2025-20984 搬送ロボットの制御方法

(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】P2025020984

(43)【公開日】2025-02-13

(54)【発明の名称】搬送ロボットの制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20250205BHJP

【ＦＩ】

B25J9/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023124648

(22)【出願日】2023-07-31

(71)【出願人】

【識別番号】504174135

【氏名又は名称】国立大学法人九州工業大学

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(72)【発明者】

【氏名】福井 善朗

(72)【発明者】

【氏名】藤村 統太

(72)【発明者】

【氏名】森本 和章

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS01

3C707BS15

3C707CV07

3C707CW07

3C707HS27

3C707LU02

3C707LU03

3C707NS13

(57)【要約】

【課題】ベルト駆動型の搬送ロボットにおいて、先端側のハンドの目標軌道の逸脱を抑制することが可能な制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の搬送ロボットの制御方法は、互いに回動可能に支持された第１アーム、第２アームおよびハンドを備え、当該ハンドが水平直線移動させられるベルト駆動型の搬送ロボットの制御方法であって、第１アームの角速度は、動作開始から加速する加速区間Ｓ１と、加速区間Ｓ１の後に続き、一定速度が継続する等速区間Ｓ２と、等速区間Ｓ２の後に続き、動作終了まで減速する減速区間Ｓ３と、を含んで構成され、加速区間Ｓ１および減速区間Ｓ３の少なくとも一方は、第１加速度で加速し、または第１減速度で減速する第１区間Ｓ３１と、前記第１加速度と異なる第２加速度で加速し、または前記第１減速度と異なる第２減速度で減速する第２区間Ｓ３２と、を有する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端側の第１垂直軸線の回りに回動可能な第１アームと、一端側が前記第１アームの他端側に対して第２垂直軸線の回りに回動可能に支持された第２アームと、一端側が前記第２アームの他端側に対して第３垂直軸線の回りに回動可能に支持されハンドと、を備え、
前記第１アームおよび前記第２アームの各々の内部に配置されたベルトの連係により、前記第１アームが前記第１垂直軸線の回りに回動させられると前記ハンドが水平直線移動させられるベルト駆動型の搬送ロボットの制御方法であって、
前記第１アームおよび前記第２アームを縮めた縮め姿勢と前記第１アームおよび前記第２アームを伸ばした伸ばし姿勢との間で前記ハンドを水平直線移動させる際の前記第１アームの前記垂直軸線回りの角速度は、動作開始から加速する加速区間と、前記加速区間の後に続き、一定速度が継続する等速区間と、前記等速区間の後に続き、動作終了まで減速する減速区間と、を含んで構成され、
前記加速区間および前記減速区間の少なくとも一方は、第１加速度で加速し、または第１減速度で減速する第１区間と、前記第１加速度と異なる第２加速度で加速し、または前記第１減速度と異なる第２減速度で減速する第２区間と、を有する、搬送ロボットの制御方法。

【請求項2】

前記第１区間は前記等速区間に連続し、且つ前記第２区間は前記第１区間に連続しており、
前記加速区間が前記第１区間および前記第２区間を有する場合、前記第１加速度が前記第２加速度よりも小であり、
前記減速区間が前記第１区間および前記第２区間を有する場合、前記第１減速度が前記第２減速度よりも小である、請求項１に記載の搬送ロボットの制御方法。

【請求項3】

前記第１アームおよび前記第２アームを前記縮め姿勢から前記伸ばし姿勢まで移動させる伸ばし動作において、前記減速区間が前記第１区間および前記第２区間を有し、
前記第１アームおよび前記第２アームを前記伸ばし姿勢から前記縮め姿勢まで移動させる縮め動作において、前記加速区間が前記第１区間および前記第２区間を有する、請求項２に記載の搬送ロボットの制御方法。

【請求項4】

前記等速区間における前記第１アームの角速度は、一定加速度区間、一定速度区間および一定減速度区間からなる台形加減速制御における前記一定速度区間の角速度よりも小である、請求項１ないし３のいずれかに記載の搬送ロボットの制御方法。

【請求項5】

前記加速区間から前記減速区間まで前記第１アームを回動させる動作時間は、前記台形加減速制御において前記一定加速度区間から前記一定減速度区間まで前記第１アームを回動させる動作時間と実質的に同一であり、
前記加速区間から前記減速区間までの前記第１アームの角度移動量は、前記台形加減速制御における前記一定加速度区間から前記一定減速度区間までの前記第１アームの角度移動量と実質的に同一である、請求項４に記載の搬送ロボットの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、搬送ロボットの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造等の分野において、ウエハ等の薄板状のワークを搬送する際にワーク搬送用の搬送ロボットが用いられている。このような薄板状のワークを搬送するための搬送ロボットとしては、たとえばベルト駆動型の水平多関節ロボットが知られている（たとえば特許文献１を参照）。この搬送ロボットは、駆動軸を有する後段側アームと、当該後段側アームに回動可能に支持された前段側アームと、当該前段側アームに回動可能に支持されたハンドと、これら２つのアームおよびハンドを駆動させる駆動部と、を備える。この搬送ロボットにおいて、２つのアーム、およびハンドを回動させるための動力伝達機構としてベルトが用いられる。搬送ロボットは、２つのアームを縮めた姿勢と伸ばした姿勢との間で姿勢変更する際、ワークを把持するハンドが直線状の目標軌道を移動するように構成される。一方、半導体製造工程におけるウエハ等の搬送は高速化が求められており、アームの回動駆動は、たとえば台形加減速制御により行う。

