JP2017061027A - ロボット制御方法及びロボットシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】ロボットに分析前処理等の作業を行わせる場合であっても容器内の沈殿物を減らすことで作業の質を向上させる。
【解決手段】本開示に係るロボット制御方法は、液体１０が入れられた容器６及び分注器５の少なくとも一方を把持した状態で、容器６に対する分注器５の相対位置を変化させて分注器５のチップ５Ａを容器６内の沈殿物２０に接触させるように、ロボット２を制御する工程Ａと、容器６内の側壁面６Ａにチップ５Ａを接触させながら容器６内の所定位置から分注器５を上方向に移動させるように、ロボット２を制御する工程Ｂと、を有する。
【選択図】図４

Description

本開示は、ロボット制御方法及びロボットシステムに関する。
従来、バイオメディカル分野における分析前処理等の作業についてロボットに行わせる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５-８５４９０号公報
しかしながら、かかる作業において、反応等により通常の撹拌動作では撹拌できない程度の強固な沈殿物が容器内に生じるケースがあるため、上述の従来技術では、かかる作業における質の低下を引き起こす可能性があるという問題点があった。
そこで、本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ロボットに分析前処理等の作業を行わせる場合であっても容器内の沈殿物を減らすことで作業の質を向上させることができるロボット制御方法及びロボットシステムを提供することを目的とする。
本開示の第１の特徴は、ロボット制御方法であって、液体が入れられた容器及び分注器の少なくとも一方を把持した状態で、前記容器に対する前記分注器の相対位置を変化させて前記分注器のチップを前記容器内の沈殿物に接触させるように、ロボットを制御する工程Ａと、前記容器内の側壁面に前記チップを接触させながら前記容器内の所定位置から前記分注器を上方向に移動させるように、前記ロボットを制御する工程Ｂと、を有することを要旨とする。
本開示の第２の特徴は、液体が入れられた容器及び分注器を把持可能なロボットと、前記ロボットを制御するように構成されているコントローラと、を有するロボットシステムであって、前記コントローラは、前記容器及び前記分注器の少なくとも一方を把持した状態で、前記容器に対する前記分注器の相対位置を変化させて前記分注器のチップを前記容器内の沈殿物に接触させるように、ロボットを制御する第１制御部と、前記容器内の側壁面に前記チップを接触させながら前記容器内の所定位置から前記分注器を上方向に移動させるように、前記ロボットを制御する第２制御部と、を有することを容姿とする。
本開示によれば、ロボットに分析前処理等の作業を行わせる場合であっても容器内の沈殿物を減らすことで作業の質を向上させることができるロボット制御方法及びロボットシステムを提供することができる。
実施形態に係るロボットシステムに全体概略構成の一例を説明するための図である。 実施形態に係るコントローラの構成の一例を示す図である。 実施形態に係るコントローラの機能的構成の一例を示す図である。 実施形態に係るロボット制御方法の一例を示す図である。 本実施形態に係るロボットシステムの動作の一例を示す図である。 本実施形態に係るロボットシステムの動作の一例を示す図である。 本実施形態に係るロボットシステムの動作の一例を示す図である。 本実施形態に係るロボットシステムの動作の一例を示す図である。 本実施形態に係るロボットシステムの動作の一例を示す図である。 本実施形態に係るロボットシステムの動作の一例を示す図である。
以下、図１〜図１０を参照して、一実施形態について説明する。
＜ロボットシステム＞
