DE19912496B4

DE19912496B4 - Zentrifugenbetriebssystem mit automatischer Zentrifuge und Fließband

Info

Publication number: DE19912496B4
Application number: DE19912496A
Authority: DE
Inventors: Hideki Mito Hoshiba; Masahiro Hitachinaka Inaniwa; Hidetaka Hitachinaka Osawa; Hiroshi Hitachinaka Hayasaka
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2019-03-20
Also published as: DE19912496A1; US6196961B1; US20010000353A1; US6701219B2

Abstract

Zentrifugenbetriebssystem, das eine automatische Zentrifuge (201) und ein zugehöriges Fließband (204) umfaßt, wobei
die automatische Zentrifuge (201) eine Handhabungsvorrichtung (205) zum Verschieben einer Testprobe aus einer vorherbestimmten Position, einen Rotor (207), der mit einem Behälter (206) ausgerüstet ist, der die Testprobe aufnimmt, einen Antriebsmotor (209) zum Drehen des Rotors, eine Kammer (211), die den Rotor umgibt, und eine Kühleinrichtung (213) zum Kühlen der Kammer umfasst;
die Handhabungsvorrichtung (205) oberhalb der Kammer (211) angeordnet ist und ein erstes Führungselement (232a) und ein zweites Führungselement (232b) umfaßt, welche jeweils entlang einer Linie angeordnet sind, die normal zu einer Drehachse des Antriebsmotors steht, einen ersten Schlitten (233a) umfaßt, der entlang des ersten Führungselements (232a) verschiebbar ist, einen zweiten Schlitten (233b) umfaßt, der entlang des zweiten Führungselements (232b) verschiebbar ist, einen ersten Arm (236a) umfaßt, dessen eines Ende mit dem ersten Schlitten (233a) drehbar verbunden ist und dessen anderes Ende mit einem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zentrifugenbetriebssystem, das eine automatische Zentrifuge und ein zugehöriges Fließband umfaßt. Die automatische Zentrifuge verwendet eine Handhabungsvorrichtung zum Transportieren der Testprobe von dem Fließband zu einem Rotor, um eine Fliehkrafttrennung durchzuführen.
Derartige Zentrifugensysteme sind beispielsweise aus den Abstracts JP 9276743 A , JP 2211265 A und JP 4145968 A bekannt. In der US 33 17 125 A und US 49 41 866 A sind außerdem Zentrifugensysteme beschrieben, welche eine Kühleinrichtung aufweisen.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung JP 58-160071 A offenbart einen herkömmlichen Verbindungsarmmechanismus, der ein Schubelement (d. h. eine mechanische Hand) umfaßt, das von zwei Schlitten getragen ist, die parallel zueinander verschiebbar sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompakteres Zentrifugenbetriebssystem zu schaffen, das eine automatische Zentrifuge und ein Fließband umfaßt und in der Lage ist, die Testprobe automatisch von dem Fließband zu einem Rotor der automatischen Zentrifuge oder umgekehrt zu transportieren.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Zentrifugenbetriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Zentrifugenbetriebssystem weist eine automatische Zentrifuge und ein zugehöriges Fließband auf. Die automatische Zentrifuge umfaßt eine Handhabungsvorrichtung zum Verschieben einer Testprobe aus einer vorherbestimmten Position, einen Rotor, der mit einem Behälter ausgerüstet ist, der die Testprobe aufnimmt, einen Antriebsmotor zum Drehen des Rotors, eine Kammer, die den Rotor umgibt, und eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Kammer. Die Handhabungsvorrichtung ist oberhalb der Kammer angeordnet und umfasst ein erstes und ein zweites Führungselement, welche jeweils entlang einer Linie angeordnet sind, die normal zu einer Drehachse des Antriebsmotors steht, einen ersten Schlitten, der entlang des ersten Führungselements verschiebbar ist, einen zweiten Schlitten, der entlang des zweiten Führungselements verschiebbar ist, einen ersten Arm, dessen eines Ende mit dem ersten Schlitten drehbar verbunden ist und dessen anderes Ende mit einem Schubelement drehbar verbunden ist, das mit einer Manipulatorhand zum Halten der Testprobe ausgerüstet ist, und einen zweiten Arm, dessen eines Ende mit dem zweiten Schlitten drehbar verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem Schubelement drehbar verbunden ist. Die Schlitten sind stets auf einer Seite des Schubelements angeordnet, und das Schubelement ist durch Steuerung der Verschiebepositionen des ersten und zweiten Schlittens über und unter die Führungselemente bewegbar. Die Höhe dieser automatischen Zentrifuge ist gleich oder kleiner als 1450 mm. Das Fließband dient zum Befördern der Testprobe, und die Höhe dieses Fließbandes liegt im Bereich von 750 mm bis 850 mm.
Die Kühleinrichtung ist vorzugsweise unter dem Antriebsmotor angeordnet.
Der Antriebsmotor führt vorzugsweise einen Drehbetrieb mit hoher Geschwindigkeit zum Drehen des Rotors mit hohen Geschwindigkeiten durch, um der Testprobe eine Fliehkraft zu verleihen, und führt ebenfalls einen Drehbetrieb mit niedriger Geschwindigkeit durch, um eine Winkelposition des Rotors zu bestimmen, wenn der Rotor angehalten ist.
Der Antriebsmotor ist vorzugsweise ein Servomotor.
Die automatische Zentrifuge umfaßt vorzugsweise einen Controller, der mit einer externen Steuervorrichtung über ein Kommunikationskabel verbunden ist, um den Betrieb der automatischen Zentrifuge gemäß einem von der externen Steuervorrichtung ausgesandten Befehl zu steuern.
Zur Betätigung der Handhabungsvorrichtung ist ein Steuerverfahren für einen Verbindungsarmmechanismus vorgesehen, welches jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist. Der Verbindungsarmmechanismus umfaßt ein erstes Führungselement und ein zweites Führungselement, die parallel zueinander angeordnet sind. Ein erster Schlitten ist entlang des ersten Führungselements verschiebbar. Ein zweiter Schlitten ist entlang des zweiten Führungselements verschiebbar. Ein erster Arm weist eine Länge auf, die länger als ein Abstand zwischen Achsen des ersten Führungselements und des zweiten Führungselements ist. Ein Ende des ersten Arms ist von dem ersten Schlitten drehbar getragen. Ein zweiter Arm weist eine Länge auf, die länger als der Abstand zwischen den Achsen des ersten Führungselements und des zweiten Führungselements ist. Ein Ende des zweiten Arms ist von dem zweiten Schlitten drehbar getragen. Ein Schub element, das ein Arbeitsgerät trägt, ist von den anderen Enden des ersten und des zweiten Arms getragen.
Das Verfahren zum Steuern dieses Verbindungsarmmechanismus umfaßt den Schritt, daß das Schubelement entlang einer Linie verschoben wird, die normal zur Gleitrichtung des ersten und des zweiten Schlitten steht, indem die Gleitpositionen des ersten und des zweiten Schlittens derart gesteuert werden, daß die folgende Beziehung erfüllt ist
wobei ”L1” die Länge des ersten Arms darstellt, ”L2” die Länge des zweiten Arms darstellt, ”d” den Abstand zwischen dem Armdrehachsen an dem ersten Schlitten und dem zweiten Schlitten darstellt, ”Ax” die Position des ersten Schlittens in der Gleitrichtung darstellt und ”Bx” die Position des zweiten Schlittens in der Gleitrichtung darstellt, und ”x1” die Position des Schubelements in der Gleitrichtung darstellt.
Der Steuerschritt zum Verschieben des Schubelements umfaßt vorzugsweise einen Berechnungsschritt zum Beschaffen einer Zielgeschwindigkeitskurve des ersten Schlittens und einer Zielgeschwindigkeitskurve des zweiten Schlittens auf der Grundlage einer Zielgeschwindigkeitskurve des Schubelements.
Vorzugsweise ist ein Winkelsensor an mindestens einem von dem ersten und dem zweiten Schlitten vorgesehen, um die Verschiebeposition des Schubelements auf der Grundlage eines detektierten Winkels des Winkelsensors zu detektieren.
Der Steuerschritt zum Verschieben des Schubelements wird vorzugsweise periodisch durchgeführt, und die Detektion der Verschiebeposition des Schubelements wird mindestens vor oder nach jedem Verschiebevorgang des Schubelements durchgeführt.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser ist bzw. sind
1 eine schematische Ansicht, die die gesamte Systemanordnung eines Verbindungsarmmechanismus und einer Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 einen Koordinatenansicht, die den Betrieb des Verbindungsarmmechanismus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 ein Graph, der die Beziehung zwischen der Zeit und der Höhe des Schubelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Geschwindigkeitskurve des Schubelements und einer Geschwindigkeitskurve jedes Schlittens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 und 6 Diagramme, die die Berechnung von Geschwindigkeitsbefehlsdaten von Servomotoren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen,
7 ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem zum Steuern von Schrittmotoren gemäß der ersten Ausführungform der vorliegenden Erfindung zeigt,
8 eine Ansicht, die die Ausgestaltung eines Speichers zeigt, der eine Zeitgliedtabelle speichert, die bei der Steuerung der Schrittmotoren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
9 ein Flußdiagramm, das eine Unterroutine zeigt, die bei der Steuerung der Schrittmotoren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
10 ein Flußdiagramm, das die Verarbeitung der Zeitgliedunterbrechung zeigt, die bei der Steuerung der Schrittmotoren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
11 eine Perspektivansicht, die eine automatische Zentrifuge der vorliegenden Erfindung zeigt,
12 ein Graph, der eine Umwandlungskurve zeigt, die die Beziehung zwischen dem A/D-Umwandlungswert und der Höhe des Schubelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definiert,
13 ein Flußdiagramm, das eine Hauptroutine zeigt, die bei der Steuerung der Schrittmotoren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
14 eine Seitenansicht im Teilschnitt, die eine automatische Zentrifuge gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
15 eine Draufsicht, die die automatische Zentrifuge gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
16 eine Ansicht, die die Anordnung eines Verbindungsarmmechanismus gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
17 ein Flußdiagramm, das den Betrieb der automatischen Zentrifuge gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
18 ein Blockschaltbild, das ein Steuersystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
19 eine Koordinatenansicht, die den Betrieb des Verbindungsarmmechanismus gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
20 ein Graph, der die Drehgeschwindigkeitssteuerung bei einem Zentrifugenbetrieb gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
21 ein Graph, der eine Temperaturkorrekturkurve zeigt, die bei der Temperatursteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Identische Teile sind in den ganzen Ansichten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Erste Ausführungsform
11 zeigt eine automatische Zentrifuge 110 mit einem Verbindungsarmmechanismus 1. Die automatische Zentrifuge 110 umfaßt eine Manipulatorhand 15, die von einem Schubelement 16 getragen ist. Die Manipulatorhand 15 hält ein Gestell 112. Das Gestell 112 nimmt eine Summe von fünf Proberöhrchen (z. B. Vakuumröhrchen) 111 auf, die jeweils eine Blutprobe enthalten. Ein Verbindungsarmmechanismus 1 verschiebt die Manipulatorhand 15 in eine vorherbestimmte Richtung, um das Gestell 112 zu einem Behälter 113 zu befördern, der in dem Körper der automatischen Zentrifuge 110 vorgesehen ist. Ein Rotor 114 dreht eine vorherbestimmte Anzahl an Gestellen 112, die derart beladen sind, um die Probe 111 zentrifugal zu trennen. Nach Abschluß des Zentrifugenbetriebs nimmt die Manipulatorhand 15 jedes Gestell 112 aus dem Behälter 113 heraus und setzt es auf einen Gestellspeicher 115.
