JP6677884B2 - 搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、細胞が収容された細胞容器を搬送するための搬送ロボットを備えた搬送装置に関する。

特許文献１には、細胞培養を行うための清浄空間を維持する筐体と、筐体内において培養器具の搬送を行うロボットとを備えた自動細胞培養装置が開示されている。特許文献１のロボットは、筐体に設けられたレールに沿って水平方向に走行し（図１参照）、また、昇降ポストがレールに対して鉛直方向に移動することで高さ調節される（図３参照）。

特許第５４１６９１９号公報

特許文献１に記載の自動細胞培養装置のような、細胞容器を搬送するための搬送ロボットを備えた搬送装置は、実用化を検証するため、病院や大学の研究室のような比較的小さな空間に設置される。さらに、当該空間には、搬送装置とは別に、細胞の培養や試験の検証等を行うための作業エリアを最大限確保する必要がある。そのため、搬送装置には小型化が望まれている。

ここで、搬送装置における搬送ロボットが配置される搬送空間の周辺に複数の周辺空間が設けられ、搬送ロボットが（特に、水平面に沿って走行して）複数の周辺空間に細胞容器を搬送する構成の場合、搬送ロボットが複数の周辺空間にアクセス可能なように、搬送空間における搬送ロボットの作業領域を比較的大きく確保する必要がある。

また、搬送空間に滅菌ガスを供給し、搬送空間を無菌化する場合がある。この場合、搬送空間の容積が大きいほど、ガスの使用量が多くなり、コストが増大する。

以上のように、搬送装置及び搬送空間を小さくするため、搬送装置には小型化が望まれている。しかしながら、特許文献１では、この点が考慮されておらず、ロボットを水平方向に走行させるための走行モータやロボットを昇降させるための昇降モータ等の配置が何ら示されていない。そのため、各モータの配置次第で、搬送ロボットの小型化（ひいては搬送ロボットを含む搬送装置の小型化）が困難になり得る。

本発明の目的は、小型化を実現可能な搬送ロボットを備えた搬送装置を提供することである。

本発明によると、細胞が収容された細胞容器を搬送するための搬送ロボットと、前記搬送ロボットが配置される搬送空間を画定し、前記搬送空間の周辺に配置された前記搬送ロボットによる前記細胞容器の搬送先となる複数の周辺空間のそれぞれと前記搬送空間とを連通させる複数の連通口が形成された筐体とを備えた搬送装置において、前記搬送ロボットは、前記細胞容器を保持するためのアームを有するアーム部と、前記アーム部を支持する支持部と、前記支持部を前記アーム部と共に水平面に沿った走行方向に走行させるための走行モータと、前記支持部に対して前記アーム部を昇降させるための昇降モータと、前記支持部に対して前記アーム部を回転させるための回転モータとを備え、前記走行モータ、前記昇降モータ及び前記回転モータは、鉛直方向から見て互いに重ならず、且つ、鉛直方向と前記走行方向との両方と直交する直交方向から見て互いに重ならず、前記筐体は、前記搬送空間を挟んで対向し且つそれぞれ前記走行方向に延在した一対の側壁を有し、前記一対の側壁の一方の内側面に、前記搬送ロボットをガイドするための前記走行方向に延在したガイド部材が設けられたことを特徴とする、搬送装置が提供される。

本発明によれば、走行モータ、昇降モータ及び回転モータを上記のように配置することで、搬送ロボットの鉛直方向及び直交方向のサイズを小さくすることができ、搬送ロボットの小型化を実現することができる。さらに本発明によれば、搬送ロボットの小型化により、搬送装置自体の小型化をも実現することができる。
また、筐体の下壁にガイド部材を設けた場合、ガイド部材があるために搬送ロボットの作業領域を低く設定し難い。これに対し、本発明によれば、筐体の側壁にガイド部材を設けたことで、搬送ロボットの作業領域を低くしつつ、搬送ロボットの走行部（ガイド部材、ラックアンドピニオン等）を比較的低い部分にまとめることができる。（搬送ロボットの走行部は、摩擦が発生し易く、クリーン度を高く保つことが困難な領域である。本発明によれば、走行部を筐体内の比較的低い部分にまとめることができ、それ以外の領域のクリーン度を高く保つことができる。）

