JP4156822B2

JP4156822B2 - ハンドリング装置

Info

Publication number: JP4156822B2
Application number: JP2001274517A
Authority: JP
Inventors: 義之古城; 博重佐和
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: JP2003080487A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハンドリング装置に関し、特にマニピュレータによって対象物をつかんで搬送するハンドリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題】
ハンドリング装置においては、複数のフィンガを備えたマニピュレータが利用され、例えば血液試料を収容した試験管（チューブ）などの対象物が複数のフィンガによってつかまれ、そのつかみ状態で当該対象物が所望場所へ搬送される。もちろん、対象物を上下方向のみに搬送する場合もある。
【０００３】
上記のような搬送時において、複数のフィンガによる対象物のつかみ状態が最初から適正でなかったり、搬送途中で他の物体に触れることによってつかみ状態が不適正になったり、あるいは、搬送途中で対象物が滑べってずれたり又は傾斜したりすることも考えられる。しかしながら、従来のハンドリング装置においては、つかみ状態をチェックするような機能は搭載されていない。よって、上記のような事態に対処できないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、対象物のハンドリング異常を検知できるようにすることにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、つかんだ対象物の位置ずれを検出してハンドリングの信頼性を高めることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、対象物としての試験管をつかむために開閉運動する複数のフィンガを有するマニピュレータを含み、前記複数のフィンガの内で直交関係にある第１及び第２のフィンガに、前記試験管をつかんだ状態において当該対象物の上下方向の位置ずれを検出する第１及び第２の位置ずれ検出器が設けられ、前記各位置ずれ検出器は、円周面に沿って配列された複数のマグネットを有し、非接触状態でフィンガ接触面から試験管側に部分的に突出し、接触状態で非試験管側へ後退する回転部材と、前記回転部材の水平回転軸を試験管側へ付勢する付勢部材と、前記回転部材と一体的に進退運動する可動片と、前記可動片上に設けられ、前記回転部材の回転を検出する回転検出器としての磁気センサと、を含み、２つの水平方向をＸ方向及びＹ方向とし垂直方向をＺ方向とした場合に、前記第１の位置ずれ検出器によりＸ−Ｚ面内における試験管の傾斜を上下方向の位置ずれとして検出でき、前記第２の位置ずれ検出器によりＹ−Ｚ平面内における試験管の傾斜を上下方向の位置ずれとして検出できる、ことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、第１及び第２の位置ずれ検出器によって、対象物（試験管）をつかんだ状態における対象物の相対的な位置ずれを検出できるので、ハンドリングの信頼性を高められる。位置ずれは、フィンガ接触面と対象物表面との間における相対的な運動であり、上下運動、左右運動、回転運動などの各種の運動の内で、特に上下運動を検出するのが望ましい。例えば、対象物の上部をその上方から複数のフィンガによってつかんだ状態では上下方向の位置ずれが特に問題となる。更に、方向判別がなされるようにしてもよく、その場合には、位置ずれの分析及びその対処をより的確に行える。ちなみに、上下方向の位置ずれは対象物が揺動あるいは傾斜したような場合にも生じる。上記構成によれば、２つの水平方向をＸ方向及びＹ方向とし垂直方向をＺ方向とした場合に、前記第１の位置ずれ検出器によりＸ−Ｚ面内における試験管の傾斜を上下方向の位置ずれとして検出でき、前記第２の位置ずれ検出器によりＹ−Ｚ平面内における試験管の傾斜を上下方向の位置ずれとして検出できる。
