JP5237001B2 - ロボット、ロボットハンドおよびアタッチメント - Google Patents

Description

本願発明はロボット、ロボットハンドおよびアタッチメントに関する。さらに詳しくは、たとえば、再生医療や研究用途等に使用される細胞培養装置等において、各種容器等の搬送や取扱い操作に使用されるロボットのハンド、このロボットハンドを備えたロボット、および、前記ロボットハンドによって対象物を保持するために用いられるアタッチメントに関する。

近年、人体の皮膚、軟骨、血管、臓器等の細胞、組織等を取り出して、体外で培養した後、同一人又は他人の治療に使用するという再生医療が発達し、一部は実用化され始めている。

このような再生医療等における細胞の培養は、まず培養容器（ディッシュ、シャーレとも呼ばれる）内に栄養分が添加された液体培地を形成し、これに細胞を播種して所定の培養条件に設定されたインキュベータ内に収容しておくことにより行われる。その際、定期的に使用済み培地の排出、新しい培地の供給等の培地交換作業を行い、継代操作を行うことが必要である。このような作業は作業者の手作業によれば多くの時間と労力を要し、しかも、作業者の介在によるコンタミネーション（汚染）防止のための対策に多くの費用を要する。そこで、ロボットを使用した装置が開発されている（たとえば特許文献１を参照）。

このロボットは対象物を把持するための開閉可能な二本指のハンドを備えている。このハンドによって様々な対象物を把持して種々の作業を行っている。たとえば、多段のインキュベータからディッシュを挟んで取り出してこれを所定位置に搬送し、載置してからディッシュの蓋をこのロボットで取り外す。さらに、このディッシュの本体を所定位置まで搬送してディッシュ内の培地の排出と供給とを行う（たとえば特許文献２を参照）。その他、このロボットは薬剤のビンを挟んで搬送したり、液体を収容して遠心分離機に装着される遠心管を挟んで搬送することも行う。また、このハンドは、トレイ等の薄い容器の端を挟んで搬送することも行う。

しかしながら、ハンドが把持すべき対象物は様々であり、その形状も様々である。したがって、ハンドの形状をあらゆる形状の対象物を確実且つ安定した状態で把持し得るようにするのが望ましいが、容易ではない。

さらに、把持対象物の材質も様々である。たとえば、消耗品である合成樹脂製の容器は、軽量且つ安価に製造されているため、ある程度の柔軟性を有している。したがって、強く把持すると変形してしまって蓋を取り付けることがむずかしくなる。逆に、弱く把持すると容器が滑り落ちる可能性もある。また、水を収容した加湿バットは比較的重量が大きいので強く把持する必要がある。このように、小さい把持力（握力）から大きい把持力まで、ハンドに対する多様な条件を満たす必要があり、しかも、ハンドの握力を精確に調整する必要がある。

一方、種々の形状やサイズの容器に対応するため、ロボットハンドには前記握力の調整以外に多くの位置決め制御が必要である。とくにディッシュのような浅い容器（高さが大変低い容器）の場合では、被せられた蓋が邪魔になって本体を横から把持することが容易ではなく、精確な位置決め制御を必要とする。
特開２００６−１１５７９８号公報 特開２００６−１４９２６８号公報

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、ロボットハンドによって対象物を把持するためのこまかい握力調整を不要とし、しかも、対象物を把持するに際して位置決め精度を緩和したロボットハンド、このロボットハンドを備えたロボット、および、前記ロボットハンドによって対象物を安定した状態で保持するために用いられるアタッチメントを提供することを目的としている。

本発明のロボットハンドは、
互いに接近および離間することによって開閉する一対の把持フィンガーを備えており、
この一対の把持フィンガー同士の対向する面それぞれに、対向して突設される複数個の係止部、および、対向して凹陥される複数個の被係止部のうち、いずれか一方が形成されており、
前記被係止部は、前記係止部の少なくとも一部と相補的な形状を呈しており、
前記係止部および被係止部のうちの他方が形成された把持対象であるアタッチメントを把持しうるように構成されている。

かかる構成によれば、一対の把持フィンガーが閉じて把持対象であるアタッチメントを把持することにより、係止部が相手の対応する被係止部に係止する。したがって、アタッチメントが介装された保持対象物を撓ませてしまったりすることなく把持することができる。また、係止部と被係止部とは複数個同士が係止するので、保持対象物の自重によるモーメントにも十分耐えることができる。さらに、種々の保持対象物の形状、大きさ、重量に拘わらず、把持フィンガーは前記アタッチメントを把持することができるので高精度の位置決めや微妙な握力調整が不要となる。

ここで、「相補的な形状」とは、たとえば成型品の外形とその成形型のキャビティーの内部形状との関係のように、内と外に対応した少なくとも一部同士がほぼ一致するような形状にされていることを意味している。

