JPH06131032A

JPH06131032A - ロボット装置およびロボット装置のティ−チング方法。

Info

Publication number: JPH06131032A
Application number: JP4907093A
Authority: JP
Inventors: Naoki Takehara; 直樹竹原; Hiroshi Kikuchi; 博菊地; Kosuke Inoue; 康介井上; Toyohide Hamada; 豊秀浜田; Isao Takahashi; 勇夫高橋; Noriyuki Dairoku; 範行大録; Tadashi Yamada; 正山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-04-14
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットのティーチング位置・姿勢修正作業
を治具と簡単な操作により現場でにて容易に行う。【構成】ロボットハンド１００２により内側ユニット
１４０３の把持部１４０２を把持し、内側ユニット１４
０３を取り囲む形状の外側ユニット１４０４を作業台上
に設置し、センサ１２１０により内側ユニット１４０３
と外側ユニット１４０４間の距離、傾き等を計測し、ロ
ボットコントローラ１００２により外側ユニット１４０
４に対する内側ユニット１４０３の相対的な位置・姿勢
を算出してロボットハンドの位置・姿勢を修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボット装置およびロボ
ットシステムに関わり、とくに、ワーク把持用のロボッ
トハンド等の位置や姿勢を測定してティーチングプレイ
バックする方式のロボット装置およびロボットシステム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットは予め記憶したティーチングデ
ータに基づいて動作するようになっているものの、寸法
や回転角度等の機械的誤差により指令通りに位置・姿勢
に動かすことは困難である。このためロボットを現場に
導入する際にはティーチング作業が欠かせず、その簡略
化がロボットによる自動化の一つの課題となっている。
また、ロボットの現場導入後、ロボット本体または周囲
環境に何らかの変化が生じた場合等の修正作業をライン
を停止せずに最小限の時間で済ませることが望まれてい
る。

【０００３】特開昭６３−１９３２０３号公報には、作
業軌跡の代表点１点のみを再ティーチングしてロボット
ハンド交換後の機構パラメータを修正する方法が開示さ
れている。また、特開平１−１７５６０８号公報には、
交換前と後のロボットハンドの機構パラメータを実測し
座標変換行列を修正する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６３−１９
３２０３号公報に開示の方法には、ロボットハンド交換
前と交換後のティーチング点の位置・姿勢と厳密に一致
させる作業が熟練作業者でなければできないという問題
があった。また、特開平１−１７５６０８号公報に開示
の方法には、ロボットハンドを取付誤差を大型の三次元
測定器により測定する必要であり、この測定器を稼働ラ
インに持ち込むことは実際上困難という問題があった。

【０００５】一方、自走式ロボットを用いた半導体前工
程ベイ内のウェハカセットの搬送作業のように、作業の
対象となる製造装置の形式が限定され、しかも同一形式
の製造装置が複数台存在するような場合には、把持ポイ
ントでのロボットの位置・姿勢が類似しているにもかか
わらず各製造装置を１台毎に修正しなければならないと
いうわずらわしさがあった。本発明の目的は、上記ロボ
ットのティーチング位置・姿勢の修正作業を現場で使用
可能な治具を使用して行うことができ、さらに操作を簡
単、容易化することのできるロボット装置およびロボッ
トシステム提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、内側ユニットと、内側ユニットの外周に配置される
外側ユニットと、外側ユニットまたは内側ユニットに固
定した複数の変位センサと、演算部とによりロボットハ
ンド位置・姿勢計測装置を構成し、外側ユニットを作業
対象物と同様に作業台上に固定し、内側ユニットをロボ
ットハンドの把持用爪部に取付けて各変位センサの出力
により外側ユニットと内側ユニット間の距離を測定して
ロボットハンドの位置・姿勢値を算出するようにする。

【０００７】さらに、内側ユニットに外側ユニットの３
つの面とほぼ平行な３つの面を具備するようにする。さ
らに、内側ユニットの把持部を半導体ウエハホルダ等の
作業対象物の把持部と同一形状にする。さらに、外側ユ
ニットの作業台設置面を作業対象物の作業台設置面と同
一形状にする。さらに、内側ユニットを作業対象物と同
一重量にする。

【０００８】さらに、外側ユニットまたは内側ユニット
に傾斜センサを設け、各変位センサと傾斜センサとの出
力により外側ユニットと内側ユニット間の距離、角度等
を測定してロボットハンドの位置・姿勢値を算出するよ
うにする。さらに、上記演算部が演算するロボットハン
ドの位置・姿勢データを表示する表示部、および／また
はロボットハンドの位置・姿勢データをロボットコント
ローラに受け渡すインタフェース部を設けるようにす
る。

【０００９】また、外側ユニットおよび／または内側ユ
ニットの交換前と交換後の位置・姿勢データを記憶し、
両ユニットの交換前と交換後の位置・姿勢データを比較
して交換後のロボットハンドの機構パラメータを修正す
るようにする。また、ロボットハンドの交換前と交換後
の位置・姿勢データを記憶し、ロボットハンドの交換前
と交換後の位置・姿勢データを比較して交換後のロボッ
トハンドの機構パラメータを修正するようにする。

【００１０】さらに、装着位置毎のロボットハンドの座
標変換行列を記憶してロボットハンドの機構パラメータ
を修正するようにする。また、複数台の上記ロボット装
置に対しては、ティーチングデータを持つロボット装置
のロボットハンドの機構パラメータおよびそのロボット
ハンド位置・姿勢計測装置から得られる測定値と、ティ
ーチングデータを持たないロボットのロボットハンド位
置・姿勢計測装置から得られる測定値とから、ティーチ
ングデータを持たないロボットのロボットハンドの機構
パラメータを修正するようにする。

【００１１】

【作用】内側ユニットの把持部を半導体ウエハホルダ等
の作業対象物の把持部と同一形状にすることによりロボ
ットハンドは内側ユニットを弛みなく把持する。また、
外側ユニットの作業台設置面を作業対象物の作業台設置
面と同一形状にすることにより外側ユニットが作業台に
弛みなく設置される。また、内側ユニットを作業対象物
と同一重量にすることにより、ロボットハンドは内側ユ
ニットを作業対象物と同一条件で把持する。

【００１２】また、各変位センサと傾斜センサは内側ユ
ニットと外側ユニットとのほぼ平行な３つの面間の距離
および捩じれを検出する。演算部はロボットハンドの位
置・姿勢値を算出し、さらに外側ユニット、内側ユニッ
ト、ロボットハンド等のの交換前と交換後の位置・姿勢
データを比較して交換後のロボットハンドの機構パラメ
ータを修正する。

【００１３】また演算部は、複数台の上記ロボット装置
に対しては、ティーチングデータを持つロボット装置の
ロボットハンドの機構パラメータおよびそのロボットハ
ンド位置・姿勢計測装置から得られる測定値と、ティー
チングデータを持たないロボットのロボットハンド位置
・姿勢計測装置から得られる測定値とから、ティーチン
グデータを持たないロボットのロボットハンドの機構パ
ラメータを修正する。

【００１４】

【実施例】

〔実施例１〕図１は本発明によるロボット位置・姿勢
計測装置の斜視図、図２、図３はそれぞれ図１における
Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、図４はその座標系の説明
図、図５は図１の内側ユニットの斜視図である。

【００１５】図１において、ロボットハンド位置・姿勢
計測装置は３枚の平板を互いに直角に組み合わせた内側
ユニット１１、ロボットハンド２１、把持用爪部１４、
内側ユニット１１に連結されこれを取り囲む箱状の外側
ユニット１２、外側ユニット１２の内面に取り付けられ
た６個の変位センサ１３（１３ａ〜１３ｆ）、各変位セ
ンサ出力を取り込んで演算するデータ演算部１５、その
演算結果を表示するデータ表示部１６、更にロボットコ
ントローラへ位置・姿勢情報を受け渡すインタフェース
部１７等より構成される。