【０００８】
例えば、血液試料を収容したチューブ（試験管）をハンドリングする場合において、チューブに貼付されたラベルの一部分が剥がれており、それがチューブラックの内面に貼り付いているような場合には、当該チューブをつかんで引き上げる際（上昇初期）に対抗力が生じて位置ずれが生じやすい。この他、何らかの事情でチューブの引き上げに通常以上の負荷が加わった場合に位置ずれが生じやすい。そのような位置ずれを上記構成によって検出することができる。
【０００９】
また、例えば、上記上昇初期以降の上昇過程や水平運動過程などにおいて、チューブが他の物体に衝突した場合にはそのチューブが傾斜し、それが位置ずれとして検出される。更に、例えば、チューブをラックに差し込む際に、いわゆるジャミング（衝突）などが生じて位置ずれが発生する。それが上記構成によって検出されてもよい。
【００１０】
対象物の動きを例えば光学的に直接検出するようにしてもよいが、上記構成は、当接部材の運動をもって対象物の運動を検出するものである。
【００１１】
上記構成において、回転部材としては、対象物表面との間で十分な摩擦力を形成できる部材で構成するのが望ましい。
【００１３】
望ましくは、前記回転部材は前記対象物への当接方向に進退可能に保持され、前記回転部材を前記対象物側へ付勢する付勢部材が設けられる。この付勢部材によって、対象物表面に対して回転部材についての適正な接触圧を常時形成して、良好な当接関係を形成できる。
【００１４】
望ましくは、前記対象物の表面への非当接状態では前記回転部材がフィンガ接触面よりも対象物側へ突出し、前記対象物の表面への当接により前記回転部材が後退し、フィンガ接触面が前記対象物の表面に接合する。この構成によれば、対象物のつかみ自体をフィンガ接触面によって行わせることができる。
【００１５】
望ましくは、前記回転部材の後退を検出することにより前記対象物への接触を検出する接触検出器を有する。この構成によれば、回転部材の後退運動という現象を利用して接触検出を行えるので簡便である。
【００１６】
望ましくは、前記回転部材は、水平回転軸を有するホイールと、前記ホイールの円周面に沿って配列された複数のマグネットと、を含み、前記センサは前記ホイールの近傍に設けられた磁気センサである。上記構成において、マグネットの配列（ピッチ）は、希望する検出分解能などに応じて設定すればよい。また、例えば、互いに周期をずらしてマグネットを２列配列すれば動き方向の弁別も可能である。
【００１７】
（２）後述の実施形態において、ハンドリング装置は、対象物をつかむ複数のフィンガを有するマニピュレータを含み、前記複数のフィンガの中で互いに非対向関係にある少なくとも２つのフィンガに、前記対象物をつかんだ状態において当該対象物の位置ずれを検出する位置ずれ検出器が設けられる。
【００１８】
上記構成によれば、少なくとも２つの位置ずれ検出が互いに非対向関係をもって配置されるので、位置ずれの各種態様を検出できる。上記構成によれば、例えば、Ｘ（水平）−Ｙ（水平）−Ｚ（垂直）の直交座標空間において、対象物がＸ−Ｚ面内で傾斜した場合及びＹ−Ｚ面内で傾斜した場合の両者を検出でき、必要に応じて、それらの出力から位置ずれ分析を行うようにしてもよい。あるいは、一部のフィンガの当接状態がたまたま良好でないような場合においても他の位置ずれ検出器が設けられているので、確実に位置ずれ発生の事実を検出できる。
【００１９】
望ましくは、前記複数のフィンガの中で直交関係にある２つのフィンガに前記位置ずれ検出器が設けられる。
【００２０】
（３）後述の実施形態において、ハンドリング装置は、対象物をつかむために開閉運動する複数のフィンガを有するマニピュレータと、前記マニピュレータの開閉動作及びその搬送を制御する制御部と、を含み、前記複数のフィンガの内で少なくとも１つのフィンガに、前記対象物をつかんだ状態において当該対象物の位置ずれを検出する位置ずれ検出器が設けられ、前記制御部は前記位置ずれ検出器の出力に基づいて位置ずれに対処する制御を実行する。
【００２１】