【0003】

半導体製造工程では、ハンドに把持されたウエハ等のワークの移動経路にゲートバルブやカセットの入り口など狭い部分が存在するので、ワークを把持するハンドが目標軌道を精密に追従しなければならない。しかしながら、高速動作中のハンドは、本来通るべき目標軌道から逸脱することが知られている。当該ハンドの目標軌道からの逸脱の主な要因は、ベルトの伸縮であることが分かっているが、ベルトの伸縮量そのものを計測・制御することが難しいことから、上記の軌道逸脱を完全に無くすことは難しいとされている。アームおよびハンドを低速で動作させると、ベルトにかかる負荷を小さくすることができ、ハンドの軌道逸脱の低減を図ることができる。しかしながら、半導体製造現場においては、動作時間（タクトタイム）を延ばすことなく、目標軌道からの逸脱を低減することが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－１８８２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、ベルト駆動型の搬送ロボットにおいて、先端側のハンドの目標軌道の逸脱を抑制することが可能な制御方法を提供することを主たる課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

【0007】

本発明によって提供される搬送ロボットの制御方法は、一端側の第１垂直軸線の回りに回動可能な第１アームと、一端側が前記第１アームの他端側に対して第２垂直軸線の回りに回動可能に支持された第２アームと、一端側が前記第２アームの他端側に対して第３垂直軸線の回りに回動可能に支持されハンドと、を備え、前記第１アームおよび前記第２アームの各々の内部に配置されたベルトの連係により、前記第１アームが前記第１垂直軸線の回りに回動させられると前記ハンドが水平直線移動させられるベルト駆動型の搬送ロボットの制御方法であって、前記第１アームおよび前記第２アームを縮めた縮め姿勢と前記第１アームおよび前記第２アームを伸ばした伸ばし姿勢との間で前記ハンドを水平直線移動させる際の前記第１アームの前記垂直軸線回りの角速度は、動作開始から加速する加速区間と、前記加速区間の後に続き、一定速度が継続する等速区間と、前記等速区間の後に続き、動作終了まで減速する減速区間と、を含んで構成され、前記加速区間および前記減速区間の少なくとも一方は、第１加速度で加速し、または第１減速度で減速する第１区間と、前記第１加速度と異なる第２加速度で加速し、または前記第１減速度と異なる第２減速度で減速する第２区間と、を有する。

【0008】

好ましい実施の形態においては、前記第１区間は前記等速区間に連続し、且つ前記第２区間は前記第１区間に連続しており、前記加速区間が前記第１区間および前記第２区間を有する場合、前記第１加速度が前記第２加速度よりも小であり、前記減速区間が前記第１区間および前記第２区間を有する場合、前記第１減速度が前記第２減速度よりも小である。

【0009】

好ましい実施の形態においては、前記第１アームおよび前記第２アームを前記縮め姿勢から前記伸ばし姿勢まで移動させる伸ばし動作において、前記減速区間が前記第１区間および前記第２区間を有し、前記第１アームおよび前記第２アームを前記伸ばし姿勢から前記縮め姿勢まで移動させる縮め動作において、前記加速区間が前記第１区間および前記第２区間を有する。

【0010】

好ましい実施の形態においては、前記等速区間における前記第１アームの角速度は、一定加速度区間、一定速度区間および一定減速度区間からなる台形加減速制御における前記一定速度区間の角速度よりも小である。

【0011】

好ましい実施の形態においては、前記加速区間から前記減速区間まで前記第１アームを回動させる動作時間は、前記台形加減速制御において前記一定加速度区間から前記一定減速度区間まで前記第１アームを回動させる動作時間と実質的に同一であり、前記加速区間から前記減速区間までの前記第１アームの角度移動量は、前記台形加減速制御における前記一定加速度区間から前記一定減速度区間までの前記第１アームの角度移動量と実質的に同一である。

