特開 2024-85664 ロボットの自動教示方法及びロボット制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024085664

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】ロボットの自動教示方法及びロボット制御装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20240620BHJP

【ＦＩ】

B25J9/22 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022200308

(22)【出願日】2022-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】000002233

【氏名又は名称】ニデックインスツルメンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】猪股 徹也

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS05

3C707BS15

3C707CT04

3C707ES17

3C707HS27

3C707KV12

3C707LS06

3C707NS13

(57)【要約】

【課題】ステージ間でワークを搬送するロボットに対し、より正確にステージ中心を自動教示できるようにする。
【解決手段】ロボット１が設置されている作業領域５の内部からステージ中心に向かう方向をＹ方向として、ステージ中心Ｃに対して既知の位置に円柱状の位置決定用治具６１が配置されているときに、ロボット１のハンド１４を異なる３方向から位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具６１の位置座標（Ｘ１，Ｙ１）を決定する工程（ステップ１０１）と、ハンド１４をＹ方向に沿って位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具のＹ座標値Ｙ２を決定する工程（ステップ１０２）とを実行する。ロボット１の教示に用いる位置決定用治具６１の座標として、（Ｘ１，Ｙ２）を用いる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットに対し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を自動的に教示する自動教示方法であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系を定め、前記ＸＹ座標系をロボット座標系とし、
前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具を配置する工程と、
前記ハンドを前記ステージの内部に進入させて異なる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなる前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出する第１の位置決定工程と、
前記Ｙ方向に沿って前記ハンドを移動させて前記位置決定用治具に接近させ、前記センサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値として前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定工程と、
を有し、
前記ロボットの教示において前記第１のＸ座標値と前記第２のＹ座標値とを前記位置決定用治具の座標として用いる、自動教示方法。

【請求項2】

前記ロボットは水平多関節ロボットであって、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向はいずれも水平面内での方向である、請求項１に記載の自動教示方法。

【請求項3】

前記第１の位置決定工程において、前記水平面内で前記ハンドを移動させる、請求項２に記載の自動教示方法。

【請求項4】

前記Ｙ方向は、前記接続部の位置において前記作業領域の壁面に垂直な方向である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。

【請求項5】

前記第２の位置決定工程を繰り返して実行して前記第２のＹ座標値の平均値を求め、前記平均値を前記第２のＹ座標値として前記ロボットの教示に用いる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。

【請求項6】

前記ハンドを前記Ｙ方向に沿って動かすときの前記ハンドの前記Ｘ方向での位置を変えながら、前記第２の位置決定工程を繰り返し実行する、請求項５に記載の自動教示方法。

【請求項7】

前記第１の位置決定工程で使用する前記異なる３つの方向に前記Ｙ方向が含まれ、前記第１の位置決定工程において前記ハンドを前記Ｙ方向に沿って動かしたときに得られた前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を前記第２のＹ座標値として前記ロボットの教示に用いる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。

【請求項8】

前記センサはスルービームセンサである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。

【請求項9】

ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットを制御し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を前記ロボットに対して自動的に教示するロボット制御装置であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系が定められ、前記ＸＹ座標系がロボット座標系であり、前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具が配置されているときに、
前記ハンドを前記ステージの内部に進入させて異なる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなる前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出し、
前記Ｙ方向に沿って前記ハンドを移動させて前記位置決定用治具に接近させ、前記センサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値として前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を求め、
前記第１のＸ座標値と前記第２のＹ座標値とによって前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標が表されるとして前記ロボットの教示を行うロボット制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットの自動教示方法と、そのような自動教示方法を実行するロボット制御装置とに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程においては、ワークである半導体ウエハをステージ間で搬送する搬送用のロボットが使用される。以下の説明において、ロボットによるワークの取り出し（すなわちロード）と荷降ろし（すなわちアンロード）の対象となるものをステージと総称する。半導体製造工程においてウエハの格納に用いられるカセットや、ウエハに対して何らかの処理を行うワーク処理装置は、それぞれステージである。ステージには、ロボットによって搬送されるときにワークが配置されるべき領域（ワーク配置領域と呼ぶ）が厳密に定められており、ワーク配置位置の中心をステージ中心と呼ぶ。ロボットを用いてステージ間でワークを搬送するためには、ステージごとにロボットの座標系におけるステージ中心の座標をロボットに教示（ティーチング）する必要がある。水平多関節ロボットにより半導体ウエハなどの板状のワークを搬送する場合であれば、ワークはその水平姿勢を保ったまま搬送され、ステージ内でワークのロードやアンロードのためにワークはわずかに垂直方向に動かされるので、水平面内におけるステージ中心を正確に教示すればよい。

