JP6756619B2 - ロボット装置を初期設定および制御するための方法 - Google Patents

Description

本開示は、ロボット装置を初期設定および制御する方法に関する。「初期設定」という用語は、装置の通常動作の前に行われる、通常動作を可能とするためのおよび／または通常動作をよりよくするための１または複数の作業という意味で用いられる。

そのような方法は、具体的には、医療分析装置で利用され得る。

医療分析を行うための装置は、「分析オートマトン（automates d'analyse）」または「分析ロボット（robots d'analyse）」と称される、自動的に行われない場合には手動で行われるであろうある作業が自動的に行われ得るようにする機器を備えている。「医療分析」という用語は、人間または動物から取得された少なくとも１つの試料を扱うプロセスという意味で用いられる。例えば、そのような試料は、体液（血液、尿、リンパ液、唾液等）の試料であってもよく、細胞の試料であってもよく、生体組織または臓器組織の試料であってもよい。医療分析の例としては、血液型試験、抗体を調査するための試験、ドナーとレシピエントとの間の適合性を判断するための試験等が挙げられる。

医療分析装置の例は、米国特許第６１６２３９９号明細書、特開２０１０−０５４２３２号公報、欧州特許出願公開第２１４５６８５号明細書、および・・・に記載されている。これらの装置は、全て、デカルト型ロボット（robots de type cartesien）を利用したものである。「デカルト型ロボット」または「デカルトロボット」という用語は、自身の終端部材（またはツール）を移動させるためのものとして直動関節のみを有しているロボットを表すために用いられる。換言すると、そのロボットのリンク機構では、少なくとも３つの直動関節によって、ロボットのベース（または台）とロボットの終端部材との間の自由度を３とすることが可能となっている。

デカルトロボットは、より具体的には関節で接続されていない終端部材を有するデカルトロボットは、空間における物体の位置のみを該物体の姿勢とは無関係に考慮することによって作業空間のモデリングを簡易化するという特徴を有している。このやり方の簡易であるという性質は、管理対象の物体の姿勢が既知であり固定されており各装置において再現可能であることを前提とするものである。管理対象の物体に対するデカルトロボットの移動が正確となるようにするには、物体がロボットに対して正しい姿勢をとるように、各装置が細心の注意を払って設置される（mise en place）必要がある。この要求により、装置の設置が非常に面倒になる。

このような欠点を少なくとも部分的に解決できる解決策の必要性が存在する。

本開示は、４自由度を少なくとも有する第１ロボットおよびデカルト型である第２ロボットを備えたロボット装置を初期設定および制御する方法に関する。以下、第２ロボットは、「第２」ロボットと称されたり「デカルト」ロボットと称されたり「デカルト型の」第２ロボットと称されたりする。

一実施形態では、方法は、以下の工程を備える。
・第１ロボットを用いて、第１ロボットおよび第２ロボットが共有する作業空間に配置された少なくとも１つのエレメント（element）に関する配置探索情報（informations de localisation）を収集する、および
・収集された配置探索情報を用いて、第２ロボットをエレメントの内部またはエレメントの周りに（dans ou autour de cet element）移動させる。

「配置探索情報」という用語は、位置および姿勢（la position et a l'orientation）に関する情報を表すのに用いられる。同様に、エレメントの「配置（situation）」という用語は、エレメントの位置および姿勢を表すのに用いられる。「配置を探索する」という用語は、配置探索情報を収集する（つまり、エレメントの配置を特定する）動作を表すのに用いられる。

デカルトロボットに比べて第１ロボットの運動の自由度は大きいため、デカルトロボットに比べて第１ロボットは「機敏（agile）」である。第１ロボットのこの利点は、第１ロボットおよび第２ロボットが共有する作業空間に配置された１または複数のエレメント（つまり、物体、物体の部分、表面等）の配置を探索することに活用される。配置探索工程については後述する。収集された配置探索情報は、作業空間においてデカルトロボットを移動させるのに用いられる。

装置を設置する際にデカルトロボットに対してこれらのエレメントを高い精度で置く必要はない。なぜなら、これら各エレメントの配置は、装置の設置後に第１ロボットが配置探索工程を行うときに正確に特定できるためである。このことにより、装置を設置する際に貴重な時間を節約できる（このような設置は、通常、装置の組み立て時または装置のメンテナンス時になされる）。さらに、装置を設置する際にエレメントがその理論的な位置に対して「不良に（mal）」置かれた場合、配置探索工程においてエレメントの「不良な（mauvaise）」配置が検出され、デカルトロボットを移動させるときにこの「不良な（mauvaise）」配置が考慮される。この調整により、装置の動作不良のリスクを低減できる。