【発明の効果】

【0012】

ベルト駆動型の搬送ロボットにおいて、第１アーム、第２アームおよびハンドを高速で動作させると、先端側ハンドの軌道逸脱を引き起こす。本発明に係る搬送ロボットの制御方法によれば、当該先端側ハンドの軌道逸脱の原因であるベルトの伸縮に着目して目標軌道を設計することで、追加の情報を取得するためのセンサ等を設置することなく、先端側のハンドの目標軌道の逸脱を抑制することができる。

【0013】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る搬送ロボットの制御方法を実行可能なウエハ搬送ロボットの一例を示す概略平面図であり、第１アームおよび第２アームを縮めた縮め姿勢の一例を表す。

【図2】図１に示す搬送ロボットにおいて第１アームおよび第２アームを伸ばした伸ばし姿勢の一例を表す。

【図3】図１に示す搬送ロボットにおいて第１アーム、第２アームおよびハンドの基準姿勢を表す。

【図4】ロボットの姿勢に対する－２．４ｍ_２１ ^－１，ｍ_２２ ^－１との値の変化をグラフである。

【図5】伸ばし動作における関節角度目標軌道の角速度を表すグラフである。

【図6】伸ばし動作における関節角度目標軌道の角度を表すグラフである。

【図7】縮め動作における関節角度目標軌道の角速度を表すグラフである。

【図8】縮め動作における関節角度目標軌道の角度を表すグラフである。

【図9】関節角度目標軌道の評価を示す図である。

【図10】伸ばし動作における手先軌道波形を表すグラフである。

【図11】縮め動作における手先軌道波形を表すグラフである。

【図12】先端側のハンドの最大手先軌道逸脱量を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。

【0016】

図１は、本発明に係る搬送ロボットの制御方法を実行可能なウエハ搬送ロボットの一例を示す概略平面図である。図１に示すウエハ搬送ロボットＡ１は、第１アーム１、第２アーム２、ハンド３およびベース部９を備えている。第１アーム１は、３つのリンクとして構成される。

【0017】

第１アーム１は、ベース部９により、長手方向が水平となる姿勢で支持されている。第１アーム１は、その一端側が第１垂直軸線Ｏ１の回りに回動可能であり、上記ベース部９に配置された駆動源（たとえばサーボモータ）から回動駆動力が伝達されるように構成されている。第２アーム２は、長手方向が水平となる姿勢で第１アーム１に支持されている。第２アーム２は、その一端側が第１アーム１の他端側に対して第２垂直軸線Ｏ２の回りに回動可能である。ハンド３は、先端が二股のフォーク状とされており、水平姿勢で第２アーム２に支持されている。ハンド３は、たとえば円形シリコンウエハなどの所定サイズの薄板状ワークを載置保持するためのものである。なお、詳細な図示は省略するが、ウエハ搬送ロボットＡ１において、第１アーム１を支持するベース部９は、たとえば旋回機構や多関節機構を有しており、第１アーム１を所定の位置および向きで配置することが可能とされている。

【0018】

上記の第１アーム１、第２アーム２およびハンド３は、３つのリンクとして構成され、ベルト駆動により動作する。図示しないが、第１アーム１の内部には、第１垂直軸線Ｏ１および第２垂直軸線Ｏ２を回転軸線とする一対のプーリおよび当該一対のプーリに掛け回された無端ベルトが配置される。また、第２アーム２の内部には、第２垂直軸線Ｏ２および第３垂直軸線Ｏ３を回転軸線とする一対のプーリおよび当該一対のプーリに掛け回された無端ベルトが配置される。そして、たとえばサーボモータ（駆動源）は、コントローラから与えられた指令トルクによってトルクを出力し、第１アーム１の第１垂直軸線Ｏ１を回転軸線とするプーリを回転させる。プーリの回転運動はベルトに伝達され、第１アーム１は第１垂直軸線Ｏ１回りに回動し、第２アーム２は第２垂直軸線Ｏ２回りに回動し、ハンド３は第３垂直軸線Ｏ３回りに回動する。このようにして、第１アーム１、第２アーム２およびハンド３が動作する。ここで、第１アーム１の第１垂直軸線Ｏ１回りの回動角度、第２アーム２の第２垂直軸線Ｏ２回りの回動角度、およびハンド３の第３垂直軸線Ｏ３回りの回動角度は、後述のように１：２：１となるように設計されている。このような構成の第１アーム１、第２アーム２およびハンド３によれば、水平搬送の動作のみを行い、第１アーム１、第２アーム２およびハンド３が相互に連係することで、ハンド３が水平直線移動させられる。サーボモータは、第１アーム１の回転角度と回転角速度のみ計測可能であり、ウエハ搬送ロボットＡ１には、それ以外の情報を計測するためのセンサ等は、コスト維持や機構上の制約、ロボットの動作環境などの制約により配置できない。

