JP6886121B1 - ワーク移載方法およびワーク移載システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、ワークを安定して移載することのできるワーク移載方法およびワーク移載システムを提供すること。【解決手段】本発明に係るワーク移載システム１００は、ワークを鉛直方向に抜差し可能に保持する２つのワーク保持部材１１０，１１５と、開閉動作可能とされた爪部材１２８を備えたピッキング装置１２０と、仮置き用ワーク保持部材１５０とを備えた構成とされ、一方のワーク保持部材１１０に保持されたワークをピッキング装置１２０によって把持して仮置き用ワーク保持部材１５０に移載し、ワークを安定姿勢で保持可能な把持位置で把持し直した後、ワークを仮置き用ワーク保持部材１５０から他方のワーク保持部材１１５に移載する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、創薬研究用試料や薬品等を収容したバイアル瓶やマイクロチューブ等のワークをトレイに収容して冷凍環境下で保管する際に、トレイから目的のワークを移載させるのに好適なワーク移載方法およびワーク移載システムに関するものである。

近年、化学、生化学、生体学、製薬などの基礎研究あるいは応用研究においては、大量の生体サンプル、臨床サンプル、化学合成物などの試料を検査等のために保管している。
例えば、創薬研究プロセスにおいて、生体活性等を調査するため、多種多様な検査、実験のために微量で多数の試料を取り扱うことが必要であり、マイクロチューブ等の容器に収められた試料を、極低温の安定した環境のもとで大量に保管するとともに、任意の試料を迅速に取り出す技術が欠かせない。

このようなシステムにおいては、マイクロチューブ等の小型ワークを保管用トレイから取り出したり、搬送用トレイから保管用トレイに移載したりするピッキング装置が用いられ自動化が図られている。
例えば、特許文献１には、開閉手段によって開閉動作可能とされる複数の爪部材によりワークの側面を把持し、昇降手段によって引き上げて所定の場所にワークを移載するピッキング装置が開示されている。

一般に、創薬研究プロセスにおいては、例えば８行１２列で９６個に区画された保管ラック（９６チューブラック）に、マイクロチューブを縦立収容、すなわち、垂直に並び立てて収容し、保管や搬送を行っていた。
近年では、保管の高密度化の観点から、ＳＢＳ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）規格に準拠した９６チューブラックと外形が同じ大きさで、１６行２４列で３８４個の総区画数を有する保管ラックも用いられるようになってきており、これに伴い、マイクロチューブ自体も微少量のサンプルの保管に適した小型のものが用いられるようになってきている。

特開２００８−０９３７６７号公報

而して、ワークの小型化と保管の高密度化に伴い、隣り合うワーク間においてピッキング装置の爪部材を挿入可能な隙間が狭くなる。このため、ワークを把持することのできる位置が例えばマイクロチューブのキャップに限定されてしまい、ワークを安定して把持することが困難となるので、ピッキングの精度が悪くなるという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、簡単な構成で、ワークを安定して移載することのできるワーク移載方法およびワーク移載システムを提供することにある。

本発明は、開閉動作可能とされた爪部材を備えたピッキング装置によってワークを把持し、２つのワーク保持部材間でワークを移載するワーク移載方法であって、一方のワーク保持部材によって鉛直方向に抜差し可能に保持されたワークを仮置き用ワーク保持部材に移載し、前記ワークを安定姿勢で保持可能な把持位置で把持し直した後、前記ワークを前記仮置き用ワーク保持部材から他方のワーク保持部材に移載し、前記仮置き用ワーク保持部材として、上方に向かって開口し前記ワークを鉛直方向に抜差し可能に保持するワーク保持部を有し、前記ワーク保持部が、上方に向かうに従って拡開し前記ワークを誘い込む誘い込み部を有し、前記誘い込み部が前記ワークの側面との間に前記爪部材を挿入可能な空間を形成するよう構成されたものが用いられることにより、前記課題を解決するものである。

