JP2021018125A - Dispensing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、分注装置に関する。 The present invention relates to a dispensing device.
米国特許公開第２００６／００４３１１１号（特許文献１）には、ロボット装置を用いて容器内の液体（飲料）を自動的に他の容器に注ぐように構成された飲料サーバが開示される。特許文献１では、ロボット装置は、ロボットアームおよびロボットハンドを有しており、コントローラからの指示に従ってロボットアームおよびロボットハンドを操作させることで、容器に飲料を注ぐように構成される。 U.S. Patent Publication No. 2006/0043111 (Patent Document 1) discloses a beverage server configured to automatically pour a liquid (beverage) in a container into another container using a robot device. In Patent Document 1, the robot device has a robot arm and a robot hand, and is configured to pour a beverage into a container by operating the robot arm and the robot hand according to an instruction from a controller.
試料に含まれる成分の定量・定性分析を行なう際には、所定量の試料または試薬を容器から分注する分注装置が用いられることがある。近年では、ロボットハンドおよびロボットアームにより構成され、制御プログラムに従って自動的に稼働するロボット装置を、分注装置を含む分析ラインに搭載することによって、試料の前処理から分析までの一連の作業を自動化した分析システムが提案されている。 When performing quantitative and qualitative analysis of the components contained in a sample, a dispensing device that dispenses a predetermined amount of sample or reagent from a container may be used. In recent years, a series of operations from sample pretreatment to analysis has been automated by mounting a robot device consisting of a robot hand and a robot arm, which automatically operates according to a control program, on an analysis line including a dispensing device. An analysis system has been proposed.
しかしながら、特許文献１に記載されるロボット装置は、容器内の液体全量を別の容器に注ぐように構成されているため、分注装置としての機能を有していない。そのため、当該ロボット装置を用いて分注量を精度良く制御するためには、分注先の別の容器を天秤に載せて、当該別の容器の重量を計測しながら試料を注ぐ必要があった。 However, the robot device described in Patent Document 1 does not have a function as a dispensing device because it is configured to pour the entire amount of liquid in the container into another container. Therefore, in order to accurately control the dispensing amount using the robot device, it is necessary to place another container at the dispensing destination on the balance and pour the sample while measuring the weight of the other container. ..
このようにすると、天秤の計測値を用いて分注量を制御することができる一方で、天秤を設置するスペースを確保する必要性から、分注装置および容器の配置における制約を受けることになる。その結果、分注装置および周辺装置の配置の自由度が低下することが懸念される。また、分注装置の使用態様にも制限が課されることになり、分析システムにおけるユーザの利便性を低下させることが懸念される。 In this way, while the dispensing amount can be controlled using the measured value of the balance, the need to secure a space for installing the balance imposes restrictions on the arrangement of the dispensing device and the container. .. As a result, there is a concern that the degree of freedom in arranging the dispensing device and peripheral devices will decrease. In addition, restrictions are imposed on the usage mode of the dispensing device, and there is a concern that the convenience of the user in the analysis system may be reduced.
この発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、試料を精度良く分注することができる分注装置であって配置の自由度が高いものを提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a dispensing device capable of accurately dispensing a sample and having a high degree of freedom in arrangement. Is.
本発明の一態様に係る分注装置は、容器を回転させることにより容器内に収容された液体試料を分注するように構成されたロボット装置と、ロボット装置の回転に伴って変化し、ロボット装置に作用する外力を検出するための力検出部と、ロボット装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、力検出部の検出値を用いて液体試料の分注量を検出する。制御装置は、分注量の検出値が目標値に一致する方向に向かってロボット装置による容器の回転角度を制御する。 The dispensing device according to one aspect of the present invention is a robot device configured to dispense a liquid sample contained in the container by rotating the container, and a robot device that changes with the rotation of the robot device. It includes a force detection unit for detecting an external force acting on the device and a control device for controlling the robot device. The control device detects the dispensing amount of the liquid sample using the detection value of the force detection unit. The control device controls the rotation angle of the container by the robot device in the direction in which the detected value of the dispensed amount matches the target value.
本発明によれば、配置の制約を受けることなく試料を精度良く分注することができる分注装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a dispensing device capable of accurately dispensing a sample without being restricted by arrangement.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰り返さないものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
［実施の形態１］
（分注装置の構成）
図１は、実施の形態１に係る分注装置の全体構成を示す図である。実施の形態１に係る分注装置１００は、容器５０内に収容された液体試料５２（以下、単に「試料」とも称する）を、別の容器に分注するための装置である。分注装置１００は、ロボット装置１０を用いて容器５０を操作することにより、容器５０から予め設定された量の試料５２を自動的に分注するように構成される。
[Embodiment 1]
(Configuration of dispensing device)
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a dispensing device according to the first embodiment. The dispensing device 100 according to the first embodiment is a device for dispensing the liquid sample 52 (hereinafter, also simply referred to as “sample”) contained in the container 50 into another container. The dispensing device 100 is configured to automatically dispense a preset amount of the sample 52 from the container 50 by operating the container 50 using the robot device 10.
図１を参照して、実施の形態１に係る分注装置１００は、ロボット装置１０と、力覚センサ２０と、制御装置３０とを備える。ロボット装置１０は、先端が移動可能である。以下の説明では、ロボット装置１０が設置される空間を、水平面上において互いに直交するＸ軸およびＹ軸と、鉛直上向きを正方向とするＺ軸とからなる三次元直交座標系で規定する。 With reference to FIG. 1, the dispensing device 100 according to the first embodiment includes a robot device 10, a force sensor 20, and a control device 30. The tip of the robot device 10 is movable. In the following description, the space in which the robot device 10 is installed is defined by a three-dimensional Cartesian coordinate system including an X-axis and a Y-axis that are orthogonal to each other on a horizontal plane and a Z-axis whose positive direction is vertically upward.
ロボット装置１０は、ロボットアーム１２と、ロボットハンド１４とを有する。ロボットアーム１２は、５軸もしくは６軸の複数の関節を有しており、互いが各関節にて接続される複数のアームを有する。 The robot device 10 has a robot arm 12 and a robot hand 14. The robot arm 12 has a plurality of joints of 5 axes or 6 axes, and has a plurality of arms connected to each other at each joint.
図１の例では、ロボットアーム１２は、６軸多関節で構成されており、基台１１０と、アーム部材に相当する６つのリンク１１１〜１１６とを有する。６つのリンク１１１〜１１６はそれぞれ、関節軸Ｊ１〜Ｊ６を図示した矢印周りに回転駆動可能に構成されている。各関節は関節駆動モータ（図示せず）等の駆動源により駆動する。関節駆動モータは、例えばサーボモータである。各関節が駆動することにより、ロボットアーム１２の姿勢は自由に変化する。 In the example of FIG. 1, the robot arm 12 is composed of 6-axis articulated joints, and has a base 110 and 6 links 111 to 116 corresponding to arm members. Each of the six links 111 to 116 is configured so that the joint axes J1 to J6 can be rotationally driven around the illustrated arrows. Each joint is driven by a drive source such as a joint drive motor (not shown). The joint drive motor is, for example, a servo motor. By driving each joint, the posture of the robot arm 12 changes freely.
ロボットハンド１４は、ロボットアーム１２の先端のリンク１１６に接続される。ロボットハンド１４は、対象物を把持するための一対の指部材１４２を有する。一対の指部材１４２は、図示しないモータによって開閉可能に構成される。一対の指部材１４２を閉じることにより、ロボットハンド１４は対象物を把持することができる。また、一対の指部材１４２を開くことにより、ロボットハンド１４は対象物を解放することができる。図１の例では、対象物は、液体試料５２が収容された容器５０である。 The robot hand 14 is connected to the link 116 at the tip of the robot arm 12. The robot hand 14 has a pair of finger members 142 for gripping an object. The pair of finger members 142 are configured to be openable and closable by a motor (not shown). By closing the pair of finger members 142, the robot hand 14 can grasp the object. Further, by opening the pair of finger members 142, the robot hand 14 can release the object. In the example of FIG. 1, the object is a container 50 containing a liquid sample 52.
ロボットアーム１２の姿勢が自由に変化することに伴い、ロボットハンド１４の姿勢も自由に変化しうる。これにより、ロボット装置１０は、容器５０を上下方向（Ｚ軸方向）、左右方向（Ｘ軸方向）および奥行方向（Ｙ軸方向）の各々に移動させることができる。また、ロボット装置１０は、容器５０をＹ軸周りに回転させることもできる。 As the posture of the robot arm 12 changes freely, the posture of the robot hand 14 can also change freely. As a result, the robot device 10 can move the container 50 in each of the vertical direction (Z-axis direction), the horizontal direction (X-axis direction), and the depth direction (Y-axis direction). The robot device 10 can also rotate the container 50 around the Y axis.
力覚センサ２０は、リンク１１６とロボットハンド１４との間に設けられる。力覚センサ２０は、ロボットアーム１２の手首に相当する位置に配置されている。力覚センサ２０は、ロボットアーム１２にかかる外力を検出し、検出値を示す信号を制御装置３０へ送信する。 The force sensor 20 is provided between the link 116 and the robot hand 14. The force sensor 20 is arranged at a position corresponding to the wrist of the robot arm 12. The force sensor 20 detects an external force applied to the robot arm 12 and transmits a signal indicating the detected value to the control device 30.
図１の例では、力覚センサ２０は、互いに直交する第１の軸方向および第２の軸方向に作用する外力を少なくとも検出するように構成される。第１の軸方向および第２の軸方向は、リンク１１６の端面に対して水平な方向である。説明の便宜上、第１の軸を「Ａ軸」、第２の軸を「Ｂ軸」と定めるものとする。力覚センサ２０は、さらに、Ａ軸およびＢ軸の各々に発生するモーメント荷重つまりトルクを検出する機能を有していてもよい。力覚センサ２０は「力検出部」の一実施例に対応する。 In the example of FIG. 1, the force sensor 20 is configured to detect at least an external force acting in the first axial direction and the second axial direction orthogonal to each other. The first axial direction and the second axial direction are horizontal directions with respect to the end face of the link 116. For convenience of explanation, it is assumed that the first axis is defined as "A axis" and the second axis is defined as "B axis". The force sensor 20 may further have a function of detecting a moment load, that is, a torque generated on each of the A-axis and the B-axis. The force sensor 20 corresponds to an embodiment of the “force detection unit”.
制御装置３０は、ロボット装置１０の動作を制御する。具体的には、制御装置３０は、ロボットアーム１２の６つの関節軸Ｊ１〜Ｊ６の各々に設けられた関節駆動モータを制御することにより、リンク１１１〜１１６の各々を駆動させる。制御装置３０がリンク１１１〜１１６の各々の回転角度を制御することにより、先端のリンク１１６を任意の３次元位置で任意の方向に向けることができる。 The control device 30 controls the operation of the robot device 10. Specifically, the control device 30 drives each of the links 111 to 116 by controlling the joint drive motors provided on each of the six joint axes J1 to J6 of the robot arm 12. By controlling the rotation angle of each of the links 111 to 116 by the control device 30, the link 116 at the tip can be oriented in an arbitrary direction at an arbitrary three-dimensional position.
