DE102017114251A1

DE102017114251A1 - Zellkulturbehälter, automatische Zellkulturapparatur, Flüssigkeitsbehälter, Roboterhand und Robotersystem

Info

Publication number: DE102017114251A1
Application number: DE102017114251.7A
Authority: DE
Inventors: Koji Kamiya; Wataru Saito; Kazuhiro Nagaike
Original assignee: Animal Stem Cell; Denso Wave Inc
Current assignee: Animal Stem Cell; Denso Wave Inc
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2017-12-28
Also published as: US11279911B2; JP2018000020A; US20170369833A1; JP6688174B2

Abstract

Eine Flasche (10, 41, 51, 71, 81) umfasst einen Körper (1, 42, 52), eine Kappe (5), die an einem Kappenhals (3) des Körpers montiert ist. Die Kappe weist einen äußeren peripheren Bereich auf, der mit einem Vorsprung (8) versehen ist. Um die Kappe ist ein Positionsindikator (9, 43, 53) bereitgestellt, der basierend auf dem positionellen Zusammenhang zwischen dem Vorsprung und dem Positionsindikator anzeigt, ob die Kappe sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zellkulturbehälter, eine automatische Zellkulturapparatur, einen Flüssigkeitsbehälter, eine Roboterhand, die den Behälter handhabt und ein Robotersystem, das mit der Roboterhand versehen ist.
Stand der Technik
In den letzten Jahren werden Roboter an Arbeitsstellen eingesetzt, die mit Medikamenten oder medizinischen Dienstleistungen in Zusammenhang stehen. Mit diesem Trend wurden Isolatoren, die für Zellkulturaufgaben bzw. -vorgänge und dergleichen verwendet werden, auf den Markt gebracht. Ein solcher Isolator umfasst einen Arbeitsbereich, in dem ein Roboterarm so angeordnet ist, dass ein Betreiber von außen Befehle für Zellkulturaufgaben bzw. -vorgänge und dergleichen an den Roboterarm geben kann. Zum Beispiel offenbart das Patentdokument JP 4550101 B eine Ausgestaltung bei der zum Verbrauch bestimmte Materialien über einen Speicher- und Rückgewinnungsbereich 15 in eine einen Betriebsroboter 19 umfassende automatische Zellkulturapparatur hinein und aus dieser hinausbefördert werden. In diesem Typ von Isolator wird ein Roboterarm verwendet, um die Arbeitseffizienz des Zuführens von Materialien, die zum Verbrauch bestimmt sind und dergleichen, die von dem Roboterarm gehandhabt werden, zu verbessern. In diesem Fall bleibt allerdings das Erhalten eines sterilisierten Zustands eine Angelegenheit, die adressiert werden muss.
Es werden beispielsweise verschiedene Arten von Zellen, die von lebenden Organismen isoliert sind, unter einer künstlich simulierten Umgebung eines lebenden Körpers kultiviert und jene werden wie erforderlich in die Zelle transferiert, um ausreichend Zellen und verschiedene Arten von Faktoren, die von den Zellen produziert werden für die Verwendung in der medizinischen Behandlung verschiedener Krankheiten zu erhalten. Wenn diese Aufgaben bzw. Vorgänge durch einen Roboterarm ausgeführt werden, wird davon ausgegangen, dass ein Zellkulturmedium in einem flaschen- oder kolbenförmigen Behälter untergebracht ist, dessen Öffnungsbereich durch eine Schraubkappe verschlossen ist, um es in den Arbeitsbereich des Isolators zuzuführen. In diesem Fall umfassen die durch den Roboterarm ausgeführten Aufgaben bzw. Vorgänge das Platzieren des Behälters in einer formbestimmten Arbeitsposition und ein Greifen und Rotieren der Kappe mit dem Endeffektor zum Öffnen der Kappe und dann ein Greifen des Behälterkörpers, um das Kulturmedium in dem Behälter in einen anderen Behälter wie einen Kulturkolben eine Flasche oder ein Laborschale zu transferieren.
Die meisten Zellkulturbehälter, die für automatische Zellkulturapparaturen für regenerative Medizin verwendet werden, sind allgemein gebräuchliche Zellkulturbehälter. Ein solcher allgemein gebräuchlicher Zellkulturbehälter weist einen oberen Bereich auf, in dem ein Herstellername angegeben ist oder eine mit Pfeilen versehene Öffnungsposition zur Zeit des Formens der Kappe markiert wird; allerdings besteht die Tendenz, dass die Information in Textform oder die mit Pfeilen versehene Markierung unklar ist. Es ist schwierig, Behälter zu beschaffen, die Kappen aufweisen, deren Form für eine Verwendung in automatischen Zellkulturapparaturen geeignet ist oder die eine klar angegebene Markierung aufweisen.
Die von der automatischen Zellkulturapparatur ausgeführten Bewegungen sind etwas vorab Entworfenes und mechanisch Gesteuertes. Wenn die Serie von Bewegungen zum Handhaben eines Kulturbehälters wie zuvor erwähnt, wiederholt wird, ist die Reproduzierbarkeit des positionellen Zusammenhangs zwischen der Kappe und dem Behälterkörper recht hoch. Allerdings kann, wenn eine Kappe gegriffen wird, wenn die Greifklammern des Roboters sich über die Kappe schieben, ein Fehler bei der rotationalen Position der Kappe auftreten, was eine visuelle Erkennung der Schraubenposition im Inneren der Kappe vereitelt. Damit zurechtzukommen, wird der positionelle Zusammenhang zwischen der Kappe und dem Behälterkörper beim Öffnen/Schließen der Kappe zum Beispiel durch eine Kamera oder einen Sensor identifiziert. Die Genauigkeit dieser Identifikation ist allerdings recht gering. Tatsächlich gibt es Faktoren des Steigerns des Verschleißes der Kappe wie die Verwendung einer Greifklammer, wenn die Kappe geschlossen ist, übermäßigen Rotation, wenn sie geöffnet wird oder Aufgaben bzw. Vorgänge des Öffnens/Schließens der Kappe, welche die Ausrichtung der Kappe stören.
Wenn das Öffnen der Kappe ausgehend von einem geschlossenen Zustand beginnt, wird direkt ein großes Drehmoment benötigt. Dieses große Drehmoment, d.h. eine Greifkraft der Greifklammern oder ein Rotationsdrehmoment, das mit der Roboterhand in Zusammenhang steht, setzt die Roboterhand einer großen Last aus.
ZUSAMMENFASSUNG DER DERFINDUNG
Unter der Annahme, dass der Flaschentyp ist wie zuvor beschrieben, können die folgenden zu adressierenden Aspekte auftreten.

(1) Der Behälter, welcher ein Zellkulturmedium aufnimmt, welches sich als eine Vorbedingung in einem sterilisierten Zustand befinden soll, muss ohne Beigabe verschiedener Bakterien von außerhalb in dem Arbeitsbereich des Isolators zugeführt werden. Nachdem das Zellkulturmedium zugeführt wurde, aber bevor der Roboterarm die Aufgabe bzw. der Vorgang des Öffnens des Behälters in dem Arbeitsbereich beginnt, ist es erforderlich, zu bestätigen, dass die Kappe des Behälters zuverlässig angezogen ist und der Behälter vollständig geschlossen ist, um eine Kontamination des Arbeitsbereichs aufgrund der Beigabe verschiedener Keime und dergleichen zu verhindern.

Wenn zum Beispiel die kultivierten Zellen durch die Zellen einer anderen Person kontaminiert werden sind die kultivierten Zellen nicht länger nutzbar. Von daher muss verhindert werden, dass die Zellen oder Lösung in der Flasche in die Arbeitsumgebung in dem Isolator lecken. Diesbezüglich ist es erforderlich zu bestätigen, dass der Behälter vollständig durch die Kappe geschlossen ist. Das hier dargestellte Beispiel behandelt die Aufgaben bzw. Vorgänge, die in einer sterilisierten Umgebung ausgeführt werden. Allerdings ist abgesehen von diesen Aufgaben bzw. Vorgängen das Bestätigen eines zuverlässigen Anziehens der Kappe im Allgemeinen erforderlich, um zu verhindern, dass eine Lösung oder dergleichen die in dem Behälter untergebracht ist, leckt.

(2) Unter Berücksichtigung der Einfachheit der Herstellung oder einer Kostenreduktion wird angenommen, dass das für die die flaschenförmigen Behälter verwendete Material ein Harz wie Polyethylenterephtalat oder Polystyrol ist. Eine Roboterhand andererseits ist für gewöhnlich aus Metall mit hoher Steifheit gebildet, was sich von einer menschlichen Hand unterscheidet. Dementsprechend kann, wenn eine Roboterhand die Kappe des Behälters greift und rotiert, wobei der Behälter körperfixiert ist, wenn der Greifzustand unvollständig ist und Reibung zwischen der Roboterhand und der Kappe erzeugt wird, wie Oberflächen der aus Harz hergestellten Kappe durch die Roboterhand abgerieben werden, wodurch Abriebbildung entsteht. Die Bildung von solchem Abrieb, die zu einer Kontamination in der Arbeitskammer führt, muss verhindert werden. Die Struktur der Kappe kann eine positionelle Verschiebung bewirken, wenn die Roboterhand die Kappe in zwei entgegengesetzten Richtungen öffnet und schließt.