この配置探索情報は、第１ロボットに取り付けられたセンサー、具体的にはプローブ、を用いて配置探索対象のエレメントを検出することによって収集されてもよい。第１ロボットの終端部材には、そのようなセンサーを設けることができる。

配置探索情報は、第１ロボットによって自動的に収集され得る。例えば、第１ロボットは、プログラムによって制御されるものであってもよく、上記エレメントの配置を探索するために自動的にある一連のタスクを行うものであってもよい。制御プラグラムは、装置の設置後に開始することができる。そのような制御プログラムは従来知られているものであり、販売されているロボットにはこの種のプログラムが搭載されているものもある。

配置探索対象のエレメントは、デカルトロボットの終端部材の移動平面に対して傾いた傾斜領域、つまり、デカルトロボットの３つの直動関節の３対の軸によって規定される３つの平面に対して非ゼロの角度を形成する領域、であってもよい。具体的に、デカルトロボットの終端部材の移動平面の１つは水平であってもよく、配置探索対象の領域は水平に対して傾いていてもよい。例えば、配置探索対象の領域の水平に対する傾斜角は、３〜１５°の範囲にあってもよく、より具体的には５〜１０°の範囲にあってもよい。なお、プローブを有するデカルトロボットでは、上記のような領域の配置を正確に探索することは難しい。なぜなら、領域の姿勢に従ってプローブが動くようにプローブを精度よく移動させることができないためである。このように、第１ロボットはデカルトロボットよりも機敏であるため、第１ロボットによってこの領域の配置を探索することには利点がある。

傾斜領域は、容器の開口の周縁に対応していてもよい。医療分析の分野では、この種の領域の配置を探索できることには、以下の明細書で詳細に説明される具体的な利点がある。

第１ロボットによって収集された配置探索情報は、通常は、第１ロボット固有の第１座標系で表現されたものであり、それゆえ第２ロボットによって直接的に利用され得るわけではない。このため、この配置探索情報は、第２ロボットを移動させるのに用いられる前に、第２ロボット固有の第２座標系に変換される。種々の変換方法が採用され得る。例えば、装置の初期設定またはメンテナンスの際に、２つのロボットが共有する作業空間にテンプレート（gabarit）を置くことができ、第１ロボットによってテンプレートの配置を探索して第１ロボットの座標系（例えば、第１ロボットのベース座標系または「ワールド（world）」）におけるテンプレートの座標（つまり、位置および姿勢）を特定することができる。また、第２ロボットによって同一のテンプレートの配置を探索し、第２ロボットの座標系（例えば、第２ロボットのベース座標系または「ワールド（world）」）におけるテンプレートの座標を特定することができる。これにより、２つの座標系の間の変換行列を得ることができる。変換行列は、第１ロボットの座標系におけるエレメントの配置探索情報（つまり、座標）を用いて第２ロボットの座標系における同一のエレメントの配置探索情報を計算するのに利用され得る。

上述の特徴に加え、提案する方法／装置は、個別に考えてもよく技術的に組み合わせ可能と考えてもよい１または複数の以下の特徴を有していてもよい。
・第１ロボットは、６自由度と、少なくとも２つの回転関節（articulations rotoides）と、を有している。
・第２ロボットの終端部材は、第２ロボットの他の部分に対して（つまり、このロボットの搬送部に対して）関節で接続されていない。

上述の特徴、利点およびその他は、提案する方法の適用例に関する以下の詳細な記載を読むことによって明らかになる。詳細な記載は、図面を参照しながら説明される。

添付する図面は、概略的なものであり、寸法を測るためのものではない。これらの主たる目的は、本発明の原理を説明することである。

図面では、互いに異なる図において、同一のエレメント（またはエレメントの部分）は同一の参照符号で表示される。

図１は、医療分析ロボット装置の一例を示す。 図２は、図１の装置で用いられる容器の一例を示す。 図３は、矢印IIIに沿って観察した図２の容器の平面図である。 図４は、IV-IV平面に沿った図２および３の容器の軸方向片側断面図である。 図５は、図４の視点と同様の視点の図であり、容器の底を検出する工程を示す。 図６は、図４の視点と同様の視点の図であり、図１のデカルトロボットの終端部材を容器内に移動させる工程を示す。

以下、添付の図面を参照しつつ、例示的な実施形態を詳細に記載する。この例により、本発明の特徴および利点が説明される。ただし、本発明は、この例に限定されない。

図１に、医療分析を行うためのロボット装置１を示す。装置１は、４自由度を少なくとも有する第１ロボット７０とデカルト型の第２ロボット３０とを支持するフレーム１０を備え、さらに、分析対象の試料および／または該試料と反応する試薬を収容するのに特に適している複数の容器を備えている。