制御装置３０は、また、ロボットハンド１４の一対の指部材１４２を駆動するモータを制御することにより、一対の指部材１４２を駆動させて対象物の把持／解放を制御する。 The control device 30 also drives the pair of finger members 142 to control the gripping / releasing of the object by controlling the motor that drives the pair of finger members 142 of the robot hand 14.
図２は、実施の形態１に係る分注装置１００の制御ブロック図である。
図２を参照して、制御装置３０は、主な構成要素として、プロセッサ３０２と、メモリ３０４と、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３０６と、通信Ｉ／Ｆ３０８とを有する。これらの各部は、図示しないバスを介して互いに通信可能に接続される。
FIG. 2 is a control block diagram of the dispensing device 100 according to the first embodiment.
With reference to FIG. 2, the control device 30 has a processor 302, a memory 304, an input / output interface (I / F) 306, and a communication I / F 308 as main components. Each of these parts is communicably connected to each other via a bus (not shown).
プロセッサ３０２は、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Multi Processing Unit）などの演算処理部である。プロセッサ３０２は、メモリ３０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、分注装置１００の各部の動作を制御する。具体的には、プロセッサ３０２は、当該プログラムを実行することによって、後述する分注装置１００の処理の各々を実現する。なお、図１の例では、プロセッサが単数である構成を例示しているが、制御装置３０は複数のプロセッサを有する構成としてもよい。 The processor 302 is typically an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Multi Processing Unit). The processor 302 controls the operation of each part of the dispensing device 100 by reading and executing the program stored in the memory 304. Specifically, the processor 302 realizes each of the processes of the dispensing device 100, which will be described later, by executing the program. Although the example of FIG. 1 illustrates a configuration in which the number of processors is singular, the control device 30 may have a configuration having a plurality of processors.
メモリ３０４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびフラッシュメモリなどの不揮発性メモリによって実現される。メモリ３０４は、プロセッサ３０２によって実行されるプログラム、またはプロセッサ３０２によって用いられるデータなどを記憶する。 The memory 304 is realized by a non-volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a flash memory. The memory 304 stores a program executed by the processor 302, data used by the processor 302, and the like.
入出力Ｉ／Ｆ３０６は、プロセッサ３０２と、ロボット装置１０および力覚センサ２０との間で各種データをやり取りするためのインターフェイスである。 The input / output I / F 306 is an interface for exchanging various data between the processor 302, the robot device 10, and the force sensor 20.
通信Ｉ／Ｆ３０８は、分注装置１００と他の装置との間で各種データをやり取りするための通信インターフェイスであり、アダプタまたはコネクタなどによって実現される。なお、通信方式は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などによる無線通信方式であってもよいし、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などを利用した有線通信方式であってもよい。 The communication I / F 308 is a communication interface for exchanging various data between the dispensing device 100 and another device, and is realized by an adapter, a connector, or the like. The communication method may be a wireless communication method using a wireless LAN (Local Area Network) or the like, or a wired communication method using USB (Universal Serial Bus) or the like.
制御装置３０には、表示部３１０および入力部３１２が接続される。表示部３１０は、画像を表示可能な液晶パネルなどで構成される。入力部３１２は、分注装置１００に対するユーザの操作入力を受け付ける。入力部３１２は、典型的には、タッチパネル、キーボード、マウスなどで構成される。 A display unit 310 and an input unit 312 are connected to the control device 30. The display unit 310 is composed of a liquid crystal panel or the like capable of displaying an image. The input unit 312 receives the user's operation input to the dispensing device 100. The input unit 312 is typically composed of a touch panel, a keyboard, a mouse, and the like.
制御装置３０は、ロボットアーム１２、ロボットハンド１４および力覚センサ２０と通信接続されている。制御装置３０とロボットアーム１２、ロボットハンド１４および力覚センサ２０との間の通信は、無線通信で実現されてもよいし、有線通信で実現されてもよい。制御装置３０は、実体を有するコンピュータである必要はなく、クラウド上に保存されたソフトウェアにより実現されてもよい。 The control device 30 is communicatively connected to the robot arm 12, the robot hand 14, and the force sensor 20. Communication between the control device 30, the robot arm 12, the robot hand 14, and the force sensor 20 may be realized by wireless communication or wired communication. The control device 30 does not have to be a computer having an entity, and may be realized by software stored in the cloud.
（分注量の制御）
実施の形態１に係る分注装置１００は、ロボット装置１０を用いて容器５０を操作することにより、容器５０から所定の液量の試料５２を分注するように構成される。試料５２の分注量の制御は、ロボット装置１０に設けられた力覚センサ２０の検出値に基づいて行なうことができる。以下、実施の形態１に係る分注装置１００において実行される分注量の制御について説明する。
(Control of dispensing amount)
The dispensing device 100 according to the first embodiment is configured to dispense a predetermined amount of sample 52 from the container 50 by operating the container 50 using the robot device 10. The dispensing amount of the sample 52 can be controlled based on the detection value of the force sensor 20 provided in the robot device 10. Hereinafter, the control of the dispensing amount executed in the dispensing device 100 according to the first embodiment will be described.
図３は、分注量の制御の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
図３を参照して、分注量の制御は、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する工程（Ｓ１０）、分注量の目標値を設定する工程（Ｓ２０）、試料の粘性パラメータを取得する工程（Ｓ３０）および、分注量をフィードバック制御する工程（Ｓ４０）を備える。以下、各工程について説明する。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a flow of processing for controlling the dispensing amount.
With reference to FIG. 3, the dispensing amount is controlled by the step of calculating the initial value of the total mass of the container 50 and the sample 52 (S10), the step of setting the target value of the dispensing amount (S20), and the viscosity of the sample. A step of acquiring parameters (S30) and a step of feedback-controlling the dispensing amount (S40) are provided. Hereinafter, each step will be described.
（１）容器および試料の合計質量の初期値を算出する工程（図３のＳ１０）
図４は、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する工程を説明するための図である。図４を参照して、容器５０は、ロボットハンド１４の一対の指部材１４２によって把持されている。容器５０の上面５０ａは開口となっている。
(1) Step of calculating the initial value of the total mass of the container and the sample (S10 in FIG. 3)
FIG. 4 is a diagram for explaining a step of calculating the initial value of the total mass of the container 50 and the sample 52. With reference to FIG. 4, the container 50 is gripped by a pair of finger members 142 of the robot hand 14. The upper surface 50a of the container 50 is an opening.
図中矢印Ａ１に示すように、ロボットアーム１２によって容器５０をＹ軸周りに回転させることにより、容器５０の回転角度θに応じた液量の試料５２を容器５０から分注することができる。 As shown by the arrow A1 in the figure, by rotating the container 50 around the Y axis by the robot arm 12, the sample 52 having a liquid amount corresponding to the rotation angle θ of the container 50 can be dispensed from the container 50.
力覚センサ２０は、ロボットハンド１４にかかる外力を検出する。具体的には、力覚センサ２０は、ロボットハンド１４に対してＡ軸方向（第１の方向）に作用する外力Ｆａと、ロボットハンド１４に対してＢ軸方向（第２の方向）に作用する外力Ｆｂとを検出するように構成される。図４の例では、Ａ軸方向は容器５０の底面５０ｂに対して垂直な方向に設定され、Ｂ軸方向は容器５０の底面５０ｂに対して水平な方向に設定されている。 The force sensor 20 detects an external force applied to the robot hand 14. Specifically, the force sensor 20 acts on the robot hand 14 in the A-axis direction (first direction) and the external force Fa acting on the robot hand 14 in the B-axis direction (second direction). It is configured to detect the external force Fb. In the example of FIG. 4, the A-axis direction is set to be perpendicular to the bottom surface 50b of the container 50, and the B-axis direction is set to be horizontal to the bottom surface 50b of the container 50.
本工程では、容器５０の回転角度θを０ｄｅｇに設定した状態で、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する。図４に示すように、回転角度θ＝０ｄｅｇのときには、力覚センサ２０のＡ軸と、ロボット装置１０の座標系におけるＺ軸とが一致する。 In this step, the initial value of the total mass of the container 50 and the sample 52 is calculated with the rotation angle θ of the container 50 set to 0 deg. As shown in FIG. 4, when the rotation angle θ = 0 deg, the A axis of the force sensor 20 and the Z axis in the coordinate system of the robot device 10 coincide with each other.
回転角度θ＝０ｄｅｇのとき、容器５０には、重力方向であるＺ軸方向下方（Ａ軸方向下方）に重力Ｆが作用する。容器５０および試料５２の合計質量の初期値をｍｉとすると、重力Ｆは初期値ｍｉおよび重力加速度ｇの積（Ｆ＝ｍｉ×ｇ）で表される。 When the rotation angle θ = 0 deg, gravity F acts on the container 50 in the direction of gravity downward in the Z-axis direction (downward in the A-axis direction). Assuming that the initial value of the total mass of the container 50 and the sample 52 is mi, the gravity F is represented by the product of the initial value mi and the gravity acceleration g (F = mi × g).
力覚センサ２０は、重力Ｆを検出する。Ａ軸方向の外力をＦａとすると、θ＝０ｄｅｇのときにはＦａ＝Ｆが成立する。すなわち、Ｆａ＝ｍｉ×ｇとなる。したがって、力覚センサ２０により検出されたＡ軸方向の外力Ｆａを重力加速度ｇで除することにより、合計質量の初期値ｍｉを算出することができる。合計質量の初期値ｍｉは次式（１）で与えられる。
ｍｉ＝Ｆａ／ｇ ・・・（１）
制御装置３０は、容器５０の回転角度θ＝０ｄｅｇのときに力覚センサ２０から与えられる検出信号に基づいて、合計質量の初期値ｍｉを算出する。
The force sensor 20 detects gravity F. Assuming that the external force in the A-axis direction is Fa, Fa = F holds when θ = 0 deg. That is, Fa = mi × g. Therefore, the initial value mi of the total mass can be calculated by dividing the external force Fa in the A-axis direction detected by the force sensor 20 by the gravitational acceleration g. The initial value mi of the total mass is given by the following equation (1).
mi = Fa / g ・ ・ ・ (1)
The control device 30 calculates the initial value mi of the total mass based on the detection signal given from the force sensor 20 when the rotation angle θ = 0 deg of the container 50.
（２）分注量の目標値を設定する工程（図３のＳ２０）
容器５０および試料５２の合計質量の初期値ｍｉが求められると、次に、分注量の目標値ｄ＊が設定される。制御装置３０は、入力Ｉ／Ｆ３０６または通信Ｉ／Ｆ３０８（図２参照）に入力される信号に基づいて、分注量の目標値ｄ＊を設定することができる。または、制御装置３０は、予めメモリ３０４に記憶されている、分析条件を定めたメソッドファイルを参照することにより、分注量の目標値ｄ＊を設定することができる。
(2) Step of setting the target value of the dispensing amount (S20 in FIG. 3)
When the initial value mi of the total mass of the container 50 and the sample 52 is obtained, the target value d * of the dispensing amount is then set. The control device 30 can set the target value d * of the dispensing amount based on the signal input to the input I / F 306 or the communication I / F 308 (see FIG. 2). Alternatively, the control device 30 can set the target value d * of the dispensing amount by referring to the method file in which the analysis conditions are determined, which is stored in the memory 304 in advance.
