JP2015085490A - ロボットシステム、検査方法および被検査物の生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく再現性の高いベンチワークを実施すること。【解決手段】実施形態に係るロボットシステムは、検知センサと、アームと、指示部とを備える。上記検知センサは、液体の界面を検知する。上記アームは、上記液体が入れられた容器を保持する保持機構を含む。上記指示部は、上記容器を保持したままこの容器が上記検知センサのセンシング領域にかかるように上記アームを動作させて上記界面を検知させる。【選択図】図２

Description

開示の実施形態は、ロボットシステム、検査方法および被検査物の生産方法に関する。

従来、人によってなされていた作業をロボットに行わせることで自動化を図るための技術が種々提案されている。

たとえば、バイオメディカル分野等においては、血液や髄液、尿、組織の一部等の検体に対し施される、試薬の注入や撹拌、分離、上澄み液の吸引、加熱、冷却といった所定の作業（以下、「ベンチワーク」と記載する）をロボットに行わせるロボットシステムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

なお、かかるロボットシステムにおいてロボットが行う作業の典型的な一例としては、マイクロチューブ等に入った液体を、マイクロピペットを用いて精確に量り取り、他の容器へ移すいわゆる「ピペッティング」を挙げることができる。

特開２００７−１７５０６０号公報

しかしながら、上述した従来技術には、精度よく再現性の高いベンチワークを実施するうえで、更なる改善の余地がある。

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、精度よく再現性の高いベンチワークを実施することができるロボットシステム、検査方法および被検査物の生産方法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システムは、検知センサと、アームと、指示部とを備える。前記検知センサは、液体の界面を検知する。前記アームは、前記液体が入れられた容器を保持する保持機構を含む。前記指示部は、前記容器を保持したまま該容器が前記検知センサのセンシング領域にかかるように前記アームを動作させて前記界面を検知させる。

実施形態の一態様によれば、精度よく再現性の高いベンチワークを実施することができる。

図１Ａは、実施形態に係るロボットシステムの構成を示す平面模式図である。 図１Ｂは、検知部の構成を示す正面模式図である。 図２は、実施形態に係るロボットシステムのブロック図である。 図３Ａは、ロボットの構成を示す正面模式図である。 図３Ｂは、ロボットの構成を示す平面模式図である。 図４Ａは、ハンドの構成を示す斜視模式図である。 図４Ｂは、把持部の構成を示す平面模式図である。 図４Ｃは、マイクロチューブの把持例を示す側面模式図である。 図４Ｄは、ピペットの把持例を示す側面模式図である。 図５Ａは、ピペットの構成を示す模式図（その１）である。 図５Ｂは、ピペットの構成を示す模式図（その２）である。 図６Ａは、液面高さの検知手法の説明図（その１）である。 図６Ｂは、液面高さの検知手法の説明図（その２）である。 図６Ｃは、液面高さの検知手法の説明図（その３）である。 図６Ｄは、液面高さの検知手法の説明図（その４）である。 図７Ａは、ピペッティング動作の一例を示す模式図（その１）である。 図７Ｂは、ピペッティング動作の一例を示す模式図（その２）である。 図７Ｃは、ピペッティング動作の一例を示す模式図（その３）である。 図７Ｄは、ピペッティング動作の一例を示す模式図（その４）である。 図７Ｅは、ピペッティング動作の一例を示す模式図（その５）である。 図７Ｆは、ピペッティング動作の一例を示す模式図（その６）である。 図７Ｇは、ピペッティング動作の一例を示す模式図（その７）である。 図７Ｈは、ピペッティング動作の一例を示す模式図（その８）である。 図８Ａは、ピペッティング動作の変形例を示す模式図（その１）である。 図８Ｂは、ピペッティング動作の変形例を示す模式図（その２）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システム、検査方法および被検査物の生産方法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ベンチワークを実施する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」と記載する。

また、以下では、ベンチワークの代表例として、「ピペッティング」を主に採り上げて説明を進める。

図１Ａは、実施形態に係るロボットシステム１の構成を示す平面模式図である。また、図１Ｂは、検知部２１の構成を示す正面模式図である。

なお、図１Ａおよび図１Ｂ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１Ａ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（後述）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右ハンド１４Ｒ、左ハンド１４Ｌを内部に進入させた状態で作業をさせる構成としてもよい。

