KR20090128318A - 패러렐 메카니즘 - Google Patents

Abstract

패러렐 메카니즘은 베이스부와, 엔드 이펙터가 장착된 브래킷과, 베이스부에 장착된 복수의 액추에이터와, 복수의 액추에이터와 브래킷을 병렬로 연결하는 복수의 암과, 상기 액추에이터를 제어하는 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는 정지 상태의 상기 엔드 이펙터를 목표 위치까지 이동시킬 때에 상기 엔드 이펙터를 가속할 때의 가속도가 감속할 때의 감속도보다도 커지도록 상기 액추에이터를 제어한다.

패러렐 메카니즘

Description

패러렐 메카니즘{PARALLEL MECHANISM}

본 출원은 그 전체가 참조로서 여기에 포함된, 2009년 2월 18일에 출원된 일본 특허 출원 2009-035544호 및 2008년 6월 10일에 출원된 일본 특허 출원 2008-151484호에 대하여 35 U.S.C.119하에 우선권을 주장한다.

본 발명은 패러렐 메카니즘에 관한 것이고, 특히 선회축을 갖는 패러렐 메카니즘에 관한 것이다.

종래부터, 지지 기반인 베이스부와 엔드 이펙터(end effector)(수선효과기)가 장착된 브래킷이 복수의 링크에 의해 병렬로 결합된 패러렐 메카니즘이 알려져 있다. 패러렐 메카니즘에서는, 예를 들면 전동 모터 등의 액추에이터가 병렬로 배치됨과 아울러 각 전동 모터에 연결된 복수의 링크[암(arm)]가 최종적으로 하나의 엔드 이펙터를 조종하도록 구성되어 있다.

이러한 구성을 갖는 패러렐 메카니즘은 시리얼 메카니즘 등의 관절 기구와 비교하여 관절마다 전동 모터 등을 설치할 필요가 없고, 관절에 설치된 전동 모터 등을 남용할 필요도 없기 때문에 관절 기구를 경량으로 만들 수 있다. 또한, 패러렐 메카니즘에서는 모든 전동 모터 등의 힘이 일개소에 집약되기 때문로 출력을 크 게 할 수 있다. 또한, 패러렐 메카니즘은 삼각추 구조를 채용하기 때문에 대단히 강성이 높다. 이와 같이, 패러렐 메카니즘은 경량, 고출력, 고강성이라는 특징을 갖기 때문에 엔드 이펙터를 대단히 고속으로 움직일 수 있다. 따라서, 패러렐 메카니즘은, 예를 들면 반송 대상물의 파지를 행하고, 이 반송 대상물을 엔드 이펙터에서 파지한 후에 이 반송 대상물을 파지한 채 소정 위치까지 반송하는 동작을 고속으로 반복하여 실행하는 것이 요구되는 용도로 사용된다.

그러나, 패러렐 메카니즘을 고속으로 왕복 운동시키면 엔드 이펙터가 진동하고, 반송 대상물을 파지할 때나 소정 위치에 놓을 때에 엔드 이펙터의 위치 정밀도가 악화된다는 문제가 있었다. 따라서, 왕복 운동에 필요한 시간을 증대시키지 않고, 엔드 이펙터가 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터의 위치 정밀도를 향상시키고자 하는 요망(즉, 반송 대상물을 파지할 때나 놓을 때의 위치 차이를 감소시키고자 하는 요망)이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것이며, 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 시간을 증대시키지 않고, 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터의 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 패러렐 메카니즘을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 어떤 선행 기술의 패러렐 메카니즘은 캐리어(브래킷)상에 회전 가능하게 지지된 파지기(엔드 이펙터)와, 베이스부에 고정된 서보 모터를 연결하는 상자식의 링크 기구(선회축)를 갖고 있다. 이 링크 기구의 양단은 카단 조인트(cardan joint)[자재계수(自在繼手)]를 통해 접속되어 있고, 엔드 이펙터의 이동에 따라서 링크 기구가 기울어져도 전동 모터의 회전 구동력을 엔드 이펙터에 전달하여 엔드 이펙터를 회전할 수 있게 구성되어 있다.

이러한 구성을 갖는 패러렐 메카니즘은, 예를 들면 대포장 식품(袋包裝食品)이나 태양 전지 셀 등의 반송 대상물(워크)의 파지를 행하고, 이 반송 대상물을 엔드 이펙터에서 파지해서 소정 위치까지 반송하는 동작을 고속으로 반복하여 실행하는 것이 요구되는 팔레타이징(palletizing) 작업 등의 용도로 바람직하게 사용된다. 여기서, 팔레타이징 작업에서는, 예를 들면 방향이 일정하지 않은 상태로 흘러오는 직사각형의 워크를 방향을 일치시켜서 사각형상의 케이스에 넣는 동작이 요구되는 경우가 있다. 이러한 경우, 파지한 워크를 반송하는 도중에 선회축, 엔드 이펙터를 회전시키고, 워크의 방향(회전 각도 위치)을 케이스의 사각형에 맞춰서 케이스에 탑재한다.

여기서, 상술한 바와 같이, 패러렐 메카니즘을 구성하는 선회축은 카단 조인트(자재계수), 서로 슬라이딩 가능하고 회전 불능으로 구성된 상자식의 축 및 카단 조인트의 각 기계 요소가 직렬로 접속되어서 구성되어 있다. 선회축을 회전 구동하면 이 선회축에서는 전동 모터의 회전력에 의해 각 기계 요소의 관성 모멘트와 백래시(backlash)에 기인하는 비틀림이 발생한다. 상술한 바와 같이, 선회축은 각 기계 요소가 직렬로 접속되어 있기 때문에 선회축의 선단에 장착된 엔드 이펙터에 있어서는 특히 비틀림량이 커짐과 아울러 전동 모터로부터 엔드 이펙터까지 회전력이 전해지는데에 시간 지연이 발생한다. 따라서, 전동 모터의 회전이 정지한 후 엔드 이펙터에서는 목표 회전 각도로부터의 오버 슈트(over shoot) 및 진동이 발생한다. 특히, 백래시에 기인하는 비틀림 진동에 대해서는 감쇠가 거의 없기 때문에 수렴할 때까지 시간이 걸린다. 또한, 모터 회전수가 일정하여도 자재축 조인트의 특성으로서 조인트간의 종동축에서는 각속도, 각가속도 및 토크 변동이 발생하기 때문에 조인트간의 종동축의 관성 모멘트가 큰 경우는 엔드 이펙터의 진동에도 영향을 미친다. 이들 원인에 의해 엔드 이펙터가 워크를 파지 또는 탑재할 때(목표 위치에 도달했을 때) 실제의 회전 각도 위치가 목표 회전 각도 위치로부터 벗어날 우려가 있었다.

또한, 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 엔드 이펙터를 목표 위치까지 이동시키면서 목표 회전 각도 위치까지 회전할 때에 회전 시간을 증대시키지 않고, 엔드 이펙터가 목표 위치에 도달했을 때의 이 엔드 이펙터의 회전 각도 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능한 패러렐 메카니즘을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 문제점에 대해서 예의 검토를 반복한 결과, 다음과 같은 지견을 얻었다. 즉, 패러렐 메카니즘을 고속으로 목표 위치까지 이동시킬 경우, 급가속ㆍ급정지(급감속)할 때에 패러렐 메카니즘에 가진력(加振力)이 작용하고, 패러렐 메카니즘이 횡요(橫搖)를 초래한다. 그 횡요가 선단부에서 확대되어 엔드 이펙터가 진동한다. 그리고, 엔드 이펙터가 목표 위치에 도달했을 때, 즉 반송 대상물을 파지할 때나 놓을 때에 진동이 중단되지 않으면 엔드 이펙터가 위치 차이를 초래하기 때문에 위치 정밀도가 악화된다.

따라서, 본 발명의 일실시형태에서는 베이스부에 장착된 복수의 액추에이터와, 엔드 이펙터가 장착된 브래킷이 복수의 암에 의해 병렬로 연결된 패러렐 메카니즘에 있어서, 액추에이터를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 제어 장치가 정지 상태의 엔드 이펙터를 목표 위치까지 이동시킬 때에 엔드 이펙터를 가속할 때의 가속도가 감속할 때의 감속도보다도 커지도록 액추에이터를 제어한다.