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係るロボットシステム１の全体概略構成の一例について説明する。なお、以下では、ロボットシステム１等の構造の説明の便宜上、「上下方向」や「水平方向」等の方向を図１に注記する方向に定め、適宜使用する。但し、該方向は、ロボットシステム１等の設置態様によって変動するものであり、各構成の位置関係を限定するものではない。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示すように、ロボット２と、かかるロボット２を制御するように構成されているコントローラ４とを具備している。本実施形態に係るロボットシステム１は、ロボット２に対して、バイオメディカル分野において、血液や髄液や尿や組織の一部等の検体に対して施される試薬の注入や撹拌や分離や上澄み液の吸引や加熱や冷却といった所定作業（ベンチワーク）を行わせることができるように構成されている。
以下、本実施形態に係るロボットシステム１では、ロボット２に対して、かかる所定作業として、マイクロピペット等の分注器５を用いてマイクロチューブ等の容器６に入った液体を正確に量り取り他の容器へ移す「ピペッティング」を行わせるケースについて例示する。
ロボット２は、図１に示すように、液体１０が入れられた容器６や分注器５等を把持可能なハンド２Ｂが先端に設けられているアーム２Ａを有する。例えば、ロボット２は、アーム２Ａとして２本の多関節アームを有する双腕型のロボットである。
分注器５は、一般的に知られているように、試薬や上澄み液等の吸引や注入を行うための処理用機器であり、一般的には、ピペットやマイクロピペット等と呼ばれている。分注器５は、チップ（吸引口）５Ａと、胴部５Ｂと、尾部５Ｃとを有している。ここで、尾部５Ｃを押圧することによってチップ５Ａから空気を吐出し、胴部５Ｂ内へ液体を吸引するための陰圧を形成することができる。
なお、容器６は、一般的には、チューブやマイクロチューブ等と呼ばれており、蓋部６Ｂを有している。本実施形態では、容器６には、試薬や上澄み液等の液体１０が入れられているものとする。
コントローラ４は、図１に示すように、ロボット２を制御するように構成されている。例えば、コントローラ４は、図２に示すように、プロセッサ４１と、メモリ４２と、入出力部（Ｉ/Ｏ）４３と、ストレージ４４と、これらを相互に接続するバス４５とを具備している。プロセッサ４１は、メモリ４２及びストレージ４４の少なくとも一方と協働してプログラムを実行し、その実行結果に応じて入出力部４３を介したデータの入出力を行う。この結果、コントローラ４の様々な機能が実現される。図３に、これらの機能を仮想的なブロック（以下、機能ブロック）として表したものを示す。
図３に示すように、コントローラ４は、機能ブロックとして、第１制御部４Ａと、第２制御部４Ｂと、第３制御部４Ｃと、第４制御部４Ｄとを具備している。
第１制御部４Ａは、容器６及び分注器５の少なくとも一方を把持した状態で、容器６に対する分注器５の相対位置を変化させて分注器５のチップ５Ａを容器６内の沈殿物２０に接触させるように（すなわち「沈殿物拡散動作」を行うように）、ロボット２を制御するように構成されている。
図１の例では、ロボット２の右アーム２Ａの先端に設けられているハンド２Ｂによって分注器５が把持されており、ロボット２の左アーム２Ａの先端に設けられているハンド２Ｂによって容器６が把持されているが、本実施形態に係るロボットシステム１は、かかるケースに限定されるものではない。
第１制御部４Ａは、右アーム２Ａ或いは左アーム２Ａのいずれかによって容器６を把持した状態で、上述の沈殿物拡散動作（或いは、後述する沈殿物除去動作）を行うように、ロボット２を制御してもよい。かかる場合、分注器５は、所定装置によって把持されているものとする。
或いは、右アーム２Ａ或いは左アーム２Ａのいずれかによって分注器５を把持した状態で、上述の沈殿物拡散動作（或いは、後述する沈殿物除去動作）を行うように、ロボット２を制御してもよい。かかる場合、容器６は、所定装置によって把持されているものとする。
ここで、沈殿物２０は、上述の所定作業中に生じたものであって、粘性が高く容器６の底や側壁面６Ａ等に付着している場合もあるし、容器６の底等に溜まっている場合もある。なお、沈殿物２０が、容器６の底や側壁面６Ａ等に付着している場合には、第１制御部４Ａは、容器６に対する分注器５の相対位置を変化させてチップ５Ａを容器６の底や側壁面等に付着している沈殿物２０に接触させて、かかる沈殿物２０を砕くようにロボット２を制御してもよい。