前記把持フィンガーに係止部を形成する場合には、これを先端の尖ったテーパ状部分を有するピンから構成し、一方、前記被係止部を形成する場合には、これを前記係止部のテーパ状部分と相補的な形状を呈した部分を有する凹所から構成することができる。このように構成すれば、把持フィンガーがアタッチメントを把持するときに、テーパ状のピンとテーパ状の凹所との間の位置合わせには高精度を必要としない。また、一旦係止されると、両者の相補的形状により安定した把持が実現する。

前記係止部のテーパ状部分の傾斜角と前記被係止部の対応するテーパ状部分の傾斜角とを同一角度とすることができる。このように構成すれば、被係止部に係止部が係止したときに、係止部と被係止部との接触が線接触となるか、好ましくは面接触となることにより、両者の係止が安定するので好ましい。

前記一対の把持フィンガーの対向する面それぞれに、円柱状の保持対象物が係合しうる円弧状の係合凹部を形成し、この係合凹部を、把持フィンガーの長手方向に直交する方向の中心軸を共有する小径円柱面部と大径円柱面部とから構成することができる。この構成により、蓋付きの円柱状対象物を効果的に把持することができる。

前記一対の把持フィンガーに、把持した物を検出するセンサを備え、このセンサを、一対の把持フィンガーのうちの一方に設けられた検出ビームを発信する発信部と、他方に設けられた前記検出ビームを検知する受信部とから構成することができる。このように構成すれば、両把持フィンガーの間に把持された物が検出ビームを遮ることにより、その物を把持したことを確認することができる。

前記一対の把持フィンガーを相互に離間接近可能に支持する支持部材と、一対の把持フィンガーの開度を検出する開度検出装置とをさらに備え、
この開度検出装置に、一個の被検出部と、この被検出部を検出するための複数個の検出部とを備え、
この複数個の検出部を、前記支持部材および把持フィンガーのうちのいずれか一方に把持フィンガーの移動方向に沿って配設し、前記一個の被検出部を他方に配設することができる。

本発明のロボットは、
その操作用アームの先端にロボットハンドが配設されており、このロボットハンドが、前述したうちのいずれか一のロボットハンドから構成されている。

本発明のアタッチメントは、
ロボットハンドの保持対象物に取り付けられるアタッチメントであって、
その左右の両外表面それぞれに、突出した複数個の係止部および凹陥した複数個の被係止部のうちいずれか一方が形成されており、
前記係止部および被係止部のうちの他方が形成されたロボットハンドの開閉する一対の把持フィンガーによって把持されるように構成されている。

前記左右の外表面に形成された係止部および被係止部のうちの一方は、前記一対の把持フィンガー同士の対向する面それぞれに形成された係止部および被係止部のうちの他方に対応する位置に形成され、且つ、この他方と相補的な形状を呈している。

前記係止部を先端の尖ったテーパ状部分を有するピンから構成し、前記被係止部を前記係止部のテーパ状部分と相補的な形状を呈した部分を有する凹所から構成することができる。

各把持フィンガーの長手方向に沿って少なくとも三個の前記係止部が突設されている場合には、前記アタッチメントの左右の外表面それぞれには、前記少なくとも三個の係止部のうちの二個にそれぞれ対応する二カ所に被係止部を形成することができる。このように、保持対象物の大きさ等に応じて離間距離の異なる二個の係止部材を選択することができるので、これに対応する被係止部との係止によって安定した把持が可能となる。

容器を保持するための保持具を、アタッチメントを取り付ける対象である前記保持対象物とすることができる。ここで、容器を保持するとは、必ずしも挟持することに限られず、容器を載置したり、収容したり、嵌合することをも含む。また、容器としては、培養容器（ディッシュ）、ピペットチップ等が該当する。

本発明によれば、一対の把持フィンガーが閉じて保持対象物のアタッチメントをしっかりと挟持することができるので、保持対象物を撓ませてしまったりすることなく把持することができる。したがって、ロボットハンドによって対象物を把持するためのこまかい握力調整や高い位置決め精度が緩和される。

以下、添付の図面を参照しながら本願発明の実施形態を説明する。図１は本願発明にかかるロボットの一実施の形態を示す斜視図である。図２は図１のロボットのロボットハンドを示す平面図である。図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、ロボットハンドの実質的な側面図である。図４は図２のＩＶ−ＩＶ線矢視図であり、ロボットハンドの正面図である。図５は図２のＶ−Ｖ線断面図である。

