JP6493623B2

JP6493623B2 - オートサンプラ

Info

Publication number: JP6493623B2
Application number: JP2018511823A
Authority: JP
Inventors: 良朗平松
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2036-04-13
Also published as: CN109073608A; RU2018135736A; EP3444606A4; EP3444606A1; US20190128857A1; JPWO2017179157A1; WO2017179157A1; RU2018135736A3; CN109073608B

Description

本発明は、例えば液体クロマトグラフやガスクロマトグラフで用いられ、ニードルを用いて試料や試薬の吸入・吐出を行なう機能を有するようなヘッドを水平面内で駆動し、そのヘッドの移動範囲内に配置された容器やインジェクションポートに自動的にアクセスするオートサンプラに関するものである。

液体クロマトグラフ（ＬＣ）やガスクロマトグラフ（ＧＣ）、それらに検出器として質量分析装置（ＭＳ）を接続したＬＣ−ＭＳやＧＣ−ＭＳで使用されるオートサンプラは、ヘッドを水平面内において直交する２方向へ駆動する。ヘッドは、例えば、ニードルによって試料や試薬等の吸入・吐出を行なう機能を有するものである。ヘッドの移動範囲に試料容器や試薬容器、試料注入口等が配置される。

ヘッドの移動範囲に配置した試料容器等の位置をユーザが装置側に登録（ティーチング）することで、ユーザによって設定された分析項目に基づいてオートサンプラが自動的に試料の調整やクロマトグラフへの注入といった動作を実行する。

上記オートサンプラは、他のオートインジェクタや検出器といった装置と共存させ得るものである。すなわち、ヘッドの移動範囲に別のオートインジェクタや検出器等を配置することができ、調整した試料を別のオートインジェクタや検出器へ導入するといったこともできる場合がある。

しかし、ヘッドの移動範囲にオートインジェクタや検出器等の別の装置が配置されている場合、ヘッドが試料調整や試料注入を行なうために、次の動作位置まで移動しようとしたときに、そのような別の装置がヘッドやヘッドを移動させるアームと干渉する障害物となってヘッドの移動が阻害されることがあった。そのため、そのような問題が生じたときは、ユーザがそのような障害物をヘッドの移動範囲外へ移動させる必要があった。

また、上記の問題を防止するために、上記問題が最も起こりにくいような経路で常にヘッドが移動するように、ヘッドの移動経路を規定しておくことが考えられる。しかし、そうすると障害物がないような場合でもヘッドの移動距離が必要以上に長くなり、ヘッドの移動時間が長くなるという問題がある。

そこで、本発明は、ヘッドの移動に要する時間を長くすることなく、ヘッド及びアームが障害物と接触することを防止することができるオートサンプラを提供することを目的とするものである。

本発明に係るオートサンプラは、駆動部、障害物センサ及び制御部を備えている。駆動部は、ヘッド、水平面内における一方向であるＹ軸方向へ伸び、先端側で前記ヘッドを保持して前記Ｙ軸方向へスライドするアーム、及び水平面内において前記Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向へ前記アームを移動させるアーム移動機構を備えている。障害物センサは、前記駆動部に設けられ、前記ヘッドと前記アームの移動経路上における障害物を検知する。制御部は前記駆動部による前記ヘッドの駆動を制御するものであって、最短ルート移動部及び障害物回避部を備えている。

前記制御部の最短ルート移動部は、前記ヘッドの目的地が設定された後で、前記目的地まで最短ルートで前記ヘッドが移動するように前記駆動部を駆動するように構成されている。障害物回避部は、Ｙ軸方向回避動作とＸ軸方向回避動作を実行するように構成されている。Ｙ軸方向回避動作は、前記ヘッドを最短ルートで移動させる際に前記障害物センサが障害物を検知したときに、前記アームの前記Ｘ軸方向への移動を停止させ、前記アームを前記Ｘ軸方向へ進行させても前記ヘッドと前記アームがその障害物と接触しない前記Ｙ軸方向の位置に前記ヘッドがくるように、前記アームを前記Ｙ軸方向へのみ移動させる動作である。Ｘ軸方向回避動作は、そのＹ軸方向回避動作の後で、前記ヘッドを前記目的地方向へ直線的に移動させることができる位置まで、前記アームを前記Ｘ軸方向へのみ進行させる動作である。前記最短ルート移動部は、前記ヘッドが前記Ｘ軸方向回避動作の完了した直後の位置から前記目的地までの最短ルートを移動するように、前記駆動部を駆動するように構成されている。

