(57)【要約】 【課題】  スカラアームが伸縮中に伸縮方向と鉛直方向とに振動することを抑制する。【構成】  スカラアームは、ベースアームの基端を回動させるモータと、ベースアームの先端に関節を介して回動自在に基端が取り付けられたミドルアームと、モータの回動力をミドルアームに伝達する伝達媒体と、ミドルアームの先端に関節を介して回動自在に取り付けられたトッププレートとを有する。ベースアームの先端が基端よりも移載先の反対側へ引き込まれている状態と、先端が移載先側へ伸ばされている状態との間で、ベースアームとミドルアームとを回動させると共に、少なくともベースアームとミドルアームとが重なる位置で、ベースアームの回動速度を低下させるように、モータへの指令を発生する指令発生器を、スカラアームは備えている。  【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースアームの基端を回動させるモータと、前記ベースアームの先端に関節を介して回動自在に基端が取り付けられたミドルアームと、前記モータの回動力をミドルアームに伝達する伝達媒体と、前記ミドルアームの先端に関節を介して回動自在に取り付けられたトッププレートとを有するスカラアームにおいて、
ベースアームの先端が基端よりも移載先の反対側へ引き込まれている状態と、前記先端が前記移載先側へ伸ばされている状態との間で、ベースアームとミドルアームとを回動させると共に、少なくともベースアームとミドルアームとが重なる位置で、ベースアームの回動速度を低下させるように、前記モータへの指令を発生する指令発生器を備えていることを特徴とするスカラアーム。  
【請求項２】
前記指令と前記ベースアームの状態との誤差を解消するように前記モータをフィードバック制御すると共に、少なくともベースアームとミドルアームとが重なる位置で、前記誤差へのフィードバックゲインを低下させるサーボ機構をさらに備えていることを特徴とする、請求項１のスカラアーム。
【請求項３】
前記サーボ機構は、前記指令と前記ベースアームの状態との誤差及び、前記指令を前記ミドルアームの状態の目標値に変換したものと前記ミドルアームの状態との誤差を解消するように、前記モータをフィードバック制御することを特徴とする、請求項２のスカラアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はスカラアームに関し、特に伸縮中の振動の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
スカラアームはベースアームとミドルアームとトッププレートとを備え、ベースアームの２倍の角速度でミドルアームをチェーン等により逆向きに回動させる。スカラアームはトッププレートを一定の姿勢に保ちながら伸縮させることができ、スタッカークレーン、無人搬送車等の台車あるいは固定の移載装置等に用いられる。ベースアームとミドルアームとを一対設けて、一対のミドルアームの先端を共通のトッププレートに取り付け、一対のベースアームを同期して逆向きに回動させるフロッグレッグタイプのものも知られている。スカラアームで移載する荷物は半導体ウェハーを収容したFOUP等の軽量物品から、フラットパネルディスプレイの基板を収容したカセット等の重量物品まで様々である。
【０００３】
スカラアームには高速でかつ荷物に振動を加えずに伸縮できることが求められている。例えば特許文献１：特許4715952は、伸縮方向に水平面内で直角な横揺れを低減する機構を開示している。発明者は、スカラアームを伸縮させる過程の特定の回転角の付近で、伸縮方向及び鉛直方向に振動が発生することを見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許4715952
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、スカラアームの伸縮中の伸縮方向及び鉛直方向の振動を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、ベースアームの基端を回動させるモータと、前記ベースアームの先端に関節を介して回動自在に基端が取り付けられたミドルアームと、前記モータの回動力をミドルアームに伝達する伝達媒体と、前記ミドルアームの先端に関節を介して回動自在に取り付けられたトッププレートとを有するスカラアームにおいて、
ベースアームの先端が基端よりも移載先の反対側へ引き込まれている状態と、前記先端が前記移載先側へ伸ばされている状態との間で、ベースアームとミドルアームとを回動させると共に、少なくともベースアームとミドルアームとが重なる位置で、ベースアームの回動速度を低下させるように、前記モータへの指令を発生する指令発生器を備えていることを特徴とする。  
【０００７】