본 실시형태에 의하면, 엔드 이펙터를 목표 위치까지 이동시킬 때에 감속시의 감속도를 보다 작게 해서 완만하게 감속시킴으로써 감속시에 작용하는 가진력이 저감되기 때문에 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터의 진동을 저감할 수 있다. 한편, 가속시의 가속도가 보다 커지게 됨으로써 엔드 이펙터가 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 시간의 증대가 억제된다. 그 결과, 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 시간을 증대시키지 않고, 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터의 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일실시형태에서는 상기 제어 장치가 정지 상태의 엔드 이펙터를 목표 위치까지 이동시킬 때에 엔드 이펙터를 가속하는 시간이 감속하는 시간보다도 짧아지도록 액추에이터를 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 감속 시간을 보다 길게 취할 수 있기 때문에 엔드 이펙터를 감속하고 있는 사이에 진동을 충분히 저감할 수 있다. 한편, 가속 시간이 단축되기 때문에 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 전체 시간의 증대를 억제할 수 있다. 그 결과, 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 시간을 증대시키지 않고, 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터의 위치 정밀도를 보다 향상시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일실시형태에서는 또한, 상기 제어 장치는 구동 개시로부터의 경과 시간과 엔드 이펙터의 목표 속도의 관계를 결정한 속도 제어 패턴을 미리 기억하고 있고, 엔드 이펙터의 현재 위치와, 목표 위치와, 속도 제어 패턴에 의거하여 액추에이터를 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 엔드 이펙터의 현재 위치와 목표 위치를 취득함으로써 상기 속도 제어 패턴에 의거하여 엔드 이펙터의 목표 이동 위치, 즉 액추에이터의 목표 구동량을 결정하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일실시형태에서는 상기 속도 제어 패턴은 정지 상태의 엔드 이펙터가 목표 위치에 도달할 때까지의 시간이 엔드 이펙터를 가속하는 시간과 감속하는 시간이 동일한 경우와 비교하여 변화되지 않도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 정지 상태의 엔드 이펙터를 목표 위치까지 이동시킬 때에 가속 시간과 감속 시간이 동일한 경우와 비교하여 소요 시간이 증대하는 것을 확실하게 방지하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일실시형태에서는 상기 액추에이터로서 전동 모터가 사용된다.

이상으로 설명한 본 발명의 일실시형태에서는 정지 상태의 엔드 이펙터를 목표 위치까지 이동시킬 때에 엔드 이펙터를 가속할 때의 가속도가 감속할 때의 감속도보다도 커지도록 액추에이터를 제어하는 구성으로 했으므로 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 시간을 증대시키지 않고, 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터의 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 다른 실시형태에서는 복수의 링크를 통해 베이스부와, 엔드 이펙터가 회전 가능하게 장착된 브래킷이 병렬로 연결된 패러렐 메카니즘이 제공된다. 이 패러렐 메카니즘은 베이스부에 장착된 모터와, 모터의 출력축에 일단이 접속되고, 타단이 엔드 이펙터에 접속되어 모터의 회전 구동력을 엔드 이펙터에 전달하는 선회축과, 모터를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 이 제어 장치는 모터의 각속도가 제로(zero)로 정지 상태에 있는 선회축을 목표 회전 각도 위치까지 회전할 때에 모터의 각속도가 제로로부터 최대 각속도가 될 때까지 요하는 회전 가속 시간이 모터의 각속도가 최대 각속도로부터 제로가 될 때까지 요하는 회전 감속 시간보다도 짧아지도록 모터를 제어한다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 모터(즉, 선회축)의 회전 감속 시간을 보다 길게 취할 수 있기 때문에 선회축의 비틀림 및 진동을 저감할 수 있다. 한편, 가속 시간이 단축되기 때문에 선회축을 목표 회전 각도 위치까지 회전하기 위해서 요하는 시간의 증대를 억제할 수 있다. 그 결과, 모터의 회전 시간의 증대를 억제하면서 엔드 이펙터가 목표 위치에 도달했을 때의 이 엔드 이펙터의 회전 각도 위치 정밀도를 보다 향상시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 다른 실시형태에서는 또한, 제어 장치는 정지 상태의 선회축을 목표 회전 각도 위치까지 회전할 때에 상기 모터의 각속도를 증대할 때의 각가속도 및 상기 모터의 각속도를 감소할 때의 각가속도가 정각가속도이며, 또한 가속할 때의 각가속도의 절대치가 감속할 때의 각가속도의 절대치보다도 커지도록 모터를 제어하는 것이 바람직하다.

이 경우, 선회축을 목표 회전 각도 위치까지 회전할 때에 회전 감속시의 각가속도를 보다 작게 해서 완만하게 감속시킴으로써 감속시에 작용하는 가진력이 저감되기 때문에 선회축의 비틀림 및 진동을 저감할 수 있다. 한편, 회전 가속시의 가속도가 보다 커지게 됨으로써 선회축이 목표 회전 각도 위치까지 회전하는데에 요하는 시간의 증대가 억제된다. 그 결과, 회전 시간을 증대시키지 않고, 엔드 이펙터가 목표 위치에 도달했을 때의 이 엔드 이펙터의 회전 각도 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 다른 실시형태에서는 상기 제어 장치는 엔드 이펙터가 정지 상태로부터 미리 정해진 소정의 상승 거리 이상 상방으로 이동했을 때에 모터의 회전을 개시하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 예를 들면 엔드 이펙터를 회전시킬 때에 워크와 워크를 반입 또는 반출하는 케이스의 가장자리부 및 기타 컨베이어 주변의 장해물과의 접촉 을 방지할 수 있다. 또한, 워크의 접촉 등을 방지하면서 워크의 회전을 보다 빠른 타이밍으로 개시할 수 있기 때문에 회전 정지후에 회전 방향의 비틀림 및 진동을 수렴시키기 위한 시간을 보다 길게 확보하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 다른 실시형태에서는 상기 제어 장치는 미리 정해진 소정의 하강 거리를 하강하기 전에 모터의 회전을 정지하도록 모터를 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제어 장치는 모터의 회전을 정지하고 나서 엔드 이펙터가 목표 위치에서 정지할 때까지의 시간이 엔드 이펙터가 소정의 하강 거리를 하강해서 목표 위치에서 정지할 때까지의 시간보다도 길어지도록 모터를 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 워크가 케이스 등에 접촉하는 것을 방지함과 아울러 모터 정지후에 엔드 이펙터의 회전 방향의 비틀림 및 진동이 안정되는데에 요하는 시간을 확보하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 다른 실시형태에서는 유저의 조작에 의거하여 제어 장치에 대하여 모터의 제어 데이터를 설정하는 설정 장치를 더 구비하고, 이 설정 장치가 유저의 조작에 의거하여 모터의 회전 가속 시간, 회전 감속 시간 및 모터의 최대 각속도를 설정하고, 제어 장치가 설정 장치에 의해 설정된 회전 가속 시간, 회전 감속 시간 및 최대 각속도에 의거하여 모터를 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 모터를 적절하게 제어할 수 있다. 또한, 예를 들면 워크, 엔드 이펙터 및 적용되는 라인 등의 변경에 대하여 유연하게 대응하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 다른 실시형태에서는 제어 장치가 선회축의 회전 각도가 180° 이하가 되도록 모터를 제어하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 시계 방향으로 180° 이상 회전할 필요가 있을 경우에는 반시계 방향으로 회전시키면 180° 이하로 같은 회전 각도 위치에 위치시킬 수 있다. 따라서, 이와 같이 하면, 회전에 요하는 시간을 저감하고, 회전 방향의 비틀림 및 진동의 수렴 시간을 증대시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 엔드 이펙터에 접속되어 있는 에어 튜브나 배선 등이 과대하게 비틀어지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서는 제어 장치가 모터의 회전을 정지하고 나서, 엔드 이펙터가 목표 위치에서 정지할 때까지의 시간이 소정 시간 이상이 되도록 모터를 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 모터의 회전 정지후에 엔드 이펙터의 회전 방향의 비틀림 및 진동이 안정되는데에 요하는 시간을 확실하게 확보하는 것이 가능하게 된다.

이상으로 설명한 본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 엔드 이펙터를 3차원 공간에 있어서의 목표 위치까지 이동시키면서 목표 회전 각도 위치까지 회전할 때에 회전 시간을 증대시키지 않고, 엔드 이펙터가 목표 위치에 도달했을 때의 이 엔드 이펙터의 회전 각도 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 특징, 구성 요소, 프로세스, 단계, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 후술하는 본 발명의 바람직한 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 적절한 실시형태에 대해서 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 요소에는 동일 부호를 붙여서 중복된 설명을 생략한다.

