１リンク他端に前記第３水平軸の回りに回転可能に支持された第２リンク、前記第１ヒンジに第４水平軸の回りに回転可能に支持された第２補助リンク及び第２リンクと第２補助リンクの各他端に回転可能に支持された第２ヒンジが第２平行四辺形を構成する、複数の平行四辺形リンクを直列に並べた形態で構成される上下軸において、１つ以上のリンク又は補助リンクの長さを意図的に短くした事を特徴とする産業用ロボット。
【請求項４】
基台、基台に第１水平軸の回りに回転可能に支持された第１リンク、基台にブラケットを介して第２水平軸の回りに回転可能に支持された第１補助リンク及び第１リンクと第１補助リンクの各他端に回転可能に支持された第１ヒンジが第１平行四辺形を構成し、第１リンク他端に前記第３水平軸の回りに回転可能に支持された第２リンク、前記第１ヒンジに第４水平軸の回りに回転可能に支持された第２補助リンク及び第２リンクと第２補助リンクの各他端に回転可能に支持された第２ヒンジが第２平行四辺形を構成する、複数の平行四辺形リンクを直列に並べた形態で構成される上下軸において、１つ以上のリンク又は補助リンクの長さを意図的に短くし、かつ平行四辺形を成す１つの軸の軸位置を意図的に変更した事を特徴とする産業用ロボット。
【請求項５】
前記第１補助リンク及び第２補助リンクの長さをそれぞれ約1/1000だけ、前記第１リンク及び第２リンクの長さより短くし、かつ前記第２水平軸の上下方向Ｚ軸軸位置の意図的な変更量を調節できる事を特徴とする請求項４記載の産業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型ガラス基板等を搬送する産業用ロボットの上下軸構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型ガラス基板等を搬送する産業用ロボットにとって、ガラス基板を水平な状態で多段収納するためのカセットと呼ばれる棚状の容器に、ガラスを出し入れする事が重要な作業となる。この作業はクリーンルーム内で行われるが、クリーンルーム設備のコストを抑えるには省スペース化が大きな意味を持ち、即ちカセット内のガラス間ピッチを極力小さくし、カセット１個当りのガラス基板収納枚数を多くすることで、設備の容積を極力小さくする事が求められる。その為、ロボットには上下方向に狭い空間内でガラス基板を水平方向に直線に近い軌跡でガラス基板を搬送する事が求められる。
【特許文献１】特開2002−326182号公報
【非特許文献１】株式会社安川電機カタログ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、ガラス基板を搬送する産業用ロボットの一般的な形態として平行四辺形を直列に配置した上下軸上に旋回軸、前後軸を搭載している。この形態のロボットの場合、上下軸の姿勢が変化する事により各関節に作用するトルクと各リンクに作用する力が変化し、従って、構造部材の変形量が変化する。この為、上下軸の姿勢が変化すると、上下軸上に搭載されている旋回軸、前後軸、及び先端軸に位置するガラス基板の地面に対する角度が一定に保てず、カセット内のガラスピッチの拡大を招く。特許文献２では、この問題を解決する為に、前後軸、またはハンド取付部に重力方向のたわみを補正する制御軸を設けて、上下軸のたわみに応じてガラス基板の姿勢角度を制御している例がある。しかしながら、特許文献２のものでは、制御軸数が増える為、ロボット自身のコストが高価になるという課題があり、また、関節部が増える為、剛性が下がり、振動が発生するという課題もあった。
【０００４】