図１に示すように、多関節型ロボット１（以下、単にロボットともいう）には、固定部２と、固定部２の上部において軸ａの周りの水平面内に旋回可能なベース部３と、ベース部３の上部において軸ｂの周りの垂直面内に傾倒可能な第１アーム部４と、第１アーム部４の先端において軸ｃの周りの垂直面内に傾倒可能な第２アーム部５と、第２アーム部５の先端において軸ｄの周りに回動可能な先端部５ａ（図示するＵ字状先端部）と、先端部５ａの先端において軸ｅの周りの垂直面内に傾倒可能なハンド部６とが設けられている。このハンド部６は軸ｆの周りに回動可能に構成されている。ハンド部６の先端側には、互いに接近および離間する（開閉する）ことが可能な対向する一対の把持フィンガー７が配設されている。

このロボット１を使用すれば、図１に前記各軸に対応した矢印Ａ〜Ｆおよび矢印Ｇによって示すように、ベース部３の旋回（矢印Ａ）、第１アーム部４の傾倒（矢印Ｂ）、第２アーム部５の傾倒（矢印Ｃ）、先端部５ａの回動（矢印Ｄ）、ハンド部６の傾倒（矢印Ｅ）および回動（矢印Ｆ）、把持フィンガー７の開閉幅の調整（矢印Ｇ）、からなる「７自由度」（位置決めに対しては６自由度）で、様々な作業を１台で行うことができる。このロボット１としては、図示するような自由度を備えていれば、他の構成を採用してもよい。

図２〜図５に示すように、前記ハンド部６は、その基軸６ａに固定される支持部材８と、支持部材８の前部に設けられたリニアガイド９と、リニアガイド９に沿ってスライドする一対のスライド部材１０とを有している。各スライド部材１０には前記把持フィンガー７が固定されている。これにより、支持部材８はハンド部６の基軸６ａの回転によって回転可能となる。また、それぞれが把持フィンガー７を備えた一対のスライド部材１０が、リニアガイド９に沿って同一方向逆向きにスライドすることにより、相互に接近および離間する（図２に矢印Ｇで示す）。

把持フィンガー７は、その先端部に矩形断面で所定長さの矩形部１１を有している。この矩形部１１から断面積が漸増するテーパ部１２を介して所定断面積で所定長さの基部１３が形成されている。この基部１３がスライド部材１０に対してそのスライド方向と直交する向き固定されている。なお、この把持フィンガー７の横断面を矩形に限定する必要はない。たとえば、半円状等にしてもよい。

各把持フィンガー７の内面には、すなわち把持フィンガー７同士が対向する面（対向面７ａ）には、その長手方向に沿って三個の係止部材１４が突設されている。この係止部材１４は、円柱状基部１４ｂと、先端側の円錐状に尖ったテーパ部１４ａとから構成されている。そして、両把持フィンガー７の係止部材１４は互いに対向しており、前記スライド部材１０のスライドによって両把持フィンガー７が閉じたときには尖った先端同士が一致する。この係止部材１４は、後述するアタッチメント４１〜４５との協働により、把持フィンガー７の保持対象物を容易且つ確実に把持するためのものである。

図２、図３および図５に示すように、把持フィンガー７の対向面７ａの一部が円弧状に切りかかれている。この円弧状切り欠きは、後述する遠心管Ｓ（図１２参照）等の円柱状の対象物を挟んで把持するための円弧状の係合凹部１５として形成されている。両把持フィンガー７の係合凹部１５は互いに対向する位置に形成されている。この係合凹部１５は、把持フィンガー７の長手方向に直交する方向の中心軸を共有する小径円柱面部１５ａと大径円柱面部１５ｂとを有している。小径円柱面部１５ａは、たとえば遠心管Ｓの本体Ｓａ（図１２参照）を把持する部分であり、当該本体Ｓａの外径とほぼ同一の内径を有している。大径円柱面部１５ｂは、遠心管Ｓの蓋部分Ｓｂを把持せぬように逃げるための部分であり、当該蓋部分Ｓｂの外径より僅かに大きい内径を有している。

図２、図４および図５に示すように、把持フィンガー７の下面には光電センサ１６が設置されている。一方の把持フィンガー７には検出光を発光する発光器１６ａが設置され、他方の把持フィンガー７には前記検出光を受光する受光器１６ｂが設置されている。図２に示すごとくこの光電センサ１６は把持フィンガー７の長手方向に沿って複数個（本実施形態では二個）設置されている。把持フィンガー７の如何なる部位で把持された対象物であっても、それが検出光を遮ることによって検出されるようにされている。これにより、目的どおりに対象物を把持したか否かが確認される。なお、この検出機構としてはとくに光電センサに限定はされない。