우선, 도 1 및 도 2을 함께 사용하여 실시형태에 의한 패러렐 메카니즘의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 1은 실시형태에 의한 패러렐 메카니즘(1)의 전체 구성을 나타낸 사시도이다. 또한, 도 2는 도 1 중의 화살표(A1) 방향으로부터 본 패러렐 메카니즘(1)을 나타낸 도면이다.

패러렐 메카니즘(1)은 상부에 베이스부(2)를 갖고 있다. 패러렐 메카니즘(1)은 베이스부(2)의 하면측에 형성된 평평한 부착면(2a)이, 예를 들면 수평한 천장 등에 고정됨으로써 지지된다. 한편, 베이스부(2)의 하면측에는 3개의 지지 부재(3)가 설치되어 있다. 각 지지 부재(3)에는 각각 전동 모터(4)가 지지되어 있다. 전동 모터(4)는 모터축의 축선(C2)이 베이스부(2)의 부착면(2a)에 대하여 평행(즉, 수평)이 되도록 지지되어 있다. 각각의 지지 부재(3)는 베이스부(2)의 연직 방향 축선(C1)을 중심으로 해서 동일한 각도(120°)를 이루어 배치되어 있고, 각 전동 모터(4)도, 또한 베이스부(2)의 연직 방향 축선(C1)을 중심으로 해서 동일한 각도(120°)를 이루어 배치된다(도 2 참조).

각 전동 모터(4)의 출력축으로는 축선(C2)에 대하여 동축에 거의 육각주 형상의 암 지지 부재(5)가 고정되어 있다. 암 지지 부재(5)는 전동 모터(4)가 구동됨으로써 축선(C2)을 중심으로 해서 회전한다. 또한, 각 전동 모터(4)는 모터 드라이버를 포함하는 전자 제어 장치(30)에 접속되어 있고, 전동 모터(4)의 출력축의 회 전이 이 전자 제어 장치(30)에 의해 제어된다.

패러렐 메카니즘(1)은 3개의 암 본체(6)를 갖고 있고, 각 암 본체(6)는 제 1 암(7) 및 제 2 암(8)을 포함해서 구성된다. 제 1 암(7)은, 예를 들면 카본 파이버 등으로 형성된 긴형상의 중공 원통 부재이다. 제 1 암(7)의 기단부는 암 지지 부재(5)의 측면에 장착되어 있다. 제 1 암(7)은 그 축선이 상술한 축선(C2)과 직교하도록 고정된다.

제 1 암(7)의 유단부(遊端部)에는 제 2 암(8)의 기단부가 연결되고, 제 2 암(8)이 제 1 암(7)의 유단부를 중심으로 해서 요동할 수 있게 구성되어 있다. 제 2 암(8)은 한쌍의 긴형상의 로드(9, 9)를 포함해서 구성되어 있고, 한쌍의 로드(9, 9)는 그 길이 방향에 있어서 서로 평행이 되도록 배치되어 있다. 로드(9)도, 예를 들면 카본 파이버 등으로 형성된 긴형상의 중공 원통 부재이다. 각 로드(9)의 기단부는 제 1 암(7)의 유단부에 한쌍의 볼 조인트(10, 10)에 의해 연결되어 있다. 또한, 각 로드(9)의 기단부에 있어서의 각 볼 조인트(10, 10) 사이를 연결하는 축선(C3)이 전동 모터(4)의 축선(C2)에 대하여 평행이 되기 때문에 제 2 암(8)은 축선(C3)을 중심으로 해서 요동한다.

또한, 제 2 암(8)의 기단부에 있어서 한쪽의 로드(9)와 다른쪽의 로드(9)가 연결 부재(11)로 서로 연결되어 있고, 제 2 암(8)의 유단부에 있어서 한쪽의 로드(9)와 다른쪽의 로드(9)가 연결 부재(12)에 의해 서로 연결되어 있다. 연결 부재(11) 및 연결 부재(12)는, 예를 들면 바이어싱 부재로서의 인장 코일 스프링을 갖고 있고, 한쌍의 로드(9, 9)를 서로 당기는 방향으로 바이어싱한다. 또한, 연결 부재(11)와 연결 부재(12)는 다른 구조이어도 상관 없지만 동일 구조인 것이 저가격의 관점에서 바람직하다. 어느쪽의 연결 부재(11, 12)도 각 로드(9)가 자신의 길이 방향으로 평행한 축선 주변으로 회전하는 것을 방지하는 기능을 갖는다.

또한, 패러렐 메카니즘(1)은 엔드 이펙터(13)를 회동 가능하게 장착하기 위한 브래킷(14)을 갖고 있다. 브래킷(14)은 거의 정삼각형의 판상 부재이다. 이 브래킷(14)은 3개의 암 본체(6)에 의해 브래킷(14)의 엔드 이펙터(13)의 부착면(14a) [도 1에 있어서의 브래킷(14)의 하면]이 베이스부(2)의 부착면(2a)과 평행(즉, 수평)이 되도록 유지된다.

브래킷(14)의 각 변에는 부착편(15)이 형성되어 있다. 각 부착편(15)이 각각의 암 본체(6)의 유단부[제 2 암(8)을 구성하는 한쌍의 로드(9, 9)의 유단부]에 연결됨으로써 브래킷(14)은 각 암 본체(6)에 대하여 각 암 본체(6)의 유단부를 중심으로 해서 요동한다. 상세하게는, 브래킷(14)의 각 부착편(15)의 각 단부가 대응하는 각 로드(9, 9)의 유단부에 각 볼 조인트(16, 16)에 의해 연결된다. 또한, 한쌍의 볼 조인트(16, 16)를 연결하는 축선(C4)(도 2참조)도 전동 모터(4)의 축선(C2)에 대하여 평행이 된다. 따라서, 브래킷(14)은 수평한 축선(C4)을 중심으로 해서 각 암 본체(6)에 대하여 요동할 수 있다. 그리고, 거의 정삼각형의 브래킷(14)의 모든 변에 있어서 수평한 축선(C4)을 중심으로 해서 요동할 수 있도록 브래킷(14)이 3개의 암 본체(6)에 의해 지지되어 있다.

제 1 암(7)과 제 2 암(8)의 연결부에 있어서의 한쌍의 볼 조인트(10, 10) 사이의 거리와, 제 2 암(8)의 각 로드(9)와 브래킷(14)의 연결부에 있어서의 한쌍의 볼 조인트(16, 16) 사이의 거리는 동일하게 설정되어 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제 2 암을 구성하는 한쌍의 로드(9)는 그 길이 방향의 전장에 있어서 서로 평행하게 배치된다. 축선(C2, C3, C4)의 모두가 베이스부(2)의 부착면(2a)에 평행하기 때문에 제 1 암(7), 제 2 암(8) 및 브래킷(14)이 각각 축선(C2, C3, C4)을 중심으로 어떻게 요동하더라도 브래킷(14)의 엔드 이펙터(13)의 부착면(14a)과 베이스부(2)의 부착면(2a)의 평행 관계가 유지된다.

그리고, 전자 제어 장치(30)로부터의 지령에 따라 각 전동 모터(4)의 출력축에 고정된 암 지지 부재(5)의 회전 위치가 제어됨으로써 각각 제 1 암(7)의 유단부의 위치가 제어된다. 이 제어된 각 제 1 암(7)의 유단부의 위치에 각각 제 2 암(8)의 유단부의 위치가 추종하고, 그 결과 브래킷(14)의 엔드 이펙터(13)의 부착면(14a)의 위치가 결정된다. 이때, 상술한 바와 같이, 브래킷(14)은 수평 자세를 유지한 채 이동한다.

또한, 패러렐 메카니즘(1)은 그 중앙에 베이스부(2)로부터 하방으로 연장된 선회축 로드(20)와, 이 선회축 로드(20)를 회전하기 위한 전동 모터(21)를 갖는다. 전동 모터(21)는 그 축출력을 연직 하방을 향한 상태에서 베이스부(2)에 고정되어 있다. 선회축 로드(20)의 일단부는 자재계수(이하, 「유니버설 조인트」라 함)(22) 및 복수의 기어 조합에 의해 구성된 감속기(24)를 통해 전동 모터(21)의 출력축에 연결되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 감속기(24)의 감속비를 5로 했다. 한편, 선회축 로드(20)의 타단부는 유니버설 조인트(23)를 통해 엔드 이펙터(13)에 접속되어 있다. 또한, 엔드 이펙터(13) 및 유니버설 조인트(23)의 하방 접속부는 그 중 심축이 연직 방향이 되도록 베어링 등을 통해 브래킷(14)에 회전 가능하게 고정되어 있다. 선회축 로드(20)는 로드(20a)와 실린더(20b)에 의해 실현되어 신축 가능하게 구성되어 있다. 여기서, 선회축 로드(20)는 볼 스플라인(ball spline)이며, 로드(20a)의 회전을 실린더(20b)에 전달하는 것이 가능하다. 또한, 선회축 로드(20)의 양단부에 유니버설 조인트(22, 23)가 채용되어 있기 때문에 브래킷(14)이 3개의 전동 모터(4)의 구동에 의해 상하, 전후 좌우의 소정의 위치로 이동하더라도 선회축 로드(20)는 그 소정 위치에 추종해서 이동할 수 있다. 또한, 이하 선회축 로드(20) 및 유니버설 조인트(22, 23)를 포함하는 구성을 선회축(25)이라 한다.

