JPH1090279A - オートサンプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外乱を受けても迅速に元の状態に復帰して正
常な搬送動作を継続する。 【解決手段】 アーム３の、回転（Ａ方向）、上下移動
（Ｂ方向）及び伸縮（Ｃ方向）の各動作、並びに、グリ
ッパ４の開閉動作の４つの動作を独立に行なうための駆
動機構２１、２２、２３、２４をベースシャーシ９及び
スライドシャーシ１０に設ける。各駆動機構では、ＤＣ
モータとパルスエンコーダとを含む閉ループサーボ系に
より動作が制御されている。これにより、可動範囲の任
意の位置において絶対位置が認識できるため、外乱等に
より移動が停止された場合、外乱が取り除かれた後にそ
の位置から移動を継続することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスクロマトグラ
フ、液体クロマトグラフ、分光分析装置等の分析装置で
試料を分析する場合において試料を収容する容器の搬
送、交換等の処理を行なうオートサンプラに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、ガスクロマトグラフ等の分析装置
で試料を分析する場合、試料を一定容量の試料瓶（バイ
アル）に収容し、抽出、濃縮、クリンナップ（不純物の
除去）、試薬の添加攪拌といった作業を行なった後に、
オートインジェクタにより定量及び注入操作を行なう。
オートサンプラは、複数のバイアルが載置又は収納され
たラックから所望のバイアルを取り出し、オートインジ
ェクタの所定箇所まで搬送して載置又は装着する、とい
う操作を実行する。この種のオートサンプラの構造とし
ては、互いに直交する３軸方向にスライド移動可能なハ
ンドグリッパを有するＸ−Ｙ−Ｚ座標系駆動によるもの
と、回転アームにハンドグリッパを設けた円筒座標系
（Ｒ−θ−Ｚ）駆動によるものとがある。

【０００３】円筒座標系駆動のオートサンプラでは、通
常、上下方向にスライド可能なアームを備えた垂直軸が
複数のバイアルを載置・収納した円盤状のラックの略中
心に回転自在に据えられる。アームはラックの内周から
外周にまで伸縮自在とされ、アーム先端にバイアル上端
を把持又は保持するハンドグリッパが設けられる。従っ
て、ラックの任意位置のバイアルを把持するために、垂
直軸の回転（回転角３６０°）、アームの上下スライ
ド、及び、アームの伸縮という３つの駆動機構が存在す
る。ハンドグリッパは、バイアル上端を挟持するために
ソレノイドを用いて開閉可能な構成としたり、ゴム製の
グリッパを単に上方向からバイアル上縁部に押し込むこ
とによりバイアルを保持する構成としている。或いは、
上記３つの駆動機構に加えて独立にハンドグリッパの開
閉を司る駆動機構を設け、広狭自在に開閉する構成とす
ることも可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、このようなオー
トサンプラでは、各駆動機構の駆動源としてステッピン
グモータが用いられており、ＣＰＵ等から成る制御部か
ら所定数の駆動パルス信号をステッピングモータへ送る
ことにより所定回転角度だけロータを回転させ、適当な
減速機構を介して所定の移動量を得るようにしている。
しかしながら、外乱や機構部品の経時変化による負荷の
増加等の要因によりステッピングモータが脱調すると、
目的とする移動量が得られず誤動作を生じてしまう。例
えば、オートサンプラを用いた分析装置の周囲で測定者
が作業を行なう際に、急に動き始めたアームに測定者の
手等が接触することによりステッピングモータが脱調し
てしまうようなことも起こり得る。

【０００５】更に、従来のオートサンプラでは、制御対
象物（例えばアーム）の位置は機械的なストッパにより
規制された位置（ホームポジション）からの相対移動量
を基準にしている。従って、ステッピングモータが脱調
してしまうと制御対象物の絶対位置を認識することがで
きないため、一旦、ホームポジションの位置まで制御対
象物を移動させた後に、再度、移動制御を行なう必要が
ある。このため、オートサンプラを元の正常な状態に復
帰させるためには、かなりの時間を要することになる。

