JP7546100B2

JP7546100B2 - 非対面検体採取のための検体採取ロボットシステム

Info

Publication number: JP7546100B2
Application number: JP2023073227A
Authority: JP
Inventors: キム，ケリ; キム，ジョンユル; キョンキム，サン; ジョン，スフン; ムン，ヨンファン; ソン，ブチョン; ジュンチョ，ホン
Original assignee: コリア・インスティテュート・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー
Priority date: 2022-05-04
Filing date: 2023-04-27
Publication date: 2024-09-05
Anticipated expiration: 2043-04-27
Also published as: US12474357B2; US20230358774A1; JP2023165643A; KR20230155677A; KR102676292B1

Description

本開示は検体採取ロボットシステムに関するもので、より詳細には、非対面の環境でウイルスや細菌の検体採取プロセスを自動的に実行又は補助することができるロボットシステムに関するものである。
［国家支援研究開発に関する説明］
本研究は、国家科学技術研究会の主管下で韓国科学技術情報通信部の実用化型融合研究団事業（非対面迅速選別診療システムの開発；課題固有番号：１７１１１５１３１３号）の支援によって行われたものである。

細菌やウイルス感染による呼吸器疾患を判定するためには、被検者の鼻腔や口腔にスワブ（ｓｗａｂ）を挿入して検体を採取する検体採取方法が用いられている。

このような検体採取方法は、医療スタッフにより直接行われている。一般に、医療スタッフは、片手でスワブを握って被検者の鼻腔などから検体を採取し、他の手で握った試薬が入れられたチューブ（「試薬チューブ」）に検体したスワブを折り畳んで入れた後、試薬チューブの蓋を閉じて所定の取付け位置に載置する方式で検体採取を行う。

このように、医療スタッフが直接対面して検体採取を行う場合、検体を採取する過程で医療スタッフが感染する二次感染被害が発生する恐れがある。また、パンデミック状況などのように、多数の被検者の検査を要する場合は、医療スタッフの疲労が蓄積される。

このような問題が認識されるにつれて、ロボットを用いたいくつかの非対面検体採取ロボットシステムが提案されている。

例えば、特許文献１には、自動化された検体採取ロボットシステムが提案されている。

特許文献１では、地面に取付けられ、関節の回転（ｒｏｔａｔｉｏｎ）を用いて動作する、所謂「Ｒ_ｙＲ_ｈＲ_ｈ方式」のロボットアーム（検体ロボットアーム）を用いて、スワブを把持して検体採取を行う。更に、地面に取付けられ、関節の回転を用いて動作するロボットアーム（試薬チューブ搬送用のロボットアーム）を別に備えて、試薬チューブの搬送などを行う。

検体ロボットアームと試薬チューブ移送ロボットアームは両方とも地面（底）にベースを載置し、水平回転して動作する形態である。従って、特許文献１で検体採取ロボットシステムを構成するためには、非常に広い面積の作業空間が必要である。

即ち、特許文献１では、２つのロボットアームを用いて検体採取プロセスを進行するため、２つのロボットアームを設置する空間や、２つのロボットアームの干渉を避けるための作業領域を確保するに必要とする空間が非常に広くなるようになる。

また、特許文献１では、検体採取プロセスを進行するために、２つのロボットアームを用いることが必須であるため、システムの構造及び制御が複雑になり、必要なコストが増加する。なお、正確な検体経路を把握するには限界がある。

中国実用新案登録第２１２５５３８７０号公報

本開示は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、単一のロボット（ロボットアーム）を用いて空間活用性を極大化できる検体採取ロボットシステムを提供することにその目的がある。

本開示の一側面によれば、スワブで被検者の検体採取を行い、検体採取したスワブを試薬チューブに入れる過程を含む検体採取プロセスを行うための検体採取ロボットシステムであって、グリッパとロボットアームを備えるロボットを含み、前記グリッパは、同じ把持部を用いて、直径が相異なる物体を把持可能に構成され、前記ロボットは、前記グリッパの交換なしに、前記スワブと前記試薬チューブを選択的に把持して、前記検体採取プロセスを進行することを特徴とする検体採取ロボットシステムが提供される。

一実施形態によれば、前記グリッパは、中空の第１ドラムと、前記第１ドラムに連結される中空の第２ドラムと、前記第１ドラムと前記第２ドラムの中空内で、それぞれ前記第１ドラム及び前記第２ドラムに跨るように固定された複数のバンドを含み、前記第１ドラムと前記第２ドラムは互いに相対回転可能であり、前記第１ドラムと前記第２ドラムとの相対回転により、前記複数のバンドが互いにねじれながら、前記中空内に進入した物体を締め付けて固定することが好ましい。

一実施形態によれば、前記グリッパは、前記第１ドラムに対向する反対側で前記第２ドラムに連結される第３ドラムと、前記第２ドラムと前記第３ドラムの中空内で、それぞれ前記第２ドラム及び前記第３ドラムに跨るように固定される複数のバンドを含み、前記第２ドラムと前記第３ドラムは互いに相対回転可能であり、前記第１ドラムと前記第２ドラムが相対回転し、前記第２ドラムと前記第３ドラムが相対回転して、前記第２ドラムを中心に２段のバンドのねじれ構造が形成されることが好ましい。

一実施形態によれば、前記複数のバンドはそれぞれ、前記第１ドラム、前記第２ドラム、及び前記第３ドラムの全てに跨るように形成され、前記第２ドラムは固定された前記第１ドラム及び前記第３ドラムに対して回転することが好ましい。

一実施形態によれば、前記第３ドラムの一端部は閉鎖され、閉鎖された前記第３ドラムの一端部には前記中空内に進入した物体の接触を検知するセンサが形成され、前記物体の接触が前記センサにより検知されると、前記第１ドラムと前記第２ドラムが相対回転し、前記第２ドラムと前記第３ドラムが相対回転することが好ましい。

一実施形態によれば、前記第１ドラムと前記第２ドラムとの相対回転角、及び前記第２ドラムと前記第３ドラムとの相対回転角が、前記スワブ及び前記試薬チューブの直径によって予め決められていることが好ましい。

一実施形態によれば、前記複数のバンドは、厚さより大きい幅を有し、弾性材質からなることが好ましい。

一実施形態によれば、前記ロボットは、前記ロボットアームに装着されて、前記グリッパの姿勢及び位置を変更するように構成されたエンドエフェクタを更に含むことが好ましい。

一実施形態によれば、前記エンドエフェクタは、前記グリッパの配向角度を調節する姿勢変更モジュールと、前記グリッパを回転させる回転モジュールと、前記グリッパを前後進移動させる挿入モジュールと、前記グリッパを前記前後進方向に垂直な平面内で前後左右方向に移動させる並進モジュールを含むことが好ましい。

一実施形態によれば、前記姿勢変更モジュールは前記グリッパに連結され、前記回転モジュールは前記姿勢変更モジュールに連結されて、前記姿勢変更モジュールを回転させ、前記挿入モジュールは前記回転モジュールに連結されて、前記回転モジュールを前後進移動させ、前記並進モジュールは前記挿入モジュールに連結されて、挿入モジュールを前記前後進方向に垂直な平面内で前後左右方向に移動させることが好ましい。