本発明の課題は、薄型ガラス基板等を搬送する産業用ロボットにおいて、制御軸数を増やす事無く、安価な方法で、上下軸の姿勢変化によるガラス基板の角度変化量を最少にする産業用ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため本発明によると、基台、基台に第１水平軸の回りに回転可能に支持された第１リンク、基台にブラケットを介して第２水平軸の回りに回転可能に支持された第１補助リンク及び第１リンクと第１補助リンクの各他端に回転可能に支持された第１ヒンジが第１平行四辺形を構成し、第１リンク他端に前記第３水平軸の回りに回転可能に支持された第２リンク、前記第１ヒンジに第４水平軸の回りに回転可能に支持された第２補助リンク及び第２リンクと第２補助リンクの各他端に回転可能に支持された第２ヒンジが第２平行四辺形を構成する、複数の平行四辺形リンクを直列に並べた形態で構成される上下軸において、１つ以上のリンク又は補助リンクの長さを意図的に短くし、又は、平行四辺形を成す１つの軸の軸位置を意図的に変更した事を特徴とする産業用ロボットよって上記本発明の課題を解決した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、複数の平行四辺形リンクを直列に並べた形態で構成される上下軸において、１つ以上のリンク又は補助リンクの長さを意図的に短くし、又は、平行四辺形を成す１つの軸の軸位置を意図的に変更したことにより、薄型ガラス基板等を搬送する産業用ロボットにおいて、制御軸数を増やす事無く、安価な方法で、上下軸の姿勢変化によるガラス基板の角度変化量を最少にする産業用ロボットを提供するものとなった。
【０００７】
即ち、無重力空間であれば、旋回軸、前後軸を搭載する上下軸のリンク部材が常に平行に移動する基本寸法を有した平行四辺形リンクで構成される上下軸において、重力が作用する空間で生じる構造部材の変形量を予測して、例えば基本寸法の1/1000以下という十分小さな範囲において、請求項１に示すように、平行四辺形の１つの支点位置を変更する。あるいは、請求項３に示すように平行四辺形を構成する１つ以上のリンク長さを短くする事によって、上下軸の姿勢変化による旋回軸、前後軸の姿勢角度の変化量を実用上支障の無い大きさまで最少化する。また、上下軸リンク部材の加工寸法のバラツキによって生じる上下軸上に搭載された旋回軸、前後軸の姿勢角度の変化を抑制する為に、請求項２に示すように平行四辺形の１つの支点位置を、例えば基本寸法の1/1000以下という十分小さな範囲において任意の位置に調節できる構造を与えることにより、同様に、上下軸リンク部材の加工寸法のバラツキに起因する上下軸の姿勢変化による旋回軸、前後軸の姿勢角度の変化量を実用上支障の無い大きさまで最少化するものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施形態で使用する産業用ロボットの概略側面ブロック図で、２個の平行四辺形リンクを直列に配置して、旋回軸と前後軸をその上に搭載する部材ヒンジ２が、地面に対する角度を一定に保ったまま上下に移動する産業用ロボットの上下軸の概念を示す。図２は図１の実施形態で使用する産業用ロボットにおいて、各リンク及び各補助リンクの長さが基本寸法に対し±0.01% 、基台、基台に固定されたブラケット及び各ヒンジの長さが基本寸法に対し0.05% の範囲でばらつき得る場合の、上下軸の姿勢変化角度(rad) によるガラス基板の実角度変化量θ3 realを測定した測定値を示すグラフ。図３は図２の上下軸の姿勢変化角度(rad) によるガラス基板の実角度変化量θ3 realを測定した測定値を示す上下軸に対し、第１リンクの寸法を基本寸法 Labに対しΔL ab= (Lab/ 3000) だけ短くし、同様に第２リンクの寸法を基本寸法 Legに対しΔL eg = (L ab/ 3000) だけ短くすることによって、各部材に誤差がない場合は、図２の実線が図３の実線に示す様に改善され、更に図２の破線で表された状態になるリンク誤差があった場合、具体的には基台とブラケットの間にシムを設けるなどして、第２軸ｂの上下方向位置を基本高さLzabに対しΔLzab＝(Lz ab/1000 ×α）だけ上昇させると、図３の破線の状態に改善され、また図２に一点鎖線破線表された状態になるリンク誤差があった場合、第２軸ｂの上下方向位置を基本高さLzabに対しΔLzab＝(Lz ab/1000 ×β）だけ下降させると、図３の１点差線の状態に改善されることを示す。