また、本発明は、ワークを移載するワーク移載システムであって、ワークを鉛直方向に抜差し可能に保持する２つのワーク保持部材と、開閉動作可能とされた爪部材を備え、ワークを前記爪部材により把持して前記ワーク保持部材間で移載するピッキング装置と、一方のワーク保持部材に保持されたワークが移載されワーク把持位置を安定姿勢で保持可能な位置に把持し直して他方のワーク保持部材に移載するための仮置き用ワーク保持部材とを備え、前記仮置き用ワーク保持部材は、上方に向かって開口しワークを鉛直方向に抜差し可能に保持するワーク保持部を有し、前記ワーク保持部は、上方に向かうに従って拡開しワークを誘い込む誘い込み部を有し、前記誘い込み部は、前記ワークの側面との間に前記爪部材を挿入可能な空間を形成するよう構成されていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係るワーク移載方法およびこのワーク移載方法が実行される本請求項５に係るワーク移載システムによれば、ワークを一旦仮置き用ワーク保持部材に移載してワークを把持し直すことで、ワークを安定した姿勢で把持することができる。このため、一方のワーク保持部材に保持されたワークを移載するに際しては、目的とするワークのみを把持することができればよく、簡単な構成で、ワークを安定して他方のワーク保持部材に移載することが可能となる。

本請求項２に記載の構成および本請求項６に記載の構成によれば、一方のワーク保持部材から仮置き用ワーク保持部材への移載動作においてワークが不安定な姿勢で保持されている場合であっても、ワークを仮置き用ワーク保持部材のワーク保持部に保持させることができる。
本請求項３に記載の構成および本請求項７に記載の構成によれば、爪部材によるワーク把持力が弱められることで誘い込み部のテーパ面の作用によってワークの姿勢を矯正することができるので、ワークを仮置き用ワーク保持部材のワーク保持部に確実に保持させることができる。
本請求項４に記載の構成および本請求項８に記載の構成によれば、爪部材を下降させるという簡単な動作で、ワークを安定した姿勢で把持することが可能となる。

本発明のワーク移載システムの一構成例を示す概略斜視図である。 ピッキング装置の一構成例を示す縦断面図である。 仮置き用ワーク保持部材のワーク保持部の中心軸に沿った縦断面図である。 本発明のワーク移載システムにおけるワーク保持部材から仮置き用ワーク保持部材へのワークの第１の移載動作を示す動作説明図である。 本発明のワーク移載システムにおける仮置き用ワーク保持部材から第２のワーク保持部材へのワークの第２の移載動作を示す動作説明図である。

以下に、本発明のワーク移載方法およびワーク移載システムについて、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のワーク移載システムの一構成例を示す概略斜視図である。
本実施形態のワーク移載システム１００は、例えば、低温保管システムにおいて低温環境下で保管されるべき保管対象となるマイクロチューブ１０１をワークとし、マイクロチューブ１０１を鉛直方向に抜差し可能に保持する２つのワーク保持部材と、開閉動作可能とされた爪部材１２８を備え、マイクロチューブ１０１を爪部材１２８によって把持してワーク保持部材間で移載するピッキング装置１２０を備える。マイクロチューブ１０１は、例えば円筒状の容器であって、チューブ本体１０２とチューブ本体１０２に着脱可能に装着されるキャップ１０３とを有する。ワークは、マイクロチューブ以外の容器、例えばバイアル容器であってもよい。

本実施形態においては、それぞれマイクロチューブ１０１を移送または保管するためのラック１１０およびトレイ１１５がワーク保持部材として示されているが、マイクロチューブ１０１の保持態様（保管態様）はこれに限定されず、マイクロチューブ１０１の移載作業が例えば２つのラック間で行われてもよい。
ラック１１０は、マイクロチューブ１０１をその管軸が鉛直方向に延びる姿勢で鉛直方向に抜差し可能に保持する複数のワーク保持部１１１が格子状に並んで配置されて構成されている。
トレイ１１５は、例えば、低温保管システムにおける低温格納庫内に配置される棚である円板状のステージに設けられた保管領域に配置されるものであって、平面視にて扇状の形態を呈し、マイクロチューブ１０１をその管軸が鉛直方向に延びる姿勢で鉛直方向に抜差し可能に保持する多数のワーク保持部１１６を有する。

