JP2007260862A

JP2007260862A - ロボット

Info

Publication number: JP2007260862A
Application number: JP2006091015A
Authority: JP
Inventors: Akira Kunisaki; 晃国崎; Masahiro Yamazawa; 昌弘山沢
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】剛性を高めることができ、ロボットの大型化やコストの高騰を抑制する。
【解決手段】ワーク１２を把持するハンド装置５と、ハンド装置に連結され、ハンド装置を水平方向に移動させる水平移動機構６と、水平移動機構に連結され、ハンド装置を上下方向に移動させる上下移動機構７と、を備え、水平移動機構及び上下移動機構により、ハンド装置を水平方向及び上下方向に移動させて所定の場所に載置されたワークを把持して他の場所に搬送するロボット２において、水平移動機構は、水平方向に沿ってそれぞれ同方向に移動可能な一対の水平アーム３１，３２，３３，３４を有し、ハンド装置を、一方の水平アームに対して回転自在に固定するとともに、他方の水平アームに対して水平アームの移動方向に直交する水平方向にスライド移動可能とするスライド機構８を介して連結した。
【選択図】図２

Description

本発明は、フラットディスプレイパネル用のガラス基板を搬送するロボットに関する。

液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルの生産工程において、その材料を生産工程内で搬送するために、ロボットを用いた搬送設備が多く用いられる。一般に、ロボットは、カセット内に収納されたワークとしてのガラス基板を取り出してプロセス装置に供給したり、プロセス工程で処理が完了したガラス基板をカセットに収納する用途や、高低差のあるコンベア間を搬送する用途などに用いられることが多い（例えば、特許文献１〜５参照。）。
このような用途に用いられるロボットは、垂直多関節型や円筒座標型の構造を持つものが多く、先端にハンドを有するハンド装置を搭載し、多くの場合、ガラス基板を下からハンドですくい上げて搬送する。また、ラインの生産効率を上げるため、ロボットの動作速度は、より速くすることが求められている。その一方で、大型テレビの普及などから、ガラス基板は大型化する傾向が強くなってきている。

上記のロボットは、大型のガラス基板をカセットに収納したり、カセットから取り出したりする必要があることから、ガラス基板を片持ちの状態で把持する必要があるが、ロボットには大きな偏荷重がかかることとなる。
また、カセット内に水平に収納されたガラス基板の狭いすきまに、干渉することなくハンドを抜き差しするためには、ロボットは、ハンド上にガラス基板を載せた状態においても載せない状態においても、また、ロボットの動作位置に依らず、ハンドが極力水平な状態となるように姿勢を保つ必要があり、また、ロボットの動作によるハンドの振動もより小さくする必要がある。