Die vorliegende Offenbarung wurde im Lichte der zuvor dargelegten Umstände vorgenommen und hat das Ziel, einen Flüssigkeitsbehälter, der die durch eine Roboterhand ausgeführte Öffnungsvorgang bzw. ausgeführten Öffnungsvorgang erleichtert, eine Roboterhand mit einer Ausgestaltung, die für die Öffnungsvorgang bzw. den Öffnungsvorgang für den Flüssigkeitsbehälter geeignet ist und ein die Roboterhand umfassendes Robotersystem bereitzustellen und einen Zellkulturbehälter, der die Bestätigung des geschlossenen Zustandes des Behälters erleichtert und eine automatische Zellkulturapparatur bereitzustellen, die den Behälter verwendet.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Zellkulturbehälter (10, 41, 51, 71, 81) einen Behälterkörper (1, 42, 52), der ein Zellkulturmedium aufnimmt; eine Kappe (5), die an einem Öffnungsbereich (4) des Behälterkörpers montiert ist; und eine Markierung (8, 9, 43, 52), die zum Bestätigen der Korrektheit im Hinblick auf einen Geschlossen-Zustand der Kappe verwendet wird. Bei dem Zellkulturbehälter ermöglicht das Bereitstellen der Markierung eine einfache Bestätigung der Korrektheit des Geschlossen-Zustandes der Kappe, die an dem Öffnungsbereich des Behälterkörpers, der ein Zellkulturmedium aufnimmt, montiert ist.
Der Zellkulturbehälter aus der vorliegenden Offenbarung kann einen Drehmomentempfänger (8), der an der Kappe bereitgestellt ist, und einer Referenzmarkierung (9, 43, 53) umfassen, die an dem Behälterkörper bereitgestellt ist. Bei dem Zellkulturbehälter ermöglicht das Bereitstellen des Drehmomentempfängers und der Referenzmarkierung eine Bestätigung des geschlossenen Zustandes der Kappe basierend auf dem positionellen Zusammenhang zwischen diesen.
Der Zellkulturbehälter der vorliegenden Offenbarung kann einen Vorsprung (8) umfassen, der an einer Außenumfangsoberfläche der Kappe bereitgestellt ist. Der Vorsprung kann Drehmoment aufnehmen das während einer an dem Zellkulturbehälter ausgeführten Öffnungsaufgabe bzw. ausgeführten Öffnungsvorgang angewendet wird.
Bei dem Zellkulturbehälter der vorliegenden Offenbarung kann der Vorsprung eine Länge von 1 mm oder mehr aufweisen.
Bei dem Zellkulturbehälter der vorliegenden Offenbarung der mit dem Vorsprung versehen ist, verringert der Vorsprung eine Verschiebung während eines Öffnungsvorgangs oder eines Schließvorgangs oder er verringert die Last während eines Öffnungsvorgangs. Im Speziellen ermöglicht das Bereitstellen des Vorsprungs eine Bestätigung anhand der Erscheinung für die Anfangs- und Endpositionen der Gewindeerhebung oder der Gewindekerbe die im Inneren der Kappe gebildet sind. Genauer gesagt kann da sowohl die Start- als auch die Endpositionen des Gewindes an dem Öffnungsbereich des Behälterkörpers anhand der Bescheinigung bestätigt werden können der Behälter mit nur einer Bewegung geöffnet oder geschlossen werden die mit einer Gewindesteigung in Zusammenhang steht. Ferner kann der Behälterkörper über planare Zellbeobachtungsoberflächen des Containerkörpers jeweils eine relativ große Oberfläche aufweisen, fest fixiert werden und bei der Handhabung durch eine Roboterhand können z.B. die Formen der Kappe und des Vorsprungs unter Berücksichtigung einer Kombination mit der Form der Roboterhand entworfen werden, um dadurch die Übertragung von Drehmoment während des Öffnungs- oder Schließvorgangs zu erleichtern.
Bei dem Zellkulturbehälter der vorliegenden Offenbarung der mit dem Vorsprung versehen ist kann der Vorsprung ein Spitzenende aufweisen, das sich bei Betrachtung von oberhalb der Kappe in einem geschlossenen Zustand radial in einer Außenperipherie des Behälterkörpers befindet. Mit dieser Ausgestaltung behindert beim Handhaben des Zellkulturbehälters der Vorsprung der Kappe nicht die Aufgaben bzw. Vorgänge. Ferner kann wenn der Zellkulturbehälter durch eine Roboterhand gehandhabt wird, z.B. die Griffkraft der Greifklammer der Hand verringert werden. Ferner kann, da der Bewegungsradius groß wird, ein vergleichsweise hohes Drehmoment auf die Kappe angewendet werden, der der Bewegungsradius linear ein Drehmoment beeinflusst das während eines Öffnungs-/Schließvorgangs angewendet wird.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung handhabt eine automatische Zellkulturapparatur (11) den zuvor erwähnten Zellkulturbehälter. Die automatische Zellkulturapparatur umfasst einen Imager (33), der Daten eines aufgenommenen Bildes ausgibt, und eine Steuerapparatur (32), die Bilddaten der durch den Imager abgebildeten Markierung akquiriert, um zu erkennen ob die Kappe sich einem korrekt geschlossenen Zustand befindet. Insbesondere durch Bestätigen der Position der Markierung des Zellkulturbehälters in dem Bild kann die Steuerapparatur ermitteln, ob die Kappe sich in einem korrekt geschlossenen Zustand befindet.
Die automatische Zellkulturapparatur die den Zellkulturbehälter handhabt der mit dem Vorsprung versehen ist, umfasst den Imager, die Steuerapparatur und eine Roboterhand (15, 61), die einen Öffnungsvorgang für den Zellkulturbehälter ausführt. Die Roboterhand führt einen Öffnungsvorgang für den Zellkulturbehälter dadurch aus, dass sie ein Drehmoment in dem Bereich von 0,7 Nm oder mehr und 1,5 Nm oder weniger auf den Drehmomentempfänger der Kappe anwendet. Dementsprechend wird die Kappe rotiert und mit nur einem vergleichsweise geringen Drehmoment, das auf die Kappe angewendet wird, geöffnet.
Bei der automatischen Zellkulturapparatur der vorliegenden Offenbarung, die mit der Roboterhand versehen ist, ist die Roboterhand an dem Arm eines kleinen Roboters bereitgestellt. Der Arm eines kleinen Roboters kann in einer Arbeitskammer der automatischen Zellkulturapparatur bereitgestellt sein, wo ein ausreichend großer Raum zum Ausführen des Öffnungsvorgangs für den Zellkulturbehälter schwer zu finden ist.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Flüssigkeitsbehälter (10, 41, 51, 71, 81) eine Ausgestaltung auf, die einen Behälterförmigen, z.B. einen Flaschenförmigen, Körper (1, 42, 52) und eine Kappe (5) umfasst, die an einem Öffnungsbereich (4) des Behälterförmigen Körpers montiert ist. In der Ausgestaltung ist ein Vorsprung (8) an einem Außenperipheriebereich der Kappe bereitgestellt. Ferner ist der Bereich um den Öffnungsbereich mit einem Positionsindikator (9, 43, 53) versehen, der auf der Basis des positionellen Zusammenhangs zwischen dem Vorsprung und dem Positionsindikator anzeigt, ob die Kappe sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet.
Mit dieser Ausgestaltung kann der Roboter Informationen über den positionellen Zusammenhang zwischen dem Vorsprung der Kappe bevor er den Öffnungsvorgang ausführt von einem Bild beziehen das von einer Kamera oder dergleichen aufgenommen wurde die an der Roboterhand angeordnet ist, um dadurch zu ermitteln, ob die Kappe sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet. Ferner kann der Öffnungsvorgang mit der Roboterhand welche die Kappe greift, z.B. mit der gegen den Vorsprung anliegenden Greifklammer der Hand begonnen werden. Somit tritt, wenn die Roboterhand rotiert wird, zwischen der Kappe und der Roboterhand keine Reibung auf wodurch die Erzeugung von Abrieb verhindert wird.
Ferner kann der Roboter anhand des positionellen Zusammenhangs zwischen dem Vorsprung und dem Positionsindikator eine Information über den Grad der Rotation der Kappe von einem anfänglich geschlossenen Zustand erlangen. Dementsprechend kann auch eine Information über den Grad an Rotation bezogen werden, der für das Öffnen der Kappe erforderlich ist und somit wird der Öffnungsvorgang erleichtert.