ピッキング装置１２０は、一方のワーク保持部材に保持された多数のマイクロチューブのうちから選択された所定のマイクロチューブに対して爪部材１２８を位置決めしながら上方からアプローチし、マイクロチューブ１０１を爪部材１２８でピッキングして他方のワーク保持部材に移載するものである。ここに、移載作業は、マイクロチューブ１０１がラック１１０からトレイ１１５に移載されるよう行われても、トレイ１１５からラック１１０に移載されるよう行われてもいずれであってもよい。なお、図１においては、トレイ１１０およびラック１１５の両者がマイクロチューブ１０１を保持していない状態で示してある。

ピッキング装置１２０は、マイクロチューブ１０１の側面に等間隔で当接してマイクロチューブ１０１を把持する例えば４本の爪部材１２８を備え、図示しない移動手段によって、少なくとも水平面内および垂直方向の３方向に自在に移動可能に構成されている。

ピッキング装置１２０の構成について具体的に説明すると、図２に示すように、ピッキング装置１２０は、下方が底壁により閉塞された鉛直方向に延びる円筒状の外周カバー部材１２１と、外周カバー部材１２１の内部における底壁側の位置に配置され外周カバー部材１２１と同軸に鉛直方向に延びるスリーブ部１２４を有するホルダ１２３と、ホルダ１２３におけるスリーブ部１２４に挿通された中心軸部材１２５と、爪部材開閉手段１３０とを備える。

外周カバー部材１２１は、アクチュエータ１４１ａによって、中心軸部材１２５に対して鉛直方向に往復動可能に配置されている。
外周カバー部材１２１の底壁には、マイクロチューブ１０１のキャップ１０３が挿通可能であって爪部材１２８の開閉動作を妨害しない形状の爪突出孔１２２が設けられ、また、外周カバー部材１２１は、保持すべきマイクロチューブ１０１の周囲の隣接するマイクロチューブ１０１に当接する形状を有しており、保持すべきマイクロチューブ１０１の保持時に、外周カバー部材１２１を爪部材１２８に対して相対的に突出させることで、隣接する他のマイクロチューブ１０１の分離を確実なものとしている。

ホルダ１２３は、後述する爪部材開閉手段を構成する４つの従動歯車を鉛直方向に延びる軸を中心に回転自在に支持するものであって、アクチュエータ１４１ｂによって、中心軸部材１２５に対して鉛直方向に往復動可能に配置されている。

中心軸部材１２５は、ホルダ１２３におけるスリーブ部１２４の内部においてスリーブ部１２４と同軸に位置されるよう配置されており、駆動モータ１４２によって鉛直方向に延びる軸を中心として回転可能に構成されている。
中心軸部材１２５は、保持されたマイクロチューブ１０１の開放時に、ホルダ１２３を上方に移動させて爪部材１２８を後退させることで、マイクロチューブ１０１の分離を確実なものとしている。

爪部材開閉手段１３０は、中心軸部材１２５に設けられた駆動歯車１３１と、両端に鉛直方向に延びるよう設けられた枢支軸１３３ａ，１３３ｂがホルダ１２３によって回転可能に支持された４つの従動歯車１３２と、従動歯車１３２の枢支軸１３３ｂに固定された４つの板状の揺動アーム１３５とにより構成される。
爪部材１２８は、従動歯車１３２の回転中心軸に対してオフセットした位置において鉛直方向に延びる姿勢で揺動アーム１３５に固定されている。

各々の従動歯車１３２は、駆動歯車１３１と噛み合うように構成され、中心軸部材１２５を回転駆動することにより４つの従動歯車１３２が回転（自転）し、４つの揺動アーム１３５が揺動して４本の爪部材１２８が同時に開閉動作するように構成されている。
従動歯車１３２は、ホルダ１２３の往復動ストローク分の軸方向長さを有し、ホルダ１２３が往復方向のどの位置にあっても、従動歯車１３２が駆動歯車１３１と噛み合うように構成されている。