また、図２および図４に示すように、支持部材８には片一方のスライド部材１０のスライド方向に沿って複数個の近接スイッチ１７が設置されている。また、上記片一方のスライド部材１０には、前記複数個の近接スイッチ１７が順次応答する被検知部材１８が設置されている。この構成により、把持フィンガー７の開度が段階的に検知され、把持フィンガー７の機能の健全性を確認することができる。近接スイッチ１７同士の間隔は一定距離より小さくできないので、より細かい位置検出を必要とする場合には、もう一方のスライド部材１０を利用して近接スイッチ１７および被検出部材１８を設けてもよい。

図６〜図１２には前述したハンド部６が各種の保持対象物を容易且つ確実に把持するための把持機構が示されている。この把持機構は、前述した一対の把持フィンガー７とともに、この把持フィンガー７が把持するためのアタッチメント４１〜４５を備えている。そして、アタッチメント４１〜４５は各種の保持対象物に直接または間接的に取り付けられている。

図６には、その上にディッシュＶを載置するためのディッシュ用のディッシュトレイ２２、および、このディッシュトレイ２２に取り付けられたアタッチメント４１が例示されている。図６（ａ）は、把持フィンガー７がアタッチメント４１を把持しようとする状態を示している平面図であり、図６（ｂ）はその側面図である。側面図（図６（ｂ））ではアタッチメント４１を明確に示すために把持フィンガー７を二点鎖線で示している。ディッシュトレイ２２は浅い円形の皿状を呈し、ディッシュＶの底部がゆるく嵌合する円形の凹所２２ａが形成されている。凹所２２ａの底面は平面状にされ、その底部が円形状に開口されている。この円形開口２２ｃは、自動培養装置内において、ディッシュＶに対してその底部から種々の操作を行うためのものである。凹所２２ａの周囲に形成された鍔部２２ｂには、複数本（本実施形態では二本）の位置決めガイドピン２３と、一個の前記アタッチメント４１が立設されている。

アタッチメント４１は前記凹所２２ａの平面状底面に対して垂直な面に沿って半径方向に延びる平板状に形成されている。そして、このアタッチメント４１の左右両平面には、前記把持フィンガー７の係止部材１４が嵌入して係合するための被係止部４１ａが複数個（本実施形態では二個）形成されている。この被係止部４１ａは円錐状の凹部として形成されている。この円錐面の中心軸に対する傾斜角は前記係止部材１４のテーパ部１４ａの中心軸に対する傾斜角と同一にされている。すなわち、被係止部４１ａの形状は係止部材１４の円錐状に尖ったテーパ部１４ａと相補的形状にされている。また、被係止部４１ａの形成位置は、前記係止部材１４の把持フィンガー７上の配置と一致させられている。ただし、把持フィンガー７には三個の係止部材１４が形成されているが、このアタッチメント４１には、そのうちの先端寄りの二個の係止部材１４に対応する二個の被係止部４１ａのみが形成されている。それだけで十分だからである。把持フィンガー７の基部側の一個の係止部材１４はアタッチメント４１からは外れており、干渉することはない。一方、アタッチメント４１の左右両面における被係止部４１ａの位置はそれぞれ対応している。本実施形態では、アタッチメント４１の二個の被係止部４１ａを結ぶ仮想直線は凹所２２ａの底面と平行にされている。

かかる構成のアタッチメント４１によれば、把持フィンガー７による把持が容易且つ確実なものとなる。なぜなら、円錐状の係止部材１４をすり鉢状の被係止部４１ａに進入させる際の位置合わせには高精度を必要としない。また、一旦係止されると、両者の相補的形状により面接触が得られる。しかも、円錐状とすり鉢状との係合であるため、把持フィンガーの握力によって安定把持の方向に係合が進んでいく。また、ロボット１のハンド部６を回転および傾斜させても把持の安定性は損なわれない。また、被係止部４１ａの個数はアタッチメント４１の左右両面それぞれに二個であり、全ての被係止部４１ａに把持フィンガー７の係止部材１４が係止するため、保持対象物の自重によるモーメントにも十分耐えることができる。

このアタッチメント４１と前記複数本の位置決めガイドピン２３とが協働して、凹所２２ａ内のディッシュＶを位置決めし、且つ、外方へ飛び出さないようにガイドしている。アタッチメント４１の上端にはその上辺に沿って係合溝４１ｂが形成され、下端には、この係合溝４１ｂと平行にナイフエッジ４１ｃが形成されている。各位置決めガイドピン２３の下端には下方に突出する係合ピン２４が設けられており、上端には係合ピン２４が嵌合しうるサイズの嵌合穴２３ａが形成されている。