【0019】

第１アーム１、第２アーム２およびハンド３を十分低速で動作させると、先端側のハンド３は水平直線軌道上（後述の図１、図２のｙ軸上）を伸ばし動作あるいは縮め動作が行われるとみなすことができる。上記の水平直線軌道から逸脱すること、すなわち、先端側のハンド３のｘ座標（ｙ軸と直交する水平軸であるｘ軸の座標）が０以外の値をとることを軌道逸脱とよぶ。このとき、第１アーム１、第２アーム２およびハンド３を高速で動作させると、先端側のハンド３の軌道逸脱を引き起こす。本発明者らは、当該軌道逸脱の原因の１つである「ベルトの伸縮」に着目し、本発明を完成させるに至った。ロボットの運動学から、「ベルトが伸びている⇒関節角度誤差が発生する」とみなすことができ、「関節角度誤差が発生する⇒先端側のハンド３の軌道の逸脱発生」とみなすことができる。本発明では、ベルトの伸縮によって発生する関節角度誤差に着目した。ロボットの挙動を運動方程式として立式・モデル化し解析することや実機実験での予備実験により、以下の２点の事項が明らかになった。
（１）ロボットが取る姿勢によってベルトの伸びやすさ（ベルトの伸びを主要因とする関節角度誤差の量）が異なること
（２）関節角度誤差が軌道逸脱に与える影響の度合いも姿勢によって異なること
上記２つの事項を踏まえ、「関節角度誤差の起こりやすさ」と「その影響度の違い」をかけ合わせた評価指標式を提案した。目標軌道の設計では、評価指標値が小さい姿勢のときは軌道逸脱しにくい姿勢であるとして大きな角加速度で動作させ、評価指標値が大きい姿勢のときは、軌道逸脱し易い姿勢であるとしてできるだけ小さな角加速度で動作させるような目標軌道を設計する手法を見出した。本発明方法は、タクトタイムを維持したまま軌道逸脱量を低減できるものになっている。

【0020】

以下に、本実施形態の搬送ロボットの制御方法について説明する。

【0021】

＜ロボット座標系＞
図１、図２を参照し、ロボット座標系について説明する。図１、図２において、ロボット背面から見た方向をｙ軸方向とし、当該ｙ軸方向に対して垂直な水平方向をｘ軸方向とする。ウエハ搬送ロボットＡ１の駆動動作については、たとえば、第１アーム１および第２アーム２（以下、両アーム１，２をまとめて、適宜「アーム」と言う）を任意の縮めた姿勢（以下、適宜「縮め姿勢」と言う）と任意の伸ばした姿勢（以下、適宜「伸ばし姿勢」と言う）との間で縮め動作と伸ばし動作を繰り返す。図１は、第１アーム１および第２アーム２を縮めた縮め姿勢の一例を表す。図２は、第１アーム１および第２アーム２を伸ばした伸ばし姿勢の一例を表す。第１アーム１、第２アーム２およびハンド３からなる水平搬送機構は３つのリンクを構成しており、ここでは、説明の便宜上、適宜、第１アーム１をリンク１、第２アーム２をリンク２、ハンド３をリンク３として説明する。リンク１，２がｘ軸に重なっており、リンク３がｙ軸の正方向に向かって重なっている姿勢を基準姿勢とする。図３は、ウエハ搬送ロボットＡ１におけるリンク１～３の基準姿勢を示す。そして、リンクｉ（ｉは１～３のいずれか）における基準姿勢からの角度変位を各リンクの関節角度θ_ｉ［ｒａｄ］と定義する。基準姿勢におけるθ_ｉは、０［ｒａｄ］であり、反時計回りを正の方向とする。図１を参照して説明した上記の「縮め姿勢」は、基準姿勢よりもθ_ｉが小さい（すなわち負）姿勢であり、図２を参照して説明した上記の「伸ばし姿勢」は、基準姿勢よりもθ_ｉが大きい（すなわち正）姿勢である。θ_ｉは、ベルトが伸縮しない場合、以下の幾何拘束を満たすように設計されている。

【0022】

【数1】

【0023】

ウエハ搬送ロボットＡ１の駆動制御においては、θ_１のトルクを自由に与えることができる。このθ_１のトルクを与える制御手段として、ＰＩＤ制御則をはじめとするθ_１の角度を制御する位置決め制御が組み込まれている。この位置決め制御に与える目標値の時系列データを、関節角度θ_１の目標軌道（以下、適宜「関節角度目標軌道」）と呼ぶ。

【0024】

しかし、実際にはベルトの伸縮により上記の幾何拘束と実際の関節角度との間に角度誤差が生じる。リンク１，２間の関節角度誤差をθ_ｅ１［ｒａｄ］、リンク２，３間の関節角度誤差をθ_ｅ２［ｒａｄ］と定義すると、実際の関節角度は、上記の幾何拘束を用いて以下のように表される。