ここで、ヘッドの初期位置、目的地及び障害物の位置によっては、上記Ｙ軸方向回避動作を実行するだけで、その後、ヘッドを目的地まで直線的に移動させることが可能となる場合もある。したがって、そのような場合には、Ｙ軸方向回避動作が完了すると同時にＸ軸方向回避動作も完了することとなる。

障害物が配置されている位置によっては、ヘッドを目的地まで移動させる際にヘッド及びアームがその障害物に接触しないようにヘッドを移動させることが物理的に不可能な場合が存在する。その場合は障害物を移動させなければヘッドを目的地まで移動させることは不可能である。そこで、本発明において、前記制御部は、前記Ｙ軸方向回避動作を行なうことが物理的に不可能なときにユーザに対して警告を発する警告発生部をさらに備えていることが好ましい。そうすれば、ユーザは障害物をその位置から移動させる必要があることを早急に知ることができる。

また、前記Ｙ軸方向回避動作が完了した直後の前記ヘッドの位置をＹ軸方向回避位置として記憶し、前記Ｘ軸方向回避動作が完了した直後の前記ヘッドの位置をＸ軸方向回避位置として記憶する回避位置記憶部をさらに備え、前記最短ルート移動部は、前記回避位置記憶部に前記Ｙ軸方向回避位置及び前記Ｘ軸方向回避位置が記憶されている状態で前記ヘッドを前記目的地まで移動させるときは、前記ヘッドが前記Ｙ軸方向回避位置及び前記Ｘ軸方向回避位置を経由する前記目的地までの最短ルートで移動するように、前記駆動部を制御するように構成されていることが好ましい。そうすれば、２回目以降の目的地までのヘッドの移動時に、障害物センサを用いたＹ軸方向回避動作及びＸ軸方向回避動作を実行することなく、回避位置記憶部に記憶されているＹ軸方向回避位置及びＸ軸方向回避位置を用いて、障害物を回避しながら最短ルートで目的地までヘッドを移動させることができる。

本発明に係るオートサンプラは、前記駆動部による前記ヘッドの駆動を制御する制御部が、最短ルート移動部及び障害物回避部を備え、障害物回避部がＹ軸方向回避動作とＸ軸方向回避動作を実行し、最短ルート移動部が、ヘッドがＸ軸方向回避動作の完了した直後の位置から目的地までの最短ルートを移動するように、駆動部を駆動するように構成されているので、必要以上に長い移動経路でヘッドを移動させることなく、ヘッド及びアームが障害物に接触することを防止することができる。

オートサンプラの一実施例を示す平面概略構成図である。同実施例の障害物回避動作を示すフローチャートである。同実施例の通常動作時のヘッドの移動を示すフローチャートである。同実施例の障害物回避動作時の一状態を示す平面図である。図４の動作の次の状態を示す平面図である。図５の動作の次の状態を示す平面図である。図６の動作の次の状態を示す平面図である。同実施例の通常動作時の移動を概略的に示す平面図である。同実施例においてエラーとなる場合の一例を示す平面図である。同実施例においてエラーとなる場合の他の例を示す平面図である。

以下、本発明のオートサンプラの一実施例について、図面を用いて説明する。

まず、図１を用いて、オートサンプラの一実施例の構成について説明する。

ヘッド２がアーム４の先端に取り付けられている。ヘッド２は、例えば先端が鉛直下方を向くニードルを保持しており、そのニードルの先端から液の吸入と吐出を行なう機能を有するものである。アーム４は水平面内における一方向であるＹ軸方向（図において上下方向）に伸びるように配置されている。アーム４はアーム移動機構６によって保持されている。アーム移動機構６は、水平面内においてＹ軸方向と直交するＸ軸方向（図において左右方向）に伸びるように配置されたガイドレール８に沿って、Ｘ軸方向に移動することができる。アーム移動機構６はアーム４をＹ軸方向へスライドさせる。ヘッド２、アーム４及びアーム移動機構６は、本願請求項１における駆動部を構成するものである。

以下においては、Ｘ軸方向において右方向をプラス方向、左方向をマイナス方向と定義し、Ｙ軸方向において上方向をマイナス方向、下方向をプラス方向と定義する。

アーム移動機構６がガイドレール８に沿ってＸ軸方向へ移動するための機構としては、例えば、ガイドレール８に沿ってＸ軸方向へ伸びるように設けられたラックギア、及びアーム移動機構６に設けられてそのラックギアと噛合するピニオンギアからなる機構（図示は省略）が挙げられる。その場合、アーム移動機構６に設けられたピニオンギアはステッピングモータによって回転させられ、ステッピングモータの回転数によってＸ軸方向におけるヘッド４の位置を制御することができる。

