JP3122073U - 自動分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型ロボットを複数備え、これらのロボットがひとつの共通停止位置に停止するよう構成された自動分析装置においては、回転の原点復帰動作時にロボット同士が干渉してしまうことがある。
これを避けるために、何らかの動作開始直前に各ロボットの絶対座標を知ることができるセンサを備えると装置全体のコスト増加およびシステムの複雑化につながるため、これを備えることなくロボット同士の干渉を避ける。
【解決手段】各ロボットの回転の原点復帰動作における最初の動作方向が必ず共通停止位置から離れる方向に動作領域を持ち、かつその動作方向を時計回りまたは半時計回りに統一する。
【選択図】図１

Description

本考案は、臨床検査用の自動分析装置に関し、とりわけ上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型ロボットを複数備え、これらのロボットがひとつの共通停止位置に停止するよう構成された自動分析装置において有効な技術である。

自動分析装置においては、検体を検体容器から分取し反応容器へ分注する検体分注ロボット、試薬を試薬ボトルから分取し反応容器へ分注する試薬分注ロボット、反応容器をストッカや分注位置や廃棄位置へ搬送する反応容器搬送ロボット、反応の完了した反応液を測定機構へ導引するためもしくは反応液廃棄のための吸引ロボットなど様々なロボットが備えられている。

これらのロボットにおける所望の位置までの移動は、一般的に対象物を捕捉して停止するのではなく、原点センサを有して基準位置を割り出し、ここからパルスモータもしくはサーボモータにより必要量だけ動作して所望の位置へ停止させることが多い。

しかしながら自動分析装置におけるあらゆる動作の直前は、たとえ前回動作結果を装置が認識していたとしても、ユーザによる強制的なロボットアームの移動が行われるなどの理由により各ロボットとも自らの現在位置が不定であると考えられる。そこで、たとえば低速度で原点方向へ向かって移動させて原点位置検出器が感知したところで停止して基準位置を確定するなど、何らかの形で原点復帰動作が行われる。

また自動分析装置における各ロボットにおいては、構造が簡単で安価に製造できる上下方向と回転方向に各１自由度を持つスカラ型ロボットが多く用いられている。

また自動分析装置においては、複数のロボットがひとつの共通停止位置に停止するよう構成されることも多い。

たとえば免疫分析装置においては、検体間のコンタミネーションを極力避けるために、反応容器はディスポーザブル品が用いられるが、この反応容器は分注ポジションにおいて検体の分注および試薬の分注を受け、温度制御された反応ポジションにて反応が行われ、反応が完了した後に反応液を測定系へ導引して対象物の定量が行われる。

このとき、試薬の分注を行うための試薬分注ロボットと、検体の分注を行うための検体分注ロボットと、反応容器の搬送を行う搬送ロボットがひとつの共通停止位置へそれぞれ停止する必要がある。

また生化学分析装置においても、試薬の分注直後に攪拌動作が必要となるため、試薬分注ロボットと攪拌ロボットが同一のセル位置に停止する必要がある。

このように自動分析装置においては、複数のロボットがひとつの共通停止位置に停止するよう構成する必要があることが多い。

したがって上下方向と回転方向に各１自由度を持つスカラ型ロボットを複数有し、これらがひとつの共通停止位置に停止するよう構成された自動分析装置の動作開始直前は、いずれのロボットの現在位置も不定であることから、回転方向の原点復帰動作において互いに干渉し、ロボットアームないしは各ロボットアームの先端に取り付けられた機能部品、たとえば分注ロボットにおけるノズルや搬送ロボットにおける対象物把持部などを破損する恐れがある。

この問題を解決する方法のひとつとして、各ロボットの回転方向の絶対位置が検出できるセンサを設けるという手段がある。すなわち何らかの動作開始直前において当該センサの確認を行い、それぞれの機構の回転方向位置を検出した後、互いに干渉しないような原点復帰動作順序を計算してから、原点復帰させる方法である。

この場合、絶対位置を精度よく検出するためのセンサを備える必要があり、またすべての配置を考慮して原点復帰動作の順序を考えるアルゴリズムを構築する必要があり、部品コストおよびソフトウエア開発工数がかかり、構造が簡単で安価に製造できるスカラ型ロボットを採用した意味がなくなってしまうため、現実的な解決策ではない。

そこで過大なコストをかけることなく原点復帰動作におけるロボット同士の相互干渉を避けるため、対象となるスカラ型ロボットの回転の原点復帰動作における最初の動作方向が共通停止位置から離れる方向に動作領域を持ち、かつ最初の動作方向を時計回りもしくは反時計回りに統一するよう各ロボットを配置する。