本発明において、前記アーム部は、前記アームと、前記アームを支持するアームベースとを有し、前記アームベースは、前記回転モータの駆動により、前記アームベースにおける前記水平面の中央において鉛直方向に延在したベース軸線を中心として、前記支持部に対して回転し、前記アームは、前記アームを駆動させるためのアームモータの駆動により、鉛直方向に延在したアーム軸線を中心として前記アームベースに対して回転し、前記アーム軸線は、鉛直方向から見て前記ベース軸線と重ならなくてよい。この場合、アーム軸線が鉛直方向から見てベース軸線と重なる場合に比べ、アームが縮んだ状態（アームを折り畳んだ状態）における搬送ロボットの水平方向の面積を小さくすることができる。

本発明において、前記アームベースは、前記アームモータを支持し、鉛直方向から見て前記搬送ロボットをガイドするための前記走行方向に延在したガイド部材と重なってよい。この場合、搬送ロボットの直交方向のサイズを確実に小さくすることができる。

本発明において、前記走行モータは、前記走行方向に前記支持部と隣接してよい。この場合、搬送ロボットの直交方向のサイズを確実に小さくすることができる。

本発明において、前記一対の側壁の他方に、前記搬送ロボットのメンテナンスを行うためのメンテナンス開口が設けられ、前記支持部において前記メンテナンス開口と対向し得る位置に、開閉可能なメンテナンス用カバーが設けられてよい。この場合、搬送ロボットのメンテナンスを容易に行うことができる。

本発明によれば、走行モータ、昇降モータ及び回転モータを上記のように配置することで、搬送ロボットの鉛直方向及び直交方向のサイズを小さくすることができ、搬送ロボットの小型化（ひいては搬送ロボットを含む搬送装置の小型化）を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る搬送装置の水平方向に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係る搬送ロボット及びガイド部材を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る搬送ロボット及びガイド部材を示す平面図である。（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る搬送ロボット及びガイド部材を示す直交方向から見た側面図である。 本発明の一実施形態に係る搬送ロボット及びガイド部材を示す走行方向から見た側面図である。 本発明の一実施形態に係る搬送ロボットを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る搬送ロボットを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る搬送ロボットにおける図６（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係る搬送ロボット及びガイド部材における図３（ａ）に示す領域ＶＩＩＩの部分拡大図である。

本発明の一実施形態に係る搬送装置１は、細胞の培養や試験に用いられるものであり、図１に示すように、搬送ロボット１０と、搬送ロボット１０が配置される搬送空間２０ｘを画定する筐体２０とを有する。

筐体２０は、鉛直方向に延在した側壁２０ａ〜２０ｄと、水平方向に延在した下壁及び上壁（図示略）とを有する。一対の側壁２０ａ，２０ｂは、搬送空間２０ｘを挟んで対向し、且つ、それぞれ搬送ロボット１０が走行する方向（水平面に沿った方向であり、以下、「走行方向」という。）に延在している。一対の側壁２０ｃ，２０ｄは、搬送空間２０ｘを挟んで対向し、且つ、それぞれ鉛直方向と走行方向との両方と直交する方向（以下、「直交方向」という。）に延在している。

搬送空間２０ｘの周辺には、搬送ロボット１０による細胞容器（細胞が収容された容器）の搬送先となる複数の周辺空間５０が配置されている。本実施形態では、一対の側壁２０ａ，２０ｂに対してそれぞれ４つの周辺空間５０が対向するように配置されている。搬送空間２０ｘは、一対の側壁２０ａ，２０ｂのそれぞれに形成された４つの連通口２１を介して、各周辺空間５０と連通している。

一対の側壁２０ａ，２０ｂの一方（側壁２０ａ）の内側面には、搬送ロボット１０をガイドするための走行方向に延在したガイド部材３０が設けられている。また、図２及び図３に示すように、搬送空間２０ｘにおいてガイド部材３０の近傍には、搬送ロボット１０のケーブル保護のためのケーブルベア（登録商標）４０が走行方向に延在している。

一対の側壁２０ａ，２０ｂの他方（側壁２０ｂ）には、４つのメンテナンス開口２２が設けられている。メンテナンス開口２２は、搬送ロボット１０のメンテナンスを行うためのものであり、図３（ｂ）に示すように、各連通口２１の下方に設けられている。メンテナンス開口２２は、鉛直方向に移動可能な扉（図示略）によって開放又は閉鎖される。当該扉は、ガス供給工程において搬送空間２０ｘに供給されたガスが無害化されるまで（例えば、過酸化水素ガスの場合、過酸化水素ガスが水及び酸素に分解されるまで）、開放されないようにロックされる。