第１ロボット７０は、装置１の実質的な中心に配置されており、第１ロボット７０には、複数の関節を有する（poly-articule）アーム６０が設けられている。この例では、アーム６０は、第１アーム部６１を備えている。第１アーム部６１は、フレーム１０に固定された水平な台８０から延びており、装置１の実質的な中心に配置されている。第１アーム部６１は、台８０に、実質的に鉛直である第１軸Ａ１について回転可能に取り付けられている。第２アーム部６２は、第１アーム部６１に接続されている。第２アーム部６２は、第１アーム部６１に、第１軸Ａ１に垂直な第２軸Ａ２について回転可能に取り付けられている。第３アーム部６３は、第２アーム部６２に接続されている。第３アーム部６３は、第２アーム部６２に、Ａ２に平行な第３軸Ａ３について回転可能に取り付けられている。第４アーム部６４は、第３アーム部６３に接続されている。第４アーム部６４は、第３アーム部６３に、第３軸Ａ３に垂直な第４軸Ａ４について回転可能に取り付けられている。第５アーム部６５は、第４アーム部６４に接続されている。第５アーム部６５は、第４アーム部６４に、第４軸Ａ４に垂直な第５軸Ａ５について回転可能に取り付けられている。最終的に、アーム６０は、第４アーム部６４の反対側にある第５アーム部６５の端部に接続された第６アーム部または終端部材６６によって終端されている。終端部材６６は、第５アーム部６５に、第５軸Ａ５に垂直な第６軸Ａ６について回転可能に取り付けられている。それぞれ回転軸Ａ１〜Ａ６を有するこれら６つの回転関節によって、終端部材６６は、自身の周囲３６０°に分布し高さが様々であり姿勢が様々である全てのエレメントに到達することができる。なお、第１ロボット７０は、別の構成の複数の関節を用いて同じ運動の自由度が与えられたものであってもよい。

第２ロボット３０は、デカルト型のロボットであり、自身の終端部材（またはツール）３６を移動させるためのものとして複数の直動関節を有している。これらの直動関節は、デカルト（直交）座標系におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３つに沿って終端部材を移動させ得る。この座標系のＸ軸およびＹ軸を含むＸＹ平面は、実質的に水平な平面である。このロボットの終端部材３６は、このロボットの他の部分に対して（つまり、このロボットの搬送部に対して）静止するように取り付けられている（つまり、終端部材３６は関節で接続されていない）。

この装置では、デカルト型ロボット３０は、具体的には、図２に示すように、容器２０の内部からある量の試薬２１を取り出すのに用いられる。このために、デカルト型ロボット３０の終端部材３６には、取り出し毎に所定量の試薬２１を吸い上げる、ピペット３７のような取出器具が設けられている。

医療分析の分野では、非常に高価な試薬がある。そのような試薬が容器に入っている場合には、僅かな量の試薬すら無駄にしないようにするために、容器内に存する試薬の全部（またはほぼ全部）を取り出すことができること（つまり、容器内に未使用の試薬が全く残らないようにすることができること）が望ましい。

図に示す例では、容器２０は、回転軸Ｃを有する円筒形状を有している。容器２０は、底壁２３と底壁２３の反対側にある開口２６との間を延びる円筒状の側壁２５を備えている。側壁２５の端部は、開口２６の縁２２を規定している。縁２２は、水平なＸＹ平面に対して傾いた傾斜面に含まれている。この傾きは、図４では、傾斜角Ａによって表現されている。底壁２３の中心は、Ｂと表示されている。軸Ｃは、中心Ｂを通過している。

容器２０は、装置１の第１ロボット７０および第２ロボット３０が共有する作業空間に配置されている。

ピペット３７を用いて吸引により容器２０内に存する試薬２１の全部（またはほぼ全部）を取り出すことを可能とするために、容器２０は、図示されているように、水平に対して傾けられている。容器の最も低い点ＰＢは底壁２３の周縁に配置された点となり、試薬２１はこの点ＰＢ辺りに集まる。ピペット３７の先端をポイントＰＢまで到達させることによって（図６参照）、容器２０内に存する試薬２１の全部（またはほぼ全部）を吸い上げることが可能となる。ピペット３７の先端をできるだけ正確に点ＰＢまで到達させ得るようにするのが重要であることが理解されよう。なぜなら、この点ＰＢからピペットの先端が少しでも逸脱すると試薬のロスが生じるためである。そのためには、ピペットを搬送するデカルト型ロボット３０が点ＰＢの位置を正確に「知る」ことが重要である。