一実施形態によれば、前記ロボットアームは、前記ベースに対して回動可能な第１リンクと、前記第１リンクに対して回転可能であり、前記エンドエフェクタが装着される第２リンクを含むことが好ましい。

一実施形態によれば、前記ロボットが設けられる検査ブースを更に含み、前記検査ブースは、棚と、前記棚の上方で第１方向に延びるビームを備え、前記ロボットアームは、前記ビームに沿って直線移動するベースと、前記ベースに直列に連結される複数のリンクを含むことが好ましい。

一実施形態によれば、前記棚の上には、前記スワブを取り付けるスワブ取付台と、前記試薬チューブを取り付ける入力チューブ取付台と、前記試薬チューブの蓋を開封するチューブ処理装置と、検体採取に使用されたスワブを入れる試薬チューブを取り付ける出力チューブ取付台が配置され、前記検体採取プロセスが進行する間、前記グリッパが前記入力チューブ取付台、前記チューブ処理装置、前記スワブ取付台、被検者、前記チューブ処理装置及び前記出力チューブ取付台を順に経るように、前記ロボットアームが動作することが好ましい。

一実施形態によれば、前記スワブ取付台、前記入力チューブ取付台及び前記出力チューブ取付台は、前記第１方向に直交する第２方向に前記ビームの後方に配置され、前記チューブ処理装置は前記第２方向に前記ビームの前方に配置されて、前記検体採取プロセスが進行する間、前記ロボットアームが前記ビームを中心にスイング動作することが好ましい。

一実施形態によれば、前記棚の上には、前記スワブ取付台で把持したスワブを紫外線消毒するための消毒装置が更に配置され、前記グリッパの本体は、前記消毒装置の入口部を塞ぐ形状及び大きさに形成されることが好ましい。

本開示の検体採取ロボットシステムによれば、グリッパとロボットアームを備える単一のロボットを用いて空間活用性を極大化できる。

本開示の一実施形態に係るロボットシステムの平面図である。図１のロボットシステムの側面図である。図１のロボットシステムをなす構成の大きさ設定に関する一例を示す概略図である。図１のロボットシステムをなす構成の大きさ設定に関する他の例を示す概略図である。一実施形態に係るエンドエフェクタの初期状態を示す図である。図４のエンドエフェクタの並進モジュールを示す図である。図４のエンドエフェクタを用いてグリッパを前進移動させた状態を示す図である。図４のエンドエフェクタを用いてグリッパの姿勢を変更した状態を示す図である。一実施形態に係るグリッパを示す図である。図８のグリッパの内部構造及び動作を説明するための概略図であり、グリッパが初期状態にある。図９Ａと同様の概略図であり、グリッパが移動することを示す。図９Ａと同様の概略図であり、グリッパが更に前進することを示す。図９Ａと同様の概略図であり、バンドのねじれ構造が形成されることを示す。図８のグリッパの内部構造を説明するための図である。図８のグリッパでスワブを把持した様子を示す図である。図８のグリッパで試薬チューブを把持した様子を示す図である。図１のロボットシステムによる検体採取プロセスの進行手順を説明する図である。一実施形態に係る消毒装置の概略的な構成を示す図である。

以下、本開示の好ましい実施形態ついて添付した図面を参照して説明する。本開示は図面に示された実施形態を参照して説明するが、これは一実施形態として説明するものであり、これによって本開示の技術的思想とその核心構成及び作用が限定されるわけではない。

図１は本開示の一実施形態に係る検体採取ロボットシステム（以下、単に「ロボットシステム」と称する場合がある）１の概略図である。

本実施形態に係るロボットシステム１は検体採取プロセスを行う。本明細書において、「検体採取プロセス」は、初期位置に置かれた未使用のスワブと試薬チューブを把持して設定された検査位置に移して被検者の検体採取を行い、検体採取したスワブ（の全体又は一部）を試薬チューブに入れた後、スワブを入れた試薬チューブを最終位置に置き換えることまでの一連の過程をいう。初期位置にスワブと試薬チューブをセットし、最終位置で試薬チューブを疾病確認検査場所へ移送乃至搬出する過程は「検体採取プロセス」に含まれないと意図した。ここで、初期位置及び最終位置は検査ブース内の位置に限定されず、検査ブース内外の任意の場所になり得る。

図１を参照すると、本実施形態に係るロボットシステム１は、１台のロボット２０と、ロボット２０が設けられる検査ブース１０を含む。

検査ブース１０は底から所定の高さに形成される棚１４（図２参照）と、棚１４の四隅に直立する柱フレーム１２と、柱フレーム１２の上端に設けられる四角形の上部フレーム１１を含む。

また、検査ブース１０は棚１４の上面で所定の高さに離間し、図１においてＸ軸方向（第１方向）に延びるビーム１３を備える。

ビーム１３は上部フレーム１１でＹ軸方向に延びる２つの対向するフレームにわたって形成されてもよい。或いは、Ｙ軸方向に延びる２つの対向するフレームよりも低い高さにＹ軸方向に延びる補助フレームを設け、当該補助フレームに跨るようにビーム１３を設けてもよい。

本明細書において、Ｘ軸方向（第１方向）、Ｙ軸方向（第２方向）及びＺ軸方向（第３方向）は互いに直交して空間を定義する方向にあるが、互いに直交する相対的な方向を意味するものであり、ある絶対座標系を定義する方向はない。

本明細書においては、空間活用の極大化と迅速な動作の側面において、Ｙ軸方向（第２方向）を被検者Ｐがロボットシステム１を見ている方向として規定している。

本実施形態に係るロボット２０は検査ブース１０のビーム１３に設けられて、棚１４の上方に吊り下げられた構造を有する。

図２は一実施形態に係るロボット２０の設置様子を示す図である。図２では図示の便宜上、ビーム１３を除いた検査ブース１０の全てのフレームは図示が省略されている。

図２に示したように、ロボット２０は、ビーム１３に設けられるロボットアーム２００と、ロボットアーム２００の端部に設けられるエンドエフェクタ３００と、エンドエフェクタ３００に設けられるグリッパ４００を含む。

エンドエフェクタ３００は、ロボットアーム２００の端部に装着され、グリッパ４００の姿勢及び位置を変更するように構成される。グリッパ４００はスワブＳと試薬チューブＵを選択的に把持可能である。

エンドエフェクタ３００及びグリッパ４００については後で更に詳細に説明し、ここではロボットアーム２００についてまず説明する。

図２を参照すると、ロボットアーム２００はビーム１３に装着されるベース２１０と、ベース２１０に直列に連結される複数のリンク２２０、２３０を備える。本実施形態において、第１リンク２２０がベース２１０に回動可能に連結され、第２リンク２３０が第１リンク２２０に回動可能に連結される。

ベース２１０はビーム１３に装着されて、ビーム１３に沿ってＸ軸方向に直線移動可能である。ベース２１０は、ビーム１３の上方でビーム１３に乗せられる移動部２１１と、ビーム１３の下方に配置されて第１リンク２２０を回動可能に固定する基端部２１２、及び移動部２１１と基端部２１２を連結固定する連結部２１３を含む。