【0025】

【数2】

【0026】

状態変数をｑ＝［θ_１ θ_ｅ１ θ_ｅ]^Ｔとすると，ロボットの手先（ハンド３）の座標（ｘ，ｙ）は以下の順運動学の定義（ｆ_１（ｑ），ｆ_２（ｑ））＝（ｘ，ｙ）で表される。

【0027】

【数3】

【0028】

ｌ_１＝ｌ_２が満たされるように製品は設計されているため、θ_ｅ１＝θ_ｅ２＝０ならば、図１、図２のようにロボットの手先（ハンド３）位置がｙ軸上を移動する。θ_ｅ１，θ_ｅ２≠０ の場合、ｘ軸方向に手先位置の軌道逸脱（以下、適宜「手先軌道逸脱」）が起こり得る。ただし、ｌ_１、ｌ_２、ｌ_３はそれぞれリンク１、リンク２、リンク３の長さであり、図１での第１垂直軸線Ｏ１から第２垂直軸線Ｏ２までの長さ、第２垂直軸線Ｏ２から第３垂直軸線Ｏ３までの長さ、第３垂直軸線Ｏ３から手先までの長さを意味している。

【0029】

＜手先軌道逸脱の要因１（ベルトの伸縮）＞
ベルトの伸縮によって発生する関節角度誤差θ_ｅ１，θ_ｅ２が０でないとき、幾何拘束が崩れ、先端側のハンド３の軌道逸脱（手先軌道逸脱）が発生する。シミュレーションを用いた予備実験により、θ_ｅ１，θ_ｅ２はそれぞれ１０^－５，１０^－１０程度のオーダーを取ることがわかっている。このため、手先軌道逸脱の主要因はθ_ｅ１であり、θ_ｅ２はθ_ｅ１と比較すると十分小さいと言える。運動方程式より、関節角度誤差θ_ｅ１の角加速度の式は、以下の数４のように近似される。

【0030】

【数4】

【0031】

ただしｍ_ｉｊ ^－１ は運動方程式より得られた逆慣性行列Ｍ^－１（ｑ）の（ｉ，ｊ）要素あり、数４の右辺にある添え字１，２はベクトルの１要素目、２要素目をとることを意味している。

【0032】

図４に－２．４ｍ_２１ ^－１およびｍ_２２ ^－１とロボットの関節角度θ_１の関係を示す。多くの箇所で類似した値をとっていることがわかる。θ_１が－１［ｒａｄ］、１［ｒａｄ］付近では２つの値に差異が見られるが、手先軌道逸脱の起こりやすさの観点で、以下の数５のように評価することができる。

【0033】

【数5】

【0034】

この結果、「ｍ_２２ ^－１（ｑ）が大きいほど関節角度誤差θ_ｅ１の角加速度（数４の左辺）が大きな値をとりやすい」という単純なルールにより、手先軌道逸脱の主要因である関節角度誤差θ_ｅ１の発生しやすさを見積もれることがわかる。

【0035】

＜手先軌道逸脱の要因２（要因１のベルト伸縮が手先軌道逸脱に与える影響度）＞
関節角度と手先（ハンド３）の座標の関係を示す順運動学をｆ（ｑ）で表し、順運動学のｘ座標成分をｆ_１、ｙ座標成分をｆ_２と記す。このとき、与えられた時刻ｔにおける手先（ハンド３）の位置はｆ（ｑ（ｔ））で表され、そのｘ成分もまたｆ_１（ｑ（ｔ））で表される。ｘ（ｔ）＝ｆ_１（ｑ（ｔ））の両辺を時間tで２回微分することで、以下の数６が得られる。

【0036】

【数6】

【0037】

数６おける加速度の式（１）右辺第１項は数値実験により充分小さい値を取ることがわかっている。また、θ_ｅ１，θ_ｅ２は１０^－５以下の値を取ることがわかっており、構造上、ｌ_１＝ｌ_２が満たされるから、以下の数７の近似式が成り立つ。

【0038】

【数7】

【0039】

これにより、ベルトの伸縮が手先軌道逸脱方向であるｘ軸に与える、数６の加速度の式（１) は、以下の数８のように近似される。

【0040】

【数8】

【0041】

そこで、本発明では、ロボットの運動方程式より得られる以下の数９の要素の値を関節角度目標軌道設計における評価指標とし、評価指標の値が小さい関節角度θ_１で大きく加速するような２段階以上の台形加減速で関節角度目標軌道を設計することを見出した。

