JPWO2013094373A1 - 分注装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図1を参照して、本実施形態における分注装置について説明する。図1は、本実施形態にかかる分注装置の構造を示す斜視図である。
ディッシュ装着部22には、ディッシュ5がシリンジ1の下方(−Z)に配置されるように、ディッシュ5が装着される。尚、ディッシュ5は、例えば細胞を培養するための培地等の液体が貯留される例えば樹脂製の容器である。
以下、図2を参照して、本実施形態における分注装置が液体を吸引又は吐出する構成について説明する。図2は、本実施形態における分注装置の液体を吸引又は吐出する構成を示すブロック図である。
以下、図3を参照して、本実施形態におけるメイン回路、インタフェース回路について説明する。図3は、本実施形態における分注装置を示すブロック図である。
メイン回路401は、分注装置100を制御するための回路である。メイン回路401には、電源部47から電源電圧が供給されている。メイン回路401は、制御部4、記憶部41(第1乃至第6記憶部)、A/D変換部42、タッチパネル43、ディスプレイ44を有している。
記憶部41には、制御部4により実行されるプログラムや、制御部4がプログラムを実行する際に参照する情報が記憶されている。尚、記憶部41に記憶されている情報の詳細については、後述する。
A/D変換部42は、流量センサ13の検知結果を示す信号を、例えばサンプリング周期1ミリ秒でアナログ信号からデジタル信号に変換する。つまり、A/D変換部42からは、1ミリ秒毎に、流量センサ13の検知結果を示すデジタル信号が出力されることになる。
タッチパネル43は、分注装置100のオペレータが、分注装置100に対して、動作開始や動作停止などの各種指令を入力するために使用する装置である。
ディスプレイ44は、分注装置100のオペレータに対して、分注装置100の制御状態や各種警報などを出力するための装置である。
制御部4は、記憶部41に記憶されているプログラムを実行することによって、サーボモータ51乃至55、ポンプP1、P2、バルブV1乃至V3を制御する。
バルブ駆動回路46は、メイン回路401から出力される制御信号Sv1乃至Sv3に基づいて、バルブV1乃至V3の開閉を制御する。尚、例えば、バルブV1乃至V3としてソレノイドバルブが用いられた場合、例えば、バルブV1乃至V3の開閉は、バルブV1乃至V3のソレノイドに対して駆動電圧を供給したか否かによって制御される。例えば、バルブV1乃至V3のソレノイドに対して駆動電圧を供給した場合、バルブV1乃至V3は開き、バルブV1乃至V3のソレノイドに対して駆動電圧を供給しない場合、バルブV1乃至V3は閉じるものとする。尚、説明の便宜上、バルブV1乃至V3として、例えばソレノイドバルブが用いられた場合について、以下説明する。
以下、図4を参照して、本実施形態における制御部について説明する。図4は、本実施形態における制御部によるポンプの駆動電圧の制御を示すブロック図である。本実施形態では、駆動電圧の制御は駆動電圧をPWM制御することで行っている。
制御部4は、例えば、記憶部41に記憶されたプログラムに基づいて、シリンジ1、ディッシュ装着部22が駆動されるように、サーボモータ51乃至55を制御する。
制御部4は、ポンプP1に供給される駆動電圧(ポンプP1の駆動電圧)と、ポンプP2に供給される駆動電圧(ポンプP2の駆動電圧)とを制御する。
フィードフォワード補償部91は、第1目標流量に対して予め対応付けられているポンプP1の駆動電圧に基づいて、ポンプP1の駆動電圧を制御する。尚、第1目標流量に対して予め対応付けられているポンプP1の駆動電圧については、後述する。
PID補償部92は、算出された第1流量が第1目標流量になるように、ポンプP1の駆動電圧に対してフィードバック制御を行う。尚、制御部4は、A/D変換部42から例えば1ミリ秒毎に出力される流量センサ13の検知結果を示すデジタル信号に基づいて第1流量を算出する。制御部4は、例えば、ポンプP1での脈動振幅による第1流量の算出結果の変動を防止するために、例えばA/D変換部42から連続して出力される80個のデジタル信号に基づくデータの移動平均値に基づいて、第1流量を算出するものとする。
制御部4は、ポンプP1、P2の起動、停止、バルブV1乃至V3を制御する。