移動部は駆動装置（図示せず）によって駆動され、ビーム１３が延びる方向にビーム１３に沿って摺動可能に設けられる。従って、ベース２１０全体（即ち、ロボットアーム２００）がビーム１３に沿って直線移動可能である。

基端部２１２には第１リンク２２０の一端部が連結される。第１リンク２２０は基端部２１２に対して第１軸Ｓ１を中心に回動可能に連結される。基端部２１２には第１リンク２２０を回動運動させるための駆動装置（例えば、サーボモータ）（図示せず）が連結されている。

第１リンク２２０の他端部には第２リンク２３０の一端部が連結される。第２リンク２３０は第１リンク２２０に対して第２軸Ｓ２を中心に回転可能に連結される。第１リンク２２０と第２リンク２３０の連結部位には第１リンク２２０に対して第２リンク２３０を回動運動させるための駆動装置（例えば、サーボモータ）（図示せず）が連結されている。本実施形態において、第１軸Ｓ１と第２軸Ｓ２は互いに平行である。

第２リンク２３０の他端部にはエンドエフェクタ３００が接続可能な接続部２３１が形成され、接続部２３１にはエンドエフェクタ３００の一端部が接続されて固定される。本実施形態によれば、エンドエフェクタ３００は第２リンク２３０に対して相対的な運動を行わず、第２リンク２３０の動きに応じてエンドエフェクタ３００全体の姿勢及び位置が変更されるようになっている。

本実施形態に係るロボットアーム２００は１つの並進運動（直線運動）と２つの回転運動を有する、所謂「Ｒ_ｙＲ_ｈＴ_ｈ方式」のマニピュレータ構造を有する。このような「Ｒ_ｙＲ_ｈＴ_ｈ方式」のロボットアームは、前述した従来の「Ｒ_ｙＲ_ｈＲ_ｈ方式」のロボットアームに比べ、作業半径に対して必要とする長さの補償が少ない。従って、作業ブース１０の大きさを減らすことができ、ロボットアームをなすリンクの長さを短くすることができる。加えて、作業半径をより多様にデザインすることができる。

図３Ａ及び図３Ｂはロボットアーム２００に対するリンクの長さと、作業ブース１０の大きさ選定について説明するための概略図である。図３Ａ及び図３Ｂではロボットアーム２００の構成を簡略化している。

図３Ａは被検者Ｐの身長が最大身長（約１９０ｃｍ）の場合を示し、図３Ｂは被検者Ｐの身長が最小身長（約１５０ｃｍ）の場合を示す図である。本実施形態において、被検者Ｐは立っている姿勢で検査を受ける。

第１リンク２２０及び第２リンク２３０の長さをそれぞれｌ_１及びｌ_２とする。図３Ａ（最大身長）において、第１リンク２２０が水平面となすジョイント角度をθ_１１とし、第１リンク２２０と第２リンク２３０がなす角度をθ_１２とする。図３Ｂ（最小身長）において、第１リンク２２０が水平面となすジョイント角度をθ_２１とし、第１リンク２２０と第２リンク２３０がなす角度をθ_２２とする。

このようなジオメトリ下で、下記式（１）～（４）を満たすｌ_１、ｌ_２、θ_１１、θ_２１をＭａｔｌａｂを通じて環境変数Ｈ（ベースの線形駆動機）の高さ、Ｄ（採取位置までの距離）を調整しながら非線形連立方程式を解いた。

抽出したデータのうち作業ブース１０の大きさが最も小さくなる長さとして、ｌ_１＝３２０ｍｍ、ｌ_２＝８０ｍｍを選定することができ、ロボットアーム２００とエンドエフェクタ３００の作業半径を考慮すると、作業ブース１０の大きさ［ｍｍ］を１２００×１４６０×１９８０に定めることができる。

即ち、本実施形態に係るロボットアーム２００の構造を用いると、単に１２００ｍｍの幅を有する作業ブース１０で検体採取プロセスの進行が可能である。そのため、非常に小さな空間でもロボットシステム１を構成することができる。

また、比較的短い長さのリンクを用いて被検者の平均的な身長範囲を全てカバーできるロボット２０を構成することができる。

なお、本実施形態によれば、作業ブース１０上で上方に吊り下げられたロボットアーム２００の構造を用いることで、被検者Ｐは椅子などに着座する必要なく、移動中に立っている姿勢で直ちに検採体臭を受けることができるので、最適化された検査経路の設定が可能である。

また、このようなロボットアーム２００の構造を用いると、空間の小型化に加えて、空間活用の最適化を達成することができる。

再び図１及び図２を参照すると、ロボットアーム２００がビーム１３によって上方に吊り下げられた構造を有するので、棚１４の上面である作業面１１０にはロボット２０の設置空間が不要となる。従って、棚１４の作業面１１０に検体採取プロセスに必要な各種機器や装置のみをコンパクト、且つ効率的に配置することができる。

図１に示したように、棚１４の作業面１１０には、検体採取に用いるスワブＳを取り付けるスワブ取付台１０１と、検査に用いる試薬チューブＵを取り付ける入力チューブ取付台１０２と、検体採取に用いたスワブＳを入れた試薬チューブＵを取り付ける出力チューブ取付台１０３が配置される。スワブ取付台１０１、入力チューブ取付台１０２、及び出力チューブ取付台１０３は全て、ビーム１３を基準にロボット２０の後方に配置されている。

本実施形態によれば、スワブ取付台１０１、入力チューブ取付台１０２、及び出力チューブ取付台１０３は特別な装置や機械の構成がなく、単に複数のスワブＳ又は試薬チューブＵを取り付けることができる取付台である。

作業ブース１０の後方には医療スタッフが作業ブース１０内に接近できる開閉窓（図示せず）が形成されているので、これを通じて医療スタッフや補助作業員が手作業でスワブ取付台１０１及び入力チューブ取付台１０２にスワブＳ又は試薬チューブＵを補充し、出力チューブ取付台１０３の試薬チューブＵを引き出すことができる。

しかし、これに限定されるものではなく、コンベア装置などを用いて、スワブＳ又は試薬チューブＵを自動的に補充又は引き出すように構成してもよい。

前述したように、本実施形態においては、スワブ取付台１０１、入力チューブ取付台１０２及び出力チューブ取付台１０３にスワブＳ又は試薬チューブＵを補充するか、それから引き出す作業は検体採取プロセスに含まれない。

一方、棚１４の作業面１１０には、試薬チューブＵの蓋を開封するなどの準備処理を行うチューブ処理装置１０５と、スワブＳを紫外線殺菌／消毒するための消毒装置１０４と、軸状部を切断して残ったスワブＳの取っ手部分を廃棄する廃棄ボックス１０６が更に配置される。チューブ処理装置１０５、消毒装置１０４及び廃棄ボックス１０６は全て、ビーム１３を基準にロボット２０の前方（被検者Ｐに近い側）に配置されている。

本実施形態によれば、チューブ処理装置１０５は試薬チューブＵを取付台に取り付けると、回転キャップ分離装置を用いて試薬チューブＵの蓋を開放するか、逆回転させて蓋を閉じる機能を行う。また、チューブ処理装置１０５はロボット２０が検体採取を完了したスワブＳの軸状部をチューブ処理装置１０５上に置かれた試薬チューブＵの内部に入れると、試薬チューブＵの外側に延びたスワブＳの取っ手部分を切断するカッターも備える。