【０００６】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、外乱を
受けても迅速に元の状態に復帰して正常な動作を継続す
ることができるオートサンプラを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、試料が収容された試料瓶を自動的
に搬送するオートサンプラにおいて、 a)複数軸方向に移動及び回転可能なアームと、 b)該アーム先端付近に設けられた、試料瓶を把持するグ
リッパと、 c)前記アームの複数軸方向の移動及び回転、並びに、前
記グリッパの把持動作に対応してそれぞれ設けられた駆
動メカニズムと、 d)該駆動メカニズム毎に設けられ、モータ及び該モータ
の回転軸の変位検出器を含む閉ループにより該駆動メカ
ニズムの動作を制御する駆動制御手段と、 を備え、前記駆動制御手段は前記駆動メカニズムの駆動
軸を機械的なストッパに当接させて基準位置を定めた後
に変位検出器からの信号により駆動軸の絶対位置及び速
度を算出し、位置及び速度が制御目標値となるべくモー
タを制御することを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係るオートサンプラは、
例えば円筒座標系（Ｒ−θ−Ｚ）では、複数の試料容器
を載置するラックの略中心に回転自在に据え付けた垂直
軸に上下自在、且つラックの内周側から外周側に伸縮自
在に設けられたアームを有し、更にアームにはラック面
に向かって広狭自在に開閉するグリッパを有する。そし
て、垂直軸の回転、アームの上下移動、アームの伸縮、
及びグリッパの開閉の４つの動作を独立に行なうため
に、それぞれに対応した駆動メカニズム及び駆動制御手
段を備えている。駆動制御手段は、ＤＣモータ及びこの
モータの回転位置を検出するパルスエンコーダ（変位検
出器）を含む閉ループサーボ制御により、ＤＣモータの
速度制御と位置制御とを行なう。

【０００９】いずれかの駆動制御手段が駆動制御を行な
う際には、まず、駆動メカニズムの駆動軸が機械的に位
置を規制するストッパに当接するようにＤＣモータを駆
動することにより基準位置を定める。次いで、ＤＣモー
タを駆動するときに得るパルスエンコーダからの信号に
より駆動軸の移動速度及び絶対位置を算出し、それぞれ
が制御目標値となるようにＤＣモータへ供給する電流を
制御する。このような制御によれば、例えばアームの上
下移動中に障害物に接触してアームが停止した場合で
も、駆動制御手段はその絶対位置を把握しているので、
障害物が除かれた後に停止位置から継続して駆動制御を
行なうことができる。なお、直交座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）
の移動軸を有する構成でも同様の駆動制御を行なうこと
ができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図４を参照
して説明する。図１はこの実施例によるオートサンプラ
の外観斜視図である。このオートサンプラ１では、バイ
アルを垂直に収納するドーナツ形状のラック２の中央
に、アーム３が主軸（図示していない）を中心に回転自
在（矢印Ａの方向）に設けられている。アーム３は、上
下方向（矢印Ｂの方向）に移動可能であると共にラック
２の径方向（矢印Ｃの方向）にも移動可能である。アー
ム３の先端には開閉自在の３本の爪を有するグリッパ４
を備えている。つまり、アーム３がラック２の径方向に
移動するとき、グリッパ４はラック２の最内周から最外
周、更にはラック２外側の所定の位置まで移動する。ま
た、ラック２をその上部に載置しているラックベース５
はボトムケース６上に固定されている。

【００１１】図２はオートサンプラ１の要部の構造を示
す正面透視図である。ボトムケース６内にはボトムシャ
ーシ７が固定されており、ベースシャーシ９は主軸８に
てボトムシャーシ７に回転自在に軸支されている。ベー
スシャーシ９の上部には、後述のように、アーム３が取
り付けられたスライドシャーシ１０が連結されている。
アーム３の下部のアームケース３ａは、ベースシャーシ
９及びスライドシャーシ１０を覆うように上方から嵌め
込む構造になっており、ラックベース５に遊嵌してい
る。これにより、ベースシャーシ９が回転するとスライ
ドシャーシ１０と共にアーム３全体が一体となって回転
し、スライドシャーシ１０がベースシャーシ９に対して
上方向に移動するとアームケース３ａから上部が迫り上
がる。

【００１２】図３は、このオートサンプラ１の駆動部の
構成を説明するための模式図である。上述の如く、ボト
ムシャーシ７にはベースシャーシ９が主軸８にて回転自
在に固定されている。この回転駆動のための第１駆動機
構２１は、ベースシャーシ９に取り付けられている。第
１駆動機構２１は、ＤＣモータ、ＤＣモータの回転を主
軸８に伝達するためのギヤ機構、ＤＣモータの回転位置
を検出するためのパルスエンコーダ等から構成されてい
る。