図７に示すように、かかる形状のディッシュトレイ２２を、ディッシュＶを載置せずに複数枚重ね置く場合、上段のディッシュトレイ２２の前記係合ピン２４は下段のディッシュトレイ２２の嵌合穴２３ａにそれぞれ嵌合し、上段のディッシュトレイ２２の前記ナイフエッジ４１ｃは下段のディッシュトレイ２２の係合溝４１ｂにそれぞれ係合する。こうして、複数枚のディッシュトレイ２２を安定した状態で重ね置くことができる。図中に二点鎖線で示すのは、ディッシュトレイ２２を載置するためのプレート２５である。

図８には、その中に薬剤ビンＭを嵌合するためのボトルホルダ２６、および、このボトルホルダ２６に取り付けられたアタッチメント４２が例示されている。図８（ａ）は、把持フィンガー７がアタッチメント４２を把持せんとしている状態を示す平面図であり、図８（ｂ）はその側面図である。側面図（図８（ｂ））ではアタッチメント４２を明確に示すために把持フィンガー７を二点鎖線で示している。ボトルホルダ２６は環状を呈し、その内周形状は薬剤ビンＭの外周形状と相補的な形状にされている。たとでば、本実施形態では、この薬剤ビンＭはその上部が円筒状を呈し、その下部が円錐状を呈しているので、このボトルホルダ２６の内周はその上部が薬剤ビンＭの外径とほぼ同じ内径の円柱面２６ａを有し、その下部が薬剤ビンＭの円錐部とほぼ同じ傾斜角の円錐面２６ｂを有している。そして、中央部は薬剤ビンＭの円錐状の底部を突出させるために開口部２６ｃが形成されている。かかる形状を呈しているので、このボトルホルダ２６には薬剤ビンＭが安定して嵌合する。

本実施形態では円筒状部と円錐状部とを有する薬剤ビンＭを例にとっているが、保持対象としてはかかる形状のビンＭには限定されない。要するに、保持すべき対象物の外形と相補的な内周形状を有するホルダにすればよいのである。

ボトルホルダ２６の外周には、ボトルホルダ２６の半径方向に延びるアタッチメント４２が固定されている。このアタッチメント４２はボトルホルダ２６の中心軸を含む面に沿う平板状を呈している。そして、アタッチメント４２の左右両平面には、前述したアタッチメント４１（図６）と同じく、係止部材１４が嵌入して係合するための被係止部４２ａが複数個（本実施形態では二個）形成されている。この二個の被係止部４２ａを結ぶ仮想直線はボトルホルダ２６の上面と平行にされている。被係止部４２ａの形状および配置については前述した図６のアタッチメント４１の被係止部４１ａと同じであるので、その説明を省略する。

図９には、その中に複数本のピペットチップ（図示せず）を収容することのできるチップスタンド２７、および、このチップスタンド２７に取り付けられたアタッチメント４３が例示されている。図９（ａ）は、把持フィンガー７がアタッチメント４３を把持せんとしている状態を示す平面図であり、図９（ｂ）はその側面図である。側面図（図９（ｂ））ではアタッチメント４３を明確に示すために把持フィンガー７を二点鎖線で示している。図示しないピペットチップは先端が円錐状に尖った細いパイプであり、両端が開口したものである。チップスタンド２７は矩形の箱状を呈しており、自立することが可能である。そして、その上端面にはピペットチップを上から差し込むための複数個の孔２７ａが形成されている。

アタッチメント４３はチップスタンド２７の側面に固定され、鉛直面に沿った平板状を呈している。そして、アタッチメント４３の左右両平面には、前述したアタッチメント４１（図６）、４２（図８）と同じく、係止部材１４が嵌入して係合するための被係止部４３ａが複数個（本実施形態では二個）形成されている。この二個の被係止部４３ａを結ぶ仮想直線はチップスタンド２７の上面および底面と平行にされている。被係止部４３ａの形状および配置は前述した図６および図８のアタッチメント４１、４２の被係止部４１ａ、４２ａと同じであるので、その説明を省略する。

図１０には、複数個の前記ディッシュＶを載置することのできるディッシュテーブル２８、および、このディッシュテーブル２８に取り付けられたアタッチメント４４が例示されている。具体的には、ディッシュＶが載置された前述のディッシュトレイ２２を複数個載置するものである。図１０（ａ）は、把持フィンガー７がアタッチメント４４を把持せんとしている状態を示す平面図であり、図１０（ｂ）はその側面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。側面図（図１０（ｂ））ではアタッチメント４４を明確に示すために把持フィンガー７を二点鎖線で示している。このディッシュテーブル２８は円盤状を呈している。そして、図１０（ｃ）に示すように、ディッシュテーブル２８における複数箇所（本実施形態では五カ所）には、それぞれにディッシュトレイ２２を載置するための環状凹所２９が形成されている。各環状凹所２９の中央部には、後述するディッシュＶに対してその底部から種々の操作をするために円形開口３０が形成されている。ディッシュテーブル２８の中央部には、後述するターンテーブルの回転軸が係合する係合部３１が設けられている。各環状凹所２９の外周近傍には、前述したディッシュトレイ２２の位置決めガイドピン２３（図６）が嵌入しうる複数個の嵌合孔３２が形成されている。環状凹所２９に載置されるディッシュトレイ２２は、その位置決めガイドピン２３が嵌合孔３２に嵌合することによって位置決めされる。