【0003】

従来は、ロボットを制御するロボット制御装置にペンダントを接続し、ペンダントを介して手動でロボットを動作させることにより、ステージの正確な位置をロボットに教示していた。しかしながら手動による教示は、教示を行う作業員によるばらつきが生じたり、教示に長い時間を要するなどの課題を有する。ロボットとステージとの大まかな位置関係は、ロボットやステージの設計データや、ロボットやステージを現場に据え付けるときの据え付けデータなどから既知である。そこで特許文献１，２は、ステージ中心との位置関係が既知である円柱状の治具（ピンとも呼ばれる）をステージ内に配置し、ロボット先端のハンド（エンドエフェクタともいう）を異なる３つの方向で動かしながらハンドに取り付けられたセンサによってこの治具を非接触で検出することによって、ステージ中心を正確に求めることを開示している。この手法によれば、ロボットの座標系においてステージ中心の位置を正確に決定でき、ステージ中心の自動教示を行うことができる。センサとしては、発光部と受光部とを備え、治具によって光路が遮られたことを検出するスルービームセンサが使用される。特許文献３は、スルービームセンサを用いて治具を検出するときに、多数回の検出動作を行って回帰分析を行なったり、あるいは、最小二乗近似と数値探索とを実行したりして検出精度を向上させることを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－２８４７２８号公報

【特許文献2】特開２０１３－１５３１８７号公報

【特許文献3】特表２０２２－５２００５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ハンドに設けられたスルービームセンサを用いて円柱状の治具を非接触に検出することによってステージ中心の座標値を求める場合において、座標値の決定誤差が必ずしも小さくならないことがあり、それにより、十分な精度でロボットの自動教示を行うことができないことがある。

【0006】

本発明の目的は、ステージ中心をより正確に自動教示することができる自動教示方法と、そのような自動教示方法を実行するロボット制御装置とを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様の自動教示方法は、ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットに対し、開口である接続部を介して作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を自動的に教示する自動教示方法であって、作業領域の内部から接続部を介してステージ中心に向かう方向をＹ方向としＹ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系を定め、ＸＹ座標系をロボット座標系とし、ステージの内部においてステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具を配置する工程と、ハンドをステージの内部に進入させて異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させ、ハンドに設けられたセンサによって位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなるロボット座標系における位置決定用治具の座標を算出する第１の位置決定工程と、Ｙ方向に沿ってハンドを移動させて位置決定用治具に接近させ、センサによって位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値としてロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定工程と、を有し、ロボットの教示において第１のＸ座標値と第２のＹ座標値とを位置決定用治具の座標として用いる。

【0008】

非接触で位置決定用治具を検出するハンドを異なる３方向から位置決定用治具に近接させて位置決定用治具の位置を求める場合、Ｙ方向での位置決定誤差が大きくなりがちであるが、一態様の自動教示方法ではＹ方向に沿ってハンドを移動させてロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定工程を別途実施するので、位置決定用治具の位置決定の精度が向上し、これにより、自動教示の精度も向上する。

【0009】

一態様の自動教示方法では、ロボットは水平多関節ロボットであって、Ｘ方向とＹ方向はいずれも水平面内での方向である。この場合、水平多関節ロボットがワークを搬送する搬送用ロボットであれば、ワークの取り置き失敗の頻度を低減させることができる。その場合、第１の位置決定工程において水平面内でハンドを移動させることが好ましい。水平面内でハンドを移動させることによって、垂直方向にハンドを動かすことによるロボットの機械的な誤差の影響を排することができる。また一態様では、Ｙ方向は、例えば、接続部の位置において作業領域の壁面に垂直な方向である。このように構成することにより、Ｘ方向に沿って作業領域の壁面にステージが並ぶときに、各ステージのステージ中心の自動教示を容易に行うことができるようになる。

【0010】

一態様の自動教示方法では、第２の位置決定工程を繰り返して実行して第２のＹ座標値の平均値を求め、この平均値を第２のＹ座標値としてロボットの教示に用いることが好ましい。第２のＹ座標値の平均を求めることによって、位置決定用治具の位置決定精度が向上する。この場合、ハンドをＹ方向に沿って動かすときのハンドのＸ方向での位置を変えながら、第２の位置決定工程を繰り返し実行することが好ましい。第２の位置決定工程で得られる第２のＹ座標値がＸ方向でのハンドの位置によってばらつくことがあるが、Ｘ方向でのハンドの位置を変えながら第２の位置決定工程を繰り返すことにより、位置決定用治具の位置決定精度がさらに向上する。