즉, 전동 모터(21)와 엔드 이펙터(13)의 사이에서는 감속기(24), 유니버설 조인트(22), 선회축 로드(20)[로드(20a), 실린더(20b)], 유니버설 조인트(23)의 기계 요소가 직렬로 접속되어 있고, 전동 모터(21)의 회전 구동력은 직렬로 접속된 이들 기계 요소를 통해 엔드 이펙터(13)에 전달된다. 전동 모터(21)는 전자 제어 장치(30)에 접속되어 있고, 전동 모터(21)의 회전이 이 전자 제어 장치(30)에 의해 제어됨으로써 엔드 이펙터(13)의 회전 각도 위치가 제어된다. 한편, 본 실시형태에서는 후술하도록 워크로서 태양 전지 웨이퍼를 상정하고 있으므로 엔드 이펙터(13)로서 에어를 소공(小孔)으로부터 급속히 분출함으로써 발생하는 부압에 의해 흡착력을 발생하고, 워크를 비접촉에 가까운 형태로 파지할 수 있는 소위 베르누이 척(Bernoulli chuck)을 이용하였다. 또한, 워크가 비접촉으로 파지할 필요가 없는, 예를 들면 대포장 식품일 경우에는 엔드 이펙터(13)로서 에어를 흡입함으로써 발생하는 부압에 의해 워크를 흡착하는 흡착 패드를 이용해도 좋다.

상술한 바와 같이, 전자 제어 장치(30)는 3개의 전동 모터(4)를 제어함으로써 암 본체(6)를 구동하고, 엔드 이펙터(13)를 목표 위치까지 움직인다. 또한, 전자 제어 장치(30)는 전동 모터(21)를 제어함으로써 선회축 로드(20)를 구동하고, 엔드 이펙터(13)를 목표 회전 각도 위치까지 회전한다. 즉, 전자 제어 장치(30)는 특허청구의 범위에 기재된 제어 장치로서 기능한다. 전자 제어 장치(30)로서는, 예를 들면 프로그램어블 로직 컨트롤러(PLC), 또는 전용의 제어용 컴퓨터 등이 적절하게 이용된다. 전자 제어 장치(30)는 연산을 행하는 마이크로 프로세서, 마이크로 프로세서에 각 처리를 실행시키기 위한 프로그램 등을 기억하는 ROM, 연산 결과 등의 각종 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM 등에 의해 구성되어 있다.

또한, 전자 제어 장치(30)에는 오퍼레이터에 의한 조작 입력을 접수하는 설정 장치로서의 입력 장치(31)가 접속되어 있다. 또한, 입력 장치(31)로서는, 예를 들면 터치 패널 디스플레이 또는 액정 모니터와 키보드 등이 적절하게 이용된다. 오퍼레이터는 입력 장치(31)를 이용하여 전동 모터(4, 21)의 제어 데이터를 설정할 수 있다. 여기서, 설정된 전동 모터(21)의 제어 데이터로서는, 예를 들면 파지한 워크를 반송할 때의 전동 모터(21)의 최고 회전 속도(최대 각속도)를 결정짓는 반송 회전 속도(deg/sec), 워크를 가지러 갈 때의 전동 모터(21)의 최고 회전 속도(최대 각속도)를 결정짓는 복귀 회전 속도(deg/sec), 전동 모터(21)의 회전 속도(각속도)를 증대하는 시간을 결정짓는 회전 가속 시간(msec) 및 전동 모터(21)의 회전 속도(각속도)를 감소하는 시간을 결정하는 회전 감속 시간(msec) 등을 들 수 있다. 전자 제어 장치(30)는 설정된 제어 데이터를 이용해서 ROM에 기억되어 있는 프로그램을 실행함으로써 전동 모터(4) 및 전동 모터(21)를 구동하여 엔드 이펙터(13)의 3차원 공간에 있어서의 위치(x, y, z) 및 회전 각도(θ)를 제어한다.

이어서, 도 3 및 도 4를 이용하여 패러렐 메카니즘(1)의 본 발명의 제 1 실시형태의 동작에 대해서 설명한다. 여기에서는 엔드 이펙터(13)가 반송 대상물을 파지하러 갈 때의 동작을 예로서 설명한다. 또한, 이 반송 대상물을 파지한 후에 이 반송 대상물을 파지한 채로 소정 위치까지 반송할 때의 동작은 이하에 설명하는 동작과 동작 방향이 역으로 되는 것 외에는 동일 또는 마찬가지이므로 여기에서는 설명을 생략한다. 도 3은 엔드 이펙터(13)의 이동 궤적[x (y), z 평면상]을 나타낸 도면이며, 도 4는 엔드 이펙터(13)의 수평 방향(x, y 평면상)의 속도 제어 패턴의 일례를 나타낸 도면이다. 또한, 도 3, 도 4에 있어서, 실선은 제 1 실시형태에 의한 패러렐 메카니즘(1)에서의 엔드 이펙터(13)의 이동 궤적 및 속도 제어 패턴을 나타내고, 파선은 종래의 패러렐 메카니즘(가속 시간 = 감속 시간)에서의 엔드 이펙터의 이동 궤적 및 속도 제어 패턴을 나타낸다.

도 3 중, A점은 초기 정지 위치(현재 위치)이며, F점은 반송 대상물의 위치 (즉, 반송 대상물을 파지하러 갈 때의 목표 위치)이다. A점에서 정지하고 있는 엔드 이펙터(13)가 F점까지 반송 대상물을 파지하러 가는 경우, 우선 A점으로부터 B점까지 엔드 이펙터(13)가 연직 상방으로 들어 올려진다. 또한, 이 구간은 연직 상방(z 방향)으로의 이동이므로, 도 3에 도시된 수평 방향(x, y 방향)의 속도 제어 패턴에 있어서의 속도는 제로로 되어 있다. 이어서, B점으로부터 C1점까지 엔드 이펙터(13)가 수평 방향으로 가속되면서 상방향 그리고 수평 방향으로 이동된다. 이 어서, C1점으로부터 C2점까지 엔드 이펙터(13)가 수평 방향의 속도를 일정하게 유지하면서 상방향 그리고 수평 방향으로 이동된다. 이어서, C2점으로부터 D1점까지 엔드 이펙터(13)가 일정한 속도로 수평 방향으로 이동된다. 또한, D1점으로부터 D2점까지 엔드 이펙터(13)가 감속되면서 수평 방향으로 이동된다. 여기서, C2점∼D2점을 이동하는 사이 z 방향으로의 이동은 제로로 되어 있다. 그리고, D2점으로부터 E점(목표 위치의 연직 상방의 위치)까지 엔드 이펙터(13)가 수평 방향으로 감속되면서 수평 방향 그리고 하방향으로 이동된다. 그 후 E점으로부터 F점까지 엔드 이펙터(13)가 연직 하방으로 하강한다. 또한, 이 구간도 하방향(z 방향)으로의 이동이므로 도 3에 도시된 수평 방향(x, y 방향)의 속도 제어 패턴에 있어서의 속도는 제로로 되어 있다. 이와 같이, 엔드 이펙터(13)를 A점으로부터 F점까지 이동시킬 경우, 전자 제어 장치(30)는 미리 기억되어 있는 구동 개시로부터의 경과 시간과 엔드 이펙터(13)의 목표 속도의 관계를 결정한 속도 제어 패턴에 의거하여 전동 모터(4)를 제어한다. 이하, 수평 방향의 이동에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 전자 제어 장치(30)에서는 엔드 이펙터(13)의 현재 위치(A점) 및 목표 위치(F점)가 판독된다. 여기서, 엔드 이펙터(13)의 현재 위치는 각 전동 모터(4)의 구동 위치로부터 구할 수 있다. 또한, 목표 위치는, 예를 들면 소정의 위치(좌표)에 장착된 카메라로 촬상된 촬상 화상에 대하여 화상 처리 등을 실시하고, 반송 대상물을 인식함으로써 취득할 수 있다. 이어서, 전자 제어 장치(30)에서는 현재 위치와 목표 위치로부터 목표 위치까지의 거리가 구해짐과 아울러 얻어진 거리에 속도 제어 패턴이 맞춰지고, 가속 시간(t1), 정속 시간(t2), 감속 시간(t3) 및 최고 속도(V)가 설정된다.

