CN118077138A - 搬送装置 - Google Patents

Abstract

搬送具有磁性体的被搬送物的搬送装置具有：多个线圈，其产生作用于磁性体的磁通；线圈驱动部，其对多个线圈分别施加电压；以及运算控制部，其具有电流控制部和位置推定部，电流控制部决定上述的电压，位置推定部根据对线圈施加电压脉冲而产生的电流变化来推定被搬送物的位置，根据由位置推定部推定出的表示被搬送物的位置的位置推定值，进行控制被搬送物的速度的速度控制模式与控制线圈的电流的电流控制模式的切换。由此，在具有根据在线圈的绕组中流动的电流的信息推定被搬送物的位置的功能的搬送装置中，即使在被搬送物的位置或速度的推定精度低的区间中也能够实现稳定的搬送速度控制。

Description

搬送装置

技术领域

本公开涉及搬送装置。

背景技术

随着医疗的高度化和老龄化社会的发展，临床检查中的检体处理的重要性提高。

用于临床检查的检体处理装置针对血液、血浆、血清、尿这样的体液等生物体试样(检体)检查规定的分析项目。检体处理装置能够连接具有多个功能的装置，自动地处理各工序。换言之，为了检查室的业务合理化，通过搬送线连接生物化学、免疫等多个分析领域的分析部，作为一个装置来运用。

以往的搬送线的带驱动方式是主流。因此，若在搬送过程中因某种异常而使得搬送停止，则无法向其下游侧的装置供给检体。

为了提高检体处理装置的处理能力，期望检体的高速搬送、大量同时搬送以及向多个方向的搬送。

在专利文献1中公开了一种电磁致动器，静止地配置在搬送平面的下方，所述搬送平面适合于搬运容器载体，所述容器载体具有永久磁铁等磁活性器件且适合于搬运试样容器，所述电磁致动器适合于通过对容器载体施加磁力而使容器载体在搬送平面上移动。另外，在专利文献1中公开了如下内容：在搬送平面上移动的容器载体的速度通过设定邻接的电磁致动器的连续的起动之间的时间来设定。另外，在专利文献1中公开了如下内容：为了检知位于搬送平面上的容器载体的存在以及位置，设置根据红外线(IR)主体的反射光屏障而具体实现的容器载体检知器件。

在专利文献2中公开了如下结构：在实验室试样分配系统中使用的多个电磁致动器分别具有强磁芯及励磁绕组，励磁绕组在垂直方向上越过其分配的强磁芯。另外，在专利文献2中公开了如下内容：在实验室试样分配系统的移送面的下方配置多个电磁致动器，在移送面上分配具体化为霍尔(Hall)传感器的多个位置传感器。

并且，在专利文献3中公开了一种搬送装置，具有：第一磁性体，其设置在被搬送体侧；磁回路，其具有由第二磁性体构成的芯、以及卷绕在芯的外周侧的绕组；驱动电路，其向磁回路的绕组供给电流；以及被搬送体检测部，其检测磁性体的位置或速度，所述搬送装置根据由被搬送体检测部检测到的磁性体的位置或速度信息，使向绕组供给的电流变化。

在专利文献4中公开了一种搬送装置，对多个线圈分别施加电压的线圈驱动部根据由位置推定部推定出的被搬送物的位置以及储存于路径信息储存部的路径信息，对规定的线圈施加驱动用的电流，并且对推定为最接近被搬送物的最接近线圈以及最接近线圈的周围的线圈施加位置检测用的电流。另外，在专利文献4中公开了如下内容：根据电感特性计算每个位置的电流变化量、通过依次运算该电流变化量来随时推定永久磁铁的位置、以及判定被搬送物是否从规定的路径脱离，对规定的线圈输出脉冲电压以便返回到规定的路径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-77971号公报

专利文献2：日本特开2017-102103号公报

专利文献3：日本特开2020-142913号公报

专利文献4：日本特开2020-125930号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中需要多个容器载体检知器件，在专利文献2中需要多个Hall传感器这样的检测位置的传感器(位置传感器)，担心高成本化、位置传感器的故障引起的可靠性的降低。并且，在专利文献1以及2中，若被搬送物未在某种程度上接近位置传感器，则无法检知被搬送物的有无，因此，认为难以在搬送面上的所有区域检知被搬送物。