以上において、爪部材１２８と揺動アーム１３５、中心軸部材１２５と駆動歯車１３１は、それぞれ、一体に形成されていてもよく、別に形成されたものを固定してもよい。

而して、上記のワーク移載システム１００は、一方のワーク保持部材に保持されたマイクロチューブ１０１が移載されマイクロチューブ１０１の把持位置を安定姿勢で保持可能な位置に把持し直して他方のワーク保持部材に移載するための仮置き用ワーク保持部材１５０を備える。

仮置き用ワーク保持部材１５０は、図３にも示すように、上方に向かって開口しマイクロチューブ１０１をその中心軸が鉛直方向に延びる姿勢で鉛直方向に抜差し可能に保持するワーク保持部１５１を有する。
ワーク保持部１５１は、円柱状空間により形成されマイクロチューブ１０１のチューブ本体１０２の下端側部分を受容して保持する受容支持部１５２と、円錐台状空間により形成されマイクロチューブ１０１を誘い込む誘い込み部１５３とを有する。
誘い込み部１５３は、マイクロチューブ１０１のチューブ本体１０２の上端側部分を露出させるよう形成され、したがって、マイクロチューブ１０１を保持した状態にあっては、マイクロチューブ１０１の側周面と誘い込み部１５３のテーパ状の内周面との間に爪部材１２８が挿入可能な空間Ｓを形成する。

以上のように構成されたワーク移載システム１００の動作について説明する。
本実施形態に係るワーク移載システム１００においては、マイクロチューブ１０１が一方のワーク保持部材であるラック１１０から仮置き用ワーク保持部材１５０に一旦移載された後、連続して、マイクロチューブ１０１が仮置き用ワーク保持部材１５０から他方のワーク保持部材であるトレイ１１５に移載される。以下においては、先ず、マイクロチューブ１０１をラック１１０から仮置き用ワーク保持部材１５０に移載する第１の移載動作について図４に基づいて説明する。なお、図４においては、ラック１１０は、簡略化して示してある。

第１の移載動作にあっては、多数のマイクロチューブを保持するラック１１０に対して、ピッキング装置１２０がピックアップすべきマイクロチューブ１０１を把持可能な位置に位置決めされ、ピッキング装置１２０全体が下降される（ｓｔｅｐ（ａ））。図４においては、ピッキング装置１２０の移動方向が白抜きの矢印で示してある。

ピッキング装置１２０がピックアップすべきマイクロチューブ１０１に向かって下降されて４本の爪部材１２８がマイクロチューブ１０１の側方に挿入されると、中心軸部材１２５が回転駆動されてマイクロチューブ１０１が爪部材１２８によって把持される。すなわち、中心軸部材１２５の回転により、４つの従動歯車１３２がそれぞれ回転する。これにより、従動歯車１３２の枢支軸１３３ｂに固定された揺動アーム１３５が揺動することで、爪部材１２８がマイクロチューブ１０１に向かって移動しマイクロチューブ１０１のキャップ１０３の側面を把持する（ｓｔｅｐ（ｂ））。

ピックアップすべきマイクロチューブ１０１が爪部材１２８によって把持されると、ピッキング装置１２０全体が上昇され、ピックアップすべきマイクロチューブ１０１が完全に上方まで持上げられる（ｓｔｅｐ（ｃ））。
次に、ピッキング装置１２０全体が水平方向に移動されて爪部材１２８によって把持されたマイクロチューブ１０１が仮置き用ワーク保持部材１５０のワーク保持部１５１の直上まで移動される。