（３）試料の粘性パラメータを取得する工程（図３のＳ３０）
容器５０内に収容される試料５２は、その物質によって粘性が異なる。例えば、アンモニアは水に比べて粘性が低く、灯油は水に比べて粘性が高い。また、物質によっては、温度によって粘性が変化する場合がある。一般的に、液体は、温度が高くなるほど粘性が低くなる。
(3) Step of acquiring viscosity parameter of sample (S30 in FIG. 3)
The viscosity of the sample 52 contained in the container 50 differs depending on the substance. For example, ammonia is less viscous than water and kerosene is more viscous than water. In addition, depending on the substance, the viscosity may change depending on the temperature. In general, liquids become less viscous at higher temperatures.
そのため、図４の状態から容器５０をＹ軸周りに回転させた場合、粘性の低い試料５２であれば、容器５０の回転に追従して試料５２が容器５０内を速やかに移動し、容器５０の上面５０ａから試料５２が吐出される。一方、粘性の高い試料５２の場合には、容器５０の回転から遅れて試料５２が容器５０内を緩やかに移動し、容器５０の上面５０ａから試料５２が吐出される。 Therefore, when the container 50 is rotated around the Y-axis from the state of FIG. 4, if the sample 52 has low viscosity, the sample 52 rapidly moves in the container 50 following the rotation of the container 50, and the container 50 The sample 52 is discharged from the upper surface 50a of the above. On the other hand, in the case of the highly viscous sample 52, the sample 52 slowly moves in the container 50 after the rotation of the container 50, and the sample 52 is discharged from the upper surface 50a of the container 50.
これによると、容器５０の回転角度θが同じであっても、試料５２の粘性の違いによって分注量に差が生じてしまう可能性がある。その結果、回転角度θの時間的変化率、すなわち単位時間当たりの回転角度θの変化量を固定値とした場合、試料５２によっては、分注量が目標値ｄ＊を上回るオーバーシュートまたは、分注量が目標量ｄ＊を下回るアンダーシュートが生じることになり、分注精度に影響を及ぼすことが懸念される。 According to this, even if the rotation angle θ of the container 50 is the same, there is a possibility that the dispensing amount will be different due to the difference in the viscosity of the sample 52. As a result, when the rate of change of the rotation angle θ over time, that is, the amount of change of the rotation angle θ per unit time is set as a fixed value, the dispensing amount may exceed the target value d * depending on the sample 52. Undershoot will occur when the injection amount is less than the target amount d *, which may affect the dispensing accuracy.
そこで、実施の形態１では、試料５２の粘性を表すパラメータ（以下、「粘性パラメータ」とも称する）を取得し、取得した粘性パラメータを分注量の制御に反映させる構成とする。具体的には、試料５２となる物質および温度等から試料５２の粘性パラメータが既知である場合には、制御装置３０は、入力Ｉ／Ｆ３０６または通信Ｉ／Ｆ３０８（図２参照）を介して、既知の粘性パラメータを取得することができる。試料５２の粘性パラメータは、例えば、試料５２の粘度μ［Ｐａ・ｓ（パスカル秒）］で与えられる。 Therefore, in the first embodiment, a parameter representing the viscosity of the sample 52 (hereinafter, also referred to as “viscosity parameter”) is acquired, and the acquired viscosity parameter is reflected in the control of the dispensing amount. Specifically, when the viscosity parameter of the sample 52 is known from the substance to be the sample 52, the temperature, etc., the control device 30 uses the input I / F 306 or the communication I / F 308 (see FIG. 2). Known viscosity parameters can be obtained. The viscosity parameter of the sample 52 is given by, for example, the viscosity μ [Pa · s (Pascal second)] of the sample 52.
一方、試料５２の粘性パラメータが未知である場合には、制御装置３０は、ロボットアーム１２を駆動することによって容器５０を操作することにより、試料５２の粘性パラメータを算出する。図５は、試料５２の粘性パラメータを算出する方法を説明するための図である。 On the other hand, when the viscosity parameter of the sample 52 is unknown, the control device 30 calculates the viscosity parameter of the sample 52 by operating the container 50 by driving the robot arm 12. FIG. 5 is a diagram for explaining a method of calculating the viscosity parameter of the sample 52.
図５を参照して、制御装置３０は、ロボットアーム１２を駆動することによって、容器５０を水平方向に一定周期で振動させる。水平方向とは、例えばＸ軸方向であり、力覚センサ２０のＢ軸方向と一致している。なお、容器５０の振動は周期的であれば、その方向は必ずしも水平方向に限定されない。 With reference to FIG. 5, the control device 30 drives the robot arm 12 to vibrate the container 50 in the horizontal direction at regular intervals. The horizontal direction is, for example, the X-axis direction, which coincides with the B-axis direction of the force sensor 20. If the vibration of the container 50 is periodic, the direction is not necessarily limited to the horizontal direction.
図５（Ａ）には、容器５０をＢ軸の負方向（図中矢印Ｂ１方向）に移動させた場合の容器５０内の試料５２の振る舞いが模式的に示される。図５（Ｂ）には、容器５０をＢ軸の正方向（図中矢印Ｂ２方向）に移動させた場合の容器５０内の試料５２の振る舞いが模式的に示される。 FIG. 5A schematically shows the behavior of the sample 52 in the container 50 when the container 50 is moved in the negative direction of the B axis (direction of arrow B1 in the figure). FIG. 5B schematically shows the behavior of the sample 52 in the container 50 when the container 50 is moved in the positive direction of the B axis (direction of arrow B2 in the figure).
図５（Ａ）に示すように、容器５０をＢ軸の負方向に所定の距離だけ移動させると、図中矢印Ｃ１に示すように、試料５２が同方向に移動する。これにより、容器５０には、重力Ｆ以外に、Ｂ軸方向に力Ｆｂが作用する。力覚センサ２０は、Ｂ軸方向の力Ｆｂを検出する。一方、図５（Ｂ）に示すように、容器５０をＢ軸の正方向に所定の距離だけ移動させると、図中矢印Ｃ２に示すように、試料５２が同方向に移動する。容器５０には、重力Ｆ以外に、Ｂ軸方向に力Ｆｂが作用する。力覚センサ２０は、Ｂ軸方向の力Ｆｂを検出する。 As shown in FIG. 5A, when the container 50 is moved in the negative direction of the B axis by a predetermined distance, the sample 52 moves in the same direction as shown by the arrow C1 in the figure. As a result, a force Fb acts on the container 50 in the B-axis direction in addition to the gravity F. The force sensor 20 detects the force Fb in the B-axis direction. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the container 50 is moved in the positive direction of the B axis by a predetermined distance, the sample 52 moves in the same direction as shown by the arrow C2 in the figure. In addition to gravity F, a force Fb acts on the container 50 in the B-axis direction. The force sensor 20 detects the force Fb in the B-axis direction.
このように容器５０をＢ軸方向に振動（往復移動）させると、容器５０内の試料５２もＢ軸方向に振動する。そして、試料５２の振動は、力覚センサ２０により検出されるＢ軸方向の力Ｆｂの振動となって現れる。このとき、ロボットアーム１２による容器５０の振動と、試料５２の振動との間には、試料５２の粘性に応じたずれが生じる。このずれは、試料５２の粘性が高くなるに従って大きくなる。 When the container 50 is vibrated (reciprocated) in the B-axis direction in this way, the sample 52 in the container 50 also vibrates in the B-axis direction. Then, the vibration of the sample 52 appears as the vibration of the force Fb in the B-axis direction detected by the force sensor 20. At this time, a deviation occurs between the vibration of the container 50 by the robot arm 12 and the vibration of the sample 52 according to the viscosity of the sample 52. This deviation increases as the viscosity of the sample 52 increases.
制御装置３０は、容器５０の振動に対する、力覚センサ２０により検出される力Ｆｂの振動の追従性を検出することにより、試料５２の粘性を推測する。具体的には、制御装置３０は、容器５０の振動周期を変化させながら、振動周期ごとに力Ｆｂの振動を測定することにより、容器５０の振動と力Ｆｂの振動とが同期するときの容器５０の振動周期を検出する。制御装置３０は、検出した容器５０の振動周期を、試料５２の粘性パラメータとする。得られた粘性パラメータにおいては、粘性が高い試料５２に対する容器５０振動周期は、粘性が低い試料５２に対する容器５０の振動周期に比べて高くなる傾向が現れる。 The control device 30 estimates the viscosity of the sample 52 by detecting the followability of the vibration of the force Fb detected by the force sensor 20 to the vibration of the container 50. Specifically, the control device 30 measures the vibration of the force Fb for each vibration cycle while changing the vibration cycle of the container 50, so that the container when the vibration of the container 50 and the vibration of the force Fb are synchronized with each other. Detects 50 vibration cycles. The control device 30 uses the detected vibration cycle of the container 50 as a viscosity parameter of the sample 52. In the obtained viscosity parameters, the vibration cycle of the container 50 with respect to the sample 52 having a high viscosity tends to be higher than the vibration cycle of the container 50 with respect to the sample 52 having a low viscosity.
あるいは、制御装置３０は、所定の振動周期で容器５０を振動させたときの力Ｆｂの振動を測定し、力Ｆｂの振動周期を算出する。制御装置３０は、容器５０の振動周期に対する力Ｆｂの振動周期の偏差を検出する。制御装置３０は、検出した振動周期の偏差を、試料５２の粘性パラメータとする。得られた粘性パラメータにおいては、粘性が高い試料５２に対する振動周期の偏差は、粘性が低い試料５２に対する振動周期の偏差に比べて大きくなる傾向が現れる。 Alternatively, the control device 30 measures the vibration of the force Fb when the container 50 is vibrated in a predetermined vibration cycle, and calculates the vibration cycle of the force Fb. The control device 30 detects the deviation of the vibration cycle of the force Fb with respect to the vibration cycle of the container 50. The control device 30 uses the detected vibration cycle deviation as a viscosity parameter of the sample 52. In the obtained viscosity parameters, the deviation of the vibration period with respect to the sample 52 having a high viscosity tends to be larger than the deviation of the vibration period with respect to the sample 52 having a low viscosity.
（４）分注量をフィードバック制御する工程（図３のＳ４０）
本工程では、制御装置３０は、工程Ｓ２０で設定した目標値ｄ＊を用いて、試料５２の分注量ｄをフィードバック制御する。具体的には、制御装置３０は、分注量ｄの検出値と目標値ｄ＊との偏差に応じて、ロボットアーム１２による容器５０の回転角度θを操作することにより、分注量ｄをフィードバック制御するように構成される。
(4) Step of feedback control of dispensing amount (S40 in FIG. 3)
In this step, the control device 30 feedback-controls the dispensing amount d of the sample 52 using the target value d * set in the step S20. Specifically, the control device 30 controls the dispensing amount d by manipulating the rotation angle θ of the container 50 by the robot arm 12 according to the deviation between the detected value of the dispensing amount d and the target value d *. It is configured to control feedback.