上記構成によれば、位置ずれが発生した場合に、その位置ずれに対処する制御が実行され、例えば、対象物戻し、装置動作の停止、対象物の待避、アラームの発生、つかみ力の増加、などの制御を行える。
【００２２】
望ましくは、前記制御部は、一連の搬送過程における位置ずれ検出時点に応じて制御内容を変更する。この構成によれば、一律のエラー制御を行うのではなく状況にふさわしい制御を行える。
【００２３】
望ましくは、前記制御部は、前記対象物をつかんだ後の所定の引き上げ過程で位置ずれが検出された場合には当該対象物を下降させて元の位置に戻す制御を実行する。引き上げ工程の初期における位置ずれ発生の原因としては、対象物がそれを保持していた部材に引っかかっている（あるいは貼り付いている）などが考えられるため、対象物を一旦戻す制御を実行するのが望ましい。
【００２４】
望ましくは、前記制御部は、前記所定の引き上げ過程後に位置ずれが検出された場合には搬送動作を停止させてアラームを発生させる。アラームは画面表示、光、音などを利用するのが望ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。
【００２８】
図１には、本発明に係るハンドリング装置の好適な実施形態が示されており、図１はその要部構成を示す斜視図である。
【００２９】
図１において、マニピュレータ１０は、例えば血液試料を収容した試験管の上部をつかみ上げてその試験管を搬送する装置である。このマニピュレータ１０は、大別して駆動部１２と４つのフィンガ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄとからなる。駆動部１２はそれらの複数のフィンガ１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄを開閉する機構である。本実施形態において、２つのフィンガ１４Ａ，１４Ｂには、その先端部にそれぞれセンサユニット１６，１８が設けられている。ここで、それらの２つのフィンガ１４Ａ，１４Ｂはそれぞれ直交関係にあるものである。もちろん、４つのフィンガの全部に対してセンサユニットを設けるようにしてもよい。ちなみに、センサユニット１６とセンサユニット１８は同一の構造を有しており、以下、センサユニット１６を代表してその具体的な構成について説明する。
【００３０】
図２には、センサユニット１６の具体的な構成例が示されている。フレーム２０には平坦面としての接触面２２が形成されており、その接触面２２がつかみ対象物である試験管の表面に当接される。その接触面２２の中央部やや上方には開口２０Ａが形成されており、その開口２０Ａ内には、本実施形態において回転部材としてのホイール２４が回転自在に設けられている。また、このホイール２４は以下に説明するようにその当接方向に対して進退可能に設けられている。ホイール２４の円周面上には所定ピッチをもって複数のマグネット２６が設けられている。ホイール２４の中央部には貫通孔が形成されており、その貫通孔には軸２８が挿通されている。この軸２８に対してホイール２４は回転自在に構成されているが、もちろんホイール２４と軸２８が一体的に回転自在になるように構成してもよい。軸２８の両端はホイール２４の両側面から突出しており、その突出部分にはそれぞれバネ３０の一端部が当接している。各バネ３０の他端部が固定板３２によって支持されている。固定板３２はフレーム２０に対して固定的に取付けられており、すなわちバネ３０は軸２８を当接方向に付勢している。図示されていないストッパ機構によって軸２８の前進方向の前進端が形成されており、接触面２２を対象物に接触させていない状態では、図２に示されるように、バネ３０の作用によってホイール２４の一部が接触面２２から突出した状態となる。一方、接触面２２を対象物に当接させると、最初にホイール２４の突出面が対象物に接触し、対象物によってホイール２４が後退側へ押圧され、それがバネ３０によって許容される。接触面２２が対象物の表面に完全に密着した状態では、ホイール２４の円周面も対象物の表面に接触した状態となる。その際の当接圧は上述したバネ３０の付勢力によって決定される。ホイール２４が対象物の表面に接触した状態において、対象物がフレーム２０に対して相対的に上方向あるいは下方向に運動すると、ホイール２４が軸２８を中心として回転することになる。よって、ホイール２４としては対象物の表面との間における密着性が良好になるような部材で構成するのが望ましく、例えば硬質ゴムなどでホイール２４を構成してもよい。また、ホイール２４の回転がより円滑になるようにホイール２４と軸２８との間にベアリング機構などの回転機構を介在させてもよい。