消毒装置１０４はＬＥＤランプを用いてＵＶ殺菌／消毒を行うことができる装置である（図１４参照）。廃棄ボックス１０６は切り出したスワブＳの取っ手部分を集める部材であって、その構成は特に限定されない。

このように、本実施形態によれば、ロボット２０を空中に設ける構造によって、ロボット２０の設置に必要なスペースを節約することができ、その代わりにプロセスの進行に必要な各種構成を隣接してコンパクトに配置することができる。従って、空間活用性を極大化することができ、ロボットの動線を最適化することができる。

図４は一実施形態に係るエンドエフェクタ３００の構成を示す図である。

図４を参照すると、エンドエフェクタ３００はグリッパ４００が連結される姿勢変更モジュール３３０と、姿勢変更モジュール３３０に連結されて姿勢変更モジュール３３０を回転させる回転モジュール３４０と、回転モジュール３４０に連結されて回転モジュール３４０を前後進移動させる挿入モジュール３２０と、挿入モジュール３２０に連結されて挿入モジュール３２０を前記前後進方向に垂直な平面内で前後左右方向に移動させる並進モジュール３１０を含む。

ここで、前後進方向において、前進方向はエンドエフェクタ３００の長手方向における中心軸とスワブＳの延在方向が略一致する初期状態で、スワブＳのチップ部が向かう方向であり得、後進方向はその逆方向であり得る。

なお、前記前後左右方向において、前方向は図４の紙面に向かう方向であり得、後方向はその逆方向であり得る。左方向は図４において左方向であり得、右方向はその逆方向であり得る。ただし、前後左右方向はこれに限定されず、前後進方向に垂直な平面（即ち、図４の紙面に垂直な平面）内で互いに直交する任意の４方向を称することができる。

図５はエンドエフェクタ３００の並進モジュール３１０を示す図である。図５及び他の図では並進モジュール３１０の基本的な構成のみを示したものであり、並進モジュール３１０は図示しないカバーにより内部が隠されることができる。

図５に示したように、並進モジュール３１０は略「Ｌ」字状のレールフレーム３１１と、略「Ｌ」字状に形成されるガイドフレーム３１５を含む。レールフレーム３１１とガイドフレーム３１５は略四角形状のフレーム構造を形成する。

四角形状のフレームには一辺のレールフレーム３１１と一辺のガイドフレーム３１５を連結する垂直ガイド３１３と、他辺のレールフレーム３１１と他辺のガイドフレーム３１５を連結する水平ガイド３１４が設けられる。垂直ガイド３１３と水平ガイド３１４は互いに高さの差を有して設けられる。

垂直ガイド３１３の端部３１６はそれぞれ、それに連結されるレールフレーム３１１及びガイドフレーム３１５に沿って移動可能に設けられる。水平ガイド３１４の端部３１７もやはり、それぞれに連結されるレールフレーム３１１及びガイドフレーム３１５に沿って移動可能に設けられる。

並進モジュール３１０は挿入モジュール３２０を固定するための円板状の接続部材３１２と、接続部材３１２の下端で水平ガイド３１４及び垂直ガイド３１３に結合される移動部材３１８を備える。

垂直ガイド３１３全体がそれに連結されたフレームに沿って左右方向に移動することによって、移動部材３１８及び接続部材３１２が左右方向に移動する。これにより、接続部材３１２に連結された挿入モジュール３２０が左右方向に移動する。

また、水平ガイド３１４全体がそれに連結されたフレームに沿って前後方向に移動することによって、移動部材３１８及び接続部材３１２が前後方向に移動する。これにより、接続部材３１２に連結された挿入モジュール３２０が前後方向に移動する。

このような移動部材３１８の移動は図示しないモータや油圧アクチュエータなどの駆動装置によって行われる。

再び図４を参照すると、挿入モジュール３２０は並進モジュール３１０の接続部材３１２に連結される円板状の接続部材３２１と、接続部材３２１の中央から垂直に延びる軸部材３２２と、軸部材３２２に沿って直線移動可能な移動部材３２３を含む。移動部材３２３は図示しないモータや油圧アクチュエータなどの駆動装置によって動作して軸部材３２２に沿って移動する。

移動部材３２３には回転モジュール３４０が固定される。移動部材３２３が軸部材３２２に沿って前後進移動することによって、回転モジュール３４０が共に軸部材３２２に沿って前後進移動する。

図６は移動部材３２３が前進移動した様子を示す図である。図６に示したように、移動部材３２３によって回転モジュール３４０が前後進移動すると、回転モジュール３４０の前方に結合された姿勢変更モジュール３３０も共に前後進移動する。これにより、姿勢変更モジュール３３０に結合されたグリッパ４００とグリッパ４００に把持されたスワブＳなどの物体の前後進移動が可能である。

再び図４を参照すると、姿勢変更モジュール３３０はグリッパ４００が装着される固定部３８０を３つの回転リンクにより支えている形態の球状並列機構（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌｐａｒａｌｌｅｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ）からなる。

姿勢変更モジュール３３０の第１回転リンクは回転モジュール３４０を取り囲む環状の回転部３７０と、回転部３７０から前方に延びる第１リンク３７１と、固定部３８０から固定部３８０の半径方向外側に延びる第３リンク３７３と、第１リンク３７１及び第３リンク３７３のそれぞれに対して回転可能に連結される第２リンク３７２を含む。第２リンク３７２は円弧状に形成され、一端部は第１リンク３７１に対して第３軸Ｓ３を中心に回動し、他端部は第３リンク３７３に対して第４軸Ｓ４を中心に回動可能に設けられる。第３軸Ｓ３と第４軸Ｓ４は互いに所定の鋭角をなすように配置されている。

回転モジュール３４０には第１ギア（図示せず）が回転可能に備えられ、回転部３７０の内面には第１ギアと噛み合うギアが形成されている。よって、第１ギアが回転すると、回転部３７０が回転モジュール３４０の中心軸を基準に回転する。

姿勢変更モジュール３３０の第２回転リンクは環状の回転部３６０と、回転部３６０から前方に延びる第１リンク３６１と、固定部３８０から固定部３８０の径方向外側に延びる第３リンク３６３と、第１リンク３６１及び第３リンク３６３のそれぞれに対して回転可能に連結された第２リンク３６２を含む。姿勢変更モジュール３３０の第３回転リンクは環状の回転部３５０と、回転部３５０から前方に延びる第１リンク３５１と、固定部３８０から固定部３８０の径方向外側に延びる第３リンク３５３と、第１リンク３５１及び第３リンク３５３のそれぞれに対して回転可能に連結される第２リンク３５２を含む。

回転モジュール３４０には第２ギア（図示せず）が回転可能に備えられ、第２回転リンクの回転部３６０の内面には第２ギアと噛み合うギアが形成されている。よって、第２ギアが回転すると、回転部３６０が回転モジュール３４０の中心軸を基準に回転する。また、回転モジュール３４０には第３ギア（図示せず）が回転可能に備えられ、第３回転リンクの回転部３５０の内面には第３ギアと噛み合うギアが形成されている。よって、第３ギアが回転すると、回転部３５０が回転モジュール３４０の中心軸を基準に回転する。