【0011】

一態様の自動教示方法では、第１の位置決定工程で使用する異なる３つの方向にＹ方向が含まれるときに、第１の位置決定工程においてハンドをＹ方向に沿って動かしたときに得られたロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を第２のＹ座標値としてロボットの教示に用いてもよい。このように構成することにより、第１の位置決定工程と第２の位置決定工程とを同時に実行できて自動教示に要する時間を短縮できる。

【0012】

一態様の自動教示方法では、センサは、例えば、スルービームセンサである。ロボットが半導体ウエハの搬送用のものであるときは、ウエハの在荷状況の確認のためにこのようなスルービームセンサが設けられていることが多く、そのような場合には既存のスルービームセンサを用いて自動教示の精度を向上させることができる。

【0013】

一態様のロボット制御装置は、ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットを制御し、開口である接続部を介して作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置をロボットに対して自動的に教示するロボット制御装置であって、作業領域の内部から接続部を介してステージ中心に向かう方向をＹ方向としＹ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系が定められ、ＸＹ座標系がロボット座標系であり、ステージの内部においてステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具が配置されているときに、ハンドをステージの内部に進入させて異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させ、ハンドに設けられたセンサによって位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなるロボット座標系における位置決定用治具の座標を算出し、Ｙ方向に沿ってハンドを移動させて位置決定用治具に接近させ、センサによって位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値としてロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を求め、第１のＸ座標値と第２のＹ座標値とによってロボット座標系における位置決定用治具の座標が表されるとしてロボットの教示を行う。

【0014】

非接触で位置決定用治具を検出するハンドを異なる３方向から位置決定用治具に近接させて位置決定用治具の位置を求める場合、Ｙ方向での位置決定誤差が大きくなりがちであるが、一態様のロボット制御装置を用いることにより、Ｙ方向に沿ってハンドを移動させてロボット座標系における位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定処理も実行されるので、位置決定用治具の位置決定の精度が向上し、これにより、自動教示の精度も向上する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ロボットに対してステージ中心をより正確に自動教示することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（ａ）はロボットを示す平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った概略断面図であり、（ｃ）はハンドを示す拡大平面図である。

【図2】（ａ）～（ｄ）はステージ中心の自動教示を説明する図である。

【図3】治具中心Ｏの座標決定における誤差を説明する図である。

【図4】本発明の実施の一形態の自動教示方法を説明する図である。

【図5】自動教示方法を説明するフローチャートである。

【図6】Ｘ方向での位置によるＹ方向誤差のばらつきの例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の一形態の自動教示方法が適用されるロボットを示している。図示されるロボット１は、水平多関節ロボットであって、例えば長方形状の空間である作業領域５内に設置され、作業領域５を囲む壁面に設けられたステージ５１の相互間で板状のワーク５０を搬送するために用いられる。作業領域５は、ワーク５０をステージ５１間で搬送する際にロボット１が壁面などと干渉することなくそのアーム１１～１３やハンド１４を動かすことができる空間である。また各ステージ５１は、ロボット１によるワーク５０のロード及びアンロードが行われる場所であり、その接続部５２を介して作業領域５に対して接続している。接続部５２は、ワーク５０を搭載したロボット１のハンド１４がステージ５１の内部にアクセスできるように作業領域５の壁面に設けられた開口として構成されている。したがって、ロボット１によりステージ５１に対してワーク５０のロードやアンロードを行う場合、接続部５２を通過するときのハンド１４の移動方向は、一般に、作業領域５の壁面に垂直な方向である。また、ステージ５１には、ロボット１によりワーク５０のロードやアンロードを行うときに、そのステージ５１においてワーク５０が配置される位置であるワーク配置位置５３が規定されている。ワーク配置位置５３の中心をステージ中心Ｃとする。