搬送ロボット１０は、図２〜図８に示すように、アーム部１１と、アーム部１１を昇降可能且つ回転可能に支持する支持部１２と、支持部１２をアーム部１１と共に走行方向に走行させるための走行モータ１２Ｍ１と、支持部１２に対してアーム部１１を昇降させるための昇降モータ１２Ｍ２と、支持部１２に対してアーム部１１を回転させるための回転モータ１２Ｍ３と、アームモータ１１Ｍとを有する。支持部１２においてメンテナンス開口２２と対向し得る位置（本実施形態では、支持部１２における走行方向に延在した一対の側壁２０ａ，２０ｂの他方（側壁２０ｂ：図１参照）と対向する側壁の下部）に、開閉可能なメンテナンス用カバー１２ｃが設けられている（図２及び図３（ｂ）参照）。

アーム部１１は、細胞容器を保持するためのアーム１１ａと、アーム１１ａを回転可能に支持するアームベース１１ｂとを有する。

アーム１１ａは、図５〜図７に示すように、互いに回転可能に連結された３つのアーム要素１１ａ１〜１１ａ３と、細胞容器が載置されるプレート１１ｘとを含む。アーム要素１１ａ１は、一端がアームベース１１ｂの上面に取り付けられており、当該一端を通って鉛直方向に延在したアーム軸線１１ａｘ（図６（ａ），（ｂ）及び図７参照）を中心として、アームベース１１ｂに対して回転可能である。アーム要素１１ａ２は、一端がアーム要素１１ａ１の他端の上面に取り付けられており、当該一端を通って鉛直方向に延在した軸線を中心として、アーム要素１１ａ１に対して回転可能である。アーム要素１１ａ３は、一端がアーム要素１１ａ２の他端の上面に取り付けられており、当該一端を通って鉛直方向に延在した軸線を中心として、アーム要素１１ａ２に対して回転可能である。プレート１１ｘは、アーム要素１１ａ３の他端の側面に固定されている。

アームモータ１１Ｍは、アーム要素１１ａ１の一端の下方におけるアームベース１１ｂの内部に配置されており、アームベース１１ｂに支持されている（図７参照）。また、図示は省略するが、アーム要素１１ａ１，１１ａ２の一端及び他端のそれぞれにプーリが配置され、アーム要素１１ａ１の一端及び他端のプーリにベルトが巻回され、アーム要素１１ａ２の一端及び他端のプーリにベルトが巻回され、アーム要素１１ａ１の一端のプーリがアームモータ１１Ｍの駆動軸に固定され、アーム要素１１ａ１の他端のプーリがシャフトを介してアーム要素１１ａ２の一端のプーリに固定され、アーム要素１１ａ２の他端のプーリがシャフトを介してアーム要素１１ａ３の一端に固定されている。

アームモータ１１Ｍの駆動力がアーム要素１１ａ１〜１１ａ３に順次伝達され、各アーム要素１１ａ１〜１１ａ３が回転することで、アーム１１ａの伸縮動作が実現される（図６（ａ），（ｂ）参照）。搬送ロボット１０を連通口２１と対向させた状態でアーム１１ａを伸長させることで、プレート１１ｘが連通口２１を通過し、周辺空間５０に細胞容器を搬送することができる。

アームベース１１ｂは、図７に示すように、アーム１１ａと支持部１２との間に介在し、アーム１１ａと共に昇降可能且つ回転可能に支持部１２に支持されている。アーム部１１は、プレート１１ｘが連通口２１の鉛直方向の範囲内となるように昇降する。

アームベース１１ｂは、回転モータ１２Ｍ３の駆動により、ベース軸線１１ｂｘを中心として支持部１２に対して回転する。回転モータ１２Ｍ３は、アームベース１１ｂ及び支持部１２の内部であって、アームベース１１ｂにおける水平面の中央に配置されている。ベース軸線１１ｂｘは、アームベース１１ｂにおける水平面の中央において鉛直方向に延在している。アーム軸線１１ａｘとベース軸線１１ｂｘとは、走行方向及び直交方向に互いに離隔しており、鉛直方向から見て互いに重ならない。

支持部１２には、図７及び図８に示すように、昇降機構１３が設けられている。昇降機構１３は、プーリ１３ｐ、プーリ１３ｐと昇降モータ１２Ｍ２とに巻回されたベルト１３ｂ、プーリ１３ｐの回転軸に固定され且つ鉛直方向に延在したボールねじ１３ｘ、ボールねじ１３ｘの周面に形成された雄ねじ部に噛み合う雌螺子部が内周面に形成された筒部１３ｙ、及び、筒部１３ｙとアームベース１１ｂとを連結する連結部１３ｚを含む。昇降モータ１２Ｍ２の駆動により、プーリ１３ｐ及びボールねじ１３ｘが回転し、連結部１３ｚが昇降するのに伴い、アーム部１１が昇降する。