【００１３】スライドシャーシ１０は、ベースシャーシ
９に取り付けられた第２駆動機構２２によりベースシャ
ーシ９に対して上下方向に移動する。第２駆動機構２２
は、ＤＣモータ、回転運動を直線運動に変えるラックピ
ニオン等の伝達機構、パルスエンコーダ等から構成され
ている。また、スライドシャーシ１０には第３、第４駆
動機構２３、２４が取り付けられている。第３駆動機構
２３は、ＤＣモータ、ラックピニオン等の伝達機構、パ
ルスエンコーダ等から構成されており、ＤＣモータによ
り回転駆動されるピニオンと噛合するラックをアーム３
に設け、ガイドとレールに沿って摺動させることにより
アーム３を水平移動する。第４駆動機構２４は、ＤＣモ
ータ、ギヤ等の伝達機構、パルスエンコーダ等から構成
されており、ＤＣモータの回転がアーム３に設けられた
リンク、ワイヤ等の伝達機構を介してグリッパ４を広狭
自在に開閉する。なお、各ＤＣモータの制御を司る電気
回路はボトムケース６内に配置されている。

【００１４】上記の如く、このオートサンプラ１は、径
方向（Ｒ）、回転角（θ）、高さ方向（Ｚ）の３軸から
成る円筒座標系において、各軸独立にアーム３を駆動す
る構成となっており、ラック２内のバイアルの位置はＲ
−θ座標にて、バイアルを把持する部位の高さの情報は
Ｚ座標にて与えられる。また、バイアルを把持するため
のグリッパ４の開閉量の情報が、バイアル頭部の径に応
じて別に与えられる。

【００１５】図４は、第１〜第４駆動機構２１〜２４の
制御系の概略構成図である。ＤＣモータ３１の回転軸に
取り付けられたパルスエンコーダ３２の出力は、サーボ
演算制御用のＣＰＵ３３にフィードバックされている。
ＣＰＵ３３は、パルスエンコーダ３２からの信号により
変位量を検知し、これにより制御対象物３６の移動速度
及び絶対位置を算出する。そして、速度及び位置の目標
値との偏差をそれぞれ求め、この偏差が所定の許容範囲
に収まるようにドライブ回路３４に制御信号を与える。
ドライブ回路３４はこの制御信号に応じた直流電圧をＤ
Ｃモータ３１に印加する。ＤＣモータ３１の回転運動
は、伝達機構３５を介して適宜減速、変換等がなされ、
制御対象物３６を移動させる。制御対象物３６が必要な
可動範囲を逸脱しないように、適当な機械的ストッパ３
７が可動範囲の両側に設けられる。

【００１６】以下、図４の制御系の動作をベースシャー
シ９の回転制御を例にとって具体的に説明するが、他の
駆動機構においても往復動等の実際の制御対象物の移動
に相違があるものの基本的な制御方法は同じである。

【００１７】ベースシャーシ（制御対象物）９が可動範
囲の３６０°以上回転しないように、左右回転方向の両
側に設けたストッパ３７により位置が規制される。電源
投入直後、ＣＰＵ３３は、まず基準位置を定めるため
に、所定の制御信号をドライブ回路３４に与えることに
よりＤＣモータ３１を駆動し、ベースシャーシ９を所定
方向にストッパ３７に当接するまで回転させる。ＣＰＵ
３３は、一定電圧をＤＣモータ３１に印加した状態で所
定時間変位がない場合に、ベースシャーシ９がストッパ
３７に当接していると判断する。そして、ラック２の所
定のバイアルが指定され、そのバイアルに対応した回転
角θが与えられると、ＣＰＵ３３は、基準位置からの変
位量に基づいて絶対位置を算出し、位置の偏差が所定の
許容範囲に収まるまでドライブ回路３４に制御信号を与
える。これにより、ベースシャーシ９は所望の回転角θ
だけ回転した後に停止する。

【００１８】上記構成の制御系では、次のようにしてメ
カニズムの遊び（バックラッシュ）を補正することもで
きる。ＣＰＵ３３は、予め、位置規制のための一端のス
トッパ３７にベースシャーシ９が当接した位置から他の
ストッパ３７に当接する位置まで約３６０°ベースシャ
ーシ９を回転させるようにＤＣモータ３１を駆動する。
そして、このときのパルスエンコーダ３２からのパルス
信号を計数する。この計数値と両ストッパ３７間の理論
上のパルス数との差分がバックラッシュによるズレであ
るから、実際に所望の回転角θだけベースシャーシ９を
回転させる際には、このズレのパルス数を勘案して制御
を行なえば、より近接した位置でベースシャーシ９を停
止させることができる。