第１制御部４Ａは、例えば、画像認識技術を用いて容器６内の沈殿物２０の位置を認識し、認識された位置に向けて分注器５を移動させることによって容器６に対する分注器５の相対位置を変化させてチップ５Ａを容器６内の沈殿物２０に接触させるようにロボット２を制御してもよい。或いは、第１制御部４Ａは、予め決められている１つ又は複数の位置に向けて分注器５を移動させることによって容器６に対する分注器５の相対位置を変化させてチップ５Ａを容器６内の沈殿物２０に接触させるようにロボット２を制御してもよい。
なお、第１制御部４Ａは、容器６に対する分注器５の相対位置を変化させてチップ５Ａを容器６内の沈殿物２０に接触させるために、分注器５を上下方向に移動させるようにロボット２を制御する。ここで、第１制御部４Ａは、容器６に対する分注器５の相対位置を変化させてチップ５Ａを容器６内の沈殿物２０に接触させるために、分注器５を上下方向以外（水平方向等）に移動させるようにロボット２を制御してもよい。
第２制御部４Ｂは、容器６内の側壁面６Ａにチップ５Ａを接触させながら容器６内の所定位置から分注器５を上方向に移動させるように（すなわち、容器６に対する分注器５の相対位置を変化させるように）、ロボット２を制御するように構成されている。
かかる構成によれば、チップ５Ａによって容器６内の沈殿物２０を液体１０中に拡散させることができ、その後、チップ５Ａに付着した沈殿物２０についても、容器６内の側壁面６Ａによって取り除き液体１０中に拡散させることができるため、所定作業の質を向上させることができる。
また、第２制御部４Ｂは、容器６の側壁面６Ａに対して分注器５のチップ５Ａが接触する位置を変えながら分注器５を移動させるように（すなわち「沈殿物除去動作」を行うように）、ロボット２を制御してもよい。かかる構成によれば、チップ５Ａから取り除くことができる沈殿物２０を増やすことができる。
具体的には、第２制御部４Ｂは、分注器５を上方向に移動させている間に容器６を水平方向に回転させるようにロボット２を制御してもよい。かかる構成によれば、分注器５を回転させることなく、容器６の側壁面６Ａに対してチップ５Ａが接触する位置を変えることができるため、チップ５Ａから取り除くことができる沈殿物２０を増やすことができる。
また、第２制御部４Ｂは、分注器５を水平方向に回転させつつ分注器５を上方向に移動させるようにロボット２を制御してもよい。かかる構成によれば、容器６を回転させることなく、容器６の側壁面６Ａに対してチップ５Ａが接触する位置を変えることができるため、チップ５Ａから取り除くことができる沈殿物２０を増やすことができる。
ここで、第１制御部４Ａが、チップ５Ａを沈殿物２０に接触させる位置を変えて、上述の沈殿物拡散動作を複数回行うようにロボット２を制御し、第２制御部４Ｂが、上述の所定位置を変えて、上述の沈殿物除去動作を複数回行うようにロボット２を制御してもよい。かかる構成によれば、より確実にチップ５Ａに付着した沈殿物２０について取り除くことができる。
なお、第２制御部４Ｂは、上述の沈殿物除去動作を複数回行う際に、少なくとも１回、チップ５Ａを液体１９の外部に出し、再度、チップ５Ａを液体１０の内部に入れるように、ロボット２を制御してもよい。また、第２制御部４Ｂは、上述の沈殿物除去動作を所定回数だけ行った後、一旦、チップ５Ａを液体１０の外部に出し、再度、チップ５Ａを液体１０の内部に入れて、上述の沈殿物除去動作を行うように、ロボット２を制御してもよい（後述の図８及び図９参照）。かかる構成によれば、液体１０の表面の表面張力によって、より効果的に、チップ５Ａに付着した沈殿物２０について取り除くことができる。
ここで、第３制御部４Ｃは、沈殿物２０を液体１０中に拡散させた後、分注器５によって液体１０をかき混ぜるように、ロボット２を制御するように構成されていてもよい。かかる構成によれば、液体１０中において、沈殿物２０をより確実に拡散させることができる。