本考案による構成によれば、各ロボットの絶対位置を検出するための高価なセンサや複雑なアルゴリズムを持つソフトウエアを開発することなく、動作直前の各ロボットの位置関係が不定であっても、それぞれのロボットにおける回転方向原点復帰時の回転速度に関係なく、ロボット同士の干渉によるロボットアームやノズル等の機能部品の破損を防ぐことができる。

本考案の実施例をディスポーザブルの反応容器を用いる免疫分析装置を想定し図１を用いて説明する。

まず反応容器４が、ストッカ５によって供給され、上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型の搬送ロボット６により反応ライン７上のポジション１０にセットされる。

続いて試薬の分注が行われる。試薬ディスク８を回転させて所望の試薬を分取位置１８に移動し、上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型の試薬分注ロボット９により所定量だけ分取され、ポジション１０にセットされた反応容器内に分注される。

引き続き検体の分注が行われる。検体容器１は搬送ライン２によって所定の位置まで搬送され、上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型の検体分注ロボット３により所定量だけ分取され、ポジション１０にセットされた反応容器内に分注される。

すべての分注が終了した後、温度制御された反応ライン７上にて反応が行われ、測定機構へ吸引（１１）され、対象物質の測定が行われる。

ここで本考案を用いたロボットの配置について説明する。

図１に示す自動分析装置の例では、反応容器搬送ロボット６と、試薬分注ロボット９と、検体分注ロボット３は、共通停止位置として反応ライン中の特定ポジション１０に停止する。

それぞれのロボットは回転の原点復帰動作の最初の動作を共通停止位置１０から離れる方向、すなわち反応容器搬送ロボット６は１４の方向に、試薬分注ロボット９は１３の方向に、検体分注ロボット３は１２の方向に動作領域を有するよう配置する。

また、それぞれのロボットの回転の原点復帰動作の最初の動作方向を時計回りに統一する。すなわち反応容器搬送ロボット６は１６の方向に、試薬分注ロボット９は１７の方向に、検体分注ロボットは１５の方向に回転する。

ところで、自動分析装置においては電源投入時に各ユニットの現在位置を装置が把握できないため、リセット動作すなわち各ユニットを動作させて原点位置を認識させる原点復帰動作が行われる。

図２は上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型の分注ロボットの例を示している。この図を用いて上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つロボットの原点復帰動作について説明する。

まず各構造部位について説明する。

２０はロボットアームで、先端には分注用のノズル２１が設けられている。図には示されていないが、ノズルは流路を通じてシリンジや電磁弁等に接続されており、対象物の分取および分注を行うことができる。

２２はロボットアーム２０を支持するシャフトで、上下動作および回転動作によりロボットアーム２０を動かしノズル２１を所定の位置へ上下移動および回転移動させる。

２３はロボットの筐体で、ベアリングなどを介してシャフト２２を支持し、図には示されていないが上下方向駆動用モータ，回転方向駆動用モータなどを備える。

２４は筐体２３に固定された上下方向原点位置検出器であり、シャフト２２に取り付けられた検知板２５が原点に達したことを検知する。

また２７は筐体２３に固定された回転方向原点位置検出器であり、シャフト２２に取り付けられた回転方向位置の検知板２７が原点に達したことを検知する。

一般的に自動分析装置に用いられる上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型ロボットの場合、上限点位置の原点位置検出器と回転方向位置の任意の位置にひとつ、それぞれ原点を認識する検出器が設けられている。場合によっては他の位置を検出する検出器を備えていたり、動作の相対的運動量を認識するための検出器たとえばロータリエンコーダなどを備えていたりすることもあるが、原点を認識するセンサは、各方向においてそれぞれ唯一である。

上記のような上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型ロボットの場合の原点復帰動作は、まず低速で上昇動作（２８）をさせて上下方向について原点復帰動作を行い、つづいて低速で回転方向の原点に向かってロボットアームを回転（２９）させて回転方向についての原点復帰動作を行う。

ここで、本考案を用いない自動分析装置における動作開始直前に実施される各ロボットの原点復帰動作について、図３を用いて説明する。図３における自動分析装置の各機構については、図１と同じものを有しているものとし、ここでは説明を割愛する。

