JP2016209949A - 検体処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
分子生物学的技術は、ほとんどの行程を作業従事者の手作業に依存しており、従事者の多大な時間と労力が費やされるにも関わらず、人的要因がもたらすバラツキなどデータの再現性に課題を残している。
また、検体によっては、生体にとって危険な毒性を有する細菌や劇薬等の危険物、高線量の放射性同位元素等を扱うことがあるため、作業の自動化は従事者の安全に寄与することができる。加えて、汎用の実験器具を用いた自動化により、大量の検体を長時間にわたって正確に処理することが可能となり、一連の作業の自動化は従事者の一層効率的な配置の面からも望まれている。
しかし、上記2つの把持部材が遠近する動作のみによって上記ホルダの操作を行うものであるため、上記ホルダを操作する動作が限られており、上記ホルダを用いたとしても行える操作・作業が制限されてしまう。したがって、熟練した作業者のテクニックやコツをまねた細かな作業を実験に採用することが困難であり、期待する処理を行えないことがある。
本発明の検体処理システムは、複数のアームを有する本体部と、上記アームに脱着可能に装着される複数の手先ツールとを備えたロボットを含み、上記アームに装着された手先ツールの届く範囲内に検体に対して処理を行うための処理用器具が配置される。
そして、検体に対して行う処理に応じて、上記ロボットが適切な手先ツールを選択し上記アームに装着して処理を行うものである。
ロボットの本体部1は、図1に示すように、複数のアーム2を有するものであり、上記ロボットは、検体処理動作を制御する演算装置、記憶装置、入出力装置等を備えた制御装置と相互通信可能に接続される。
アームの数は、多ければ多いほど、複数のアームを協調させることで複雑な操作・作業が可能になるが、本発明においては、処理に応じて手先ツールを交換するものであるため、可能な操作・作業の幅が格段に広いものである。したがって、アームが左右に二本あれば熟練者のテクニックやコツを再現した細かな検体処理が可能であり、さらに、省スペース化を図ることが可能となる。
また、上記手首部25の先端には、前記第五関節部205の回転軸方向と略直交方向の回転軸を有する第六関節部206(R、L)を有する。また、上記第六関節部206の回転によって自在に回転する手先ツールを装着する装着部26を備える。該装着部26に装着された手先ツールは、上記第六関節部206の回転に伴って回転する。
なお、アームの関節部は、回転軸方向が異なる関節部が3以上あればよく、6つに限られるものではない。
図1において、胴体部に備える2本アームは左右対称の構成であり、同一の符号を付して説明を省略する。
手先ツールを装着する手首部の装着部と手先ツールの手首部との接合部を図2に示す。
手先ツールの接合部51に係合穴511が設けられ、他方、手首部の先端に設けられた手先ツールを装着する装着部26には、上記係合穴511と係合する爪261が設けられる。そして、エアチャックによって手首ツールの脱着が行われる。
具体的には、上記手首部の装着部26の爪261をエアによって動作させ、上記手先ツールの接合部の係合穴511に引っ掛けることで、手首部25に手先ツールが装着される。
上記ハンドカメラ27は、汚れ防止の観点から防汚カバー271を備えることが好ましい。
具体的には、作業台等の端部に設けられたマーカーにより作業台等の外縁を認識し、該作業台上、すなわち、認識エリア内を撮影して得られた画像を2値化処理して、実験器具の有無、大きさ、形状を認識する。そして、手先ツールに設けられたファイバーセンサーからの情報、上記ハンドカメラ及びステレオカメラからの情報とから実験器具の正確な位置を認識する。
また、図3(c)に示すように、スライドレール上にロボットを複数配置し、複数のロボットを協調させて検体処理を行ってもよい。
なお、図3には直線状のスライドレール7を示したが、曲線部を有してもよく、円形や楕円形であってもよい。
本発明の検体処理システムは、アームの脱着可能に装着される複数の手先ツールを備え、行う処理に応じた手先ツールを選択し上記アーム2に装着して検体処理を行う。
手先ツールとしては、試験管、ビーカー、シャーレ、スクレーパー、ハケ、ガラス棒等の器具を把持する把持ハンドや、ピペットを操作するピペット操作ハンド等が挙げられる。
上記2つの把持部材52は、対向する側に略円弧上の凹部521が設けられ、2つ把持部材52が互いに遠近する方向に移動して処理用器具を把持する。なお、上記円弧状の凹部521は、シャーレ81や試験管83等と把持部材との接触面積が大きくなればよく、シャーレ81や試験管83の外形と同一形状をしている必要はない。