処理用機器としては、たとえば、図１Ａに示すように、検知部２１やインキュベータ２２、加熱・冷却器２３、撹拌機２４、遠心機２５、試験管立て２６、ピペット立て２７、シャーレ台２８といったものが挙げられる。

なお、試験管立て２６にはマイクロチューブＭＴが、ピペット立て２７にはピペットＭＰやバキューム吸引器ＡＳといった吸引器が、シャーレ台２８にはシャーレＳＣがそれぞれ保持される。これらマイクロチューブＭＴやピペットＭＰ、バキューム吸引器ＡＳ、シャーレＳＣもまた処理用機器に含まれる。

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３０を備える。制御装置３０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３０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。かかる制御装置３０の具体的な構成については、図２を用いて後述する。なお、制御装置３０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３０からの動作指示を受けて動作する双腕型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３Ａ以降を用いて後述する。

作業台２０は、ロボット１０が、処理用機器を用いてベンチワークを実施する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を用いてマイクロチューブＭＴを把持しながら、かかるマイクロチューブＭＴに入れられた液体を、右ハンド１４Ｒを用いて把持したピペットＭＰでピペッティング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３０等に登録される。

制御装置３０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へ出力する。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。

ところで、ピペッティングなどを行う際、従来技術によれば、マイクロチューブＭＴ内の液体の界面の高さ位置（以下、「液面高さ」と言う場合がある）を検知せず、液面下方の大まかな位置にピペットＭＰの先端を進入させ、液体を吸引などする場合が多かった。

このため、吸引されて液体の量が変化したり、沈殿物が生じたりしている場合に、所定の分量を吸引できなかったり、上澄みだけを取り出したいのに沈殿物が混入したりする場合があった。すなわち、精度よく再現性の高いベンチワークを実施するうえで、更なる改善の余地があった。

そこで、本実施形態では、液面高さを検知しながら、ロボット１０にピペッティングなどのベンチワークを実施させることとした。検知部２１は、かかる液面高さを検知しながらのロボット１０によるベンチワークの実施を可能とするユニットである。

図１Ｂに示すように、検知部２１は、治具２１ａと、検知センサ２１ｂとを備える。治具２１ａは、作業台２０から立設される支柱と、かかる支柱の先端から下垂させて設けられる当接部２１ａａとを有する。当接部２１ａａには、ピペットＭＰの尾部ＭＰ−Ｔ（後述）が押し付けられることとなる。この点については図７Ａ以降を用いて後述する。

検知センサ２１ｂは、発光部２１ｂａと、受光部２１ｂｂとを有し、光軸ａｘｏの形成領域をセンシング領域ＳＡとする光学式センサである。検知センサ２１ｂは、かかるセンシング領域ＳＡにおける光軸ａｘｏの透過量や屈折率等の変化によって液体の界面を検知する液面センサとして機能する。

なお、検知センサ２１ｂは、光軸ａｘｏが水平方向（図中のＸＹ平面に沿った方向）に略平行となるように設けられる。

そして、本実施形態では、たとえばピペッティングを行うに際し、かかる検知部２１を用いて液面高さを検知しながら、精確なピペッティングが可能となるようにロボット１０の動作を制御する。この点については、図６Ａ以降を用いて詳しく述べる。

次に、実施形態に係るロボットシステム１のブロック構成について、図２を用いて説明する。図２は、実施形態に係るロボットシステム１のブロック図である。なお、図２では、ロボットシステム１の説明に必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

また、図２を用いた説明では、主として制御装置３０の内部構成について説明することとし、既に図１Ａで示した各種装置や処理用機器については説明を簡略化するか省略する場合がある。

図２に示すように、制御装置３０は、制御部３１と、記憶部３２とを備える。制御部３１は、指示部３１ａと、液面情報取得部３１ｂとをさらに備える。また、指示部３１ａは、逆運動学演算部３１ａａと、位置情報取得部３１ａｂとを備える。

