(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】P2024085665
(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 2022200309
(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給餌できるようにする。
【解決手段】ステージ中心Ｃとの位置関係が既知である位置決定用治具６１に接近する３Ｎ通りの方向（ただしＮ≧２）の方向を定め（ステップ１０１）、Ｎ番目ごとに方向を選択して３つの方向からなるグループを設定することを繰り返し、Ｎ個のグループを得る（ステップ１０２）。グループごとにそのグループの３つの方向を用いてハンド１４を位置決定用治具６１に接近させて位置決定用治具６１の座標を求める（ステップ１０３）。グループごとに求めた座標の平均値を算出し（ステップ１０４）、その平均値を、自動教示に用いる位置決定用治具６１の座標とする（ステップ１０７）。
【選択図】図４
【解決手段】ステージ中心Ｃとの位置関係が既知である位置決定用治具６１に接近する３Ｎ通りの方向（ただしＮ≧２）の方向を定め（ステップ１０１）、Ｎ番目ごとに方向を選択して３つの方向からなるグループを設定することを繰り返し、Ｎ個のグループを得る（ステップ１０２）。グループごとにそのグループの３つの方向を用いてハンド１４を位置決定用治具６１に接近させて位置決定用治具６１の座標を求める（ステップ１０３）。グループごとに求めた座標の平均値を算出し（ステップ１０４）、その平均値を、自動教示に用いる位置決定用治具６１の座標とする（ステップ１０７）。
【選択図】図４
【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Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面をＸＹ平面とし、
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、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに、前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定める第１の設定工程と、
前記第１の工程で定めた前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定する第２の設定工程と、
前記第２の設定工程で設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる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を算出する位置算出工程と、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求める平均算出工程と、
を有し、
前記平均値を前記ロボットの教示において用いられる前記位置決定用治具の座標とする、自動教示方法。
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Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面をＸＹ平面とし、
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、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに、前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定める第１の設定工程と、
前記第１の工程で定めた前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定する第２の設定工程と、
前記第２の設定工程で設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる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を算出する位置算出工程と、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求める平均算出工程と、
を有し、
前記平均値を前記ロボットの教示において用いられる前記位置決定用治具の座標とする、自動教示方法。
【請求項2】
前記位置算出工程で得られた前記座標の中から外れ値を探索し、前記外れ値が存在する場合には、前記平均算出工程において当該外れ値を除外して前記平均値を算出する、請求項１に記載の自動教示方法。
【請求項3】
前記平均算出工程において、すべての前記グループについて得られた前記座標の分散も算出し、前記分散に基づいて前記外れ値についての判定を行う、請求項２に記載の自動教示方法。
【請求項4】
前記第１の設定工程において、前記位置決定用治具から見て等角度間隔で前記３Ｎ通りの方向を定める、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】
前記位置算出工程において、前記水平面内で前記ハンドを移動させる、請求項５に記載の自動教示方法。
【請求項7】
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Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面がＸＹ平面であり、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、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定め、前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定し、
設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる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を算出し、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求め、
前記平均値が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であるとして前記ロボットの教示を行うロボット制御装置。
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Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面がＸＹ平面であり、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、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定め、前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定し、