【０００９】
本発明の実施形態で使用する産業用ロボットは、地面に固定される基台０が在り、基台０上の軸である第１軸ａに回転力を発生する減速機を介して固定され回転移動する第１リンク 1・1が在り、基台０上に固定されたブラケット 0・1上の第２軸ｂに軸受を介して第２軸ｂに回転自在に支持された第１補助リンク 1・2が在り、第１補助リンク 1・2の長さ Lbdが第１リンク 1・1の長さ Lａc と同程度であり、第１リンク 1・1先端部の第３軸ｃと第１補助リンク 1・2先端部の第４軸ｄにそれぞれ軸受けを介して回転自在に支持された第１ヒンジ１があり、第３軸ｃと第４軸ｄの軸間距離 Lcdは第１軸ａと第２軸ｂの軸間距離 Labと同程度であり、第１ヒンジ１上の第３軸ｃに回転力を発生する減速機を介して固定され回転移動する第２リンク 2・1が在り、第１ヒンジ１上の第５軸ｅに軸受を介して回転自在に支持された第２補助リンク 2・2が在り、第２補助リンク 2・2の長さ Legと第２リンク 2・1の長さ Lcfが同程度であり、第２リンク 2・1先端部の第６軸ｆと第２補助リンク 2・2先端部の第７軸ｇにそれぞれ軸受を介して回転自在に支持された第２ヒンジ２が在り、第６軸ｆと第７軸ｇの軸間距離 Lfgと第３軸ｃと第５軸ｅの軸間距離 Lceが同程度であり、第１リンク 1・1の基台０に対する回転角度θ１と第２リンク 2・1の第２ヒンジ２に対する回転角度θ２が、θ１が０rad から２／πrad の範囲でθ１＝−θ２で様に制御されて第２ヒンジ２を上下方向に平行移動する。
【００１０】
この形態の上下軸において、基台０と各ヒンジ部材と各リンク部材の基本寸法に対し、加工誤差による意図しない変化量、或いは後述のたわみ角度を補正する為の意図的な変化量を与えた場合、無重力空間における任意姿勢での第２ヒンジ２の地面に対する角度θ３は、以下の式によって現される。（ここで、第１リンク 1・1の基台０に対する回転角度をθ１、第２リンク 2・1の第２ヒンジ２に対する回転角度をθ２、第２ヒンジ２の地面に対する角度をθ３、 Lxyを軸ａ〜ｇのいずれか２軸間の長さとし、LZxy,LXxy をそれぞれ長さ Lxyの上下方向Ｚ軸方向成分、横方向Ｘ軸方向成分とし、△ Lxyを軸ａ〜ｇのいずれか２軸間の加工誤差による意図しない変化量、或いはたわみ角度を補正する為の意図的な変化量長さとし、△LZxy，△LXxyをそれぞれ長さ LxyのＺ軸方向成分、Ｘ軸方向成分の軸ａ〜ｇのいずれか２軸間の加工誤差による意図しない変化量、或いはたわみ角度を補正する為の意図的な変化量長さとする）。
【００１１】
〔計算式〕
θ3 = ｆ( θ1 ) 
=tan -1((Lzcd±Δ Lz cd)/(Lx cd±ΔLxcd))- tan -1((Lzab±ΔLzab) 
/(Lx ab±ΔLxab)) + tａn -1((Lzfg±ΔLzfg )/(Lxfg±ΔLxfg))
- tan -1((Lz ce±ΔLzce)/(Lx ce±ΔLxce))
ここで、
Lz cd=(Lzab±ΔLzab)-(Lz ac±ΔLzac) 
Lx cd=(Lxab±ΔLxab)-(Lx ac±ΔLxac) 