図4に示す把持ハンド5Aによれば、シャーレ等の上方から把持ハンド5Aを下してシャーレ等を把持するだけでなく、シャーレ等の側方から把持ハンド5Aの把持部材52侵入させて把持することができる。
図5に示す把持ハンド5Bによれば、シャーレ等の上端部を把持することができるため、障害物よけてシャーレ等を置くことができる。具体的には、後述する図6に示す把持ハンド5Cの把持突起522等と干渉することなく、シャーレ81を持ち替えることができる。
また、恒温槽等のドアの下部に設けられた図示しない突起に上記フック523を引っ掛けることで、シャーレ等を把持したままドアを開けることができる。
図6に示す把持ハンド5Cの把持部材は、図4に示す把持ハンドの把持部材52とは異なり、円弧状の凹部521を有さず、2つの把持部材の対向する側に直線部524を有する。2つの把持部材52の対向する側が直線状であることで、把持部材52上にシャーレ81等の縁が載った状態でしっかりと把持できるため、シャーレ等を搖動させて検体を撹拌する等の操作ができる。
また、恒温槽等のドアの上部に設けられた突起に上記フック523を引っ掛けることで、シャーレ等を把持したままドアを開けることができる。
上記把持部材対が遠近することで、図9示すように、上側の把持部材対でシャーレの蓋82を把持し、下側の把持部材対でシャーレ81を把持することができる。例えば、下側の把持対を支えるロッド525を伸ばし、上記2つの把持部材対の間隔を広げることでシャーレ等の蓋の開閉をワンハンドで行うことが可能となる。
図10に示す把持ハンド5Fは、上記の把持ハンド5A〜5Eとは把持部材52の配置が異なるものであり、2つの把持部材52の合わせ面が手先ツールを回転させる上記第六関節部206の回転軸の略延長線上に配置される。該把持ハンド5Fによれば、例えば、上記第六関節部206を回転させることで、把持ハンド5Fが把持するスクレーパー84の向きを変えることができる。上記第六関節部206の回転とアーム2の前後動とを協調させることで、シャーレ81の縁に沿ってスクレーパー84を動かすことができ、検体等を残さず掻き取ることが可能となる。
なお、2つの把持部材52はスクレーパーの柄に合わせた凹部521を有することが好ましい。
本発明の検体処理システムは、検体(細胞 血液、組織、尿等)に対して、試薬の注入、撹拌、分離、上澄み液の吸引、加熱や冷却等の処理を実行するシステムであり、スライドレール7上を移動する上記ロボットのアーム2の先端に装着された手先ツールが届く範囲内に処理用器具を有する。
処理用器具としては、シャーレ、シャーレ台、スクレーパー、スクレーパー立て、試験管、試験管立て、ピペット、ピペット立て、ディスポーザブルチップ、ディスポーザブルチップ立て、恒温槽、遠心機、撹拌機、加熱・冷却器、及びこれらを載置する作業台、廃液タンク、廃棄ボックス等、検体処理に使用される器具が挙げられる。
上記試験管を用いるときは、例えば図7に示す把持ハンド5Dが用いられる。
上記各ピペットは、それぞれ、図7に示すピペット操作ハンド5Gに定着して設けられ、各ピペット操作ハンド5Gがピペット立てに載置される。また、上記ピペット立ての近傍には、ディスポーザブルチップ立てに配置されたディスポーザブルチップを備える。
上記ロボットの動作は上記制御装置によって制御され、上記ロボットは上記制御装置からの動作指令が入力されることで動作を開始する。検体処理は両方のアームを協調して動作させて行うが、作業によってはいずれか一方のアームのみで行ってもよい。
その後、他方のアーム2(L)を動かして歳差運動のようにシャーレ81を揺らし、薬液を検体全体に行きわたらせる。このように、図6に示す把持ハンド5Cによれば、シャーレ81の底部の縁が把持部材52上に載った状態で把持することができ、かつシャーレの側壁が把持突起522で押さえているため、シャーレ81を揺らしてもずれることがない。
このとき、一方のアーム2(R)は、廃棄ボックス上でピペット操作ハンド5Gの押圧部材54でピペット85のプッシュボタン851を最後まで押し込み、ディスポーザブルチップ852を廃棄ボックスに投棄する。そして、ピペット操作ハンド5Gを載置台に置き、再び図5に示す把持ハンド5Bを装着する。
なお、図7に示す把持ハンド5Dや、図10に示す把持ハンド5Fを用いて恒温槽のドアを開けたり、スライド棚を引き出したりしてもよく、必ずしもドアや棚に上記フックを引っ掛けるための突起を設ける必要はない。
その後、他方のアーム(L)に装着された把持ハンド5Cのフック523を用いてスライド棚を元に戻し、恒温槽のドアを閉める。そして、他方のアーム2(L)は、図6に示す把持ハンド5Cを所定の載置台に置き、図11に示すピペット操作ハンド5Gを装着する。そして、ディスポーザブルチップ852をピペット85に嵌め込み、押圧部材54でピペット85のプッシュボタン851を押しながら、ピペット85の先端を薬液に浸け、プッシュボタン851を離して定量の薬液をピペット内に注入する。