また、アーム移動機構６がアーム４をＹ軸方向へスライドさせる機構としては、例えば、アーム４に沿ってＹ軸方向へ伸びるように設けられたラックギア、及びアーム移動機構６に設けられてアーム４のラックギアと噛合するピニオンギアからなる機構（図示は省略）が挙げられる。その場合、アーム移動機構６に設けられたピニオンギアはステッピングモータによって回転させられ、ステッピングモータの回転数によってＹ軸方向におけるヘッド４の位置を制御することができる。

ヘッド２のＸ軸方向プラス側（図において右側）の側面、Ｙ軸方向プラス側（図において下側）の側面に障害物センサ１０，１２がそれぞれ設けられている。アーム４のＸ軸方向プラス側（図において右側）の側面の複数の位置（図では３箇所）に障害物センサ１４が設けられている。これらの障害物センサ１０，１２，１４は各センサが向いている方向（Ｘ軸方向プラス側又はＹ軸方向プラス側）の一定距離内に障害物が近接したときに障害物の存在を検知するものである。障害物センサ１０，１２，１４としては、例えばフォトマイクロセンサ、エリアセンサ、光電センサ、近接センサ、レーザーセンサを用いることができる。障害物センサ１０，１２，１４の検知距離は１０ｍｍ程度である。

ヘッド２の移動、すなわちアーム移動機構６の動作は、制御部１６によって制御される。制御部１６は、ヘッド２を目的地Ｇまで移動させるための機能として、最短ルート移動部１８、障害物回避部２０、回避位置記憶部２２及び警告発生部２４を備えている。障害物センサ１０，１２，１４の検知信号は制御部１６に取り込まれる。制御部１６は、障害物センサ１０，１２，１４からの信号に基づいて、ヘッド２及びアーム４が障害物に接触しないように、アーム移動機構６の動作を制御する。

制御部１６はこのオートサンプラ専用のコンピュータ又は汎用のパーソナルコンピュータによって実現することができる。最短ルート移動部１８、障害物回避部２０及び警告発生部２４は、制御部１６をなすコンピュータ内に格納されたプログラムを演算処理装置が実行することにより得られる機能である。回避位置記憶部２２は、制御部１６に設けられた記憶装置によって実現される。なお、回避位置記憶部２２は、制御部１６から独立して設けられた記憶装置によって実現してもよい。

最短ルート移動部１８は、ヘッド２を目的地Ｇまで移動させるための最短ルートを計算し、ヘッド２がその最短ルートまで移動するようにアーム移動機構６を制御するように構成されている。さらに、最短ルート移動部１８は、回避位置記憶部２２に、後述するＸ軸方向回避位置及びＹ軸方向回避位置が記憶されているときは、それらの回避位置を経由しながら最短で目的地までヘッド２を移動させるための最短ルートを計算し、その最短ルートでヘッド２が移動するようにアーム移動機構６を制御するように構成されている。

障害物回避部２０は、ヘッド２又はアーム４の移動経路上に障害物が存在する場合に、ヘッド２及びアーム４がその障害物を回避するように、アーム移動機構６を制御するように構成されている。障害物を回避する障害物回避動作の詳細については後述するが、障害物回避動作には、主として、Ｘ軸方向回避動作とＹ軸方向回避動作があり、各回避動作によって障害物を回避するためのＸ軸方向回避位置及びＹ軸方向回避位置が得られる。

障害物回避動作は通常動作時に常に行なってもよいが、制御部１６に目的地Ｇや障害物の位置を登録するためのティーチング時に行なうことが好ましい。ティーチングでは、Ｘ軸方向回避動作とＹ軸方向回避動作によってＸ軸方向回避位置及びＹ軸方向回避位置を取得し、回避位置記憶部２２に記憶させる。これにより、通常動作時は、最短ルート移動部１８によってそのＸ軸方向回避位置及びＹ軸方向回避位置を経由した最短ルートで、ヘッド２を移動させることができる。

警告発生部２４は、上記の障害物回避動作によってヘッド２及びアーム４が障害物を回避できない場合に、ユーザに対し警告を発するように構成されている。ユーザに対する警告としては、制御部１６に接続された液晶ディスプレイ等のモニタにエラー表示をするものであってもよいし、警告音を発するものであってもよい。

次に、図２のフローチャートと図３から図７及び図１０を用いて、障害物回避動作について説明する。なお、以下に説明する障害物回避動作は、ヘッド２を予め設定された基準位置から目的地Ｇまで移動させるための経路を決定するためのティーチング時に行なわれる動作である。この実施例では、図１に示されたヘッド２の位置をヘッド２の基準位置とする。また、以下の説明では、障害物センサ１０，１４を、ヘッド２とアーム４のＸ軸プラス方向の一定距離内における障害物の存在を検知する「Ｘ軸方向センサ」と定義し、障害物センサ１２をヘッド２のＹ軸プラス方向の一定距離内における障害物の存在を検知する「Ｙ軸方向センサ」と定義する。