記憶部３２は、ハードディスクドライブや不揮発性メモリといった記憶デバイスであり、教示情報３２ａと、液面情報３２ｂとを記憶する。

なお、図２に示す制御装置３０の各構成要素は、すべてが制御装置３０単体に配置されなくともよい。たとえば、記憶部３２の記憶する教示情報３２ａおよび液面情報３２ｂのいずれかまたは双方を、ロボット１０が有する内部メモリに記憶させてもよい。また、制御装置３０の上位装置が記憶し、上位装置から制御装置３０が適宜取得してもよい。

制御部３１は、制御装置３０の全体制御を行う。指示部３１ａは、あらかじめ登録された教示情報３２ａと、液面情報取得部３１ｂによって適宜更新される液面情報３２ｂとに基づき、アーム１３を含むロボット１０を動作させる動作信号を生成して、ロボット１０へ向け出力する。

ここで、教示情報３２ａは、ベンチワークの種別などに応じて実際にロボット１０を動作させる特定のプログラムである「ジョブ」を含む。そして、指示部３１ａは、かかる「ジョブ」に対して、液面情報３２ｂに含まれる液面高さといった各種情報をパラメータとして加味しつつ、ロボット１０の動作態様を決定する。

そして、逆運動学演算部３１ａａにおいて逆運動学演算を実行して、アーム１３の各関節部それぞれの動作位置を算出する。そして、これに基づき、逆運動学演算部３１ａａが、アーム１３の各関節部に搭載されるサーボモータのそれぞれを動作させる動作信号を演算周期毎にそれぞれのサーボモータに与えるようになっている。

なお、動作信号は、たとえば、上記サーボモータそれぞれへのパルス信号として生成される。また、制御装置３０は、各サーボモータが有するエンコーダから自身の回転位置を示す位置信号（パルス信号）を取得するようになっており、位置情報取得部３１ａｂが、エンコーダの分解能に応じてアーム１３の位置情報（あるいは姿勢ｐｏｓｔｕｒｅ情報）を取得する。かかる位置情報取得部３１ａｂにおいて得られた位置情報は、逆運動学演算部３１ａａへ通知される。

液面情報取得部３１ｂは、検知センサ２１ｂが出力するＯＮ信号／ＯＦＦ信号を適宜取得して、これら信号取得時のアーム１３の位置情報等から液面高さを導出する。また、液面情報取得部３１ｂは、導出した液面高さを液面情報３２ｂに含んで記憶させる。

なお、検知センサ２１ｂは、液体を検知した場合にはＯＮ信号を、液体の上面（すなわち、液体の界面）を検知した場合にはＯＦＦ信号をそれぞれ出力するものとする。この点の詳細については、図６Ａ〜図６Ｄを用いて後述する。

以下、指示部３１ａの指示に基づいて動作するロボット１０の構成、および、ロボットシステム１におけるピペッティング動作の一例について、順次詳細に説明する。

まず、ロボット１０の構成例について、図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。図３Ａは、ロボット１０の構成を示す正面模式図であり、図３Ｂは、ロボット１０の構成を示す平面模式図である。

図３Ａ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、右アーム１３Ｒと、左アーム１３Ｌとを備える。

基台部１１は、安全キャビネット２（図１Ａ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まわりに旋回が可能となるように支持する（図３Ａ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１３Ｒの基端部を軸Ｓまわりに回動が可能となるように支持する。同様に、左肩部において左アーム１３Ｌの基端部を軸Ｓまわりに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）。

右アーム１３Ｒおよび左アーム１３Ｌ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３Ｂに示すように、右アーム１３Ｒおよび左アーム１３Ｌ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個のアームにつき７軸を有する。

そして、ロボット１０は、制御装置３０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。

なお、右アーム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４Ａ〜図４Ｄを用いて説明する。なお、本実施形態では、右ハンド１４Ｒおよび左ハンド１４Ｌは、左右が異なるのみでほぼ同一構成であるものとする。したがって、右ハンド１４Ｒおよび左ハンド１４Ｌを「ハンド１４」と総称する場合がある。また、これと同様に、右アーム１３Ｒおよび左アーム１３Ｌを「アーム１３」と総称する場合がある。

図４Ａは、ハンド１４の構成を示す斜視模式図である。また、図４Ｂは、把持部１４１の構成を示す平面模式図である。また、図４Ｃは、マイクロチューブＭＴの把持例を示す側面模式図である。また、図４Ｄは、ピペットＭＰの把持例を示す側面模式図である。