【００１６】ロボットアーム２２の先端にはロボットハ
ンド２１を取り付け、ロボットハンド２１は把持用爪部
１４を把持する。この部分の全体形状は実把持対象物を
把持する際に使用される把持用爪部と同一形状であるこ
とが望ましい。また、把持用爪部１４と内側ユニット１
１の合計重量を、ロボットが実作業で持ち上げる把持対
象物とほぼ同一重量となるようにする。また、外側ユニ
ット１２を内側ユニット１１を内部に収容できる箱型状
にし、その下部を実作業時に把持する把持対象物の下部
と同一形状とする。

【００１７】図２、３に示すように、外側ユニット１２
の内側には６個のレーザ式変位センサ１３ａ〜１３ｆを
所定の位置に取り付ける。図４は図１における各種座標
系を示すものであり、３個の変位センサ１３ａ〜１３ｃ
が面 Oxy 上に同一直線上に並ばないように取り付けら
れ、それぞれは内側ユニット１１の面 O'x'y' との距離
を測定する。また、２個の変位センサ１３ｅ、１３ｄは
面 Oxz にそれらを結ぶ直線の方向ベクトルが内側ユニ
ット１１の面 O'x'y' の法線ベクトルと一致することの
ないように取り付けられ、それぞれは内側ユニット１１
の面 O'x'z' との距離を測定する。

【００１８】また、１個の変位センサ１３ｆは面 Oyz
上に取り付けられ、内側ユニット１１の面 O'y'z' との
距離を測定する。データ演算部１５はセンサ１３ａ〜１
３ｆからの各出力を記憶して演算し、演算結果をデータ
表示部１６に表示すると同時にインタフェース部１７を
介しロボットコントローラに転送する。次に本実施例に
おけるロボット位置・姿勢データ計測装置の動作を説明
する。なお、以下での座標は特にことわらない限り、外
側ユニット１２に固定した直交座標系 O−xyz に基づい
て説明する。

【００１９】図１に示すように、ロボット位置・姿勢デ
ータ計測装置の外側ユニット１２は実把持対象物を作業
ステーション２３上に固定する場合と同様にして、外側
ユニット１２はその突起部１２ａが作業ステーション２
３上の凹部２３ａに係合して作業ステーション２３上に
固定される。その後は、ロボットの教示データ、あるい
は手動操作によりハンド２１で把持用爪部１４を把持
し、データ演算部１５によりセンサ１３ａ〜１３ｆの計
測値から内側ユニット１１の位置・姿勢データを演算す
る。

【００２０】外側ユニット１１の寸法や各センサの取付
位置等は既知であるから、まず変位センサ１３ａ〜１３
ｃにより内側ユニット１１の平面 O'x'y' 上の３点を計
測して平面 O'x'y' を式（１）により算出する。

【数１】ただし、Ｐ₁(x₁, y₁, z₁), Ｐ₂(x₂, y₂, z₂), Ｐ₃(x₃,
y₃, z₃) は、変位センサ１３ａ〜１３ｃが測定する平面
O'x'y' 上の点である。また変位センサ１３ｄ、１３ｅ
各々の出力と内側ユニット１１を構成する平面O'x'y'
との直交関係から、内側ユニット１１を構成する平面
O'x'z' の式（２）が算出される。

【００２１】また、Ｐ₄(x₄, y₄, z₄), Ｐ₅(x₅, y₅,
z₅) は変位センサ１３ｄ、１３ｅによる平面 O'x'z' 上
の測定点であり、 (A₁ ,B ₁ ,C₁ ) は式（１）で求めた
平面O'x'y' の法線ベクトルである。また、変位センサ
１３ｆからの出力と内側ユニット１１を構成する平面
O'x'y' および O'x'z' との直交関係から内側ユニット
１１を構成する平面 O'y'z'を式（３）のように算出す
る。ただし、Ｐ₆(x₆, y₆, z₆) は変位センサ１３ｆの測
定点であり、 (A₂, B₂, C₂) は式（２）で求めた平面
O'x'z' 上の法線ベクトルである。

【００２２】式（１）〜（３）は式（４）〜（６）のよ
うな標準形式に変形することができる。

【数２】

【数３】

【数４】以上より、内側ユニット１１を構成する３平面の式が求
まるので、図４に示した既知の外側ユニット座標系 O−
xyz に対する内側ユニット座標系 O'−x'y'z'が定ま
る。

【００２２】内側ユニット座標系 O'−x'y'z' の原点は
平面 O'x'y', O'y'z', O'x'z' の交点であるから、内側
ユニット座標系 O'−x'y'z' 上での座標は式（７）に示
す外側ユニット座標系 O−xyz で記述することができ
る。

【数５】また、内側ユニット１１を構成している３つの平面上の
法線ベクトルは内側ユニット座標系の各軸方向を示すか
ら、外側ユニット座標系に対する内側ユニット座標系の
位置・姿勢関係は式（８）に示す４行４列の変換行列の
ようになる。

【数６】

【００２３】式（８）より、例えば「ロボット・マニピ
ュレータ」（Ｒ．Ｐ．ポール著、吉川恒夫訳、コロナ社
（１９８４年）、第４３頁〜第４６頁）にて定義されて
いるオイラー角（φ，θ，ψ）が式（９）のように、ま
た、ロール・ピッチ・ヨー（φ，θ，ψ）が式（１０）
のように算出される。

【数７】

【数８】

【００２４】データ演算部１５は上記の各演算を行って
ロボットハンド２１がロボットハンド把持用爪部１４を
把持した状態おけるロボットハンドの位置・姿勢を求
め、所要の演算結果をデータ表示部１６に送って表示す
る。これにより、ロボット位置・姿勢データ計測装置か
らの測定結果を監視しながらロボットを教示することが
できるので、従来、目視に頼っていた教示作業を効率化
し、最適化することができる。また、上記データ表示部
１６の表示や、インタフェース部１７を介して演算結果
をロボットコントローラへ転送することにより、ロボッ
トコントローラにおいて教示データを補正してハンド２
１の位置を補正することができる。

【００２５】さらに、ロボット本体やハンド２１等の位
置・姿勢変化に対応するハンド２１の位置・姿勢偏差を
明確にすることができる。このため、ロボット教示時に
得た変換行列、あるいは教示直後に上記測定データより
算出した変換行列を記憶して、これとロボット本体やハ
ンド２１等の位置・姿勢変化後の測定データより算出し
た変換行列とを用いて、式（１１）に示すハンドの位置
・姿勢変化を示す変換行列を求めるようにする。

【００２６】

【数９】式（１１）のサフィックスＡは上記変化前の状態を示
し、同Ｂは変化後の状態を示している。また、ＴAの逆
行列とＴBの積はハンドの位置・姿勢変化を示す変換行
列である。本発明ではロボット本体やロボットハンドの
位置・姿勢変化に対応して、式（１１）の情報を基にオ
ンライン、あるいはオフラインで教示データの修正を行
う。

【００２７】また、ロボットハンド把持用爪部１４と内
側ユニット１１の合計重量を、ロボットが実作業で把持
する把持対象物の重量と同一とするので、ロボットにか
かる負荷を実作業時と同一にすることができる。なお、
上記実施例では、内側ユニット１１を構成する３枚の平
板は相互に直交するように配置されていた。しかし、直
交していない場合には座標変換を行って以後は同様な測
定を行えばよい。

【００２８】〔実施例２〕外側ユニット１２を構成す
る３つの平面にそれぞれ３個の変位センサを取り付けた
ることもできる。合計９個の変位センサ各々より得られ
る点をＰ₁〜Ｐ₉ とすると、各平面は式（１２）〜（１
４）のように表せる。

【数１０】式（１２）、（１３）、（１４）は同一形式であるか
ら、データ演算部１５の演算プログラムを共通化して効
率化することができ、さらに、式（１３）は式（１２）
の演算結果を用いないので計算誤差が累積されない。ま
た、センサ数の増加により被検出面情報が増加するの
で、ロボット教示時のオペレータへの情報も増加する。