여기서, 속도 제어 패턴은, 도 4에 실선으로 도시된 바와 같이, 가속 영역, 정속 영역 및 가속 영역을 포함하고, 엔드 이펙터(13)를 가속할 때의 가속도가 감속할 때의 감속도보다도 커지도록 설정되어 있다. 또한, 속도 제어 패턴은 엔드 이펙터(13)를 가속하는 시간(t1)이 감속하는 시간(t3)보다도 짧아지도록 설정되어 있다. 또한, 속도 제어 패턴은 A점으로부터 F점(목표 위치)에 도달할 때까지 요하는 시간이 엔드 이펙터(13)를 가속하는 시간(t1')과 감속하는 시간(t3')이 같은 경우(도 4 중의 파선 참조)와 동일하게 되도록 설정되어 있다. 또한, 예를 들면 엔드 이펙터(13)가 120 사이클/분으로 왕복 운동할 경우, A점-F점간의 소요 시간(편도)은 0.25초가 된다.

가속 시간(t1), 정속 시간(t2), 감속 시간(t3) 및 최고 속도(V)가 설정된 후 전자 제어 장치(30)에서는 각 시간이 설정된 속도 제어 패턴에 의거하여 제어 주기마다 엔드 이펙터(13)의 목표 이동 위치가 구해진다. 이어서, 얻어진 목표 이동 위치에 따라서 3개의 전동 모터(4) 각각의 목표 구동 위치가 구해진다. 그리고, 제어 주기마다 각 전동 모터(4)에 대하여 목표 구동 위치와 현재 위치가 일치하도록 구동 전류가 공급되어 각 전동 모터(4)가 구동된다. 그리고, 각 전동 모터(4)가 구동됨으로써 각 암 본체(6)가 구동되어 엔드 이펙터(13)가 A점으로부터 F점(목표 위치)까지 이동된다.

여기서, 엔드 이펙터(13)를 A점으로부터 F점까지 이동했을 때의 엔드 이펙터(13)의 목표 위치 부근의 이동 궤적을 도 5에 나타낸다. 도 5는 엔드 이펙터(13) 의 목표 궤적과 실제의 이동 궤적을 나타낸 도면이다. 도 5에 있어서, 일점 쇄선은 엔드 이펙터(13)의 목표 궤적(목표 이동 위치)이다. 실선은 제 1 실시형태에 의한 패러렐 메카니즘(1)의 엔드 이펙터(13)의 이동 궤적이다. 또한, 파선은 가속 시간(t1')과 감속 시간(t3')을 같게 했을 경우의 엔드 이펙터의 이동 궤적을 나타낸다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 실시형태에 의하면 정지 상태의 엔드 이펙터(13)를 목표 위치(F점)까지 이동시킬 때에 감속시의 감속도를 보다 작게 해서 완만하게 감속시킴으로써 감속시에 작용하는 가진력이 저감되기 때문에 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터(13)의 진동을 저감할 수 있다. 한편, 가속시의 가속도가 보다 커지게 됨으로써 엔드 이펙터(13)가 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 시간의 증대가 억제된다. 그 결과, 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 시간을 증대시키지 않고, 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터(13)의 위치 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 제 1 실시형태에 의하면, 정지 상태의 엔드 이펙터(13)를 목표 위치(F점)까지 이동시킬 때에 엔드 이펙터(13)를 가속하는 시간(t1)이 감속하는 시간(t3)보다도 짧아지도록 전동 모터(4)가 제어된다. 따라서, 감속 시간(t3)을 보다 길게 취할 수 있기 때문에 엔드 이펙터(13)를 감속하고 있는 사이에 진동을 충분히 저감할 수 있다. 한편, 가속 시간(t1)이 단축되기 때문에 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 전체 시간의 증대를 억제할 수 있다. 그 결과, 목표 위치에 도달할 때까지 요하는 시간을 증대시키지 않고, 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터(13)의 위 치 정밀도를 보다 향상시키는 것이 가능하게 된다.

제 1 실시형태에 의하면, 엔드 이펙터(13)의 현재 위치와, 목표 위치와, 속도 제어 패턴에 의거하여 전동 모터(4)가 제어된다. 따라서, 엔드 이펙터(13)의 현재 위치와 목표 위치를 검지함으로써 속도 제어 패턴에 의거하여 엔드 이펙터(13)의 목표 이동 위치, 즉 전동 모터(4)의 지령 전류값을 결정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 제 1 실시형태에 의하면, 속도 제어 패턴이 정지 상태의 엔드 이펙터(13)가 목표 위치에 도달할 때까지의 시간이 엔드 이펙터(13)를 가속하는 시간과 감속하는 시간이 동일한 경우와 비교하여 변화되지 않도록 설정되어 있다. 따라서, 정지 상태의 엔드 이펙터(13)를 목표 위치까지 이동시킬 때에 가속 시간과 감속 시간이 동일한 경우와 비교하여 소요 시간이 증대하는 것을 확실하게 방지하는 것이 가능하게 된다.

이상, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 속도 제어 패턴은 가속도>감속도, 그리고 가속 시간 <감속 시간이 되도록 설정되어 있으면 좋고, 또한 최고 속도도 전체의 소요 시간이 증대하지 않도록 설정되어 있으면 좋고, 그 형상은 도 4에 도시된 형상으로 한정되지 않는다. 여기서, 속도 제어 패턴의 다른 예를 도 6에 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 속도 제어 패턴은 가속 영역과 정속 영역 사이의 변곡점 및 정속 영역과 감속 영역의 변곡점을 없애고, 각 영역간을 매끄럽게 연결하는 바와 같은 형상으로 해도 좋다. 또한, 가속 영역중 및/또는 감속 영역중의 직선 부분을 제로로 하고, S자 커브로 연결하는 바와 같은형상으로 해도 좋다.

제 1 실시형태에서는 수평 방향의 이동에 대해서 설명했지만, 연직 방향의 이동에 대해서도 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 엔드 이펙터(13)를 상방향으로 상승시킬 때의 가속도를 하방향으로 강하시킬 때의 감속도보다도 크게 하고, 가속 시간이 감속 시간보다도 짧아지도록 설정해도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는 엔드 이펙터(13)가 연직 방향과 수평 방향으로 이동했지만, 수평 방향만으로 이동하는 바와 같은 구성이어도 좋다.

이어서, 도 7∼도 9를 이용하여 패러렐 메카니즘(1)의 제 2 실시형태의 동작에 대해서 설명한다. 여기에서는 태양 전지용 웨이퍼 또는 태양 전지 셀의 팔레타이징 공정에 있어서, 엔드 이펙터(13)가 태양 전지 웨이퍼를 파지한 후에 이 태양 전지 웨이퍼의 회전 각도 위치를 맞추면서 소정 위치(케이스)까지 반송하는 경우를 예로서 설명한다. 또한, 태양 전지 웨이퍼를 파지하러 갈 때의 동작은 이하에 설명하는 동작과 동작 방향이 역으로 되는 것 외에는 동일 또는 마찬가지이므로 여기에서는 설명을 생략한다. 또한, 도 7은 태양 전지의 팔레타이징 공정의 개요를 설명하기 위한 조감도이다. 도 8은 수평 방향으로부터 보았을 때의 엔드 이펙터(13)의 운전 패턴을 나타낸 도면이다. 도 9는 엔드 이펙터(13)의 수평 방향의 이동 거리가 400㎜인 경우의, 전동 모터(4, 21)의 수평(x, y) 방향, 수직(z) 방향 및 회전(θ) 방향의 속도 제어 패턴의 일례를 나타낸 도면이다.