なお、 Lz ad =(Lbd±ΔL bd)*Sin(Tan -1((Lzbc±ΔLzbc)/(Lx bc±ΔLxbc))                        −∠bcd)＋(Lz ab±Δ Lz ab) 
Lx ad =(Lbd±ΔL bd)*Cos(Tan -1((Lzbc±ΔLzbc)/(Lx bc±ΔLxbc))                        −∠bcd)＋(Lx ab±Δ Lx ab) 
Lz ac =(Lac±Δ Lac)*Sin θ1 
Lz ac =(Lac±Δ Lac)*Cos θ1 
ここで、Lzbc=(L ac±Δ Lac)*Sin θ1 −(Lz ab±Δ Lz ab) 
Lxbc=(L ac±Δ Lac)*Cos θ1 −(Lx ab±Δ Lx ab) 
∠bcd=Cos -1(((Lbc±ΔL bc) 2 ＋(Lbd±ΔL bd) 2 −(Lcd±ΔL cd) 2 )                           /(2*(Lbc±Δ Lbc)*(Lbd±Δ Lbd))) 
〔L bc= √((Lxbc±ΔLxbc) 2 ＋(Lz bc±ΔLzbc) 2)〕
また、
Lz fg=(Lzcg±ΔLzcg)-(Lz cf±ΔLzcf) 
Lx fg=(Lxcg±ΔLxcg)-(Lx cf±ΔLxcf)   
なお、 Lz cg=(L eg±ΔL eg)*Sin(Tan -1((Lzef±ΔLzef)/(Lx ef±ΔLxef))−∠efg)
＋(Lz cg±Δ Lz cg) 
Lx cg =(L eg ±ΔL eg)*Cos(Tan -1((Lzef±ΔLzef)/(Lx ef±ΔLxef))−∠efg)              ＋(Lx cg±Δ Lx cg) 
Lz cf =(L cf ±Δ Lcf)*Sin θ1 
Lz cf =(L cf ±Δ Lcf)*Cos θ1 
ここで、Lzef=(L cf±Δ Lcf)*Sin θ1 −(Lz cg±Δ Lz cg) 
Lxef=(L cf±Δ Lcf)*Cos θ1 −(Lx cg±Δ Lx cg) 
∠efg=Cos -1(((Lef±ΔL ef)2＋(Leg±ΔL eg)2−(Lfg±ΔL fg)2) 
/(2*(Lef±Δ Lef)*(Leg±Δ Leg))) 
〔L ef =√((Lxef±ΔLxef)2＋(Lz ef±ΔLzef)2) 〕
【００１２】
一方、この様な形態の上下軸におけるヒンジ２のたわみ角度は、下降端即ちθ1 ＝θ2 ＝０の姿勢で最も大きくなり、上昇時即ちθ１が２／πrad （約36.5°）に近づくと小さくなる傾向にあり、θ３final の姿勢による変化を最小化するには、第１補助リンク 1・2の長さ Lacと第２補助リンク 2・2の長さ Legを基本寸法から若干短くし、更に第１軸ｂの上下方向位置Lzabを調整する事が効果的である。基台０、各ヒンジ、各リンク及び各補助リンクの加工寸法がばらついた、即ち各軸間の軸間距離が基本寸法に対して誤差がある上下軸の、現実の重力が作用する空間における任意姿勢での第２ヒンジ２の地面に対する角度をθ３real＝ｇ( θ1 ) 、それに対し意図的に Lac、L eg、Lzabの値だけを変化させた上下軸の、無重力空間即ち自重による静的なたわみがない状態で任意の姿勢をとった場合のヒンジ２の角度をθ３comp＝ h( θ1)とし、その意図的に Lac、 Leg、Lzabを変化させた上下軸の、重力が作用する空間における任意姿勢でのヒンジ２の角度をθ３final とすると、θ３final ＝θ３comp−θ３realとなる事が期待できる。
実測などによってθ３realを把握すれば、以上に現した関係式から、θ３final の変化量を最小減にする為の、意図的なリンク長さの変化量ΔL ac、ΔL bd、ΔLzabを容易に求める事ができる。
【００１３】