【００３１】
ホイール２４の後方側には、図示されていない連結部材によって軸２８に連結された可動片３４が設けられている。すなわち、可動片３４はホイール２４と一体的に進退運動する。可動片３４は図２に示されるように上下方向に伸長した板状部材であり、その中央部やや下側には開口３４Ａが形成されている。その開口３４Ａには図示されているようにホール素子３６が設けられている。従って、ホイール２４が回転すると、その円周面上に形成されたいずれかのマグネット２６がホール素子３６に近接することになり、当該マグネット２６から出る磁力がホール素子３６にて感知される。ホイール２４が回転するならば、ホール素子３６から、回転速度に依存して一定のパルス信号が間欠的に出力されることになる。本実施形態においては、ホイール２４とホール素子３６との距離関係が常に一定に維持されているため、ホール素子３６の感度を常に良好に維持できるという利点がある。
【００３２】
可動片３４の上端部には、本実施形態においてその両面にコンタクト４０，４２が形成されている。フレーム２０には、可動片３４の対象物側に電極３７が設けられ、その電極３７には突起状のコンタクト３７Ａが形成されている。一方、フレーム２０には、可動片３４の被対象物側に電極３８が設けられており、そこには突起状のコンタクト３８Ａが形成されている。
【００３３】
以上の構成によれば、対象物をつかんでいない状態では、ホイール２４が前進端に位置し、その結果、可動片３４も対象物側に移動した状態となる。その状態ではコンタクト４０とコンタクト３７Ａとが接触する。一方、ホイール２４が対象物に接触してそれ自体が後退すると、それに伴って可動片３４も後退し、その結果、コンタクト４０とコンタクト３７Ａとの接触関係が解消し、その一方、コンタクト３８Ａとコンタクト４２との接触関係が形成される。従って、これらの構成によって、ホイール２４の進退を電気的に検出することが可能となる。すなわちコンタクト４０，４２及びコンタクト３７Ａ，３８Ａによって接触センサが構成されている。
【００３４】
このように、センサユニット１６は、ホール素子３６を中心とする回転検出機能と、上述した接触検出機能の２つの機能を有している。
【００３５】
ちなみに、図２において絶縁部材や信号線などは図示省略されている。また、可動片３４の進退運動を案内する機構などについても図示省略されている。
【００３６】
なお、ホイール２４に代えて、コンピュータ上で利用されるマウスの回転検出構造などを採用し、これによって垂直方向及び水平方向の両方向について位置ずれを検出するようにしてもよい。
【００３７】
図３には本実施形態に係るハンドリング装置の全体構成がブロック図として示されている。
【００３８】
図１に示したように、マニピュレータ１０は駆動部１２を有しており、その駆動部１２の動作は動作制御部５０によって制御されている。ロボット機構４４はマニピュレータ１０を搬送する機構であり、具体的にはマニピュレータ１０を回転する機構、昇降する機構、水平方向に搬送する機構などを具備している。ロボット機構４４も動作制御部５０によって制御されている。
【００３９】
本実施形態のマニピュレータ１０は上述したように４つのフィンガを有しており、このうちで２つのフィンガについて図３に示されるようにセンサユニット１６，１８が設けられている。それらのセンサユニット１６，１８における接触センサ３５，３９からの信号がつかみ判定部４６に出力されている。また、それらのセンサユニット１６，１８におけるホール素子３６，４０からの出力信号は、ずれ判定部４８に出力されている。つかみ判定部４６は、対象物をマニピュレータ１０によってつかんだ場合において、２つの接触センサ３５，３９からの出力に基づいてそのつかみが適正であるか否かを判定するユニットである。本実施形態においては２つの接触センサ３５，３９が９０度の交差関係をもって設けられているため、いわゆる片効きなどが生じた場合においてもそれを検出できるという利点がある。