우선, 도 7을 참조하면서 태양 전지 웨이퍼의 팔레타이징 공정의 개요에 대 해서 설명한다. 이 공정에서는 제 1 컨베이어(100) 및 제 2 컨베이어(101)가 서로 병행하여 배치됨과 아울러 이들 2개 컨베이어의 상방에 패러렐 메카니즘(1)이 설치되어 있다. 제 1 컨베이어(100) 및 제 2 컨베이어(101) 각각은 도면 우측으로부터 좌측으로 소정의 속도로 이동하고 있다. 제 1 컨베이어(100)에는 태양 전지 웨이퍼(이하, 「워크」라 함)(130)가 탑재되어 흘러가고 있다. 여기서, 태양 전지 웨이퍼(130)는, 예를 들면 종 156×횡 156×두께 0.2㎜의 직사각형의 박판이다. 한편, 제 2 컨베이어(101)에는 태양 전지 웨이퍼(130)가 채워지는 케이스(131)가 탑재되어 흘러가고 있다. 여기서, 케이스(131)는, 예를 들면 그 내측이 3×6의 칸모양으로 구분된 것이며, 패러렐 메카니즘(1)에 의해 제 1 컨베이어(100)상의 태양 전지 웨이퍼(130)가 케이스(131)의 각 칸에 탑재된다.

패러렐 메카니즘(1)은 암 본체(6)를 구동해서 엔드 이펙터(13)를 이동시켜서 태양 전지 웨이퍼(130)의 파지를 행하고, 이 태양 전지 웨이퍼(130)를 엔드 이펙터(13)로 파지하여 케이스(131)까지 반송하는 동작을 반복하여 실행한다. 또한, 패러렐 메카니즘(1)은 방향이 일정하지 않은 상태에서 흘러 오는 직사각형의 태양 전지 웨이퍼(130)의 방향을 이 태양 전지 웨이퍼(130)를 파지해서 반송할 때에 엔드 이펙터(13)를 회전시켜서 케이스(131)의 칸에 맞추어 케이스(131)의 칸에 넣는다.

보다 상세히 설명하면, 제 1 컨베이어(100)에는 제 1 컨베이어(100)의 이동량을 검출하는 제 1 엔코더(110)가 장착되어 있다. 제 1 엔코더(110)는 검출된 제 1 컨베이어(100)의 이동량을 전자 제어 장치(30)에 출력한다. 한편, 제 2 컨베이어(101)에는 제 2 컨베이어(101)의 이동량을 검출하는 제 2 엔코더(111)가 장착되 어 있다. 제 2 엔코더(111)는 검출된 제 2 컨베이어(101)의 이동량을 전자 제어 장치(30)에 출력한다. 또한, 제 1 컨베이어(100)의 상방에는, 예를 들면 CCD 카메라 등의 촬상 장치(120)가 장착되어 있다. 촬상 장치(120)는 흘러 오는 태양 전지 웨이퍼(130)를 촬상하고, 태양 전지 웨이퍼(130)의 중심 위치와 방향(각도)(θ1)을 구하여 전자 제어 장치(30)에 출력한다. 또한, 제 2 컨베이어(101)에는 케이스(131)의 선단부를 검출하는 광학 센서(121)가 장착되어 있다. 광학 센서(121)는 검출 신호를 전자 제어 장치(30)에 출력한다.

전자 제어 장치(30)는 태양 전지 웨이퍼(130)의 중심 위치와 제 1 컨베이어(100)의 이동량에 의거하여 태양 전지 웨이퍼(130)의 위치를 연산한다. 또한, 전자 제어 장치(30)는 케이스(131)의 선단부의 검출 신호와 제 2 컨베이어(101)의 이동량에 의거하여 케이스(131)의 위치를 연산한다. 전자 제어 장치(30)는 구해진 태양 전지 웨이퍼(130)의 위치와 케이스(131)의 위치에 의거하여 각 전동 모터(4)를 회전해서 암 본체(6)를 구동하여 태양 전지 웨이퍼(130)를 케이스(131)로 반송한다. 또한, 태양 전지 웨이퍼(130)를 반송하고 있을 때에 전자 제어 장치(30)는 구해진 태양 전지 웨이퍼(130)의 방향(θ)에 의거하여 전동 모터(21)를 회전해서 선회축[즉, 엔드 이펙터(13)]을 회전하고, 태양 전지 웨이퍼(130)의 방향을 케이스(131)의 칸에 맞춘다. 이상의 동작이 반복해서 실행됨으로써 제 1 컨베이어(100)상을 흐르는 태양 전지 웨이퍼(130)가 제 2 컨베이어(101)상을 흐르는 케이스(131)에 채워진다.

이어서, 전동 모터(4, 21)의 제어 방법, 즉 엔드 이펙터(13)의 3차원 공간 위치(x, y, z) 및 회전 각도 위치(θ)의 제어 방법에 대해서 설명한다. 도 8 중, A점은 초기 정지 위치(워크 파지 위치)이며, F점은 케이스(131)의 목적 칸의 위치[즉, 파지한 워크(130)를 반송할 때의 목표 위치]에 상당한다. A점에서 일시 정지하고, 워크(130)를 파지한 엔드 이펙터(13)가 F점까지 워크(130)를 반송하는 경우, 우선 A점으로부터 B점까지 엔드 이펙터(13)가 수평 위치를 변경하지 않고 연직 상방으로 들어 올려진다(도 9 상단의 수직 방향의 속도 제어 패턴 참조). 또한, 이 구간은 연직 상방(z 방향)만으로의 이동이므로, 도 9 중단에 도시된 수평 방향(x, y 방향)의 속도 제어 패턴에 있어서의 속도는 제로로 되어 있다. 이어서, B점으로부터 C점까지 엔드 이펙터(13)가 수평 방향으로 가속되면서 상방향 그리고 수평 방향으로 이동된다.

이어서, C점으로부터 D점까지 엔드 이펙터(13)가 일정한 속도(4m/sec)로 수평 방향으로 이동된다. 여기서, C점∼D점을 이동하는 사이 z 방향으로의 이동은 제로로 되어 있다. 그리고, D점으로부터 E점(목표 위치의 연직 상방의 위치)까지 엔드 이펙터(13)가 수평 방향으로 감속되면서 수평 방향 그리고 하방향으로 이동된다. 그 후 E점으로부터 F점까지 엔드 이펙터(13)가 수평 위치를 변경하지 않고 연직 하방으로 하강한다. 또한, 이 구간도, 하방향(z 방향)만으로의 이동이므로 도 9에 도시된 수평 방향(x, y 방향)의 속도 제어 패턴에 있어서의 속도는 제로로 되어 있다. 이와 같이, 엔드 이펙터(13)를 A점으로부터 F점까지 이동시킬 경우, 전자 제어 장치(30)는 미리 기억되어 있는 구동 개시로부터의 경과 시간과 엔드 이펙터(13)의 수직 방향 및 수평 방향의 목표 속도의 관계를 결정한 속도 제어 패턴(도 9의 상단, 중단 참조)에 의거하여 3개의 전동 모터(4)를 제어한다.

한편, 엔드 이펙터(13)가 워크 파지 위치로부터 50㎜ 상방에 위치하는 B점보다도 위로 상승했을 때, 즉 엔드 이펙터(13)를 회전시켰더라도 워크(130)가 주위와 접촉하지 않는 소정의 안전 높이(특허청구의 범위에 기재된 소정의 상승 거리에 상당)를 초월했을 때로부터 전동 모터(21)가 구동되어 선회축(25)[즉, 엔드 이펙터(13)]의 회전이 개시된다(도 9 하단의 회전 방향의 속도 제어 패턴 참조). 예를 들면, 선회축(25)을 180° 회전할 경우에는 도 9 하단의 실선으로 도시된 회전 방향의 속도 제어 패턴에 따라 전동 모터(21)를 t1(msec)에서 정지 상태로부터 600[rpm, 감속기(24)의 축회전수, 이하같음]까지 등각가속도로 회전 가속한 후 t2(msec)간에서 600(rpm)으로부터 0(rpm)까지 등각가속도로 회전 감속시킨다. 또한, 그 때에 상술한 안전 높이[특허청구의 범위에 기재된 소정의 하강 거리(하강한 위치부터 목표 위치까지의 거리)에 상당, 또한 상승시의 안전 높이와 하강시의 안전 높이는 달라도 좋음]보다도 높은 위치에서 전동 모터(21)의 회전을 정지하고, 전동 모터(21)의 회전 정지후 엔드 이펙터(13)가 하강해서 F점(목표 위치)에서 정지할 때까지 t3(msec)의 시간을 확보한다.