【0042】

【数9】

【0043】

次に、本実施形態における搬送ロボットの制御方法の関節角度目標軌道の設計手順について説明する。予備実験と評価指標の傾向により、設計パラメータの変更による手先軌道逸脱への影響度は、以下の順で大きいことがわかっている。
（１）等速動作部分での最高角速度
（２）アームを伸ばした姿勢での角加速度
（３）アームを縮めた姿勢での角加速度
したがって、図４に表されるグラフ形状をしている評価指標の数９の式を参照しつつ、従来の台形加減速制御による関節角度目標軌道を上記要因（１）～（３）を考慮して修正することで、本実施形態に係る関節角度目標軌道を設計する。
具体的には、以下の手順により関節角度目標軌道を設計する手法を採用した。
手順（１）等速動作部分での最高角速度を落とすことで、手先軌道逸脱の最大値を低減させる。ただし、ここの操作によりタクトタイムは増加する。
手順（２）アームを伸ばした姿勢での角加速度を引き下げた２段階以上の台形加減速軌道の設計を行い、手先軌道逸脱の最大値を低減させる調整を行う。
手順（３）アームを縮めた姿勢での角加速度を引き上げ、許容できる範囲までタクトタイムを短くする。

【0044】

本実施形態により設計した関節角度目標軌道と、従来法である台形加減速による関節角度目標軌道でそれぞれロボットの手先（ハンド３）軌道を測定し、最大手先軌道逸脱量を比較する。比較実験は、製造現場で実際に使われている製品（ダイヘン社製ＵＴＭ－Ｒ３７００Ｆ）を用いて行う。実験動作は、関節角度θ_１をロボットの最小関節角度θ_１ｓ＝－１．０３７［ｒａｄ］から最大関節角度θ_１ｆ＝１．３３４［ｒａｄ］まで動かす伸ばし動作と、最大関節角度θ_１ｆから最小関節角度θ_１ｓまで動かす縮め動作で行う。軌道追従制御則はロボットに組み込まれているＰＩ制御則をそのまま用い、各ゲインも共通のものを利用する。比較対象である従来法は、実験に使用するロボット（ダイヘン社製ＵＴＭ－Ｒ３７００Ｆ）での機械パラメータにもとづき、角加速度α＝１５．３１［ｒａｄ／ｓ^２］、 最高角速度は機械限界の９５％の大きさ（以下の数１０）に設定した。

【0045】

【数10】

【0046】

本実施形態により設計する関節角度目標軌道は従来法で設計した関節角度目標軌道を修正する形で設計する。本実施形態による関節角度目標軌道の設計にあたっては、従来の台形加減速による関節角度目標軌道のタクトタイム０．８４５［ｓｅｃ］の±０．０１［ｓｅｃ］以内となるように設計することで、タクトタイムを維持したまま手先軌道逸脱量の低減ができているか評価する。

【0047】

＜本実施形態による関節角度目標軌道設計＞
（１）等速動作部分での最高角速度の変更
最高角速度を小さくすることによるタクトタイムの増加と手先軌道逸脱の低減の両者を考慮し、伸ばし動作と縮め動作での最高角速度を決定する。従来の台形加減速による目標軌道では機械限界の９５％としていたのに対し、本実施形態では今回２つの動作（伸ばし動作および縮め動作）で機械限界の８５％に設定した。
（２）伸ばし姿勢付近での角加速度の変更
伸ばし動作では、最高角速度であるθ_１＝０．６５９［ｒａｄ］からθ_１＝１．３０９［ｒａｄ］まで２α／３［ｒａｄ／ｓ^２］で緩やかに減速し、その後、最大関節角度θ_１ｆに達するまで１．６５α［ｒａｄ／ｓ^２］で大きく減速するように設定した。また、縮め動作では、最大関節角度θ_１ｆからθ_１＝１．２９４［ｒａｄ］まで１．６５α［ｒａｄ／ｓ^２］で大きく加速し、その後、最高角速度に達するθ_１＝０．４７０［ｒａｄ］までα／２［ｒａｄ／ｓ^２］で緩やかに加速するように設定した。
（３）縮め姿勢付近での角加速度の変更
上記要因（１）（２）の考慮によって増加したタクトタイムを短縮するために、縮め姿勢付近では大きな角加速度で動作させる。伸ばし動作と縮め動作の縮め姿勢付近で、従来の台形加速による目標軌道での角加速度α［ｒａｄ／ｓ^２］に対し，１．６５α［ｒａｄ／ｓ^２］の大きな角加速度で加速するように設定した。

【0048】

図５～図８において、上記のように設定した関節角度目標軌道を示す。図５は、伸ばし動作における関節角度目標軌道の角速度を表す。図６は、伸ばし動作における関節角度目標軌道の関節角度を表す。図７は、縮め動作における関節角度目標軌道の角速度を表す。図８は、縮め動作における関節角度目標軌道の関節角度を表す。

【0049】

＜関節角度目標軌道の評価＞
本実施形態で作成した関節角度目標軌道がどの程度評価指標を考慮できているかを確認する。関節角度目標軌道の評価では、関節角度目標軌道の加減速領域でのステップ数をｎとし、ｉステップ目の時間をｔｉとし、以下の数１１の評価式を用いた。