特開平１１−３３９５１号公報特開平１１−２３８７７９号公報特開２００２−２１０６８４号公報特開２００４−１０６１６７号公報特開２００５−３２９４２号公報

しかし、上記特許文献１〜５に記載の発明においては、ガラス基板を把持するハンド装置は、当該ハンド装置を上下移動させる一つのアームと水平移動させる一つのアームとによって支持されている。そのため、ハンド装置の重量やガラス基板の重量が全てこれらのアームに作用し、ロボットに高精度な動作をさせるためにはロボットの各関節部の減速機や軸受に大型のものを採用してロボットの剛性を高くする必要があるが、ロボットが大型化するとともに、コストが高くなるという問題があった。また、ハンドを剛性の高い特殊材料で形成する方法も考えられるが、材料費が高くなるため、コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、剛性を高めることができ、ロボットの大型化やコストの高騰を抑制するロボットを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ワークを把持するハンド装置と、前記ハンド装置に連結され、前記ハンド装置を水平方向に移動させる水平移動機構と、前記水平移動機構に連結され、前記ハンド装置を上下方向に移動させる上下移動機構と、を備え、前記水平移動機構及び前記上下移動機構により、前記ハンド装置を水平方向及び上下方向に移動させて所定の場所に載置されたワークを把持して他の場所に搬送するロボットにおいて、前記水平移動機構は、水平方向に沿ってそれぞれ同方向に移動可能な一対の水平アームを有し、前記ハンド装置を、一方の水平アームに対して回転自在に固定するとともに、他方の水平アームに対して前記水平アームの移動方向に直交する水平方向にスライド移動可能とするスライド機構を介して連結したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、ワークを把持するハンド装置と、前記ハンド装置に連結され、前記ハンド装置を水平方向に移動させる水平移動機構と、前記水平移動機構に連結され、前記ハンド装置を上下方向に移動させる上下移動機構と、を備え、前記水平移動機構及び前記上下移動機構により、前記ハンド装置を水平方向及び上下方向に移動させて所定の場所に載置されたワークを把持して他の場所に搬送するロボットにおいて、前記水平移動機構は、水平方向に沿ってそれぞれ同方向に移動可能な一対の水平アームを有し、各水平アームにそれぞれ前記ハンド装置を設け、各ハンド装置を個別に動作可能としたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロボットにおいて、各ハンド装置同士を連結可能にしたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ハンド装置は一対の水平アームによって支持されるので、ハンド装置の重量やハンド装置が把持するワークの重量の総和は各水平アームに分散される。これにより、従来のように一つの水平アームでハンド装置を支持する場合に比べて各水平アームに作用するモーメント荷重を減少させることができるので、ロボットの剛性を高めることができる。すなわち、よりコンパクトなサイズの水平アームで、より小型の減速機、軸受を使用し、大型のワークを搬送するに十分な強度と剛性をもつロボットとすることができる。よって、同構造の一つの水平アームのみで搬送する場合に比して、約２倍の強度（特に耐モーメント荷重）・剛性を得ることができるため、この分、より小さい機械機素（減速機、軸受など）を採用することが可能となり、ロボットのダウンサイジングと低コスト化が可能となる。
また、一対の水平アームのうちの一つはスライド機構を介して連結されているため、水平アーム同士間でのモーメント荷重や移動量の差により水平アームにかかる荷重をスライド機構により解放することができるので、水平アームのたわみや変形を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、各水平アームにそれぞれハンド装置が設けられ、各ハンド装置を個別に動作可能としたので、各ハンド装置を同期させて動作させることにより比較的大きなワークを搬送することができるとともに、一方のハンド装置だけを動作させることにより比較的小さなワークも搬送することができる。また、二つのワークを同時に搬送することもできるので、一つのロボットで作業効率を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、各ハンド装置を連結して動作させることにより比較的大きなワークを搬送することができるので、一つのロボットで大きさの異なるワークが搬送可能となり、ロボットの汎用性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、ロボットの最良の形態について詳細に説明する。
図１は、ロボット２を備えて構築されるロボットシステム１００の概要を示す図である。
ロボットシステム１００は、大型の薄型テレビ等に用いられる液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルを生産する際に用いられる。ディスプレイパネルの生産は、塵芥の付着による製品の品質不良を避けるため、クリーンルーム１内で行われており、これらのディスプレイパネルやその材料を生産工程内で搬送するために、クリーンルーム１内にはロボット２が配置されている。このロボット２は、多段に積み上げられたカセット１１内に収納されたガラス基板１２を取り出してプロセス装置に供給したり、プロセス工程で処理が完了したガラス基板１２をカセット１１に収納する用途や、高低差のあるコンベア間を搬送する用途等に用いられる。

ロボットシステム１００は、クリーンルーム１内で使用されるロボット２と、このロボット２の動作制御を行う制御装置４と、を備えている。
（クリーンルーム）
クリーンルーム１は、パーテーション１ａにより外気との接触を遮断され、天井に設けられた一つ又は複数の送気装置１３から床面に向けて層流の清浄な空気が送気される環境となっている。送気装置１３は、汎用のファンフィルタユニットであり、外部から吸気した空気をフィルタに通して塵芥等を除去し、所定の基準を満たす清浄な空気をクリーンルーム１内で上方から下方に向けて送気するものである。
クリーンルーム１の床面には、当該クリーンルーム１内で発生した塵芥を引き込んでクリーンルーム１の外部に排出するための塵芥蓄積部１４が設けられており、この塵芥蓄積部１４の上方には塵芥蓄積部１４の蓋を構成するとともに、塵芥を塵芥蓄積部１４に導くグレーティング１５が設けられている。

クリーンルーム１の床面には、複数のカセット１１が多段に積み重ねられ、各カセット１１には、ディスプレイパネルの生産に用いるワークとしてのガラス基板１２が収納されている。
クリーンルーム１には、ロボット２を挟んでカセット１１と対向する位置にコンベア装置１６が設けられている。コンベア装置１６は、ロボット２によりカセット１１から取り出されたガラス基板１２をプロセス装置に搬送するものである。なお、コンベア装置１６は、プロセス工程で処理が完了したガラス基板１２をカセット１１に収納するためにロボット２に向けて搬送する役割を担ってもよい。
なお、カセット１１及びコンベア装置１６は、ロボット２の動作範囲内に配置されている。