另外，在专利文献3中，根据被搬送物的位置、重量等使流过绕组的电流变化，但位置等的检测困难的区间中的电流值的决定方法不明。因此，认为会产生被搬送物间的速度的偏差。

在专利文献4中，针对被搬送物的脱离进行修正，但关于被搬送物的速度的调整不明。

本公开的目的在于，在具有根据在线圈的绕组中流动的电流的信息来推定被搬送物的位置的功能的搬送装置中，即使在被搬送物的位置或速度的推定精度低的区间也实现稳定的搬送速度控制。

用于解决课题的手段

本公开的搬送装置对具有磁性体的被搬送物进行搬送，具有：多个线圈，其产生作用于磁性体的磁通；线圈驱动部，其对多个线圈分别施加电压；以及运算控制部，其具有电流控制部和位置推定部，电流控制部决定上述的电压，位置推定部根据对线圈施加电压脉冲而产生的电流变化来推定被搬送物的位置，根据由位置推定部推定出的表示被搬送物的位置的位置推定值，进行控制被搬送物的速度的速度控制模式与控制线圈的电流的电流控制模式的切换。

发明效果

根据本公开，在具有根据在线圈的绕组中流动的电流的信息来推定被搬送物的位置的功能的搬送装置中，即使在被搬送物的位置或速度的推定精度低的区间中也能够实现稳定的搬送速度控制。

附图说明

图1是表示实施例的搬送装置的概略结构图。

图2是表示图1的运算部的结构的框图。

图3是表示在图1中在线圈25中流动的电流的时间变化率如何被永久磁铁10的位置影响的例子的图表。

图4是表示向成为施加对象的线圈的电压脉冲的波形的例子的图表。

图5是表示搬送装置的线圈的配置的立体图。

图6是表示用于实施被搬送物的速度的反馈控制的结构的例子的框图。

图7是表示根据被搬送物的位置推定值来切换控制模式的控制的结构的框图。

图8A是表示速度控制模式的示意图。

图8B是表示电流控制模式的示意图。

图9A是表示比较例的搬送速度的图表。

图9B是表示实施例的搬送速度的图表。

具体实施方式

本公开例如涉及适合于进行血液、尿等生物体试样(以下称为“检体”。)的分析的检体分析系统、进行分析所需的预处理的检体预处理装置的搬送装置。

以下，使用附图对本公开的实施例进行说明。

实施例

图1是表示实施例的搬送装置的概略结构图。

在本图中，搬送装置100具有：永久磁铁10、2个线圈25、线圈驱动部50(驱动电路)、电源55、电流检测器30以及运算部40(运算控制部)。永久磁铁10设置于作为被搬送物的检体支架等。线圈25由圆柱状的芯22和设置于芯22的外周侧的绕组21构成。此外，在本图中，表示了两个线圈25，但通常设置两个以上的线圈25。

线圈驱动部50与各个线圈25连接。电流检测器30检测从各个线圈驱动部50向各个线圈25的绕组21流动的电流。

永久磁铁10通过与线圈25的相互作用而产生推进力。设置永久磁铁10的检体支架等被搬送物受到该推进力而移动。由此，搬送设置于检体支架的检体容器等(未图示)。被搬送物的速度、移动的方向、终点等通过控制在线圈25中流动的电流来进行调整。

通常，在线圈25与永久磁铁10之间设置支承永久磁铁10的搬送面(省略图示)。线圈25也可以是在搬送面的下方呈一列设置多个的结构。该情况下，搬送面也可以使被搬送物沿着直线状或曲线状的路径移动。另外，在将搬送面设为xy面的情况下，线圈25也可以是在xy平面的下方沿x轴方向和y轴方向分别成列地设置多个的结构。永久磁铁10以在该搬送面上滑动的方式移动。此外，被搬送的容器不限于检体容器，也可以是试剂容器等。因此，被搬送的容器也可以称为“搬送容器”。除此之外，被搬送物包含能够搬送的小型的设备。