発明者は、スカラアーム上の荷物に加速度センサを取り付け、スカラアームを伸縮させると、ベースアームとミドルアームとが重なる位置の付近で、伸縮方向の振動と鉛直方向の振動とが生じることを見出した。振動が発生する機構を検討したところ、前記の角度の付近でミドルアームを回動させるトルクが不足しやすいことと、ミドルアームを駆動するチェーン等の伝達媒体の遊びとが組み合わさって、振動が生じることが分かった。即ち、ベースアームとミドルアームとが重なる位置の付近で、ミドルアームの回動が遅れやすい。ミドルアームの回動がベースアームに対して遅れても、伝達媒体の遊びの範囲ではミドルアームに大きなトルクは加わらない。そして伝達媒体の遊びを越える際に、ミドルアームに急激に大きなトルクが加わる。この結果、ベースアーム及びミドルアームが伸縮方向に振動する。ベースアームの側からすると、ミドルアームの遅れが伝達媒体の遊びを越える時点で、大きなトルクを急激にミドルアームへ加えることになるため、モータの出力トルクが急変し、振動を著しくする。そして伸縮方向の振動が鉛直方向の振動を引き起こし、全体として荷物は伸縮方向と鉛直方向とに振動する。    
【０００８】
これに対してこの発明では、少なくともベースアームとミドルアームとが重なる位置で、ベースアームの回動速度を低下させるように、モータへの指令を発生する。このようにすると、ミドルアームのベースアームからの遅れを小さくすることにより、起動源となるモータのトルクの急増を防止でき、振動を低減できる。
【０００９】
好ましくはスカラアームは、前記指令と前記ベースアームの状態との誤差を解消するように前記モータをフィードバック制御すると共に、少なくともベースアームとミドルアームとが重なる位置で、前記誤差へのフィードバックゲインを低下させるサーボ機構をさらに備えている。ミドルアームの遅れが伝達媒体の遊びを越える際に、モータに大きなトルクが要求されることが、振動の一因である。これに対して振動が生じやすいエリアでフィードバックゲインを低下させると、モータの出力トルクの急変を抑制し、出力トルクの急変に伴う振動を低減できる。
【００１０】
好ましくは前記サーボ機構は、前記指令と前記ベースアームの状態との誤差及び、前記指令を前記ミドルアームの状態の目標値に変換したものと前記ミドルアームの状態との誤差を解消するように、前記モータをフィードバック制御する。モータはベースアームを駆動し、ベースアームからミドルアームにチェーン等の伝達媒体を介してトルクを加える。ミドルアームの状態の目標値とミドルアームの状態の測定値もしくは推定値との誤差を解消するように、モータをフィードバック制御すると、ミドルアームの遅れが大きくなる前にベースアームが加速されて、伝達媒体からミドルアームにトルクが加わり、位置及び速度の遅れが解消される。この結果、振動が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例のスカラアームの平面図
【図２】実施例のスカラアームの制御系のブロック図
【図３】実施例での角速度への指令を示す図
【図４】実施例でのベースアームの角度偏差に対するゲインを示す図
【図５】従来例での角速度への指令と、モータの出力トルク、ベースアームの回転角、フォーク上の物品のｘ方向加速度とｚ方向加速度とを示す図
【図６】実施例での角速度への指令と、モータの出力トルク、ベースアームの回転角、フォーク上の物品のｘ方向加速度とｚ方向加速度とを示す図で、左側は実施例の角速度への指令を加え他は従来例と同様にした際の結果を、右側は実施例の角速度への指令を加え、ベースアームの角度が９０°付近でフィードバックゲインを低下させ、ミドルアームの角度に対するフィードバックを加えた際の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。
【実施例】
【００１３】
図１〜図６に実施例とその特性を示す。図１において、２はスカラアームで、４はスタッカークレーンの昇降台あるいは昇降台上のターンテーブル等に取り付けたベースプレート、６はベースアーム、８はミドルアーム、１０はトッププレートである。トッププレート１０にフォーク１２が固定され、フラットパネルディスプレイの基板を収容したカセット等の荷物２３を、図示しない棚（移載先）との間で移載する。１６，１８，２０は関節で、図示しない軸と軸受とを備え、ベースアーム６の基部の関節１６をモータ１４により駆動し、関節１６の回転をチェーン２２によりベースアーム６の先端とミドルアーム８の基部を接続する関節１８に伝達する。またミドルアーム８の先端を関節２０によりトッププレート１０に取り付ける。関節１６〜２０の機械的な構成は任意で、チェーン２２に代えてエンドレスの歯付ベルト等の伝達媒体を用いても良い。荷物２３の種類は任意で、スカラアームの構造自体は周知である。実施例ではベースアーム６、ミドルアーム８、モータ１４を一対設けたが、これらを１個ずつ設けるタイプでも良い。さらに一対のベースアーム６，６を１個のモータで駆動しても良い。
【００１４】
図１の右側に図示しない移載先があり、左側に鎖線で示す状態までスカラアーム２を引き込む。ベースアーム６の角度を図１の左下のように定め、ベースアーム６とミドルアーム８が最も重なる位置を９０°とする。ｘｙｚの方向は、スカラアーム２の伸縮方向をｘ方向、鉛直方向をｚ方向、水平面内で伸縮方向（ｘ方向）に直角な方向をｙ方向とする。
【００１５】
図２にスカラアーム２の制御系を示し、Ｓ１はモータ１４の回転角を検出するエンコーダ等のセンサで、一対のモータ１４，１４のいずれかの回転角を検出しても、２つのモータ１４，１４の回転角の平均値等を検出しても良い。センサＳ１によりベースアームの状態（回転角あるいは角速度）を検出する。ミドルアームの状態、即ち関節１８でのミドルアーム８の回転角あるいは角速度をエンコーダ等で検出しても良いが、実施例ではセンサＳ２でベースプレート４を基準とするトッププレート１０の位置等を検出し、オブザーバ２５でミドルアーム８の回転角を推定する。ミドルアーム８の回転角等の状態を求めるための構成は任意である。