Bei dem obenbeschriebenen Gestellverschiebebetrieb bewirkt das Schubelement 16 eine vertikale Bewegung, um jedes Gestell 112 zu handhaben.
1 zeigt die Anordnung des Verbindungsarmmechanismus 1 und eines zugehörigen Steuersystems, das eine CPU-Platine 2 und eine Antriebsplatine 3 umfaßt. Der Verbindungsarmmechanismus 1 umfaßt eine Basis 4 mit einem H-förmigen Querschnitt. Ein erstes Führungselement 5 und ein zweites Führungselement 6, die sich parallel zueinander erstrecken, sind auf dieser Basis 4 vorgesehen. Ein erster Schlitten 7 gleitet auf dem ersten Führungselement 5. Ein zweiter Schlitten 8 gleitet auf dem zweiten Führungselement 6. Der erste Schlitten 7 ist an einem Steuerriemen 9 befestigt. Ein Antriebsmotor 10 weist eine Ausgangswelle mit einem Zahnrad oder desgleichen (nicht gezeigt) auf, um den Steuerriemen 9 anzutreiben.
Der Antriebsmotor 10 verschiebt, wenn er rotiert, den Steuerriemen 9 in der Richtung nach rechts und nach links. Auf die gleiche Weise ist ein zweiter Schlitten 8 an einem Steuerriemen 11 befestigt. Ein Antriebsmotor 12 weist eine Ausgangswelle mit einem Zahnrad oder desgleichen (nicht gezeigt) auf, um den Steuerriemen 11 anzutreiben. Der Antriebsmotor 12 verschiebt, wenn er rotiert, den Steuerriemen 11 in der Richtung nach rechts und nach links.
Der erste Schlitten 7 trägt ein Ende ”A” eines ersten Arms 13, so daß es dem ersten Arm 13 möglich ist, Drehschwingungen auszuführen. Der zweite Schlitten 8 trägt ein Ende ”B” zweiten Arms 14, so daß es dem zweiten Arm 14 möglich ist, Drehschwingungen auszuführen. Das andere Ende des ersten Arms 13 und das andere Ende des zweiten Arms 14 sind an der gleichen Achse ”H” des Schubelements 16 angelenkt. Das Schubelement 16 ist mit der Manipulatorhand 15 ausgerüstet. Der erste und der zweite Schlitten 7 bzw. 8 sind auf einer Seite des Schubelements 16 angeordnet. Ein paralleles Verbindungsstück 17, das parallel zu dem ersten Arm 13 angeordnet ist, verbindet das Schubelement 16 mit dem ersten Schlitten 7. Dadurch ist das Schubelement 16 stabil gehalten. Die Antriebsmotoren 10 und 12 sind mit einem Verbinder 20 der Antriebsplatine 3 über Motorkabel 18 bzw. 19 verbunden. Die Antriebsplatine 3 weist einen weiteren Verbinder 22 auf, der über ein Flachkabel 23 mit einem Verbinder 21 der CPU-Platine 2 verbunden ist. Die CPU-Platine 2 umfaßt einen Mikrocomputer (nachstehend MCU abgekürzt) 27 und einen Speicher 28. Die Antriebsplatine 3 steuert die Antriebsmotoren 10 und 12.
Gemäß der Anordnung des oben beschriebenen Verbindungsarmmechanismus 1 sind die Motorkabel 18 und 19 vor Bruch geschützt, weil die Antriebsmotoren 10 und 12 feststehend an der Basis 4 unabhängig von der Schiebebewegung der Schlitten 7, 8 und des Schubelements 16 befestigt sind.
Jeder der Antriebsmotoren 10 und 12 weist einen elektromagnetischen Sperr-Bremsmechanismus auf, der in der Lage ist, seine Rotorwelle unter einer Federkraft zu sperren und die Position der Antriebsmotoren 10 und 12 sicher zu halten. Es wird somit möglich, zu verhindern, daß das Schubelement 16 aufgrund des Eigengewichts im Fall eines Ausfalls des elektrischen Stromes herunterfällt. Zum leichteren Verständnis ist die in 1 gezeigte Manipulatorhand 15 in einer um 90 Grad gedrehten Position gezeichnet.
Nachstehend wird der Betrieb des oben beschriebenen Verbindungsarmmechanismus 1 anhand des in 2 gezeigten zweidimensionalen (rechtwinkligen) Koordinatensystems erläutert, wobei eine X-Achse die Richtung nach rechts und nach links darstellt und eine Z-Achse die Richtung nach oben und unten darstellt.
Der Punkt ”A” stellt die Drehachse des ersten Schlittens 7 dar. Der Punkt ”B” stellt die Drehachse des zweiten Schlittens 8 dar. Der Punkt ”H” stellt die Drehachse des Schubelements 16 dar. Die Länge des ersten Arms 13 ist durch L1 dargestellt. Die Länge des zweiten Arms 14 ist durch L2 dargestellt. Eine Entfernung zwischen oben und unten (d. h. in Richtung der Z-Achse) zwischen dem ersten Schlitten 7 und dem zweiten Schlitten 8 ist durch ”d” dargestellt. Der Punkt ”A” bewegt sich entlang einer geraden Linie, die durch Z = L1 definiert ist. Der Punkt ”B” bewegt sich entlang einer weiteren geraden Linie, die durch Z = L1 – d definiert ist. Der Punkt ”H” ist in der Z-Achsen-Richtung von 0 bis (L1 + L2 – d) bewegbar. Der Winkel α stellt eine Neigung des ersten Arms 13 in bezug auf die Linie Z = L1 dar, wobei –π/2 ≤ α ≤ sin^–1{(L2 – d)/L1}. Ein Punkt ”E” stellt einen Schnittpunkt der Li nie Z = L1 und einer senkrechten Linie dar, die von Punkt ”H” zur X-Achse gezogen ist. Ein Punkt ”F” stellt einen Schnittpunkt der Linie Z = L1 – d und der senkrechten Linie dar, die von dem Punkt ”H” zur X-Achse gezogen ist. Die Liniensegmente ”HE”, ”AE”, ”HB” und ”BF” sind durch die folgenden Gleichungen (1) bis (4) dargestellt. HE = |L1·sinα| (1) AE = |L1·cosα| (2) HF = |L1·sinα + d| (3)
Wenn sich der Punkt ”H” entlang der Linie X = x1 verschiebt, sind die Koordinaten der Punkte ”A” und ”B” jeweils durch (Ax, L1) bzw. ((Bx, L1 – d) dargestellt.
Wenn die Schlitten 7 und 8 auf der linken Seite des Schubelements 16 angeordnet sind, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, ist die folgende Beziehung hergestellt: Ax = x1 – L1·cosα (5)
Dann wird durch Eliminieren von α aus den Gleichungen (5) und (6) die folgende Beziehung erhalten:
Die Gleichung (7) definiert die Lagebeziehung zwischen den Punkten ”A” und ”B”, während der vertikalen Bewegung des Punktes ”H” fest, der sich auf der Linie X = x1 verschiebt.
Mit anderen Worten ermöglicht ein Steuern des ersten Schlittens 7 und des zweiten Schlittens 8, so daß die Gleichung (7) erfüllt ist, das Schubelement 16 in der vertikalen Richtung zu verschieben.
Die oben beschriebenen Gleichungen (5) bis (7) werden durch die folgenden Gleichungen (5a) bis (7a) ersetzt, wenn die Schlitten 7 und 8 auf der rechten Seite des Schubelements 16 angeordnet sind. Ax = x1 + L1·cosα (5a)
Es sei nun angenommen, wie es in 2 gezeigt ist, daß sich der Punkt ”H” von einem Startpunkt H1z zu einem Zielpunkt H2z auf der vertikalen Linie X = x1 für eine Zeit T (Sekunden) verschiebt.
Die Z-Achsen-Komponente ”Hz” des Punktes ”H” wird durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt. Hz = L1 + L1·sinα (8)
Wenn das Schubelement 16 zur Zeit ”t” den Winkel α annimmt, wird die folgende Beziehung hergestellt.
3 zeigt eine Kurve 30, die die Beziehung zwischen der Zeit ”t” und der Höhe Hz darstellt.
Wenn H2z – H1z = M, kann der Winkel α zur Zeit ”t” durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt werden.
Die erhaltene Funktion α(t) stellt den Winkel α des Schubelements 16, das sich in der vertikalen Richtung verschiebt, zur Zeit ”t” dar.
4 zeigt eine Kurve 41, die die Geschwindigkeit des Schubelements 16 darstellt, die während einer halben Periode eine Sinuswelle ist. Eine Zielgeschwindigkeit (oder gewünschte Geschwindigkeit) des Schubelements 16 wird durch diese Kurve 41 ausgedrückt.
Eine Kurve 42 stellt die Geschwindigkeit des ersten Schlittens 7 dar, und eine Kurve 43 stellt die Geschwindigkeit des zweiten Schlittens 8 dar.