【0018】

次に、ロボット１の詳細な構成について説明する。ロボット１は、作業領域５の床面上に配置されて固定される基台１０と、基台１０に対して直列に連結された３本のアームすなわち第１アーム１１、第２アーム１２及び第３アーム１３と、第３アーム１３に取り付けられたハンド１４とを備えている。基台１０は、昇降モータ（図示せず）によって駆動されて上下方向に昇降する昇降筒１５を備えている。各アーム１１～１３及びハンド１４はいずれも基端部と先端部とを有し、第１アーム１１の基端部が昇降筒１５に対して回転可能に連結することにより第１アーム１１は基台１０によって保持される。第１アーム１１は、昇降筒１５の昇降に伴って基台１０に対して昇降可能である。昇降筒１５の昇降によりアーム１１～１３及びハンド１４が一体的に昇降するが、本実施形態は水平多関節ロボット１の水平面内での教示に関するものであり、昇降筒１５による高さ方向の動きは水平面内でのアーム１１～１３やハンド１４の動きに比べて小さいので、以下では、昇降筒１５による高さ方向でのロボット１の移動についての詳細は説明しない。

【0019】

第１アーム１１は、昇降筒１５に内蔵されたモータ２１によって駆動されて回転軸Ｊ０の周りで水平面内を回転する。第２アーム１２の基端部が第１アーム１１の先端部に回転可能に連結されており、第２アーム１２は、第１アーム１１によって保持されるとともに第１アーム１１に内蔵されたモータ２２によって駆動されて回転軸Ｊ１の周りで水平面内を回転する。同様に第３アーム１３は、その基端部が第２アーム１２の先端部に回転可能に保持されており、第２アーム１２に内蔵されたモータ２３によって駆動されて回転軸Ｊ２の周りで水平面内を回転する。ハンド１４は、その基端部が第３アーム１３の先端部に回転可能に保持されており、第３アーム１３に内蔵されたモータ２４によって駆動されて回転軸Ｊ３の周りで水平面内を回転する。

【0020】

図１（ｃ）はハンド１４の構成を示す拡大平面図である。ハンド１４では、その先端部側がフォーク状に２つに分岐してフォーク部２０を構成している。ワーク５０は、搬送時にはハンド１４においてフォーク部２０の表面において水平に載置される。フォーク部２０における一方の分岐の先端にはレーザー光を発する発光部２６が設けられ、他方の分岐の先端には発光部２６からのレーザー光が入射する受光部２７が設けられており、発光部２６と受光部２７とによってスルービームセンサ２５が構成されている。図において発光部２６から受光部２７に向かう矢印は、発光部２６から受光部２７に向かう光の光路２８を示している。スルービームセンサ２５によれば、受光部２７において発光部２６からの光を検出できたかどうかによって、発光部２６と受光部２７との間の光路２８を遮る物体の有無を非接触で検知できる。このようなスルービームセンサ２５は、ステージ５１が半導体ウエハなどのワーク５０をスロットごとに格納するカセットであるときに、そのカセットでのスロットごとの在荷状況を調べるマッピングを行うために、半導体ウエハの搬送に用いられるロボット１には一般的に設けられているものである。

【0021】

水平多関節ロボットであるロボット１の動作を説明するために、水平面内にＸＹ座標を設定する。ここでは図示するように作業領域５が長方形の空間であってその長辺に沿って複数のステージ５１が配置しているときに、長辺の延びる方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とする。ロボット１がそのハンド１４を用いてステージ５１にアクセスするときは、ハンド１４は、Ｙ方向に移動して接続部５２を通過し、ステージ５１の内部に進入する。水平面内におけるロボット１の座標系（以下、ロボット座標系と呼ぶ）は、回転軸Ｊ０の位置を原点とする上述したようなＸＹ座標系で表される。以下、このようにしてＸＹ座標系が設定された水平面をＸＹ平面と呼ぶ。また、ステージ５１に対してワーク５０をロードまたはアンロードするときには、ロボット座標系でのステージ中心Ｃの座標を用いてロボット１を動作させる必要があり、したがって、ロボット１の教示を行うときは、ＸＹ平面におけるステージ中心Ｃの正確な位置を教示する必要がある。なお、図１（ｂ）に示すように、ロボット１にはロボット１の制御を行なうロボット制御装置３０が接続しており、ロボット制御装置３０は、外部から入力する指令に基づいて、モータ２１～２４及び昇降用モータ（不図示）を駆動し制御することができる。またロボット制御装置３０は、ロボット１を制御して以下に説明する自動教示を実行することができる。