図４Ａに示すように、ハンド１４は、把持部１４１（保持機構）と、基部１４２と、カメラ部１４３とを備える。かかるハンド１４は、上述したように、アーム１３の終端可動部に取り付けられる。

把持部１４１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平行開閉式の１組の把持爪である。把持部１４１は、この１組の把持爪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。

基部１４２は、かかる把持部１４１をスライドさせるスライド機構を含む。カメラ部１４３は、把持対象物の形状等を撮像して識別するといった用途に用いられる撮像デバイスである。

また、図４Ｂに示すように、把持部１４１には、第１凹部１４１ａと、第２凹部１４１ｂと、第３凹部１４１ｃとが形成される。かかる第１凹部１４１ａ〜第３凹部１４１ｃは、たとえば、種別の異なる把持対象物の形状等にそれぞれ応じて形成される。

たとえば、図４Ｃに示すように、把持部１４１は、第１凹部１４１ａの間においてマイクロチューブＭＴを把持する。なお、マイクロチューブＭＴは蓋部ＭＴ−Ｃを有しており、把持部１４１は、その先端部やジグ等を用いてかかる蓋部ＭＴ−Ｃを開閉することも可能である。以下、この蓋部ＭＴ−Ｃについては、説明の便宜上、図示を省略する。

また、たとえば、図４Ｄに示すように、把持部１４１は、第２凹部１４１ｂの間および第３凹部１４１ｃの間においてピペットＭＰを把持する。具体的には、ピペットＭＰは、ホルダＭＰ−Ｈが取り付けられた状態で上述のピペット立て２７（図１Ａ参照）に保持されており、把持部１４１は、かかるホルダＭＰ−Ｈの把手部分を第３凹部１４１ｃの間で把持することで、ピペットＭＰを第２凹部１４１ｂの間に保持する。

なお、図４Ｄに示すように、ピペットＭＰは、チップＭＰ−Ｃ（吸引口）と、胴部ＭＰ−Ｂと、尾部ＭＰ−Ｔとを有する。ここで、後述の説明に備え、かかるピペットＭＰの構成についてあらかじめ述べておく。図５Ａおよび図５Ｂは、ピペットＭＰの構成を示す模式図（その１）および（その２）である。

一般に知られているように、ピペットＭＰは、試薬や上澄み液等の吸引や注入を行うための処理用機器である。図５Ａに示すように、尾部ＭＰ−Ｔは、押圧されることでチップＭＰ−Ｃから空気を吐出し（図中の矢印５０１および５０２参照）、胴部ＭＰ−Ｂ内へ液体を吸引するための陰圧を形成する。なお、図中の「−」（マイナス）を付した丸印は、胴部ＭＰ−Ｂ内に陰圧が形成されたことをあらわしている。

そして、このように生じた胴部ＭＰ−Ｂ内外の気圧差によって、図５Ｂに示すように、ピペットＭＰは、尾部ＭＰ−Ｔの押圧が解かれることでチップＭＰ−Ｃから胴部ＭＰ−Ｂ内へ液体を吸引することとなる（図中の矢印５０３および５０４参照）。そして、胴部ＭＰ−Ｂは、吸引された液体を保持する。

また、尾部ＭＰ−Ｔは、たとえば、スプリングといった付勢部材によって、自由状態においては非押圧状態となるように設けられている。

なお、本実施形態のように、バイオメディカル分野における処理用機器として用いられる場合には、ピペットＭＰは、微量（例えば１μｌ〜１０００μｌ程度）の液体の体積を精確に計量および分注可能なマイクロピペットであることが好ましい。ただし、マイクロピペットに限らず、ホールピペットや、メスピペット、駒込ピペット、パスツールピペット等であってもよい。

図４Ｂの説明に戻り、把持部１４１の突起部１４１ｄについて説明する。把持部１４１は、複数個（ここでは４個）の突起部１４１ｄをさらに備える。突起部１４１ｄは、シャーレＳＣ（図１Ａ参照）を保持するための部材である。

具体的には、ロボット１０は、シャーレＳＣを保持する際には、把持部１４１へシャーレＳＣを載置し、把持爪を閉じて、突起部１４１ｄでシャーレＳＣの外縁を挟み込むことによってシャーレＳＣを把持する。