以下に、基台０・各リンク部材・各ヒンジ部材が基本寸法で構成され、かつ誤差がない状態で、重力空間における任意の姿勢ヒンジ２のたわみ角の変化が、図２の実線で示すような特性となる上下軸において、L ac・L bd・L cf・L egが基本寸法に対し±0.01% 、L ab・L cd・L ce・L fgが基本寸法に対し0.05% の範囲でばらつき得る場合について述べる。上記の範囲で寸法がばらついた場合、ヒンジ２の角度変化は最大で、図２に示す破線と２点鎖線の値になり得る。これに対し、リンク 1・2の寸法を基本寸法 Labに対しΔL ab= (Lab/ 3000) だけ短くし、同様にリンク 2・2の寸法を基本寸法 Legに対しΔL eg = (L ab/ 3000) だけ短くすることによって、各部材に誤差がない場合は、図２の実線が図３の実線に示す様に改善される。更に図２の破線で表された状態になるリンク誤差があった場合、具体的には基台０とブラケットの間にシムを設けるなどして、第２軸ｂの上下方向位置を基本高さLzabに対しΔLza b ＝ (Lzab/1000 ×α）だけ上昇させると、図３の破線の状態に改善される。また図２に一点鎖線破線表された状態になるリンク誤差があった場合、第２軸ｂの上下方向位置を基本高さLza b に対しΔLzab＝(Lz ab/1000 ×β）だけ下降させると、図３の１点差線の状態に改善される。
【００１４】
本発明により、上下軸の姿勢の変化によるガラス基板の角度の変化を、制御軸数を追加することなく、安価な手段によって、最小限に抑える事ができた。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態で使用する産業用ロボットの概略側面ブロック図で、２個の平行四辺形リンクを直列に配置して、旋回軸と前後軸をその上に搭載する部材ヒンジ２が、地面に対する角度を一定に保ったまま上下に移動する産業用ロボットの上下軸の概念を示す。
【図２】図１の実施形態で使用する産業用ロボットにおいて、各リンク及び各補助リンクの長さが基本寸法に対し±0.01% 、基台、基台に固定されたブラケット及び各ヒンジの長さが基本寸法に対し0.05% の範囲でばらつき得る場合の、上下軸の姿勢変化角度(rad) によるガラス基板の実角度変化量θ3 realを測定した測定値を示すグラフ。
【図３】図２の上下軸の姿勢変化角度(rad) によるガラス基板の実角度変化量θ3 realを測定した測定値を示す上下軸に対し、第１リンクの寸法を基本寸法 Labに対しΔL ab= (Lab/ 3000) だけ短くし、同様に第２リンクの寸法を基本寸法 Legに対しΔL eg = (L ab/ 3000) だけ短くすることによって、各部材に誤差がない場合は、図２の実線が図３の実線に示す様に改善され、更に図２の破線で表された状態になるリンク誤差があった場合、具体的には基台とブラケットの間にシムを設けるなどして、軸ｂの上下方向位置を基本高さLzabに対しΔLzab＝(Lz ab/1000 ×α）だけ上昇させると、図３の破線の状態に改善され、また図２に一点鎖線破線表された状態になるリンク誤差があった場合、軸ｂの上下方向位置を基本高さLzabに対しΔLzab＝(Lz ab/1000 ×β）だけ下降させると、図３の１点差線の状態に改善されることを示す。
【符号の説明】
【００１６】
０：基台、 0・1：ブラケット、１：第１ヒンジ、 1・1：第１リンク、 1・2：第１補助リンク、２：第２ヒンジ、 2・1：第２リンク、 2・2：第２補助リンク
ａ：第１軸、ｂ：第２軸、ｃ：第３軸、ｄ：第４軸、ｅ：第５軸、ｆ：第６軸、ｇ：第７軸
【図１】
2007160413.tif 000003
【図２】
2007160413.tif 000004
【図３】
2007160413.tif 000005