ヘッド２は、原則として、直線的に、すなわち最短ルートで目的地Ｇまで移動しようとする。ヘッド２が基準位置にある状態で、Ｘ軸方向センサ１０，１４が障害物を検知していない場合は、ヘッド２がその最短ルートに沿って目的地Ｇの方向へ移動する。ヘッド２と目的地Ｇとの間に、ヘッド２及びアーム４が接触するような障害物が存在しない場合には、ヘッド２は最短ルートで目的地Ｇに到達する。

しかし、図４に示されているように、ヘッド２が最短ルートで移動している間に、Ｘ軸方向センサ１０，１４のいずれかが障害物を検知したときは、アーム４の動作を停止させる。ここで、ヘッド２及びアーム４が障害物を回避することができるか否かを判断する。回避が可能か否かは、通常、後述の「Ｙ軸方向回避動作」又は「Ｘ軸方向回避動作」を試み、これらの動作が実行可能化否かによって判断する。

回避が可能な場合は、図５に示されているように、ヘッド２がＸ軸プラス方向へ移動可能な位置まで、ヘッド２をＹ軸マイナス方向へ移動させる。ヘッド２がＸ軸プラス方向へ移動可能な位置は、Ｘ軸方向センサ１０の検知信号に基づいて認識することができる。すなわち、ヘッド２の大きさを考慮し、Ｘ軸方向センサ１０が障害物を検知しなくなってから、さらに一定距離だけヘッド２をＹ軸マイナス方向へ移動させた位置である。ヘッド２をかかる位置まで移動させる動作が「Ｙ軸方向回避動作」である。このＹ軸方向回避動作が完了した直後のヘッド２の位置を「Ｙ軸方向回避位置」として回避位置記憶部２２に記憶させる。

Ｙ軸方向回避動作が完了した後、Ｙ軸方向回避動作が完了した直後の「Ｙ軸方向回避位置」から目的地Ｇまでの直線上に障害物がある場合は、図６に示されているように、ヘッド２が目的地Ｇへ直線的に移動可能な位置まで、ヘッド２をＸ軸プラス方向へ移動させる。この動作がＸ軸方向回避動作である。このＸ軸方向回避動作が完了した直後のヘッド２の位置を「Ｘ軸方向回避位置」として回避位置記憶部２２に記憶させる。

Ｘ軸方向回避動作についてさらに具体的に説明する。「Ｙ軸方向回避位置」からヘッド２をＸ軸プラス方向へ移動させると、Ｙ軸方向センサ１２が障害物を検知する。さらに、ヘッド２をＸ軸プラス方向へ移動させると、Ｙ軸方向センサ１２が障害物を検知しなくなる。「Ｘ軸方向回避位置」とは、ヘッド２の大きさを考慮し、Ｙ軸方向センサ１２が障害物を検知しなくなってからさらに一定距離だけＸ軸プラス方向へ移動させたときのヘッド２の位置である。

なお、Ｙ軸方向回避動作が完了した後、Ｙ軸方向回避動作が完了した直後の「Ｙ軸方向回避位置」から目的地Ｇまでの直線上に障害物がない場合は、「Ｙ軸方向回避位置」から目的地まで直線的にヘッド２を移動させることができるので、上記のようなＸ軸回避動作を行なう必要がない。したがって、かかる場合には、Ｙ軸方向回避動作の完了と同時にＸ軸方向回避動作も完了することとなる。

Ｘ軸方向回避動作が完了した後、図７に示されているように、その「Ｘ軸方向回避位置」から目的地Ｇまで直線的にヘッド２を移動させる。これにより、基準位置から目的地Ｇまでの、障害物を回避した最短ルートの探索が終了する。

なお、Ｘ軸方向センサ１０，１４が障害物を検知した場合であって、ヘッド２及びアーム４がその障害物を回避することができない場合には、警告を表示する。例えば図９に示されているように、障害物がガイドレール８に接近して配置されている場合は、「Ｙ軸方向回避動作」を試みるものの、ヘッド２がＸ軸方向へ移動することができるような位置まで、ヘッド２をＹ軸マイナス方向へ移動させることが物理的に不可能である。したがって、かかる場合、ヘッド２及びアーム４が障害物を回避することができない。かかる場合に、ユーザに対して警告を発し、障害物の移動を促す。