【００２９】〔実施例３〕図６は内側ユニット１１を
六面体形状として製作を容易化した場合の斜視図であ
る。実施例１、２と同等な効果を得ることができる。

【００３０】〔実施例４〕図７は各変位センサ１３を
内側ユニット１１側に取り付けた場合である。この場合
は内側ユニット座標系に対する外側ユニット座標系の座
標変換行列を求めることになり、これは式（８）の逆行
列となる。

【００３１】〔実施例５〕図８は上記変位センサ１３
ａ〜１３ｄの他に傾斜センサ８１を設けた場合である。
座標系O'−x'y'z'の座標系O−xyzに対する最も好ましい
位置・姿勢が、平面O'x'y'が平面Oxyに平行になるとき
とすれば、そのときの平面O'x'y'の法線ベクトルは式
(１５)のようになる。

【数１1】傾斜センサ８１を内側ユニット１１の底面に取り付け、
平面O'x'y'がz軸回りにφ回転した際の、y軸回りの回転
θとx軸回りの回転ψを計測する。測定時の平面O'x'y'
の法線ベクトルを式（１６）とすると、式（１５）と
（１６）の関係は式（１７）のようになる。

【００３２】式（１７）より、平面O'x'y'の法線ベクト
ルを求め、センサ１３ａの出力と式（３）あるいは式
（６）より平面O'x'y'を算出する。平面O'y'zと、平面
O'z'x'を実施例１と同様にして求め、座標系O−xyzに対
する座標系O'−x'y'z'の位置・姿勢を求める。本実施例
では変位センサの数、および平面を求めるための演算量
を減らすことができる。

【００３３】〔実施例６〕本実施例では水平多関節形
のスカラ形ロボット９０に変位センサ１３ａ〜１３ｄを
図９のように配置する。スカラ形ロボットの多くは４自
由度ロボットであるため、ロボットハンドの姿勢をあら
わすパラメータ３個のうち２個は既知である。したがっ
て、本実施例ではロボットハンド位置・姿勢データを４
個になる。〔００３４〕〔実施例７〕図１０は本発明によるティ
ーチング位置・姿勢データ修正方法をウェハカセット搬
送作業用多関節ロボットに適用した場合のシステムの構
成例である。多関節ロボット１００１、ロボットハンド
１００２、ロボットハンド位置・姿勢計測装置１００
３、ロボットコントローラ１００４、グリッパ１００５
及び一対のツメ１００６から構成される。〔００３５〕図１１は多関節ロボット１００１の関節構
成図である。６つの関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ
５、Ｊ６からなり、Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4、ＬＹ1、ＬＹ
2、ＬＹ3、ＬＸはその機構パラメータである。ロボット
の座標系、座標変換行列を以下のように定義する。Ｏ₀−Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀：ロボットベースに固定された座標系Ｏ_i−Ｘ_iＹ_iＺ_i：ロボットのｉ番目の被駆動部に固定さ
れた座標系Ｏ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆：ロボットハンド１００２取付面に固定
された座標系Ｏ_t−Ｘ_tＹ_tＺ_t：ロボットハンド１００２に固定された
座標系（工具座標系）Ｔ_i：Ｏ_i−Ｘ_iＹ_iＺ_iからＯ
_i-1−Ｘ_i-1Ｙ_i-1Ｚ_i-1への座標変換行列〔００３６〕周知のように任意の点を座標系Ｏ₀−Ｘ₀Ｙ
₀Ｚ₀であらわしたベクトルＸ₀と座標系Ｏ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆
であらわしたベクトルＸ₆の間には式（１８）の関係が
ある。Ｔは４行４列の行列であり、θ1,θ2,θ3,θ4,θ
5,θ6は各関節の回転角である。また、Ｔを式（１９）
のように定義する。

【数１２】Ｘ₆を座標Ｏ_t−Ｘ_tＹ_tＺ_t上であらわしたものをＸ_tとす
ると式（２０）の関係が得られる〔００３７〕ここでＴ_tは４行４列の行列で、α,β,γ
は座標系Ｏ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆で表現した座標系Ｏ_t−Ｘ_tＹ_t
Ｚ_tの姿勢をあらわす角度であり、たとえばオイラー角
とすることもできる。また、Ｐx,Ｐy,Ｐzは座標系Ｏ₆−
Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆で表現した座標系Ｏ_tの位置である。したがっ
て、式（１８）、（２０）より式（２１）が得られる。
Ｘ_tをたとえばロボットハンド１００２中心位置に設定
して式（２１）の座標変換を行うことにより、ロボット
コントローラ１００４はティーチングされたロボットの
位置及びＴ、Ｔ_tにより定まる座標系Ｏ₀−Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀に
対する姿勢を求めて記憶装置に記憶し、プレイバック時
には式（２１）を逆変換して角関節角度を求め多関節ロ
ボット１００１を動作させる。〔００３８〕図１２はロボットコントローラ１００４の
構成図である。ロボットコントローラ１００４の記憶装
置１２０２には、作業者がティーチングＢＯＸ１２０８
を用いてあらかじめティーチングしたティーチングデー
タやＣＡＤ情報などより得られるオフラインデータと動
作シーケンスが記憶される。ＣＰＵ１２０１はこれらの
データを座標変換して角関節の目標角度を算出し、エン
コーダ１２０７のカウンタ１２０６より得られる角関節
角度の現在値が目標値となるようにＤ/Ａコンバータ１
２０３に指令を与え、サーボアンプ１２０４、モータ１
２０５を駆動し多関節ロボット１００１を動作させる。〔００３９〕図１３は対象ワークであるウェハカセット
１３０１の斜視図である。ウェハカセット１３０１はテ
フロンもしくはポリプロピレン等で成形され、その上端
は開口し、内部に半導体ウェハを並列して収納する溝１
３０２を備えている。また、開口部の上端には外部に突
出した被把持部１３０３を有し、さらに被把持部１３０
３に垂直で収納された半導体ウェハに平行な突起１３０
４を持つ。ロボットハンド１００２のツメ１００６に
は、ウェハカセット１３０１の被把持部１３０３と突起
１３０４の形状にマッチするガイド部を設け、被把持部
１３０３に嵌入してウェハカセット１３０１を把持する
ようにする。〔００４０〕図１４は本発明によるロボットハンド位置
・姿勢計測装置１００３の構成図である。ロボットハン
ド位置・姿勢計測装置１００３は、被把持部１４０２、
内側ユニット１４０３、外側ユニット１４０４、センサ
１２１０ａ〜１２１０ｆとから構成される。被把持部１
４０２の形状はウェハカセットの被把持部１３０３と同
一である。内側ユニット１４０３は被把持部１４０２と
一体に成型され互いに非平行な少なくとも３つの面から
構成され、その重量をウェハカセット１３０１とほぼ同
等にする。〔００４１〕外側ユニット１４０４の製造装置の装着位
置に装着する部分１４０５の形状をウェハカセット１３
０１の下部１３０５と同一とし、内側ユニット１４０３
の面を取り囲む平面を有し、６個のセンサ１２１０ａ〜
１２１０ｆを取付けて内側ユニット１４０３と外側ユニ
ット１４０４間の距離を測定する。〔００４２〕図１５はロボットハンド位置・姿勢計測装
置１００３の座標系を示す図であり、次のように定義す
る。Ｏs−ＸsＹsＺs：ロボットハンド位置・姿勢計測装置１
００３の外側ユニット１４０４に固定された座標系Ｏw−ＸwＹwＺw：ロボットハンド位置・姿勢計測装置１
００３の内側ユニット１４０３に固定された座標系センサ１２１０ａ〜１２１０ｃは面Ｏs−ＸsＹsに直線
状に並ばないように取り付けられ、相対する面Ｏw−Ｘw
Ｙwとの距離を測定する。〔００４３〕センサ１２１０ｄ、１２１０ｅはこれらを
結ぶ直線の方向ベクトルが内側ユニット１４０３の面Ｏ
w−ＹwＺwの法線ベクトルと一致することがないように
面Ｏs−ＹsＺsに取り付けられ、上記面Ｏw−ＹwＺwとの
距離を測定する。センサ１２１０ｆは面Ｏs−ＸsＺsに
取り付けられ、相対する面Ｏw−ＸwＺwとの距離を測定
する。次に、外側ユニット１４０４に固定された座標系
Ｏs−ＸsＹsＺsに対するロボットハンド１００２の位置
・姿勢の測定手順について説明する。〔００４４〕まず、ロボットハンド位置・姿勢計測装置
１００３を製造装置の装着場所に装着し、多関節ロボッ
ト１００１を記憶装置１２０２に記憶したティーチング
データもしくはティーチングＢＯＸ１２０８を用いて動
作させ、ロボットハンド１００２で被把持部１４０２を
把持させる。外側ユニット１４０４の寸法、センサ１２
１０ａ〜１２１０ｆの取り付け位置は既知であるのでセ
ンサ１２１０ａ〜１２１０ｃの出力から内側ユニットの
平面Ｏw−ＸwＹw上の３点を測定して平面Ｏw−ＸwＹwの
式（２２）を算出する。〔００４５〕