【0022】

次に、ロボット座標系におけるステージ中心Ｃの位置を正確に求める自動教示について説明する。自動教示では、水平面内でのロボット座標系でのステージ中心Ｃの座標、すなわち上述したＸＹ平面でのステージ中心Ｃの座標を求める。そのために、ステージ５１において、ステージ中心Ｃから離れておりかつステージ中心Ｃとの相対的な位置関係が既知である２か所に、それぞれ円柱状の位置決定用治具６１，６２を配置する。図ではワーク配置位置５３の外周に位置決定用治具６１，６２が配置されているように描かれているが、位置決定用治具６１，６２の配置される位置はこれに限定されるものではない。位置決定用治具６１，６２はＸＹ平面すなわち水平面に対して直立するように設けられるので、位置決定用治具６１，６２の円柱としての軸は垂直方向に延びており、ＸＹ平面におけるこの軸の位置を治具中心Ｏとする。ロボット座標系における２つの位置決定用治具６１，６２の各々の治具中心Ｏの座標が分かれば、各治具中心Ｏとステージ中心Ｃとの位置関係も既知であることから、ロボット座標系でのステージ中心Ｃの位置、すなわちそのＸＹ座標値が算出できることになる。

【0023】

図２は、自動教示を説明する図である。本実施形態では、位置決定用治具６１，６２の各々の治具中心Ｏのロボット座標系でのＸＹ座標値をロボット１のハンドに設けられているスルービームセンサ２５を用いて非接触で決定する。位置決定用治具６１，６２は円柱状であり、その水平面による断面形状は真円であり、その真円の中心は治具中心Ｏである。そこでロボット１を動作させて位置決定用治具６１，６２の各々ごとに作業領域５の側から異なる３つの方向でハンド１４をその位置決定用治具６１，６２に向けて接近させる。この場合、接続部５２の開口を介してハンド１４をステージ５１内に進入させるので、位置決定用治具６１，６２ごとにハンド１４が取り得る角度範囲には接続部５２の開口の大きさによって制約が生じる。作業領域５やステージ５１の設計データ、作業領域５内のどこにロボット１を設置したかの設置データに基づいて、ロボット座標系で表したステージ中心Ｃや各位置決定用治具６１，６２の大まかな位置は分かっているので、作業領域５の壁面やステージ５１の壁面にロボット１を衝突させることなく、各位置決定用治具６１，６２に向けてハンド１４を接近させることができる。

【0024】

図２（ａ）は、一方の位置決定用治具６１に対して異なる３つの方向からハンド１４を接近させることを示している。ハンド１４を位置決定用治具６１に接近させると、スルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１によって遮られる。ハンド１４の移動中に光路２８が遮られる瞬間において、その光路２８は、ＸＹ平面において位置決定用治具６１の外周を表す円の接線と一致することになる。光路２８が遮られた瞬間のロボット１の各軸の角度はモータ２１～２４に接続されたエンコーダの出力から知ることができ、また、ロボット１のアーム１１～１３やハンドの長さは既知であるから、位置決定用治具６１によって光路２８が遮られたことに基づいて、ＸＹ平面において位置決定用治具６１が表す円の接線の方程式を得ることができる。異なる３つの方向からハンド１４を位置決定用治具６１に接近させると、図２（ｂ）に示すように、ＸＹ平面における３本の接線Ｌ１～Ｌ３が得られ、これらの接線Ｌ１～Ｌ３のそれぞれの方程式を得ることができる。これらの接線間の２等分線の交点、例えば接線Ｌ１，Ｌ２の２等分線を直線Ｍ１とし、接線Ｌ２，Ｌ３の二等分線を直線Ｍ２とすれば、直線Ｍ１，Ｍ２の交点が治具中心Ｏとなる。したがって、接線Ｌ１～Ｌ３の方程式から位置決定用治具６１の治具中心Ｏの正確なＸＹ座標値を求めることができる。同様の手順をもう一方の位置決定用治具６２にも適用することによって、位置決定用治具６２の治具中心Ｏの正確なＸＹ座標値も求めることができ、ロボット座標系における位置決定用治具６１，６２な正確な位置が求められたことになる。ステージ中心Ｃと位置決定用治具６１，６２との正確な相対的な位置関係は分かっているので、図２（ｃ）に示すように、正確に決定された位置決定用治具６１，６２を使用して、ロボット座標系におけるステージ中心Ｃの正確な位置を決定することができる。すなわち、ステージ中心Ｃの位置を自動的に教示できたことになる。