Bei der Berechnung der Geschwindigkeiten des ersten und des zweiten Schlittens 7 und 8 wird angenommen, daß die Antriebsmotoren 10 und 12 ein mit einem Codierer ausgerüsteter Servomotor sind. Der Servomotor wird im allgemeinen auf der Grundlage einer Rückkopplungssteuerung eines Drehimpulssignals des Codierers gesteuert bzw. geregelt. Im besonderen wird das Drehimpulssignal des Codierers in vorherbestimmten Intervallen detektiert, um die Zielwerte (d. h. Befehlswerte) des Drehwinkels und der Winkelgeschwindigkeit des Servomotors zu berechnen. Dann werden auf der Grundlage der Differenz zwischen den Befehlswerten und den tatsächlichen Daten PID-Regelungsdaten erhalten. Die PID-Regelungsdaten bestehen im allgemeinen aus proportionalen, integralen und differenziellen Elementen. Dann wird unter Bezugnahme auf die somit erhaltenen PID-Regelungsdaten jeder Servomotor durch die PWM-Steuerung (d. h. Impulsbreitenmodulations-Steuerung) angesteuert. Wenn Δt das Rückkopplungsintervall darstellt, wird die Zeit ”t” durch die folgende Gleichung (11) ausgedrückt. t = ti = i·Δt(i = 0, 1, 2, ..., n) (11)wobei ”i” eine Steuerzahl darstellt und ”n” eine Gesamtzahl der Rückkopplungssteuerungen darstellt, die für das Schubelement 16 durchgeführt wird, das sich von dem Startpunkt H1z zum Zielpunkt H2z bewegt. Die Verschiebungszeit ”T” wird somit durch T = n·Δt ausgedrückt.
5 zeigt das Berechnungsverfahren, um die Geschwindigkeitskurve 42 des ersten Schlittens 7 auf der Grundlage der Zielgeschwindigkeitskurve 41 des Schubelements 16 zu erhalten.
Bei einem Schritt 500 wird der Armwinkel α(t_i) auf der Grundlage der Gleichung (10) berechnet. Dann wird bei einem Schritt 501 die Position Ax(t_i) des ersten Schlittens 7 unter Verwendung der X-Achsen-Kompo nente xi und des Armwinkels α(t_i) des Punktes ”H” in Gleichung (5) berechnet.
Bei einem Schritt 502 wird eine Positionsabweichung ΔAx des ersten Schlittens 7 während des Rückkopplungssteuerintervalls Δt auf der Grundlage der folgenden Gleichung (12) berechnet. ΔAx = Ax(ti) – Ax(ti-1) (12)
Dann wird die Verschiebegeschwindigkeit des ersten Schlittens 7 auf der Grundlage der Positionsabweichung ΔAx und des Rückkopplungssteuerintervalls Δt erhalten.
Bei einem Schritt 503 wird ein Geschwindigkeitsbefehl des Antriebsmotors 10 auf der Grundlage der Teilung oder Schrittweite pro Umdrehung des ersten Schlittens 7 sowie der Verschiebegeschwindigkeit des ersten Schlittens 7 berechnet.
Bei einem Schritt 504 wird geprüft, ob die Berechnungsprozedur der Schritte 500 bis 503 wiederholt wird, bis die Zeit T verstrichen ist (d. h. ΣΔt ≥ T?).
Wenn die Beurteilung bei Schritt 504 NEIN ist, wird wieder die Berechnungsprozedur der Schritte 500 bis 503 durchgeführt. Wenn die Beurteilung bei Schritt 504 JA ist, schreitet die Berechnungsprozedur zu einem Schritt 505 fort. Bei Schritt 505 wird eine Geschwindigkeitsbefehl-Datentabelle des Antriebsmotors 10 gebildet. Die gebildete Geschwindigkeitsbefehl-Datentabelle wird im Speicher 28 der CPU-Platine 2 gespeichert.
6 zeigt die Berechnungsprozedur, um die Geschwindigkeitskurve 43 des zweiten Schlittens 8 zu erhalten.
Bei einem Schritt 600 wird die Position Bx(t_i) des zweiten Schlittens 8 auf der Grundlage der Gleichung (7) berechnet, indem die X-Achsen-Komponente xi und die Position Ax(t_i) des ersten Schlittens 7 verwendet werden.
Bei einem Schritt 601 wird eine Positionsabweichung ΔBx des zweiten Schlittens 8 während des Rückkopplungssteuerintervalls Δt auf der Grundlage der folgenden Gleichung (13) berechnet. ΔBx = Bx(ti) – Bx(ti-1) (13)
Dann wird die Verschiebegeschwindigkeit des zweiten Schlittens 8 auf der Grundlage der Positionsabweichung ΔBx und des Rückkopplungssteuerintervalls Δt erhalten.
Bei einem Schritt 602 wird ein Geschwindigkeitsbefehl des Antriebsmotors 12 auf der Grundlage der Teilung pro Umdrehung des zweiten Schlittens 8 sowie der Verschiebegeschwindigkeit des zweiten Schlittens 8 berechnet.
Bei einem Schritt 603 wird geprüft, ob die Berechnungsprozedur der Schritte 600 bis 602 wiederholt wird, bis die Zeit T verstrichen ist (d. h. ΣΔt ≥ T?).
Wenn die Beurteilung bei Schritt 603 NEIN ist, wird wieder die Berechnungsprozedur der Schritte 600 bis 602 durchgeführt. Wenn die Beurteilung bei Schritt 603 JA ist, schreitet die Berechnungsprozedur zu einem Schritt 604 fort. Bei Schritt 604 wird eine Geschwindigkeitsbefehl-Daten tabelle des Antriebsmotors 12 gebildet. Die gebildete Geschwindigkeitsbefehl-Datentabelle wird im Speicher 28 der CPU-Platine 2 gespeichert.
Bei der Verschiebungssteuerung des Schubelements 16 werden die in dem Speicher 28 gespeicherten Geschwindigkeitsbefehlsdaten nacheinander in den vorherbestimmten Intervallen ausgelesen, um die Antriebsmotoren 10 und 12 zu steuern. Der Antriebsmotor 10 verschiebt den ersten Schlitten 7 gemäß der Liste der optimalen Geschwindigkeit, die durch die Geschwindigkeitskurve 42 angegeben ist. Der Antriebsmotor 12 verschiebt den zweiten Schlitten 8 gemäß der Liste der optimalen Geschwindigkeit, die durch die Geschwindigkeitskurve 43 angegeben ist. Die MCU 27 führt eine Zeitmultiplexsteuerung durch, um die Antriebsmotoren 10 und 12 unabhängig anzusteuern. Die Zeitmultiplexsteuerung kann verwirklicht werden, indem die Aufgaben während der vertikalen Verschiebebewegung des Schubelements 16 vom Startpunkt H1z zur Zielhöhe H2z abwechselnd geschaltet werden.
Wenn sich das Schubelement 16 von dem Punkt H2z zum Punkt H1z nach unten bewegt, werden die Antriebsmotoren 10 und 12 auf der Grundlage der aus dem Speicher 28 ausgelesenen Geschwindigkeitsbefehle in der umgekehrten Reihenfolge gesteuert. Wenn sich das Schubelement 16 in der horizontalen Richtung bewegt, werden die Antriebsmotoren 10 und 12 mit der gleichen Geschwindigkeit angesteuert.
Die Antriebsmotoren 10 und 12 können ein Schrittmotor sein, der gemäß einer gegebenen Impulsrate angesteuert wird. In diesem Fall verschiebt sich jeder Schlitten in Ansprechen auf eine Schrittdrehung um eine Größe, die einem Schrittdrehwinkel äquivalent ist. Die Verschiebungsgröße ΔAs (= ΔBs) pro Schritt wird durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt.
wobei ”s” einen Schrittwinkel darstellt, 1/N ein Geschwindigkeitsreduktionsverhältnis darstellt und ”p” eine Teilung oder Schrittweite (mm) pro Umdrehung darstellt.
Unter der Impulsratensteuerung hält jeder Schrittmotor auf eine diskrete Art und Weise an. Die Impulsrate, die dem Schrittmotor übergeben wird, wird durch die folgende Berechnung festgelegt.
Die Zielgeschwindigkeit (d. h. die Kurve 41) des Schubelements 16 ist durch Gleichung (9) definiert, wenn sich das Schubelement 16 vom Punkt ”H1z” zum Punkt ”H2z” bewegt. Wenn M H1z–H2z darstellt, wird die Zeit ”t” aus Gleichung (9) abgeleitet.
Die Gleichung (15) definiert die Zeit ”t” als eine Funktion der Höhe Hz des Schubelements 16.
Bei der Berechnung der Geschwindigkeitskurve 42 des ersten Schlittens 7 wird die Höhe Hz des Schubelements 16 unter Verwendung der Position Ax des ersten Schlittens 7 ausgedrückt.
Aus den Gleichungen (15) und (16) wird die Zeit ”t” auf die folgende Weise neu definiert.
Die Gleichung (17) definiert die Zeit ”t” als eine Funktion der Position Ax des ersten Schlittens 7.
Die Zeit ”t”, wenn der erste Schlitten 7 an einer diskreten Position vorbeitritt, kann erhalten werden, indem das Ax in Gleichung (17) durch den diskreten Positionswert substituiert wird.
In den Gleichungen (16) und (17) wird das Vorzeichen ± in jedem Fall selektiv verwendet. Im besonderen wird das Vorzeichen ± durch + ausgetauscht, wenn die Höhe Hz des Punktes H höher als die Linie Z = L1 ist, und durch – ausgetauscht, wenn sie niedriger als die Linie Z = L1 ist.
Zu Beginn der Verschiebebewegung des Schubelements 16 ist die Höhe Hz des Punktes H niedriger als die Linie Z = L1. Ein Berechnungspunkt ”A” wird in Richtung der negativen Richtung der X-Achse mit den Schrittweiten ΔAs verschoben, bis die Seite HE eines rechtwinkligen Dreiecks AHE 0 wird. Nachdem die Höhe Hz des Punktes H das Niveau Z = L1 erreicht hat, wird der Berechnungspunkt ”A” in die entgegengesetzte Richtung (d. h. in Richtung der positiven Richtung) der X-Achse mit den Schrittweiten ΔAs verschoben, bis die Höhe Hz des Punktes H den Punkt H2z erreicht.
Die Verschiebeentfernung des Punktes ”A” in Richtung der negativen Richtung der X-Achse wird durch die folgende Gleichung (18) ausgedrückt.
