JP2015003374A - ロボット、ロボットの製造方法および袋体 - Google Patents

ロボット、ロボットの製造方法および袋体 Download PDF

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Abstract

【課題】クリーン性能と防塵防滴性能との両立を図ること。【解決手段】実施形態に係るロボットは、ロボットハンドと、袋体とを備える。上記ロボットハンドは、ロボットアームに設けられる。上記袋体は、上記ロボットハンドの少なくとも一部を覆うように装着される。【選択図】図4A

Description

開示の実施形態は、ロボット、ロボットの製造方法および袋体に関する。
従来、バイオメディカル分野において、血液や髄液、尿、組織の一部等の検体に対し、ロボットハンドを用いて、試薬の注入や撹拌、分離といった検体処理を行うロボットが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
かかるロボットは、ロボットハンドにたとえば平行開閉式の把持爪を有しており、かかる把持爪で、検体の入ったシャーレや試験管等を把持しつつ搬送したり、ピペットを把持して試薬を注入したりといった動作を行う。
ところで、平行開閉式の把持爪には、可動域にスリットが設けられているため、かかるスリットを介してロボットハンド内部の塵が外部に漏れたり、逆に外部の塵がロボットハンド内部に侵入したりするおそれがある。
このため、特にクリーン性能が要求されるロボットの場合には、ロボットハンド内部の空気圧を負圧にすることにより、ロボットハンド内部の塵が外部に漏れないようにする手法が提案されている。
また、特に防塵防滴性能が要求されるロボットの場合には、ロボットハンド内部の空気圧を陽圧にすることにより、外部の塵や液滴がロボットハンド内部に侵入しないようにする手法が提案されている。
特開2012−117878号公報
しかしながら、上述の空気圧を用いた従来技術では、クリーン性能と防塵防滴性能との両立を図りにくいという問題があった。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、クリーン性能と防塵防滴性能との両立を図ることができるロボット、ロボットの製造方法および袋体を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係るロボットは、ロボットハンドと、袋体とを備える。前記ロボットハンドは、ロボットアームに設けられる。前記袋体は、前記ロボットハンドの少なくとも一部を覆うように装着される。
実施形態の一態様によれば、クリーン性能と防塵防滴性能との両立を図ることができる。
図1は、実施形態に係るロボットを含むロボットシステムの構成を示す平面模式図である。 図2Aは、ロボットの構成を示す正面模式図である。 図2Bは、ロボットの構成を示す平面模式図である。 図3Aは、ハンドの構成を示す斜視模式図である。 図3Bは、ハンドの構成を示す正面模式図である。 図3Cは、ハンドの構成を示す平面模式図である。 図3Dは、ハンドの構成を示す底面模式図である。 図4Aは、手袋を装着した状態のハンドを示す斜視模式図(その1)である。 図4Bは、手袋を装着した状態のハンドを示す斜視模式図(その2)である。 図4Cは、手袋を装着した状態のハンドを示す平面模式図である。 図4Dは、手袋を装着した状態のハンドを示す正面模式図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボット、ロボットの製造方法および袋体の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
また、以下では、バイオメディカル分野において検体処理を行うロボットを例に挙げて説明を行う。また、ロボットのエンドエフェクタである「ロボットハンド」については、「ハンド」と記載する。また、ロボットアームについては、「アーム部」と記載する。
図1は、実施形態に係るロボット10を含むロボットシステム1の構成を示す平面模式図である。なお、図1には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするZ軸を含む3次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。
図1に示すように、ロボットシステム1は、直方体状の内部空間を有する安全キャビネット2を備える。また、ロボットシステム1は、かかる安全キャビネット2の内部に、ロボット10と、作業台20と、各種の処理用機器30とを備える。
なお、本実施形態では安全キャビネット2内部にロボット10を配置しているが、作業内容に応じては、安全キャビネット2の代わりにドラフトチャンバ、クリーンベンチなどの用途に応じた作業用筐体が適用されうる。また、ロボット10が安全キャビネット2等の外部に配置され、安全キャビネット2の前面扉などを通じてハンド部を内部に移動させた状態で作業をさせる構成としてもよい。