Bei dem Flüssigkeitsbehälter der vorliegenden Offenbarung kann der Positionsindikator eine Mehrzahl kleiner Bereiche umfassen die voneinander unterschieden werden können wobei die kleinen Bereiche dadurch erhalten werden, dass ein Bereich um den Öffnungsbereich in einer Umfangsrichtung unterteilt wird. Mit dieser Ausgestaltung kann der positionelle Zusammenhang zwischen der Kappe und dem Körper einfacher und genauer bestätigt werden.
Bei dem Flüssigkeitsbehälter der vorliegenden Offenbarung kann der Vorsprung ein Spitzenende aufweisen, das sich bei Betrachtung von oberhalb der Kappe in einem geschlossenen Zustand in einer Position radial in einer Außenperipherie des behälterförmigen Körpers befindet. Mit dieser Ausgestaltung behindert der an der Kappe bereitgestellte Vorsprung nicht die Aufgaben bzw. Vorgänge, die ausgeführt werden, wenn der Zellkulturbehälter gehandhabt wird.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung führt eine Roboterhand (15, 61) einen Öffnungsvorgang für den Flüssigkeitsbehälter aus. Die Roboterhand umfasst zwei oder mehr Greifklammern (15a, 15b, 61a, 61b) und einen Imager (33). Der Imager nimmt ein Bild des Positionsindikators des Flüssigkeitsbehälterkörpers auf und identifiziert das Bild des Positionsindikators das von dem Imager aufgenommen wurde. Somit kann der Roboter Informationen zu dem positionellen Zusammenhang zwischen der Kappe und dem Körper erhalten, um dadurch den Öffnungsvorgang durch Greifen der Kappe mit den zwei oder mehr Greifklammern auszuführen.
Die Roboterhand der vorliegenden Offenbarung kann eine Aussparung (28) zum Ineinandergreifen mit dem Vorsprung umfassen, wobei die Aussparung an einem spitzen Ende von zumindest einer Greifklammer bereitgestellt ist. Somit kann die Kappe einfach rotiert werden, wobei die Greifklammer mit dem Vorsprung ineinandergreift. Mit dieser Ausgestaltung tritt zwischen der Kappe und der Greifklammer keine Reibung auf wodurch die Erzeugung von Abrieb zuverlässiger verhindert werden kann.
Die Roboterhand der vorliegenden Offenbarung kann zwei Greifklammern umfassen. Da die Roboterhand nur zwei Greifklammern umfasst, muss nur eine minimale Anzahl an Öffnungen bereitgestellt werden, um eine Kommunikation zwischen dem Außenraum und dem Innenraum, in dem die Aktuatoren zum Betreiben der Greifklammern bereitgestellt sind, zu etablieren, was ein einfaches Abdichten der Öffnungen ermöglicht. Dementsprechend kann eine für ein Verbessern der Reinigungseigenschaften angepasste Struktur bereitgestellt werden.
Die Roboterhand der vorliegenden Offenbarung, die mit der Aussparung versehen ist, kann zwei oder mehr Greifklammern umfassen, die mit jeweiligen Aussparungen versehen sind. Mit dieser Ausgestaltung können die Greifklammern einfacher mit dem Vorsprung der Kappe ineinander greifen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Robotersystem 31 einen Roboterarm 13 mit der zuvor erwähnten Roboterhand; und eine Steuerapparatur 32, die den Roboterarm steuert. Die Steuerapparatur akquiriert Daten von einem Bild, das von dem Imager aufgenommen wurde, der an der Roboterhand bereitgestellt ist, wobei das Bild die Kappe und die Positionsindikator des Flüssigkeitsbehälters umfasst und ermittelt basierend auf einem positionellen Zusammenhang zwischen dem Vorsprung der Kappe und dem Positionsindikator, ob die Kappe sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet. Somit kann eine Nichtkontamination des Materials oder dergleichen, das in dem Flüssigkeitsbehälter untergebracht ist, bestätigt werden bevor einen Öffnungsvorgang für den Flüssigkeitsbehälter ausgeführt wird.
Bei dem Robotersystem der vorliegenden Offenbarung kann, wenn ermittelt wird, dass die Kappe sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet, die Steuerapparatur bewirken, dass die Roboterhand die Kappe greift und in einem vorbestimmten Winkel einer Öffnungsrichtung rotiert, um einen Öffnungsvorgang für den Flüssigkeitsbehälter auszuführen. Mit dieser Ausgestaltung kann während des positionellen Zusammenhangs zwischen dem Vorsprung der Kappe und dem Positionsindikator anhand der Bilddaten bestätigt werden, ob den Öffnungsvorgang zuverlässig ausgeführt wird.
Bei dem Robotersystem der vorliegenden Offenbarung kann, wenn ermittelt wird, dass die Kappe sich nicht in einer korrekt geschlossenen Position befindet, die Steuerapparatur bewirken, dass die Roboterhand die Kappe greift und in einem vorbestimmten Winkel in einer Schließrichtung rotiert, um einen Schließvorgang für den Flüssigkeitsbehälter auszuführen und dann bewirken, dass die Roboterhand in dem geschlossenen Flüssigkeitsbehälter verwirft. Im speziellen kann, wenn der Flüssigkeitsbehälter nicht richtig verschlossen war, das Material oder dergleichen, das in dem Behälter untergebracht ist, kontaminiert worden sein. Daher wird der Flüssigkeitsbehälter verworfen, nachdem er vollständig geschlossen wurde, so dass das Material oder dergleichen das darin untergebracht ist, nicht herausleckt, wodurch eine Kontamination in der Arbeitskammer, wo der Roboterarm Aufgaben bzw. Vorgänge ausführt, verhindert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In den begleitenden Figuren sind:
1A und 1B jeweils Seitenansicht und Draufsicht einer Flasche, die als ein Zellkulturbehälter dient, nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Vorderansicht der Flasche;
3 ist eine Vorderansicht der Flasche mit der Kappe abgenommen;
4 ist eine Längsquerschnittsvorderansicht der Flasche mit der Kappe abgenommen;
5A bis 5C sind Diagramme, die eine Bewegung einer Roboterhand, wenn sie die Flasche aus einer Durchreiche herausnimmt, abbilden;
6A und 6B sind jeweils Vorderansicht und Seitenansicht der Roboterhand, wobei deren Greifklammern die Flasche greifen;
7 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Gesamtausgestaltung eines Robotersystems nach der vorliegenden Erfindung abbildet;
8 ist ein Flussdiagram, das die Datenverarbeitung abbildet, die der in 5A bis 5C abgebildeten Bewegung entspricht;
9 ist ein Flussdiagramm, das die Datenverarbeitung zu dem durch die Roboterhand zum Öffnen der Flasche abbildet;
10 ist ein Flussdiagramm, das die Datenverarbeitung für das durch die Roboterhand ausgeführte Schließen der Flasche abbildet;
11 ist eine Vorderansicht einer automatischen Zellkulturapparatur;
12 ist eine Draufsicht des Inneren einer Arbeitskammer der automatischen Zellkulturapparatur;
13 ist eine angeschnittene Vorderansicht des Inneren der Arbeitskammer;
14 ist eine Draufsicht einer Flasche mit der Kappe aufgesetzt nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine Draufsicht der Flasche mit der Kappe abgenommen;
16 ist eine Draufsicht einer Flasche mit der Kappe aufgesetzt nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 ist eine Draufsicht der Flasche mit der Kappe abgenommen;
18A und 18B sind jeweils Vorderansicht und Seitenansicht einer Roboterhand, deren Greifklammern eine Kappe greifen, nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
19 bildet schematisch eine Messung eines Drehmoments ab, das auf die Kappe angewendet wird, wenn eine Flasche geöffnet wird;
20 bildet einen Behälter mit einer modifizierten Form ab;
21A und 21B bilden einen anderen Behälter mit einer modifizierten Form ab; und
22A bis 22C sind Diagramme, die jeweils 5A bis 5C entsprechen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUHNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Die vorliegende Beschreibung betrifft eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1A und 1B und 2 bis 4 dargestellt, weist eine Flasche 10, die als ein Zellkulturbehälter der gegenwärtigen Ausführungsform dient, einen Körper 1 in einer oktogonalen Prismaform auf, die einen geschlossenen Unterendbereich 2 und einen offenen Oberendbereich aufweist, der dem Unterendbereich 2 gegenübersteht. Der Oberendbereich ist mit einem Kappenhals 3 versehen, der von ringförmiger Form ist und einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der des Unterendteils 2. Der Körper 1 ist in einer oktogonalen Prismaform ist aus 8 planaren Oberflächen gebildet, wobei zwei gegenüberstehende Oberflächen im Wesentlichen parallel zueinander liegen. Da die Flasche 10 auch als ein Röhrchen zum Zentrifugieren dient, weist der geschlossenen Unterendteil 2 eine konische oder oktogonal konische Form auf. Der Körper 1 entspricht dem Behälterkörper. Der Zellkulturbehälter ist ein Beispiel des Flüssigkeitsbehälters der gegenwärtigen Ausführungsform.