回転モジュール３４０の第１乃至第３ギアは回転モジュール３４０の前方に順次形成されている。回転モジュール３４０は第１乃至第３ギアをそれぞれ独立的に（速度と方向をそれぞれ独立して）回転させることができる。即ち、回転モジュール３４０は姿勢変更モジュール３３０の第１回転リンク乃至第３回転リンクのそれぞれを独立的に回転させることができる。

姿勢変更モジュール３３０の第１回転リンク乃至第３回転リンクは回転モジュール３４０の第１乃至第３ギアの位置に対応して、その回転部の位置が長手方向に異なる点を除いて、その他の構成は実質的に同一である。

このような姿勢変更モジュール３３０及び回転モジュール３４０が形成する球状並列機構（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌｐａｒａｌｌｅｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ）のマニピュレータ構造は公知されているので、ここでは更に詳細な説明は省略する。

姿勢変更モジュール３３０の第１回転リンク乃至第３回転リンクの３つのリンク構造をそれぞれ制御することで、グリッパ４００の配向角度（姿勢）を変更することができる。

図７はグリッパ４００の姿勢が変更された様子を示す図である。回転モジュール３４０を用いて、例えば、第２回転リンクの回転部３６０と第３回転リンクの回転部３７０を互いに逆方向に回転させると、グリッパ４００は一方向に斜めに操舵される。

第１回転リンク乃至第３回転リンクを独立的に回転させて複合的な操舵を引き起こすことで、グリッパ４００の移動方向を四方にすることができることが理解するべきである。

一方、回転モジュール３４０を用いて姿勢変更モジュール３３０の第１回転リンク乃至第３回転リンクを同一の方向及び同一の速度で回転させると、グリッパ４００は当該姿勢でグリッパ４００の長手方向中心軸を中心に回転するようになる。

即ち、回転モジュール３４０を用いて姿勢変更モジュール３３０を相対的な動きなしに回転させると、グリッパ４００が回転するようになり、回転モジュール３４０を用いて姿勢変更モジュール３３０の相対的な動き（動作）を発生させると、グリッパ４００の配向角度を変更することができる。

本実施形態においては、並進モジュール３１０、挿入モジュール３２０、回転モジュール３４０、及び姿勢変更モジュール３３０が順に直列に連結され、各モジュールの動作がその前方に連結されたモジュールに影響を与えて、最終的には、グリッパ４００の前後進、前後左右移動、姿勢変更及び回転を引き起こすようになる。このような構成によって、エンドエフェクタ３００の構成をコンパクト化することができる。

ただし、エンドエフェクタ３００が、グリッパ４００の配向角度を調節する姿勢変更モジュールと、グリッパ４００を回転させる回転モジュールと、グリッパ４００を前後進移動させる挿入モジュールと、グリッパ４００を前後進方向に垂直な平面内で前後左右方向に移動させる並進モジュールを含む限り、その構成は本実施形態に限定されない。

図８は一実施形態に係るグリッパ４００を示す図である。

図８に示したように、グリッパ４００は第１ドラム４１０、第２ドラム４２０、及び第３ドラム４３０が直列に結合されて、全体的にドラム状の本体を備える。

第１ドラム４１０は中空に形成され、両端部が全て開口されている。第２ドラム４２０は中空に形成され、両端部が全て開口されている。第３ドラム４３０は中空に形成され、第２ドラム４２０が連結される一端部は開口され、他端部は閉鎖されている。

第１ドラム４１０は、その内部の中空が第２ドラム４２０に連通するように連結され、第１ドラム４１０と第２ドラム４２０は同心軸線上で互いに相対回転可能である。

第３ドラム４３０は、第１ドラム４１０に対向する反対側で第２ドラム４２０に連結される。第３ドラム４３０は、その内部の中空が第２ドラム４２０に連通するように連結され、第２ドラム４２０と第３ドラム４３０は同心軸線上で互いに相対回転可能である。

本実施形態によれば、第１ドラム４１０と第３ドラム４３０は固定され、第２ドラム４２０が回転することで、第１ドラム４１０と第２ドラム４２０との間の相対回転、及び第３ドラム４３０と第２ドラム４２０との間の相対回転が引き起こされる。

図８に示したように、第２ドラム４２０の外面にはギア歯４２１が形成され、それと噛み合うギア４４１がモータ４４０により回転することで、第２ドラム４２０が回転するように構成されている。

一方、本実施形態に係るグリッパ４００はバンドを用いて把持部を形成する。以下、図９Ａ～図１０を参照して、これについて説明する。

図９Ａ～図９Ｄはグリッパ４００の内部構造及び動作を説明するための概略図であり、図１０はグリッパ４００の内部構造を説明するための図である。図９Ａ～図９Ｄでは、説明のためにグリッパ４００の第１ドラム４１０乃至第３ドラム４３０を互いに離間した円板状に簡略化して示している。

図９Ａ～図９Ｄに示したように、グリッパ４００はそれぞれ、第１ドラム４１０、第２ドラム４２０、及び第３ドラム４３０の全てに跨るように、グリッパ４００の長手方向に延びる複数のバンド４５１を備える。本実施形態においては、４つのバンド４５１が形成される。

複数のバンド４５１のそれぞれは、その一端が第１ドラム４１０に固定され、第２ドラム４２０を貫通（第２ドラム４２０に形成された通孔を通過）し、他端は第３ドラム４３０に固定される。

図９Ａに示したように、グリッパ４００の初期状態で、複数のバンド４５１はグリッパ４００の長手方向中心軸の方向に延びて互いに略平行に維持される。複数のバンド４５１はグリッパ４００の長手方向中心軸を中心に放射状に配置されている。

一方、閉鎖された第３ドラム４３０の一端部には中空内に進入した物体の接触を検知するセンサ４６０が配置されている。

図９Ｂに示したように、グリッパ４００が移動して、第１ドラム４１０の入口部を通じてスワブＳの取っ手部分が中空内に進入するようにする。図９Ｃに示したように、グリッパ４００が更に前進して、スワブＳの取っ手の先端がセンサ４６０に接触する。

スワブＳなどの物体がセンサ４６０に接触すると、第２ドラム４２０が一方向に回転する。即ち、第１ドラム４１０と第２ドラム４２０が相対回転し、第２ドラム４２０と第３ドラム４３０が相対回転するようになる。

複数のバンド４５１の両端は第１ドラム４１０と第３ドラム４３０にそれぞれ固定されているので、図９Ｄに示したように、第１ドラム４１０と第２ドラム４２０が相対回転する場合、第２ドラム４２０におけるバンド４５１の固定位置が共に回転し、第１ドラム４１０におけるバンド４５１の固定位置はもとの所に位置している。従って、第１ドラム４１０と第２ドラム４２０との間に複数のバンド４５１が互いにねじれながら、ねじれ構造が形成される。同様に、第２ドラム４２０と第３ドラム４３０が相対回転する場合は、第２ドラム４２０と第３ドラム４３０との間に複数のバンド４５１が互いにねじれながら、ねじれ構造が形成される。即ち、第２ドラムを中心に２段のバンド４５１のねじれ構造が形成される。