회전 가속 시간(t1)보다도 회전 감속 시간(t2)을 길게 취하고, 회전 가속시의 각가속도의 절대치보다도 회전 감속시의 각가속도의 절대치가 작아지도록 제어함으로써 회전 감속시의 선회축(25)의 비틀림 및 진동이 저감된다. 또한, 전동 모터(21)의 회전을 정지하고 나서 전동 모터(4)의 회전을 정지할 때까지의 사이에 진동 수렴 시간(t3)을 확보함으로써 선회축(25)의 비틀림 및 진동이 충분히 저감된 다. 또한, 예를 들면 선회축(25)을 45° 회전할 경우에는 도 9 하단의 파선으로 도시된 회전 방향의 속도 제어 패턴에 따라서 전동 모터(21)가 구동된다. 즉, 회전 가속시의 각가속도 및 회전 감속시의 각가속도 각각은 선회축(25)을 180° 회전할 경우와 동일한 각가속도로, 회전 가속 시간이 t1'로, 또한 회전 감속 시간이 t2'로 단축되어 충분한 진동 수렴 시간(t3')이 확보된다. 이와 같이, 전자 제어 장치(30)는 구동 개시로부터의 경과 시간과 엔드 이펙터(13)의 회전 방향의 목표 각속도의 관계를 결정한 속도 제어 패턴(도 9의 하단 참조)에 의거하여 전동 모터(21)를 제어한다. 이하, 회전 방향의 속도 제어 패턴의 설정 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 전자 제어 장치(30)에서는 오퍼레이터에 의해 입력 장치(31)로부터 입력된 반송 회전 속도, 회전 가속 시간 및 회전 감속 시간에 의거하여 회전 가속시의 각가속도 및 회전 감속시의 각가속도가 구해진다. 여기서, 가속시의 각가속도를 소정의 범위내에서 가능한 한 크게 하는 한편, 감속시의 각가속도를 작게 하는 것이 바람직하다. 각가속도의 최대치는 선회축과 수선(手先)으로 파지하는 워크의 관성 모멘트 및 모터의 능력(토크 등)을 고려해서 작업자 또는 설계자에 의해 결정된다. 이어서, 전자 제어 장치(30)에서는 촬상 장치(120)로부터 태양 전지 웨이퍼(130)의 방향(각도)(θ1)이 판독된다. 여기서, 태양 전지 웨이퍼(130)의 방향(θ1)은, 상술한 바와 같이, 촬상 장치(120)로 촬상된 촬상 화상에 대하여 화상 처리 등을 실시함으로써 취득될 수 있다. 이어서, 전자 제어 장치(30)에서는 미리 설정된 회전 가속시의 각가속도 및 회전 감속시의 각가속도와 태양 전지 웨이퍼(130)의 방향(θ1)에 의거하여 태양 전지 웨이퍼(130)의 방향(각도)을 -θ1만큼 회전시키기 위해서 필요로 되는 회전 가속 시간(t1), 회전 감속 시간(t2)이 산출되고, 회전 방향의 속도 제어 패턴이 설정된다. 구체적으로는, 도 9 하단의 삼각형의 면적이 태양 전지 웨이퍼(130)의 회전량(-θ1)에 상당하므로 회전 가속시의 등각가속도, 회전 감속시의 등각가속도가 결정되면 회전 가속 시간(t1), 회전 감속 시간(t2)이 결정된다. 또한, 선회축(25)의 회전 각도의 최대치는 180°이다.

여기서, 회전 방향의 속도 제어 패턴은, 도 9의 하단에 도시된 바와 같이, 회전 가속 영역 및 회전 감속 영역을 포함하고, 엔드 이펙터(13)의 각속도를 가속할 때의 가속도가 감속할 때의 감속도보다도 커지도록 설정된다. 또한, 회전 방향속도 제어 패턴은 엔드 이펙터(13)의 각속도를 가속하는 회전 가속 시간(t1)이 감속하는 회전 감속 시간(t2)보다도 짧아지도록 설정된다. 또한, 전동 모터(21)의 회전을 정지하고 나서 엔드 이펙터(13)가 목표 위치(F점)에서 정지할 때까지의 시간(t3)이 엔드 이펙터(13)가 상술한 안전 높이로부터 하강해서 목표 위치에서 정지할 때까지의 시간(t4)보다도 길어지도록 설정된다.

회전 방향의 속도 제어 패턴이 설정된 후 전자 제어 장치(30)에서는 설정된 회전 방향의 속도 제어 패턴에 의거하여 제어 주기마다 엔드 이펙터(13)의 목표 회전 각도 위치가 구해진다. 이어서, 얻어진 목표 회전 각도 위치에 따라서 전동 모터(21)의 목표 구동 위치가 구해진다. 그리고, 제어 주기마다 전동 모터(21)에 대하여 현재 위치로부터 목표 구동 위치로 이동하도록 구동 전류가 공급되어 전동 모터(21)가 구동된다. 그리고, 전동 모터(21)가 구동됨으로써 선회축(25)이 구동되어 엔드 이펙터(13)가 각도(θ)만큼 회전된다.

제 2 실시형태에 의하면, 예를 들면 도 11의 하단에 도시된 종래의 회전 방향의 속도 제어 패턴과 같이, 전동 모터(21)의 가속 시간(t1")과 감속 시간(t2")이 동일하고, 그리고 가속시의 각가속도와 감속시의 각가속도가 동일한 경우와 비교하여 가속 시간(t1)이 보다 짧게 됨과 아울러 감속 시간(t2)이 보다 길게 된다. 또한, 가속시의 각가속도의 절대치가 보다 크게 됨과 아울러 감속시의 각가속도의 절대치가 보다 작아지게 된다. 따라서, 회전 정지 직전의 관성력이 작아져서 엔드 이펙터(13)의 회전 진동을 저감할 수 있다. 한편, 가속 시간이 보다 단축되기 때문에 선회축(25)을 목표 회전 각도 위치로 회전할 때까지 요하는 전체 시간의 증대를 억제할 수 있다. 그 결과, 워크의 반송ㆍ회전 시간을 증대시키지 않고, 엔드 이펙터(13)가 목표 위치에 도달했을 때의 엔드 이펙터(13)의 회전 각도 위치 정밀도를 보다 향상시키는 것이 가능하게 된다.

제 2 실시형태에 의하면, 전동 모터(21)의 회전 개시 타이밍을 엔드 이펙터(13)가 소정의 안전 높이를 초과한 직후로 함으로써, 예를 들면 엔드 이펙터(13)를 회전시킬 때에 워크와 케이스 가장자리부의 접촉을 방지할 수 있다. 또한, 전동 모터(21)의 회전 정지로부터 엔드 이펙터(13)가 목표 위치에 도달할 때까지의 시간(t3)을 보다 길게 확보할 수 있다. 즉, 회전 정지후에 회전 방향의 비틀림 및 진동을 수렴시키기 위한 시간을 보다 길게 확보하는 것이 가능하게 된다.

또한, 제 2 실시형태에 의하면, 전동 모터(21)의 회전을 정지하고 나서 엔드 이펙터(13)가 목표 위치에서 정지할 때까지의 시간(t3)이 엔드 이펙터(13)가 안전 높이로부터 하강해서 목표 위치에서 정지할 때까지의 시간(t4)보다도 길어지도록 제어된다. 따라서, 워크의 접촉 등을 방지함과 아울러 전동 모터(21)의 회전 정지로부터 엔드 이펙터(13)의 회전 방향의 비틀림 및 진동이 안정되는데에 요하는 시간을 확보하는 것이 가능하게 된다.

제 2 실시형태에 의하면, 유저의 조작에 의거하여 모터의 회전 가속 시간, 회전 감속 시간 및 모터의 최대 각속도가 설정되고, 전자 제어 장치(30)가 설정된 회전 가속 시간, 회전 감속 시간 및 최대 각속도에 의거하여 전동 모터(21)를 제어한다. 따라서, 전동 모터(21)를 적절하게 제어할 수 있다. 또한, 예를 들면 워크, 엔드 이펙터(13) 및 적용되는 라인 등의 변경에 대하여 유연하게 대응하는 것이 가능하게 된다.

또한, 제 2 실시형태에 의하면, 전자 제어 장치(30)는 선회축(25)의 회전 각도가 180° 이하가 되도록 전동 모터(21)를 제어한다. 여기서, 예를 들면 시계 방향으로 180° 이상 회전할 필요가 있을 경우에는 반시계 방향으로 회전시키면 180° 이하로 같은 회전 각도 위치로 회전시킬 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 회전에 요하는 시간을 저감하고, 비틀림 및 진동의 수렴 시간을 증대시키는 것이 가능하게 된다.