Der Kappenhals 3 weist eine Oberendfläche auf, die als ein Öffnungsbereich 4 dient. Der Kappenhals 3 weist eine äußere Peripherie auf, die mit einem Gewinde 6 gebildet ist, an dem eine Kappe 5 mit einer mit Gewinde versehenen Peripherie montiert ist. In anderen Worten ist die Kappe 5 eine Schraubkappe, um die mechanisch gesteuerte rotierende Kultivierung zu erleichtern, ist die Flasche 10 mit einer Erhebung 7 versehen. Die Erhebung 7 ist an der äußeren Peripherie der Flasche 10 gebildet, so dass sie sich an einer Verbindung zwischen dem Kappenhals 3 und dem Körper 1 befindet. Die Erhebung 7 wird verwendet, um ein Greifteil oder ein gestanztes Teil daran zu fixieren, wenn der oktogonale Prismakörper 1 vertikal oder horizontal gehalten wird, oder das Kulturmedium, das in dem Körper 1 untergebracht ist, dekantiert wird, wobei der Öffnungsbereich 4 schräg nach unten orientiert ist.
Wie in 1A, 1B und 2 dargestellt, weist die Kappe 5 eine Außenperipherie auf, die den Vorsprung 8 mit einer Länge von 1 mm oder mehr, z. B. an einem Unterende derselben (siehe 2) gebildet ist.
Wie später beschrieben wird, wird der Vorsprung 8 verwendet, wenn die Roboterhand die Kappe 5 rotiert, um einen Öffnungs- oder Schließvorgang auszuführen. Der Kappenhals 3 weist ein unteres peripheres Ende auf, von dem sich eine obere Oberfläche der Flasche 10 zu dem oberen peripheren Ende des oktagonalen Prismakörpers 1 erstreckt, der aus acht planaren Oberflächen gebildet ist. Die obere Oberfläche, die den Kappenhals 30 umgibt, ist mit Ziffern 1 bis 8 versehen, die den jeweiligen acht planaren Oberflächen des oktagonalen Prismakörpers 1 entsprechen. Diese Ziffern dienen als ein Positionsindikator 9. Der Positionsindikator 9 wird zum Steuern des Roboters verwendet, wie später beschrieben wird. Der Vorsprung 8 entspricht dem Drehmomentempfänger als Bestandteil der Markierung während der Positionsindikator 9 der Referenzmarkierung als einem Bestandteil der Markierung entspricht.
Materialien, die zum Bilden der Flasche 10 verwendet werden können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Materialien, die herkömmlicherweise für die Zellkultur verwendet werden. Beispiele herkömmlicherweise verwendeter Materialien umfassen Harzmaterialien, anorganische Materialien wie Glas oder Quarz, Metalle oder dergleichen. Vom Gesichtspunkt der Einfachheit der Herstellung, eine Kostenreduzierung oder der Einfachheit des Überwachens von Zellkulturbedingungen ist das Material, das zum Bilden der Flasche 10 verwendet wird, bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polyethylenterephtalat, Polystyrol, Polypropylen, Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlorid und Gemischen dieser Materialien besteht.
11 ist eine Vorderansicht einer automatischen Zellkulturapparatur 11. Die automatische Zellkulturapparatur 11 umfasst eine Arbeitskammer 12, in deren Zentrum ein Roboterarm 13 angeordnet ist. 12 und 13 sind jeweils Draufsicht und Vorderansicht der Arbeitskammer 12. Wie in diesen Figuren dargestellt ist der Roboterarm 13 rotierbar auf einer Bodenbaugruppe 14 in der Arbeitskammer 12 aufgebaut. Der rote Arm 13 umfasst eine Hand 15, die durch drei Gelenkmechanismen rotierbar gemacht wird und so dass sie in einer Drehrichtung um eine Achse jedes Gelenkmechanismus rotierbar ist. In anderen Worten weist der Roboterarm 13 eine Sechsachsvertikalausgestaltung mit drei Freiheitsgraden für Translation und drei Freiheitsgraden für Rotation auf. Somit kann die Hand 15 in jede Position gebracht werden und sie kann in einem vorbestimmten Bewegungsbereich jede Lage einnehmen. Die Hand 15 ist so ausgestaltet, dass sie ein Arbeitsobjekt mit zwei Greifklammern 15a, 15b greift. Der Roboterarm 13 ist vorab oberflächenbehandelt, so dass er Sterilisationsbeständigkeit und Hygieneeigenschaft aufweist.
Wie in 12 dargestellt, die das Innere der Arbeitskammer 12 abbildet, sind verschiedene Peripheriegeräte und Werkzeuge des Roboterarms 13 auf der Bodenbaugruppe 14 angeordnet wie ein Zentrifugalseparator 16, ein Mikroskop 17, eine Arbeitsbank 18, auf der Reagenzien oder Materialien, die zum Verbrauch bestimmt sind, angeordnet sind, Pipettierer 19, ein Entsorgungsschließmechanismus 20 und dergleichen. Wie in 13 dargestellt öffnet/schließt der Entsorgungsschließmechanismus den Öffnungsbereich einer Entsorgungsbox 21, die unter der Bodenbaugruppe 14 angeordnet ist, um Abfallmaterialien und Abfallflüssigkeit und dergleichen zu entsorgen. Die Arbeitskammer 12 umfasst eine periphere Wand, an der ein Inkubator 22 eine Durchreiche 23 und dergleichen angeordnet sind.
Die Arbeitskammer 12 konfiguriert einen umschlossenen Raum zum Ausführen medizinischer Aufgaben bzw. Vorgänge, wie etwa im Rahmen der Zellkulturpflege. Wie in 11 dargestellt weist die Arbeitskammer 12 einen vorderen Teil auf, an dem eine Öffnungs-/Schließtür 25 befestigt ist. Die Öffnungs-/Schließtür 25 umfasst ein transparentes Beobachtungsfenster 25 für die externe Überwachung der Aufgaben bzw. Vorgänge, die durch den Roboterarm 13 ausgeführt werden. Wie in 11 und 13 dargestellt weist die Arbeitskammer 12 einen oberen Teil auf, in dem eine Hocheffizienzpartikelluftfilter(HEPA)-Einheit 26 angeordnet ist, um die Arbeitskammer 12 zu sterilisieren und auch um sterile Außenluft in die Arbeitskammer 12 zu führen.
Die Durchreiche 23 beherbergt mehrere Flaschen 10. Die Durchreiche 23 weist eine Vorderseite auf, die der Arbeitskammer 12 zugewandt ist und wird an der Vorderseite durch einen Schließmechanismus 27 abgedeckt/aufgedeckt, der von einem Aktuator, nicht dargestellt, betrieben wird. Wenn der Schließmechanismus 27 geöffnet wird, entnimmt der Roboterarm 13 eine Flasche 10, die in der Durchreiche 23 angeordnet ist unter Verwendung der Hand 15.
Wie in 5A bis 5C und 6A und 6B dargestellt weisen die Greifklammern 15a, 15a, welche die Hand 15 ausgestalten, jeweils ein Spitzenende auf, in dem eine Aussparung 28 gebildet ist. Die Aussparung 28 wird bereitgestellt, um ein Ineinandergreifen mit dem Vorsprung 8 der Kappe 5 herbeizuführen, wenn die Hand 15 die Kappe 5 in der Bewegung des Herausnehmens einer Flasche 10, die in der Durchreiche 23 angeordnet ist oder in der Bewegung des Öffnens oder Schließens der Flasche 10 greift.
7 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Gesamtausgestaltung eines Robotersystems 31 abbildet, das einen Controller 32, eine Kamera 33 und einen Anhang 34 umfasst. Bei dem Robotersystem 31 umfasst der Controller 32 eine Steuereinheit 32a, die durch einen Mikrocomputer ausgestaltet ist und einen Bildprozessor 32b. Der Bildprozessor 32b verarbeitet ein durch die Kamera 33, die an der Hand 15 angeordnet ist, aufgenommenes Bild, um dadurch eine Referenzposition für die Aufgabe bzw. den Vorgang zu ermitteln. Der Controller 32 entspricht der Steuerapparatur.
Die dem Imager entsprechende Kamera 33 ist mit dem Controller 32 verbunden und nimmt ein Bild der Arbeit oder dergleichen, d.h. eines Arbeitsobjekts auf, das sich vor der Hand 15 befindet. Die Daten des durch die Kamera 33 aufgenommenen Bildes werden an den Controller 32 übertragen und durch den Bildprozessor 23b Bild-Daten verarbeitet, um die Position der Arbeit zu ermitteln.