【数１３】ここでＰ₁（Ｘ₁,Ｙ₁,Ｚ₁）、Ｐ₂（Ｘ₂,Ｙ₂,Ｚ₂）、Ｐ₃
（Ｘ₃,Ｙ₃,Ｚ₃）は、センサ１２１０ａ〜１２１０ｃの
出力から求められる平面Ｏw−ＸwＹw上の点である。ま
た、センサ１２１０ｄ、１２１０ｅの出力と内側ユニッ
ト１４０３の平面Ｏw−ＸwＹwとＯw−ＹwＺwの直交関係
より平面Ｏw−ＹwＺwの式（２３）が算出される。Ｐ
₄（Ｘ₄,Ｙ₄,Ｚ₄）、Ｐ₅（Ｘ₅,Ｙ₅,Ｚ₅）はセンサ１２１
０ｄ、１２１０ｅの出力から求められる点であり、（Ａ
₁,Ｂ₁,Ｃ₁）は平面Ｏw−ＸwＹwの法線ベクトルである。〔００４６〕また、センサ１２１０ｆの出力と内側ユニ
ット１４０３の平面Ｏw−ＸwＹw、Ｏw−ＹwＺw、Ｏw−
ＸwＺw間の直交関係より平面Ｏw−ＸwＺwの式（２４）
を算出する。なお、Ｐ₆（Ｘ₆,Ｙ₆,Ｚ₆）はセンサ１２１
０ｆの出力から求めた点であり、（Ａ₂,Ｂ₂,Ｃ₃）は平
面Ｏw−ＹwＺwの法線ベクトルである。式（２５）、
（２６）、（２７）は式（２２）、（２３）、（２４）
を標準系に書き直したものがである。〔００４７〕

【数１４】

【数１５】

【数１６】以上の手順により内側ユニット１４０３の互いに直交す
る３平面の式を求めたので、外側ユニット１４０４に固
定された座標系Ｏs−ＸsＹsＺsに対する内側ユニット座
標系Ｏw−ＸwＹwＺwが定められる。〔００４８〕内側ユニット座標系の原点は平面Ｏw−Ｘw
Ｙw、Ｏw−ＸwＺw、Ｏw−ＹwＺwの交点であるから式
（２８）の様に外側ユニット座標系によって記述され
る。また、平面Ｏw−ＸwＹw、Ｏw−ＹwＺw、Ｏw−ＸwＺ
wの各法線ベクトル（Ａ₁Ｂ₁,Ｃ₁）、（Ａ₂,Ｂ₂,Ｃ₂）、
（Ａ₃,Ｂ₃,Ｃ₃）が内側ユニット座標系の各軸の方向を
示し、これより外側ユニット座標系に対する内側ユニッ
ト座標系の位置・姿勢は式（２９）に示す４行４列の座
標変換行列となる。〔００４９〕

【数１７】

【数１８】また、内側ユニット１４０３と被把持部１４０２の位置
関係は既知であることより、ロボットハンド１００２の
位置・姿勢を同様にして求めることができる。〔００５０〕次ぎに、ロボットハンド１００２を交換し
た場合における本発明によるティーチングデータ修正方
法について述べる。多関節ロボット１００１を現場に導
入して搬送作業が可能となった時点で、ロボットハンド
位置・姿勢計測装置１００３を用いて各ウェハカセット
装着位置毎にロボットハンド１００２の外側ユニット１
４０４に対する位置・姿勢を計測し、記憶装置１２０２
に記憶する。外側ユニット１４０４の下部１４０５の形
状はウェハカセット１３０１の下部１３０５と同一であ
るから、ロボットハンド位置・姿勢計測装置１００３を
作業位置にしっかりと装着できる。〔００５１〕また、被把持部１４０２の形状はウェハカ
セット１３０１と同一であるからロボットハンド１００
２を交換せずに計測することができる。さらに、内側ユ
ニット１４０３の重量はウェハカセット１３０１の重量
と同一であるから、多関節ロボット１００１にかかる負
荷を実作業と同一になる。したがって、実作業と計測時
の条件は同一になる。ここで、衝突等によりロボットハ
ンド１００２が変形したのでこれを交換した場合を考え
る。〔００５２〕図１６はロボットハンド１００２の交換前
と後の多関節ロボット１００１の把持ポイントの位置・
姿勢を示す図である。変形がロボットハンド１００２の
みであればロボットハンド１００２以外の機構パラメー
タは前回ティーチング時と同一である。したがって多関
節ロボット１００１自体は式（１８）に従って衝突前の
位置・姿勢で動く。しかし、ロボットハンド１００２を
交換した場合はそれが同形のものであっても寸法誤差や
取付誤差により式（２０）のＴtが変化するので、図１
６に示したように前回のティーチング時とは異なる位置
・姿勢をとり、そのままでは搬送作業を行えなくなる。〔００５３〕そこでティーチング位置・姿勢を修正す
る。まず、多関節ロボット１００１を装着位置の１つに
移動し、装着位置に装着したロボットハンド位置・姿勢
計測装置１００３の内側ユニット１４０３の被把持部１
４０２をロボットハンド１００２により把持する。ロボ
ットハンド位置・姿勢計測装置１００３は内側ユニット
１４０３と外側ユニット１４０４との間に十分な間隙を
持つので、ロボットハンド１００２の位置・姿勢が前回
のティーチングの位置・姿勢からずれていても内側ユニ
ット１４０３の被把持部１４０２を外側ユニット１４０
４をずらす事なく把持する事ができる。〔００５４〕次いで、ロボットハンド位置・姿勢計測装
置１００３は外側ユニット１４０４に固定された座標系
Ｏs−ＸsＹsＺsに対するロボットハンド１００２の位置
・姿勢を求める。図１７は外側ユニット１４０４の座標
系Ｏs−ＸsＹsＺsに対するロボットハンド１００２交換
前と後の各座標系の関係を示すものである。ここで座標
変換行列を以下のように定義する。〔００５５〕Ｔ_t ：ロボットハンド交換前のＯ_t−Ｘ_tＹ
_tＺ_tからＯ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆への座標変換行列Ｔ_t' ：ロボットハンド交換後のＯ_t'−Ｘ_t'Ｙ_t'Ｚ_t'か
らＯ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆への座標変換行列Ｔs ：Ｏs−ＸsＹsＺsからＯ₀−Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀への座標変換
行列Ｔw ：Ｏw−ＸwＹwＺwからＯ_t−Ｘ_tＹ_tＺ_tへの座標変換
行列Ｔ_R1：ロボットハンド交換前のロボットハンド位置・姿
勢計測装置１００３により検出されるＯw−ＸwＹwＺwか
らＯs−ＸsＹsＺsへの座標変換行列Ｔ_R2：ロボットハンド交換後のロボットハンド位置・姿
勢計測装置１００３により検出されるＯw−ＸwＹwＺwか
らＯs−ＸsＹsＺsへの座標変換行列〔００５６〕多関節ロボット１００１の機構パラメータ
は変っていないから、Ｏ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆の位置・姿勢も不
変である。しかし、ロボットハンド１００２の機構パラ
メータが変化しているためＯ_t−Ｘ_tＹ_tＺ_tはＯ_t'−Ｘ_t'
Ｙ_t'Ｚ_t''に変化している。なお、Ｏw−ＸwＹwＺwは変
化していない。したがって、図１７より式（３０）、
（３１）の関係が成り立ち、これよりロボットハンド交
換後の座標変換行列Ｔt'式（３２）が求められる。〔００５７〕