Die Impulszahl, die während dieses Verschiebebetriebs erforderlich ist, wird erhalten, indem die Entfernung Lan um die Verschiebung ΔAs (= Verschiebung pro Schritt) dividiert wird. Die Position Ax des Punktes ”A” wird aus der Position Ax-ΔAs des vorhergehenden Schrittes erhalten. Die Zeit ”t” wird erhalten, indem die Position Ax in Gleichung (17) eingegeben wird. Indem nacheinander ΔAs von Ax subtrahiert wird, werden jede diskrete Position des Punktes ”A” und die Durchtrittszeit erhalten. Die Impulsrate wird auf der Grundlage der Zeitdifferenz während eines Schrittes bestimmt.
Bei der Impulserzeugung wird die Impulsfrequenz unter Verwendung einer Unterbrechungsfunktion eines Zeitgliedes ”A” 71 gesteuert, mit dem die MCU 27 ausgerüstet ist, die in einem Blockschaltbild von 7 gezeigt ist. Ein Zeitgliedwert At für die Unterbrechungssteuerung ist durch die folgende Gleichung (19) festgelegt. At = (Zeit nach einer Verschiebung um einen Schritt – Zeit vor einer Verschiebung um einen Schritt)/(Taktperiode des Zeitgliedes) (19)
Als nächstes wird die Verschiebeentfernung des Punktes ”A” in Richtung der positiven Richtung der X-Achse durch die folgende Gleichung (20) ausgedrückt.
Die Impulszahl, die während dieses Verschiebebetriebs erforderlich ist, wird erhalten, indem die Entfernung Lap durch die Verschiebungsgröße ΔAs (= Verschiebung pro Schritt) dividiert wird. Unter Verwendung des oben beschriebenen Berechnungsverfahrens wird ähnlich der Zeitgliedwert At auf der Grundlage der Zeitdifferenz während eines Verschiebens um einen Schritt erhalten. Der Speicher 28 der CPU-Platine 2 speichert den Zeitgliedwert für jedes Verschieben in einer Tabelle.
Bei der Berechnung der Geschwindigkeitskurve 43 des zweiten Schlittens 8 wird die Höhe Hz des Schubelements 16 unter Verwendung der Position Bx des zweiten Schlittens 8 definiert.
Aus den Gleichungen (15) und (21) wird die Zeit ”t” wie folgt neu definiert.
Die Gleichung (22) definiert die Zeit ”t” als eine Funktion der Position Bx des zweiten Schlittens 8.
Die Zeit ”t”, wenn der zweite Schlitten 8 an einer diskreten Position vorbeitritt, kann erhalten werden, indem das Bx in Gleichung (22) durch den diskreten Positionswert substituiert wird.
In den Gleichungen (21) und (22) wird das Vorzeichen ± in jedem Fall selektiv verwendet. Im besonderen wird das Vorzeichen ± durch + ersetzt, wenn die Höhe Hz des Punktes H höher als die Linie Z = L1 – d ist, und durch – ersetzt, wenn sie niedriger als die Linie Z = L1 – d ist.
Zu Beginn der Verschiebebewegung des Schubelements 16 ist die Höhe Hz des Punktes H niedriger als die Linie Z = L1 – d. Ein Berechnungspunkt ”B” wird in Richtung der negativen Richtung der X-Achse mit den Schrittweiten ΔBs verschoben, bis eine Seite HF eines rechtwinkligen Dreiecks BHF 0 wird. Nach dem die Höhe Hz des Punktes H das Niveau Z = L1 – d erreicht hat, wird der Berechnungspunkt ”B” in der entgegengesetzten Richtung (d. h. in Richtung der positiven Richtung) der X-Achse mit den Schrittweiten ΔBs verschoben, bis die Höhe Hz des Punktes H den Punkt H2z erreicht.
Die Verschiebeentfernung des Punktes ”B” in Richtung der negativen Richtung der X-Achse wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
Die Impulszahl, die während dieses Verschiebebetriebs erforderlich ist, wird erhalten, indem die Entfernung Lbn durch die Verschiebungsgröße ΔBs (= Verschiebungsgröße pro Schritt) dividiert wird. Die Position Bx des Punktes ”B” wird aus der Position Bx-ΔBs des vorhergehenden Schrittes erhalten. Die Zeit ”t” wird erhalten, indem die Position Bx in die Gleichung (22) eingegeben wird. In dem nacheinander ΔBs von Bx subtrahiert wird, werden jede diskrete Position des Punktes ”B” und die Durchtrittszeit erhalten. Die Impulsrate wird auf der Grundlage der Zeitdifferenz während eines Schrittes bestimmt.
Bei der Impulserzeugung wird die Impulsfrequenz unter Verwendung einer Unterbrechungsfunktion eines Zeitgliedes ”B” 72 gesteuert, mit dem die im Schaltbild von 7 gezeigte MCU 27 ausgerüstet ist. Ein Zeitgliedwert Bt für die Unterbrechungssteuerung ist durch die folgende Gleichung (24) definiert. Bt = (Zeit nach einer Verschiebung um einen Schritt – Zeit vor einer Verschiebung um einen Schritt)/(Taktperiode des Zeitgliedes) (24)
Als nächstes wird die Verschiebeentfernung des Punktes ”B” in Richtung der positiven Richtung der X-Achse durch die folgende Gleichung (25) ausgedrückt.
Die Impulszahl, die während dieses Verschiebebetriebs erforderlich ist, wird erhalten, indem die Entfernung Lbp durch die Verschiebungsgröße ΔBs (= Verschiebungsgröße pro Schritt) dividiert wird. Unter Verwendung des oben beschriebenen Berechnungsverfahrens wird ähnlich der Zeitgliedwert Bt auf der Grundlage der Zeitdifferenz während des Verschiebens um einen Schritt erhalten. Der Speicher 28 der CPU-Platine 2 speichert den Zeitgliedwert für jedes Verschieben in der Tabelle.
Es gibt keine Differenz zwischen den Schrittmotoren und den Servomotoren, dadurch das die Schlitten 7 und 8 gemäß den in 4 gezeigten Geschwindigkeitskurven 42 und 43 gesteuert werden.
8 zeigt die Details der in dem Speicher 28 gespeicherten Daten. In 8 stellt Bezugszeichen 801 eine Impulszahl in negativer Richtung des ersten Schlittens 7 dar. Bezugszeichen 802 stellt eine Impulszahl in positiver Richtung des ersten Schlittens 7 dar. Bezugszeichen 803 stellt eine Impulszahl in negativer Richtung des zweiten Schlittens 8 dar. Bezugszeichen 804 stellt eine Impulszahl in positiver Richtung des zweiten Schlittens 8 dar. Bezugszeichen 805 stellt eine Zeitgliedtabelle der Verschiebung in positiver Richtung des ersten Schlittens 7 dar. Bezugszeichen 806 stellt eine Zeitgliedtabelle der Verschiebung in positiver Richtung des ersten Schlittens 7 dar. Bezugszeichen 807 stellt eine Zeitgliedtabelle der Verschiebung in negativer Richtung des zweiten Schlittens 8 dar. Bezugszeichen 808 stellt eine Zeitgliedtabelle der Verschiebung in positiver Richtung des zweiten Schlittens 8 dar.
Die Steuerung der oberen Verschiebung des Schubelements 16 wird auf der Grundlage der Zeitgliedwerte durchgeführt. 9 ist ein Flußdiagramm, das eine Unterroutine zeigt, die bei dem Verschiebebetrieb des Schubelements 16 verwendet wird. Bei einen Schritt 901 werden Zähler ”A” und ”B” in Ansprechen auf eine Drehung des Schrittmotors 10 und 12 zurückgesetzt. Bei einem Schritt 902 werden Anfangszeitgliedwerte aus dem Speicher 28 ausgelesen, um die Zeitgliedwerte für die Zeitglieder ”A” und ”B” zu setzen. Dann wird bei einem Schritt 903 die Unterbrechungsverarbeitung der Zeitglieder ”A” und ”B” zugelassen. In Ansprechen auf die Erzeugung der Zeitgliedunterbrechung startet das Steuerprogramm die Unterbrechungsverarbeitung.
10 ist ein Flußdiagramm, das die Verarbeitung der Zeitgliedunterbrechung für einen Verschiebebetrieb nach oben zeigt. Bei einem Schritt 1001 wird geprüft, ob die Erzeugung der Impulse in negativer Richtung abgeschlossen ist. Wenn die Beurteilung bei Schritt 1001 NEIN ist, schreitet der Steuerungsfluß zu einem Schritt 1002 fort, um weitere Ansteuerungsimpulse in negativer Richtung zu erzeugen. Dann werden bei einem Schritt 1003 die Ausgangsimpulse in negativer Richtung gezählt. Bei einem Schritt 1004 wird ein Zeitgliedwert aktualisiert, indem nacheinander der Zeitgliedwert aus dem Speicher 28 ausgelesen wird. Der Zeitgliedwert widersteht dem Unterbrechungsintervall. Die oben beschriebenen Schritte 1001 bis 1004 werden bei jeder Unterbrechungsverarbeitung durchgeführt, bis die Erzeugung der Impulse in negativer Richtung abgeschlossen ist. Die Ansteuerungsimpulse werden in Phasenschaltsignale durch 5-Phasen-Controller 73 und 74 umgewandelt. Der Treiber 33 führt den Ansteuerungsstrom jeweiligen Antriebsmotoren 10 und 12 zu, um diese zu drehen.
Wenn die Erzeugung der Impulse in negativer Richtung abgeschlossen ist (d. h. JA bei Schritt 1001), wird anschließend die Erzeugung der Impulse in positiver Richtung begonnen. Insbesondere wird bei einem Schritt 1005 geprüft, ob die Erzeugung der Impulse in positiver Richtung abgeschlossen ist. Wenn die Beurteilung bei Schritt 1005 NEIN ist, schreitet der Steuerungsfluß zu einem Schritt 1006 fort, um weitere Ansteuerungsimpulse in positiver Richtung zu erzeugen. Dann werden bei einem Schritt 1007 die Ausgangsimpulse in negativer Richtung gezählt. Bei einem Schritt 1008 wird der Zeitgliedwert aktualisiert, indem nacheinander der Zeitgliedwert aus dem Speicher 28 ausgelesen wird. Diese Schritte 1005 bis 1008 werden bei jeder Unterbrechungsverarbeitung durchgeführt, bis die Erzeugung von Impulsen in positiver Richtung abgeschlossen ist. Die Ansteuerungsimpulse werden durch 5-Phasen-Controller 73 und 74 in Phasenschaltsignale umgewandelt. Der Treiber 33 führt den Ansteuerungsstrom jeweiligen Antriebsmotoren 10 und 12 zu, um diese zu drehen. Wenn die Beurteilung bei Schritt 1005 JA ist, schreitet der Steue rungsfluß zu einem Schritt 1009 fort, um die Zeitgliedunterbrechung zu unterbinden.