（ロボット）
ロボット２は、クリーンルーム１の床に固定されている。図１〜図３に示すように、ロボット２は、最上部に設けられ、ガラス基板１２を把持するハンド装置５と、ハンド装置５に連結され、ハンド装置５を水平方向に移動させる水平移動機構６と、水平移動機構６に連結され、ハンド装置５を上下方向に移動させる上下移動機構７と、を備えている。そして、ロボット２は、水平移動機構６及び上下移動機構７により、ハンド装置５を水平方向及び上下方向に移動させて所定の場所（例えば、カセット１１）に載置されたガラス基板１２を把持して他の場所（例えば、コンベア装置１６）に搬送する。

（上下移動機構）
図１〜図３に示すように、ロボット２は、床に固定されたベースフレーム２１を備えており、このベースフレーム２１には、上下アーム２２の一端が連結されている。上下アーム２２の一端はベースフレーム２１に対して回動自在に連結され、ベースフレーム２１に設けられた上下動モータ２３により上下アーム２２は、一端を支点に回動し、他端が弧状の軌跡を描くように動作する。
上下アーム２２の他端には、上下アーム２４の一端が連結されている。上下アーム２４の一端は上下アーム２２の他端に対して回動自在に連結され、上下アーム２２の他端に設けられた上下動モータ２５により上下アーム２４は、一端を支点に回動し、他端が弧状の軌跡を描くように動作する。
従って、上下アーム２２，２４及び上下動モータ２３，２５を備えることによって、上下移動機構７が構成されている。

（水平移動機構）
図１及び図２に示すように、上下アーム２４の他端には、旋回ベース２６が上下アーム２４に対して旋回自在に設けられている。この旋回ベース２６は、リンク２７及びリンク２８の動作により、その姿勢を一定の状態に保つことができるようになっている。
旋回ベース２６には、旋回フレーム２９が旋回ベース２６に対して回動自在に設けられており、この旋回フレーム２９は、旋回ベース２６に設けられた旋回モータ３０により旋回ベース２６上で旋回するようになっている。

図２，３に示すように、旋回フレーム２９の上面には、一対の水平アーム３１，３２のそれぞれの一端が旋回自在に連結されている。水平アーム３１の他端には、当該水平アーム３１の上面に水平アーム３３の一端が旋回自在に設けられている。水平アーム３３の他端には、当該水平アーム３３の上面に手首フレーム３５が旋回自在に設けられている。この手首フレーム３５の上面には、台座３６が連結され、この台座３６の上面にハンド装置５のブラケット５０が固定されている。

水平アーム３２の他端には、当該水平アーム３２の上面に水平アーム３４の一端が旋回自在に設けられている。水平アーム３４の他端には、当該水平アーム３４の上面に手首フレーム３７が旋回自在に設けられている。この手首フレーム３７の上面には、図４に示すように、土台８１が固定されている。この土台８１の上面には、水平アーム３４の移動方向に直交する水平方向に直線状に延びるガイドレール８２が二本並んで設けられている。そして、このガイドレール８２には、ブラケット５０の下面に設けられ、ガイドレール８２に嵌り込み、ガイドレール８２をスライド移動可能又は相対的にスライド移動可能な四つの嵌合部材８３が設けられている。これらの嵌合部材８３は、二つずつガイドレール８２に嵌め込まれる。
従って、土台８１、ガイドレール８２、嵌合部材８３とを備えることによって、スライド機構８が構成される。

水平アーム３１，３３及び手首フレーム３５は、水平移動モータ３８（図５参照）により連動するように構成され、水平アーム３２，３４及び手首フレーム３７は、水平移動モータ３９（図５参照）により連動するように構成されている。
従って、旋回フレーム２９、旋回モータ３０、水平アーム３１〜３４、手首フレーム３５，３７、水平移動モータ３８，３９を備えることによって、水平移動機構６が構成されている。

（ハンド装置）
図２〜図４に示すように、ハンド装置５は、手首フレーム３３に連結されており、ブラケット５０と、ブラケット５０の上面に固定され、ガラス基板１２を下方から把持する複数のフォーク５１，５２，５３と、を備えている。
フォーク５１，５２，５３は、略水平方向に延びる薄板状に形成され、フォーク５１，５２，５３の上面には、所定間隔毎に複数の吸着パッド５１ａ，５２ａ，５３ａが設けられている。すなわち、ハンド装置５がカセット１１に収納されたガラス基板１２の下面側からすくい上げるように移動して、吸着パッド５１ａ，５２ａ，５３ａでガラス基板１２を真空圧で吸着することにより、ガラス基板１２を把持することができるようになっている。