【数１９】図１８は本実施例のシステム構成図である。変形がロボ
ットハンドのみに限定される場合は、装着位置に拘らず
Ｔ_R1、Ｔ_R2の値が等しいから、一つの装着位置に対する
測定で全ての装着位置に対する位置・姿勢を修正するこ
とができる。このとき、ロボットコントローラ１００４
は図１８に示すようにロボットハンド位置・姿勢計測装
置１００３から送られた計測データをもとに記憶装置１
２０２中のＴtをＴt’に更新するだけでよく、再ティー
チング作業によりティーチングデータを変更する必要は
ない。〔００５７〕〔実施例８〕次ぎに、変形がロボットハ
ンド１００２に留まらず多関節ロボット１００１にまで
及んだ場合の修正方法を説明する。変形が前記多関節ロ
ボット１００１まで及んだ場合には、ロボットハンド１
００２の機構パラメータの他に多関節ロボット１００１
の機構パラメータも修正する必要がある。〔００５８〕そこで、多関節ロボット１００１を装着位
置に移動し、装着位置に装着したロボットハンド位置・
姿勢計測装置１００３の内側ユニット１４０３の被把持
部１４０２をロボットハンド１００２により把持し、ロ
ボットハンド１００２の位置・姿勢を求める。ただし、
多関節ロボット１００１を現場に導入し搬送作業が可能
となった時点で、ロボットハンド位置・姿勢計測装置１
００３を用いて各装着位置毎のロボットハンド１００２
の外側ユニット１４０４に対する位置・姿勢を計測し、
予め記憶装置１２０２に記憶させておく。〔００５９〕〔実施例９〕図１９は４つの装着位置を
持つ製造装置の斜視図である。したがって、多関節ロボ
ット１００１のロボットハンド１００２の製造装置１９
０５に対する把持ポイントは装着位置１９０１、１９０
２、１９０３、１９０４のように４つ存在する。〔００６０〕図２０は装着位置１９０１における外側ユ
ニット１４０４の座標系に対するロボットハンド１００
２の交換前と後の座標系の関係を示すものである。衝突
により多関節ロボット１００１の機構パラメータが変化
し、Ｏ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆の位置・姿勢も変化しているので、
一つの装着位置に対する測定により全領域の動作を修正
する事は出来ない。したがって、ここで多関節ロボット
１００１の機構パラメータを測定して座標変換行列Ｔ₀,
Ｔ₁,Ｔ₂,Ｔ₃,Ｔ₄,Ｔ₅,Ｔ₆等を修正すべきであるが、こ
れは困難な作業であり長大な時間を要する。〔００６１〕そこで、多関節ロボット１００１の変形に
よるズレとロボットハンド１００２交換によるズレをロ
ボットハンドそのもののズレに換算して位置・姿勢を修
正することを考える。図２１は本実施例のシステム構成
図である。一つの装着位置に対する測定で得られた座標
変換行列Ｔtで多関節ロボット１００１の全ての動作領
域に対する修正を行うことは出来ない。しかし、図２１
に示すように記憶装置１２０２に各装着位置の座標変換
行列Ｔtをテーブルデータ（ＴtＩ,ＴtII，ＴtIII,ＴtI
V）として持たせ、ＣＰＵ１２０１で各装着位置のロボ
ットハンドの座標変換行列を選択してティーチング位置
・姿勢を修正するようにする。〔００６２〕〔実施例１０〕衝突等により故障した多
関節ロボット１００１を同型のものと入れ換える場合の
修正に関し説明する。ここでは、図２２に示すようにテ
ィーチングデータを持つ多関節ロボット２２０１とティ
ーチングデータを持たない同一形式の多関節ロボット２
２０２を交換することを考える。厳密には、多関節ロボ
ット２２０１と同２２０２の機構パラメータは同一でな
いので、多関節ロボット２２０１のティーチングデータ
を同２２０２にコピーしても同じようには動かない。〔００６３〕そこで、多関節ロボット２２０１のティー
チングデータを同２２０２の記憶装置１２０２にコピー
後、上記２２０２のロボットハンドの位置・姿勢を修正
する。図２３に示すように、現場搬入前にステージ２３
０１とロボットハンド位置・姿勢計測装置１００３を用
いて多関節ロボット２２０１に代表点のティーチングを
行い、外側ユニット１４０４の各代表点におけるロボッ
トハンド１００２の位置・姿勢を記憶装置１２０２に記
憶する。〔００６４〕なお、多関節ロボット２２０１が作業する
製造装置の構成は既知であるから、上記代表点として多
関節ロボット２２０１がウェハカセット１３０１を把持
するポイントを選ぶようにする。多関節ロボット２２０
１が故障した場合は、交換用の多関節ロボット２２０２
に多関節ロボット２２０１と同一のティーチング点を把
持させてその位置・姿勢を求める。〔００６５〕図２４は、上記外側ユニット１４０４の代
表点における多関節ロボット２２０１と同２２０２のロ
ボットハンド１００２の座標系の関係図である。上記座
標系とその座標変換行列は以下のようになる。Ｏ_tA−Ｘ_tAＹ_tAＺ_tA：多関節ロボット２２０１のロボッ
トハンドに固定された座標系Ｏ_tB−Ｘ_tBＹ_tBＺ_tB：多関節ロボット２２０２のロボッ
トハンドに固定された座標系Ｔ_tA：多関節ロボット２２０１のロボットハンドのＯ_tA
−Ｘ_tAＹ_tAＺ_tAからＯ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆への座標変換行列Ｔ_tB：多関節ロボット２２０２のロボットハンドのＯ_tB
−Ｘ_tBＹ_tBＺ_tBからＯ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆への座標変換行列〔００６６〕多関節ロボット２２０１と同２２０２の機
構パラメータは厳密には同一ではないものの、全ての代
表点について両ロボットのロボットハンドに固定された
座標系の関係が既知であれば、ロボットの入れ換えによ
るズレを実施例１と同様の座標変換行列の演算により修
正することができる。図２２に示したように、多関節ロ
ボット２２０１のティーチングデータと、多関節ロボッ
トＢ２２０２のロボットハンドの座標変換行列のテーブ
ルデータ（ＴtＩB,ＴtIIB,ＴtIIIB,ＴtIVB）とから多関
節ロボット２２０２の現場搬入前に上記修正を容易に行
えるのでライン停止時間を低減することができる。〔００６７〕〔実施例１１〕図２５は故障等によりテ
ィーチング済みの製造装置をティーチングされていない
ものに入れ替える場合を説明する図である。入れ替えに
は装置の設置誤差や加工誤差等が入るため、入れ替え後
の製造装置２５０２を入れ替え前の製造装置２５０１に
対するティーチングデータで動作する多関節ロボット１
００１で作業させてもロボットハンドの位置・姿勢は同
一にはならない。〔００６８〕このためティーチング位置・姿勢デ−タを
の修正する。本発明では、上記製造装置の位置ズレをロ
ボットハンドの機構パラメータが変化したものとして修
正する。まず、多関節ロボット１００１を製造装置Ｄ２
５０２の位置に移動して、その装着位置に装着したロボ
ットハンド位置・姿勢計測装置１００３の内側ユニット
１４０３の被把持部１４０２を把持して、ロボットハン
ド１００２の位置・姿勢を求める。〔００６９〕図２５に示したように、製造装置２５０１
に対する多関節ロボット１００１のティーチングデータ
と、ＣＰＵ１２０１が選択するロボットコントローラ１
０４の記憶装置１２０２に記憶した製造装置Ｄ２５０２
の各装着位置に対する多関節ロボット１００１のロボッ
トハンドの座標変換行列のテーブルデータ（Ｔ_ID,
Ｔ_I _ID,Ｔ_IIID,Ｔ_IVD）より各装着位置のティーチング位
置・姿勢を修正する。〔００７０〕〔実施例１２〕上記の修正方法は図２６
のように多数の製造装置が存在するベイ方式の半導体前
工程ライン内で自走するロボットのティーチング位置・
姿勢の修正にも適用することができる。図２６におい
て、自走式ロボット２６０１は例えば製造装置１９０５
のティーチングデータを持ち、他の製造装置については
上記の位置・姿勢修正方法を適用する。これにより修正
作業を効率化することができる。〔００７１〕〔実施例１３〕図２７は本発明による他
のロボットハンド位置・姿勢計測装置の構成図である。
演算装置２７０１はセンサ１２１０ａ〜１２１０ｆの出
力から内側ユニット１４０３と外側ユニット１４０４の
相対位置・姿勢を演算し、記憶装置２７０２はその演算
結果と製造装置の装着位置番号とを記憶する。また、イ
ンターフェース部２７０３はロボットコントローラ１０
０４とＩ/Ｏユニットを介して情報を交換する。〔００７２〕図２８はロボットコントローラ１００４の
構成図である。ロボットハンド位置・姿勢計測装置１０
０３の内側ユニット１４０３の被把持部１４０２を把持
した後ティーチング位置・姿勢を自動的に修正するの
で、ティーチング作業が不要となる。また、本実施例で
は実施例１に比べ、ＣＰＵ１２０１の負担を軽減し、記
憶装置１２０２の容量も低減することができる。〔００７３〕〔実施例１４〕本発明のロボットハンド
位置・姿勢計測装置を用いたロボットティーチング位置
・姿勢データ修正方法の一実施例を図面を用いて説明す
る。図２９はロボットの機構図である。６自由度の関節
型ロボット２９０１は回転関節＃１〜＃６とロボットハ
ンド２９０２により構成されている。θ1〜θ6は各関節
の回転角である。ロボット２９０１の座標系と座標変換
行列及びベクトルは以下のようになる。Ｏ₀−Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀：ロボット２９０１のベースに固定され
た基準座標系Ｏ_i−Ｘ_iＹ_iＺ_i：ロボット２９０１のｉ番目の被駆動部
に固定された座標系Ｏ_H−Ｘ_HＹ_HＺ_H：ロボットハンド２９０２に固定された
座標系Ｔ_i：Ｏ_i−Ｘ_iＹ_iＺ_iからＯ_i-1−Ｘ_i-1Ｙ_i-1Ｚ_i-1への
座標変換行列Ｔ_H：Ｏ_H−Ｘ_HＹ_HＺ_HからＯ₆−Ｘ₆Ｙ₆Ｚ₆への座標変換
行列Ｘ₀：Ｏ₀−Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀であらわした非斉次位置ベクトルＸ_H：Ｏ_H−Ｘ_HＹ_HＺ_Hであらわした非斉次位置ベクトル〔００７４〕これらのベクトルには式（３３）の関係が
成り立つ。ただし、Ｔは式（３４）で定義される。