図１０に示したように、複数のバンド４５１はグリッパ４００の長手方向中心軸を中心に同一の距離に放射状に配置されているので、グリッパ４００の中空内で長手方向中心軸を中心にねじれたバンド４５１に取り囲まれた把持部ＧＡが形成される。

第２ドラム４２０が回転することによって、把持部ＧＡの面積が徐々に狭くなりながら、複数のバンド４５１がその間に位置したスワブＳをグリッパ４００の長手方向中心軸に追い込む。この時、スワブＳの周りを複数のバンド４５１が完全に包み込んでいるので、例えば、３つのジョーを用いたグリッパのように中心に向かって締め付けられるグリッパは、把持物をジョーを用いて中央に追い込む途中、ジョーの間に把持物が挟まれたりすることが発生しない。

図９Ｄに示したように、ねじれた複数のバンド４５１が全て中空内に進入した物体に接触すると、把持部ＧＡが物体（スワブＳ）を締め付けて固定するようになる。本実施形態によれば、複数のバンド４５１はその厚さが幅より大きい平べったい形状に形成されて、バンド４５１が把持された物体に接触した際には接触力が向上する。

前述したように、ねじれた複数のバンド４５１により形成された把持部ＧＡはグリッパ４００の中空内で長手方向中心軸に合わせて位置決めしようとする特性を有する。従って、本実施形態によれば、図９Ｄに示したように、グリッパ４００の長手方向中心軸と偏心して配置されたスワブＳの位置がバンド４５１によりグリッパ４００の長手方向中心軸に自動的にアライメントされる。

前記とは逆方向に第２ドラム４２０を回転させると、ねじれたバンド４５１は図９Ａのような初期状態に緩みながら、把持が解除される。

また、本実施形態に係るグリッパ４００は２段のバンド４５１のねじれ構造を有し、各段のねじれ構造では全てその中央部に把持部ＧＡが形成される。従って、把持部ＧＡに把持されたスワブＳはグリッパ４００の長手方向に対して傾くことなく、グリッパ４００の長手方向に整列される。

このような構成によれば、グリッパ４００を用いてスワブＳを把持する際に、スワブＳをグリッパ４００に対して別々に整列させるための手間を避けることができる。

本実施形態によれば、複数のバンド４５１は弾性材料（例えば、ゴムバンド）からなり、図９Ａに示した初期状態においては、膨張した状態で形成される。

即ち、図９Ｄのように、ねじれ構造が形成された状態では、複数のバンド４５１は長さが延びるように引かれた状態である。

このような構成によれば、第２ドラム４２０の回転程度を調整して、把持部ＧＡの大きさを調節することができる。第２ドラム４２０を他のドラムに対して多く回転させるほど、把持部ＧＡの空間の大きさが小さくなる一方、相対的に少なく回転させると、把持部ＧＡの空間の大きさは比較的大きくなる。

従って、グリッパ４００の中空内に入ることができる長い形状の物体であれば、その直径に関係なく、グリッパ４００の第２ドラム４２０の回転角を適切に調整して把持することができる。

このように、本実施形態に係るグリッパ４００は、同じ把持部ＧＡを用いて、直径が相異なる物体を把持可能に構成される。従って、本実施形態に係るロボット２０は、グリッパ４００を交換しなくても、直径が相異なる物体を把持することができる。ここで、グリッパの「交換」は、他のグリッパを備えたロボットアームに代えて又は続いて作業を行うようにすること、一方のロボットアームに装着されたグリッパを他のグリッパに交換すること、及び一方のグリッパで把持部を変形（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）することを含む。「変形」は、一つのグリッパ内で把持部を交換したり、その形態を変更したりすることである。本実施形態のように、同一の動作を行うが、その程度を異にして把持対象を変えることは、「変形」には該当しない。

このようなグリッパ４００を用いて、本実施形態に係るロボットシステム１はグリッパ４００の交換なしに１つのグリッパ４００で、スワブＳと試薬チューブＵを選択的に把持して、検体採取プロセスを進行する。

図１１はグリッパ４００でスワブＳを把持した様子を示す図であり、図１２はグリッパ４００で試薬チューブＵを把持した様子を示す図である。

本実施形態によれば、第２ドラム４２０の回転角（即ち、第１ドラム４１０と第２ドラム４２０との相対回転角、及び第２ドラム４２０と第３ドラム４３０との相対回転角）が把持対象物であるスワブＳと試薬チューブＵの直径によって予め決められている。

後述するように、本実施形態に係る検体採取プロセス中には、スワブＳと試薬チューブＵを略交互に把持するように進行するので、プロセスのうちどの時点でスワブＳ又は試薬チューブＵを把持するかが分かる。

従って、スワブＳに対する第２ドラム４２０の回転角と、試薬チューブＵに対する第２ドラム４２０の回転角を予め設定し、適当なタイミングで定められた回転角だけ第２ドラム４２０を回転させて、スワブＳ又は試薬チューブＵを選択的に把持することができる。

本実施形態によれば、第２ドラム４２０の回転角は、バンド４５１が把持する物体に接触した後も、もう少し第２ドラム４２０が回転するように設定されて、物体を確実に把持するようにする。

本実施形態に係るエンドエフェクタ３００では、第１ドラム４１０及び第３ドラム４３０が固定され、第２ドラム４２０が回転するようにしたが、これに限定されない。例えば、第２ドラム４２０が固定され、第１ドラム４１０及び第３ドラム４３０が回転するようにしてもよい。また、第１ドラム４１０、第２ドラム４２０及び第３ドラム４３０がそれぞれ独立して回転可能にしてもよい。

また、本実施形態においては、一本のバンド４５１が第１ドラム４１０から第２ドラム４２０を経て第３ドラム４３０に固定されるように延びるが、これに限定されない。例えば、第１ドラム４１０及び第２ドラム４２０に跨るように複数の第１バンドを固定し、第２ドラム４２０及び第３ドラム４３０に跨るように複数の第２バンドを固定してもよい。

ただし、本実施形態のように、一本のバンド４５１が第１ドラム４１０から第２ドラム４２０を経て第３ドラム４３０に固定されるように延び、第１ドラム４１０及び第３ドラム４３０は固定され、第２ドラム４２０が回転するようにすることで、モータの数を減らす共に、グリッパ４００の動作を一律に制御することができる。

なお、本実施形態においては、グリッパ４００は第１ドラム４１０、第２ドラム４２０及び第３ドラム４３０の三重構造であって、二段のバンドのねじれ構造を形成するが、これに限定されない。必要に応じて四重構造で構成してもよいし、第１ドラム４１０及び第２ドラム４２０の二重構造で構成してもよい。後者の二重構造は、スワブＳなどの把持対象物の端部を挿入又は固定することができる構成を備えてもよい。