上記構成において、制御装置３０は、所定の制御周期ごとに、力覚センサ２０の検出値から容器５０および試料５２の合計質量の検出値を取得する。そして、制御装置３０は、工程Ｓ１０で算出された合計質量の初期値ｍｉから、取得した合計質量の検出値を減算することにより、分注量を算出する。 In the above configuration, the control device 30 acquires the detected value of the total mass of the container 50 and the sample 52 from the detected value of the force sensor 20 at each predetermined control cycle. Then, the control device 30 calculates the dispensing amount by subtracting the detected value of the acquired total mass from the initial value mi of the total mass calculated in step S10.
図６は、容器５０および試料５２の合計質量の検出値を取得する方法を説明するための図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a method of obtaining a detected value of the total mass of the container 50 and the sample 52.
図６に示すように、容器５０は、Ｙ軸周りに回転角度θ回転している。この状態で、容器５０には、重力方向であるＺ軸方向下方に重力Ｆが作用する。容器５０および試料５２の合計質量をｍ［ｔ］とすると、重力Ｆは合計質量ｍ［ｔ］および重力加速度ｇの積（Ｆ＝ｍ［ｔ］×ｇ）で表される。 As shown in FIG. 6, the container 50 is rotated by a rotation angle θ around the Y axis. In this state, gravity F acts on the container 50 downward in the Z-axis direction, which is the direction of gravity. Assuming that the total mass of the container 50 and the sample 52 is m [t], the gravity F is represented by the product of the total mass m [t] and the gravity acceleration g (F = m [t] × g).
重力Ｆは、Ａ軸方向の外力ＦａおよびＢ軸方向の外力Ｆｂに分解される。力覚センサ２０は、外力Ｆａ，Ｆｂを検出する。今回取得された力覚センサ２０の検出値をＦａ［ｔ］，Ｆｂ［ｔ］とすると、重力Ｆと外力Ｆａ［ｔ］，Ｆｂ［ｔ］との間には次式（２）の関係が成立する。
ｍ［ｔ］×ｇ＝（Ｆａ［ｔ］２＋Ｆｂ［ｔ］２）１／２ ・・・（２）
この式（２）を変形した次式（３）を用いることにより、力覚センサ２０の出力信号から今回の合計質量の検出値ｍ［ｔ］を求めることができる。
ｍ［ｔ］＝１／ｇ×（Ｆａ［ｔ］２＋Ｆｂ［ｔ］２）１／２ ・・・（３）
今回の分注量の検出値をｄ［ｔ］とすると、ｄ［ｔ］は、次式（４）に示すように、合計質量の初期値ｍｉから今回の合計質量の検出値ｍ［ｔ］を減算することにより取得することができる。
ｄ［ｔ］＝ｍｉ−ｍ［ｔ］ ・・・（４）
次に、制御装置３０は、今回の分注量の検出値ｄ［ｔ］を目標値ｄ＊に一致させるように、ロボットアーム１２を操作するための制御信号を生成する。図７は、制御装置３０のうちの分注量の制御に関連する部分の構成例を示すブロック図である。
Gravity F is decomposed into an external force Fa in the A-axis direction and an external force Fb in the B-axis direction. The force sensor 20 detects external forces Fa and Fb. Assuming that the detected values of the force sensor 20 acquired this time are Fa [t] and Fb [t], the relationship of the following equation (2) is established between the gravity F and the external forces Fa [t] and Fb [t]. To establish.
m [t] × g = (Fa [t] 2 + Fb [t] 2 ) 1/2 ... (2)
By using the following equation (3), which is a modification of this equation (2), the detected value m [t] of the total mass this time can be obtained from the output signal of the force sensor 20.
m [t] = 1 / g × (Fa [t] 2 + Fb [t] 2 ) 1/2 ... (3)
Assuming that the detected value of the dispensed amount this time is d [t], d [t] is the detected value m [t] of the total mass this time from the initial value mi of the total mass as shown in the following equation (4). Can be obtained by subtracting.
d [t] = mi-m [t] ... (4)
Next, the control device 30 generates a control signal for operating the robot arm 12 so that the detected value d [t] of the current dispensing amount matches the target value d *. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of a portion of the control device 30 related to control of the dispensing amount.
図７を参照して、制御装置３０は、設定部３２２と、減算器３２４と、制御部３２６と、取得部３２８と、演算器３３０，３３２とを有する。設定部３２２は、入出力Ｉ／Ｆ３０６または通信Ｉ／Ｆ３０８に入力される信号あるいは、メモリ３０４に記憶されたメソッドファイルに基づいて、分注量の目標値ｄ＊を設定する。 With reference to FIG. 7, the control device 30 includes a setting unit 322, a subtractor 324, a control unit 326, an acquisition unit 328, and an adder 330, 332. The setting unit 322 sets the target value d * of the dispensing amount based on the signal input to the input / output I / F 306 or the communication I / F 308 or the method file stored in the memory 304.
取得部３２８は、入出力Ｉ／Ｆ３０６または通信Ｉ／Ｆ３０８に入力される信号に基づいて、試料５２の粘性パラメータ（例えば、試料５２の粘度）を取得する。試料５２の粘性パラメータが未知である場合には、取得部３２８は、図５で説明した方法に従って、ロボットアーム１２を駆動して容器５０を振動させるとともに、容器５０の振動に対する力覚センサ２０の検出値の追従性に基づいて、試料５２の粘性パラメータを算出する。 The acquisition unit 328 acquires the viscosity parameter of the sample 52 (for example, the viscosity of the sample 52) based on the signal input to the input / output I / F 306 or the communication I / F 308. When the viscosity parameter of the sample 52 is unknown, the acquisition unit 328 drives the robot arm 12 to vibrate the container 50 and the force sensor 20 against the vibration of the container 50 according to the method described with reference to FIG. The viscosity parameter of the sample 52 is calculated based on the followability of the detected value.
演算器３３２は、試料５２の分注の開始前であって、容器５０の回転角度θ＝０ｄｅｇのときに、式（１）を用いることにより、力覚センサ２０の検出値Ｆａから容器５０および試料５２の合計質量の初期値ｍｉを算出する。演算器３３２は、また、分注中において、式（３）を用いることにより、力覚センサ２０の検出値Ｆａ［ｔ］，Ｆｂ［ｔ］から今回の合計質量ｍ［ｔ］を検出する。 Before the start of dispensing of the sample 52, when the rotation angle θ = 0 deg of the container 50, the calculator 332 uses the equation (1) to obtain the container 50 and the container 50 from the detection value Fa of the force sensor 20. The initial value mi of the total mass of the sample 52 is calculated. The arithmetic unit 332 also detects the total mass m [t] of this time from the detected values Fa [t] and Fb [t] of the force sensor 20 by using the equation (3) during dispensing.
演算器３３０は、分注中に演算器３３２から今回の合計質量ｍ［ｔ］を受けると、式（４）を用いることにより、今回の分注量の検出値ｄ［ｔ］を算出する。 When the arithmetic unit 330 receives the total mass m [t] of the current time from the arithmetic unit 332 during dispensing, the arithmetic unit 330 calculates the detected value d [t] of the current dispensing amount by using the equation (4).
減算器３２４は、分注量の目標値ｄ＊と分注量の検出値ｄ［ｔ］との偏差（ｄ＊−ｄ［ｔ］）を算出する。減算器３２４は、算出した偏差（ｄ＊−ｄ［ｔ］）を制御部３２６へ出力する。 The subtractor 324 calculates the deviation (d * −d [t]) between the target value d * of the dispensed amount and the detected value d [t] of the dispensed amount. The subtractor 324 outputs the calculated deviation (d * −d [t]) to the control unit 326.
制御部３２６は、減算器３２４から出力される偏差（ｄ＊−ｄ［ｔ］）に基づいて、検出値ｄ［ｔ］を目標値ｄ＊に追従させるための制御信号を生成し、生成した制御信号をロボット装置１０へ出力する。 The control unit 326 generates and generates a control signal for making the detected value d [t] follow the target value d * based on the deviation (d * −d [t]) output from the subtractor 324. The control signal is output to the robot device 10.
ここで、図７に示すフィードバック制御系において、ロボット装置１０はアクチュエータに対応し、容器５０および試料５２は制御対象に対応し、分注量ｄは制御量に対応する。ロボット装置１０（ロボットアーム１２）が容器５０をＹ軸周りに回転させることにより、分注量ｄ（制御量）が制御される。 Here, in the feedback control system shown in FIG. 7, the robot device 10 corresponds to the actuator, the container 50 and the sample 52 correspond to the control target, and the dispensing amount d corresponds to the controlled amount. The dispensing amount d (controlled amount) is controlled by the robot device 10 (robot arm 12) rotating the container 50 around the Y axis.
このフィードバック制御系において、制御部３２６は、制御対象である容器５０に設けられた力覚センサ２０の検出値から求められる分注量ｄが目標量ｄ＊と一致するように、制御量に変化を生じさせるための操作量として、容器５０の回転角度θを決定する。ロボットアーム１２は、決定された操作量に従って容器５０の回転角度θを変化させる。 In this feedback control system, the control unit 326 changes the control amount so that the dispensing amount d obtained from the detection value of the force sensor 20 provided in the container 50 to be controlled matches the target amount d *. The rotation angle θ of the container 50 is determined as the amount of operation for causing the above. The robot arm 12 changes the rotation angle θ of the container 50 according to the determined operation amount.
具体的には、制御部３２６は、ＰＩＤ制御部を有する。本願明細書において、ＰＩＤ制御部は、比例動作（Proportional Operation：Ｐ動作）を行なう比例要素、積分動作（Integral Operation：Ｉ動作）を行なう積分要素および、微分動作（Derivative Operation：Ｄ動作）を行なう微分要素のうち、少なくとも１つの要素を含む制御部を意味する。すなわち、本願明細書において、ＰＩＤ制御部は、比例要素、積分要素および微分要素のいずれをも含む制御部に加えて、一部の制御要素、例えば比例要素および積分要素のみを含む制御部（ＰＩ制御部）なども包括する概念である。 Specifically, the control unit 326 has a PID control unit. In the specification of the present application, the PID control unit performs a proportional element that performs a proportional operation (Proportional Operation: P operation), an integral element that performs an integral operation (Integral Operation: I operation), and a differential operation (Derivative Operation: D operation). It means a control unit including at least one of the differential elements. That is, in the present specification, the PID control unit is a control unit (PI) that includes only some control elements, for example, a proportional element and an integral element, in addition to a control unit that includes any of a proportional element, an integral element, and a differential element. It is a concept that also includes the control unit).
ＰＩＤ制御部は、偏差（ｄ＊−ｄ［ｔ］）を入力として比例積分微分演算を行なうことにより、容器５０の回転角度θ（操作量）を算出する。この比例積分微分演算において、ＰＩＤ制御部は、取得部３２８から与えられる試料５２の粘性パラメータに応じて、比例要素、積分要素および微分要素の少なくとも１つを調整する。これにより、試料５２の粘性パラメータに応じて、分注量のフィードバック制御の応答性を変化させることができる。 The PID control unit calculates the rotation angle θ (manipulation amount) of the container 50 by performing a proportional integral differential calculation with a deviation (d * −d [t]) as an input. In this proportional integral differential calculation, the PID control unit adjusts at least one of the proportional element, the integral element, and the differential element according to the viscosity parameter of the sample 52 given by the acquisition unit 328. Thereby, the responsiveness of the feedback control of the dispensing amount can be changed according to the viscosity parameter of the sample 52.