第４制御部４Ｄは、上述の沈殿物除去動作が行われた後、第１速度で分注器５の尾部５Ｃを押圧するように、ロボット２を制御するように構成されている。その後、第４制御部４Ｄは、第１速度よりも速い第２速度で分注器５の尾部５Ｃを押圧して撹拌動作（サスペンド動作）を行うように、ロボット２を制御するように構成されている。かかる構成によれば、撹拌動作を行う前に、チップ５Ａの詰まり３０を解消することができる。
＜ロボット制御方法＞
次に、図４〜図１０を参照して、コントローラ４によって実行されるロボット制御方法の一例について説明する。本実施形態に係るロボット制御方法は、上述の所定動作を行う方法である。
図４に示すように、ステップＳ１０１において、コントローラ４は、容器６及び分注器５の少なくとも一方を把持した状態で、容器６に対する分注器５の相対位置を変化させて分注器５のチップ５Ａを容器６内の沈殿物２０に接触させるようにロボット２を制御する。例えば、図５に示すように、コントローラ４は、分注器５を上下方向に移動させることによって容器６に対する分注器５の相対位置を変化させて分注器５のチップ５Ａを容器６内の沈殿物２０に接触させるようにロボット２を制御する。
また、コントローラ４は、チップ５Ａを沈殿物２０に接触させる位置を変えて、上述の沈殿物拡散動作を複数回行うようにロボット２を制御する。例えば、図６に示すように、コントローラ４は、「Ａ」〜「Ｄ」の４カ所において分注器５のチップ５Ａを沈殿物２０に接触させて沈殿物２０を液体１０中に拡散させるようにロボット２を制御してもよい。
ステップＳ１０２において、コントローラ４は、分注器５によって液体１０をかき混ぜるようにロボット２を制御する。例えば、図７に示すように、コントローラ４は、分注器５（チップ５Ａ）を水平方向に２周だけ回転させることによって、液体１０をかき混ぜるようにロボット２を制御してもよい。なお、図７の例では、コントローラ４は、分注器５（チップ５Ａ）を水平方向で且つ時計回りに回転させるようにロボット２を制御しているが、分注器５（チップ５Ａ）を水平方向で且つ反時計回りに回転させるようにロボット２を制御してもよい。
コントローラ４は、ステップＳ１０３において「第１動作」を行うようにロボット２を制御し、ステップＳ１０４において「第２動作」を行うようにロボット２を制御し、ステップＳ１０５において「第１動作」を行うようにロボット２を制御し、ステップＳ１０６において「第２動作」を行うようにロボット２を制御する。
ここで、図８及び図９を参照して、図４に示す「第１動作」及び「第２動作」について説明する。なお、「第１動作」及び「第２動作」は、上述の沈殿物拡散動作を複数回行う場合の動作である。
まず、図８（ａ）〜図８（ｅ）を参照して、かかる「第１の動作」について説明する。第１に、チップ５Ａを容器６の側壁面６Ａに接触させながら下方向に移動させる（図８（ａ）及び図８（ｂ）参照）。
第２に、チップ５Ａを容器６の側壁面６Ａに接触させながら上方向に移動させつつ容器６を水平方向で且つ反時計回りに回転させる（図８（ｃ）参照）。第３に、チップ５Ａを容器６の側壁面６Ａに接触させながら下方向に移動させつつ容器６を水平方向で且つ時計回りに回転させる（図８（ｄ）参照）。第４に、チップ５Ａを容器６の側壁面６Ａに接触させながら上方向に移動させつつ容器６を水平方向で且つ反時計回りに回転させる（図８（ｅ）参照）。
以上のような動作について、チップ５Ａ及び容器６の側壁面６Ａが接触する位置が、図８（ａ）に示す位置から１８０°離れた位置になるまで繰り返す。
次に、図９（ａ）〜図９（ｆ）を参照して、かかる「第２の動作」について説明する。第１に、チップ５Ａを容器６の側壁面６Ａに接触させながら下方向に移動させる（図９（ａ）参照）。第２に、チップ５Ａを容器６の側壁面６Ａに接触させながら上方向に移動させつつ容器６を水平方向で且つ時計回りに回転させる（図９（ｂ）参照）。第３に、チップ５Ａを液体１０から外部に出しつつ容器６を水平方向で且つ反時計回りに回転させる（図９（ｃ）参照）。
第４に、再度、チップ５Ａを液体１０の内部に入れて容器６の側壁面６Ａに接触させながら下方向に移動させる（図９（ｄ）参照）。第５に、チップ５Ａを容器６の側壁面６Ａに接触させながら上方向に移動させつつ容器６を水平方向で且つ時計回りに回転させる（図９（ｅ）参照）。第６に、チップ５Ａを液体１０から外部に出しつつ容器６を水平方向で且つ反時計回りに回転させる（図９（ｆ）参照）。