このように、把持部１４１が、第１凹部１４１ａ〜第３凹部１４１ｃや突起部１４１ｄを備えることによって、１組の把持爪であっても、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、ベンチワークにおいて用いられる多種多様な処理用機器に対し、把持部１４１を都度交換することなく、効率的に、ベンチワークを進めることができる。

なお、ベンチワークにおいては、脆い素材の処理用機器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凹部１４１ａ〜第３凹部１４１ｃや突起部１４１ｄは、たとえば、Ｒを付けて形成されることが好ましい。

次に、本実施形態における液面高さの具体的な検知手法について説明する。図６Ａ〜図６Ｄは、液面高さの検知手法の説明図（その１）〜（その４）である。なお、液体が入れられる容器は、マイクロチューブＭＴであるものとする。

本実施形態では、把持部１４１にマイクロチューブＭＴを保持させたまま、マイクロチューブＭＴが検知センサ２１ｂのセンシング領域ＳＡにかかるようにアーム１３を動作させて液体の界面を検知させることによって液面高さを導出する。なお、アーム１３の動作は、上述の指示部３１ａの指示に基づく。

具体的には、図６Ａに示すように、指示部３１ａは、把持部１４１にマイクロチューブＭＴを保持させつつアーム１３を動作させ、発光部２１ｂａおよび受光部２１ｂｂにより光軸ａｘｏが形成されたセンシング領域ＳＡへ進入するようにマイクロチューブＭＴを下降させる（図中の矢印６０１参照）。

そして、図６Ｂに示すように、マイクロチューブＭＴが光軸ａｘｏを遮り、検知センサ２１ｂは、マイクロチューブＭＴ内の液体を検知する。このとき、検知センサ２１ｂからＯＮ信号が出力され、上述の液面情報取得部３１ｂ（図２参照）によって取得される。そして、指示部３１ａは、アーム１３にさらにマイクロチューブＭＴを下降させる（図中の矢印６０２参照）。

そして、図６Ｃに示すように、光軸ａｘｏの透過量が変化することで、検知センサ２１ｂは、マイクロチューブＭＴ内の液体上面（すなわち、界面）を検知する。このとき、検知センサ２１ｂからはＯＦＦ信号が出力され、液面情報取得部３１ｂによって取得される。

そして、液面情報取得部３１ｂは、かかるＯＦＦ信号を取得したときのアーム１３の位置情報から、液面高さを導出する。

つづいて、図６Ｄに示すように、指示部３１ａは、ロボット１０にチップＭＰ−ＣをマイクロチューブＭＴに挿し込ませ、ピペットＭＰで液体を吸引させる。このとき、指示部３１ａは、吸引量ａによってマイクロチューブＭＴ内の液面高さが変化しても、かかる液面の高さ位置を略一定に保つようにアーム１３（右アーム１３Ｒおよび左アーム１３Ｌの少なくともいずれか）の動作を調整する。

具体的には、指示部３１ａは、検知センサ２１ｂからの出力がＯＦＦ信号に保たれるように、たとえば、マイクロチューブＭＴ内の液面が下降するのにあわせて、アーム１３にマイクロチューブＭＴを上昇させる（図中の矢印６０３参照）。

また、この間、検知センサ２１ｂからＯＮ信号が出力されるようであれば、液面の下降速度よりもマイクロチューブＭＴの上昇速度が大きいので、指示部３１ａは、かかる上昇速度を抑制させて、検知センサ２１ｂからの出力をＯＦＦ信号に保つ速度制御もあわせて行う。

このようにして、本実施形態では、検知部２１を用いて液体の液面高さを検知しながら、精確なピペッティングが可能となるようにロボット１０の動作を制御する。これにより、精度よく再現性の高いベンチワークを実施することが可能となる。

さらに具体的に、本実施形態におけるピペッティング動作の一例について説明する。図７Ａ〜図７Ｈは、ピペッティング動作の一例を示す模式図（その１）〜（その８）である。

図７Ａに示すように、本実施形態ではたとえば、右ハンド１４ＲにピペットＭＰを保持させるとともに、左ハンド１４ＬにマイクロチューブＭＴを保持させながら、ロボット１０にピペッティングを行わせる。