図３に示す自動分析装置では、検体分注ロボット３の回転の原点復帰動作の最初の動作方向１２と、反応容器搬送ロボット６の回転の原点復帰動作の最初の動作方向１４が、いずれも共通停止位置１０から離れる方向に配置されているものの、検体分注ロボットの動作方向１５は時計回り、搬送ロボットの動作方向１６は反時計回りになっている。

いま反応容器搬送ロボット６の回転方向原点復帰時の回転１６が検体分注ロボット３の回転方向原点復帰時の回転１５よりも速いとすると、搬送ロボット６と検体分注ロボット３の原点復帰動作前の位置関係が図３に示す状態である場合には、検体分注ロボットの分注ノズルが搬送ロボットのアームに干渉し、ノズルを折損してしまう。

また逆に搬送ロボット６の回転方向原点復帰時の回転１６が検体分注ロボット３の回転方向原点復帰時の回転１５よりも遅いとすると、図３に示す状態ではノズルの折損が発生しないものの、両者の位置関係が逆転している場合は前述と同様にノズルを折損してしまう。

このように、図３に示すように各ロボットの位置および動作領域および原点復帰動作方向を配置してしまうと、原点復帰動作を実施する直前の各ロボットの位置が不定であるため、回転方向の原点復帰動作を行う際にロボットアームやその機能部品を破損してしまう可能性がある。

もちろん場合によっては上記説明とは逆に干渉しない場合もありうるが、無人かつ自動で作業を行うことを要求される自動分析装置においては、いかなる場合にも装置を破損することなく、安全に各ロボットが原点に復帰できるようシステムを構成する必要がある。

そこで本考案を用いて、各ロボットの配置を図１のように構成する。すなわち、回転方向原点復帰の最初の動作方向が共通停止位置から離れる方向に動作領域を有し、かつ共通停止位置に停止するすべてのロボットの回転方向原点復帰動作における最初の動作方向を時計回りまたは半時計回りに統一する。その上で、反応容器搬送ロボット６と検体分注ロボット３と試薬分注ロボット９の位置関係が図４に示す場合における回転の原点復帰動作について考える。

図４に示す位置関係で、搬送ロボット６が回転１６を始めると同時に検体分注ロボット３が回転１５を始めるが、いずれも共通停止位置１０から離れる方向に回転しかつ回転方向が時計回りに統一されており互いに離れる方向に動作するので、両者の回転速度に関係なく干渉することはない。

同様に、搬送ロボット６と試薬分注ロボット９も、同時に回転を開始しても互いに離れる方向に動作するので、両者の回転速度に関係なく干渉することはない。これは試薬分注ロボット９と検体分注ロボット３についても同じであり、したがって３者が同時に回転を始めて、それぞれの回転速度の相対関係が如何様であろうと、回転の原点復帰動作において干渉することはない。

本考案を用いた自動分析装置の平面図。 上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型ロボットの構造図。 本考案を用いない自動分析装置の平面図。 本考案を用いた自動分析装置における原点復帰動作時の説明図。

符号の説明

１…検体容器、２…検体容器搬送ライン、３…検体分注ロボット、４…反応容器、５…反応容器ストッカ、６…反応容器搬送ロボット、７…反応ライン、８…試薬ディスク、９…試薬分注ロボット、１０…共通停止位置、１１…測定機構への吸引動作、１２…検体分注ロボットの動作領域、１３…試薬分注ロボットの動作領域、１４…反応容器搬送ロボットの動作領域、１５…検体分注ロボットの回転の原点復帰動作時の最初の動作方向、１６…反応容器搬送ロボットの回転の原点復帰動作時の最初の動作方向、１７…試薬分注ロボットの回転の原点復帰動作時の最初の動作方向、１８…試薬分取位置、２０…分注ロボットのロボットアーム、２１…分注ノズル、２２…シャフト、２３…筐体、２４…上下方向原点位置検出器、２５…上下方向検知板、２６…回転方向原点位置検出器、２７…回転方向検知板、２８…上下方向原点復帰動作、２９…回転方向原点復帰動作。

Claims (1)

1. 上下方向と回転方向にそれぞれ１自由度を持つスカラ型ロボットを複数備え、これらのロボットがひとつの共通停止位置に停止するよう構成された自動分析装置において、各ロボットの水平面原点復帰時に互いの干渉を避けることができるよう、水平面原点復帰動作における最初の動作方向が共通停止位置から離れる方向に動作領域を持ち、水平面原点復帰動作における最初の動作方向を時計回りまたは半時計回りに統一したことを特長とする自動分析装置。
   

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