搬送装置100使电流在绕组21中流动，使电磁力作用于永久磁铁10，由此，进行被搬送物在线圈25间的移动。为了实现使电磁力高效地作用、使被搬送物向期望的方向移动等，需要永久磁铁10与线圈25的相对位置信息。

例如，在永久磁铁10位于两个线圈25的一方的正上方的情况下，即使在其正下方的线圈25中流过电流，也不会产生向搬送方向的力。与此相对，如果使电流在永久磁铁10位于正上方的线圈25的相邻的线圈25中流动，则能够产生将永久磁铁10向该相邻的线圈25吸引的力。即，能够高效地产生力，控制该力的方向。

设为将3个以上线圈25排列配置的结构，通过依次切换通电的线圈25(通电线圈)，能够使具有永久磁铁10的被搬送物任意地移动。

在本实施例中，为了检测位于搬送面上的永久磁铁10的位置，使用基于线圈25的电感特性的方法。关于这一点，与如现有技术那样在搬送面上配置多个位置传感器来检测被搬送物的位置的方法不同。

在如现有技术那样使用多个位置传感器的情况下，虽然得到位置信息，但需要新安装了位置传感器的基板等，因此，导致成本上升、装置大型化这一点成为问题。

以下，对实施例的位置检测方法进行说明。

在图1所示的近前侧的线圈25的上方存在永久磁铁10的情况下，由永久磁铁10产生的磁通作用于线圈25。在近前侧的线圈25和里侧的线圈25中，作用的磁通的大小不同。换言之，作用于线圈25的磁通的大小根据永久磁铁10与线圈25的相对位置关系而变化。

当通过线圈驱动部50对绕组21施加电压而流过电流时，在芯22中产生由该电流产生的磁通。因此，在芯22中，永久磁铁10产生的磁通与由在绕组21中流动的电流产生的磁通重合。

通常，当电流在绕组21中流动时，在其周围产生磁场。此时，产生的磁通与流动的电流值成比例。该比例常数被称为电感。

但是，在具有芯22等磁性体的电路中，电感根据芯22的磁饱和特性而变化。即，绕组21的电感根据永久磁铁10的磁通的大小而变化。这意味着绕组21的电感根据永久磁铁10(即，被搬送物)的位置而变化。

因此，如果能够测量绕组21的电感，则能够检测搬送面上的永久磁铁10的位置。

以上是基于线圈25的电感特性的位置检测方法的原理。

接着，对更具体的位置检测方法的原理进行叙述。

绕组21中产生的电压V由下述式(1)表示。即，电压V是每单位时间的磁通的变化量。

V＝-dφ/dt…(1)

式中，φ为磁通，t为时间。

另外，若将电流设为I，将电感设为L，则以下的关系式(2)成立。

dI/dt＝(1/L)×(dφ/dt)…(2)

根据上述式(1)及(2)，得到以下的关系式(3)。

dI/dt＝-V/L…(3)

即，在对绕组21施加了一定的电压的情况下，如上述式(3)所示，供给的电流I的时间微分根据电感L的大小而变化。这意味着在施加了电压的情况下供给的电流的上升方式不同。

因此，在对绕组21施加了电压时，通过检测绕组21中产生的电流的变化量(dI/dt)，能够通过运算求出电感L。即，如果能够预先掌握根据永久磁铁10的位置而变化的绕组21的电感L的特性，则施加位置检测用的电压信号，检测由此产生的电流的变化量(dI/dt)，由此，求出永久磁铁10，即被搬送物的位置。

接着，进一步对实施例的无位置传感器的位置检测方法进行说明。

如图1所示，通过线圈驱动部50对绕组21施加电压，通过电流检测器30检测因该电压而流动的线圈电流。在此，线圈驱动部50例如相当于由PWM(Pulse Width Modulation)的信号驱动的双向斩波器等。另外，检测电流的电流检测器30有基于分流电阻、电流互感器的检测器、使用了霍尔电流传感器的检测器等，但在本实施例中，并不特别限定于这些。