【数２０】Ｔ₁〜Ｔ₆はロボット２９０１の関節回転角及び機構パラ
メータに依存し、Ｔ_Hはロボットハンド２９０２の形状
パラメータに依存する。ロボット２９０１の位置はＸ_H
をハンド中心位置ベクトルとして求めることができ、ロ
ボット２９０１の姿勢はロボットハンド２９０２の基準
座標に対する姿勢角であるから、この姿勢角（例えばオ
イラー角）は座標変換行列Ｔより求めることができる。〔００７５〕図３０（ａ）に示すように、ロボットハン
ド位置・姿勢計測装置３００１は内側ユニット３００１
ｂと距離センサを取り付けた外側ユニット３００１ａと
からなり、内側ユニット３００１ｂは外側ユニット３０
０１ａ内で任意の位置・姿勢をとることができる。図３
２に示すように、オペレータは外側ユニット３００１ａ
を装置３２０１上に位置決めしてロボット２９０１に内
側ユニット３００１ｂの上部を把持させる。ティーチン
グと測定とを同時に行うために、外側ユニット３００１
ａの位置決め部と内側ユニット３００１ｂのロボット把
持部との形状が実搬送ワークと同一とする。例えばロボ
ットの搬送ワークが図３３（ａ）のウエハカセット３３
０１の場合、ロボットハンド位置・姿勢計測装置３００
１の形状を同図（ｂ）のようにする。〔００７６〕図３０（ｂ）は外側ユニット３００１ａの
構造と座標系Ｏ_S−Ｘ_SＹ_SＺ_Sの関係図である。内側の平
面Ｘ_SＹ_S上に３個の距離センサ３００２ａ、３００２
ｂ、３００２ｃ、平面Ｙ_SＺ_S上に２個の距離センサ３０
０２ｄ、３００２ｅ、平面Ｚ_SＸ_Sに１個の距離センサ３
００２ｆをとりつけ，取付平面と内側ユニット３００１
ｂの平面間の距離を測定する。図３０（ｃ）は内側ユニ
ット３００１ｂの構造と座標系Ｏ_W−Ｘ_WＹ_WＺ_Wの関係図
である。〔００７７〕図３１は座標系Ｏ_S−Ｘ_SＹ_SＺ_SとＯ_W−Ｘ_W
Ｙ_WＺ_Wの関係図である。平面Ｘ_WＹ_W上の３点をＰ₁、
Ｐ₂、Ｐ₃、平面Ｙ_WＺ_W上の２点をＰ₄、Ｐ₅、平面Ｚ_WＸ_W
上の点をＰ₆、空間内の任意の点をＰとする。ここでベ
クトルＰ_i（ｉ＝１〜６）、Ｐ、Ｐ₀を式（３５）のよう
に定義する。まず、平面Ｘ_WＹ_W上の３点Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃
を通る平面の方程式の標準形は式（３６）のようにな
る。Ｎ_Zは平面Ｘ_WＹ_Wと直交する単位ベクトルであり、
ｄ_Zは原点Ｏ_Sから平面Ｘ_WＹ_Wへの距離である。同様に、
平面Ｙ_WＺ_W上の２点Ｐ₄、Ｐ₅を通りベクトルＮ_Zを含む
平面の方程式の標準形は式（３７）のようになる。〔００７８〕

【数２１】Ｎ_Xは、平面Ｙ_WＺ_Wと直交する単位ベクトルであり、ｄ_X
は原点Ｏ_Sから平面Ｙ_WＺ_Wへの距離である。同様に平面
Ｚ_WＸ_W上の点Ｐ₆を通りベクトルＮ_ZとＮ_Xを含む平面の
方程式の標準形は式（３８）のようになる。Ｎ_Yは、平
面Ｚ_WＸ_Wと直交する単位ベクトルであり、ｄ_Yは原点Ｏ_S
から平面Ｚ_WＸ_Wへの距離である。ベクトルＰ₀は３平面
の交点であり式（３９）のようになる。ここで、任意の
点Ｐの座標Ｏ_S−Ｘ_SＹ_SＺ_Sとであらわした非斉次位置ベ
クトルをＸ_S、座標Ｏ_W−Ｘ_WＹ_WＺ_Wであらわした非斉次
位置ベクトルをＸ_Wとおけば、座標Ｏ_S−Ｘ_SＹ_SＺ_SとＯ_W
−Ｘ_WＹ_WＺ_Wとの座標変換は式（４０）でとなる。〔００７９〕ここでＴ_Rは４×４の座標変換行列、Ｒ_Rは
座標の回転をあらわす３×３の行列、Ｐ_Rは座標平行移
動をあらわす３次元ベクトルである。ベクトルＮ_X、
Ｎ_Y、Ｎ_ZとＰ₀を座標Ｏ_S−Ｘ_SＹ_SＺ_Sであらわせば座標
変換行列Ｔ_Rは式（４１）となる。