マイクロチューブ１０１が仮置き用ワーク保持部材１５０のワーク保持部１５１の直上に位置されると、ピッキング装置１２０全体が下降される。
マイクロチューブ１０１が適宜の位置まで下降されると中心軸部材１２５が回転駆動され爪部材１２８によるマイクロチューブ１０１の把持力が弱められ、この状態で、さらにピッキング装置１２０全体が下降される。このとき、マイクロチューブ１０１が安定した姿勢で把持されていない場合には、仮置き用ワーク保持部材１５０における誘い込み部１５３のテーパ面の作用によってマイクロチューブ１０１の姿勢が矯正される（ｓｔｅｐ（ｄ））。

マイクロチューブ１０１のチューブ本体１０２が仮置き用ワーク保持部材１５０における受容支持部１５２に挿入されると、中心軸部材１２５が回転駆動される。これにより、爪部材１２８が拡開されてマイクロチューブ１０１が開放され、以て、ラック１１０から仮置き用ワーク保持部材１５０への第１の移載動作が完了する（ｓｔｅｐ（ｅ））。

次に、マイクロチューブ１０１を仮置き用ワーク保持部材１５０からトレイ１１５に移載する第２の移載動作を図５に基づいて説明する。なお、図５においてはトレイ１１５を簡略化して示してある。
第２の移載動作にあっては、ピッキング装置１２０全体がマイクロチューブ１０１を開放した高さ方向位置からさらに下降され爪部材１２８によるマイクロチューブ１０１の把持位置がマイクロチューブ１０１を安定姿勢で保持可能な位置に変更される。この状態で、中心軸部材１２５が回転駆動されマイクロチューブ１０１におけるチューブ本体１０２の側面が爪部材１２８によって把持される（ｓｔｅｐ（ａ））。図５においては、ピッキング装置１２０の移動方向が白抜きの矢印で示してある。

マイクロチューブ１０１を把持し直した後、ピッキング装置１２０全体が上昇されマイクロチューブ１０１が完全に仮置き用ワーク保持部材１５０の上方まで持上げられる（ｓｔｅｐ（ｂ））。
次に、ピッキング装置１２０全体が水平方向に移動されて爪部材１２８によって把持されたマイクロチューブ１０１がトレイ１１５の所定のワーク保持部１１６の直上まで移動される。

マイクロチューブ１０１がトレイ１１５の所定のワーク保持部１１６の直上に位置されると、ピッキング装置１２０全体が下降される。
マイクロチューブ１０１が適宜の位置まで下降されると中心軸部材１２５が回転駆動され爪部材１２８が拡開されてマイクロチューブ１０１が開放される（ｓｔｅｐ（ｃ））。

次いで、ピッキング装置１２０全体が上昇され、これにより、ピッキング装置１２０が完全に上方まで持上げられ、仮置き用ワーク保持部材１５０からトレイ１１５への第２の移載動作が完了する（ｓｔｅｐ（ｄ））。
以て、１つのマイクロチューブ１０１に対するラック１１０からトレイ１１５への移載動作が完了して次の動作に移る。

以上、本発明の一実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。

本発明に係るワーク移載システムは、創薬研究用試料や薬品等を収容したマイクロチューブやバイアル瓶等の移載に限定されるものではなく、各種組立機械、工作機械等のワークの移載に用いられてもよい。
また、仮置き用ワーク保持部材は、爪部材によるワーク把持位置を第１の移載動作時よりも鉛直方向下方の位置に変更可能に構成されているものであれば、上述した実施形態のものに限定されるものではない。

また、ピッキング装置は、上述した実施形態のものに限定されるものではなく、爪部材開閉手段が遊星歯車機構や、電動アクチュエータや電磁ソレノイドを用いた機構により構成されていてもよい。
上述の実施形態では、爪部材を４本として説明したが、３本あるいは５本以上としてもよく、全ての爪部材が開閉可能に構成されていなくてもよい。また、爪部材の配置間隔も、円周上に等間隔でなくてもよい。さらに、爪部材は、図示では真っ直ぐな円柱状のものであるが、他の断面形状や途中で屈曲した形状、中空状等のいかなる形状であってもよく、ワークとの接触部に凹凸加工を施したものや緩衝部材を有するものであってもよく、複数の爪部材が異なる形状、材質のものを含んでいてもよい。