【0050】

【数11】

【0051】

従来の台形加減速制御による関節角度目標軌道と本実施形態で作成した関節角度目標軌道に対して評価式で計算した評価値を図９に示す。従来の台形加減速による関節角度目標軌道と比較して、本実施形態の方が、アーム伸ばし姿勢、縮め姿勢の両姿勢で評価値が小さくなっていることが確認できる。これにより、評価指標が小さい手先軌道逸脱が起きにくい姿勢で大きく加減速する設計指標を適用できていることが確認できる。

【0052】

＜先端側ハンド３の最大手先軌道逸脱量による評価＞
図１０および図１１は、搬送ロボット（ダイヘン社製ＵＴＭ－Ｒ３７００Ｆ）を用いて計測した、従来法による関節角度目標軌道と本実施形態による関節角度目標軌道を用いた場合の先端側ハンド３の手先軌道波形のグラフである。図１０は、伸ばし動作における手先軌道波形を表す。図１１は、縮め動作における手先軌道波形を表す。また、図１２において、伸ばし動作および縮め動作における先端側ハンド３の最大手先軌道逸脱量を示す。図１２に示した計測値より、伸ばし動作では約１８％、縮め動作では約２９％の手先軌道逸脱低減を達成できている。

【0053】

次に、図５および図７を参照しつつ、本実施形態の作用について説明する。

【0054】

図５は、伸ばし動作における、本実施形態の制御方法と従来法の台形加減速制御の関節角度目標軌道の角速度を示している。図５において、従来の台形加減速制御は、一定加速度区間Ｓ７、一定速度区間Ｓ８および一定減速度区間Ｓ９からなる。一定加速度区間Ｓ７は、動作開始から一定加速度で加速する区間である。一定速度区間Ｓ８は、一定速度が継続する区間である。一定減速度区間Ｓ９は、動作終了まで一定減速度で減速する区間である。

【0055】

本実施形態の制御方法は、加速区間Ｓ１、等速区間Ｓ２および減速区間Ｓ３を含む。加速区間Ｓ１は、動作開始から加速する区間である。等速区間Ｓ２は、加速区間Ｓ１の後に続き、一定速度が継続する区間である。減速区間Ｓ３は、等速区間Ｓ２の後に続き、動作終了まで減速する区間である。

【0056】

等速区間Ｓ２における角速度（第１アーム１の角速度）は、一定速度区間Ｓ８の角速度よりも小である。本実施形態の関節角度目標軌道の設計においては、一定速度区間Ｓ８の角速度が機械限界の９５％であるのに対し、等速区間Ｓ２の角速度が機械限界の８５％である。したがって、等速区間Ｓ２の角速度は、一定速度区間Ｓ８の角速度に対して約８９％であり、約１１％減少している。

【0057】

また、図５に示した伸ばし動作では、減速区間Ｓ３は、第１区間Ｓ３１および第２区間Ｓ３２を有する。第１区間Ｓ３１においては、第１減速度で減速し、第２区間Ｓ３２においては、第１区間Ｓ３１と異なる第２減速度で減速する。第１区間Ｓ３１は等速区間Ｓ２に連続しており、第２区間Ｓ３２は、第１区間Ｓ３１に連続している。第１区間Ｓ３１における第１減速度は、第２区間Ｓ３２における第２減速度よりも小である。本実施形態の関節角度目標軌道の設計においては、第２区間Ｓ３２における第２減速度は１．６５α［ｒａｄ／ｓ^２］であり、第１区間Ｓ３１における第１減速度は、当該第２加速度よりも小さい、２α／３［ｒａｄ／ｓ^２］である。

【0058】

本実施形態（伸ばし動作）のタクトタイム（加速区間の動作開始から減速区間の動作終了までの動作時間）については、上述のように、従来の台形加減速制御の０．８４５［ｓｅｃ］の±０．０１［ｓｅｃ］以内となるように設定されており、従来法と実質的に同一に設定される。

【0059】

また、本実施形態（伸ばし動作）および台形加減速制御の両方において、最小関節角度θ_１ｓおよび最大関節角度θ_１ｆは同一に設定される。したがって、本実施形態（伸ばし動作）における加速区間Ｓ１から減速区間Ｓ３までの関節角度θ_１の変化量（第１アーム１の角度移動量）は、従来法の台形加減速制御における一定加速度区間Ｓ７から一定減速度区間Ｓ９までの関節角度θ_１の変化量（第１アーム１の角度移動量）と同一である。

【0060】

図７は、縮め動作における、本実施形態の制御方法と従来法の台形加減速制御の関節角度目標軌道の角速度を示している。図７において、従来の台形加減速制御は、一定加速度区間Ｓ７、一定速度区間Ｓ８および一定減速度区間Ｓ９からなる。一定加速度区間Ｓ７は、動作開始から一定加速度で加速する区間である。一定速度区間Ｓ８は、一定速度が継続する区間である。一定減速度区間Ｓ９は、動作終了まで一定減速度で減速する区間である。