処理用機器30としては、たとえば、図1に示すように、シャーレ31や試験管32、ヘラ33、ピペット34、スプーン35、撹拌機36、遠心機37といったものが挙げられる。
また、ロボットシステム1は、安全キャビネット2の外部に制御装置40を備える。制御装置40は、ロボット10といった安全キャビネット2内部の各種装置と情報伝達可能に接続される。なお、その接続形態は、有線および無線を問わない。
ここで、制御装置40は、接続された各種装置の動作を制御するコントローラであり、種々の制御機器や演算処理装置、記憶装置などを含んで構成される。なお、制御装置40は、安全キャビネット2の内部に配設されてもよい。
ロボット10は、制御装置40からの動作指示を受けて動作する双腕のマニュピレータであり、右腕に右ハンド14Rを、左腕に左ハンド14Lを、それぞれ備える。かかる右ハンド14Rおよび左ハンド14Lを含むロボット10の構成の詳細については、図2A以降を用いて後述する。
作業台20は、ロボット10が、処理用機器30を用いて検体処理を行うためのワークスペースである。かかる作業台20において、たとえば、ロボット10は、左ハンド14Lを用いて試験管32を把持しつつ、かかる試験管32へ右ハンド14Rを用いてピペット34で試薬を注入するといった動作を行う。
なお、このようなロボット10の動作は、ロボット10を動作させる特定のプログラムである「ジョブ」に基づく。「ジョブ」は、図示略の入力装置(たとえば、プログラミングペンダントなど)を介してあらかじめ制御装置40等に登録される。
制御装置40は、かかる「ジョブ」に基づいてロボット10を動作させる動作信号を生成し、ロボット10へ送出する。この動作信号は、たとえば、ロボット10がその各関節部に搭載するサーボモータへのパルス信号として生成される。
次に、ロボット10の構成例について、図2Aおよび図2Bを用いて説明する。図2Aは、ロボット10の構成を示す正面模式図であり、図2Bは、ロボット10の構成を示す平面模式図である。
図2Aに示すように、ロボット10は、双腕型の多軸ロボットである。具体的には、ロボット10は、基台部11と、胴部12と、左アーム部13Lと、右アーム部13Rとを備える。
基台部11は、安全キャビネット2(図1参照)内部の床面などに固定され、先端部において胴部12を軸SWまわりの旋回が可能となるように支持する(図2A中の軸SWまわりの両矢印参照)。
胴部12は、基端部を基台部11によって支持され、右肩部において右アーム部13Rの基端部を、軸Sまわりの回動が可能となるように支持する。同様に、胴部12は、左肩部において左アーム部13Lの基端部を、軸Sまわりの回動が可能となるように支持する(いずれも図中の軸Sまわりの両矢印参照)。
左アーム部13Lおよび右アーム部13Rはそれぞれ、複数個のリンクと関節部によって構成され、基端部から先端部にかけての各関節部において、軸S、軸Eおよび軸Tまわりの回動が可能となるように設けられる(図中の軸S、軸Eおよび軸Tまわりの両矢印参照)。
また、図2Bに示すように、左アーム部13Lおよび右アーム部13Rはそれぞれ、軸L、軸U、軸Rおよび軸Bまわりの回動が可能である(図中の軸L、軸U、軸Rおよび軸Bまわりの両矢印参照)。すなわち、ロボット10は、1個のアーム部につき7軸を有する。
そして、ロボット10は、制御装置40からの動作指示に基づき、かかる7軸のアーム2個分と、軸SWまわりの旋回を組み合わせた多様な多軸動作を行うこととなる。
左アーム部13L、右アーム部13Rおよび胴部12の各関節部分の軸周りにはパッキン等により、左アーム部13L、右アーム部13Rおよび胴部12の内部と外部との防滴構造が形成されており、外部からの洗浄液による洗浄が可能となっている。
なお、右アーム部13Rの軸Tまわりの終端可動部には右ハンド14Rが、左アーム部13Lの軸Tまわりの終端可動部には左ハンド14Lが、それぞれ取り付けられる。
つづいて、右ハンド14Rおよび左ハンド14Lの構成例について、図3A〜図3Dを用いて説明する。なお、以下では、右ハンド14Rおよび左ハンド14Lが同一構成であるものとし、これらを「ハンド14」と総称しながら説明を進める。
図3Aは、ハンド14の構成を示す斜視模式図である。また、図3Bは、ハンド14の構成を示す正面模式図である。また、図3Cは、ハンド14の構成を示す平面模式図である。また、図3Dは、ハンド14の構成を示す底面模式図である。なお、これら図3A〜図3Dを含め、以下の説明に用いる各図では、説明の便宜上、ハンド14が上述の直交座標系に対し、図3Aに示す向きに向けられているものとする。
図3Aに示すように、ハンド14は、第1の把持部141と、第2の把持部142と、光センサ部143とを備える。