図８は、図７に示した分注量のフィードバック制御系のブロック線図である。図８に示すブロック線図において、Ｇ（ｓ）は、ＰＩＤ制御部の伝達関数を示す。伝達関数Ｇ（ｓ）は、比例要素の伝達関数ＫＰ（ＫＰは比例ゲイン）と、積分要素の伝達関数ＫＩ（ＫＩは積分ゲイン）と、微分要素の伝達関数ＫＤ（ＫＤは微分ゲイン）とを足し合わせたものとなる。なお、積分ゲインＫＩ＝ＫＰ／ＴＩｓ（ＴＩは積分時間）であり、微分ゲインＫＤ＝ＫＰＴＤｓ（ＴＤは微分時間）である。Ｈ（ｓ）は、力覚センサ２０を含むフィードバック要素の伝達関数である。 FIG. 8 is a block diagram of the feedback control system for the dispensing amount shown in FIG. In the block diagram shown in FIG. 8, G (s) indicates the transfer function of the PID control unit. Transfer function G (s), the transfer function K P of proportional element (K P is a proportional gain), and the transfer function K I of the integral element (K I is an integral gain), the transfer function K D (K D of differential elements Is the sum of the differential gain). Incidentally, the integral gain K I = K P / T I s (T I is an integration time), and a derivative gain K D = K P T D s (T D is the derivative time). H (s) is a transfer function of the feedback element including the force sensor 20.
図８に示すフィードバック制御系は、伝達関数Ｇ（ｓ）における比例ゲインＫＰ、積分時間ＴＩおよび微分時間ＴＤなどのパラメータを変更することによって、フィードバック制御の応答速度（時定数）を変更することが可能に構成されている。本実施の形態では、試料５２の粘性パラメータに応じて、ＰＩＤ制御部におけるこれらのパラメータを変更することによって、分注量ｄのオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量ｄを目標値ｄ＊へ正確かつ安定的に近づけることができる。 Feedback control system shown in FIG. 8, the transfer function G (s) proportional gain K P in, by changing parameters such as integration time T I and derivative time T D, changes the response speed of the feedback control (time constant) It is configured to be possible. In the present embodiment, by changing these parameters in the PID control unit according to the viscosity parameters of the sample 52, overshoot and undershoot of the dispensing amount d are suppressed, and the dispensing amount d is set to the target value d *. Can be approached accurately and stably.
具体的には、階段状の目標量ｄ＊（ステップ入力）がフィードバック制御系に与えられた場合、伝達関数Ｇ（ｓ）に入力される偏差Ｅ（ｓ）の変化によって、伝達関数Ｇ（ｓ）から出力される制御量Ｃ（ｓ）（すなわち分注量ｄ）が変化する。なお、制御量Ｃ（ｓ）の変化は時間の経過とともに減少し、やがて安定した状態となる。伝達関数Ｇ（ｓ）は、制御量Ｃ（ｓ）が安定するまでの過渡応答の速度を、試料５２の粘性パラメータに応じて変更するように構成される。 Specifically, when a stepwise target amount d * (step input) is given to the feedback control system, the transfer function G (s) is changed by the change of the deviation E (s) input to the transfer function G (s). ), The control amount C (s) (that is, the dispensing amount d) changes. The change in the controlled variable C (s) decreases with the passage of time, and eventually becomes a stable state. The transfer function G (s) is configured to change the rate of transient response until the controlled variable C (s) stabilizes, depending on the viscosity parameter of sample 52.
上記構成によると、制御部３２６は、例えば、試料５２の粘性が高くなるに従って、分注量ｄが目標値ｄ＊にゆっくり近づくようにＰＩＤ制御におけるパラメータを変更することができる。これによると、容器５０内を試料５２が移動する速度を、容器５０を回転させる速度に追従させることができるため、分注量ｄを安定的に制御することが可能となる。反対に、試料５２の粘性が低いときには、分注量ｄを安定的かつ速やかに目標値ｄ＊に近づけることができる。 According to the above configuration, the control unit 326 can change the parameters in the PID control so that the dispensing amount d slowly approaches the target value d * as the viscosity of the sample 52 increases, for example. According to this, since the speed at which the sample 52 moves in the container 50 can be made to follow the speed at which the container 50 is rotated, the dispensing amount d can be stably controlled. On the contrary, when the viscosity of the sample 52 is low, the dispensing amount d can be stably and quickly approached to the target value d *.
なお、制御部３２６は、分注量ｄが目標量ｄ＊に到達すると、容器５０をＹ軸周りに反対方向に回転させることによって、容器５０を分注開始前の姿勢（図４参照）に戻すように構成される。これにより、１回の分注動作が終了する。 When the dispensing amount d reaches the target amount d *, the control unit 326 rotates the container 50 in the opposite direction around the Y-axis to bring the container 50 into the posture before the start of dispensing (see FIG. 4). It is configured to return. As a result, one dispensing operation is completed.
以上説明したように、実施の形態１に係る分注装置によれば、ロボット装置１０に設けられた力覚センサ２０の検出値を用いて分注量の検出値を取得し、取得した分注量の検出値に基づいて分注量を制御することにより、分注量を計測するための天秤の設置が不要となる。これによると、容器から分注された試料を受ける別の容器の配置の制約が少なくなるため、分注装置および周辺装置の配置の自由度を高めることができる。また、分注装置の使用態様のバリエーションを増やすことができるため、分析システムにおけるユーザの利便性を向上させることができる。 As described above, according to the dispensing device according to the first embodiment, the detection value of the dispensing amount is acquired by using the detection value of the force sensor 20 provided in the robot device 10, and the acquired dispensing amount is obtained. By controlling the dispensing amount based on the detected value of the amount, it is not necessary to install a balance for measuring the dispensing amount. According to this, since there are less restrictions on the arrangement of another container that receives the sample dispensed from the container, the degree of freedom in the arrangement of the dispensing device and the peripheral device can be increased. In addition, since the variation of the usage mode of the dispensing device can be increased, the convenience of the user in the analysis system can be improved.
さらに、実施の形態１に係る分注装置によれば、容器内の試料の粘性パラメータに応じて分注量のフィードバック制御における応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。この結果、試料の粘性に影響されず高い分注精度を実現することができる。 Further, according to the dispensing device according to the first embodiment, the overshoot and undershoot of the dispensed amount can be achieved by changing the responsiveness in the feedback control of the dispensed amount according to the viscosity parameter of the sample in the container. It can be suppressed and the dispensing amount can be accurately and stably approached to the target value. As a result, high dispensing accuracy can be realized without being affected by the viscosity of the sample.
［実施の形態２］
上述した実施の形態１では、力検出部として、互いに直交する２軸の外力を検出可能な力覚センサ２０を用いる構成について説明したが、単一の軸の外力を検出可能な力覚センサを用いる構成とすることも可能である。
[Embodiment 2]
In the above-described first embodiment, the configuration in which the force sensor 20 capable of detecting the external force of two axes orthogonal to each other is used as the force detecting unit has been described, but the force sensor capable of detecting the external force of a single axis is used. It is also possible to use the configuration.
実施の形態２では、Ａ軸の外力のみを検出可能な力覚センサ２２の検出値を用いた分注量の制御について説明する。なお、実施の形態２に係る分注装置１００の構成は、力覚センサの構成を除いて、図１に示した分注装置１００の構成と同じであるため説明を省略する。 In the second embodiment, the control of the dispensing amount using the detection value of the force sensor 22 capable of detecting only the external force of the A axis will be described. The configuration of the dispensing device 100 according to the second embodiment is the same as the configuration of the dispensing device 100 shown in FIG. 1 except for the configuration of the force sensor, and thus the description thereof will be omitted.
（分注量の制御）
実施の形態２においても、図３に示したフローチャートに従って分注量の制御が行なわれる。ただし、力覚センサ２２が１軸のセンサであるため、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する工程（図３のＳ１０）および分注量をフィードバック制御する工程（図３のＳ４０）において力覚センサ２２の検出値の扱いが異なる。
(Control of dispensing amount)
Also in the second embodiment, the dispensing amount is controlled according to the flowchart shown in FIG. However, since the force sensor 22 is a uniaxial sensor, a step of calculating the initial value of the total mass of the container 50 and the sample 52 (S10 in FIG. 3) and a step of feedback-controlling the dispensing amount (S40 in FIG. 3). ), The handling of the detected value of the force sensor 22 is different.
（１）容器および試料の合計質量の初期値を算出する工程（図３のＳ１０）
図９は、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する工程を説明するための図である。図９を参照して、容器５０は、ロボットハンド１４の一対の指部材１４２によって把持されており、回転角度θ＝０ｄｅｇに設定されている。この状態からロボットアーム１２によって容器５０をＹ軸周り（図中矢印Ａ１方向）に回転させることにより、容器５０の回転角度θに応じた液量の試料５２を容器５０から分注することができる。
(1) Step of calculating the initial value of the total mass of the container and the sample (S10 in FIG. 3)
FIG. 9 is a diagram for explaining a step of calculating the initial value of the total mass of the container 50 and the sample 52. With reference to FIG. 9, the container 50 is gripped by a pair of finger members 142 of the robot hand 14 and is set to a rotation angle θ = 0 deg. From this state, by rotating the container 50 around the Y axis (in the direction of arrow A1 in the figure) by the robot arm 12, the sample 52 having a liquid amount corresponding to the rotation angle θ of the container 50 can be dispensed from the container 50. ..
力覚センサ２２は、ロボットハンド１４に対してＡ軸方向（第１の方向）に作用する外力Ｆａを検出する。図３で説明したように、力覚センサ２２のＡ軸を、ロボット装置１０の座標系におけるＺ軸に一致させた場合には、回転角度θ＝０ｄｅｇのときに、重力ＦとＡ軸方向の外力Ｆａとは等しくなる（Ｆ＝Ｆａ）。 The force sensor 22 detects an external force Fa acting on the robot hand 14 in the A-axis direction (first direction). As described with reference to FIG. 3, when the A axis of the force sensor 22 is aligned with the Z axis in the coordinate system of the robot device 10, when the rotation angle θ = 0 deg, the gravity F and the A axis direction It becomes equal to the external force Fa (F = Fa).
ここで、Ａ軸方向の外力Ｆａは重力Ｆのｃｏｓ関数であるため、容器５０の回転角度θを０ｄｅｇから増加させるに従って、Ａ軸方向の外力Ｆａの大きさが減少する。回転角度θが９０ｄｅｇ近傍においては、Ａ軸方向の外力Ｆａは０近傍の値をとることになる。そのため、力覚センサ２２に対しては、０近傍の変化を高精度に検出するための高い分解能が求められる。言い換えると、力覚センサ２２の分解能が分注量の制御精度に影響を及ぼすことになる。 Here, since the external force Fa in the A-axis direction is a cos function of gravity F, the magnitude of the external force Fa in the A-axis direction decreases as the rotation angle θ of the container 50 is increased from 0 deg. When the rotation angle θ is near 90 deg, the external force Fa in the A-axis direction takes a value near 0. Therefore, the force sensor 22 is required to have a high resolution for detecting a change in the vicinity of 0 with high accuracy. In other words, the resolution of the force sensor 22 affects the control accuracy of the dispensing amount.