また、図１０に示されているように、ティーチング開始時点において、Ｘ軸方向センサ１４が障害物を検知している場合、ヘッド２をそのままＹ軸マイナス方向（図において上方向）へ移動させるとヘッド２が障害物と接触する。しかし、ヘッド２をそれ以上、Ｘ軸マイナス方向（図において左方向）へ移動させることができないため、障害物を回避することが物理的に不可能である。かかる場合は、ユーザに対して警告を表示する（又は発する）。

上記の障害物回避動作によってＸ軸方向回避位置及びＹ軸方向回避位置が回避位置記憶部２２（図１参照）に記憶された後は、図３のフローチャート及び図８に示されているように、Ｘ軸方向回避位置及びＹ軸方向回避位置を経由した最短ルートで、ヘッド２を目的地Ｇまで移動させることができる。すなわち、まず現在位置からＹ軸方向回避位置まで、ヘッド２を直線的に移動させ、次にＹ軸方向回避位置へ移動させる。その後、Ｙ軸方向回避位置から目的地Ｇまでヘッド２を直線的に移動させる。これにより、ヘッド２が任意の位置にある場合でも、ヘッド２及びアーム４が障害物に接触することを確実に回避しつつ、最短ルートでヘッド２を目的地Ｇまで移動させることができる。

なお、ヘッド２の現在位置によっては、Ｘ軸方向回避位置及びＹ軸方向回避位置を経由しなくても、現在位置から目的地Ｇまで直線的にヘッド２を移動させることができる場合がある。したがって、ヘッド２を移動させる際、ヘッド２の現在位置の座標、目的地Ｇの座標、Ｘ軸方向回避位置及びＹ軸方向回避位置の座標に基づいて、Ｘ軸方向回避位置及びＹ軸方向回避位置を経由させるか否かを制御部１６が判断するようになっていることが好ましい。

２ヘッド
４アーム
６アーム移動機構
８ガイドレール
１０，１２，１４障害物センサ
１６制御部
１８最短ルート移動部
２０障害物回避部
２２回避位置記憶部
２４警告発生部

Claims

ヘッド、水平面内における一方向であるＹ軸方向へ伸び、先端側で前記ヘッドを保持して前記Ｙ軸方向へスライドするアーム、及び水平面内において前記Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向へ前記アームを移動させるアーム移動機構を備えた駆動部と、
前記駆動部に設けられ、前記ヘッド及び前記アームの移動経路上における障害物を検知する障害物センサと、
前記障害物センサからの信号に基づいて前記駆動部の動作を制御する制御部であって、前記ヘッドの目的地が設定された後で、前記目的地まで最短ルートで前記ヘッドが移動するように前記駆動部を駆動するように構成された最短ルート移動部、及び、前記ヘッドを最短ルートで移動させる際に前記障害物センサが障害物を検知したときに、前記アームの前記Ｘ軸方向への移動を停止させ、前記アームを前記Ｘ軸方向へ進行させても前記ヘッドと前記アームがその障害物と接触しない前記Ｙ軸方向の位置に前記ヘッドがくるように、前記アームを前記Ｙ軸方向へのみ移動させるＹ軸方向回避動作を実行し、そのＹ軸方向回避動作の後で、前記ヘッドを前記目的地方向へ直線的に移動させることができる位置まで、前記アームを前記Ｘ軸方向へのみ進行させるＸ軸方向回避動作を実行するように構成された障害物回避部を有する制御部と、を備え、
前記制御部の前記最短ルート移動部は、前記ヘッドが前記Ｘ軸方向回避動作の完了した直後の位置から前記目的地までの最短ルートを移動するように、前記駆動部を駆動するように構成されているオートサンプラ。
前記制御部は、前記Ｙ軸方向回避動作を行なうことが物理的に不可能なときにユーザに対して警告を発する警告発生部をさらに備えている請求項１に記載のオートサンプラ。
前記Ｙ軸方向回避動作が完了した直後の前記ヘッドの位置をＹ軸方向回避位置として記憶し、前記Ｘ軸方向回避動作が完了した直後の前記ヘッドの位置をＸ軸方向回避位置として記憶する回避位置記憶部をさらに備え、
前記最短ルート移動部は、前記回避位置記憶部に前記Ｙ軸方向回避位置及び前記Ｘ軸方向回避位置が記憶されている状態で前記ヘッドを前記目的地まで移動させるときは、前記ヘッドが前記Ｙ軸方向回避位置及び前記Ｘ軸方向回避位置を経由する前記目的地までの最短ルートで移動するように、前記駆動部を制御するように構成されている請求項１に記載のオートサンプラ。