制御部4は、例えばタッチパネル43から入力された目標液量、A/D変換部42からの出力に基づいて、ポンプP1、P2の起動、ポンプP1、P2の停止、バルブV1乃至V3の開閉を制御する。制御部4は、A/D変換部42から例えば1ミリ秒毎に出力されるデジタル信号に基づくデータを積算して、積算結果を、シリンジ1内に吸引された液体の量(以下、「液体の吸引量」と称する)又はシリンジ1内から吐出された液体の量(以下、「液体の吐出量」と称する)とする。制御部4は、液体の吸引量が目標液量を超えたか否かと、液体の吐出量が目標液量を超えたか否かを判断する。制御部4は、当該判断結果に基づいて、ポンプP1、P2、バルブV1乃至V3を制御する。
以下、図2、図3、図5乃至図10を参照して、本実施形態における初期操作量の補正について説明する。図5は、本実施形態における液体を吸引する際の第1目標流量に対する第1ポンプの初期操作量を示す図である。図6は、本実施形態における空気を吸引する際の第1目標流量に対する第1ポンプの初期操作量を示す図である。図7は、本実施形態における液体を吸引する際の第1目標流量に対する第1ポンプの補正後の初期操作量を示す図である。図8は、本実施形態における液体を吐出する際の第2目標流量に対する第2ポンプの初期操作量を示す図である。図9は、本実施形態における空気を吐出する際の第2目標流量に対する第2ポンプの初期操作量を示す図である。図10は、本実施形態における液体を吐出する際の第2目標流量に対する第2ポンプの補正後の初期操作量を示す図である。
フラグ情報Flagは、制御部4によってポンプP1、P2の初期操作量の補正を行うか否かを選択するための情報である。例えば、制御部4によってポンプP1、P2の初期操作量の補正を行う場合、フラグ情報Flagは「0」に設定されるものとする。一方、例えば、制御部4によってポンプP1、P2の初期操作量の補正を行わない場合、フラグ情報Flagは「1」に設定されるものとする。
制御部4は、分注装置100の分注対象物(液体)をシリンジ1内に吸引することによって、ポンプP1の初期操作量を補正する。尚、ポンプP1の初期操作量を補正する際に用いられる液体は、例えば、培地や試薬など一様な密度の液体とすることが好適である。これは、例えば細胞培養では状態の異なる細胞が混入した溶液を吸引/吐出する工程があるが、そこでは液の粘性・密度が一様ではないので、そのような溶液を使った場合、後述する増減係数を正確に求めることができない可能性があるからである。制御部4は、例えばタッチパネル43から入力された第1目標流量に対応した初期操作量をテーブルT1から取得する。制御部4は、当該初期操作量に対する、第1流量と操作量とが安定しているときの操作量の割合(第1割合)を示す増減係数K1を算出する。尚、第1流量と操作量とが安定しているときの操作量とは、前述のフィードフォワード補償部91、PID補償部92のポンプP1の駆動電圧の制御によって、例えば第1流量が第1目標流量に応じた流量となり、所定時間内の第1流量の変動幅及びポンプP1に供給される駆動電圧の変動幅が例えば1乃至2パーセント程度の所定の範囲内となったときの、ポンプP1に供給される駆動電圧を示す操作量であるものとする。制御部4は、テーブルT1の複数の第1目標流量F1乃至F3夫々に予め対応付けられているポンプP1の複数の初期操作量G11乃至G13に対して増減係数K1を乗じて、ポンプP1の初期操作量を補正する。制御部4によって補正された補正後の初期操作量は、第1目標流量F1乃至F3夫々と対応付けられて、例えば、記憶部41のテーブルT3に記憶される。
制御部4は、液体をシリンジ1内から吐出することによって、ポンプP2の初期操作量を補正する。尚、ポンプP2の初期操作量を補正する際に用いられる液体は、例えば、一様な密度の液体とする。制御部4は、例えばタッチパネル43から入力された第2目標流量に対応した初期操作量をテーブルT4から取得する。制御部4は、当該初期操作量に対する、第2流量と操作量とが安定しているときの操作量の割合(第2割合)を示す増減係数K2を算出する。制御部4は、テーブルT4の複数の第2目標流量F1乃至F3夫々に予め対応付けられているポンプP2の複数の初期操作量H11乃至H13に対して増減係数K2を乗じて、ポンプP2の初期操作量を補正する。制御部4によって補正された補正後の初期操作量は、第2目標流量F1乃至F3夫々と対応付けられて、例えば、記憶部41のテーブルT6に記憶される。
制御部4は、シリンジ1内に空気を吸引することによってポンプP1の初期操作量を補正する。制御部4は、例えばタッチパネル43から入力された第1目標流量に対応した初期操作量をテーブルT2から取得する。制御部4は、当該初期操作量に対する、第1流量と操作量とが安定しているときの操作量の割合(第1割合)を示す増減係数K1を算出する。制御部4は、テーブルT1の複数の第1目標流量F1乃至F3夫々に予め対応付けられているポンプP1の複数の初期操作量G11乃至G13に対して増減係数K1を乗じて、ポンプP1の初期操作量を補正する。制御部4によって補正された補正後の初期操作量は、第1目標流量F1乃至F3夫々と対応付けられて、例えば、記憶部41のテーブルT3に記憶される。