このとき、ピペットＭＰによる液体の吸引は、ロボット１０に、尾部ＭＰ−Ｔを治具２１ａの当接部２１ａａへ押し付けさせ、あるいは、かかる押し付けを解かせることによって行われる。

具体的に説明する。まず、図７Ｂに示すように、指示部３１ａは、ロボット１０に右ハンド１４Ｒの把持部１４１でピペットＭＰを保持させ、尾部ＭＰ−Ｔを治具２１ａの当接部２１ａａへ押し付けさせる（図中の矢印７０１参照）。これにより、胴部ＭＰ−Ｂの内部は陰圧が形成された状態となる。

そして、図７Ｃに示すように、指示部３１ａは、ロボット１０に、左ハンド１４Ｌの把持部１４１でマイクロチューブＭＴを保持させ、上述の検知手法（図６Ａ〜図６Ｄ参照）を用いて液面高さを検知させる。また、あわせてピペットＭＰをマイクロチューブＭＴへ挿し込ませ、チップＭＰ−Ｃを液面高さよりもさらに下方位置に位置付ける。

そして、図７Ｄに示すように、指示部３１ａは、徐々に尾部ＭＰ−Ｔの押し付けを解くことによってマイクロチューブＭＴ内の液体がピペットＭＰに吸引されるように、ロボット１０に右ハンド１４Ｒ（すなわち、右アーム１３Ｒ）を下降動作させる（図中の矢印７０２参照）。

また、このとき、指示部３１ａは、ロボット１０に、右アーム１３Ｒの動作に応じて液面高さが略一定に保たれるように、たとえば、左ハンド１４Ｌ（すなわち、左アーム１３Ｌ）を上昇動作させて、マイクロチューブＭＴを上昇させる（図中の矢印７０３参照）。

このように、本実施形態では、指示部３１ａは、尾部ＭＰ−Ｔを治具２１ａに押し付けて胴部ＭＰ−Ｂ内に陰圧を形成した状態でピペットＭＰをマイクロチューブＭＴへ挿し込み、徐々に尾部ＭＰ−Ｔの押し付けを解くことによって液体が吸引されるように右アーム１３Ｒを動作させる。あわせて指示部３１ａは、右アーム１３Ｒの動作に応じて液体の界面の高さ位置が略一定に保たれるように左アーム１３Ｌの動作を調整する。

すなわち、本実施形態では、液面高さを検知しつつ、ロボット１０の右アーム１３Ｒおよび左アーム１３Ｌを連係して動作させ、精確に液面高さを略一定に保つ制御を行う。これにより、精確なピペッティング動作を行うことができるので、精度よく再現性の高いベンチワークを実施するのに資することができる。

ところで、このような連係制御は、液面高さを略一定に保つとともに、図７Ｅに示すように、ピペットＭＰのチップＭＰ−Ｃの先端が液面から所定の微小量ｂだけ下方に保たれるように行われることが好ましい。

このように、チップＭＰ−Ｃの先端を液面から所定の位置に保つことで、図７Ｆに示すように、マイクロチューブＭＴ内で液体が上澄みｌｑ１と沈殿物ｌｑ２との２層に分離しているような場合に上澄みｌｑ１のみを吸引するといったピペッティングを精確に行うことが可能となる。すなわち、精度よく再現性の高いベンチワークを実施するのに資することができる。

なお、このような分離界面の検知は、たとえば、図７Ｇに示すような構成をとることで実現可能である。すなわち、発光部２１ｂａ−１および受光部２１ｂｂ−１の組と、発光部２１ｂａ−２および受光部２１ｂｂ−２の組とを、それぞれの光軸ａｘｏ１およびａｘｏ２が交差する（ねじれの位置を含む）ように配置する。

そして、それぞれの組が検知する光の透過量や屈折率等の閾値を異なるものに設定すればよい。これにより、たとえば、図７Ｈに示すように、上澄みｌｑ１、沈殿物ｌｑ２および中間層ｌｑ３の３層に液体が分離しているような場合であっても、中間層ｌｑ３の液面高さを検知することが可能となる。

そして、かかる中間層ｌｑ３の上面から所定の下方位置にチップＭＰ−Ｃの先端を保つことによって、中間層ｌｑ３のみをピペッティングすることが可能となる。すなわち、精度よく再現性の高いベンチワークを実施するのに資することができる。