第1の把持部141は、先端部をX軸の正方向へ向けた1組の把持爪141aを有する。また、第2の把持部142は、先端部をZ軸の負方向へ向けた1組の把持爪142aを有する。
光センサ部143は、把持対象物の形状や把持対象物までの距離等を検出するための検出デバイスであり、受発光部143aを有する。
また、図3Bに示すように、第1の把持部141は、把持爪141aの可動域となる1組のスリット141bを有する。スリット141bは、たとえば、それぞれ図中のY軸に沿って平行となるように形成され、把持爪141aを互いに接近する向きあるいは遠ざかる向きにスライドさせる(図中の両矢印301参照)。
すなわち、把持爪141aは平行開閉式である。第1の把持部141は、かかる把持爪141aの間に把持対象物を挟み付けることによって、把持対象物を把持する。
なお、図3Cに示すように、把持爪141aの把持面には、第1の切り欠き141cと、第2の切り欠き141dとが形成される。かかる第1の切り欠き141cおよび第2の切り欠き141dは、たとえば、径の異なる試験管32のように、種別の異なる把持対象物の形状にそれぞれ応じて形成される。
これにより、1組の把持爪141aであっても、複数の種別の把持対象物を把持することが可能となる。すなわち、検体処理において用いられる多様な処理用機器30に対し、把持爪141aを都度交換することなく、効率的に、検体処理を進めることができる。
なお、検体処理においては、試験管32のように脆い素材の処理用機器30が用いられることも多いため、無用な破損等を防止するうえで、第1の切り欠き141cおよび第2の切り欠き141dは、たとえば、Rを付けて形成されることが好ましい。
また、第2の把持部142も、上述した第1の把持部141と同様に構成される。具体的には、図3Dに示すように、第2の把持部142は、把持爪142aの可動域となる1組のスリット142bを有する。
スリット142bは、それぞれ図中のY軸に沿って平行となるように形成され、把持爪142aを互いに接近する向きあるいは遠ざかる向きにスライドさせる(図中の両矢印302参照)。
すなわち、把持爪142aもまた平行開閉式である。第2の把持部142は、かかる把持爪142aの間に把持対象物を挟み付けることによって、把持対象物を把持する。
なお、図3A〜図3Dに示すように、互いに把持爪141a,142aの先端部の向きを異ならせることで、上述のように多様な処理用機器30に対し、ハンド14を都度交換することなく、効率的に、検体処理を進められるというメリットを得ることができる。
また、たとえば、図3A〜図3Dに示した構成例であれば、ハンド14の向きを90度変えるだけで、把持対象物に対して容易に把持爪141a,142aの切り替えを行うことができる。すなわち、多様な処理用機器30に対し、ロボット10を複雑に動作させることなく容易な制御で、検体処理を進めることができる。
ところで、ハンド14には、上述のようにスリット141b,142bが設けられているため、かかるスリット141b,142bを介してハンド14内部の塵が外部に漏れたり、逆に外部の塵がハンド14内部に侵入したりする可能性がある。
そこで、本実施形態では、かかるスリット141b,142bといったハンド14の少なくとも一部を覆うように、ハンド14に対して袋体を装着することとした。この点につき以下、図4A〜図4Dを用いて具体的に説明する。なお、以下では、「袋体」については、「手袋」と記載する。
図4Aは、手袋144を装着した状態のハンド14を示す斜視模式図(その1)である。また、図4Bは、手袋144を装着した状態のハンド14を示す斜視模式図(その2)である。また、図4Cは、手袋144を装着した状態のハンド14を示す平面模式図である。また、図4Dは、手袋144を装着した状態のハンド14を示す正面模式図である。
図4Aに示すように、実施形態に係るハンド14は、ハンド14の少なくとも一部を覆うように装着される手袋144をさらに備える。手袋144は、ゴムや化学繊維といった伸縮性を有する伸縮素材を含んで形成され、たとえば、図4Aに示すように、第1の把持部141および第2の把持部142を完全に覆うように装着される。
また、手袋144は、光センサ部143については覆わずに露出させ、光センサ部143の検出性能を損なわないようにしている。なお、図4Aでは、光センサ部143の全体を露出させた例を示しているが、少なくとも受発光部143aが露出されていればよい。
また、図4Bに示すように、手袋144は、開口部144aを有する。手袋144は、かかる開口部144aが、少なくとも前述の伸縮素材により形成される。手袋144は、この開口部144aを伸縮させることにより、ハンド14に対して着脱可能となる。