制御部4は、空気をシリンジ1内から吐出することによってポンプP2の初期操作量を補正する。制御部4は、例えばタッチパネル43から入力された第2目標流量に対応した初期操作量をテーブルT5から取得する。制御部4は、当該初期操作量に対する、第2流量と操作量とが安定しているときの操作量の割合(第2割合)を示す増減係数K2を算出する。制御部4は、テーブルT4の複数の第2目標流量F1乃至F3夫々に予め対応付けられているポンプP2の複数の初期操作量H11乃至H13に対して増減係数K2を乗じて、ポンプP2の初期操作量を補正する。制御部4によって補正された補正後の初期操作量は、第2目標流量F1乃至F3夫々と対応付けられて、例えば、記憶部41のテーブルT6に記憶される。
以下、図3を参照して、本実施形態におけるポンプP1、P2のメンテナンス時期の判別について説明する。
以下、図2乃至図14を参照して、本実施形態における分注装置の動作について説明する。図11は、本実施形態における分注装置を動作の一例を説明するための図である。図12は、本実施形態における分注装置の動作を示すフローチャートである。図13は、本実施形態における分注装置の流量制御を開始する際の動作を示すフローチャートである。図14は、本実施形態における分注装置の流量制御の動作を示すフローチャートである。
例えば、記憶部41に記憶されているプログラムの実行が開始され、制御部4が制御動作を開始したところから説明する。
例えば、記憶部41に記憶されているプログラムの実行が開始され、制御部4が流量制御を行う動作を開始したところから説明する。
制御部4は、流量制御を開始する信号を受信したか否かを判断する(ステップS20)。尚、流量制御を開始する信号は、例えば、ステップS11、S13の動作を行う際に制御部4に対して出力されるように、記憶部41のプログラムに予め設定してあってもよいし、例えば、タッチパネル43を介してオペレータが入力できる構成であってもよい。
以下、図15を参照して、本実施形態における液体の流量について説明する。図15は、本実施形態における液体を吸引するためのポンプに駆動電圧を供給してからの経過時間と、液体の流量との関係を示す特性図である。図15における、実線は、例えば、テーブルT3(図7)の第1目標流量F1に対応する補正後の初期操作量に示される駆動電圧を、ポンプP1に供給した際(以下、「本発明を適用した場合」と称する)の、経過時間に対するシリンジ1内に吸引される液体の流量を示すものとする。図15における、点線及び一点鎖線は、例えば、テーブルT1(図5)の第1目標流量F1に対応する初期操作量G11に示される駆動電圧に基づく電圧を、ポンプP1に供給した際(以下、「本発明を適用しない場合」と称する)の、経過時間に対するシリンジ1内に吸引される液体の流量を示すものとする。時刻t0は、FF補償部91によるポンプP1の駆動電圧の制御が開始される時刻とする。時刻t1は、FF補償部91によるポンプP1の駆動電圧の制御が開始された後、所定時間経過後に、PID補償部92によるポンプP1の駆動電圧の制御が開始される時刻とする。
4 制御部
5 ディッシュ
6 リザーバ
7 廃液タンク
11 ノズル
12 フィルタ
13 流量センサ
22 ディッシュ装着部
41 記憶部
42 A/D変換部
43 タッチパネル
44 ディスプレイ
45 DCモータ駆動回路
46 バルブ駆動回路
47 電源部
51、52、53、54、55 サーボモータ
51a、52a、53a、54a、55a 駆動軸
91 フィードフォワード補償部
92 PID補償部
100 分注装置
200 合流・分岐点
401 メイン回路
402 インタフェース回路
R1 第1流路
R2 第2流路
R3 第3流路
P1、P2 ポンプ
V1、V2、V3 バルブ
Claims (6)
- 流体を吸引又は吐出するシリンジと、
前記シリンジ内に前記流体を吸引させる圧力を発生する第1ポンプと、
前記シリンジ内の前記流体を吐出させる圧力を発生する第2ポンプと、
前記シリンジと前記第1ポンプとの間の第1流路に配置される第1流量計と、