【００１６】
２４は指令発生器で、ベースアームの目標回転角θあるいは目標角速度等を表す指令を発生し、この指令は目標回転角が９０°付近で減速するように構成され、さらに目標回転角が９０°付近でフィードバックゲインを低下させる信号を出力する。また指令発生器２４は、ベースアームの目標回転角等をミドルアームの目標回転角等に変換したものを、誤差増幅器２７へ出力する。誤差検出器２６で目標の角速度あるいは目標の回転角と実際の角速度あるいは回転角との誤差を求める。誤差検出器２７でミドルアームの目標角速度等と実際の角速度等の誤差を算出し、ＰＩＤ補償器２８でＰＩＤ制御の補償量に変換する。誤差検出器２６の出力とＰＩＤ補償器２８の出力を加算器３０で加算し、サーボアンプ３１を介して、モータ１４の駆動電流ｉｍ，ｉｍ'が目標値と一致するように、モータ１４を駆動する。誤差検出器２６，２７〜サーボアンプ３１がサーボ機構を構成する。なおＰＩＤ制御に代えて、現代制御等の他のフィードバック制御を施しても良い。
【００１７】
図３に実施例での指令速度（指令発生器からの指令）を示し、図３はスカラアームを伸ばした後に縮める場合を示している。ベースアームの回転角が６０°〜１２０°等の範囲で、角速度を最大値に比べて例えば２０〜３０％低下させる。なお回転角が９０°でベースアームとミドルアームが完全に重なる。
【００１８】
図４はベースアームの回転角の誤差へのゲインを示し、ここでは角速度に対する制御をＰ因子（比例因子）とするが、回転角に対する制御をＰ因子としても良い。ベースアームの回転角が９０°の付近でゲインを低下させ、特に振動の原因となり易いＤ因子（微分因子）へのゲインを小さくする。ゲインは例えば９０°で最小となり、その両側でゲインは徐々に通常値に近づくようにする。なお振動の原因になりにくいＩ因子（積分因子）へのゲインは低下させなくても良い。
【００１９】
ミドルアームの回転角へのＰＩＤ制御のゲインは、回転角によらずに一定とする。しかしベースアームの回転角が９０°付近での振動を抑制するための制御なので、例えば回転角が６０°〜１２０°等の９０°の付近で、ミドルアームの回転角の誤差へのゲインを０よりも大きくし、他の回転角ではゲインを０にしても良い。  
【００２０】
図５は従来の台形の角速度の指令に対するｘ方向の加速度とｚ方向の加速度を示し、振動に関係する部分をマークしてある。ベースアームの回転角が９０°よりもやや小さくなったエリアで、モータの出力トルクのピークが生じており、これはチェーンの遊びが解消した際にモータから急激に大きなトルクが出力されたことを示している。モータの出力トルクのピークに対応してｘ方向の振動が発生し、これにやや遅れてｚ方向の振動が発生する。
【００２１】
図６は実施例での特性を示し、左側は角速度への指令を図５の台形状から、９０°±３０°等の範囲で、角速度の最大値から２０〜３０％程度減速するパターンに変えた際の結果を示す。９０°付近でトルクのピークが生じるが、図５に比べると緩やかで、ｘ方向の振動もｚ方向の振動も図５に比べて低減されている。図６の右側は９０°付近で減速する角速度への指令に加えて、９０°±３０°等の範囲でＰＩＤ制御のゲインを低下させ、さらにミドルアームの目標位置からの誤差に基づくＰＩＤ制御を追加した際の結果を示す。モータの出力トルのピークは極めて小さくなり、ｘ方向の振動もｚ方向の振動も充分に小さくなっている。図５，図６はスカラアームを伸ばす場合の特性を示すが、スカラアームを縮める場合もほぼ同様の特性となる。
【００２２】
実施例では、スカラアームの伸縮時のｘ方向とｚ方向の振動を制御的に抑制できる。回転角が９０°の付近で角速度あるいは回転角への指令値を小さくすることにより、ベースアームに対するミドルアームの位置及び速度の遅れを小さくし、ベースアーム側からミドルアーム側へ大きなトルクを加える原因を除く。また回転角が９０°の付近で、ベースアームの回転角等へのフィードバックゲインを小さくすることにより、ミドルアームが遅れた際にモータへ過剰な制御が加わらないようにして振動を抑制する。さらにミドルアームの目標回転角等の誤差に基づくフィードバック制御を加えて、ミドルアームがそもそも遅れないようにする。
【符号の説明】
【００２３】
２          スカラアーム
４          ベースプレート
６          ベースアーム
８          ミドルアーム
１０        トッププレート
１２        フォーク
１４        モータ
１６〜２０  関節
２２        チェーン
２３        荷物
２４        指令発生器
２６，２７  誤差検出器
２８        ＰＩＤ補償器
３０        加算器
３１        サーボアンプ
Ｓ１，Ｓ２  センサ          
【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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