此外，线圈驱动部50与电源55连接，通过对该电源电压进行占空比控制，使规定的电流在线圈25的绕组21中流动。

并且，运算部40计算为了得到搬送被搬送物所需的推力而施加于线圈驱动部50的电压指令值，并且根据由电流检测器30检测出的电流值，测量线圈25中产生的电流变化率dI/dt，运算线圈25与永久磁铁10的相对位置关系，推定搬送装置1内的永久磁铁10的位置。运算部40使用推定出的永久磁铁10的位置信息，决定从线圈驱动部50流过永久磁铁10(被搬送物)的搬送所需的电流的定时，使电流实际在适当的线圈25中流动。

图2是表示图1的运算部的结构的框图。

在图2中，搬送装置的运算部40包含：电流控制部56、占空比设定部60、电流变化率运算部61、位置推定部62、通电线圈决定部63以及线圈切换部64。

向电流控制部56输入推力指令(在线圈中流动的电流指令)以及实际的线圈电流。电流控制部56计算线圈电压指令值，输出到占空比设定部60。该情况下，计算对线圈施加的线圈电压指令值，以使实际的线圈电流的值与在线圈中流动的电流指令的值一致。换言之，电流控制部56决定由线圈驱动部50施加的电压。

占空比设定部60决定PWM等电压脉冲信号，对线圈驱动部50输出。

另一方面，为了决定对多个线圈25中的哪个线圈通电，将来自电流检测器30的电流值作为输入，由电流变化率运算部61计算线圈的电流变化率(dI/dt)，根据其值在位置推定部62中推定被搬送物的位置。

并且，根据检体的搬送位置目标和所述的被搬送物的位置，由通电线圈决定部63决定实际进行通电的线圈。按照该决定，在线圈切换部64中，以能够进行向期望的线圈25的通电的方式切换电路。此外，这里叙述的控制块能够通过微型计算机等运算装置来实现。

在位置推定部62中，如上所述，输入与线圈25的电感L成反比的值即电流变化率(dI/dt)，计算、输出被搬送物的位置推定值。该位置推定值是表示被搬送物的位置的值。总之，根据多个线圈中的规定线圈的电流变化率来计算位置推定值。

图3是表示在图1中在线圈25中流动的电流的时间变化率如何被永久磁铁10的位置影响的例子的图表。横轴为具有永久磁铁10的被搬送物的位置X，纵轴为线圈25的电流变化率dI/dt(单位：A/s)。以线圈25的正上部为原点确定为X＝0。如上所述，dI/dt与电感L成反比，与视为线圈25和永久磁铁10成为一体的情况下的L成反比，换言之，与永久磁铁10对线圈25造成影响的状态下的L成反比。

如图3所示，永久磁铁10越远离线圈25的正上部，dI/dt越小。位置P3是相邻的线圈25的正上部，位置P2是连结P1与P3的线段的中点。另外，在P1以及P3中，dI/dt的斜率变小。

在图2的位置推定部62中，例如记录有图3所示那样的关于被搬送物(永久磁铁10)的位置与电流变化率的关系的特性表。

在本实施例中，利用上述的电感的位置特性来推定被搬送物的位置是原理，但在实际处理的控制逻辑中，将线圈的电流变化率作为输入。因此，在位置推定部62内，设定为图3所示那样的电流变化率(dI/dt)的位置特性数据表。

在此，对为了检测被搬送物的位置所需的电压的施加方法进行叙述。

图4是表示向成为施加对象的线圈的电压脉冲的波形的例子的图表。

本图所示的电压脉冲是以PWM变换方式生成的电压信号，是根据想要施加的电压的大小来增减电压的脉冲宽度的变换方式。在将该电压施加于线圈25的情况下，成为对为了产生推力所需的平均电流叠加了由脉冲产生的电流脉动(图中虚线所示那样的电流变化)那样的电流。

通过产生这样的电流，能够搬送被搬送物，同时通过测量此时的电流变化率，也能够推定被搬送物的位置。

图5是表示搬送装置的线圈的配置的立体图。

如本图所示，搬送装置由多个线圈25构成。线圈25分别具有绕组21和芯22。根据这些线圈25中的被搬送物的搬送路径，对被搬送物附近的线圈25施加适当的电压脉冲，检知被搬送物的位置，并且实施被搬送物的搬送。