【数２２】〔００８０〕外側ユニット３００１ａを位置決めしてロ
ボットに内側ユニット３００１ｂの上部を把持させた時
の座標変換行列Ｔ_RをＴ_Raとすると、座標変換行列Ｔ_R1
は測定器３の外側ユニット３００１ａ及び内側ユニット
３００１ｂの形状データを用いて式（４１）より算出で
きる。ここで座標変換行列を以下のように定義する。Ｔ_a ：ティーチングしたい位置・姿勢における式（３
４）であらわされる座標変換行列Ｔ_b ：ロボットの現在位置・姿勢における式（３４）で
あらわされる座標変換行列Ｔ_Rb：ロボットの現在位置・姿勢における式（４１）よ
り計算される座標変換行列Ｔ_W ：Ｏ_W−Ｘ_WＹ_WＺ_WからＯ_H−Ｘ_HＹ_HＺ_Hへの座標変換
行列Ｔ_S ：Ｏ_S−Ｘ_SＹ_SＺ_SからＯ₀−Ｘ₀Ｙ₀Ｚ₀への座標変換
行列〔００８１〕図３４はこれらの座標系と座標変換行列の
関係図である。ここでは便宜的に座標変換行列を原点を
結ぶベクトルで示した。これよりが成立する。Ｔ_Wはロ
ボットハンド２９０２が内側ユニット３００１ｂを把持
した時の位置関係をあらわす座標変換行列である。式
（４２）よりティーチングしたい位置・姿勢における式
（３４）であらわした座標変換行列Ｔaは式（４３）の
ようになり、ティーチングしたい位置・姿勢の位置デー
タは式（４４）より計算することができる。ティーチン
グしたい位置・姿勢の姿勢角は座標変換行列Ｔaよりも
とめることができる。例えばオイラー角をＺ軸回りの回
転角φ、φ回転後のＹ軸回りの回転角θ、θ回転後のＺ
軸回りの回転角ψとし、式（４５）のように座標変換行
列Ｔaを定義すればオイラー角は式（４６）よりもとま
る。〔００８２〕

【数２３】〔００８３〕〔実施例１５〕図３５は本発明によるシ
ステム構成図である。手動操作時には、ＣＰＵ３５０１
はインターフェース３５０７を介してティーチングボッ
クス３５０６より動作方向情報を受け取って各関節の目
標角度を算出し、Ｄ/Ａコンバータ３５０３を指令して
カウンタ３５０５からの各関節角度の現在値が目標値と
なるようにアンプ３５０４、モータを駆動してロボット
２９０１を動作させる。〔００８４〕自動運転時には、ＣＰＵ３５０１はメモリ
３５０２が記憶する位置・姿勢のティーチングデータと
動作シーケンスとから各関節の目標角度を算出し、手動
操作時と同様にしてロボット２９０１を駆動する。ま
た、ティーチング時及びティーチング位置・姿勢修正時
には、ＣＰＵ３５０１はロボットハンド２９０２が把持
するロボットハンド位置・姿勢計測装置３００１からセ
ンサ３００２ａ〜３００２ｆの値をインターフェース３
５０８を介して取り込み、式（４１）を用いて座標変換
行列Ｔ_RBを算出し、式（４４）、（４６）よりティーチ
ング位置・姿勢を算出する。〔００８５〕図３６は上記ティーチング時のフローチャ
−トである。まず、ロボットハンド位置・姿勢計測装置
３００１の外側ユニット３００１ａをティーチングした
い位置・姿勢に位置決めし、ロボット２９０１をおよそ
の位置・姿勢に誘導する。次いで内側ユニット３００１
ｂをロボットハンド２９０２で把持してロボットハンド
位置・姿勢計測装置３００１の出力を取り込み、式（４
１）を用いて座標変換行列Ｔ_RBを算出し、式（４４）、
（４６）よりティーチング位置・姿勢を算出し、メモリ
３５０２に記憶する。〔００８６〕図３７はティーチング位置・姿勢修正時の
フローチャ−トである。外側ユニット３００１ａの位置
決め後、ロボット２９０１をメモリ３５０２に記憶した
位置・姿勢にする。次いで内側ユニット３００１ｂをロ
ボットハンド２９０２で把持してロボットハンド位置・
姿勢計測装置３００１の出力を取り込み、式（４１）を
用いて座標変換行列Ｔ_RBを算出し、式（４４）、（４
６）よりティーチング位置・姿勢を算出してティーチン
グ済の位置・姿勢データを修正し、修正後のティーチン
グデータをメモリ３５０２に記憶する。なお、正確な修
正が不要なポイントがこの修正済みのポイントの近傍に
ある場合、この位置・姿勢を修正済みポイントの座標変
換行列Ｔ_RBを用いて修正することもできる。〔００８７〕図３８は２台のロボットにティーチングす
る場合のフローチャ−トである。まず、一台目をティー
チングし、そのティーチング位置・姿勢データを二台目
にコピーする。次いでこのコピーしたデータにより二台
目のロボットを動作させ、同様にしてロボットハンド位
置・姿勢計測装置３００１の出力より式（４１）を用い
て座標変換行列Ｔ_Rbを算出し、式（４４）、（４６）よ
りティーチング位置・姿勢を算出して二台目のロボット
のティーチング済の位置・姿勢データを修正する。これ
により二台目のロボットの教示時間を短縮することがで
きる。〔００８８〕〔実施例１６〕図３９は、システムの第
２の構成例である。図３９では図３５のＣＰＵ３５０１
とインターフェース３５０８間に測定器用ＣＰＵ４００
１とインターフェース４００２が追加されている。手動
操作時と自動運転時の動作は実施例と同様である。テ
ィーチング時とティーチング位置・姿勢修正時には、測
定器用ＣＰＵ４００１はＣＰＵ３５０１からの現在位置
・姿勢のティーチングデータをインターフェース４００
２を介して受取り、ティーチングしたい位置・姿勢を算
出し、算出結果をＣＰＵ３５０１に戻すようにする。〔００８９〕〔実施例１７〕本発明のロボットのティ
ーチングおよびティーチング位置・姿勢修正方法は、ス
ルーザウォールタイプの装置に対するティーチング作業
を最適化できる。対象装置がウェハカセット搬送作業も
行う場合には、図４１に示すようなウェハカセット３３
０１の装着位置が前面パネルより奥にあるスルーザウォ
ールタイプの装置が用いられることがある。スルーザウ
ォールタイプの装置４１０１の装着位置４１０２は前面
パネルより奥にあり、その周囲の間隙が狭いものが多
く、オペレータはロボットハンドの位置・姿勢を確認す
ることが困難になる。このため熟練作業者でも教示作業
に多大な時間を要するという問題があった。

〔００９０〕まず、ロボットハンド位置・姿勢計測装置
３００１を装着位置４１０２に設置し、ロボットハンド
位置・姿勢計測装置３００１の内側ユニット３００１ｂ
が把持できる程度の粗いティーチングデータを与える。
内側ユニット３００１ｂと外側ユニット３００１ａとの
間に十分な間隙を持つから、粗いティーチングデータで
あっても装着位置４１０２から内側ユニット３００１ｂ
を把持し、ロボットハンド位置・姿勢計測装置３００１
は外側ユニット３００１ａに対する内側ユニット３００
１ｂの位置・姿勢を計測することができる。〔００９１〕また、ウェハカセット３３０１の設計値か
ら外側ユニット３００１ａに対する内側ユニット３００
１ｂの最適な位置・姿勢を求めることもできる。センサ
３３０２ａ〜３３０２ｆの出力によりロボット２９０１
を制御し、内側ユニット３００１ｂの位置・姿勢を最適
位置姿勢に一致するようにする。なお、上記各実施例は
ウェハカセット搬送作業用多関節ロボットの他に、部品
挿入作業等のティーチングプレイバック方式の産業用ロ
ボット等にも適用して同様の効果を得ることができる。〔００９２〕