【００１９】また、上記構成の制御系では、ラック２内
の各バイアルとアーム３との相対位置、或いは、バイア
ルの搬送先の装置とアーム３との相対位置等のズレ、す
なわち位置オフセットを補正することもできる。例え
ば、グリッパ４が所定のバイアルの上方に到達し把持動
作を行なう際に、グリッパ４以外の３軸のＤＣモータの
制御を一時的に中断し回転をフリーの状態とする。この
場合、グリッパ４がバイアル頭部を把持するときに若干
の位置ズレがあると、グリッパ４の把持が最適な位置
（通常バイアル頭部を真上から把持する位置）になるよ
うにその位置ズレに応じて各モータの回転軸が微動す
る。ＣＰＵ３３は、このときの各回転軸の変位量をパル
スエンコーダ３２からの信号により検出し、オフセット
量を記憶しておく。そして、以降のアーム３の駆動制御
の際には、このオフセット量を補正してアーム３の制御
目標値を修正する。

【００２０】このような位置オフセット補正を繰り返し
実行するように学習機能を備えておけば、始めは、各バ
イアルの座標位置をラフに指定しておき、把持動作を繰
り返すことにより各バイアルの座標位置をより正確なも
のに修正していくことができる。

【００２１】更には、上記構成の制御系では、アーム３
の任意の位置においてその絶対位置が算出できるのでテ
ィーチングが可能である。すなわち、例えば、バイアル
の搬送先である周辺装置を新たに設置した際に、まず測
定者自らがアーム３を手で動かすことによりバイアルの
把持又は載置位置を指示する。ＣＰＵ３３は、このとき
の各回転軸の絶対位置をパルスエンコーダ３２からの信
号により検出し、これを記憶しておく。このティーチン
グ操作により記憶した位置はラフなものであるが、上述
の学習機能を利用すれば徐々に正確な位置に修正するこ
とができる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るオート
サンプラによれば、各制御系において変位検出器からの
信号により制御対象物の絶対位置が常に把握できるの
で、外力により制御対象物が停止されたり動かされたり
したときでも、その外力が除かれた後には迅速に正常な
動作を継続することができる。また、従来、動作開始の
度に必要であったホームポジションの検出動作が不要に
なるため、立ち上がり動作に無駄な動きがなく迅速な作
業が行なえる。

【００２３】更に、バックラッシュ補正や位置オフセッ
ト補正等を行なうことにより、機構部品の個体差等によ
るオートサンプラの機差を吸収し、精密な動作を確実に
行なうことができる。また、学習機能を持たせるように
すれば、始めに厳密な位置の指定を行なうことなく精密
な動作を行なわせることができる。加えて、ティーチン
グも可能であるので、周辺装置の追加や配置の変更に柔
軟に対応でき拡張性がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例であるオートサンプラの外観
斜視図。

【図２】 この実施例の概略構成を示す正面透視図。

【図３】 この実施例の駆動部の構成を説明するための
模式図。

【図４】 この実施例の制御系の概略構成図。

【符号の説明】

２…ラック ３…アーム ４…グリッパ ７…ボトムシャーシ ８…主軸 ９…ベースシャーシ １０…スライドシャーシ ２１、２２、２３、２４…駆動機構 ３１…ＤＣモータ ３２…パルスエンコーダ ３３…ＣＰＵ ３４…ドライブ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料が収容された試料瓶を自動的に搬送
   するオートサンプラにおいて、 a)複数軸方向に移動及び回転可能なアームと、 b)該アーム先端付近に設けられた、試料瓶を把持するグ
   リッパと、 c)前記アームの複数軸方向の移動及び回転、並びに、前
   記グリッパの把持動作に対応してそれぞれ設けられた駆
   動メカニズムと、 d)該駆動メカニズム毎に設けられ、モータ及び該モータ
   の回転軸の変位検出器を含む閉ループにより該駆動メカ
   ニズムの動作を制御する駆動制御手段と、 を備え、 前記駆動制御手段は、前記駆動メカニズムの駆動軸を機
   械的なストッパに当接させて基準位置を定めた後に変位
   検出器からの信号により駆動軸の絶対位置及び速度を算
   出し、位置及び速度が制御目標値となるべくモータを制
   御することを特徴とするオートサンプラ。