【0061】

本実施形態の制御方法は、加速区間Ｓ１、等速区間Ｓ２および減速区間Ｓ３を含む。加速区間Ｓ１は、動作開始から加速する区間である。等速区間Ｓ２は、加速区間Ｓ１の後に続き、一定速度が継続する区間である。減速区間Ｓ３は、等速区間Ｓ２の後に続き、動作終了まで減速する区間である。

【0062】

等速区間Ｓ２における角速度（第１アーム１の角速度）は、一定速度区間Ｓ８の角速度よりも小である。本実施形態の関節角度目標軌道の設計においては、一定速度区間Ｓ８の角速度が機械限界の９５％であるのに対し、等速区間Ｓ２の角速度が機械限界の８５％である。したがって、等速区間Ｓ２の角速度は、一定速度区間Ｓ８の角速度に対して約８９％であり、約１１％減少している。

【0063】

また、図６に示した縮め動作では、加速区間Ｓ１は、第１区間Ｓ１１および第２区間Ｓ１２を有する。第１区間Ｓ１１においては、第１加速度で加速し、第２区間Ｓ１２においては、第１区間Ｓ１１と異なる第２加速度で加速する。第１区間Ｓ１１は等速区間Ｓ２に連速しており、第２区間Ｓ１２は、第１区間Ｓ１１に連続している。第１区間Ｓ１１における第１加速度は、第２区間Ｓ１２における第２加速度よりも小である。本実施形態の関節角度目標軌道の設計においては、第２区間Ｓ１２における第２加速度は１．６５α［ｒａｄ／ｓ^２］であり、第１区間Ｓ１１における第１加速度は、当該第２加速度よりも小さい、α／２［ｒａｄ／ｓ^２］である。

【0064】

本実施形態（縮め動作）のタクトタイム（加速区間の動作開始から減速区間の動作終了までの動作時間）については、上述のように、従来の台形加減速制御の０．８４５［ｓｅｃ］の±０．０１［ｓｅｃ］以内となるように設定されており、従来法と実質的に同一に設定される。

【0065】

また、本実施形態（縮め動作）および台形加減速制御の両方において、最小関節角度θ_１ｓおよび最大関節角度θ_１ｆは同一に設定される。したがって、本実施形態（縮め動作）における加速区間Ｓ１から減速区間Ｓ３までの関節角度θ_１の変化量（第１アーム１の角度移動量）は、従来法の台形加減速制御における一定加速度区間Ｓ７から一定減速度区間Ｓ９までの関節角度θ_１の変化量（第１アーム１の角度移動量）と同一である。

【0066】

ウエハ搬送ロボットＡ１において、第１アーム１、第２アーム２およびハンド３を高速で動作させると、先端側のハンド３の手先軌道逸脱を引き起こす。本実施形態の搬送ロボットの制御方法によれば、先端側ハンドの手先軌道逸脱の原因であるベルトの伸縮に着目して関節角度目標軌道を設計することで、追加の情報を取得するためのセンサ等を設置することなく、先端側のハンド３の手先目標軌道の逸脱を抑制することができる。また、本実施形態の上記制御方法によれば、動作時間（タクトタイム）を延ばすことなく、手先目標軌道の追従精度を向上することができる。

【0067】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。

【0068】

上記実施形態に記載した制御方法おいて、アームの伸ばし動作において減速区間Ｓ３を２段階（第１区間Ｓ３１および第２区間を有する）にし、アームの縮め動作において加速区間Ｓ１を２段階（第１区間Ｓ１１および第２区間を有する）構成にしたが、これに限定されない。伸ばし動作と縮め動作の双方において、加速区間および減速区間のいずれにおいても２段階（第１区間および第２区間を有する）での加減速を行うように構成してもよい。また、加速区間あるいは減速区間において３段階以上での加減速を行うように構成してもよい。

【0069】

本発明に係る制御方法を実行する対象となる搬送ロボットについて、上記実施形態において例示したロボットに限定されず、様々なベルト駆動型の水平多関節ロボットに対して本発明に係る制御方法を適用することが可能である。

【符号の説明】

【0070】

Ａ１：ウエハ搬送ロボット、１：第１アーム、２：第２アーム、３；ハンド、Ｏ１：第１垂直軸線、Ｏ２：第２垂直軸線、Ｏ３：第３垂直軸線、Ｓ１：加速区間、Ｓ１１：第１区間、Ｓ１２：第２区間、Ｓ２：等速区間、Ｓ３：減速区間、Ｓ３１：第１区間、Ｓ３２：第２区間、Ｓ７：一定加速度区間、Ｓ８：一定速度区間、Ｓ９：一定減速度区間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】