１００ ・・・ ワーク移載システム
１０１ ・・・ マイクロチューブ（ワーク）
１０２ ・・・ チューブ本体
１０３ ・・・ キャップ
１１０ ・・・ ラック（ワーク保持部材）
１１１ ・・・ ワーク保持部
１１５ ・・・ トレイ（ワーク保持部材）
１１６ ・・・ ワーク保持部
１２０ ・・・ ピッキング装置
１２１ ・・・ 外周カバー部材
１２２ ・・・ 爪突出孔
１２３ ・・・ ホルダ
１２４ ・・・ スリーブ部
１２５ ・・・ 中心軸部材
１２８ ・・・ 爪部材
１３０ ・・・ 爪部材開閉手段
１３１ ・・・ 駆動歯車
１３２ ・・・ 従動歯車
１３３ａ ・・・ 枢支軸
１３３ｂ ・・・ 枢支軸
１３５ ・・・ 揺動アーム
１４１ａ ・・・ アクチュエータ
１４１ｂ ・・・ アクチュエータ
１４２ ・・・ 駆動モータ
１５０ ・・・ 仮置き用ワーク保持部材
１５１ ・・・ ワーク保持部
１５２ ・・・ 受容支持部
１５３ ・・・ 誘い込み部
Ｓ ・・・ 空間

Claims (5)

1. 開閉動作可能とされた爪部材を備えたピッキング装置によってワークを把持し、２つのワーク保持部材間でワークを移載するワーク移載方法であって、
   一方のワーク保持部材によって鉛直方向に抜差し可能に保持されたワークを仮置き用ワーク保持部材に移載し、前記ワークを安定姿勢で保持可能な把持位置で把持し直した後、前記ワークを前記仮置き用ワーク保持部材から他方のワーク保持部材に移載し、
   前記仮置き用ワーク保持部材として、上方に向かって開口し前記ワークを鉛直方向に抜差し可能に保持するワーク保持部を有し、前記ワーク保持部が、上方に向かうに従って拡開し前記ワークを誘い込む誘い込み部を有し、前記誘い込み部が前記ワークの側面との間に前記爪部材を挿入可能な空間を形成するよう構成されたものが用いられることを特徴とするワーク移載方法。
2. 前記ワークを前記仮置き用ワーク保持部材のワーク保持部に挿入する際に、前記爪部材によるワーク把持力を弱めることを特徴とする請求項１に記載のワーク移載方法。
3. 前記ワークを前記仮置き用ワーク保持部材から他方のワーク保持部材に移載する際に、前記ワークの側面と前記誘い込み部の内面との間に形成される空間に前記爪部材を挿入し、前記一方のワーク保持部材から前記仮置き用ワーク保持部材に移載する際のワーク把持位置より下方位置で前記ワークを把持し直すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワーク移載方法。
4. ワークを移載するワーク移載システムであって、
   ワークを鉛直方向に抜差し可能に保持する２つのワーク保持部材と、開閉動作可能とされた爪部材を備え、ワークを前記爪部材により把持して前記ワーク保持部材間で移載するピッキング装置と、一方のワーク保持部材に保持されたワークが移載されワーク把持位置を安定姿勢で保持可能な位置に把持し直して他方のワーク保持部材に移載するための仮置き用ワーク保持部材とを備え、
   前記仮置き用ワーク保持部材は、上方に向かって開口しワークを鉛直方向に抜差し可能に保持するワーク保持部を有し、
   前記ワーク保持部は、上方に向かうに従って拡開しワークを誘い込む誘い込み部を有し、
   前記誘い込み部は、前記ワークの側面との間に前記爪部材を挿入可能な空間を形成するよう構成されていることを特徴とするワーク移載システム。
5. 前記ピッキング装置は、ワークが前記仮置き用ワーク保持部材のワーク保持部に挿入される際に、ワーク把持力を弱めるよう動作する爪部材開閉手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のワーク移載システム。

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