ところで、これまでは、尾部ＭＰ−Ｔの押圧が必要なピペットＭＰを用いるピペッティング動作の一例を例に挙げたが、本実施形態における液面高さの検知手法は、押圧不要のバキューム吸引器ＡＳを用いる場合にも適用可能である。

次に、かかる場合を変形例として、図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、ピペッティング動作の変形例を示す模式図（その１）および（その２）である。

図８Ａに示すように、ピペッティングに際しては、押圧不要のバキューム吸引器ＡＳを用いる場合がある。たとえば、図８Ａには、右ハンド１４Ｒにてバキューム吸引器ＡＳを保持し、左ハンド１４ＬにてマイクロチューブＭＴを保持する場合を図示している。

かかるバキューム吸引器ＡＳにおいては、吸引源（図示略）による吸引が行われるため、上述したような尾部ＭＰ−Ｔの治具２１ａへの押し付けを行う必要がない。このため、図８Ａに示すように、バキューム吸引器ＡＳの姿勢を鉛直方向に沿わせることなく傾けたままで液体を吸引させることが可能である。

そして、かかる場合、図８Ｂに示すように、検知センサ２１ｂ（すなわち、発光部２１ｂａおよび受光部２１ｂｂ）による液面高さの検知は、マイクロチューブＭＴを傾けつつ、バキューム吸引器ＡＳの延在方向に沿って上昇させることによって行うことができる（図中の矢印８０１参照）。

また、このとき、バキューム吸引器ＡＳのチップＡＳ−Ｃが、液面から所定の下方位置に略一定に保たれるように、右アーム１３Ｒおよび左アーム１３Ｌが連係制御されることが好ましい。

これにより、図８Ｂに示すように、たとえば、斜めに傾いたマイクロチューブＭＴ内の液体が、上述のように上澄みｌｑ１および沈殿物ｌｑ２の２層に分離しているような場合であっても、上澄みｌｑ１のみをピペッティングするといった動作が可能となる。すなわち、精度よく再現性の高いベンチワークを実施するのに資することができる。

上述してきたように、実施形態に係るロボットシステムは、検知センサと、アームと、指示部とを備える。上記検知センサは、液体の界面を検知する。上記アームは、上記液体が入れられた容器を保持する保持機構を含む。上記指示部は、上記容器を保持したままこの容器が上記検知センサのセンシング領域にかかるように上記アームを動作させて上記界面を検知させる。

したがって、実施形態に係るロボットシステムによれば、精度よく再現性の高いベンチワークを実施することができる。

ところで、上述した実施形態では、液体が入れられた容器がマイクロチューブである場合を主たる例に挙げたが、容器の種別を問うものではない。たとえば、シャーレであってもよいし、ビーカーであってもよい。無論、マイクロチューブ以外の試験管であってもよい。

また、上述した実施形態では、ベンチワークの代表例としてピペッティングを主に採り上げたが、液体の界面を検知しつつ実施することが高い精度につながるベンチワークであれば、上述した検知手法を適用可能である。

たとえば、容器から液体を吸引するのではなく、容器へ精確に分注するような場合に、分注された液体の液面高さを検知しながら、液面高さを略一定に保ち、かつ、ピペットの先端が上昇する液面に進入し過ぎないように、ロボットにアームの少なくともいずれか一方の動作を調整させてもよい。

また、上述した実施形態は、検査方法にも適用可能である。すなわち、検査方法が、液体の界面を検知する検知工程と、上記液体が入れられた容器を保持する保持機構を含むアームを、上記容器を保持したままこの容器が上記検知工程のセンシング領域にかかるように動作させて上記界面を検知させる指示工程とを含むこととすればよい。

また、上述した実施形態は、被検査物の生産方法にも適用可能である。すなわち、被検査物の生産方法が、液体の界面を検知する検知工程と、上記液体が入れられた容器を保持する保持機構を含むアームを、上記容器を保持したままこの容器が上記検知工程のセンシング領域にかかるように動作させて上記界面を検知させる指示工程とを含むこととすればよい。かかる被検査物の生産方法により、たとえば、バイオメディカル分野の検体処理における被検査物を生産することができる。

また、上述した実施形態では、ロボットが、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。たとえば、複数台の単腕ロボットであってもよい。