Der Anhang 34 umfasst eine Steuereinheit 34a und eine Anzeige 34b und ist mit dem Controller 32 über ein Verbindungskabel verbunden. Der Anhang 34, der auch als ein Lehranhang, wird beispielsweise verwendet, um die Bahn oder verschiedene Parameter des Roboterarms 13 zu ermitteln. Durch manuelles Betätigen des Anhangs 34 kann die Haltung des Roboterarms 13 gesteuert werden. Die Anzeige 34b umfasst ein berührungsempfindliches Panel, nicht dargestellt, für die Eingabe der Berührungsbetätigung des Nutzers.
Die folgende Beschreibung betrifft den Betrieb der gegenwärtigen Ausführungsform. 5A bis 5C zeigen eine Bewegung der Roboterhand 15, wenn sie eine Flasche 10 aus der Durchreiche 23 herausnimmt. 8 ist ein Flussdiagramm, das der in 5A bis 5C dargestellten Bewegung entspricht. Die Flasche 10 ist in der Durchreiche 23 untergebracht, wobei ein Teil der planaren Oberflächen des oktagonalen Prismakörpers 1 der Innenwände der Durchreiche 23 steht. Im Speziellen ist der Körper 1 in dem untergebrachten Zustand an der Durchreiche 23 befestigt.
In dem in 5A dargestellten Zustand nimmt die an der Hand 15 angeordnete Kamera 33 von der Kappen-5-Seite ein Bild der Flasche 10 auf, die in der Durchreiche 23 untergebracht ist. Der Controller 32 identifiziert die Position des Vorsprungs 8 der Kappe 5 anhand der Bilddaten, die er von der Kamera 33 erhält (Schritt S1) und identifiziert daraufhin die Anordnungsposition und den Winkel des Körpers 1 basierend auf der identifizierten Position des Vorsprungs 8 (Schritt S2).
Daraufhin bewirkt der Controller 32, dass die Hand 15 sich nach rechts bewegt, wie in der Figur zu sehen, wobei die Greifklammern 15A, 15B offen sind und gestattet den spitzen Enden der Greifklammern 15A, 15B in die Durchreiche 23 einzutreten. Daraufhin bewirkt der Controller 32, wie in 5B dargestellt, dass die Greifklammern 15A, 15B sich schließen, sodass die Kappe 5 gegriffen wird, wobei der Vorsprung 8 mit einer der Aussparungen 28 ineinandergreift (Schritt S3). 6A und 6B sind jeweils schematische Vorder- und Seitenansichten, die den Zustand darstellen, in dem die Aussparung 28 mit dem Vorsprung 8 ineinandergreift.
Nachfolgend ermittelt der Controller 32, ob die Kappe 5 korrekt an dem Körper 1 angezogen ist, d. h. ob die Flasche 10 korrekt geschlossen ist (Schritt S4). Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass als eine Vorbedingung der Vorsprung 8 in einer Ausgangsposition gebracht wird, z. B. die Position 1 des Positionsindikators bevor die Aufgabe bzw. der Vorgang des Anziehens der Kappe 5 an dem Körper 1 begonnen wird. Außerdem wird als eine Vorbedingung die Kappe 5 um einen vorbestimmten Grad aus der Ausgangsposition rotiert und die resultierende Position, in der der Vorsprung 8 angeordnet ist, nachdem das Anziehen fertiggestellt ist, wobei ein vorbestimmtes Drehmoment angewendet wird, d. h. eine Anziehungsfertigstellungsposition ist z. B. die Position 7 des Positionsindikators 9. Details der Aufgabe bzw. des Vorgangs werden später beschrieben.
Dementsprechend ermittelt der Controller 32 im Schritt S4, dass die Kappe 5 korrekt an dem Körper 1 angezogen ist, wenn der Vorsprung 8 in der Anziehungsfertigstellungsposition angeordnet ist, d. h. der Position 7 des Positionsindikators 9 (JA in Schritt S4). In diesem Fall wird, wie in 5C gezeigt, direkt bewirkt, dass die Hand sich nach links bewegt, wie in der Figur zu sehen, um die Flasche 10 aus der Durchreiche 23 zu ziehen (Schritt S5). Daraufhin wird die Datenverarbeitung beendet.
Wenn der Vorsprung 8 nicht an der Position 7 des Positionsindikators 9 positioniert ist, sondern stattdessen z. B. an der Position 6 positioniert ist, wird in Schritt S4 ermittelt, dass die Kappe 5 lose ist und sich nicht mehr in der korrekt geschlossenen Position befindet, d. h. nicht korrekt angezogen ist (NEIN in Schritt S4). In diesem Fall bewirkt der Controller 32, um die Kappe 5 erneut anzuziehen, dass die Hand 15 in der Schließrichtung rotiert, wobei die Kappe 5 durch die Greifklammern 15A, 15B gegriffen ist (Schritt S6). Daraufhin, in den nachfolgenden Schritten S7 und S8, werden Datenverarbeitungen ähnlich zu den Schritten S1 und S2 ausgeführt und in Schritt S9 wird eine Ermittlungsdatenverarbeitung ähnlich zu Schritt S4 ausgeführt. Wenn ermittelt wird, dass die Kappe 5 korrekt angezogen ist (JA in Schritt S9) geht die Steuerung zu Schritt S5 über, aber wenn ermittelt wird, dass sie nicht korrekt angezogen ist (NEIN in Schritt S9), wird eine abnormal Stoppdatenverarbeitung ausgeführt (Schritt S10).
9 ist ein Flussdiagramm der Datenverarbeitung zum Öffnen der Roboterhand 15 des an der Flasche 10 ausgeführt wird. Der Öffnungsvorgang wird z. B. dadurch ausgeführt, dass die Flasche 10, die aus der Durchreiche genommen wurde, zu der Arbeitsbank 18 gebracht und der Körper 1 fixiert wird. Ähnlich zu Schritt S1 identifiziert der Controller 32 die Position des Vorsprungs 8 der Kappe 5 (Schritt S11). Daraufhin wird ähnlich zu der Bewegung, die in 5A bis 5C dargestellt ist, die Hand 15 nahe an die Kappe 5 gebracht, wobei die Greifklammern 15A, 15B offen sind.
Daraufhin werden die Greifklammern 15a, 15b geschlossen, um die Kappe 5 zu greifen, wobei eine der Aussparungen 28 dazu gebracht wird, mit dem Vorsprung 8 ineinanderzugreifen (Schritt S12). Die Greifkraft, die durch das Schließen der Greifklammern 15a, 15b währen des Öffnungsvorgangs auf die Kappe 5 ausgeübt wird, kann im Wesentlichen 0 sein. Daraufhin wird unter der Vorbedingung, dass der Vorsprung 8 sich an der zuvor erwähnten Anziehungsfertigstellungsposition befindet, der Controller 32, dass die gegriffene Kappe 5 um einen vorbestimmten Grad in der Öffnungsrichtung rotiert, um die Flasche 10 zu öffnen und die Kappe 5 abzunehmen (Schritt S13).
Wenn der Öffnungsvorgang ausgeführt wird, wie zuvor beschrieben, kann das auf die Kappe 5 durch die Hand 15 angewendete Drehmoment in dem Bereich von nicht weniger als 0,7 Nm bis nicht mehr als 1,5 Nm liegen. 19 ist ein schematisches Diagramm, das einen Zustand abbildet, in dem das Drehmoment gemessen wird, das zum Öffnen der korrekt geschlossenen Kappe 5 benötigt wird. Die Flasche 10 wird abgelegt und eine Messvorrichtung J wird zwischen einem Lastmeter L, das auf einem Tisch oder dergleichen aufgebaut ist, und dem Vorsprung 8 zwischengeschaltet wird. In diesem Zustand wird der Körper 1 in der Öffnungsrichtung rotiert, sodass das Lastmeter L das Drehmoment messen kann, das zum Öffnen erforderlich ist. Die Last verändert sich in einem Bereich von 30 N bis 60 N, abhängig von der Anziehkraft, die auf die Kappe 5 während des Schließens angewendet wird. In diesem Fall legt das Drehmoment, das zum Öffnen der Flasche 10 erforderlich ist, in dem Bereich von 0,7 Nm bis 1,5 Nm.
10 ist ein Flussdiagramm, das die Datenverarbeitung zum Schließen der Flasche 10, das durch die Hand 15 ausgeführt wird, darstellt. Die Schritte S21 bis S22 werden jeweils ähnlich wie die Schritte S1 bis S3 ausgeführt, auch wenn die Flasche 10 sich in dem Zustand befindet, in dem die Kappe 5 von dem Körper 1 gelöst ist. Dementsprechend bewirkt der Controller 32 im Schritt S23, dass die Hand 15 die Kappe 5 greift und sie nahe an den Kappenhals 3 des Körpers 1 bringt. Daraufhin wird sichergestellt, dass der Vorsprung 8 an einer spezifischen Position des Körpers 1 positioniert ist, d. h. an der Position 1 des Positionsindikators 9, was die Anfangsposition ist, wie zuvor erwähnt, um dadurch die Kappe 5 auf dem Kappenhals 3 des Körpers 1 zu montieren (Schritt S24). Daraufhin wird die Kappe 5 um einen vorbestimmten Grad in der Richtung des Anziehens der Kappe 5 rotiert, d. h. in der Schließrichtung (Schritt S25).