このディッシュテーブル２８は、図示しない自動細胞培養装置内の操作ステーションにおいて、複数個のディッシュそれぞれに種々の操作を行うために用いられるものである。ディッシュテーブル２８は操作ステーションのターンテーブルによって回転され、各ディッシュが所定のステージに移動させられる。各ステージでは、ディッシュに対してその蓋の開閉操作、ピペットによる内容物の吸い出し、培養液の供給、タッピング等が行われる。

前記アタッチメント４４はディッシュテーブル２８の下面に半径方向に沿って固定されている。このアタッチメント４４は前述したアタッチメント４１〜４３より長い平板状のものであり、ディッシュテーブル２８の面に対して垂直な面に沿った状態で固定されている。アタッチメント４４の左右両平面には、前記把持フィンガー７の係止部材１４が嵌入して係合するための被係止部４４ａが複数個（本実施形態では二個）形成されている。被係止部４４ａの形状については前述した図６のアタッチメント４１の被係止部４１ａと同じであるので、その説明を省略する。

前記二個の被係止部４４ａ同士の間隔は前述した図６のアタッチメント４１におけるより大きい。これは、このアタッチメント４４には、把持フィンガー７に形成された三個の係止部材１４のうち、先端の一個および基端側の一個の各係止部材１４に対応する被係止部４４ａのみが形成されているからである。そして、中間部の係止部材１４に対応する被係止部は形成されていない。また、中間部の係止部材１４との干渉を避けるために、アタッチメント４４におけるそれに対応する位置には係止部材１４の断面形状より大きい貫通孔３３が形成されている。このように被係止部４４ａの離間間隔を大きくしたのは、テーブル２８が大きいので、これを安定して把持する目的で支持点同士の間隔を大きくしたいからである。また、三個の係止部材１４に係止するように三カ所に被係止部を形成する場合には、その位置決め精度および加工公差を厳しくする必要があるので、これを回避するためである。

このように、保持対象物の大きさ等に応じて、把持フィンガー７の三個の係止部材１４のうち離間距離の異なる所望の二個の係止部材を適宜選択し、それに対応する被係止部を形成することにより、それらの係止によって安定した把持が実現する。

図１１には加湿バット３４およびこの加湿バット３４に取り付けられたアタッチメント４５が例示されている。図１１（ａ）は、把持フィンガー７がアタッチメント４５を把持せんとしている状態を示す平面図であり、図１１（ｂ）はその側面図である。側面図（図１１（ｂ））ではアタッチメント４５を明確に示すために把持フィンガー７を二点鎖線で示している。加湿バット３４は、その中に水を入れてインキュベータ内に設置することによりインキュベータ内の乾燥を防止するために用いられるものである。この加湿バット３４は、平面視が矩形（円形等であってもよい）を呈し、その上面が開口した浅い容器である。バット本体３４ａの上端中央には、取っ手３４ｂがバット本体３４ａの側辺と平行に架け渡されている。取っ手３４ｂの上面はバット本体３４ａの底面と平行にされている。取っ手３４ｂの上面には、バット本体３４ａの中心線ＣＬに沿ってアタッチメント４５が固定されている。

このアタッチメント４５は、前述したディッシュテーブルのアタッチメント４４（図１０）と同じく長い平板状のものであり、バット本体３４ａの底面に対して垂直な面に沿った状態で固定されている。アタッチメント４５の左右両平面には、把持フィンガー７の係止部材１４が嵌入して係合するための被係止部４５ａが複数個（本実施形態では二個）形成されている。被係止部４５ａの形状については前述した図６のアタッチメント４１の被係止部４１ａと同じであるので、その説明を省略する。

前記二個の被係止部４５ａの配置については、前述した図１０のアタッチメント４４と同じく、把持フィンガー７の三個の係止部１４のうちの先端の一個および基端側の一個に対応する二個の被係止部４５ａのみが形成されている。そして、中間部の係止部材１４に対応する被係止部は形成されていない。中間部の係止部材１４との干渉を避けるために、アタッチメント４５における対応する位置には係止部材１４の断面形状より大きい貫通孔３５が形成されている。かかる構成とした理由は、ディッシュテーブルのアタッチメント４４（図１０）と同じである。すなわち、加湿バット３４は大きく、さらに、水を入れておくことによって重量も大きくなるので、これを安定して把持する目的で支持点同士の間隔を大きくするためである。また、三カ所に被係止部を形成する場合には、その位置決め精度および加工公差を厳しくする必要があるので、これを回避するためである。