【0025】

以上の説明は、２本の位置決定用治具６１，６２をステージ中心Ｃから離れて配置する場合のものであるが、図２（ｄ）に示すようにステージ中心Ｃに位置決定用治具６１を配置できるのであれば、上述と同様にロボット座標系における位置決定用治具６１の座標を決定することにより、ステージ中心Ｃの座標を求めることができる。言い換えればこの場合にはステージ中心Ｃに配置した１本の位置決定用治具６１のみを用いてステージ中心Ｃの自動教示を行うことができる。

【0026】

しかしながら、ロボット１における各種の機械的な誤差、スルービームセンサ２５の光路２８のビーム径が有限であること、環境光の影響などから、上記のようにしてロボット座標系における位置決定用治具６１，６２の位置すなわち治具中心Ｏの座標を求めた場合に誤差が生じ、その誤差は、ステージ中心Ｃの教示誤差をもたらす。上述したように位置決定用治具６１，６２に接近するときのハンド１４が取り得る角度範囲には制約があり、例えば、位置決定用治具６１，６２の各々の治具中心Ｏを中心として作業領域５を向いた例えば数十度程度の角度範囲からしかハンド１４は位置決定用治具６１，６２に接近することができない。その結果、ロボット座標系における治具中心Ｏの座標を求めるときに、Ｘ座標値における誤差よりもＹ座標値における誤差が大きくなる。

【0027】

図３は、治具中心Ｏを決定するときの誤差を説明する図であり、ステージ５１に設けられた同じ位置決定用治具６１の位置を決定する動作を繰り返し実行したときに、各回の位置決定による結果がどのようにばらついたかを示している。ばらつきが大きければ誤差も大きいと言える。１回の位置決定において、３方向からハンド１４を位置決定用治具６１に近づけて治具中心Ｏの座標を決定しており、このとき同時にＸＹ平面による断面での位置決定用治具６１の半径Ｒも計算することができる。図において実線の小円は、位置決定時においてスルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１の接線と一致したときの接点の位置を示している。また破線で示す円は、位置決定の結果から逆算されたＸＹ平面における位置決定用治具６１の外周を示している。図示されるように、治具中心Ｏの位置決定を複数回行った場合にＸ方向でのばらつきは小さく、Ｙ方向でのばらつきは大きい。このことは、１回の位置決定によって治具中心Ｏの座標を求めたとして、Ｘ方向における誤差よりもＹ方向における誤差が大きくなることを示している。

【0028】

本実施形態では、ロボット座標系における治具中心Ｏの座標をより正確に決定するために、第１の位置決定工程及び第２の位置決定工程を実行する。一方の位置決定用治具６１を例に挙げて説明すると、第１の位置決定工程では、上述したように異なる３つの方向からハンド１４を位置決定用治具６１に接近させて治具中心Ｏの座標を求める。このとき、位置決定用治具６１の半径Ｒを求めてもよい。このとき求められた治具中心Ｏの座標を（Ｘ１，Ｙ１）とする。これとは別に第２の位置決定工程では、図４（ａ）に示すように、ハンド１４を位置決定用治具６１に向かってＹ方向に沿って動かし、スルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１によって遮られることを検出して、ロボット座標系における治具中心ＯのＹ座標Ｙ２を求める。このとき、スルービームセンサ２５の光路２８が遮られたときのハンド１４の位置に基づいて光路２８が遮られた位置のＹ座標Ｙａを求め、それに先に求めた半径Ｒを加算して座標値Ｙ２としてもよいし、光路２８が遮られてからなおもハンド１４をＹ方向に移動させて光路２８が再び遮られなくなる位置のＹ座標Ｙｂを求め、Ｙ２＝（Ｙａ＋Ｙｂ）／２により座標値Ｙ２を決定してもよい。そして本実施形態では、第１の位置決定工程で求められたＸ座標値Ｘ１と第２の位置決定工程で求められたＹ座標値Ｙ２とを組み合わせて、（Ｘ１，Ｙ２）を位置決定用治具６１の治具中心Ｏの座標とする。

【0029】

図５は、本実施形態の自動教示方法を説明するフローチャートであって、位置決定用治具６１の治具中心Ｏを求める処理を示している。まず、ステップ１０１において、第１の位置決定工程を実施し、ハンド１４を異なる３つの方向から位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具６１の位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）を決定する。次に、ステップ１０２において、第２の位置決定工程を実施し、ハンド１４をＹ方向に沿って位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具６１のＹ座標値Ｙ２を決定する。最後にステップ１０３において、（Ｘ１，Ｙ２）をロボット座標系での位置決定用治具６１の位置、すなわち治具中心Ｏの座標とする。図５に示す処理を実行するためにロボット制御装置３０は、ロボット１を制御するとともにスルービームセンサ２５の受光部２７の出力を監視し、ロボと座標系における治具中心Ｏの座標を決定するための演算を実行する。