Daraufhin identifiziert der Controller 32 ähnlich zu den Schritten S1 und S2 die Position des Vorsprungs 8 und dem Platzierungswinkel des Körpers 1, gefolgt von einem Ermitteln ähnlich zu Schritt S4, ob die Kappe 5 korrekt angezogen ist (Schritt S28). Wenn ermittelt wird, dass die Kappe 5 korrekt angezogen ist (JA in Schritt S28) wird die Datenverarbeitung beendet. Wenn ermittelt wird, dass die Kappe 5 nicht korrekt angezogen ist (NEIN in Schritt S28), wird die Kappe 5 durch die Greifklammern 15A, 15B gegriffen (Schritt S29) und ein erneutes Anziehen der Kappe 5, d. h. ein erneuter Versuch, wird ausgeführt (Schritt S30). Der erneute Versuch in Schritt S30 entspricht den Schritten 6 bis S10, die in 8 dargestellt sind.
Nach dem erneuten Anziehen der Kappe 5 kann die betroffene Flasche 10 in die Entsorgungsbox 21 entsorgt werden. Im Speziellen kann, wenn die Flasche 10 nicht richtig geschlossen ist, das untergebrachte Material oder dergleichen kontaminiert worden sein. Daher kann die Flasche 10 entsorgt werden, nachdem sie vollständig geschlossen wurde, sodass das untergebrachte Material oder dergleichen nicht herausleckt, wodurch eine Kontamination in dem Arbeitsbereich 12 verhindert wird.
Wie zuvor beschrieben, umfasst nach der gegenwärtigen Ausführungsform die Flasche 10 den Körper 1 und die Kappe 5, die an dem Kappenhals 3 des Körpers 1 montiert ist, und die Kappe 5 weist einen Außenperipheriebereich auf, der mit dem Vorsprung 8 versehen ist. Ferner weist der Kappenhals 3 einen peripheren Bereich auf, der mit dem Positionsindikator 9 versehen ist, der basierend auf dem positionellen Zusammenhang zwischen dem Vorsprung 8 und dem Positionsindikator 9 anzeigt, ob die Kappe 5 sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet. Ferner umfasst die Roboterhand 15 die Kamera 33 zum Aufnehmen eines Bildes der zwei Greifklammern 15A, 15B und des Positionsindikators 9 des Körpers 1 für Identifizierungszwecke, wobei die Greifklammern 15A, 15B mit jeweiligen Aussparungen 28 gebildet sind.
Mit dieser Ausgestaltung kann der Roboterseitencontroller 32 Formationen zu dem positionellen Zusammenhang zwischen dem Vorsprung 8 der Kappe 5 und dem Positionsindikator 9 vor dem Beginnen eines Öffnungsvorgangs von dem Bild erlangen, das von der Kamera 33 aufgenommen wurde, die an der Roboterhand 15 angeordnet ist, um dadurch zu ermitteln, ob die Kappe 5 sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet.
Der Roboterseitencontroller 32 kann auch visuelle Informationen zu dem Grad an Rotation der Kappe 5 von der Anfangsposition von dem Bild erlangen, das den positionellen Zusammenhang zwischen dem Vorsprung 8 und dem Positionsindikator 9 zeigt. Dementsprechend wird die Information zu dem Grad einer Rotation in der Kappe 5, die für das Öffnen der Flasche erforderlich ist, zur gleichen Zeit erhalten, so dass die Aufgabe bzw. den Vorgang des Öffnens der Flasche 10 erleichtert wird. In dieser Hinsicht trägt der Positionsindikator 9 dazu bei einfacher und genauer Informationen zu dem positionellen Zusammenhang zwischen der Kappe 5 und dem Körper 1 zu erhalten. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass der Positionsindikator 9 eine Ausgestaltung aufweist, bei welcher der Bereich um den Kappenhalt 3 in Umfangsrichtung gleichmäßig zu einer Mehrzahl kleiner Flächen unterteilt ist, die gegeneinander abgegrenzt sind, wobei Seriennummern zugewiesen und um den jeweiligen kleinen Bereichen angegeben sind.
Bei dem Positionsindikator 9 der gegenwärtigen Ausführungsform sind die Ziffern 1 bis 8 den jeweiligen kleinen Bereichen um den Kappenhals 3 zugewiesen. Dementsprechend kann, wenn die Kappe 5 im Schritt S6 oder S30 erneut angezogen wird, Information zum Grad der Rotation der Kappe 5, die für ein korrektes Anziehen der Kappe 5 erforderlich ist, einfach erhalten werden. Wenn die Kappe 5 erneut angezogen wird, kann eine übermäßige Rotation der Kappe 5 Reibung zwischen der Kappe 5 und den Greifklammern 15a, 15b der Roboterhand 15 erzeugen und somit Abrieb erzeugen. In dieser Hinsicht kann die gegenwärtige Ausführungsform einfach eine Information zum Grad der Rotation der Kappe 5 erhalten, wenn sie erneut angezogen wird und somit wird die Erzeugung von Abrieb zuverlässig verhindert.
Ferner kann die Kappe 5 einfach rotiert werden, wobei eine der Vertiefungen 28 der Greifklammern 15a, 15b zum Ineinandergreifen mit dem Vorsprung 8 gebracht wird und dadurch das Auftreten von Reibung zwischen der Kappe 5 und den Greifklammern 15a, 15b zu verhindern. Zusätzlich kann das Bereitstellen des Vorsprungs 8 an der Kappe 5 die Greifkraft, die auf die Kappe 5 angewendet wird, wenn die Greifklammern 15a, 15b geschlossen werden, um den Öffnungsvorgang auszuführen, im Wesentlichen Null werden. Dementsprechend wird verhindert, dass die Kappe 5 durch die Greifklammern 15a, 15b eine hohe Steifheit aufweisen, abgerieben wird, um dadurch zuverlässig die Erzeugung von Abrieb zu verhindern.
Ferner ermöglicht die Bereitstellung der Aussparungen 28 an den jeweiligen Greifklammern 15a, 15b ein einfacheres Ineinandergreifen mit dem Vorsprung 8. Zusätzlich muss, da die Roboterhand 15 nur zwei Greifklammern 15a, 15b aufweist, nur eine minimale Anzahl an Öffnungen bereitgestellt werden, um eine Kommunikation zwischen dem äußeren und dem inneren, das die Aktuatoren zum Betreiben der Greifklammern umfasst, bereitgestellt werden, was ein einfaches Abdichten der Öffnungen ermöglicht. Dementsprechend weist die Roboterhand 15 eine Struktur auf, die zum Verbessern der Reinigungseigenschaften angepasst ist, wenn sie für die Aufgaben bzw. Vorgänge angewendet wird, die in der sterilisierten Arbeitskammer 12 ausgefüllt werden.
Bei dem Robotersystem 31 der gegenwärtigen Ausführungsform bezieht der Controller 32 Bilddaten von der Kappe 5 und dem Positionsindikator 9 der Flasche 10 von der Kamera 33, die an der Hand 15 bereitgestellt ist, um dadurch, basierend auf positionellen Zusammenhang zwischen dem Vorsprung 8 und der Kappe 5 und dem Positionsindikator 9 zu ermitteln, ob die Kappe 5 sich in der korrekt geschlossenen Position befindet. Dementsprechend kann eine Nicht-Kontamination des Materials oder dergleichen in der Flasche 10 vor dem Ausführen der Aufgabe bzw. des Vorgangs des Öffnens der Flasche 10 bestätigt werden.
Wenn ermittelt wird, dass die Kappe 5 sich in der korrekt geschlossenen Position befindet, bewirkt der Controller 32, dass die Roboterhand 15 die Kappe 5 für eine Rotation um einen vorbestimmten Winkel in der Öffnungsrichtung greift, wodurch die Aufgabe bzw. den Vorgang des Öffnens der Flasche 10 ausgeführt wird. Somit kann den Öffnungsvorgang zuverlässig ausgeführt werden, während der positionelle Zusammenhang zwischen dem Vorsprung 8 und dem Positionsindikator 9 basierend auf den Bilddaten bestätigt wird.