【００４０】
ずれ判定部４８は、ホール素子３６，４１から出力される出力信号に基づいて対象物の位置ずれを判定するユニットである。本実施形態においては、上記同様に、直交関係にある２つのずれ検出部が設けられているため、上記同様に片効ぎなどの場合においても位置ずれを高精度に検出することができる。ちなみに、上述したように位置ずれの概念には、実際に上下方向に対象物が相対移動する場合の他、対象物がつかんだ部分を中心として揺動するような場合を含む。つかみ判定部４６及びずれ判定部４８の判定結果は動作制御部５０に出力されており、動作制御部５０はそれぞれの判定結果に基づいて必要な動作制御を実行する。
【００４１】
図４には、図３に示したハンドリング装置の動作例がフローチャートとして示されている。
【００４２】
Ｓ１０１では、例えば試験管などの対象物の上方に図１に示したマニピュレータ１０が位置決めされる。Ｓ１０２では、マニピュレータ１０が他方に引き下ろされ、対象物の上部に各フィンガの先端部が位置決めされる。Ｓ１０３では、つかみ動作が実行される。
【００４３】
Ｓ１０４では、上述した接触センサ３５，３９の出力に基づいて対象物のつかみが適正であるか否かが判断される。すなわち対象物が検出されたか否かが判断される。２つの接触センサ３５，３９のいずれにおいても対象物が検出された場合、Ｓ１０５以後の工程が実行され、一方、いずれかの接触センサにおいて対象物の検出が行えなかった場合にはＳ１１１以後の工程が実行される。
【００４４】
Ｓ１０５では、つかんだ対象物を上方に引き上げて必要な位置へ搬送する動作が開始される。
【００４５】
Ｓ１０６では、対象物の検出状態が維持されているか否かが判定され、またＳ１０７では、いずれかのずれ検出部によって位置ずれが検出されたか否かが判断される。対象物の接触検出が途絶えたような場合、あるいは位置ずれが検出されたような場合にはＳ１１３以降の工程が実行される。
【００４６】
Ｓ１０８では搬送が完了したか否かが判断されており、搬送完了までＳ１０６及びＳ１０７の各工程が繰り返し実行され、すなわち搬送エラーが常時監視されることになる。
【００４７】
Ｓ１０９では、搬送先に対象物に位置決めした後に複数のフィンガが開かれ、これによって対象物がリリースされる。Ｓ１１０においては次の搬送物が存在しているか否かが判断され、存在している場合にＳ１０１からの各工程が実行されることになる。
【００４８】
ところで、Ｓ１０４において、対象物を最初につかんだときに、いずれかの接触センサ３５，３９が接触を検出しない場合には、Ｓ１１１において直ちに複数のフィンガが開かれ、Ｓ１１２では、あらかじめプリセットされた動作条件あるいはユーザー設定に基づいて、その対象物をスキップしてこの搬送処理を続行するか否かが判断される。その搬送処理を続行する場合には上記のＳ１１０の工程が実行され、一方、当該対象物について搬送をスキップしない場合には、Ｓ１１８において所定のエラー処理が実行される。この場合においては装置の動作が停止され、ユーザーにアラームが報知される。
【００４９】
また一方、搬送途中において対象物についての接触検出が途絶えた場合あるいは位置ずれが検出された場合には、Ｓ１１３においてマニピュレータ１０の搬送が直ちに停止され、Ｓ１１４では、そのようなエラー検出時点がつかんだ後の初期上昇過程で発生したか否かが判断される。ここで、例えば試験管をラックから引き抜いて一定の範囲上昇するまでの初期上昇過程においてエラーが発生した場合には、Ｓ１１５においてマニピュレータ１０が下方に引き下ろされ、対象物を元の位置に戻す制御が実行され、引き続いてＳ１１６においてマニピュレータが開かれて対象物がリリースされる。そしてＳ１１７においてリトライをするか否かが判断され、それを実行する場合にはＳ１０３からの工程が実行され、それを実行しない場合には処理がＳ１１０へ以降する。ちなみに、Ｓ１１４において、初期上昇過程以降の過程にある場合には、Ｓ１１８において上述したエラー処理が実行される。