設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる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を算出し、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求め、
前記平均値が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であ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、繰り返し座標値を求めたときの再現性が悪くて位置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、Ｘ方向とＹ方向とによって張られる平面をＸＹ平面とし、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、Ｎが２以上の整数であるとして、ハンドをステージの内部に進入させたときに、位置決定用治具に向かってＸＹ平面においてハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定める第１の設定工程と、第１の工程で定めた３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定する第２の設定工程と、第２の設定工程で設定されたグループごとに、そのグループに含まれる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て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位置算出工程と、すべてのグループについて得られた座標の平均値を求める平均算出工程と、を有し、平均値をロボットの教示において用いられる位置決定用治具の座標とする。
【0008】
一態様の自動教示方法によれば、全体としてできるだけ多くの方向からハンドを位置決定用治具に接近させるという条件と、相互にできるだけ離れた異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させる条件とを両立させてロボット座標系での位置決定用治具の位置を決めることができるので、位置決定用治具の決定された座標におけるばらつきが小さくなって、自動教示精度が向上する。
【0009】
一態様の自動教示方法では、位置算出工程で得られた座標の中から外れ値を探索し、外れ値が存在する場合はその外れ値を除外して平均算出工程において平均値を算出することが好ましい。外れ値を除外することによって、位置決定用治具の位置についてのばらつきがさらに減少して自動教示精度をより高めることができる。この場合、平均算出工程において、すべてのグループについて得られた座標の分散σも算出し、分散σに基づいて外れ値についての判定を行うことができる。分散σを用いることにより、外れ値の判定が容易になる。
【0010】
一態様の自動教示方法では、第１の設定工程において、位置決定用治具から見て等角度間隔で３Ｎ通りの方向を定めることが好ましい。等間隔に方向を定めることによって種々の誤差要因が平均化され、位置決定用治具の位置についてのばらつきがさらに減少する。
【0011】
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、位置算出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。
【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、Ｘ方向とＹ方向とによって張られる平面がＸＹ平面であり、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、Ｎが２以上の整数であるとして、ハンドをステージの内部に進入させたときに位置決定用治具に向かってＸＹ平面においてハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定め、３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定し、設定されたグループごとに、そのグループに含まれる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て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、すべてのグループについて得られた座標の平均値を求め、平均値がロボット座標系における位置決定用治具の座標であるとしてロボットの教示を行う。
【0014】
一態様のロボット制御装置によれば、全体としてできるだけ多くの方向からハンドを位置決定用治具に接近させるという条件と、相互にできるだけ離れた異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させる条件とを両立させてロボット座標系での位置決定用治具の位置を決めることができるので、位置決定用治具の決定された座標におけるばらつきが小さくなって、自動教示精度が向上する。
【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】
【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、それぞれ円柱形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再現性が低下し、得られる座標値にばらつきが生じることがある。このような再現性の低下は、治具中心Ｏの座標における大きな誤差を意味し、ステージ中心Ｃの教示における教示誤差をもたらす。治具中心Ｏの座標の決定における誤差を小さくするためには、異なる３つの方向からハンド１４を接近させて治具中心Ｏの座標を求めることをハンド１４の動く方向を変えながら複数回実行し、各回の位置決定で得られた座標値を平均することが考えられる。そこで本実施形態では、異なる３つの方向からハンド１４を接近させて治具中心Ｏの座標を求めることを複数回行ってその平均から治具中心Ｏの座標を求めることとする。ここで座標の決定回数をＮ（ただしＮ≧２）とすれば、合計で３Ｎ回にわたってハンド１４を位置決定用治具６１に接近させるが、本実施形態では、治具中心Ｏの座標の決定誤差が小さくなるように、各回の位置決定でのハンド１４の移動方向を選択する。図３は、本実施形態での治具中心Ｏの座標の決定方法を説明する模式平面図である。ここでは位置決定用治具６１の治具中心Ｏの座標の決定方法を説明するが、位置決定用治具６２の治具中心の座標も同様に決定することができる。
【0027】