以下、図１３を参照して、ロボットシステム１による検体採取プロセスの進行について説明する。

図１３はロボットシステム１による検体採取プロセスの進行手順を説明する図である。

まず、医療スタッフがスワブ取付台１０１及び入力チューブ取付台１０２にそれぞれ２０個ずつのスワブＳと試薬チューブＵを装着しておく。

ロボット２０はロボットアーム２００を駆動してグリッパ４００を入力チューブ取付台１０２の上方に移動させる。ロボット２０はグリッパ４００を用いて入力チューブ取付台１０２に取付けられた試薬チューブＵのうち一つを把持する。入力チューブ取付台１０２で把持する正確な位置にグリッパ４００を移動させる動作は、ロボットアーム２００及びエンドエフェクタ３００を適切に動作させることによって行われる。その後のスワブＳ及び試薬チューブＵの把持や移送過程においても同様である。

次に、ロボット２０はロボットアーム２００を駆動してグリッパ４００をチューブ処理装置１０５の上方に移動させ、把持した試薬チューブＵをチューブ処理装置１０５の取付部に載置する。

次に、ロボット２０はロボットアーム２００を駆動してグリッパ４００をスワブ取付台１０１の上方に移動させる。ロボットアーム２００が動いている間、チューブ処理装置１０５は、当該装置に取り付けられた試薬チューブＵの蓋を開放する。スワブ取付台１０１に移動したロボット２０はグリッパ４００を用いてスワブ取付台１０１に取付けられたスワブＳのうち一つを把持する。

次に、ロボット２０はロボットアーム２００を駆動してグリッパ４００を消毒装置１０４の上方に移動させ、把持を維持したまま把持しているスワブＳを消毒装置１０４の内部に入れる。

図１４は一実施形態に係る消毒装置１０４の概略的な構成を示す図である。

図１及び図１４に示したように、消毒装置１０４は内部空間６０２が形成された本体６０１と、本体６０１の上部を覆う上板６０３を含む。

本体６０１の内部にはＵＶ光を発生することができる複数のＬＥＤランプアレイ６０５が配置されている。グリッパ４００に把持されたスワブＳは内部空間６０２において複数のＬＥＤランプアレイ６０５のほぼ中央に配置される。ＵＶ光により、検体採取前にスワブＳを消毒して、被検者の感染や検査エラーなどを防止することができる。

上板６０３の中央にはスワブＳが通過できる入口部６０４が形成されている。図１４に示したように、入口部６０４の形状と大きさは、スワブＳを完全に押し込んだ際、グリッパ４００の本体（第１ドラム４１０）がぴったり合う形状と大きさになっている。

即ち、グリッパ４００の本体は消毒が進行している間、消毒装置１０４の入口部を塞ぐ。これにより、スワブＳに対する消毒効率を向上させることができ、ＵＶ光によりグリッパ４００の中空内部のバンドなどの構成を消毒することも可能である。

実際の使用時、ロボット２０の外部はビニールカバーなどを被せて汚染を防止するが、スワブＳなどを挿入しなければならないグリッパ４００の中空内部は、このような処理を行うことが難しい。本実施形態によれば、消毒装置１０４を通じてこのような難しさを補うことができる。

再び図１３を参照すると、ロボット２０はロボットアーム２００を駆動して消毒済のスワブを被検者Ｐの近傍に移動させて、検体採取を行う。

具体的には、ロボットアーム２００を用いてスワブＳを被検者Ｐの顔の前方に移動させる。この時、ロボットアーム２００は、３次元空間で最適経路計画アルゴリズムを通じて被検者Ｐの顔位置に経路移動され、ＤＮＮ（ＤｅｅｐＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋ）に基づいて被検者Ｐの鼻や口を認識した後、被検者Ｐの身長（図３Ａ及び図３Ｂ参照）と目鼻立ちに応じて、スワブＳの最適採取経路を自動的に調整するようになる。ロボットシステム１は所定の位置に設けられて被検者Ｐを撮影することができるビジョンカメラを備える。

このような最適採取経路の自動調整が完了すると、その位置でロボットアーム２００は動作せずに停止される。

国家的次元でスワブＳを生体内に挿入する行為を医療スタッフが行うように規定されている場合がある。従って、本実施形態によれば、エンドエフェクタ３００を動作させ、スワブＳを鼻腔又は口腔内に挿入して検体採取を行う作業は、医療スタッフにより行われるように構成する。

より具体的には、医療スタッフにはエンドエフェクタ３００をスレーブロボットとして動作させることができるマスター操作装置（図示せず）を提供し、ビジョンカメラを通じて被検者Ｐの鼻腔乃至口腔の中を目視で確認できるモニタ（図示せず）も提供する。

マスタ操作装置は、前述したエンドエフェクタ３００の全ての動作を直観的に行うことができるようにして、グリッパ４００が前後進移動、前後左右移動及び回転駆動を行うようにする。

医療スタッフはモニタを確認しながら、マスター操作装置を用いて、エンドエフェクタ３００の並進モジュール３１０、姿勢変更モジュール３３０などを駆動してスワブＳを被検者Ｐに挿入可能な姿勢とする。その後、挿入モジュール３２０を駆動してスワブＳを前進駆動し、検体採取部位に接触するようにし、回転モジュール３４０を通じて姿勢変更モジュール３３０を回転させて、スワブＳを所定回数回転させる。このようなスワブＳの回転は３６０度回転の形態であってもよいし、所定の角度で時計回り方向と反時計回り方向の回転を繰り返す形態であってもよい。

検体採取が完了すると、エンドエフェクタ３００を用いてスワブＳを後進移動させて、鼻腔乃至口腔から引き出す。

本実施形態においては、ロボットアーム２００により自動的に被検者Ｐの顔の前にスワブＳを配置させ、その後は医療スタッフの遠隔操作によりエンドエフェクタ３００を動作させて、検体採取を進行している。ただし、医療規定などの制限がなければ、エンドエフェクタ３００を動作させて検体採取を進行する過程も、ビジョンカメラのデータなどを活用した制御アルゴリズムを通じて自動的に行うこともできる。

再び図１３を参照すれば、検体採取が完了すると、ロボット２０はロボットアーム２００を駆動してスワブＳをチューブ処理装置１０５に移動させる。その後、チューブ処理装置１０５に載置された蓋が開放された試薬チューブＵ内にスワブＳの検体済の軸状部を入れる。

所定深さにスワブＳを入れた後には、チューブ処理装置１０５のカッターを用いてグリッパ４００と試薬チューブＵとの間のスワブＳの取っ手を切り出す。

次に、ロボット２０はロボットアーム２００を駆動してグリッパ４００を廃棄ボックス１０６に移動させ、グリッパ４００の把持を解除して、残った取っ手部位を廃棄ボックス１０６に捨てる。その間、チューブ処理装置１０５は試薬チューブＵの蓋を閉じる。

次に、ロボット２０はロボットアーム２００を駆動してグリッパ４００を再びチューブ処理装置１０５に移動させる。グリッパ４００はチューブ処理装置１０５上の試薬チューブＵを把持する。前述したように、本実施形態に係るロボット２０はグリッパ４００の交換がなくても、直ぐに試薬チューブＵも把持可能である。