また、ハンド14は、開口部144aの周縁を折り返して形成された折り返し部(巻締め部ともいう)144bを有する。手袋144は、かかる折り返し部144bでハンド14に係止される。これは、折り返し部144bで手袋144の弾性力(バネ係数)が大きくなり、前述の伸縮素材の縮む力に拮抗して、折り返し部144bにより大きな摩擦力が作用するためである。これにより、手袋144は、固定具なしでハンド14に対し装着可能となる。
また、図4Cに示すように、手袋144は、密着してハンド14を覆う密着部144cと、間隙余裕をもってハンド14を覆う余裕部144dとをさらに有する。密着部144cは、少なくとも把持爪141aの先端部を覆う。
また、余裕部144dは、少なくとも把持爪141aの基端部およびかかる把持爪141aの可動域(すなわち、上述のスリット141b)を覆う。
ここで、図4Dに示すように、余裕部144dは、ひだ状の形状を有して形成される。これにより、ハンド14に手袋144を装着した状態であっても、把持爪141aを規制することなく開閉動作させることができる。なお、余裕部144dの形状はこれに限られるものでなく、把持爪141aを規制することなく開閉させられるのであれば、たとえば、蛇腹状であってもよい。
また、把持爪141aの先端部については、密着部144cが密着して覆っているので、把持爪141aによる把持動作に影響を与えにくい。すなわち、ハンド14に手袋144を装着した状態であっても、把持爪141aに支障なく把持対象物を把持させることができる。
このように、手袋144は、把持爪141aの把持動作に支障を与えることなく、把持爪141aの基端部およびその可動域を覆うので、ハンド14の内部の塵が外部に漏れないようにすることができる。
また、あわせて、外部の塵や液滴が、ハンド14の内部に侵入しないようにすることができる。すなわち、クリーン性能と防塵防滴性能とを両立させることができる。
なお、ここまでは、手袋144の主に第1の把持部141を覆う部分を例に挙げて説明を行なってきたが、第2の把持部142についても第1の把持部141と同様であるので、第2の把持部142に関しては説明を省略する。
図4Cの説明に戻る。ところで、図4Cに示すように、把持爪141aは、第1の切り欠き141cや第2の切り欠き141dを有したいわば入り組んだ形状をなしている。かかる第1の切り欠き141cや第2の切り欠き141dに該当する部分については、たとえば、少なくとも伸縮素材を用いて形成されることが好ましい。
かかる伸縮素材を用いることにより、把持対象物を把持していない場合においては、第1の切り欠き141cや第2の切り欠き141dに該当する部分に張力が作用して、前述の入り組んだ形状をなだらかにすることができる。したがって、たとえば、手袋144を装着したままハンド14をくまなく洗浄しやすいといったメリットを得ることができる。
あるいは、単位作業または単位時間毎に、手袋144を取り外し、新しい手袋144に交換することで、ハンド14についての洗浄作業を行なうことなく清潔な状態を保つことができるし、新しい手袋144に交換することで、洗浄が不十分であることで生じる不都合を低減することができる。
また、把持対象物を把持している場合においては、第1の切り欠き141cや第2の切り欠き141dに該当する部分が把持対象物に応じて変形するので、確実に把持対象物を把持できるというメリットを得ることができる。
また、把持爪141aの先端部等に対応する密着部144cは、ハンド14に密着していることもあって、余裕部144dに比して大きい応力がかかると考えられる。
このため、密着部144cに対しては、たとえば、余裕部144dに比して厚みを厚く形成して補強することとしてもよい。かかる厚みを厚くする手法としては、特に限定されるものではなく、たとえば、手袋144を形成する素材を密着部144cについては多層で用いたり、化学繊維等の補強材を用いたりしてもよい。
また、バイオメディカル分野においては薬品等を取り扱う機会も多いことから、手袋144を形成する素材については耐薬品性等を考慮すればより好ましい。
また、上述のロボット10を製造するにあたっては、ハンド14の少なくとも一部を手袋144で覆う被覆工程が含まれることとなる。
上述してきたように、実施形態に係るロボットは、ハンド(ロボットハンド)と、手袋(袋体)とを備える。上記ハンドは、アーム部(ロボットアーム)に設けられる。上記手袋は、上記ハンドの少なくとも一部を覆うように装着される。
したがって、実施形態に係るロボット、ロボットの製造方法および袋体によれば、クリーン性能と防塵防滴性能との両立を図ることができる。
なお、上述した実施形態では、ロボットが、7軸のアーム部を有する双腕ロボットである場合を例に挙げたが、これに限られるものではない。すなわち、アーム部にハンドが設けられていればよく、ロボットの腕の数や軸数を限定するものではない。