Dann wird bei einem Schritt 904 der in 9 gezeigten Unterroutine geprüft, ob die Impulserzeugung des Zeitgliedes ”A” abgeschlossen ist. Anschließend wird bei einem Schritt 905 geprüft, ob die Impulserzeugung des Zeitgliedes ”B” abgeschlossen ist. Wenn das Beurteilungsergebnis bei beiden Schritten 904 und 905 JA ist, wird geschlossen, daß der Verschiebebetrieb nach oben des Schubelements 16 abgeschlossen ist.
Ein Nur-Lese-Speicher (d. h. ROM) 70 speichert die bei dem oben beschriebenen Verschiebebetrieb verwendeten Programme. Durch das oben beschriebene Steuerverfahren verschiebt sich das Schubelement 16 vertikal von der ursprünglichen Höhe H1z zur Zielhöhe H2z. Wenn sich das Schubelement 16 von dem Punkt H2z zum Punkt H1z nach unten bewegt, werden die Antriebsmotoren 10 und 12 auf der Grundlage der Zeitgliedwerte gesteuert, die aus dem Speicher 28 in der entgegengesetzten Reihenfolge ausgelesen werden. Wenn sich das Schubelement 16 in der horizontalen Richtung bewegt, werden die Antriebsmotoren 10 und 12 mit der gleichen Impulsrate angesteuert.
Im Fall von Servomotoren, die mit einem Absolutwertcodierer ausgerüstet sind, ist es möglich, die Positionen der Schlitten 7 und 8 auf der Grundlage der Drehwinkel der jeweiligen Antriebsmotoren zu detektieren. Somit kann die Höhe des Schubelements 16 jederzeit auf der Grundlage der Positionen der Schlitten 7 und 8 berechnet werden. Jedoch sind im Fall von Schrittmotoren ihre Drehwinkel zu Beginn des Betriebs unbekannt. Es ist deshalb unmöglich, die Höhe des Schubelements 16, unmittelbar nachdem die elektrische Energie zugeführt wird, zu detektieren.
Um dieses Problem zu lösen, ist ein Winkelsensor 24 koaxial zur Drehachse des parallelen Verbindungsstücks 17 des ersten Schlittens 7 vorgesehen, das den Verbindungsarmmechanismus 1 bildet, wie es in 1 gezeigt ist. Der Winkelsensor 24 detektiert einen Schnittwinkel α zwischen dem ersten Arm 13 und dem ersten Führungselement 5. Da die Länge L1 des ersten Arms 13 bekannt ist, wird die Höhe des Schubelements 16 aus Gleichung (8) erhalten. Der Winkelsensor 24 ist vorzugsweise ein Potentiometer, das über ein Kabel 25 und einen Verbinder 26 mit der CPU-Platine 2 verbunden ist. Ein A/D-Wandler 75, der zur MCU 27 gehört, wandelt das eingegebene Winkelsignal in digitale Daten um, die in der MCU 27 verarbeitet werden können.
13 ist ein Flußdiagramm, das eine Hauptroutine zeigt, die in der MCU 27 während des Verschiebebetriebs nach oben des Schubelements 16 durchgeführt wird. Bei einem Schritt 1301 wird eine analoge Spannung des Potentiometers in die CPU-Platine 2 eingegeben und der A/D-Wandlung durch den A/D-Wandler 75 unterzogen, um digitale Daten zu erzeugen. Die Höhe des Schubelements 16 wird dann durch Bezugnahme auf eine in 12 gezeigte Umwandlungskurve 1201 erhalten.
Als nächstes wird bei einem Schritt 1302 eine Zeitgliedwerttabelle auf der Grundlage der Höhe des Schubelements 16 gemäß dem oben beschriebenen Berechnungsverfahren gebildet. Bei einem Schritt 1303 werden die Schrittmotoren gemäß der in 9 gezeigten Unterroutine angesteuert, um das Schubelement 16 in der vertikalen Richtung von der Starthöhe H2z zur Zielhöhe H2z zu bewegen. Dann wird bei einem Schritt 1304 wieder die analoge Spannung des Potentiometers eingegeben, um die Höhe des Schubelements 16 auf der Grundlage der in 12 gezeigten Umwandlung 1201 zu detektieren. Bei einem Schritt 1305 wird geprüft, ob das Schubelement 16 die Zielhöhe H2z erreicht hat. Wenn das Beurtei lungsergebnis bei Schritt 1305 JA ist, wird geschlossen, daß der Verschiebebetrieb nach oben abgeschlossen ist. Wenn das Schubelement 16 noch nicht die Zielhöhe erreicht hat (d. h. NEIN bei Schritt 1305), schreitet der Steuerungsfluß zu einem Schritt 1306 fort, um die Fehlerverarbeitung durchzuführen. Bei der Fehlerverarbeitung wird eine Fehlernachricht erzeugt, um eine Hinaustreten des Schrittmotors oder den Bruch der Steuerriemen 9 und 11 zu melden. Dann kehrt der Steuerungsfluß in Ansprechen auf eine Neustartanforderung zu Schritt 1301 zurück, um wieder die oben beschriebenen Schritte auszuführen.
Wenn sich das Schubelement 16 in der Richtung nach unten oder in der horizontalen Richtung bewegt, kann die Höhe des Schubelements 16 auf der Grundlage des Signals des Winkelsensors 24 gemäß dem Verfahren detektiert werden, das den oben beschriebenen Schritten 1303 bis 1306 ähnlich ist.
Zweite Ausführungsform
14 ist eine Seitenansicht im Teilschnitt, die eine automatische Zentrifuge 201 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 15 ist eine Draufsicht, die die automatische Zentrifuge 201 zeigt. Ein Gestell 202 nimmt eine Summe von fünf Proberöhrchen (Vakuumröhrchen) 203 auf, die jeweils eine Blutprobe enthalten. Ein Fließband 204 trägt mehrere Gestelle 202. Die automatische Zentrifuge 201 ist in der Nähe des Fließbandes 204 angeordnet.
Um die Arbeitseffizienz oder Maschinenwartung zu verbessern, wird bei der Bestimmung der Höhe H1 des Fließbandes 204 die physikalische Größe von durchschnittlichen Arbeitern berücksichtigt. Gemäß dieser Ausführungsform können die Arbeiter während der Arbeit sitzen oder stehen.
Deshalb ist die Höhe H1 des Fließbandes 204 im Bereich von 750 mm bis 850 mm festgelegt.
Die automatische Zentrifuge 201 umfaßt eine Handhabungsvorrichtung 205, die das Gestell 202 hält und trägt, und einen Motor 207, der mit mehreren Behältern 206 kombiniert ist, die in gleichen Intervallen (z. B. 90 Grad) winklig beabstandet sind. Das Gestell 202 wird in den Behälter 206 gesetzt und einer durch die Rotation des Rotors 207 bewirkten Fliehkraft ausgesetzt. Der Rotor 207 ist über eine Welle 208 mit einem Antriebsmotor (z. B. Servomotor) 209 verbunden. Der Antriebsmotor 209 ist an einem Rahmen über eine schwingungsfestes Element 210 zum Absorbieren der Resonanzschwingung getragen. Das schwingungsfeste Element 210 besteht aus einer Feder und einem Dämpfer. Die automatische Zentrifuge 201 umfaßt außerdem eine Kammer 211, die den Rotor 207 umgibt, eine Verdampferleitung 212, die um die Kammer 211 herumgewickelt ist, um Kühlmittel zirkulieren zu lassen, eine Kühleinrichtung 213, die der Verdampferleitung 212 das Kühlmittel zuführt, und einen Controller 214, der die Handhabungsvorrichtung 205 und den Antriebsmotor 209 steuert. Die CPU-Platine 214a und der Treiber 214b sind an einer Vorderseite angeordnet, so daß sie die Bediener leicht betätigen oder warten können, wenn eine Frontabdeckung 215 geöffnet wird. Obwohl es in 15 nicht gezeigt ist, sind beide Seiten der automatischen Zentrifuge 201 in bezug auf das Fließband 204 von anderen Vorrichtungen besetzt, wie eine Vorverarbeitungsvorrichtung für eine biochemische Untersuchung der Probe. Deshalb ist der Steuerabschnitt an der Vorderseite der automatischen Zentrifuge 201 angeordnet.
Der Controller 214 umfaßt die CPU-Platine 214a, den Treiber 214b und eine Schalttafel 214c. Der Trägerkörper des Controllers 214 ist kompakt. Auf diese Weise ist der Controller 214, der in einem Anschlußgehäuse ein gebaut ist, tragbar. Für die Fliehkrafttrennung jeder Testprobe dreht der Antriebsmotor 209 den Rotor 207 mit höheren Geschwindigkeiten. Die Kammer 211, die den Rotor 207 umgibt, wird gekühlt, um einen Temperaturanstieg des Rotors 207 zu unterdrücken, der von der Rotationsreibung herrührt. Da die Seitenwand der zylindrischen Kammer 211 beinahe von der Verdampferleitung 212 eingeschlossen ist, ist es erwünscht, die Richtung nach oben und nach unten zum Eingeben oder Herausnehmen des Gestells 202 in oder aus der automatischen Zentrifuge 201 auszuwählen. Deshalb ist die Handhabungsvorrichtung 205 über der Zentrifuge 201 angeordnet. Um die Höhe H2 der automatischen Zentrifuge 201 niedrig zu halten, ist die Höhe des Behälters 206 im wesentlichen an die Höhe des Fließbandes 204 angeglichen. Die Handhabungsvorrichtung 205 weist eine kompakte Größe und ein niedriges Gewicht auf. Die Höhe des Antriebsmotors 209 hängt von der Höhe des Behälters 206 ab. Der Antriebsmotor 209 ist ein Servomotor, der den Rotor 207 mit höheren Geschwindigkeiten drehen und den Rotor 207 stabil positionieren kann. Die Kühleinrichtung 213 ist unter dem Antriebsmotor 209 angeordnet. Der Antriebsmotor 209 ist vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrom-Servomotor.