（制御装置）
図１に示すように、制御装置４は、ケーブル４０によりロボット２と接続されており、クリーンルーム１の外に設けられている。すなわち、作業者はクリーンルーム１に立ち入ることなくクリーンルーム１外から制御装置４の操作を行うことにより、ロボット２によるガラス基板１２の搬送を行うことができるようになっている。
図５は、制御装置４を有するロボットシステム１００の構成を示すブロック図である。
制御装置４は、ロボット２の動作制御に関する処理プログラムに従って各処理を実行するＣＰＵ４１と、各処理を実行するための処理プログラムや処理データ等が記憶されるメモリ４２と、を備えている。
メモリ４２には、ロボット２の動作制御を行うに当たって必要な制御プログラム４３ｐが記憶されたプログラムエリア４３と、ロボット２の動作制御を行うに当たって必要なデータが記憶されたデータエリア４４と、種々のワークメモリやカウンタなどが設けられ、各処理が行われる作業エリア４５と、が形成されている。
この制御装置４には、上述した上下動モータ２３，２５、旋回モータ３０、水平移動モータ３８，３９、ハンド装置５が接続され、ユーザによる操作入力、あるいは制御プログラム４３ｐに基づいて各部の駆動制御が行われる。

＜ロボットの動作及びその作用効果＞
上記実施形態によれば、ロボット２は、水平移動モータ３８，３９を同期させて駆動し、水平アーム３１，３３と水平アーム３２，３４を同方向へ同速度で作動する条件でロボット２が動作して、ハンド装置５によりガラス基板１２を把持して搬送するという、所定の作業を行う。
ここで、ハンド装置５の自重及びガラス基板１２の重量による負荷は、台座３６から手首フレーム３５を介して水平アーム３３及び水平アーム３１に加わるほか、スライド機構８から手首フレーム３７を介して水平アーム３４及び水平アーム３２に加わる。

つまり、ハンド装置５は一対の水平アーム３１〜３４によって支持されるので、ハンド装置５の重量やハンド装置５が把持するガラス基板１２の重量の総和は各水平アーム３１〜３４に分散される。これにより、従来のように一つの水平アームでハンド装置５を支持する場合に比べて各水平アーム３１〜３４に作用するモーメント荷重を減少させることができるので、ロボット２の剛性を高めることができる。すなわち、よりコンパクトなサイズの水平アーム３１〜３４で、より小型の減速機、軸受を使用し、大型のガラス基板１２を搬送するに十分な強度と剛性をもつロボット２とすることができる。
よって、同構造の一つの水平アームのみで搬送する場合に比して、約２倍の強度（特に耐モーメント荷重）・剛性を得ることができるため、この分、より小さい機械機素（減速機、軸受など）を採用することが可能となり、ロボット２のダウンサイジングと低コスト化が可能となる。
また、一対の水平アーム３１〜３４のうちの一つはスライド機構８を介して連結されているため、水平アーム３１，３３と水平アーム３２，３４の間でのモーメント荷重や移動量の差、作動誤差により水平アーム３１〜３４にかかる荷重をスライド機構８により解放することができるので、水平アーム３１〜３４のたわみや変形を抑制することができる。

＜変形例＞
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、図６及び図７に示すロボット２Ａのように、ハンド装置７０，９０を各水平アーム毎に設けてもよい。また、このような機構を有する各ハンド装置７０，９０同士を連結可能にしてもよい。
具体的には、ハンド装置７０は、水平アーム３３の一端の手首フレーム３５に台座３６を介して設けられており、ハンド装置５と同様、ブラケット７３と、ブラケット７３の上面に固定され、ガラス基板１２を下方から把持する複数のフォーク７１，７２と、を備えている。
フォーク７１，７２は、略水平方向に延びる薄板状に形成され、フォーク７１，７２の上面には、所定間隔毎に複数の吸着パッド７１ａ，７２ａが設けられている。すなわち、ハンド装置７０がカセット１１に収納されたガラス基板１２の下面側からすくい上げるように移動して、吸着パッド７１ａ，７２ａでガラス基板１２を真空圧で吸着することにより、ガラス基板１２を把持することができるようになっている。