上述したように位置決定用治具６１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る。この角度範囲は、治具中心Ｏを中心として作業領域５を向いた角度範囲であり、図３（ａ）ではθで表されている。角度範囲θの大きさは、どれだけ大きくても１８０度未満であり、通常は、数十度程度である。一方、異なる３つの方向から位置決定用治具６１にハンド１４を接近させて治具中心Ｏのロボット座標系での位置を決定する場合、ハンド１４を接近させる３つの方向が相互にできるだけ離れている方が座標の決定精度は向上する。また、治具中心Ｏの座標を決定するときの誤差の要因にはロボット１における減速機の角度伝達誤差が含まれ、減速機の角度伝達誤差の影響を小さくするためには、角度範囲θ内で全体としてできるだけ多くの方向から位置決定用治具６１に向けてハンド１４を接近させて誤差の影響を相殺することが好ましい。治具中心Ｏの座標を決定するときの他の誤差の要因の影響を小さくするためにも全体としてできるだけ多くの方向から位置決定用治具６１に向けてハンド１４を接近させることが好ましい。
【0028】
位置の決定を行うごとにハンド１４を相互にできるだけ離れた異なる３つの方向から位置決定用治具６１に接近させる、という条件と、全体としてできるだけ多くの方向から位置決定用治具６１に接近させる、という条件を考慮して、本実施形態では、上述した角度範囲θ内に３Ｎ通りの方向を設定する。各方向はいずれも１回の位置決定にしか使用されない。これらの方向は、治具中心Ｏから見て等角度間隔で並んでいることが好ましい。図３（ａ）では、設定された方向の各々が矢印で示されており、各小円は、その小円に対応する方向でハンド１４を位置決定用治具６１に接近させたときにハンド１４のスルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１の外周と接することになるであろう位置を示している。図では、Ｎ＝５の場合が示されており、１５（＝３×５）通りの方向からハンド１４が位置決定用治具６１に接近する。Ｎを５よりもさらに大きくし、ハンド１４が接近する方向の相互間の角度をより小さくすることにより、治具中心Ｏの座標の決定精度をさらに高めることができる。
【0029】
図３（ａ）に示した例では、１回の位置決定に３つの方向を使用するから、１５通りの方向を用いることにより５回の位置決定を行うことができる。各回の位置決定において用いる３つの方向はできるだけ離れていることが好ましいから、角度範囲θの一方の端部側から数えて、１番目、６番目及び１１番目の方向を第１グループとし、２番目、７番目及び１２番目の方向を第２グループとし、以下同様にして、５番目、１０番目及び１５番目の方向を第５グループとする。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す１５通りの方向をどのように組み合わせてグループとするかを小円内のハッチングで示している。そしてグループごとにそのグループに属する３つの方向を用いて治具中心Ｏの位置を座標として決定する。図３（ｃ）は、グループごとに算出された治具中心Ｏの位置を示す図であり、グループごとに算出された位置は十字型のマークによって示されている。また、小円は、図３（ｂ）に示すようにグループ分けがなされているとして、スルービームセンサ２５の光路２８によってどの位置で位置決定用治具６１の外周を検出したかを示している。したがって、図３（ｃ）に示す小円は、ロボット座標系のものではあるが、上述した各誤差を含んで決定された位置を示しており、太線で示す本来の位置決定用治具６１の外周の位置からはずれている。各回の位置決定ではこのように誤差を含んだ位置から治具中心Ｏの位置を算出するので、算出された治具中心Ｏの位置もばらついている。
【0030】
本実施形態では、各回の位置決定によって求められた治具中心Ｏの座標の平均を求めることにより、治具中心Ｏの最終的な座標を決定し、それに基づいてステージ中心Ｃの座標を算出してステージ中心Ｃの自動教示を行う。そのとき、各回の位置測定による治具中心Ｏの座標に外れ値が存在するときは、そのような外れ値である座標を除外して治具中心Ｏの座標の平均値を求めることが好ましい。外れ値の検出方法としては公知のものを使用することができるが、例えば、各回の位置測定による治具中心Ｏの座標の平均値を求めるときに、座標についての分散σも求め、算出された平均値との距離が３σ以上となる座標データを外れ値とすることができる。図において破線の円は、３σの範囲を示しており、ここで示す例では、第１グループの３つの方向を用いてハンド１４を位置決定用治具６１に接近させて得た治具中心Ｏの位置が３σの範囲の外側にあり、外れ値として取り扱われる。このように外れ値を除外して治具中心Ｏの最終的な座標を決定することにより、誤差の大きなグループを除外して治具中心Ｏの座標を決定できるので、治具中心Ｏの座標の再現性が向上してステージ中心Ｃの位置の教示誤差も小さくすることができる。
【0031】
図４は、位置決定用治具６１の治具中心Ｏのロボット座標系での座標値を求める上述した処理を示すフローチャートである。この処理は、ロボット制御装置３０によって実行される。まず、ステップ１０１において、位置決定用治具６１に対してハンド１４を接近させるときにハンド１４が取り得る角度範囲θの範囲内で、３Ｎ通りの方向を例えば等角度間隔で設定する（ただしＮ≧２）。次にステップ１０２において、３Ｎ通りの方向の中で、角度範囲θの一方の端部側から数えて１番目の方向とＮ＋１番目の方向と２Ｎ＋１番目の方向の組み合わせ、２番目とＮ＋２番目と２Ｎ＋２番目の組み合わせ、Ｎ番目と２Ｎ番目と３Ｎ番目の組み合わせというように、Ｎ番目ごとに方向を選択してそれぞれが３つの方向からなるグループを合計Ｎ個設定する。そしてステップ１０３において、グループごとに、そのグループの３つの方向を用いてハンド１４を位置決定用治具６１に接近させ、図２を用いて説明した手順にしたがってロボット座標系での治具中心Ｏの座標を算出する。Ｎ個のグループの全てについて治具中心Ｏの座標の算出が終わったら、次に、ステップ１０４において、ステップ１０３においてグループごとに求めた合計Ｎ個の治具中心Ｏの座標から、それらの平均値と分散σとを求める。その後、ステップ１０５において、分散σに基づいて外れ値があるかどうかを判定し、外れ値がある場合には、ステップ１０６において、その外れ値を除外して治具中心Ｏの座標の平均値を再計算し、ステップ１０７に進む。ステップ１０５において外れ値がないと判定したときもそのままステップ１０７に進む。ステップ１０７では、ステップ１０４で得られた平均値（外れ値がない場合）またはステップ１０６での再計算で得られた平均値（外れ値があった場合）を自動教示に用いる治具中心Ｏの座標とする。これにより、位置決定用治具６１について、自動教示に用いる治具中心Ｏの座標が定まったことになる。もう１つの位置決定用治具６２についても、同様の処理によって自動教示に用いる治具中心Ｏの座標が定めることができ、これらの座標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。
【0032】
以上説明した本実施形態によれば、治具中心Ｏの座標を再現性よく求めることができて精度が向上し、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。自動教示の再現性と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。