Die Handhabungsvorrichtung 205 umfaßt einen in 16 gezeigten Verbindungsarmmechanismus 230, der dazu dient, die Größe der Vorrichtung zu verringern. Der Verbindungsarmmechanismus 230 umfaßt eine Basis 231 mit einem H-förmigen Querschnitt. Auf dieser Basis 230 sind ein erstes Führungselement 232a und ein zweites Führungselement 232b vorgesehen, die sich parallel zueinander erstrecken. Ein erster Schlitten 233a gleitet auf dem ersten Führungselement 232a. Ein zweiter Schlitten 233b gleitet auf dem zweiten Führungselement 232b. Der erste Schlitten 233a ist an einem Steuerriemen 234a befestigt. Ein Schrittmotor 235a weist eine Ausgangswelle mit einem Zahnrad oder desgleichen (nicht ge zeigt) auf, um den Steuerriemen 234a anzutreiben. Der Schrittmotor 235a verschiebt, wenn er rotiert, den Steuerriemen 234a in der Richtung nach rechts und nach links. Auf die gleiche Weise ist der zweite Schlitten 233b an einem Steuerriemen 234b befestigt. Ein Schrittmotor 235b weist eine Ausgangswelle mit einem Zahnrad oder desgleichen (nicht gezeigt) auf, um den Steuerriemen 234b anzutreiben. Der Schrittmotor 235b verschiebt, wenn er rotiert, den Steuerriemen 234b in der Richtung nach rechts und nach links.
Der erste Schlitten 233a trägt ein Ende eines ersten Arms 236a, so daß der erste Arm 236a Drehschwingungen ausführen kann. Der zweite Schlitten 233b trägt ein Ende eines zweiten Arms 236b, so daß der zweite Arm 236b Drehschwingungen ausführen kann. Das andere Ende des ersten Arms 236a und das andere Ende des zweiten Arms 236b sind an der gleichen Achse des Schubelements 237 angelenkt. Das Schubelement 237 ist mit einer Manipulatorhand 216 ausgerüstet. Der erste und der zweite Schlitten 233a und 233b sind auf einer Seite des Schubelements 237 angeordnet. Ein paralleles Verbindungsstück 238, das parallel zu dem ersten Arm 236a angeordnet ist, verbindet das Schubelement 237 mit dem ersten Schlitten 233a. Dadurch ist das Schubelement 237 stabil gehalten.
Ein Winkelsensor 239 ist koaxial zur Drehachse des parallelen Verbindungsstücks 238 des ersten Schlittens 233a vorgesehen. Der Winkelsensor 239 detektiert einen Schnittwinkel α zwischen dem ersten Arm 236a und dem ersten Führungselement 232a.
Gemäß der Anordnung des oben beschriebenen Verbindungsarmmechanismus 230 sind die Schrittmotorkabel vor Bruch geschützt, weil die Schrittmotoren 235a und 235b unabhängig von der Verschiebebewegung der Schlitten 233a, 233b und des Schubelements 237 feststehend an der Basis 231 befestigt sind.
Jeder der Schrittmotoren 235a und 235b weist einen elektromagnetischen Sperr-Bremsmechanismus auf, der seine Rotorwelle unter einer Federkraft sperren kann, um die Position der Schrittmotoren 235a und 235b sicher zu halten. Dadurch wird es möglich, zu verhindern, daß das Schubelement 237 aufgrund des Eigengewichts im Fall eines Ausfalls der elektrischen Energie herunterfällt. Zum leichteren Verständnis ist die in 15 gezeigte Manipulatorhand 216 in einer um 90 Grad gedrehten Position gezeichnet.
Indem die Handhabungsvorrichtung 205, die den oben beschriebenen Verbindungsarmmechanismus 230 anwendet, angenommen wird, wird die Gesamthöhe H2 der automatischen Zentrifuge 201 innerhalb von 1450 mm gehalten, was die Augenhöhe eines durchschnittlichen weiblichen Bedieners ist.
Die oben beschriebene automatische Zentrifuge 201 arbeitet gemäß dem in 17 gezeigten Flußdiagramm. Danach beginnt der Controller 214 der automatischen Zentrifuge 201 seinen Betrieb in Ansprechen auf die Energiezufuhr. Bei einem Schritt 1450 wird geprüft, ob der Rotor 207 rotiert. Die Rotation des Rotors 207 kann detektiert werden, indem die Impulse gezählt werden, die von einem Codierer 264 des Antriebsmotors 209 erzeugt werden. Ein Magnet 217 ist integral in dem Rotor 207 vorgesehen. Ein Hall-Element 263, das mit dem Magneten 217 in Wechselwirkung steht, erzeugt in Ansprechen auf die Rotation des Rotors 207 ein Impulssignal. Die Frequenz des erzeugten Impulssignals wird in ein Spannungssignal umgewandelt, aus dem die Rotation des Rotors 207 detektiert werden kann. Wenn die Rotation des Rotors 207 von einem der beiden oben beschriebenen Rotationserfassungsmechanismen detektiert wird, wird eine Bremskraft an den Antriebsmotor 209 angelegt, um die Rotation des Rotors 207 zu stoppen. Wenn der Rotor 207 nicht rotiert, wartet der Controller 214 auf einen Anfangsbetriebsbefehl, der von einem Host-Computer (d. h. einer externen Steuereinrichtung) 270 kommt, der über ein RC232C-Kommunikationskabel 271 angeschlossen ist.
Beim Empfang des von dem Host-Computer 270 erzeugten Anfangsbetriebsbefehls wird bei einem Schritt 1451 ein Anfangsbetrieb durchgeführt. Im besonderen wird ein Drehsolenoid 268 erregt, um einen Drehzapfen 218 nach unten zu bewegen. Der Drehzapfen 218 wird knapp über der Mitte des Rotors 207 angeordnet. Der Drehzapfen 218 korrigiert, wenn er abgesenkt wird, die Neigung des Rotors 207. Anschließend werden die Schrittmotoren 235a und 235b aktiviert, um die elektromagnetische Sperre zu lösen. Der Verbindungsarmmechanismus 230 beginnt einen Ursprungrückführungsbetrieb, der auf die folgende Weise durchgeführt wird.
Die Höhe der Manipulatorhand 216 wird auf der Grundlage des von dem Winkelsensor 239 detektierten Winkels α und der Länge des ersten Arms 236a erhalten. Dann werden jeweils die Verhalten der Schlitten 233a und 233b berechnet, um ein vertikales Anheben der Manipulatorhand 216 zu verwirklichen. Auf der Grundlage der berechneten Antriebsimpulsraten werden die Schrittmotoren 235a und 235b angesteuert, um die Manipulatorhand 216 nach oben zu verschieben. Dann wird unter Bezugnahme auf das Winkelsignal des Winkelsensors 239 geprüft, ob die Manipulatorhand 216 eine Zielhöhe erreicht hat. Nach Abschluß der Bestätigung werden die Schlitten 233a und 233b gleichzeitig mit der gleichen Geschwindigkeit in Richtung des Ursprungsensors (nicht gezeigt) verschoben. Dadurch wird der Verbindungsarmmechanismus 230 zum Ursprung zurückgeführt und der Ursprungrückführungsbetrieb ist abgeschlossen.
Nachstehend wird der Betrieb des oben beschriebenen Verbindungsarmmechanismus 230 unter Bezugnahme auf das in 19 gezeigte zweidimensionale (rechtwinklige) Koordinatensystem erläutert, wobei eine X-Achse die Richtung nach rechts und nach links darstellt und eine Z-Achse die Richtung nach oben und nach unten darstellt.
Der vertikale Verschiebebetrieb der Manipulatorhand 216 kann verwirklicht werden, indem der erste Schlitten 233a und der zweite Schlitten 233b derart gesteuert werden, daß die folgende Gleichung erfüllt ist.
wobei ”L1” die Länge des ersten Arms 236a darstellt, ”L2” die Länge des zweiten Arms 236b darstellt, ”d” den Abstand zwischen den Armdrehachsen des ersten Schlittens 233a und des zweiten Schlittens 233b darstellt, ”Ax” die Position des ersten Schlittens 233a in der Gleitrichtung darstellt und ”Bx” die Position des zweiten Schlittens 233b in der Gleitrichtung darstellt, und ”x1” die Position des Schubelements 237 in der Gleitrichtung darstellt.
Der Antriebsmotor 209 wird auf die folgende Weise gesteuert. Unter Verwendung der Signale der A-Phase, der B-Phase und der Z-Phase des Drehcodierers 264 erzeugt ein logischer NAND-Schaltkreis ein Auslösesignal von einem Impuls pro Umdrehung. Das Drehimpulssignal des Codierers 264 wird in vorherbestimmten Intervallen zurückgekoppelt, um Befehlsdaten (d. h. ein Zieldrehwinkel und eine Zielwinkelgeschwindigkeit) des Antriebsmotors 209 zu berechnen. Auf der Grundlage der Differenz zwischen den berechneten Befehlswerten und tatsächlichen Daten werden PID-Regelungsdaten erhalten. Die PID-Regelungsdaten bestehen im allgemeinen aus proportionalen, integralen und differenziellen Elementen. Dann wird unter Bezugnahme auf die derart erhaltenen PID-Regelungsdaten der Antriebsmotor 209 durch die PWM-Steuerung (d. h. Impulsbreitenmodulations-Steuerung) angesteuert.
Der derart gesteuerte Antriebsmotor 209 dreht den Rotor 207 mit einer niedrigen Geschwindigkeit von ungefähr 20 min^–1, bis der Rotor 207 eine Beladeposition für das Gestell 202 erreicht, die in bezug auf das Auslösesignal im voraus angegeben ist.
Ein Zähler IC (nicht gezeigt), der die von dem Codierer 264 erzeugten Impulse zählt, wird in Ansprechen auf jeden Eintritt des Auslösesignals gelöscht. Um irgendeine Störung zwischen dem Verbindungsarmmechanismus 230 und dem Antriebsmotor 209 zu vermeiden, wird die Rotation des Rotors 207 gesteuert, nachdem der Anhebebetrieb der Manipulatorhand 216 abgeschlossen ist.