ハンド装置９０は、水平アーム３４の一端の手首フレーム３７にスライド機構８を介して設けられており、ハンド装置５と同様、ブラケット９３と、ブラケット９３の上面に固定され、ガラス基板１２を下方から把持する複数のフォーク９１，９２と、を備えている。
フォーク９１，９２は、略水平方向に延びる薄板状に形成され、フォーク９１，９２の上面には、所定間隔毎に複数の吸着パッド９１ａ，９２ａが設けられている。すなわち、ハンド装置９０がカセット１１に収納されたガラス基板１２の下面側からすくい上げるように移動して、吸着パッド９１ａ，９２ａでガラス基板１２を真空圧で吸着することにより、ガラス基板１２を把持することができるようになっている。

ハンド装置７０のブラケット７３とハンド装置９０のブラケット９３は互いに連結可能に構成され、連結することにより一つのブラケットとして機能する。なお、連結にはボルト及びナット等の連結部材１０が用いられるが、連結部材１０はこれらに限られるものではなく、自由に変更可能である。

ロボット２Ａをこのような構成とすることにより、図６に示すように、比較的大きなガラス基板１２を搬送する際にはブラケット７３とブラケット９３とを締結具１０で連結することで、４本のフォークを有する一つの大きなハンド装置として用いることができる。また、図７に示すように、比較的小さな基板を短時間で大量に搬送したい場合には、ブラケット７３とブラケット９３の連結を解放し、それぞれの水平アーム３１〜３４等を水平移動モータ３８，３９でそれぞれ個別に駆動させることにより、ガラス基板１２ａの単位時間当たりの搬送能力をほぼ２倍にすることができる。

また、上記実施形態においては、一対の水平アーム（水平アーム３１，３３と水平アーム３２，３４）は、別々の水平移動モータ３８，３９で駆動した例を示したが、同一のモータで駆動しても良い。
また、ハンド装置５は手首フレーム３７に対して、水平かつ、水平軸の動作と直交する方向に直動可能な２列のガイドレール８２を介して固定されているが、強度・剛性上支障のない範囲で、１列のガイドレールとしても良い。さらに水平軸動作方向に直動可能なガイドレールを追加しても良い。
その他、水平アームの数量、ハンド装置のフォークの数量も任意であって自由に変更が可能である。

ロボットを有するロボットシステムの概要を示す図。ロボットの上方からの斜視図。ロボットの下方からの斜視図。ハンド装置の一部を断面視した上方からの斜視図。ロボットの構成を示すブロック図。ロボットの変形例において、ブラケットを連結した状態での上方からの斜視図。ロボットの変形例において、ブラケットを互いに独立させた状態での上方からの斜視図。

符号の説明

２ロボット
２Ａロボット
５ハンド装置
６水平移動機構
７上下移動機構
８スライド機構
３１水平アーム
３２水平アーム
３３水平アーム
３４水平アーム
７０ハンド装置
９０ハンド装置
１２ガラス基板（ワーク）

Claims

ワークを把持するハンド装置と、
前記ハンド装置に連結され、前記ハンド装置を水平方向に移動させる水平移動機構と、
前記水平移動機構に連結され、前記ハンド装置を上下方向に移動させる上下移動機構と、を備え、
前記水平移動機構及び前記上下移動機構により、前記ハンド装置を水平方向及び上下方向に移動させて所定の場所に載置されたワークを把持して他の場所に搬送するロボットにおいて、
前記水平移動機構は、水平方向に沿ってそれぞれ同方向に移動可能な一対の水平アームを有し、
前記ハンド装置を、一方の水平アームに対して回転自在に固定するとともに、他方の水平アームに対して前記水平アームの移動方向に直交する水平方向にスライド移動可能とするスライド機構を介して連結したことを特徴とするロボット。
ワークを把持するハンド装置と、
前記ハンド装置に連結され、前記ハンド装置を水平方向に移動させる水平移動機構と、
前記水平移動機構に連結され、前記ハンド装置を上下方向に移動させる上下移動機構と、を備え、
前記水平移動機構及び前記上下移動機構により、前記ハンド装置を水平方向及び上下方向に移動させて所定の場所に載置されたワークを把持して他の場所に搬送するロボットにおいて、
前記水平移動機構は、水平方向に沿ってそれぞれ同方向に移動可能な一対の水平アームを有し、
各水平アームにそれぞれ前記ハンド装置を設け、
各ハンド装置を個別に動作可能としたことを特徴とするロボット。
各ハンド装置同士を連結可能にしたことを特徴とする請求項２に記載のロボット。