なお、昇降モータ１２Ｍ２とボールねじ１３ｘとは、直交方向に互いに離隔している。この場合、昇降モータ１２Ｍ２とボールねじ１３ｘとを直交方向に離隔させず鉛直方向に並んで配置した場合に比べて、搬送ロボット１０の鉛直方向のサイズを小さくすることができる。

支持部１２には、さらに、ガイド部材３０のラック３０Ｒ（図２及び図３参照）と噛合するピニオン（図示略）が設けられている。走行モータ１２Ｍ１の駆動によってピニオンが回転し、ピニオンがラック３０Ｒ上を移動することで、搬送ロボット１０が走行方向に移動する。

支持部１２は、走行モータ１２Ｍ１、昇降モータ１２Ｍ２及び回転モータ１２Ｍ３を支持している。走行モータ１２Ｍ１、昇降モータ１２Ｍ２及び回転モータ１２Ｍ３は、図７及び図８に示すように、走行方向に互いに離隔しており、鉛直方向から見て互いに重ならず、且つ、直交方向から見て互いに重ならない。走行モータ１２Ｍ１は、支持部１２における直交方向に延在した一側壁の外面に固定されており、走行方向に支持部１２と隣接している。昇降モータ１２Ｍ２及び回転モータ１２Ｍ３は、支持部１２の内部に設けられている。鉛直方向から見て、昇降モータ１２Ｍ２は支持部１２の角部、回転モータ１２Ｍ３は支持部１２の略中央にそれぞれ配置されている。

また、図４に示すように、支持部１２における走行方向に延在した一対の側壁２０ａ，２０ｂの一方（側壁２０ａ：図１参照）と対向する側壁に、ガイド部材３０の一対のレール３０ｘ（図２及び図４参照）と係合する一対のブロック１２ｘが設けられている。一対のレール３０ｘは、それぞれ走行方向に延在し、互いに鉛直方向に離隔している。ここで、支持部１２にあるアームベース１１ｂは、鉛直方向から見てガイド部材３０と重なる（図４及び図８参照）。

以上に述べたように、本実施形態によれば、走行モータ１２Ｍ１、昇降モータ１２Ｍ２及び回転モータ１２Ｍ３が、鉛直方向及び直交方向のいずれから見ても互いに重ならない（図７及び図８参照）。これにより、搬送ロボット１０の鉛直方向及び直交方向のサイズを小さくすることができ、搬送ロボット１０の小型化を実現することができる。さらに、搬送ロボット１０の小型化により、搬送装置１自体の小型化をも実現することができる。

アーム軸線１１ａｘは、鉛直方向から見てベース軸線１１ｂｘと重ならない（図６（ａ），（ｂ）参照）。この場合、アーム軸線１１ａｘが鉛直方向から見てベース軸線１１ｂｘと重なる場合に比べ、アーム１１ａが縮んだ状態（アーム１１ａを折り畳んだ状態）における搬送ロボット１０の水平方向の面積を小さくすることができる。

アームベース１１ｂは、鉛直方向から見て、ガイド部材３０と重なっている（図８参照）。この場合、搬送ロボット１０の直交方向のサイズを確実に小さくすることができる。

走行モータ１２Ｍ１は、走行方向に支持部１２と隣接している。この場合、搬送ロボット１０の直交方向のサイズを確実に小さくすることができる。

筐体２０における走行方向に延在した一対の側壁２０ａ，２０ｂの一方（側壁２０ａ）の内側面に、ガイド部材３０が設けられている。筐体２０の下壁にガイド部材３０を設けた場合、ガイド部材３０があるために搬送ロボット１０の作業領域を低く設定し難い。これに対し、上記構成によれば、筐体２０の側壁２０ａにガイド部材３０を設けたことで、搬送ロボット１０の作業領域を低くしつつ、搬送ロボット１０の走行部（ガイド部材３０、ラックアンドピニオン等）を比較的低い部分にまとめることができる。（搬送ロボット１０の走行部は、摩擦が発生し易く、クリーン度を高く保つことが困難な領域である。上記構成によれば、走行部を筐体２０内の比較的低い部分にまとめることができ、それ以外の領域のクリーン度を高く保つことができる。）

筐体２０における走行方向に延在した一対の側壁２０ａ，２０ｂの他方（側壁２０ｂ）にメンテナンス開口２２が設けられ、支持部１２においてメンテナンス開口２２と対向し得る位置に開閉可能なメンテナンス用カバー１２ｃが設けられている。この場合、搬送ロボット１０のメンテナンスを容易に行うことができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、例えば以下のように、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