実施の形態２では、図９に示すように、分注開始前の初期状態において、力覚センサ２２のＡ軸（第１の軸）を容器５０の回転方向に対して反対方向（図中矢印Ａ２方向）に所定角度だけ予め傾斜させておくこととする。図９の例では、力覚センサ２２のＡ軸を、Ｚ軸に対して角度（−φ）傾斜させている。所定角度φは、例えば３０ｄｅｇ〜６０ｄｅｇ程度である。 In the second embodiment, as shown in FIG. 9, in the initial state before the start of dispensing, the A axis (first axis) of the force sensor 22 is in the direction opposite to the rotation direction of the container 50 (arrow in the figure). It is assumed that it is tilted in advance by a predetermined angle in the A2 direction). In the example of FIG. 9, the A-axis of the force sensor 22 is tilted by an angle (−φ) with respect to the Z-axis. The predetermined angle φ is, for example, about 30 deg to 60 deg.
このようにすると、容器５０の回転角度θ＝０ｄｅｇのときには、重力ＦとＡ軸方向の外力Ｆａとの間にはＦａ＝Ｆｃｏｓφが成立する。すなわち、Ｆａ＝ｍｉ×ｇ×ｃｏｓφとなる。したがって、合計質量の初期値ｍｉは次式（５）で与えられる。
ｍｉ＝Ｆａ／（ｇ×ｃｏｓφ） ・・・（５）
（４）分注量をフィードバック制御する工程（図３のＳ４０）
本工程では、制御装置３０は、所定の制御周期ごとに、力覚センサ２２の検出値から容器５０および試料５２の合計質量の検出値を取得する。そして、制御装置３０は、図３の工程Ｓ１０で算出された合計質量の初期値ｍｉから、取得した合計質量の検出値を減算することにより、分注量を算出する。
In this way, when the rotation angle θ = 0 deg of the container 50, Fa = Fcosφ is established between the gravity F and the external force Fa in the A-axis direction. That is, Fa = mi × g × cosφ. Therefore, the initial value mi of the total mass is given by the following equation (5).
mi = Fa / (g × cosφ) ・ ・ ・ (5)
(4) Step of feedback control of dispensing amount (S40 in FIG. 3)
In this step, the control device 30 acquires the detected value of the total mass of the container 50 and the sample 52 from the detected value of the force sensor 22 at each predetermined control cycle. Then, the control device 30 calculates the dispensing amount by subtracting the detected value of the acquired total mass from the initial value mi of the total mass calculated in the step S10 of FIG.
図１０は、容器５０および試料５２の合計質量の検出値を取得する方法を説明するための図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining a method of obtaining a detected value of the total mass of the container 50 and the sample 52.
図１０に示すように、容器５０は、Ｙ軸周りに回転角度θ回転している。この状態で、容器５０には、重力方向であるＺ軸方向下方に重力Ｆが作用する。容器５０および試料５２の合計質量をｍ［ｔ］とすると、重力Ｆは合計質量ｍ［ｔ］および重力加速度ｇの積（Ｆ＝ｍ［ｔ］×ｇ）で表される。 As shown in FIG. 10, the container 50 is rotated by a rotation angle θ around the Y axis. In this state, gravity F acts on the container 50 downward in the Z-axis direction, which is the direction of gravity. Assuming that the total mass of the container 50 and the sample 52 is m [t], the gravity F is represented by the product of the total mass m [t] and the gravity acceleration g (F = m [t] × g).
重力Ｆは、Ａ軸方向の外力Ｆａに分解される。力覚センサ２０は、外力Ｆａを検出する。今回取得された力覚センサ２０の検出値をＦａ［ｔ］とすると、重力Ｆと外力Ｆａ［ｔ］との間には次式（６）の関係が成立する。
Ｆａ［ｔ］＝Ｆ×ｃｏｓ（θ−φ） ・・・（６）
この式（６）を変形した次式（７）を用いることにより、力覚センサ２０の出力信号から今回の合計質量の検出値ｍ［ｔ］を求めることができる。
ｍ［ｔ］＝Ｆａ［ｔ］／｛ｇ×ｃｏｓ（θ−φ）｝ ・・・（７）
今回の分注量の検出値をｄ［ｔ］とすると、ｄ［ｔ］は、次式（８）に示すように、合計質量の初期値ｍｉから今回の合計質量の検出値ｍ［ｔ］を減算することにより取得することができる。
ｄ［ｔ］＝ｍｉ−ｍ［ｔ］ ・・・（８）
制御装置３０は、今回の分注量の検出値ｄ［ｔ］を目標値ｄ＊に一致させるように、ロボットアーム１２を操作するための制御信号を生成する。
Gravity F is decomposed into an external force Fa in the A-axis direction. The force sensor 20 detects the external force Fa. Assuming that the detected value of the force sensor 20 acquired this time is Fa [t], the relationship of the following equation (6) is established between the gravity F and the external force Fa [t].
Fa [t] = F × cos (θ−φ) ・ ・ ・ (6)
By using the following equation (7), which is a modification of this equation (6), the detected value m [t] of the total mass this time can be obtained from the output signal of the force sensor 20.
m [t] = Fa [t] / {g × cos (θ−φ)} ・ ・ ・ (7)
Assuming that the detected value of the dispensed amount this time is d [t], d [t] is the detected value m [t] of the total mass this time from the initial value mi of the total mass as shown in the following equation (8). Can be obtained by subtracting.
d [t] = mi-m [t] ... (8)
The control device 30 generates a control signal for operating the robot arm 12 so that the detected value d [t] of the current dispensing amount matches the target value d *.
式（７）から明らかなように、容器５０の回転角度θが９０ｄｅｇ近傍においても、Ａ軸方向の外力Ｆａは０近傍よりも大きな値をとることになる。したがって、力覚センサ２２の分解能が分注量の制御精度に影響を及ぼすことを回避することができる。その結果、実施の形態２に係る分注装置によれば、力覚センサが１軸のセンサであっても、上述した実施の形態１に係る分注装置と同様の効果を得ることができる。 As is clear from the equation (7), even when the rotation angle θ of the container 50 is near 90 deg, the external force Fa in the A-axis direction takes a larger value than near 0. Therefore, it is possible to prevent the resolution of the force sensor 22 from affecting the control accuracy of the dispensing amount. As a result, according to the dispensing device according to the second embodiment, even if the force sensor is a uniaxial sensor, the same effect as that of the dispensing device according to the first embodiment can be obtained.
［実施の形態に係る分注装置のその他の構成例］
（１）上述した実施の形態１，２においては、分注の開始前に試料５２の粘性パラメータを予め取得しておき、取得された粘性パラメータに応じて、分注量をフィードバック制御するときの応答性を変化させる構成について説明した。しかしながら、試料５２の粘性パラメータ以外に、試料５２を収容する容器５０の形状および容器５０内の試料５２の液量などに応じて、フィードバック制御の応答性を変化させる構成とすることも可能である。このような構成では、試料５２の粘性パラメータに加えて、容器５０の形状および試料５２の液量を示すパラメータを予め取得しておき、これらのパラメータに応じて、ＰＩＤ制御部における比例ゲインＫＰ、積分時間ＴＩおよび微分時間ＴＤなどのパラメータを変更させることができる。
[Other configuration examples of the dispensing device according to the embodiment]
(1) In the above-described first and second embodiments, the viscosity parameter of the sample 52 is acquired in advance before the start of dispensing, and the dispensing amount is feedback-controlled according to the acquired viscosity parameter. The configuration that changes the responsiveness was explained. However, in addition to the viscosity parameter of the sample 52, it is also possible to change the responsiveness of the feedback control according to the shape of the container 50 accommodating the sample 52, the amount of the liquid of the sample 52 in the container 50, and the like. .. In such a configuration, in addition to the viscosity parameter of the sample 52, parameters indicating the shape of the container 50 and the liquid amount of the sample 52 are acquired in advance, and the proportional gain K P in the PID control unit is obtained according to these parameters. , it is possible to change parameters such as integration time T I and the derivative time T D.
（２）上述した実施の形態１，２においては、試料５２の粘性パラメータなどを予め取得しておき、取得した粘性パラメータを分注量のフィードバック制御における応答性に反映させる構成について説明したが、分注中において、容器５０の回転角度θの変化に対する力覚センサ２０の検出値の追従性を見ながら、フィードバック制御の応答性を変化させる構成としてもよい。 (2) In the above-described first and second embodiments, the configuration in which the viscosity parameter of the sample 52 and the like are acquired in advance and the acquired viscosity parameter is reflected in the responsiveness in the feedback control of the dispensing amount has been described. During dispensing, the responsiveness of the feedback control may be changed while observing the followability of the detected value of the force sensor 20 to the change of the rotation angle θ of the container 50.
図１１は、制御装置３０のうちの分注量の制御に関連する部分の他の構成例を示すブロック図である。図１１に示す制御装置３０は、図７に示す制御装置３０に対して演算器３３４を付加したものである。 FIG. 11 is a block diagram showing another configuration example of a portion of the control device 30 related to control of the dispensing amount. The control device 30 shown in FIG. 11 is obtained by adding an arithmetic unit 334 to the control device 30 shown in FIG. 7.
演算器３３４は、所定の制御周期ごとに制御部３２６から操作量θを受け、かつ、演算器３３２から今回の合計質量ｍ［ｔ］を受けると、操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔおよび、合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔを算出する。操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔは、前回の制御周期における操作量θに対する今回の制御周期における操作量θの変化量から求めることができる。合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔは、前回の制御周期における合計質量ｍに対する今回の制御周期における合計質量ｍの変化量から求めることができる。 When the arithmetic unit 334 receives the manipulated variable θ from the control unit 326 every predetermined control cycle and receives the total mass m [t] of this time from the calculator 332, the temporal change rate dθ / dt of the manipulated variable θ Then, the temporal change rate dm / dt of the total mass m [t] is calculated. The temporal change rate dθ / dt of the manipulated variable θ can be obtained from the change amount of the manipulated variable θ in the current control cycle with respect to the manipulated variable θ in the previous control cycle. The temporal change rate dm / dt of the total mass m [t] can be obtained from the amount of change in the total mass m in the current control cycle with respect to the total mass m in the previous control cycle.
演算器３３４は、操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔと、合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔとを比較し、ｄθ／ｄｔに対するｄｍ／ｄｔの偏差を求める。 The arithmetic unit 334 compares the temporal change rate dθ / dt of the manipulated variable θ with the temporal change rate dm / dt of the total mass m [t], and obtains the deviation of dm / dt with respect to dθ / dt.