从搬送装置的搬送能力的提高以及今后的检体的大量搬送的观点出发，即使相邻的被搬送物的距离变近，也需要高精度地控制各个被搬送物的速度，以便各个被搬送物的速度相等且恒定，以使它们不接触。

为了实现这样的速度控制，优选进行被搬送物的速度的反馈控制。

图6是表示用于实施被搬送物的速度的反馈控制的结构的例子的框图。

向速度控制部65输入根据当前的检体搬送量而决定的被搬送物的速度指令值。向速度运算部66输入所述的被搬送物的位置推定值，计算被搬送物的速度运算值。并且，速度运算值作为反馈值输入到速度控制部65。在速度控制部65中，计算线圈电流指令值。

线圈电流指令值输入到电流控制部56。也向电流控制部56输入线圈电流。电流控制部56使用这些输入来计算、输出线圈电压指令值。

在此，速度控制部65和电流控制部56能够通过实施比例积分运算来实现其功能。另外，速度运算部66使用输入的被搬送物的位置推定值，运算每隔该规定时间间隔的位置变化量(dx/dt)，由此，能够得到被搬送物的速度运算值。

如上所述，通过构成图6所示的速度控制系统，能够控制被搬送物的搬送速度。

但是，在本实施例中，为了测定被搬送物的位置而不设置位置传感器，而使用根据线圈电流的变化量来推定被搬送物的位置的方法，即使用无位置传感器的方法。因此，由速度运算部66得到的被搬送物的速度运算值的特性受到无位置传感器的位置推定的精度的影响。

该位置推定的精度例如能够通过图3所示的线圈相对于被搬送物的位置的电流变化率的特性来判定。如图3所示，特别是随着被搬送物远离通电线圈，换言之，随着接近位置P3，电流变化率的值变小。即，电感变大。

因此，在位置P3附近的区间中，因电流检测精度的影响，位置推定精度降低。这样，通过精度降低的位置推定值的时间变化而得到的被搬送物的搬送速度的运算值(检体搬送速度运算值)也成为包含误差的值。在将包含这样的误差的速度运算值输入到速度控制部65的情况下，速度控制精度也降低。作为结果，认为难以搬送大量的检体。

因此，为了解决上述那样的课题，高精度地控制检体搬送速度，在推定精度低的位置区间中，停止速度反馈控制，直接输入线圈电流指令来实施电流控制是有效的。

图7是表示根据被搬送物的位置推定值来切换控制模式的控制的结构的框图。

在本图中，除了图6所示的速度控制部65以及电流控制部56之外，还追加了控制模式判定部70以及控制模式切换部71。这些构成要素全部包含在运算部40中。控制模式切换部71设置在速度控制部65与电流控制部56之间。在控制模式切换部71连接控制模式判定部70。

控制模式判定部70具有预先设定的位置推定值的阈值。

控制模式判定部70接收通电线圈信息和位置推定值，在位置推定值为阈值以下的情况下(远离通电线圈的情况下)，判定为速度运算精度低，设为电流控制模式。该情况下，从本图所示的连接状态切换。在此，电流控制模式是指控制线圈的电流(线圈电流)的控制模式。

另一方面，在由控制模式判定部70判定为位置推定值比阈值大的情况下(接近通电线圈的情况下)，判定为速度运算精度高，设为本图所示的连接状态即速度控制模式。在此，速度控制模式是指控制被搬送物的速度的控制模式。

详细而言，在速度控制模式的情况下，将从速度控制部65输出的线圈电流指令值作为输入。另外，在电流控制模式的情况下，任意地决定线圈电流，直接输入到电流控制部56。由此，即使在速度运算值的精度低的情况下，也能够维持稳定的搬送速度控制性能。此外，关于上述的电流控制模式中的线圈电流指令值的决定方法，只要不损害检体搬送的性能，则能够任意地设定，例如，如果设为与在上次的通电线圈中流动的电流值同等的电流指令，则能够继续速度变动小的搬送速度控制。总之，在电流控制模式中，根据在上次的通电线圈中流动的电流的大小来生成电流指令。