【0030】

もう一方の位置決定用治具６２についても同様に第１の位置決定工程と第２の位置決定工程を実施し、治具中心Ｏの座標を求める。そして、２つの位置決定用治具６１，６２のロボット座標系での正確な位置が決定されたら、位置決定用治具６１，６２とステージ中心Ｃとの相対的な位置関係に基づいて、ロボット座標系におけるステージ中心Ｃの座標が計算される。ステージ中心Ｃ自体に位置決定用治具６１を配置した場合（図２（ｄ）に示す場合）にも、図４（ｂ）に示すように、第２の位置決定工程として、ハンド１４をＹ方向に沿って位置決定用治具６１に接近させ、ロボット座標系での位置決定用治具６１のＹ座標値Ｙ２を決定する。

【0031】

本実施形態では、異なる３つの方向からハンド１４を動かして治具中心ＯのＸＹ座標値を求める第１の位置決定工程のほかに、Ｙ方向に沿ってハンド１４を動かして治具中心ＯのＹ座標を求める第２の位置決定工程を行うので、治具中心Ｏの座標におけるＹ方向での誤差を小さくすることができ、治具中心Ｏの座標の誤差を小さくできて、自動教示におけるステージ中心Ｃの教示誤差を小さくすることができる。治具中心Ｏの座標の誤差を小さくして教示誤差をさらに小さくするためには、第１の位置決定工程と第２の位置決定工程の各々を繰り返し行って平均値を算出することが有効である。すなわち第１の位置決定工程を複数回実施してそれらの結果の平均から治具中心Ｏの座標（Ｘ１，Ｙ１）を求め、第２の位置決定工程も複数回実施してそれらの結果の平均から治具中心ＯのＹ座標値Ｙ２を決定することが好ましい。特に第２の位置決定工程では、第１の位置決定工程によって得られる座標値において相対的に誤差が大きいとされるＹ座標値を求めるので、繰り返し回数をより多くすることが好ましい。また、第１の位置決定工程においてハンド１４を位置決定用治具６１，６２に接近させるときに用いる異なる３つの方向の中にＹ方向が含まれる場合には、第１の位置決定工程を実施して治具中心Ｏの座標（Ｘ１，Ｙ１）を求めるとともに、第１の位置決定工程で得られたデータのうちのＹ方向にハンド１４を動かしたときのデータを第２の位置決定工程において用いるデータとして扱って、Ｙ座標値Ｙ２を求めてもよい。

【0032】

第２の位置決定工程ではＹ方向に沿ってハンド１４を動かして、スルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１，６２によって遮られることを検出する。このとき、光路２８が延びる方向はＸ方向である。光路２８の長さ、すなわちスルービームセンサ２５の発光部２６と受光部２７との細田の距離は、ロボット１が想定しているワーク５０の大きさにもよるが、例えば数ｃｍから数十ｃｍである。これに対し、円柱状の位置決定用治具６１，６２の半径は数ｍｍから数ｃｍ程度である。光路２８の長さに比べて位置決定用治具６１，６２の半径は十分に小さい。ロボット座標系での位置決定用治具６１，６２の位置のＹ座標値Ｙ２は、Ｙ方向にハンド１４を動かすときに光路３８がＸ方向のどのあたりで位置決定用治具６１，６２を遮るかによっては変化しないはずである。しかしながら実際には、ロボット１の機械的な誤差、特に、ロボット１に設けられる減速機の角度伝達誤差のために、Ｙ座標値Ｙ２は、ハンド１４のＸ方向の位置によって周期的に変化する。図６は、ハンド１４をＹ方向に動かして位置決定用治具６１を検出するときに、ハンド１４のＸ方向の位置によってＹ座標値がどのように異なるかを実測した例を示している。ここではＸ方向の位置ごとに３回の測定を行っている。ハンド１４のＸ方向の位置が同じであれば得られたＹ座標値のばらつきは極めて小さい（例えば０．１ｍｍ程度）が、Ｘ方向の位置が異なるとＹ座標値も大きく変化する。このようなＹ座標値のばらつきが教示誤差に与える影響が無視できない場合には、第２の位置測定工程を繰り返し実行するときに、位置決定用治具６１，６２によって光路２８が遮られるという条件を満たす範囲内で第２の位置測定工程を実行するごとにハンド１４のＸ方向の位置を変化させ、得られたＹ座標値Ｙ２を平均することが好ましい。