Außerdem bewirkt der Controller 32, wenn ermittelt wird, dass die Kappe 5 sich nicht in der Korrekt geschlossenen Position befindet, dass die Roboterhand 15 die Kappe 5 für eine Rotation um einen vorbestimmten Winkel in der Schließrichtung greift, um dadurch die Aufgabe bzw. den Vorgang des Schließens der Flasche 10 auszuführen. Daraufhin wird die geschlossene Flasche 10 verworfen. Somit wird ein Lecken des Materials oder dergleichen, das in der Flasche 10 untergebracht ist, verhindert und eine Kontamination des Inneren der Arbeitskammer 12 wird verhindert.
(Zweite und dritte Ausführungsformen)
In der folgenden Beschreibung sind die Komponenten, die identisch mit oder ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind, mit den gleichen Referenzzeichen versehen, um eine doppelte Beschreibung zu vermeiden. Die folgende Beschreibung ist auf die Unterschiede von der ersten Ausführungsform fokussiert. Die zweiten und dritten Ausführungsformen stellen beispielshaft Variationen des Positionsindikators dar, der an dem Flaschenkörper bereitgestellt ist. 14 und 15 zeigen eine Flasche 41 nach der zweiten Ausführungsform. Die Flasche 41 umfasst einen Prismakörper 42 mit einem Positionsindikator 43. Der Positionsindikator 43 ist so ausgestaltet, dass er zwei Liniensegmente aufweist, die Teil einer geraden Linie sind, die durch ein Zentrum C des Körpers 42 läuft. Insbesondere ist der Positionsindikator 42 als ein Liniensegment 43a, das zwischen der äußeren Peripherie des Kappenhalses 3 und der äußeren Peripherie des Körpers 42 definiert ist und ein anderes Liniensegment 43b ausgestaltet, das ähnlich wie das Liniensegment 43a definiert ist.
In der zweiten Ausführungsform wird das folgende Verfahren ausgeführt, wenn ermittelt wird, ob die Kappe 5 korrekt an dem Körper 1 angezogen ist, d.h. wenn im Schritt S4 (siehe 8) ermittelt wird, ob die Flasche 41 korrekt geschlossen ist.
Als eine Vorbedingung wird hier der Vorsprung 8 in einer Ausgangsposition des Positionsindikators 43 des Körpers 42 gebracht, d.h. er wird mit dem Liniensegment 43b als der Ausgangsposition ausgerichtet, bevor die Aufgabe bzw. des Vorgangs des Festziehens der Kappe 5 an dem Körper 42 begonnen wird. Ferner ist als eine Vorbedingung, wenn die Kappe 5 um einen vorbestimmten Grad von der Ausgangsposition rotiert wird, um das Anziehen fertigzustellen, wobei ein vorbestimmtes Drehmoment auf die Kappe 5 angewendet wird, die resultierende Position, von welcher der Vorsprung 8 sich befindet, einer Anziehungsfertigstellungsposition, die z.B. mit dem Liniensegment 43a ausgerichtet ist.
Dementsprechend ermittelt der Controller 32 in Schritt S4, dass die Kappe 5 korrekt an dem Körper 43 angezogen ist, wenn der Vorsprung 8 mit dem Liniensegment 43a des Positionsindikators 43 ausgerichtet ist, d.h. sich in der Festziehungsfertigstellungsposition befindet (JA in Schritt S4).
Wenn in Schritt S4 ermittelt wird, dass der Vorsprung 8 nicht mit dem Liniensegment 43a des Positionsindikators 43 ausgerichtet ist, sondern stattdessen z.B. ermittelt wird, dass er sich an einem Mittelpunkt zwischen einem Liniensegment 43a und 43b befindet, ermittelt der Controller 32, dass die Kappe 5 lose ist und sich nicht in der korrekt geschlossenen Position befindet, d.h. nicht korrekt angezogen ist (NEIN in Schritt S4).
Beim Ermitteln, ob der Vorsprung 8 mit dem Liniensegment 43a und 43b ausgerichtet ist, werden Bilddaten des Vorsprungs 8 und der Liniensegmente 43a und 43b von der Kamera 33 bezogen und verarbeitet, um die Positionen des Vorsprungs 8 und der Liniensegmente 43a und 43b in dem von der Kamera 33 aufgenommenen Bild zu ermitteln. Der Controller 32 ermittelt, dass der Vorsprung 8 mit dem Liniensegment 43a oder 43b ausgerichtet ist, wenn die ermittelte Position des Vorsprungs 8 mit der Position des Liniensegments 43a oder 43b übereinstimmt. In diesem Fall kann der Controller 32 ermitteln, dass der Vorsprung 8 mit dem Liniensegment 43a oder 43b ausgerichtet ist, sogar wenn die Position des Vorsprungs 8 nicht präzise der Position des Liniensegments 43a oder 43b übereinstimmt. Im Speziellen kann der Controller 32 die Ausrichtung feststellen, wenn die Position des Vorsprungs 8 in einem vorbestimmten Bereich fällt, der um das Liniensegment 43a oder 43b zentriert ist.
16 und 17 zeigen eine Flasche 51 nach der dritten Ausführungsform. Ähnlich wie die Flasche 41 ist die Flasche 51 mit einem Prismakörper 52 mit einem Positionsindikator 53 versehen. Der Positionsindikator 53 ist als Kreisel 53a, 53b ausgestaltet, die an gegenüberliegenden Seiten des Flaschenhalses 3 angeordnet sind, so dass sie den Flaschenhals 3 sandwichartig umschließen.
In der dritten Ausführungsform wird das folgende Verfahren ausgeführt, wenn ermittelt wird, ob die Kappe 5 korrekt an dem Körper 1 angezogen ist, d.h. in Schritt S4 (siehe 8) ermittelt wird, ob die Flasche 51 korrekt geschlossen ist.
Als eine Vorbedingung wird hier der Vorsprung 8 in einer Anfangsposition des Positionsindikators 53 des Körpers 52 gebraucht, d.h. mit dem Kreis 53b als der Anfangsposition ausgerichtet, bevor die Aufgabe bzw. der Vorgang des Anziehens der Kappe 5 an dem Körper 52 begonnen wird. Ferner ist als eine Vorbedingung, wenn die Kappe 5 um einen vorbestimmten Grad von der Anfangsposition rotiert wird, um das Anziehen fertigzustellen, wobei ein vorbestimmtes Drehmoment auf die Kappe 5 angewendet wird. die resultierende Position, an welcher der Vorsprung 8 sich befindet eine Anziehungsfertigstellungsposition, die zum Beispiel mit dem Kreis 53a ausgerichtet ist.
Dementsprechend ermittelt der Controller 32 im Schritt S4, dass die Kappe 5 korrekt an dem Körper 53 angezogen ist, wenn der Vorsprung 8 mit dem Kreis 53a des Positionsindikators 53, d.h., an der Anziehungsfertigstellungsposition, ausgerichtet ist (JA in Schritt S4).
Wenn in Schritt S4 ermittelt wird, dass der Vorsprung 8 nicht mit dem Kreis 53a des Positionsindikators 53 ausgerichtet ist, sondern stattdessen ermittelt wird, dass er sich z.B. an einem Mittelpunkt zwischen den Kreisen 53a und 53b befindet, ermittelt der Controller 32, dass die Kappe 5 lose ist und sich nicht in der korrekt geschlossenen Position befindet, d.h. nicht korrekt angezogen ist (NEIN in Schritt S4).
Beim Ermitteln, ob der Vorsprung 8 mit dem Kreis 53a und 53b ausgerichtet ist, werden von der Kamera 33 bezogene Bilddaten des Vorsprungs 8 und der Kreis 53a und 53b verarbeitet, um die Positionen des Vorsprungs 8 und der Kreise 53a und 53b in dem durch die Kamera 33 aufgenommenen Bild zu ermitteln. Der Controller 32 ermittelt, dass der Vorsprung 8 mit dem Kreis 53a oder 53b ausgerichtet ist, wenn die ermittelte Position des Vorsprungs 8 mit der Position des Kreises 53a oder 53b übereinstimmt. In diesem Fall kann der Controller 32 ermitteln, dass der Vorsprung 8 mit dem Kreis 53a oder 53b ausgerichtet ist, sogar wenn die Position des Vorsprungs 8 nicht präzise mit der Position des Kreises 53a oder 53b übereinstimmt. Im Speziellen kann der Controller 32 die Ausrichtung feststellen, wenn die Position des Vorsprungs 8 in einem vorbestimmten Bereich fällt, der auf den Kreis 53a oder 53b zentriert ist.
Wie zuvor beschrieben, können die Positionsindikatoren 43 und 53 der zweiten und dritten Ausführungsformen jeweils eine Information zu dem positionellen Zusammenhang zwischen dem Positionsindikator 43 oder 53 und dem Vorsprung 8 der Kappe 5 bereitstellen.