操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔに対する合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔの偏差は、容器５０の回転に対する容器５０内の試料５２の移動（すなわち、分注量）のずれを示す指標となる。例えば、試料５２の粘性が高くなるに従って、偏差が大きくなる。 The deviation of the temporal change rate dm / dt of the total mass m [t] with respect to the temporal change rate dθ / dt of the manipulated variable θ is the movement of the sample 52 in the container 50 with respect to the rotation of the container 50 (that is, the dispensing amount). It is an index showing the deviation of. For example, as the viscosity of sample 52 increases, the deviation increases.
演算器３３４は、算出した偏差を制御部３２６へ出力する。制御部３２６は、演算器３３４から偏差を受けると、この偏差が小さくなるようにフィードバック制御の応答速度を調整する。これにより、操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔは、合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔに近づくことになる。例えば、上述したように試料５２の粘性が高いために偏差が大きくなる場合には、操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔが小さくなるようにフィードバック制御の応答性を変更することにより、容器５０の回転に対して試料５２の移動（分注量）を追従させることができる。 The arithmetic unit 334 outputs the calculated deviation to the control unit 326. When the control unit 326 receives a deviation from the arithmetic unit 334, the control unit 326 adjusts the response speed of the feedback control so that the deviation becomes small. As a result, the temporal change rate dθ / dt of the manipulated variable θ approaches the temporal change rate dm / dt of the total mass m [t]. For example, when the deviation becomes large due to the high viscosity of the sample 52 as described above, the responsiveness of the feedback control is changed so that the temporal change rate dθ / dt of the manipulated variable θ becomes small. The movement (dispensing amount) of the sample 52 can be made to follow the rotation of 50.
なお、図１１の構成例において、ｄθ／ｄｔに対するｄｍ／ｄｔの偏差には、試料５２の粘性以外に、容器５０の形状および容器５０内の試料の液量などが反映されることになる。制御部３２６がこの偏差に応じてフィードバック制御の応答速度を変化させることにより、分注量を目標量へ正確かつ安定的に近づけることができる。 In the configuration example of FIG. 11, the deviation of dm / dt with respect to dθ / dt reflects not only the viscosity of the sample 52 but also the shape of the container 50 and the amount of liquid of the sample in the container 50. By changing the response speed of the feedback control according to this deviation, the control unit 326 can accurately and stably approach the dispensing amount to the target amount.
（３）上述した実施の形態１，２においては、分注中に、試料５２の粘性パラメータに応じて容器５０の回転速度（操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔ）を変更する構成について説明したが、制御装置３０はさらに、容器５０を元の姿勢に戻すときの容器５０の回転速度を試料５２の粘性に応じて変化させる構成としてもよい。例えば、制御部３２６は、試料５２の粘性が高くなるに従って、容器５０を元の姿勢に戻すための容器５０の回転速度を速くするように構成される。これによると、分注量ｄが目標値ｄ＊に達すると速やかに容器５０を元の姿勢に戻すことによって、粘性の高い試料５２が容器５０の回転から遅れて移動することによる分注量ｄのオーバーシュートが生じることを抑制することができる。 (3) In the above-described first and second embodiments, the configuration is such that the rotation speed of the container 50 (temporal change rate dθ / dt of the manipulated variable θ) is changed according to the viscosity parameter of the sample 52 during dispensing. As described above, the control device 30 may be further configured to change the rotation speed of the container 50 when the container 50 is returned to the original posture according to the viscosity of the sample 52. For example, the control unit 326 is configured to increase the rotation speed of the container 50 for returning the container 50 to its original posture as the viscosity of the sample 52 increases. According to this, when the dispensing amount d reaches the target value d *, the container 50 is promptly returned to the original posture, so that the highly viscous sample 52 moves behind the rotation of the container 50. It is possible to suppress the occurrence of overshoot.
（４）上述した実施の形態１，２では、ロボット装置を用いて試料が収容される容器を操作することにより分注量を制御する構成について説明したが、試料を受け入れる容器をロボット装置を用いて操作することにより分注量を制御する構成としてもよい。 (4) In the above-described first and second embodiments, the configuration in which the dispensing amount is controlled by operating the container in which the sample is stored is described by using the robot device, but the container for receiving the sample is used in the robot device. The dispensing amount may be controlled by the operation.
［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[Aspect]
It will be understood by those skilled in the art that the plurality of exemplary embodiments described above are specific examples of the following embodiments.
（第１項）一態様に係る分注装置は、容器を回転させることにより容器内に収容された液体試料を分注するように構成されたロボット装置と、ロボット装置の回転に伴って変化し、ロボット装置に作用する外力を検出するための力検出部と、ロボット装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、力検出部の検出値を用いて液体試料の分注量を検出する。制御装置は、分注量の検出値が目標値に一致する方向に向かってロボット装置による容器の回転角度を制御する。 (Clause 1) The dispensing device according to one aspect changes with the rotation of the robot device and the robot device configured to dispense the liquid sample contained in the container by rotating the container. The robot device is provided with a force detecting unit for detecting an external force acting on the robot device and a control device for controlling the robot device. The control device detects the dispensing amount of the liquid sample using the detection value of the force detection unit. The control device controls the rotation angle of the container by the robot device in the direction in which the detected value of the dispensed amount matches the target value.
第１項に記載の分注装置によれば、ロボット装置に設けられた力検出部の検出値を用いて分注量の検出値を取得し、取得した分注量の検出値に基づいて分注量を制御することにより、分注量を計測するための天秤の設置が不要となる。これによると、容器から分注された試料を受ける別の容器の配置の制約が少なくなるため、分注装置および周辺装置の配置の自由度を高めることができる。また、分注装置の使用態様のバリエーションを増やすことができるため、分析システムにおけるユーザの利便性を向上させることができる。 According to the dispensing device described in paragraph 1, the detection value of the dispensing amount is acquired using the detection value of the force detection unit provided in the robot device, and the dispensing amount is divided based on the acquired detection value of the dispensing amount. By controlling the dispensing amount, it is not necessary to install a balance for measuring the dispensing amount. According to this, since there are less restrictions on the arrangement of another container that receives the sample dispensed from the container, the degree of freedom in the arrangement of the dispensing device and the peripheral device can be increased. In addition, since the variation of the usage mode of the dispensing device can be increased, the convenience of the user in the analysis system can be improved.
（第２項）第１項に記載の分注装置において、制御装置は、所定周期ごとに力検出部の検出値を用いて分注量を検出する。制御装置は、目標値に対する分注量の検出値の偏差に基づいて容器の回転角度を設定することにより分注量をフィードバック制御する。 (Item 2) In the dispensing device according to the first item, the control device detects the dispensing amount by using the detection value of the force detecting unit at predetermined intervals. The control device feedback-controls the dispensing amount by setting the rotation angle of the container based on the deviation of the detected value of the dispensing amount with respect to the target value.
第２項に記載の分注装置によれば、分注量を計測する天秤を用いることなく分注量をフィードバック制御を実行して、分注量を目標量に一致させることができる。 According to the dispensing device according to the second item, the dispensing amount can be fed back controlled without using a balance for measuring the dispensing amount, and the dispensing amount can be matched with the target amount.
（第３項）第２項に記載の分注装置において、制御装置は、液体試料の粘性パラメータを取得し、取得した粘性パラメータに応じて分注量のフィードバック制御の応答性を変化させる。 (Item 3) In the dispensing device according to the second item, the control device acquires the viscosity parameter of the liquid sample and changes the responsiveness of the feedback control of the dispensing amount according to the acquired viscosity parameter.
第３項に記載の分注装置によれば、容器内の液体試料の粘性パラメータに応じて分注量のフィードバック制御における応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。よって、液体試料の粘性に影響されず高い分注精度を実現することができる。 According to the dispensing device described in Section 3, overshoot and undershoot of the dispensed amount are suppressed by changing the responsiveness in the feedback control of the dispensed amount according to the viscosity parameter of the liquid sample in the container. , The dispensing amount can be accurately and stably approached to the target value. Therefore, high dispensing accuracy can be realized without being affected by the viscosity of the liquid sample.
（第４項）第３項に記載の分注装置において、制御装置は、分注の開始前に、ロボット装置を駆動して容器を振動させるとともに、容器の振動に対する力検出部の検出値の振動の追従性に基づいて粘性パラメータを取得する。 (Clause 4) In the dispensing device according to the third paragraph, the control device drives the robot device to vibrate the container and the detection value of the force detecting unit against the vibration of the container before the start of dispensing. Acquire the viscosity parameter based on the vibration followability.
第４項に記載の分注装置によれば、ロボット装置および力検出部を利用して液体試料の粘性パラメータを取得することができる。 According to the dispensing device according to the fourth item, the viscosity parameter of the liquid sample can be acquired by using the robot device and the force detection unit.
（第５項）第３項または第４項に記載の分注装置において、制御装置は、目標値に対する分注量の検出値の偏差を入力として比例積分微分演算を行なうことにより、容器の回転角度を設定するように構成された制御部を含む。制御部は、取得した粘性パラメータに応じて、比例積分微分演算に用いるゲインを変化させる。 (Clause 5) In the dispensing device according to the third or fourth paragraph, the control device rotates the container by performing a proportional integral differential operation with the deviation of the detected value of the dispensing amount from the target value as an input. Includes a control unit configured to set the angle. The control unit changes the gain used in the proportional integral differential calculation according to the acquired viscosity parameter.
第５項に記載の分注装置によれば、液体試料の粘性パラメータに応じて分注量のフィードバック制御における応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。 According to the dispensing device described in Section 5, the responsiveness in the feedback control of the dispensing amount is changed according to the viscosity parameter of the liquid sample, thereby suppressing the overshoot and undershoot of the dispensing amount and dispensing. The amount can be accurately and stably approached to the target value.
（第６項）第３項から第５項に記載の分注装置において、制御装置は、液体試料の粘性が高いときには、液体試料の粘性が低いときに比べて、分注量のフィードバック制御の応答性を低下させる。 (Section 6) In the dispensing device according to the third to fifth paragraphs, the control device controls the feedback of the dispensing amount when the viscosity of the liquid sample is high as compared with the case where the viscosity of the liquid sample is low. Reduces responsiveness.
第６項に記載の分注装置によれば、液体試料の粘性に影響されず高い分注精度を実現することができる。 According to the dispensing device according to the sixth item, high dispensing accuracy can be realized without being affected by the viscosity of the liquid sample.
（第７項）第２項に記載の分注装置において、制御装置は、分注中、ロボット装置による容器の回転角度の時間的変化率に対する力検出部の検出値の時間的変化率の偏差に応じて、分注量のフィードバック制御の応答性を変化させる。 (Section 7) In the dispensing device according to the second paragraph, the control device is the deviation of the temporal change rate of the detection value of the force detecting unit with respect to the temporal change rate of the rotation angle of the container by the robot device during dispensing. The responsiveness of the feedback control of the dispensing amount is changed according to the above.
第７項に記載の分注装置によれば、分注中に、容器の回転角度の変化に対する力検出部の検出値の追従性を見ながら、フィードバック制御の応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。 According to the dispensing device according to the seventh item, the responsiveness of the feedback control is changed during dispensing while observing the followability of the detected value of the force detection unit to the change of the rotation angle of the container. It is possible to suppress overshoot and undershoot of the dispensing amount and accurately and stably approach the dispensing amount to the target value.