前記シリンジが前記流体として第1流体を吸引する場合の目標流量に予め対応付けられている前記第1ポンプの駆動電圧に対する、前記シリンジが前記第1流体を吸引する場合に前記第1流量計が前記目標流量に応じた流量を計測したときの前記第1ポンプの駆動電圧の第1割合を算出し、前記シリンジが前記流体として第2流体を吸引する場合の複数の目標流量夫々に予め対応付けられている前記第1ポンプの複数の最初の駆動電圧に対して前記第1割合を乗じることにより、前記第1ポンプの複数の最初の駆動電圧を補正する第1制御部と、
を備えたことを特徴とする分注装置。 - 前記シリンジと前記第2ポンプとの間の第2流路に配置される第2流量計と、
前記シリンジが前記第1流体を吐出する場合の目標流量に予め対応付けられている前記第2ポンプの駆動電圧に対する、前記シリンジが前記第1流体を吐出する場合に前記第2流量計が前記目標流量に応じた流量を計測したときの前記第2ポンプの駆動電圧の第2割合を算出し、前記シリンジが前記第2流体を吐出する場合の複数の目標流量夫々に予め対応付けられている前記第2ポンプの複数の最初の駆動電圧に対して前記第2割合を乗じることにより、前記第2ポンプの複数の最初の駆動電圧を補正する第2制御部と、
を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の分注装置。 - 前記シリンジが前記第2流体を吸引する場合の複数の目標流量夫々に予め対応付けられている前記第1ポンプの複数の最初の駆動電圧の情報が記憶される第1記憶部と、
前記第1ポンプの複数の最初の駆動電圧の補正後の情報が記憶される第2記憶部と、
前記シリンジが前記第2流体を吐出する場合の複数の目標流量夫々に予め対応付けられている前記第2ポンプの複数の最初の駆動電圧の情報が記憶される第3記憶部と、
前記第2ポンプの複数の最初の駆動電圧の補正後の情報が記憶される第4記憶部と、
を備え、
前記第2流体は、前記第1流体と同じ流体であることを特徴とする請求項2に記載の分注装置。 - 前記シリンジが前記第2流体を吸引する場合の複数の目標流量夫々に予め対応付けられている前記第1ポンプの複数の最初の駆動電圧の情報が記憶される第1記憶部と、
前記第1ポンプの複数の最初の駆動電圧の補正後の情報が記憶される第2記憶部と、
前記シリンジが前記第2流体を吐出する場合の複数の目標流量夫々に予め対応付けられている前記第2ポンプの複数の最初の駆動電圧の情報が記憶される第3記憶部と、
前記第2ポンプの複数の最初の駆動電圧の補正後の情報が記憶される第4記憶部と、
前記シリンジが前記第1流体を吸引する場合の目標流量に予め対応付けられている前記第1ポンプの駆動電圧の情報が記憶される第5記憶部と、
前記シリンジが前記第1流体を吐出する場合の目標流量に予め対応付けられている前記第2ポンプの駆動電圧の情報が記憶される第6記憶部と、
を備え、
前記第2流体は、前記第1流体とは異なる流体であり、
前記第1制御部は、前記第5記憶部に記憶された情報である前記第1ポンプの駆動電圧に対する、前記シリンジが前記第1流体を吸引する場合に前記第1流量計が前記目標流量に応じた流量を計測したときの前記第1ポンプの駆動電圧の前記第1割合を算出し、前記第1記憶部に記憶された情報である前記第1ポンプの複数の最初の駆動電圧に対して前記第1割合を乗じることにより、前記第1ポンプの複数の最初の駆動電圧を補正し、
前記第2制御部は、前記第6記憶部に記憶された情報である前記第2ポンプの駆動電圧に対する、前記シリンジが前記第1流体を吐出する場合に前記第2流量計が前記目標流量に応じた流量を計測したときの前記第2ポンプの駆動電圧の前記第2割合を算出し、前記第3記憶部に記憶された情報である前記第2ポンプの複数の最初の駆動電圧に対して前記第2割合を乗じることにより、前記第2ポンプの複数の最初の駆動電圧を補正する
ことを特徴とする請求項2に記載の分注装置。 - 前記第1割合が前記第1ポンプに関して予め設定されている第1所定割合以上であるか否かを判別する第1判別部と、
前記第2割合が前記第2ポンプに関して予め設定されている第2所定割合以上であるか否かを判別する第2判別部と、
前記第1割合が前記第1所定割合以上である場合、前記第1ポンプのメンテナンス時期であることを示す第1信号を出力する第1出力部と、
前記第2割合が前記第2所定割合以上である場合、前記第2ポンプのメンテナンス時期であることを示す第2信号を出力する第2出力部と、
を備えたことを特徴とする請求項2に記載の分注装置。 - 前記第1及び第2流路は、前記シリンジ側において、夫々の一部の流路が合流しており、
前記第1及び第2流量計は、前記一部の流路に兼用して配置される一の流量計である
ことを特徴とする請求項2乃至5の何れかに記載の分注装置。
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