【0033】

異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させて治具中心Ｏのロボット座標系での位置（Ｘ１，Ｙ１）を求めたときはＹ方向での誤差が大きくなりがちであるが、以上説明した本実施形態によれば、治具中心ＯのＹ座標値Ｙ２を求める第２の位置決定工程を別途実行することにより、Ｙ方向での治具中心Ｏの位置の誤差を小さくすることができ、それにより、ステージ中心Ｃについての教示誤差も小さくすることができる。自動教示の精度が向上することにより、搬送物であるワーク５０の取り置き失敗や自動教示のやり直しの頻度を減少させることができ、ロボット１を含むシステム全体の生産性を向上させることができる。

【0034】

なお、本技術は以下のような構成をとることが可能である。

【0035】

（１） ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットに対し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を自動的に教示する自動教示方法であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系を定め、前記ＸＹ座標系をロボット座標系とし、
前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具を配置する工程と、
前記ハンドを前記ステージの内部に進入させて異なる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなる前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出する第１の位置決定工程と、
前記Ｙ方向に沿って前記ハンドを移動させて前記位置決定用治具に接近させ、前記センサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値として前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を求める第２の位置決定工程と、
を有し、
前記ロボットの教示において前記第１のＸ座標値と前記第２のＹ座標値とを前記位置決定用治具の座標として用いる、自動教示方法。

【0036】

（２） 前記ロボットは水平多関節ロボットであって、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向はいずれも水平面内での方向である、（１）に記載の自動教示方法。

【0037】

（３） 前記第１の位置決定工程において、前記水平面内で前記ハンドを移動させる、（２）に記載の自動教示方法。

【0038】

（４） 前記Ｙ方向は、前記接続部の位置において前記作業領域の壁面に垂直な方向である、（１）から（３）のいずれかに記載の自動教示方法。

【0039】

（５） 前記第２の位置決定工程を繰り返して実行して前記第２のＹ座標値の平均値を求め、前記平均値を前記第２のＹ座標値として前記ロボットの教示に用いる、請求項（１）から（４）のいずれかに記載の自動教示方法。

【0040】

（６） 前記ハンドを前記Ｙ方向に沿って動かすときの前記ハンドの前記Ｘ方向での位置を変えながら、前記第２の位置決定工程を繰り返し実行する、（５）に記載の自動教示方法。

【0041】

（７） 前記第１の位置決定工程で使用する前記異なる３つの方向に前記Ｙ方向が含まれ、前記第１の位置決定工程において前記ハンドを前記Ｙ方向に沿って動かしたときに得られた前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を前記第２のＹ座標値として前記ロボットの教示に用いる、（１）から（６）のいずれかに記載の自動教示方法。

【0042】

（８） 前記センサはスルービームセンサである、（１）から（７）３のいずれかに記載の自動教示方法。

【0043】

（９） ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットを制御し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を前記ロボットに対して自動的に教示するロボット制御装置であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系が定められ、前記ＸＹ座標系がロボット座標系であり、前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具が配置されているときに、
前記ハンドを前記ステージの内部に進入させて異なる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出し、第１のＸ座標値及び第１のＹ座標値からなる前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出し、
前記Ｙ方向に沿って前記ハンドを移動させて前記位置決定用治具に接近させ、前記センサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して第２のＹ座標値として前記ロボット座標系における前記位置決定用治具のＹ座標値を求め、
前記第１のＸ座標値と前記第２のＹ座標値とによって前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標が表されるとして前記ロボットの教示を行うロボット制御装置。

【符号の説明】

【0044】

１…ロボット；５…作業領域；１０…基台；１１…第１アーム；１２…第２アーム；１３…第３アーム；１４…ハンド；１５…昇降筒；２０…フォーク部；２１～２４…モータ；２５…スルービームセンサ；２６…発光部；２７…受光部；２８…光路；３０…ロボット制御装置；５０…ワーク；５１…カセット；５２…ステージ；５３…ワーク配置位置；６１，６２…位置決定用治具；Ｃ…ステージ中心；Ｏ…治具中心。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】