以上説明した実施形態では、前記係止部材１４の形状はテーパ状部分１４ａと円柱状部分１４ｂとの組み合わせであるが、かかる構成に限定されることはない。たとえば、角柱状と角錐状との組み合わせ等、好適な形状を選択することができる。また、係止部材１４の個数も三個に限定されることはなく、二個でも四個以上であってもよい。把持フィンガー７の対向面７ａにおける三個以上の係止部材１４の配置は一直線状に限定する必要はないし、また、直線状の把持フィンガー７の長手方向に沿わせる必要もない。

図１２には、把持フィンガー７の円弧状の係合凹部１５によって遠心管Ｓを把持している状態が示されている。図１２（ａ）は平面図であり、図１２（ｂ）は側面図である。側面図（図１２（ｂ））では把持フィンガー７を二点鎖線で示している。遠心管Ｓは、遠心分離によって分離すべき対象液体を収容した上で、図示しない遠心分離機に二つが対向して取付られる。この状態で二つの遠心管Ｓが回転させられることによって内容物が遠心分離される。遠心管Ｓのように運動を行う物（遠心分離機等）に取り付けられる対象物ではその重量や重心の位置が変化するとバランスを失う可能性があるので、アタッチメントの取り付けは行わない。図示のごとく、把持フィンガー７の内側に把持対象物の外形に対応した相補的形状の凹部を形成しておけばよい。そうすれば、当該対象物を安定した状態で把持することができる。

図２、図３および図５を参照しながら前述したように、この係合凹部１５は遠心管Ｓの本体Ｓａを把持する小径円柱面部１５ａと蓋部分Ｓｂとの干渉を回避する大径円柱面部１５ｂとを同軸状に有している。かかる大径円柱面部１５ｂを形成することにより、蓋Ｓｂが装着された遠心管Ｓのできるだけ上部を把持しうるようにしている。その理由は、把持フィンガー７によって遠心管Ｓを把持して遠心分離機の孔状の保持部に挿入するとき、少なくとも把持フィンガー７の厚さ分（高さ分）だけは未挿入となるので、この未挿入部分を必要な寸法だけ小さくするためである。

以上説明した三個の係止部材１４は把持フィンガー７の長手方向に沿って形成しているが、かかる構成には限定されない。たとえば、把持フィンガー７をＬ字状、Ｔ字状等に形成し、それらの両外面に係止部材１４を形成してもよい。その場合には、アタッチメントおよびその被係止部材も対応する形状および配置とする。

以上説明した実施形態では、係止部材１４は把持フィンガー７に形成され、被係止部４１ａ〜４５ａはアタッチメント４１〜４５に形成されている。しかし、かかる構成には限定されない。係止部材をアタッチメントに形成し、被係止部を把持フィンガーの対応する位置に形成してもよい。その場合には、図１０および図１１におけるアタッチメント４４、４５上の貫通孔３３、３５に代えて係止部材を形成するが、把持フィンガー７における中間位置の係止部材に代えて、係止部材が干渉することなく嵌入する貫通孔または凹所を形成すればよい。

なお、前記実施形態における各構成を任意に組合わせることは可能であり、使用条件等に応じて適宜組合わせてもよい。

また、前述した実施の形態は一例を示しており、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は前述した実施の形態に限定されるものではない。

本願発明にかかるロボットハンドおよびアタッチメントによれば、対象物を把持するためのロボットハンドの微妙な握力調整が不要となり、しかも、対象物を把持するに際して位置決め精度が緩和されるので、種々の保持対象物を頻繁に取り扱うような装置、たとえば大量の細胞を培養させる自動細胞培養装置の分野において好適である。

本願発明にかかるロボットの一実施の形態を示す斜視図である。 図１のロボットのロボットハンドを示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。 図２のＶ−Ｖ線断面図である。 図６（ａ）は、図２のロボットハンドを含む、本願発明にかかる把持機構の一実施形態の動作状態を示す平面図であり、図６（ｂ）はその側面図である。 図６のトレイを複数枚重ね置いた状態を示す側面図である。 図８（ａ）は、図２のロボットハンドを含む、本願発明にかかる把持機構の他の実施形態の動作状態を示す平面図であり、図８（ｂ）はその側面図である。 図９（ａ）は、図２のロボットハンドを含む、本願発明にかかる把持機構のさらに他の実施形態の動作状態を示す平面図であり、図９（ｂ）はその側面図である。 図１０（ａ）は、図２のロボットハンドを含む、本願発明にかかる把持機構のさらに他の実施形態の動作状態を示す平面図であり、図１０（ｂ）はその側面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 図１１（ａ）は、図２のロボットハンドを含む、本願発明にかかる把持機構のさらに他の実施形態の動作状態を示す平面図であり、図１１（ｂ）はその側面図である。 図１２（ａ）は、図２のロボットハンドを含む、本願発明にかかる把持機構のさらに他の実施形態の動作状態を示す平面図であり、図１２（ｂ）はその側面図である。