また、上述した実施形態では、ロボットの各アームが７軸である場合を例に挙げたが、軸数を限定するものではない。

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
１３ アーム
１３Ｌ 左アーム
１３Ｒ 右アーム
１４ ハンド
１４Ｌ 左ハンド
１４Ｒ 右ハンド
１４１ 把持部
１４１ａ 第１凹部
１４１ｂ 第２凹部
１４１ｃ 第３凹部
１４１ｄ 突起部
１４２ 基部
１４３ カメラ部
２０ 作業台
２１ 検知部
２１ａ 治具
２１ａａ 当接部
２１ｂ 検知センサ
２１ｂａ、２１ｂａ−１、２１ｂａ−２ 発光部
２１ｂｂ、２１ｂｂ−１、２１ｂｂ−２ 受光部
２２ インキュベータ
２３ 加熱・冷却器
２４ 撹拌機
２５ 遠心機
２６ 試験管立て
２７ ピペット立て
２８ シャーレ台
３０ 制御装置
３１ 制御部
３１ａ 指示部
３１ｂ 液面情報取得部
３２ 記憶部
３２ａ 教示情報
３２ｂ 液面情報
ＡＳ バキューム吸引器
ＡＳ−Ｃ チップ
Ｂ 軸
Ｅ 軸
Ｌ 軸
ＭＰ ピペット
ＭＰ−Ｂ 胴部
ＭＰ−Ｃ チップ
ＭＰ−Ｈ ホルダ
ＭＰ−Ｔ 尾部
ＭＴ マイクロチューブ
ＭＴ−Ｃ 蓋部
Ｒ 軸
Ｓ 軸
ＳＡ センシング領域
ＳＣ シャーレ
ＳＷ 軸
Ｔ 軸
Ｕ 軸
ａｘｏ、ａｘｏ１、ａｘｏ２ 光軸
ｌｑ１ 上澄み
ｌｑ２ 沈殿物
ｌｑ３ 中間層

Claims (7)

1. 液体の界面を検知する検知センサと、
   前記液体が入れられた容器を保持する保持機構を含むアームと、
   前記容器を保持したまま該容器が前記検知センサのセンシング領域にかかるように前記アームを動作させて前記界面を検知させる指示部と
   を備えることを特徴とするロボットシステム。
2. 前記アームである第１アームと、
   前記液体を吸引する吸引器を保持する保持機構を含む第２アームと
   を備え、
   前記指示部は、
   前記検知センサの検知結果に基づいて前記界面の高さ位置を略一定に保つように前記第１アームおよび前記第２アームの少なくともいずれか一方の動作を調整しつつ、前記容器から前記吸引器に前記液体を吸引させること
   を特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記吸引器は、吸引口と、吸引された前記液体を保持する胴部と、押圧されることで前記胴部内に前記液体を吸引するための陰圧を形成する尾部とを有するピペットであり、
   前記容器は、マイクロチューブであること
   を特徴とする請求項２に記載のロボットシステム。
4. 前記尾部を押し付け可能に設けられた治具
   をさらに備え、
   前記指示部は、
   前記尾部を前記治具に押し付けて前記陰圧を形成した状態で前記ピペットを前記マイクロチューブへ挿し込み、徐々に前記尾部の押し付けを解くことによって前記液体が吸引されるように前記第２アームを動作させるとともに、該第２アームの動作に応じて前記界面の高さ位置が略一定に保たれるように前記第１アームの動作を調整すること
   を特徴とする請求項３に記載のロボットシステム。
5. 前記検知センサが検知する前記界面は、
   前記液体が２層以上に分離されて形成された分離界面を含むこと
   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システム。
6. 液体の界面を検知する検知工程と、
   前記液体が入れられた容器を保持する保持機構を含むアームを、前記容器を保持したまま該容器が前記検知工程のセンシング領域にかかるように動作させて前記界面を検知させる指示工程と
   を含むことを特徴とする検査方法。
7. 液体の界面を検知する検知工程と、
   前記液体が入れられた容器を保持する保持機構を含むアームを、前記容器を保持したまま該容器が前記検知工程のセンシング領域にかかるように動作させて前記界面を検知させる指示工程と
   を含むことを特徴とする被検査物の生産方法。

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