另外，关于上述的切换进行总结，控制模式判定部70接收多个线圈中的通电的线圈的信息及位置推定值，根据被搬送物的速度的运算值的精度进行所述切换的判定，将该判定的结果向控制模式切换部71发送。

接着，对切换速度控制模式和电流控制模式的控制的动作的例子进行说明。

图8A是表示速度控制模式的示意图。

如本图所示，在搬送面83的下方，图中从左向右配置有线圈85、86、87。在搬送面83的上表面以能够移动的方式配置载置检体81的搬送容器82。

在本图中，是对线圈86通电而励磁的状态。搬送容器82在位于两个线圈85、86之间的X0到X1的区间移动。该区间是图3所示的电流变化率的位置灵敏度高的区间，即能够高精度地计算搬送速度的区间，优选速度控制模式。

图8B是表示电流控制模式的示意图。

在本图中，是对线圈87通电而励磁的状态。搬送容器82在位于线圈86的正上部的位置区间X1至X0的区间移动。该区间是图3所示的电流变化率的位置灵敏度低的区间，即无法高精度地计算搬送速度的区间，优选电流控制模式。

这样，在搬送容器82移动，通过位置X1的时间点将通电线圈从线圈86切换为线圈87。

在此，对在进行上述的控制模式的切换，即速度控制模式与电流控制模式的切换的情况和不进行的情况下搬送速度如何不同进行说明。

图9A是表示比较例的搬送速度的图表。横轴表示位置X，纵轴表示搬送速度v。

在本图中，由于不进行控制模式的切换，因此在电流变化率的位置灵敏度低的X1至X0的区间中，搬送速度的精度变低。因此，实际的搬送速度(用实线的曲线表示)偏离速度指令值vd(用虚线表示)。换言之，在该区间中，实际的搬送速度与速度指令值vd之差变大。

另一方面，图9B是表示实施例的搬送速度的图表。横轴表示位置X，纵轴表示搬送速度v。

在本图中，进行控制模式的切换。该情况下，在电流变化率的位置灵敏度低的X1到X0的区间中，使用之前的X0到X1的区间的电流指令继续驱动，因此，抑制实际的搬送速度偏离速度指令值。

如以上说明的那样，在使用线圈电流的值来进行无位置传感器的位置推定的搬送装置中，通过根据搬送时的被搬送物的位置来实施控制模式的切换，能够使搬送速度控制高精度化。

符号说明

10：永久磁铁、21：绕组、22：芯、25：线圈、30：电流检测器、40：运算部、50：线圈驱动部、55：电源、56：电流控制部、60：占空比设定部、61：电流变化率运算部、62：位置推定部、63：通电线圈决定部、64：线圈切换部、65：速度控制部、66：速度运算部、70：控制模式判定部、71：控制模式切换部、81：检体、82：搬送容器、83：搬送面、85、86、87：线圈、100：搬送装置。

Claims (4)

1.一种搬送装置，搬送具有磁性体的被搬送物，其特征在于，具有：

多个线圈，其产生作用于所述磁性体的磁通；

线圈驱动部，其对所述多个线圈分别施加电压；以及

运算控制部，其具有电流控制部和位置推定部，

所述电流控制部决定所述电压，

所述位置推定部根据对所述线圈施加电压脉冲而产生的电流变化来推定所述被搬送物的位置，

根据由所述位置推定部推定出的表示所述被搬送物的所述位置的位置推定值，进行控制所述被搬送物的速度的速度控制模式与控制所述线圈的电流的电流控制模式的切换。

2.根据权利要求1所述的搬送装置，其特征在于，

在所述电流控制模式中，根据在上次的通电线圈中流动的电流的大小来生成电流指令。

3.根据权利要求1所述的搬送装置，其特征在于，

根据所述多个线圈中的规定的线圈的电流变化率来计算所述位置推定值。

4.根据权利要求1所述的搬送装置，其特征在于，

所述运算控制部还具有：控制模式判定部和控制模式切换部，

所述控制模式判定部接收所述多个线圈中的通电的线圈的信息和所述位置推定值，根据所述被搬送物的所述速度的运算值的精度来进行所述切换的判定，将该判定的结果发送到所述控制模式切换部。