Nach Abschluß des Ursprungrückführungsbetriebs wird eine Tür 219 von der Manipulatorhand 216 geöffnet. Die Tür 219 befindet sich über dem Rotor 207. Um die Anwesenheit des Gestells 202 in dem Behälter 206 zu prüfen, wird die Manipulatorhand 216 abgesenkt und geschlossen, um den Betrieb zum Suchen des Gestells 202 durchzuführen. Ein Handmotor 267 ist über einen Nockenmechanismus (nicht gezeigt) mit der Manipulatorhand 216 verbunden, um das Schließen der Manipulatorhand 216 zu steuern. Wenn die Manipulatorhand 216 nach unten in Richtung des Behälters 206 verschoben ist, stößt die Manipulatorhand 216 absichtlich an den Umfang des Behälters, um die Position des Behälters 206 zu korrigieren, wenn sich der Behälter 206 aus einer horizontal ausgeglichenen Position neigt, nachdem ein Schwingbetrieb abgeschlossen ist.
Um die Manipulatorhand 216 nach unten zu verschieben, werden die erforderlichen Impulsraten der Schrittmotoren 235a und 235b im voraus berechnet und gespeichert. Jeder der Schrittmotoren 235a und 235b wird angesteuert, indem nacheinander die gespeicherten Impulsraten ausgelesen werden. Anschließend verschiebt sich die Manipulatorhand 216 seit lich in eine Gestellentladeposition und schließt ihren Griff. Ein Gestellsensor 261, mit dem die Manipulatorhand 216 ausgerüstet ist, detektiert das Gestell 202, wenn es von der Manipulatorhand 216 gehalten wird. Wenn irgendein Gestell 202 von der Manipulatorhand 216 gehalten wird, verschiebt sich die Manipulatorhand 216 nach oben und setzt das Gestell 202 auf das Fließband 204 gemäß dem Befehl von dem Host-Computer 270. Wenn kein Gestell 202 in der Manipulatorhand 216 detektiert wird, verschiebt sich die Manipulatorhand 216 nach oben, um den Positionierbetrieb für die Manipulatorhand 216 und den Rotor 207 durchzuführen. Bei jeder Stop-Position der Manipulatorhand 216 wird geprüft, ob die Differenz zwischen den tatsächlichen Daten des Winkels α, der von dem Winkelsensor 239 detektiert wird, und den berechneten Daten innerhalb eines vorherbestimmten zulässigen Bereiches liegt. Auf der Grundlage dieses Vergleichs wird das Hinaustreten der jeweiligen Schrittmotoren 235a und 235b detektiert. Der Absenkbetrieb der Manipulatorhand 216 entlang des Behälterumfanges wird einmal für jeden Behälter 206 durchgeführt, um jedes Gestell 202 herauszunehmen. Nach der Bestätigung der Abwesenheit des Gestells 202 in jedem Behälter 206 wartet der Controller 214 auf den nächsten Eintragsbetrieb.
Bei einem in 17 gezeigten Schritt 1452 führt der Controller 214 den Eintragsbetrieb in Ansprechen auf einen von dem Host-Computer 270 ausgesandten Befehl (d. h. ein Eintragsbetriebsbefehl) durch. Zuerst wird ein Stopper-Solenoid 269 erregt, um einen Stopper 220 zu aktivieren, der das Gestell 202 stoppt, das Proben trägt, die entlang des Fließbandes 204 fließen. Dann verschiebt sich die Manipulatorhand 216 zum Fließband 204, um das Gestell 202 aufzunehmen und bewegt sich dann über den Behälter 206. Andererseits positioniert der Antriebsmotor 209 den Rotor 207 in eine Gestellbeladeposition. Die Manipulatorhand 216 wird abgesenkt, um das Gestell 202 in den Behälter 206 zu setzen. Durch Wieder holen dieses Betriebs wird eine erforderliche Anzahl an Gestellen 202 in den Behälter 206 geladen. Im Hinblick auf das Halten des Gleichgewichts wird jedes geradzahlige Gestell 202 in einen entgegengesetzten Behälter 206 gesetzt, der winklig um 180° um die Achse des Rotors 207 herum von dem Behälter 206 eines ungeradzahligen Gestells 202 beabstandet ist, das unmittelbar zuvor beladen wurde. Der Stopper 220 wird in einer zurückgezogenen Position gehalten, wenn er nicht betätigt wird. Ein Stopper-Sensor 266 überwacht immer den Stopper 220, der zufällig in Richtung des Fließbandes 204 hervorstehen kann.
Als nächstes führt der Controller 214 bei einem Schritt 1453 einen Zentrifugenbetrieb in Ansprechen auf einen von dem Host-Computer 270 ausgesandten Befehl (d. h. einen Zentrifugenbetriebsbefehl) aus. Wenn die Gesamtzahl der beladenen Gestelle 202 eine ungerade Zahl ist, wird ein Dummy-Gestell 221 in einen geeigneten Behälter 206 gesetzt, um das Gleichgewicht während des Zentrifugenbetriebs zu verbessern. In diesem Fall weist das Dummy-Gestell 221 ein Durchschnittsgewicht der beladenen Gestelle 202 auf. Wie es in den 14 und 15 gezeigt ist, sind das Gestell 202 auf dem Fließband 204, das von dem Stopper 220 gestoppt worden ist, das Dummy-Gestell 221 und der Behälter 206, der mit dem Gestell 202 beladen ist, im wesentlichen auf der gleichen Höhe entlang einer Linie ausgerichtet, die normalen zum Fließband 204 steht. Diese Anordnung gestattet den Eintrags- oder Austragsbetrieb, wobei die Handhabungsvorrichtung 205 zwei Freiheitsgrade aufweist.
Das Dummy-Gestell 221 und jedes Gestell 202 weisen eine unterschiedliche Form auf. Ein Dummy-Sensor 262 unterscheidet sie auf der Grundlage eines Schließwinkels der Manipulatorhand 216, der gemäß der Differenz der Gestellausgestaltung schwankt. Um zu verhindern, daß die Tür 219 durch den Luftdruck geflutet wird, der während des Zentrifugenbe triebs erzeugt wird, ist die Manipulatorhand 216 auf der Tür 219 angeordnet. In diesem Fall wird den Schrittmotoren 235a und 235b kein Erregungsstrom zugeführt. Die Manipulatorhand 216 fällt aufgrund ihres Eigengewichts herunter, bis sie auf der Tür 219 landet. Dann wird der Strom für die elektromagnetische Sperre für jeden Schrittmotor derart gesteuert, daß die Drehwelle jedes Schrittmotors gesperrt wird. Die gesperrte Manipulatorhand 216 hält die Tür 219 sicher.
Anschließend wird die Energiezufuhr zu dem Drehsolenoid 268 gestoppt. Der Drehsolenoid 268 wird knapp über der Mitte des Rotors 207 angeordnet. Bei der Deaktivierung des Drehsolenoids 268 wird der Drehzapfen 218 durch eine Federkraft nach oben zurückgeführt. Danach wird der Antriebsmotor 209 gedreht, um die Fliehkrafttrennung jeder Testprobe durchzuführen. Während einer Beschleunigung des Antriebsmotors 209 wird dem Antriebsmotor 209 ein konstanter Strom zugeführt, bis die Drehung des Antriebsmotors 209 eine Zielgeschwindigkeit von z. B. 3000 min^–1 erreicht.
Um den Zentrifugenbetrieb durchzuführen, wird der Antriebsmotor 209 bei dieser Zielgeschwindigkeit für eine vorherbestimmte Zentrifugierzeit, z. B. fünf Minuten, angesteuert. Dann wird der Antriebsmotor 209 verzögert. Es gibt drei Arten von Verzögerungsverfahren, um eine Verunreinigung der zentrifugierten Testprobe zu vermeiden. Ein erstes ist ein natürliches Verzögerungsverfahren, um den Antriebsmotor 209 durch aerodynamische oder mechanische Reibung zu verzögern, unter der Bedingung, daß dem Antriebsmotor 209 keine elektrische Energie zugeführt wird. Ein zweites ist ein gewöhnliches Verzögerungsverfahren, um den Antriebsmotor 209 in einem Hochgeschwindigkeitsbereich unter Verwendung der Nutzbremsung zu verzögern, und ihn dann in einem Niedergeschwindigkeitsbereich langsam zu verzögern. Ein drittes ist ein parabolisches Verzö gerungsverfahren, um den Antriebsmotor 209 entlang einer parabolischen Geschwindigkeitskurve zu verzögern. Gemäß dem natürlichen Verzögerungsverfahren und dem parabolischen Verzögerungsverfahren wird der Rotor 207 einmal gestoppt und wird dann mit einer sehr langsamen Geschwindigkeit gedreht, um das Gestell 202 in eine vorherbestimmte Entladeposition zu bringen. Gemäß dem gewöhnlichen Verzögerungsverfahren wird die Drehgeschwindigkeitssteuerung zu einer Positionssteuerung umgeschaltet, wenn die Drehgeschwindigkeit des Rotors 207 auf einen vorherbestimmten Wert, z. B. 20 min^–1, verringert ist. Gemäß der Positionssteuerung wird das Gestell 202 in der vorherbestimmten Entladeposition angeordnet, ohne den Rotor 207 einmal zu stoppen. Außerdem ist es möglich, einen stufenartigen Zentrifugenbetrieb gemäß einer beliebigen Zentrifugengeschwindigkeitskurve, z. B. eine in 20 gezeigte Kurve 280, zu verwirklichen, um ein Einstellen eines optimalen Zentrifugenbetriebs zu ermöglichen. Das oben beschriebene Verzögerungsverfahren oder der stufenartige Zentrifugenbetrieb werden durch einen von dem Host-Computer 270 ausgesandten Befehl angegeben. Die automatische Zentrifuge 201 arbeitet gemäß diesem Befehl.
Obwohl das Dummy-Gestell 221 verwendet wird, um das Gleichgewicht während des Zentrifugenbetriebs zu verbessern, gestattet die automatische Zentrifuge 201 die Fliehkrafttrennung eines einzelnen Proberöhrchens 203 ohne die Verwendung des Dummy-Gestells 221. Um dies zu verwirklichen, ist eine Kugelausgleichseinrichtung 222 an einem oberen Teil des Rotors 207 vorgesehen. Eine bewegliche Kugel, die in der Kugelausgleichseinrichtung 222 enthalten ist, stellt das Gleichgewicht ein. Ein Beschleunigungssensor 223, der an einem unteren Teil des Antriebsmotors 209 vorgesehen ist, detektiert eine ungewöhnliche Schwingung des Antriebsmotors 209. Wenn das Beschleunigungssignal des Beschleuni gungssensors 223 einen vorherbestimmten Wert überschreitet, wird der Antriebsmotor 209 gebremst, um den Rotor 207 anzuhalten.