符号の説明

１…（多関節型）ロボット
２…固定部
３…ベース部
４…第１アーム部
５…第２アーム部
６…ハンド部
７…把持フィンガー
８…支持部材
９…リニアガイド
１０…スライド部材
１１…矩形部
１２…テーパ部
１３…基部
１４…係止部材
１５…凹部
１６…光電センサ
１７…近接スイッチ
１８…被検知部
２２…ディッシュトレイ
２３…位置決めガイドピン
２４…係合ピン
２５…プレート
２６…ボトルホルダ
２７…チップスタンド
２８…ディッシュテーブル
２９…環状凹所
３０…円形開口
３１…係合部
３２…取付孔
３３…貫通孔
３４…加湿バット
３５…貫通孔
４１〜４５…アタッチメント
ａ〜ｆ…軸
Ａ〜Ｇ…矢印

Claims (11)

1. 複数種類のアタッチメントを把持可能なロボットハンドであって、
   互いに接近および離間することによって開閉する一対の把持フィンガーを備え、
   前記一対の把持フィンガーの互いに対向する面には、その長手方向に沿って係止部が少なくとも３カ所に形成されており、
   前記各アタッチメントには、前記係止部が形成された少なくとも２カ所に対応する位置に被係止部が形成されるとともに、前記被係止部が形成される位置の間隔は、前記アタッチメントが取り付けられる保持対象物の形状、大きさ、及び重量に応じて異なっており、前記アタッチメントを前記保持対象物の形状、大きさ、及び重量に拘わらず把持できるように構成されている、ロボットハンド。
2. 前記係止部は、先端の尖ったテーパ状部分を有するピンから構成されており、前記被係止部は、前記係止部のテーパ状部分と相補的な形状を呈した部分を有する凹所から構成されている請求項１記載のロボットハンド。
3. 前記係止部のテーパ状部分の傾斜角と前記被係止部の対応するテーパ状部分の傾斜角とが同一である請求項２記載のロボットハンド。
4. 前記一対の把持フィンガーの対向する面それぞれに、円柱状の保持対象物が係合しうる円弧状の係合凹部が形成されており、この係合凹部が把持フィンガーの長手方向に直交する方向の中心軸を共有する小径円柱面部と大径円柱面部とを有し、上方部分が前記大径円柱面部であり、下方部分が前記小径円柱面部である請求項１〜３のうちのいずれか一の項に記載のロボットハンド。
5. 前記一対の把持フィンガーに、把持した物を検出するセンサを備えており、
   このセンサが、一対の把持フィンガーのうちの一方に設けられた検出ビームを発信する発信部と、他方に設けられた前記検出ビームを検知する受信部とを備えている請求項１〜４のうちのいずれか一の項に記載のロボットハンド。
6. 前記一対の把持フィンガーを相互に離間接近可能に支持する支持部材と、一対の把持フィンガーの開度を検出する開度検出装置とをさらに備えており、
   この開度検出装置が、一個の被検出部と、この被検出部を検出するための複数個の検出部とを有しており、
   この複数個の検出部が前記支持部材および把持フィンガーのうちのいずれか一方に把持フィンガーの移動方向に沿って配設されており、他方に前記一個の被検出部が配設されている請求項１〜５のうちのいずれか一の項に記載のロボットハンド。
7. その操作用アームの先端にロボットハンドが配設されており、
   このロボットハンドが請求項１〜６のうちのいずれか一の項に記載のロボットハンドからなるロボット。
8. 請求項１に記載のロボットハンドによって把持可能なアタッチメントであって、
   前記係止部が形成された少なくとも２カ所に対応する位置に被係止部が形成されるとともに、前記被係止部が形成される位置の間隔は、取り付けられる保持対象物の形状、大きさ、及び重量に対応しており、前記保持対象物の形状、大きさ、及び重量に拘わらず把持されるように構成されている、アタッチメント。
9. 前記係止部および前記被係止部は相補的な形状を呈している請求項８記載のアタッチメント。
10. 前記係止部が先端の尖ったテーパ状部分を有するピンから構成されており、前記被係止部が前記係止部のテーパ状部分と相補的な形状を呈した部分を有する凹所から構成されている請求項８または９記載のアタッチメント。
11. 前記保持対象物が、容器を保持するための保持具である請求項８〜１０のうちのいずれか一の項に記載のアタッチメント。

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