이상, 제 2 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 회전 방향의 속도 제어 패턴은 가속시의 각가속도(절대치)>감속시의 각가속도(절대치), 그리고 가속 시간 <감속 시간이 되도록 설정되어 있으면 좋고, 그 형상은 도 9의 하단에 도시된 형상 으로 한정되지 않는다. 여기서, 회전 방향의 속도 제어 패턴의 다른 예를 도 10에 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같이, 회전 방향의 속도 제어 패턴은 가속 영역과 정속 영역 사이의 변곡점을 없애고, 각 영역간을 매끄럽게 연결하는 바와 같은 형상으로 해도 좋다. 또한, 가속 영역중 및/또는 감속 영역중의 직선 부분을 없애고, S자 커브 또는 마찬가지의 완만한 패턴으로서 회전 개시시, 정지시 및 가속으로부터 감속으로 스위칭될 때의 각속도 변동을 작게 해도 좋다.

제 2 실시형태에서는 전동 모터(21)의 가속 시간(t1) 및 감속 시간(t2)이 우선적으로 설정되었지만 가속 시간(t1) 및 소정의 정지 시간(진동 수렴 시간)(t3)을 확보한 나머지의 시간을 감속 시간(t2)으로서 설정해도 좋다. 이와 같이 하면, 엔드 이펙터(13)의 회전 방향의 비틀림 및 진동이 안정되는데에 요하는 시간을 확실하게 확보할 수 있다. 한편, 감속 시간(t2)을 길게 취하면 진동 수렴에 요하는 시간을 보다 짧게 할 수 있기 때문에 감속시의 각가속도와 진동 수렴에 요하는 시간의 상관을 테이블로서 미리 전자 제어 장치(30)의 메모리에 기억시켜 두고, 가속 시간(t1)의 확보와, 안전 높이 이상으로 회전을 개시ㆍ종료하는 것을 조건으로 감속시의 속도 패턴을 적절하게 설정하는 구성으로 해도 좋다.

제 2 실시형태에서는 패러렐 메카니즘(1)을 태양 전지 웨이퍼(130)의 팔레타이징 공정에 적용했을 경우를 예로서 설명했지만, 본 발명에 의한 패러렐 메카니즘(1)의 적용 범위는 태양 전지 웨이퍼(130)의 팔레타이징 공정으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 컨베이어상을 흐르는 대포장 식품을 골판지 케이스내에 탑재하는 공정에 있어서도 본 발명은 적절하게 이용될 수 있다. 또한, 팔레타이징 공정의 컨 베이어의 구성 등은 상기 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 컨베이어(100, 101)가 상하로 교차해서 주행하는 레이아웃이어도 좋다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 관하여 설명했지만 본 발명이 다양한 방법으로 수정될 수 있고, 이러한 특정 세팅 및 상기한 내용과 다른 다수의 실시형태가 취해질 수 있다는 것이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위내에 있는 본 발명의 모든 수정을 포함하는 것이 청구범위에 의해 의도된다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 패러렐 메카니즘의 전체 구성을 나타낸 사시도이다.

도 2는 도 1 중의 화살표(A1) 방향으로부터 본 패러렐 메카니즘을 나타낸 도면이다.

도 3은 엔드 이펙터의 이동 궤적을 나타낸 도면이다.

도 4는 엔드 이펙터의 수평 방향의 속도 제어 패턴의 일례를 나타낸 도면이다.

도 5는 엔드 이펙터의 목표 궤적과 실제의 이동 궤적을 나타낸 도면이다.

도 6은 수평 방향의 속도 제어 패턴의 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 7은 태양 전지의 팔레타이징 공정의 개요를 설명하기 위한 조감도이다.

도 8은 수평 방향으로부터 보았을 때의 엔드 이펙터의 운전 패턴을 나타낸 도면이다.

도 9는 수평 방향의 이동 거리가 400㎜일 때의 전동 모터의 속도 제어 패턴(수직 방향, 수평 방향, 회전 방향)의 일례를 나타낸 도면이다.

도 10은 전동 모터의 회전 방향의 속도 제어 패턴의 다른 예를 나타낸 도면이다.

도 11은 종래의 속도 제어 패턴(수직 방향, 수평 방향, 회전 방향)을 나타낸 도면이다.

Claims (13)

1. 베이스부에 장착된 복수의 액추에이터와, 엔드 이펙터가 장착된 브래킷이 복수의 암에 의해 병렬로 연결된 패러렐 메카니즘으로서, 상기 액추에이터를 제어하는 제어 장치를 포함하는 패러렐 메카니즘에 있어서:

   상기 제어 장치는 정지 상태의 상기 엔드 이펙터를 목표 위치까지 이동시킬 때에 상기 엔드 이펙터를 가속할 때의 가속도가 감속할 때의 감속도보다도 커지도록 상기 액추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 장치는 정지 상태의 상기 엔드 이펙터를 목표 위치까지 이동시킬 때에 상기 엔드 이펙터를 가속하는 시간이 감속하는 시간보다도 짧아지도록 상기 액추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 장치는 구동 개시로부터의 경과 시간과 상기 엔드 이펙터의 목표 속도의 관계를 결정한 속도 제어 패턴을 미리 기억하고 있고, 상기 엔드 이펙터의 현재 위치와, 상기 목표 위치와, 상기 속도 제어 패턴에 의거하여 상기 액추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 속도 제어 패턴은 정지 상태의 상기 엔드 이펙터가 상기 목표 위치에 도달할 때까지의 시간이 상기 엔드 이펙터를 가속하는 시간과 감속하는 시간이 동일한 경우와 비교하여 변화되지 않도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 액추에이터는 전동 모터인 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
6. 복수의 링크를 통해 베이스부와, 엔드 이펙터가 회전 가능하게 장착된 브래킷이 병렬로 연결된 패러렐 메카니즘으로서, 상기 베이스부에 장착된 모터와, 상기 모터의 출력축에 일단이 접속되고, 타단이 상기 엔드 이펙터에 접속되어 상기 모터의 회전 구동력을 상기 엔드 이펙터에 전달하는 선회축과, 상기 모터를 제어하는 제어 장치를 포함하는 패러렐 메카니즘에 있어서:

   상기 제어 장치는 상기 모터의 각속도가 제로로 정지 상태에 있는 상기 선회축을 목표 회전 각도 위치까지 회전할 때에 상기 모터의 각속도가 제로로부터 최대 각속도가 될 때까지 요하는 회전 가속 시간이 상기 모터의 각속도가 상기 최대 각속도로부터 제로가 될 때까지 요하는 회전 감속 시간보다도 짧아지도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제어 장치는 정지 상태의 상기 선회축을 목표 회전 각도 위치까지 회전 구동할 때에 상기 모터의 각속도를 증대할 때의 각가속도 및 상기 모터의 각속도를 감소할 때의 각가속도가 정각가속도이며, 또한 가속할 때의 각가속도의 절대치가 감속할 때의 각가속도의 절대치보다도 커지도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 제어 장치는 상기 엔드 이펙터가 정지 상태로부터 미리 정해진 소정의 상승 거리 이상 상방으로 이동했을 때에 상기 모터의 회전을 개시하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 제어 장치는 미리 정해진 소정의 하강 거리로 하강하기 전에 상기 모터의 회전을 정지하도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제어 장치는 상기 모터의 회전을 정지하고 나서 상기 엔드 이펙터가 목표 위치에서 정지할 때까지의 시간이 상기 엔드 이펙터가 상기 소정의 하강 거리하강해서 상기 목표 위치에서 정지할 때까지의 시간보다도 길어지도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
11. 제 1 항에 있어서,

    유저의 조작에 의거하여 상기 제어 장치에 대하여 상기 모터의 제어 데이터를 설정하는 설정 장치를 더 구비하고,

    상기 설정 장치는 유저의 조작에 의거하여 상기 모터의 상기 회전 가속 시간, 상기 회전 감속 시간 및 상기 모터의 최대 각속도를 설정하고,

    상기 제어 장치는 상기 설정 장치에 의해 설정된 상기 회전 가속 시간, 상기 회전 감속 시간 및 상기 최대 각속도에 의거하여 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
12. 제 6 항에 있어서,

    상기 제어 장치는 상기 선회축의 회전 각도가 180° 이하가 되도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 제어 장치는 상기 모터의 회전을 정지하고 나서 상기 엔드 이펙터가 목표 위치에서 정지할 때까지의 시간이 소정 시간 이상이 되도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 패러렐 메카니즘.

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