【００５０】
上記実施形態においては、位置ずれに関して上方向の位置ずれ及び下方向の位置ずれを弁別してはいないが、もちろんそれらの方向性を弁別できるようにしてもよい。また、対象物の垂直中心軸を回転中心とした回転運動をさらに位置ずれとして検出するようにしてもよい。また、本実施形態においては回転部材としてのホイール２４を対象物の表面に接触させ、対象物が移動することに伴う回転運動を検出したが、もちろん他の手段によって位置ずれを検出するようにしてもよく、例えば光学的な検出によって対象物の相対運動を検出するようにしてもよい。
【００５１】
上記構成によれば、接触面２２を対象物の表面に従来同様に適正に接触させつつも、同時にホイール２４を一定の弾性力をもって対象物に当接させることができるので、適正なつかみ状態を形成できると共に、ホイール２４のスリップを防止して位置ずれの検出精度を高められる。ちなみに、図２に示した実施形態においては、複数のコンタクトの接触関係をもって接触検出を行ったが、もちろん他のセンサを設けたりあるいは回転検出は別の構成をもって接触検出を行うようにしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対象物のハンドリング異常を検知することができる。また、本発明によれば、つかんだ対象物の位置ずれを検出してハンドリングの信頼性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るマニピュレータの概念図である。
【図２】図１に示すセンサユニットの具体的な構成例を示す図である。
【図３】本実施形態に係るハンドリング装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図４】図３に示す装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０マニピュレータ、１２駆動部、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄフィンガ、１６，１８センサユニット。

Claims

対象物としての試験管をつかむために開閉運動する複数のフィンガを有するマニピュレータを含み、
前記複数のフィンガの内で直交関係にある第１及び第２のフィンガに、前記試験管をつかんだ状態において当該対象物の上下方向の位置ずれを検出する第１及び第２の位置ずれ検出器が設けられ、
前記各位置ずれ検出器は、
円周面に沿って配列された複数のマグネットを有し、非接触状態でフィンガ接触面から試験管側に部分的に突出し、接触状態で非試験管側へ後退する回転部材と、
前記回転部材の水平回転軸を試験管側へ付勢する付勢部材と、
前記回転部材と一体的に進退運動する可動片と、
前記可動片上に設けられ、前記回転部材の回転を検出する回転検出器としての磁気センサと、
を含み、
２つの水平方向をＸ方向及びＹ方向とし垂直方向をＺ方向とした場合に、前記第１の位置ずれ検出器によりＸ−Ｚ面内における試験管の傾斜を上下方向の位置ずれとして検出でき、前記第２の位置ずれ検出器によりＹ−Ｚ平面内における試験管の傾斜を上下方向の位置ずれとして検出できる、ことを特徴とするハンドリング装置。
請求項１記載の装置において、
前記回転部材の後退を検出することにより前記対象物への接触を検出する接触検出器を有することを特徴とするハンドリング装置。
請求項１記載の装置において、
前記各位置ずれ検出器の出力に基づいて位置ずれに対処する制御を実行する制御部を有することを特徴とするハンドリング装置。
請求項３記載の装置において、
前記制御部は、一連の搬送過程における位置ずれ検出時点に応じて制御内容を変更することを特徴とするハンドリング装置。
請求項４記載の装置において、
前記制御部は、前記試験管をつかんだ後の所定の引き上げ過程で位置ずれが検出された場合には当該試験管を下降させて元の位置に戻す制御を実行することを特徴とするハンドリング装置。
請求項５記載の装置において、
前記制御部は、前記所定の引き上げ過程後に位置ずれが検出された場合には搬送動作を停止させてアラームを発生させることを特徴とするハンドリング装置。