(Vierte Ausführungsform)
18A und 18B zeigen eine Roboterhand 61 der vierten Ausführungsform. Wie in diesen Figuren dargestellt, ist die Roboterhand 61 mit zwei Greifklammern 61a und 61b versehen, ähnlich wie Roboterhand 15 in der ersten Ausführungsform. Anders als in der ersten Ausführungsform sind allerdings diese Greifklammern 61a und 61b nicht mit den Aussparungen 28 versehen. Die Roboterhand 61 mit dieser Form kann auch die Kappe 5 greifen und rotieren, wobei ein Seitenbereich der Greifklammer 61a z.B. gegen den Vorsprung 8 der Kappe 5 anliegt, ohne dazwischen Reibung zu verursachen.
Die gegenwärtige Erfindung sollte nicht als auf die Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden, die zuvor beschrieben wurde oder in den Figuren abgebildet wurden, sondern kann wie folgt modifiziert oder erweitert werden.
Zum Beispiel kann in der ersten Ausführungsform die Aussparung 28 an nur einer der Greifklammern bereitgestellt sein.
Die Länge des Vorsprungs 8 kann wie angemessen entsprechend einer individuellen Ausgestaltung geändert werden.
Die Anzahl der Greifklammern der Roboterhand kann drei oder mehr betragen.
Der Flaschenkörper ist nicht darauf beschränkt eine oktagonale Prismaform aufzuweisen, sondern kann andere polygonale Prismaformen aufweisen. Zum Beispiel eine Flasche 71 mit einer quadratischen Prismaform, wie in 20 dargestellt, oder eine kolbenförmige Flasche 81, wie in 21A und 21B dargestellt, kann als ein Flaschenkörper dienen. Die Flasche mit einem kolbenförmigen Körper kann z.B. mit einer Bewegung wie in 22A bis 22C dargestellt, aus einer Durchreiche herausgenommen werden.
Das Innere der Arbeitskammer muss nicht unbedingt sterilisiert sein.
Der Flüssigkeitsbehälter der gegenwärtigen Erfindung ist nicht auf einen Zellkulturbehälter beschränkt. Irgendein Behälter kann durch die Roboterhand gehandhabt werden, solange davon ausgegangen wird, dass der Behälter zumindest einem Öffnungsvorgang unterworfen wird, die in einer Arbeitskammer ausgeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4550101 B [0002]

Claims

Zellkulturbehälter (41, 51, 71, 81) umfassend: einen Behälterkörper (1, 42, 52), der ein Zellkulturmedium aufnimmt; eine Kappe (5), die auf einem Öffnungsbereich (4) des Behälterkörpers montiert ist; und eine Markierung (8, 9, 43, 53), die für ein Bestätigen einer Korrektheit im Hinblick auf einen geschlossenen Zustand der Kappe verwendet wird.
Zellkulturbehälter nach Anspruch 1, wobei der Behälter ferner umfasst: einen Drehmomentempfänger (8), der an der Kappe bereitgestellt ist und als eine Markierung zum Aufnehmen von Drehmoment dient, das angewendet wird, wenn ein Öffnungsvorgang an dem Zellkulturbehälter ausgeführt wird; und eine Referenzmarkierung (9, 43, 53), die an dem Behälterkörper bereitgestellt ist.
Zellkulturbehälter nach Anspruch 2, wobei der Drehmomentempfänger ein Vorsprung (8) ist, der an einer äußeren peripheren Oberfläche der Kappe bereitgestellt ist.
Zellkulturbehälter nach Anspruch 3, wobei der Vorsprung eine Länge von 1 mm oder mehr aufweist.
Zellkulturbehälter nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Vorsprung eine Verschiebung während eines Öffnungsvorgangs oder eines Schließvorgangs verringert oder eine Last während eines Öffnungsvorgangs verringert.
Zellkulturbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Vorsprung ein Spitzenende aufweist, das sich bei Betrachtung von oberhalb der Kappe in einem geschlossenen Zustand in einer Position radial in einer äußeren Peripherie des Behälterkörpers befindet.
Automatische Zellkulturapparatur (11), die den Zellkulturbehälter nach einer der Ansprüche 1 bis 6 verwendet, umfassend: einen Imager (33), der Bilddaten einer aufgenommenen Bildes ausgibt; und eine Steuerapparatur (32), die Bilddaten der durch den Imager abgebildeten Markierung bezieht, um zu ermitteln, ob die Kappe sich in einem korrekt geschlossenen Zustand befindet.
Automatische Zellkulturapparatur (11), die die Zellkulturbehälter nach Anspruch 3 verwendet, ferner umfassend einen Imager (33), der Daten eines aufgenommenen Bildes ausgibt; eine Steuerapparatur (32), die durch den Imager abgebildete Bilddaten bezieht, um zu ermitteln, ob die Kappe sich in einem korrekt geschlossenen Zustand befindet; eine Roboterhand (15, 61), die einen Öffnungsvorgang für den Zellkulturbehälter ausführt, wobei: die Roboterhand den Öffnungsvorgang durch Anwenden eines Drehmoments in einem Bereich von 0,7 Nm oder mehr und 1,5 Nm oder weniger auf den Drehmomentempfänger der Kappe ausführt.
Automatische Zellkulturapparatur nach Anspruch 8, wobei die Roboterhand an einem Arm eines kleinen Roboters bereitgestellt ist.
Flüssigkeitsbehälter (10, 41, 51, 71, 81), der einen behälterförmigen Körper (1, 42, 52) und eine Kappe (5) umfasst, die an einem Öffnungsbereich (4) des behälterförmigen Körpers montiert ist, wobei der Flüssigkeitsbehälter ausgestaltet ist, um zumindest einen Öffnungsvorgang für die Kappe unterworfen zu werden, die durch eine Roboterhand (15, 61) in einer Arbeitskammer (12) ausgeführt wird, umfassend: einen Vorsprung (8), der an einem äußeren peripheren Bereich der Kappe bereitgestellt ist; und einen Positionsindikator (9, 43, 53), der an einem peripheren Bereich des Öffnungsbereichs bereitgestellt ist, um basierend auf einem positionellen Zusammenhang zwischen dem Vorsprung und dem Positionsindikator anzuzeigen, ob die Kappe sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet.
Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 10, wobei der Positionsindikator eine Mehrzahl kleiner Bereiche umfasst, die voneinander unterschieden werden können, wobei die kleinen Bereiche dadurch erhalten werden, dass ein Bereich um den Öffnungsbereich in einer Umfangsrichtung unterteilt wird.
Flüssigkeitsbehälter nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Vorsprung ein Spitzenende aufweist, das sich bei Betrachtung von oberhalb der Kappe in einem geschlossenen Zustand in einer Position radial in einer äußeren Peripherie des behälterförmigen Körpers befindet.
Roboterhand (15, 61), die einen Öffnungsvorgang für den Flüssigkeitsbehälter nach einem der Ansprüche 10 bis 12 ausführt, umfassend: zwei oder mehr Greifklammern (15a, 15b, 61a, 61b); und einen Imager (33), der ein Bild des Positionsindikators aufnimmt und das durch den Imager aufgenommene Bild des Positionsindikators identifiziert.
Roboterhand nach Anspruch 13 ferner umfassend eine Aussparung (28) für das Ineinandergreifen mit dem Vorsprung, wobei die Aussparung an einem Spitzenende von zumindest einer Greifklammer bereitgestellt ist.
Roboterhand nach Anspruch 14, wobei die Aussparung an zwei oder mehr Greifklammern bereitgestellt ist.
Roboterhand nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Roboterhand zwei Greifklammern umfasst.
Robotersystem (31) umfassend: einen Roboterarm (13) mit der Roboterhand nach einem der Ansprüche 13 bis 16; und einer Steuerapparatur (32), die den Roboterarm steuert, wobei: die Steuerapparatur Daten eines Bildes bezieht, das durch den Imager aufgenommen wurde, der an der Roboterhand bereitgestellt ist, wobei die Bilddaten die Kappe und den Positionsindikator des Flüssigkeitsbehälters umfassen, und basierend auf einem positionellen Zusammenhang zwischen dem Vorsprung und dem Positionsindikator ermittelt, ob die Kappe sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet.
Robotersystem nach Anspruch 17, wobei, wenn ermittelt wird, dass die Kappe sich in einer korrekt geschlossenen Position befindet, die Steuerapparatur bewirkt, dass die Roboterhand die Kappe greift und um einen vorbestimmten Winkel in einer Öffnungsrichtung rotiert, um einen Öffnungsvorgang für den Flüssigkeitsbehälter auszuführen.
Robotersystem nach Anspruch 17 oder 18, wobei, wenn ermittelt wird, dass die Kappe sich nicht in einer korrekt geschlossenen Position befindet, die Steuerapparatur bewirkt, dass die Roboterhand die Kappe greift und um einen vorbestimmten Winkel in einer Schließrichtung rotiert, um einen Schließvorgang für den Flüssigkeitsbehälter auszuführen, und bewirkt, dass die Roboterhand den geschlossenen Flüssigkeitsbehälter verwirft.