また、上述した実施形態では、1対で1組とする把持爪の組を例に挙げたが、1対に限ることなく、3つ以上で1組としてもよい。したがって、把持爪は平行開閉式に限られない。たとえば、3つの把持爪が、放射状に形成された3つのスリットに沿って互いに接近する向きあるいは遠ざかる向きにスライド可能に設けられたようなハンドであってもよい。
また、上述した実施形態では、伸縮素材としてゴムや化学繊維を挙げたが、ハンドに対して着脱可能となる伸縮性を有していればよくその素材の種別を問うものではない。なお、一例としては、ラテックスやポリウレタン繊維等が挙げられる。また、昨今、電子人工皮膚への応用も検討されている、「伸縮性導体」と呼ばれるゴムのように伸び縮みする高導電性フィルム等を用いてもよい。
また、上述した実施形態に、さらにハンド内部の空気圧を調整する手法を組み合わせてもよい。一例として、ハンドに手袋を装着した状態でハンド内部の空気圧を適度に負圧にすることによって、手袋をハンドに吸着させ、手袋をより確実にハンドに係止させてもよい。これは、たとえば、伸縮素材の伸縮性に劣化の懸念がある場合などに有効である。
逆に、ハンドに手袋を装着した状態でハンド内部の空気圧を適度に陽圧にすることによって、たとえば、手袋に適度なクッション性をもたせてもよい。これは、たとえば、脆い把持対象物を保護しつつ把持する場合などに有効である。
また、上述した実施形態では、バイオメディカル分野において検体処理を行うロボットを例に挙げたが、ロボットが行う処理の種別や分野を問うものではない。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1 ロボットシステム
2 安全キャビネット
10 ロボット
11 基台部
12 胴部
13L 左アーム部
13R 右アーム部
14 ハンド
14L 左ハンド
14R 右ハンド
20 作業台
30 処理用機器
31 シャーレ
32 試験管
33 ヘラ
34 ピペット
35 スプーン
36 撹拌機
37 遠心機
40 制御装置
141 第1の把持部
141a 把持爪
141b スリット
141c 第1の切り欠き
141d 第2の切り欠き
142 第2の把持部
142a 把持爪
142b スリット
143 光センサ部
143a 受発光部
144 手袋
144a 開口部
144b 折り返し部
144c 密着部
144d 余裕部
B 軸
E 軸
L 軸
R 軸
S 軸
SW 軸
T 軸
U 軸

Claims (11)

  1. ロボットアームに設けられるロボットハンドと、
    前記ロボットハンドの少なくとも一部を覆うように装着される袋体と
    を備えることを特徴とするロボット。
  2. 前記袋体は、
    伸縮性を有する伸縮素材により形成される開口部と、
    該開口部の周縁を折り返して形成された折り返し部と
    を有することを特徴とする請求項1に記載のロボット。
  3. 前記袋体は、
    前記折り返し部で前記ロボットハンドに係止されること
    を特徴とする請求項2に記載のロボット。
  4. 前記袋体は、
    前記伸縮素材を伸縮させることにより前記ロボットハンドに着脱可能であること
    を特徴とする請求項2または3に記載のロボット。
  5. 前記袋体は、
    密着して前記ロボットハンドを覆う密着部と、
    間隙余裕をもって前記ロボットハンドを覆う余裕部と
    をさらに有して形成され、
    前記ロボットハンドは、
    互いに接近する向きあるいは遠ざかる向きにスライド可能に設けられた把持爪の組を少なくとも1組備え、
    前記密着部は、
    前記把持爪の先端部を覆い、
    前記余裕部は、
    前記把持爪の基端部および該把持爪の可動域を覆うこと
    を特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のロボット。
  6. 異なる前記把持爪の組同士は、互いに先端部の向きが異なること
    を特徴とする請求項5に記載のロボット。
  7. 前記密着部は、
    前記余裕部に比して厚みを厚く形成されること
    を特徴とする請求項5または6に記載のロボット。
  8. 前記密着部は、
    補強材を用いて補強されること
    を特徴とする請求項5、6または7に記載のロボット。
  9. 前記余裕部は、
    ひだ状の形状を有して形成されること
    を特徴とする請求項5〜8のいずれか一つに記載のロボット。
  10. ロボットアームに設けられるロボットハンドの少なくとも一部を袋体で覆う被覆工程
    を含むことを特徴とするロボットの製造方法。
  11. 伸縮性を有する伸縮素材により形成される開口部と、
    該開口部の周縁を折り返して形成された折り返し部と
    を有し、
    ロボットハンドを覆い、前記折り返し部で前記ロボットハンドに係止されること
    を特徴とする袋体。
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