Nach Abschluß des Zentrifugenbetriebs führt der Controller 214 bei einem in 17 gezeigten Schritt 1454 einen Austragsbetrieb in Ansprechen auf einen von dem Host-Computer 270 ausgesandten Befehl (d. h. einen Austragsbetriebsbefehl) durch. Zuerst wird der Drehsolenoid 268 erregt, um den Drehzapfen 218 abzusenken und somit die Neigung des Rotors 207 zu korrigieren. Die Schrittmotoren 235a und 235b werden aktiviert, um die elektromagnetische Sperre zu aktivieren. Die Manipulatorhand 216 wird in eine vorherbestimmte Höhe angehoben, um den Ursprungrückführungsbetrieb durchzuführen. Danach wird die über dem Rotor 207 vorgesehene Tür 219 von der Manipulatorhand 216 geöffnet. Die Manipulatorhand 216 verschiebt sich über den Umfang des Behälters 206 und stößt dann an den Behälter 206, um die Position des Behälters 206 zu korrigieren, wenn sich der Behälter 206 aus einer horizontal ausgeglichenen Position neigt. Nach dem Korrigieren der Neigung verschiebt die Manipulatorhand 216 das Gestell 202 seitlich in die Entladeposition. Dann hält die Manipulatorhand 216 das Gestell 202, um es anzuheben und es auf das Fließband 204 zu setzen. Auf die gleiche Weise wie der Anfangsbetrieb wird der Neigungskorrekturbetrieb einmal für jeden Behälter 206 durchgeführt. Anschließend wird das von dem Host-Computer 270 angegebene Gestell 202 aus dem Gestell 206 ausgetragen. Der Austragsbetrieb wird auf die folgende Weise durchgeführt.
Der Host-Computer 270 bestimmt die Austragsreihenfolge flexibel. Beispielsweise ist es möglich, den Austragsbetrieb des Gestells 202 gemäß der Eintragsreihenfolge und dem Beladungsort durchzuführen, die in einem Speicher der CPU-Platine 214a gespeichert sind. Nach Abschluß des Austragsbetriebs aller Gestelle 202 wird das Dummy-Gestell 221 in seine Ausgangsposition zurückgeführt. Dann wartet der Controller 214 darauf, daß der nächste Eintragsbetriebsbefehl von dem Host-Computer 270 erzeugt wird, und wiederholt die oben beschriebenen Eintrags-, Zentrifugen- und Austragsbetriebsarten, die durch die in 17 gezeigten Schritte 1452 bis 1454 definiert sind.
Während des oben beschriebenen Betriebs des Antriebsmotors 209 wird die Temperatur der Kammer 211 innerhalb eines vorherbestimmten Bereiches gehalten. Ein Thermistor (nicht gezeigt) ist an einem unteren Teil der Kammer 211 vorgesehen. Ein Widerstandswert des Thermistors wird in eine Temperaturänderung umgewandelt. Die Kühleinrichtung 213 wird auf der Grundlage der Differenz zwischen einer Solltemperatur, die von dem Host-Computer 270 angegeben wird, und der erfaßten tatsächlichen Temperatur ein- und ausgeregelt. Die Solltemperatur ist im Bereich von 10°C bis 30°C in Schrittweiten von 0,1°C wählbar. Das bei dem Zentrifugenbetrieb verwendete Temperatursteuerverfahren unterscheidet sich von dem, das bei anderen Betriebsarten verwendet wird. Während anderer Betriebsarten als dem Zentrifugenbetrieb wird die Kühleinrichtung 213 eingeschaltet, bis die Temperatur am unteren Teil der Kammer 211 auf –3 Grad in bezug auf die Solltemperatur abnimmt, und wird für 120 Sekunden oder mehr ausgeschaltet. Wenn die Temperatur anschließend auf ein Niveau von –1 Grad in bezug auf die Solltemperatur ansteigt, wird die Kühleinrichtung 213 für 40 Sekunden oder mehr eingeschaltet, bis die Temperatur auf –3 abnimmt. Der Temperaturregelbetrieb wird auf diese Weise wiederholt. Während des Zentrifugenbetriebs wird die Kühleinrichtung 213 eingeschaltet, bis die Temperatur am unteren Teil der Kammer 211 auf –5 Grad in bezug auf die Solltemperatur abnimmt, und wird für 120 Sekunden oder mehr ausgeschaltet. Wenn die Temperatur anschließend auf ein Niveau von –3 Grad in bezug auf die Solltemperatur ansteigt, wird die Kühleinrichtung 213 für 40 Sekunden oder mehr eingeschaltet, bis die Temperatur auf –5 abnimmt. Außerdem wird ein Korrekturtemperaturwert 290 zur Solltemperatur addiert, um die gesteuerte Zieltemperatur zu korrigieren. Wie es in 21 gezeigt ist, beträgt der Korrekturtemperaturwert 290 im Bereich unter 2000 min^–1 4,3 Grad und nimmt mit einem Gradienten von –5,8/1000 (Grad/min^–1) ab. Der Korrekturtemperaturwert 290 wird bestimmt, um die Wärmeerzeugung der Testprobe in einem Hochgeschwindigkeitsbereich zu korrigieren. Gemäß dem oben beschriebenen Temperatursteuerverfahren wird die Kühleinrichtung 213 ein-aus-geregelt, um die Temperatur der Testprobe innerhalb eines vorherbestimmten Bereiches zu halten.
Zusammengefaßt umfaßt eine automatische Zentrifuge 201 eine Handhabungsvorrichtung 205 zum Verschieben einer Testprobe aus einer vorherbestimmten Position, einen Rotor 207, der mit einem Behälter 206 ausgerüstet ist, der die Testprobe aufnimmt, einen Antriebsmotor 209 zum Drehen des Rotors, eine Kammer 211, die den Rotor umgibt, und eine Kühleinrichtung 213 zum Kühlen der Kammer, und die automatische Zentrifuge weist eine Höhe H2 auf, die gleich oder kleiner als 1450 mm ist. Ein Fließband 204, das die Testprobe befördert, weist eine Höhe H1 im Bereich von 750 mm bis 850 mm auf. Die Handhabungsvorrichtung der Testprobe ist durch einen Verbindungsarmmechanismus gebildet, der einen ersten und einen zweiten Schlitten 233a, 233b, einen ersten und einen zweiten Arm 236a, 236b und eine Manipulatorhand 216 umfaßt. Die Manipulatorhand wird verschoben, indem der erste und der zweite Schlitten derart gesteuert werden, daß die folgende Beziehung erfüllt ist
wobei ”L1” die Länge eines ersten Arms darstellt, ”L2” die Länge eines zweiten Arms darstellt, ”d” den Abstand zwischen den Armdrehachsen an dem ersten Schlitten und dem zweiten Schlitten darstellt, ”Ax” die Position des ersten Schlittens in der Gleitrichtung darstellt und ”Bx” die Position des zweiten Schlittens in der Gleitrichtung darstellt, und ”x1” die Position des Schubelements in der Gleitrichtung darstellt.

Claims

Zentrifugenbetriebssystem, das eine automatische Zentrifuge (201) und ein zugehöriges Fließband (204) umfaßt, wobei die automatische Zentrifuge (201) eine Handhabungsvorrichtung (205) zum Verschieben einer Testprobe aus einer vorherbestimmten Position, einen Rotor (207), der mit einem Behälter (206) ausgerüstet ist, der die Testprobe aufnimmt, einen Antriebsmotor (209) zum Drehen des Rotors, eine Kammer (211), die den Rotor umgibt, und eine Kühleinrichtung (213) zum Kühlen der Kammer umfasst; die Handhabungsvorrichtung (205) oberhalb der Kammer (211) angeordnet ist und ein erstes Führungselement (232a) und ein zweites Führungselement (232b) umfaßt, welche jeweils entlang einer Linie angeordnet sind, die normal zu einer Drehachse des Antriebsmotors steht, einen ersten Schlitten (233a) umfaßt, der entlang des ersten Führungselements (232a) verschiebbar ist, einen zweiten Schlitten (233b) umfaßt, der entlang des zweiten Führungselements (232b) verschiebbar ist, einen ersten Arm (236a) umfaßt, dessen eines Ende mit dem ersten Schlitten (233a) drehbar verbunden ist und dessen anderes Ende mit einem Schubelement (237) drehbar verbunden ist, das mit einer Manipulatorhand (216) zum Halten der Testprobe ausgerüstet ist, und einen zweiten Arm (236b) umfaßt, dessen eines Ende mit dem zweiten Schlitten (233b) drehbar verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem Schubelement (237) drehbar verbunden ist, wobei die Schlitten (233a, 233b) stets auf einer Seite des Schubelements (237) angeordnet sind und das Schubelement (237) durch Steuerung der Verschiebepositionen des ersten und zweiten Schlittens (233a, 233b) über und unter die Führungselemente (232a, 232b) bewegbar ist; die automatische Zentrifuge (201) einschließlich der Handhabungsvorrichtung (205) eine Gesamthöhe (H2) aufweist, die gleich oder kleiner als 1450 mm ist; und das Fließband (204) zum Befördern der Testprobe dient und eine Höhe (H1) im Bereich von 750 mm bis 850 mm aufweist.
Zentrifugenbetriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (213) unter dem Antriebsmotor (209) angeordnet ist.
Zentrifugenbetriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (209) einen rotierenden Betrieb mit einer hohen Geschwindigkeit zum Drehen des Rotors mit hohen Geschwindigkeiten durchführt, um der Testprobe eine Fliehkraft zu verleihen, und auch einen rotierenden Betrieb mit einer niedrigen Geschwindigkeit durchführt, um eine Winkelposition des Rotors zu bestimmen, wenn der Rotor angehalten ist.
Zentrifugenbetriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (209) ein Servomotor ist.
Zentrifugenbetriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Zentrifuge (201) einen Controller (214) umfaßt, der mit einer externen Steuervorrichtung (270) über ein Kommunikations kabel (271) verbunden ist, um den Betrieb der automatischen Zentrifuge (201) gemäß einem von der externen Steuervorrichtung (270) ausgesandten Befehl zu steuern.
Zentrifugenbetriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein paralleles Verbindungsstück (238) parallel zu dem ersten Arm (236a) angeordnet ist, um das Schubelement (237) mit dem ersten Schlitten (233a) zu verbinden.