そして、他方のアーム(L)は、廃棄ボックス上で、ピペット操作ハンド5Gの押圧部材54でピペット85のプッシュボタン851を最後まで押し込み、ディスポーザブルチップ852を廃棄ボックスに投棄する。その後ピペット操作ハンド5G、及び、図8に示す把持ハンド5Eを所定の載置台に置く。
そして、他方のアーム2(L)に装着された図6に示す把持ハンド5Cのフック523を恒温槽のドアの突起に引っ掛けて開ける。そして、上記フック523を恒温槽内のスライド棚に引っ掛け、スライド棚を引き出す。
そして、同じ一方のアーム2(R)を動かしスライド棚上の検体が入ったシャーレ81を把持ハンド5Bで把持し、該検体が入ったシャーレ81を、他方のアーム2(L)に装着された図6に示す把持ハンド5C上に置く。図6に示す把持ハンド5Cは該シャーレ81を把持する。
そして、ハンドカメラ27で検体が残っていないことを確認し、スクレーパー84を廃棄ボックスに投棄する。
図6に示す把持ハンド5Cによれば、シャーレ81の底部の縁が把持部材52上に載っており、把持突起522でシャーレ81の側壁を押さえて把持できるため、スクレーパー84で強く押しても把持ハンド5C上のシャーレ81がずれることがないため、確実に掻き寄せることが可能である。
2 アーム
21 肩部
22 上腕部
23 第一前腕部
24 第二前腕部
25 手首部
26 装着部
261 爪
27 ハンドカメラ
271 防汚カバー
201 第一関節部
202 第二関節部
203 第三関節部
204 第四関節部
205 第五関節部
206 第六関節部
3 基台
4 胴体部
407 第七関節部
5A 把持ハンド
5B 把持ハンド
5C 把持ハンド
5D 把持ハンド
5E 把持ハンド
5F 把持ハンド
5G ピペット操作ハンド
51 接合部
511 係合穴
512 コネクタ
52 把持部材
521 凹部
522 把持突起
523 フック
524 直線部
525 ロッド
53 ホルダ
54 押圧部材
6 頭部
61 ステレオカメラ
608 第八関節部
609 第九関節部
7 スライドレール
8 作業台
81 シャーレ
82 蓋
83 試験管
84 スクレーパー
85 ピペット
851 プッシュボタン
852 ディスポーザブルチップ
Claims (8)
- 複数のアームを有する本体部と、
上記アームに脱着可能に装着される複数の手先ツールと、を備え、
上記アームが複数の関節部と、アームの先端に手先ツールを装着する装着部とを有するものであり、
上記アームに装着された手先ツールの届く範囲内に検体に対して処理を行うための処理用器具が配置され、
処理に応じて手先ツールを選択し、上記アームに装着して検体に対する処理を行うことを特徴とする検体処理システム。 - 上記手先ツールが、把持ハンド、ピペット操作ハンドから選択される手先ツールを含むことを特徴とする請求項1に記載の検体処理システム。
- 上記把持ハンドが、互いに遠近する方向に移動する2つ把持部材を有する把持部材対を備え、上記2つ把持部材それぞれの上側に突出した把持突起を複数有する把持ハンドを含むことを特徴とする請求項2に記載の検体処理システム。
- 上記把持ハンドが、互いに遠近する方向に移動する2つ把持部材を有する把持部材対を備え、上記2つ把持部材それぞれの下側に突出した把持突起を複数有する把持ハンドを含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の検体処理システム。
- 上記把持ハンドが、互いに遠近する方向に移動する2つ把持部材を有する把持部材対を、該2つの把持部材が遠近する方向と略直交する方向に複数備え、
該複数の把持部材対が、上記2つ把持部材が遠近する方向と略直交方向に移動して遠近する把持ハンドを含むことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つの項に検体処理システム。 - 上記ピペット操作ハンドが、ピペットを固定するホルダと、押圧部材とを備え、
ピペット操作ハンドのみでピペットの操作が可能であることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1つの項に記載の検体処理システム。 - ディスポーザブルチップ立て中のディスポーザブルチップの有無を認識することを特徴とする請求項6に記載の検体処理システム。
- 上記本体部がスライドレール上を移動するものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の検体処理システム。
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