次に、ロボット２０が把持した試薬チューブＵを出力チューブ取付台１０３に置き換えると、検体採取プロセスが完了する。

検体採取が完了した出力チューブ取付台１０３上の試薬チューブＵは医療スタッフなどの人力によって搬出され、標識されて検査場所に移されるなどの過程が行われる。

本実施形態によれば、スワブ取付台１０１、入力チューブ取付台１０２及び出力チューブ取付台１０３は、ビーム１３が延びる方向である第１方向に直交する第２方向（Ｙ軸方向）においてビーム１３の後方（被検者Ｐから遠方側）に配置され、チューブ処理装置１０５は第２方向においてビーム１３の前方に配置される。従って、検体採取プロセスが進行する間、ロボットアーム２００がビーム１３を中心に一種のスイング動作（ビーム１３に沿ったロボット２０の並進運動も並行する）を繰り返すと、検体採取プロセスが進行する。従って、検体採取プロセスのための検体経路が単純化されるので、１つのロボットアームのみを活用しても、検体採取プロセスを完了する時間を、従来に比べて更に短縮することもできる。

従って、本実施形態に係るロボットシステム１によれば、迅速な検体採取が可能であり、空間及びコストが大幅に節減される共に、空間活用性や検体経路の最適化を達成することができる。

前述したように、本開示によれば、グリッパとロボットアームを備える単一のロボットを用いて空間活用性を極大化できる検体採取ロボットシステムを提供する。

１ロボットシステム
１０検査ブース
２０ロボット
２００ロボットアーム
３００エンドエフェクタ
４００グリッパ
４５１バンド
Ｓスワブ

Claims

スワブで被検者の検体採取を行い、検体採取したスワブを試薬チューブに入れる過程を含む検体採取プロセスを行うための検体採取ロボットシステムであって、
グリッパとロボットアームを備えるロボットを含み、
前記グリッパは、同じ把持部を用いて、直径が相異なる物体を把持可能に構成され、
前記ロボットは、前記グリッパの交換なしに、前記スワブと前記試薬チューブを選択的に把持して、前記検体採取プロセスを進行することを特徴とする検体採取ロボットシステム。
前記グリッパは、
中空の第１ドラムと、
前記第１ドラムに連結される中空の第２ドラムと、
前記第１ドラムと前記第２ドラムの中空内で、それぞれ前記第１ドラム及び前記第２ドラムに跨るように固定された複数のバンドを含み、
前記第１ドラムと前記第２ドラムは互いに相対回転可能であり、
前記第１ドラムと前記第２ドラムとの相対回転により、前記複数のバンドが互いにねじれながら、前記中空内に進入した物体を締め付けて固定することを特徴とする請求項１に記載の検体採取ロボットシステム。
前記グリッパは、
前記第１ドラムに対向する反対側で前記第２ドラムに連結される第３ドラムと、
前記第２ドラムと前記第３ドラムの中空内で、それぞれ前記第２ドラム及び前記第３ドラムに跨るように固定される複数のバンドを含み、
前記第２ドラムと前記第３ドラムは互いに相対回転可能であり、
前記第１ドラムと前記第２ドラムが相対回転し、前記第２ドラムと前記第３ドラムが相対回転して、前記第２ドラムを中心に２段のバンドのねじれ構造が形成されることを特徴とする請求項２に記載の検体採取ロボットシステム。
前記複数のバンドはそれぞれ、前記第１ドラム、前記第２ドラム、及び前記第３ドラムの全てに跨るように形成され、
前記第２ドラムは固定された前記第１ドラム及び前記第３ドラムに対して回転することを特徴とする請求項３に記載の検体採取ロボットシステム。
前記第３ドラムの一端部は閉鎖され、
閉鎖された前記第３ドラムの一端部には前記中空内に進入した物体の接触を検知するセンサが形成され、
前記物体の接触が前記センサにより検知されると、前記第１ドラムと前記第２ドラムが相対回転し、前記第２ドラムと前記第３ドラムが相対回転することを特徴とする請求項４に記載の検体採取ロボットシステム。
前記第１ドラムと前記第２ドラムとの相対回転角、及び前記第２ドラムと前記第３ドラムとの相対回転角が、前記スワブ及び前記試薬チューブの直径によって予め決められていることを特徴とする請求項５に記載の検体採取ロボットシステム。
前記複数のバンドは、厚さより大きい幅を有し、弾性材質からなることを特徴とする請求項６に記載の検体採取ロボットシステム。
前記ロボットは、
前記ロボットアームに装着されて、前記グリッパの姿勢及び位置を変更するように構成されたエンドエフェクタを更に含むことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の検体採取ロボットシステム。
前記エンドエフェクタは、
前記グリッパの配向角度を調節する姿勢変更モジュールと、
前記グリッパを回転させる回転モジュールと、
前記グリッパを前後進移動させる挿入モジュールと、
前記グリッパを前記前後進方向に垂直な平面内で前後左右方向に移動させる並進モジュールを含むことを特徴とする請求項８に記載の検体採取ロボットシステム。
前記姿勢変更モジュールは前記グリッパに連結され、
前記回転モジュールは前記姿勢変更モジュールに連結されて、前記姿勢変更モジュールを回転させ、
前記挿入モジュールは前記回転モジュールに連結されて、前記回転モジュールを前後進移動させ、
前記並進モジュールは前記挿入モジュールに連結されて、挿入モジュールを前記前後進方向に垂直な平面内で前後左右方向に移動させることを特徴とする請求項９に記載の検体採取ロボットシステム。
前記ロボットアームは、
ベースと、
前記ベースに対して回動可能な第１リンクと、
前記第１リンクに対して回転可能であり、前記エンドエフェクタが装着される第２リンクを含むことを特徴とする請求項１０に記載の検体採取ロボットシステム。
前記ロボットが設けられる検査ブースを更に含み、
前記検査ブースは、棚と、前記棚の上方で第１方向に延びるビームを備え、
前記ロボットアームは、前記ビームに沿って直線移動するベースと、前記ベースに直列に連結される複数のリンクを含むことを特徴とする請求項１に記載の検体採取ロボットシステム。
前記棚の上には、
前記スワブを取り付けるスワブ取付台と、
前記試薬チューブを取り付ける入力チューブ取付台と、
前記試薬チューブの蓋を開封するチューブ処理装置と、
検体採取に使用されたスワブを入れる試薬チューブを取り付ける出力チューブ取付台が配置され、
前記検体採取プロセスが進行する間、前記グリッパが前記入力チューブ取付台、前記チューブ処理装置、前記スワブ取付台、被検者、前記チューブ処理装置及び前記出力チューブ取付台を順に経るように、前記ロボットアームが動作することを特徴とする請求項１２に記載の検体採取ロボットシステム。
前記スワブ取付台、前記入力チューブ取付台及び前記出力チューブ取付台は、前記第１方向に直交する第２方向に前記ビームの後方に配置され、
前記チューブ処理装置は前記第２方向に前記ビームの前方に配置されて、
前記検体採取プロセスが進行する間、前記ロボットアームが前記ビームを中心にスイング動作することを特徴とする請求項１３に記載の検体採取ロボットシステム。
前記棚の上には、前記スワブ取付台で把持したスワブを紫外線消毒するための消毒装置が更に配置され、
前記グリッパの本体は、前記消毒装置の入口部を塞ぐ形状及び大きさに形成されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の検体採取ロボットシステム。