（第８項）第７項に記載の分注装置において、制御装置は、目標値に対する分注量の検出値の偏差を入力として比例積分微分演算を行なうことにより、容器の回転角度を設定するように構成された制御部を含む。制御部は、容器の回転角度の時間的変化率に対する力検出部の検出値の時間的変化率の偏差に応じて、比例積分微分演算に用いるゲインを変化させる。 (Item 8) In the dispensing device according to paragraph 7, the control device sets the rotation angle of the container by performing a proportional integral differential calculation with the deviation of the detected value of the dispensing amount with respect to the target value as an input. Includes a control unit configured as such. The control unit changes the gain used in the proportional integral differential calculation according to the deviation of the time change rate of the detection value of the force detection unit with respect to the time change rate of the rotation angle of the container.
第８項に記載の分注装置によれば、分注中に、容器の回転角度の変化に対する力検出部の検出値の追従性に応じて分注量のフィードバック制御における応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。 According to the dispensing device described in item 8, during dispensing, the responsiveness in the feedback control of the dispensing amount is changed according to the followability of the detected value of the force detection unit with respect to the change in the rotation angle of the container. As a result, overshoot and undershoot of the dispensed amount can be suppressed, and the dispensed amount can be accurately and stably approached to the target value.
（第９項）第７項または第８項に記載の分注装置において、制御装置は、容器の回転角度の時間的変化率に対する力検出部の検出値の時間的変化率の偏差が大きいときには、当該偏差が小さいときに比べて、分注量のフィードバック制御の応答性を低下させる。 (Item 9) In the dispensing device according to the seventh or eighth paragraph, when the control device has a large deviation of the time change rate of the detection value of the force detection unit with respect to the time change rate of the rotation angle of the container. , The responsiveness of the feedback control of the dispensing amount is lowered as compared with the case where the deviation is small.
第９項に記載の分注装置によれば、容器の回転角度の変化に対する力検出部の検出値の追従性に影響されず高い分注精度を実現することができる。 According to the dispensing device according to the ninth item, high dispensing accuracy can be realized without being affected by the followability of the detected value of the force detecting unit with respect to the change in the rotation angle of the container.
（第１０項）第１項から第９項に記載の分注装置において、力検出部は、容器の回転方向に対して水平であり、かつ互いに直交する第１の方向および第２の方向に作用する外力を検出するように構成された力覚センサを含む。制御装置は、力覚センサの検出値を用いて分注量を検出する。 (Item 10) In the dispensing device according to the items 1 to 9, the force detection unit is horizontal to the rotation direction of the container and is orthogonal to each other in the first direction and the second direction. Includes a force sensor configured to detect an acting external force. The control device detects the dispensing amount using the detection value of the force sensor.
第１０項に記載の分注装置によれば、ロボット装置に設けられた力覚センサの検出値を用いて分注量を制御することにより、分注量を計測するための天秤の設置が不要となる。 According to the dispensing device described in Section 10, the dispensing amount is controlled by using the detection value of the force sensor provided in the robot device, so that it is not necessary to install a balance for measuring the dispensing amount. It becomes.
（第１１項）第１項から第９項に記載の分注装置において、力検出部は、容器の回転方向に対して水平である第１の方向に作用する外力を検出するように構成された力覚センサを含む。制御装置は、容器の回転角度が０ｄｅｇであるときに第１の方向を容器の重力方向に対して容器の回転方向と反対の方向に所定角度だけ傾斜させるとともに、容器を回転させたときの力覚センサの検出値を用いて分注量を検出する。 (Item 11) In the dispensing device according to the items 1 to 9, the force detecting unit is configured to detect an external force acting in the first direction horizontal to the rotation direction of the container. Includes force sensor. When the rotation angle of the container is 0 deg, the control device inclines the first direction by a predetermined angle with respect to the gravity direction of the container in the direction opposite to the rotation direction of the container, and the force when the container is rotated. The dispensing amount is detected using the detection value of the sensory sensor.
第１１項に記載の分注装置によれば、ロボット装置に設けられた１軸の力覚センサを分注前に予め傾斜させておくことにより、力覚センサの検出値を用いて分注量を制御することができる。これにより、分注量を計測するための天秤の設置が不要となる。 According to the dispensing device according to the eleventh item, the uniaxial force sensor provided in the robot device is tilted in advance before dispensing, so that the dispensing amount is dispensed using the detection value of the force sensor. Can be controlled. This eliminates the need to install a balance for measuring the dispensing amount.
なお、上述した実施の形態および変更例について、明細書内で言及されていない組み合わせを含めて、不都合または矛盾が生じない範囲内で、実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。 It should be noted that, with respect to the above-described embodiments and modifications, it is initially filed to appropriately combine the configurations described in the embodiments, including combinations not mentioned in the specification, within a range that does not cause any inconvenience or contradiction. Scheduled from.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
１０ ロボット装置、１２ ロボットアーム、１４ ロボットハンド、２０，２２ 力覚センサ、３０ 制御装置、５０ 容器、５２ 液体試料、１００ 分注装置、１１０ 基台、１１１〜１１６ リンク、１４２ 一対の指部材、３０２ プロセッサ、３０４ メモリ、３０６ 入力Ｉ／Ｆ、３０８ 通信Ｉ／Ｆ、３１０ 表示部、３１２ 入力部、３２２ 設定部、３２４ 減算器、３２６ 制御部、３２８ 取得部、３３０，３３２，３３４ 演算器。 10 robot device, 12 robot arm, 14 robot hand, 20, 22 force sensor, 30 control device, 50 container, 52 liquid sample, 100 dispensing device, 110 base, 111-116 links, 142 pair of finger members, 302 processor, 304 memory, 306 input I / F, 308 communication I / F, 310 display unit, 312 input unit, 322 setting unit, 324 subtractor, 326 control unit, 328 acquisition unit, 330, 332, 334 arithmetic unit.
Claims (11)
前記ロボット装置の回転に伴って変化し、前記ロボット装置に作用する外力を検出するための力検出部と、
前記ロボット装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記力検出部の検出値を用いて前記液体試料の分注量を検出し、かつ、前記分注量の検出値が目標値に一致する方向に向かって前記ロボット装置による前記容器の回転角度を制御する、分注装置。 A robot device configured to dispense the liquid sample contained in the container by rotating the container.
A force detection unit for detecting an external force that changes with the rotation of the robot device and acts on the robot device.
A control device for controlling the robot device is provided.
The control device detects the dispensing amount of the liquid sample using the detection value of the force detecting unit, and the robot device moves the detected value of the dispensing amount toward a target value. A dispensing device that controls the rotation angle of the container.
前記制御部は、取得した前記粘性パラメータに応じて、前記比例積分微分演算に用いるゲインを変化させる、請求項３または４に記載の分注装置。 The control device includes a control unit configured to set the rotation angle of the container by performing a proportional integral differential operation with the deviation of the detected value of the dispensed amount with respect to the target value as an input.
The dispensing device according to claim 3 or 4, wherein the control unit changes the gain used in the proportional integral differential operation according to the acquired viscosity parameter.
前記制御部は、前記容器の回転角度の時間的変化率に対する前記力検出部の検出値の時間的変化率の偏差に応じて、前記比例積分微分演算に用いるゲインを変化させる、請求項７に記載の分注装置。 The control device includes a control unit configured to set the rotation angle of the container by performing a proportional integral differential operation with the deviation of the detected value of the dispensed amount with respect to the target value as an input.
The control unit changes the gain used in the proportional integral differential calculation according to the deviation of the time change rate of the detection value of the force detection unit with respect to the time change rate of the rotation angle of the container, according to claim 7. The dispenser described.
前記制御装置は、前記力覚センサの検出値を用いて前記分注量を検出する、請求項１から９のいずれか１項に記載の分注装置。 The force detector includes a force sensor configured to detect external forces acting in the first and second directions that are horizontal to the direction of rotation of the container and that are orthogonal to each other.
The dispensing device according to any one of claims 1 to 9, wherein the control device detects the dispensing amount using the detection value of the force sensor.
前記制御装置は、前記容器の回転角度が０ｄｅｇであるときに前記第１の方向を前記容器の重力方向に対して前記容器の回転方向と反対の方向に所定角度だけ傾斜させるとともに、前記容器を回転させたときの前記力覚センサの検出値を用いて前記分注量を検出する、請求項１から９のいずれか１項に記載の分注装置。
The force detector includes a force sensor configured to detect an external force acting in a first direction that is horizontal to the direction of rotation of the container.
When the rotation angle of the container is 0 deg, the control device tilts the first direction by a predetermined angle with respect to the gravity direction of the container in a direction opposite to the rotation direction of the container, and tilts the container by a predetermined angle. The dispensing device according to any one of claims 1 to 9, wherein the dispensing amount is detected by using the detection value of the force sensor when rotated.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7485960B2 (en) | 2021-03-26 | 2024-05-17 | 株式会社デンソーウェーブ | ROBOT SYSTEM, ROBOT OPERATING PROGRAM, AND ROBOT OPERATING METHOD |
| WO2024154417A1 (en) * | 2023-01-18 | 2024-07-25 | 株式会社日立ハイテク | Automatic analysis device and gripping device |
| JP7553804B2 (en) | 2020-12-16 | 2024-09-19 | 株式会社デンソーウェーブ | ROBOT SYSTEM, ROBOT OPERATING PROGRAM, AND ROBOT OPERATING METHOD |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07112268A (en) * | 1993-10-19 | 1995-05-02 | Hitachi Metals Ltd | Automatic molten metal pouring device |
| JP2007248222A (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Tokyo Gas Co Ltd | Liquid discrimination device and liquid discrimination method |
| JP2012107972A (en) * | 2010-11-17 | 2012-06-07 | Terametsukusu Kk | Translocation control unit |
| US20150346008A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-03 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Fluid Flow Testing |
| JP2020059108A (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | ソニー株式会社 | Injection device, injection method, and injection program |
-
2019
- 2019-07-19 JP JP2019133333A patent/JP7255402B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07112268A (en) * | 1993-10-19 | 1995-05-02 | Hitachi Metals Ltd | Automatic molten metal pouring device |
| JP2007248222A (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Tokyo Gas Co Ltd | Liquid discrimination device and liquid discrimination method |
| JP2012107972A (en) * | 2010-11-17 | 2012-06-07 | Terametsukusu Kk | Translocation control unit |
| US20150346008A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-03 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Fluid Flow Testing |
| JP2020059108A (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | ソニー株式会社 | Injection device, injection method, and injection program |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7553804B2 (en) | 2020-12-16 | 2024-09-19 | 株式会社デンソーウェーブ | ROBOT SYSTEM, ROBOT OPERATING PROGRAM, AND ROBOT OPERATING METHOD |
| JP7485960B2 (en) | 2021-03-26 | 2024-05-17 | 株式会社デンソーウェーブ | ROBOT SYSTEM, ROBOT OPERATING PROGRAM, AND ROBOT OPERATING METHOD |
| WO2024154417A1 (en) * | 2023-01-18 | 2024-07-25 | 株式会社日立ハイテク | Automatic analysis device and gripping device |
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