【0033】
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。
【0034】
（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Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面をＸＹ平面とし、
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、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに、前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定める第１の設定工程と、
前記第１の工程で定めた前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定する第２の設定工程と、
前記第２の設定工程で設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる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を算出する位置算出工程と、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求める平均算出工程と、
を有し、
前記平均値を前記ロボットの教示において用いられる前記位置決定用治具の座標とする、自動教示方法。
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Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面をＸＹ平面とし、
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、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに、前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定める第１の設定工程と、
前記第１の工程で定めた前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定する第２の設定工程と、
前記第２の設定工程で設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる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を算出する位置算出工程と、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求める平均算出工程と、
を有し、
前記平均値を前記ロボットの教示において用いられる前記位置決定用治具の座標とする、自動教示方法。
【0035】
（２） 前記位置算出工程で得られた前記座標の中から外れ値を探索し、前記外れ値が存在する場合には、前記平均算出工程において当該外れ値を除外して前記平均値を算出する、（１）に記載の自動教示方法。
【0036】
（３） 前記平均算出工程において、すべての前記グループについて得られた前記座標の分散も算出し、前記分散に基づいて前記外れ値についての判定を行う、（２）に記載の自動教示方法。
【0037】
（４） 前記第１の設定工程において、前記位置決定用治具から見て等角度間隔で前記３Ｎ通りの方向を定める、（１）乃至（３）のいずれかに記載の自動教示方法。
【0038】
（５） 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）乃至（４）のいずれかに記載の自動教示方法。
【0039】
（６） 前記位置算出工程において、前記水平面内で前記ハンドを移動させる、（５）に記載の自動教示方法。
【0040】
（７） 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）乃至（６）のいずれかに記載の自動教示方法。
【0041】
（８） 前記センサはスルービームセンサである、（１）乃至（７）のいずれかに記載の自動教示方法。
【0042】
（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Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面がＸＹ平面であり、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、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定め、前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定し、
設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる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を算出し、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求め、
前記平均値が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であるとして前記ロボットの教示を行うロボット制御装置。
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Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面がＸＹ平面であり、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、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定め、前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定し、
設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる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を算出し、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求め、
前記平均値が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であ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】
【0043】
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】