以上のような動作について、チップ５Ａ及び容器６の側壁面６Ａが接触する位置が、図９（ａ）に示す位置から１８０°離れた位置になるまで繰り返す。
ステップＳ１０７において、コントローラ４は、図１０に示すように、第１速度で分注器５の尾部５Ｃを押圧した後、第１速度よりも速い第２速度で分注器５の尾部５Ｃを押圧して撹拌動作（サスペンド動作）を行うようにロボット２を制御する。
本実施形態に係るロボットシステム１及びロボット制御方法によれば、ロボット２に分析前処理等の所定作業を行わせる場合であっても容器６内の沈殿物２０を減らすことで、かかる所定作業の質を向上させる。
１…ロボットシステム
２…ロボット
２Ａ…アーム
２Ｂ…ハンド
４…コントローラ
４Ａ…第１制御部
４Ｂ…第２制御部
４Ｃ…第３制御部
４Ｄ…第４制御部
５…分注器
５Ａ…チップ
５Ｂ…胴部
５Ｃ…尾部
６…容器
６Ａ…側壁面
６Ｂ…蓋部
１０…液体
２０…沈殿物

Claims (10)

  1. 液体が入れられた容器及び分注器の少なくとも一方を把持した状態で、前記容器に対する前記分注器の相対位置を変化させて前記分注器のチップを前記容器内の沈殿物に接触させるように、ロボットを制御する工程Ａと、
    前記容器内の側壁面に前記チップを接触させながら前記容器内の所定位置から前記分注器を上方向に移動させるように、前記ロボットを制御する工程Ｂと、を有する、ロボット制御方法。
  2. 前記沈殿物を前記液体中に拡散させた後、前記分注器によって前記液体をかき混ぜるように、前記ロボットを制御する工程Ｃを有する、請求項１に記載のロボット制御方法。
  3. 前記工程Ｂにおいて、前記側壁面に対して前記チップが接触する位置を変えながら前記分注器を上方向に移動させるように、前記ロボットを制御する、請求項１又は２に記載のロボット制御方法。
  4. 前記工程Ｂにおいて、前記分注器を上方向に移動させている間に前記容器を水平方向に回転させるように、前記ロボットを制御する、請求項３に記載のロボット制御方法。
  5. 前記工程Ｂにおいて、前記分注器を水平方向に回転させつつ前記分注器を上方向に移動させるように、前記ロボットを制御する、請求項３に記載のロボット制御方法。
  6. 前記チップを前記沈殿物に接触させる位置を変えて前記工程Ａを複数回行うように、前記ロボットを制御し、
    前記所定位置を変えて前記工程Ｂを複数回行うように、前記ロボットを制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボット制御方法。
  7. 前記工程Ｂを複数回行う際に、少なくとも１回、前記チップを前記液体の外部に出し、再度、前記チップを前記液体の内部に入れるように、前記ロボットを制御する、請求項６に記載のロボット制御方法。
  8. 所定回数だけ前記工程Ｂを行った後、一旦、前記分注器を前記液体の外部に出し、再度、前記分注器を前記液体の内部に入れて前記工程Ｂを行うように、前記ロボットを制御する、請求項６に記載のロボット制御方法。
  9. 前記工程Ｂが行われた後に、第１速度で前記分注器の尾部を押圧するように、前記ロボットを制御する工程Ｄと、
    前記工程Ｃが行われた後に、前記第１速度よりも速い第２速度で前記分注器の尾部を押圧して撹拌動作を行うように、前記ロボットを制御する工程Ｅと、を有する、請求項１〜８に記載のロボット制御方法。
  10. 液体が入れられた容器及び分注器を把持可能なロボットと、
    前記ロボットを制御するように構成されているコントローラと、
    を有するロボットシステムであって、
    前記コントローラは、
    前記容器及び前記分注器の少なくとも一方を把持した状態で、前記容器に対する前記分注器の相対位置を変化させて前記分注器のチップを前記容器内の沈殿物に接触させるように、ロボットを制御する第１制御部と、
    前記容器内の側壁面に前記チップを接触させながら前記容器内の所定位置から前記分注器を上方向に移動させるように、前記ロボットを制御する第２制御部と、を有する、ロボットシステム。
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