アームは、複数のアーム要素で構成されることに限定されず、１つのアーム要素で構成されてもよい。また、単数又は複数のアーム要素で構成されたアームを複数設けてもよい。
アーム部は、鉛直方向と交差する方向に延在する軸線を中心として支持部に対して回転してもよい。（換言すると、アーム軸線は、鉛直方向と交差する方向に延在してもよい。）
アーム軸線は、鉛直方向から見てベース軸線と重ならない限りは、走行方向又は直交方向から見てベース軸線と重なってもよい。例えば、アーム軸線とベース軸線とは、走行方向に互いに離隔せず、直交方向に並んで配置されてもよい。
メンテナンス開口は、複数に限定されず、単数であってもよい。例えば、搬送空間において搬送ロボットのメンテナンスを行う位置（メンテナンス位置）を予め定めておき、搬送ロボットをメンテナンス位置に配置したときに搬送ロボットに設けられたメンテナンス用カバーと対向する位置に、１つのメンテナンス開口を設けてよい。
複数の周辺空間は、搬送空間の周辺の任意の位置に配置されてよい。例えば、複数の周辺空間は、搬送空間の周囲全体に亘って配置されてもよい。或いは、複数の周辺空間は、搬送空間の一方側のみに設けられてもよい。複数の周辺空間は、互いに異なる構成であってもよいし、互いに同じ構成であってもよい。
ケーブルベア（登録商標）は、本発明に係る搬送装置において必須の要素ではなく、例えば搬送ロボットに対する給電を無線で行う場合や、ケーブル自体が保護性能を有する場合、省略してよい。

１ 搬送装置
１０ 搬送ロボット
１１ アーム部
１１ａ アーム
１１ａｘ アーム軸線
１１ｂ アームベース
１１ｂｘ ベース軸線
１１Ｍ アームモータ
１２ 支持部
１２ｃ メンテナンス用カバー
１２Ｍ１ 走行モータ
１２Ｍ２ 昇降モータ
１２Ｍ３ 回転モータ
２０ 筐体
２０ａ，２０ｂ 一対の側壁
２０ｘ 搬送空間
２１ 連通口
２２ メンテナンス開口
３０ ガイド部材
５０ 周辺空間

Claims (5)

1. 細胞が収容された細胞容器を搬送するための搬送ロボットと、
   前記搬送ロボットが配置される搬送空間を画定し、前記搬送空間の周辺に配置された前記搬送ロボットによる前記細胞容器の搬送先となる複数の周辺空間のそれぞれと前記搬送空間とを連通させる複数の連通口が形成された筐体とを備えた搬送装置において、
   前記搬送ロボットは、
   前記細胞容器を保持するためのアームを有するアーム部と、
   前記アーム部を支持する支持部と、
   前記支持部を前記アーム部と共に水平面に沿った走行方向に走行させるための走行モータと、
   前記支持部に対して前記アーム部を昇降させるための昇降モータと、
   前記支持部に対して前記アーム部を回転させるための回転モータとを備え、
   前記走行モータ、前記昇降モータ及び前記回転モータは、鉛直方向から見て互いに重ならず、且つ、鉛直方向と前記走行方向との両方と直交する直交方向から見て互いに重ならず、
   前記筐体は、前記搬送空間を挟んで対向し且つそれぞれ前記走行方向に延在した一対の側壁を有し、
   前記一対の側壁の一方の内側面に、前記搬送ロボットをガイドするための前記走行方向に延在したガイド部材が設けられたことを特徴とする、搬送装置。
2. 前記アーム部は、前記アームと、前記アームを支持するアームベースとを有し、
   前記アームベースは、前記回転モータの駆動により、前記アームベースにおける前記水平面の中央において鉛直方向に延在したベース軸線を中心として、前記支持部に対して回転し、
   前記アームは、前記アームを駆動させるためのアームモータの駆動により、鉛直方向に延在したアーム軸線を中心として前記アームベースに対して回転し、
   前記アーム軸線は、鉛直方向から見て前記ベース軸線と重ならないことを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
3. 前記アームベースは、前記アームモータを支持し、鉛直方向から見て前記搬送ロボットをガイドするための前記走行方向に延在したガイド部材と重なることを特徴とする、請求項２に記載の搬送装置。
4. 前記走行モータは、前記走行方向に前記支持部と隣接していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の搬送装置。
5. 前記一対の側壁の他方に、前記搬送ロボットのメンテナンスを行うためのメンテナンス開口が設けられ、
   前記支持部において前記メンテナンス開口と対向し得る位置に、開閉可能なメンテナンス用カバーが設けられたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の搬送装置。

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