点ＰＢの配置の探索では、容器２０（通常は空の容器）が設置され、ロッド６８の端部に取り付けられたプローブ６７（例えば、圧電プローブ）を用いて開口２６の縁２２が検出される。ロッド６８は、第１ロボット７０の終端部材６６に取り付けられている。第１ロボット７０の移動能力を考慮すると、この作業には困難性はない。具体的には、終端部材６６は、プローブ６７が縁２２を含む平面を移動する際にプローブ６７が縁２２に沿って動くように、傾けられ得る。この作業は、図５において矢印Ｍ１によって図式的に表されている。縁２２は、第２ロボット３０の終端部材３６の移動平面に対して傾いた傾斜領域の一例である。

縁２２が検出され縁２２の配置が探索されれば、計算により軸Ｃの位置を推定することが可能となる。プローブ６７は、軸Ｃに沿って底壁２３の中心Ｂまで動かされる。この作業は、図５において矢印Ｍ２によって図式的に表されている。あるいは、容器２０の底に直接的に接触する代わりに、容器２０を収容するべき筐体の底に接触してそこから計算により（つまり、底壁２３の厚さを考慮することにより）容器の底の中心Ｂの配置の推定することもできる。第１ロボット７０の移動能力を考慮すると、この作業には困難性はない（しかし、第１ロボット３０を用いてこの作業を行うことはできない）。縁２２の配置および底壁２３の中心Ｂの配置を知ることで、計算により最も低い点ＰＢの配置を推定することが可能となる。

第１ロボット７０の座標系（例えば、第１ロボット７０のベース座標系）における最も低い点ＰＢの配置が分かれば、変換行列を用いた計算により第２ロボット３０の座標系（例えば、第２ロボット３０のベース座標系）における最も低い点ＰＢの配置を特定することができる。この情報を用いれば、ピペット３７の先端を正確に点ＰＢに移動させ、試薬２１の全部（またはほぼ全部）を取り出すことが可能となる。

当然ながら、これは提案する方法の一適用例に過ぎず、この例は説明的で非限定的なものである。具体的に、本方法は、タイプおよび形状が異なる容器に適用可能であり、容器の最も低い点の位置は、容器の他の領域の配置の探索または容器の支持体の他のある領域の配置の探索に依存する他の方法を用いて計算することができる。より一般的には、上記の開示により、当業者は、本発明の範囲内で、実施形態または実装例を改変したり他のものを構想したりすることができる。

また、これらの実施形態または実装例の種々の特徴を、単独で使用してもよく、互いに組み合わせてもよい。組み合わせる場合には特徴を上記のように組み合わせてもよく、そうでなくてもよく、本発明は本明細書に記載の特定の組み合わせに限定されない。具体的に、反対の記載がない限り、１つの具体的な実施形態または実装例に記載された特徴は、他の実施形態または実装例に類似の態様で適用され得る。

Claims (8)

1. ４自由度を少なくとも有する第１ロボット（７０）およびデカルト型である第２ロボット（３０）を備えたロボット装置を初期設定および制御する方法であって、以下の工程を備える、方法。
   ・前記第１ロボット（７０）を用いて、前記第１ロボットおよび前記第２ロボットが共有する作業空間に配置された少なくとも１つのエレメントに関する配置探索情報を収集する、および
   ・収集された前記配置探索情報を用いて、前記第２ロボット（３０）を前記エレメントの内部または前記エレメントの周りに移動させる。
2. 前記配置探索情報は、前記第１ロボット（７０）に取り付けられたセンサー、具体的にはプローブ（６７）、を用いて前記エレメントを検出することによって収集される、請求項１に記載の方法。
3. 前記配置探索情報は、前記第１ロボット（７０）によって自動的に収集される、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記エレメントは、前記第２ロボット（３０）の終端部材（３６）の移動平面に対して傾いた傾斜領域である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１ロボット（７０）は、６自由度と、少なくとも２つの回転関節と、を有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 収集された前記配置探索情報は、前記第１ロボット（７０）固有の第１座標系で表現されたものであり、
   前記配置探索情報は、前記第２ロボットを移動させるのに用いられる前に、前記第２ロボット（３０）固有の第２座標系に変換される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ロボット装置（１）は、医療分析装置である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記エレメントは、前記第２ロボット（３０）の終端部材（３６）の移動平面に対して傾いた傾斜領域であり、
   前記傾斜領域は、容器（２０）の開口（２６）の周縁（２２）に対応する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。

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