【発明の効果】本発明では、ロボットハンド位置・姿勢
計測装置の内側ユニットをロボットハンドで把持したと
きの測定値をもとにティーチング位置・姿勢の修正作業
を行なうので、ティーチング作業やその修正作業を容易
化することができる。また、内側ユニットの被把持部の
形状、重量、外側ユニットの下部形状等を把持対象物と
同一にするので、ティーチングやその修正時の測定条件
を実作業と同一にして測定精度を高めることができる。
さらに半導体前工程のベイ内のように同型の装置が複数
台導入されている場合には、１台の装置の測定データで
他の装置のティーチングデータを修正することができる
のでティーチングデータ修正時間を大幅に短縮すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロボット位置・姿勢データ計測装
置の斜視図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本発明における座標系の説明図である。

【図５】図１におけるロボットハンド把持用爪部と内側
ユニットの構成図である。

【図６】本発明によるロボット位置・姿勢データ計測装
置実施例の斜視図である。

【図７，８】本発明によるロボット位置・姿勢データ計
測装置実施例の断面図である。

【図９】本発明によるスカラロボット用のロボット位置
・姿勢データ計測装置実施例の断面図である。

【図１０】本発明による多関節ロボットシステムの構成
図である。

【図１１】図１０の関節構成図である。

【図１２】本発明のロボットコントローラの構成図であ
る。

【図１３】ウェハカセットの斜視図である。

【図１４】本発明によるロボット位置・姿勢データ計測
装置実施例の断面図である。

【図１５】ロボットハンド位置・姿勢計測装置に固定さ
れた座標系を示す図である。

【図１６】ロボットハンドのズレを示す図である。

【図１７】本発明における座標系の説明図である。

【図１８】本発明実施例のブロック図である。

【図１９】製造装置の外観図である。

【図２０】外側ユニット座標系とロボットハンド座標系
の関係を示すベクトル図である。

【図２１】本発明実施例のブロック図である。

【図２２，２３】本発明装置のロボット入れ換え時の動
作説明図である。

【図２４】外側ユニット座標系とロボットハンド座標系
の関係を示すベクトル図である。

【図２５】本発明装置の製造装置入れ換え時の動作説明
図である。

【図２６】半導体前工程ベイの構成図である。

【図２７】本発明によるロボット位置・姿勢データ計測
装置実施例の断面図である。

【図２８】本発明のロボットコントローラの構成図であ
る。

【図２９】ロボットの機構図である。

【図３０，３１】本発明における座標系の説明図であ
る。

【図３２】本発明におけるロボットの測定器把持状態を
示す図である。

【図３３】本発明による測定器の外観図である。

【図３４】外側ユニット座標系とロボットハンド座標系
の関係を示すベクトル図である。

【図３５】本発明装置のシステム構成図である。

【図３６，３７，３８】本発明装置のティーチングと位
置・姿勢修正方法を説明するフローチャ−トである。

【図３９，４０】本発明装置のシステム構成図である。

【符号の説明】

１１…内側ユニット、１２…外側ユニット、１３（１３
ａ〜１３ｆ）…変位センサ、１４…把持用爪部、１５…
データ演算部、１６…データ表示部、１７…インタフェ
ース部、２１、１００２、２９０２…ロボットハンド、
２２…ロボットアーム、２３…作業ステーション、１０
０１…多関節ロボット、１００３…ロボットハンド位置
・姿勢計測装置、１００４…ロボットコントローラ、１
２０１、３５０１…ＣＰＵ、１２０２…記憶装置、１２
１０…センサ、１３０１、３３０１…ウェハカセット、
１４０２…把持部、１９０５…製造装置、２６０１…自
走式ロボット、２９０１…ロボット、３００１…測定
器、３００１ａ…外側ユニット、３００１ｂ…内側ユニ
ット、３２０１…装置、３５０２…メモリ、３５０３…
Ｄ／Ａコンバータ、３５０４…アンプ、３５０５…カウ
ンタ、３５０６…ティーチングボックス、３５０７、３
５０８、４００２…インターフェース、４００１…測定
器用ＣＰＵ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｂ 19/18 Ｈ 9064−3Ｈ 19/403 Ｐ 9064−3ＨＨ０１Ｌ 21/52 Ｆ 7376−4Ｍ 21/68 Ａ 8418−4Ｍ // Ｇ０１Ｂ 21/00 Ｅ 7355−2Ｆ (72)発明者浜田豊秀神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者高橋勇夫神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者大録範行神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者山田正東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所武蔵工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットハンドの把持用爪により作業対
象物を把持して作業を行うロボット装置において、内側
ユニットと、内側ユニットの外周に配置される外側ユニ
ットと、外側ユニットまたは内側ユニットに固定した複
数の変位センサと、演算部とを備え、外側ユニットを作
業対象物と同様に作業台上に固定し、内側ユニットをロ
ボットハンドの把持用爪部に取付けて各変位センサの出
力により外側ユニットと内側ユニット間の距離を測定し
てロボットハンドの位置・姿勢値を算出するようにした
ことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】請求項１において、内側ユニットに外側
ユニットの３つの面とほぼ平行な３つの面を具備するよ
うにしたことを特徴とするロボット装置。
【請求項３】請求項１または２において、内側ユニッ
トの把持部を作業対象物の把持部と同一形状としたこと
を特徴とするロボット装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、
外側ユニットの作業台設置面を作業対象物の作業台設置
面と同一形状にしたことを特徴とするロボット装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかにおいて、
内側ユニットを作業対象物と同一重量としたことを特徴
とするロボット装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかにおいて、
外側ユニットまたは内側ユニットに傾斜センサを設け、
各変位センサと傾斜センサとの出力により外側ユニット
と内側ユニット間の距離、角度等を測定してロボットハ
ンドの位置・姿勢値を算出するようにしたことを特徴と
するロボット装置。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかにおいて、
上記演算部が演算するロボットハンドの位置・姿勢デー
タを表示する表示部を設け、および／またはロボットハ
ンドの位置・姿勢データをロボットコントローラに受け
渡すインタフェース部を設けたこと特徴とするロボット
装置。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれかにおいて、
上記作業対象物を半導体ウエハホルダとしたことを特徴
とするロボット装置。
【請求項９】請求項１ないし８に記載のロボット装置
を用いたロボット装置のティ−チング方法において、外
側ユニットおよび／または内側ユニットの交換前と交換
後の位置・姿勢データを記憶し、両ユニットの交換前と
交換後の位置・姿勢データを比較して交換後のロボット
ハンドの機構パラメータを修正するようにしたことを特
徴とするロボット装置のティ−チング方法。
【請求項１０】請求項９において、ロボットハンドの
交換前と交換後の位置・姿勢データを記憶し、ロボット
ハンドの交換前と交換後の位置・姿勢データを比較して
交換後のロボットハンドの機構パラメータを修正するよ
うにしたことを特徴とするロボット装置のティ−チング
方法。
【請求項１１】請求項９または１０において、装着位
置毎のロボットハンドの座標変換行列を記憶してロボッ
トハンドの機構パラメータを修正するようにしたことを
特徴とするロボット装置のティ−チング方法。
【請求項１２】請求項９ないし１１のいずれかにおい
て、複数台の上記ロボット装置を備え、ティーチングデ
ータを持つロボット装置のロボットハンドの機構パラメ
ータおよびそのロボットハンド位置・姿勢計測装置から
得られる測定値と、ティーチングデータを持たないロボ
ットのロボットハンド位置・姿勢計測装置から得られる
測定値とから、ティーチングデータを持たないロボット
のロボットハンドの機構パラメータを修正するようにし
たことを特徴とするロボット装置のティ−チング方法。