JP7255402B2 - Pipetting device - Google Patents
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Description
この発明は、分注装置に関する。 The present invention relates to a dispensing device.
米国特許公開第２００６／００４３１１１号（特許文献１）には、ロボット装置を用いて容器内の液体（飲料）を自動的に他の容器に注ぐように構成された飲料サーバが開示される。特許文献１では、ロボット装置は、ロボットアームおよびロボットハンドを有しており、コントローラからの指示に従ってロボットアームおよびロボットハンドを操作させることで、容器に飲料を注ぐように構成される。 US Patent Publication No. 2006/0043111 discloses a beverage server configured to automatically pour a liquid (beverage) in a container into another container using a robotic device. In Patent Document 1, a robot device has a robot arm and a robot hand, and is configured to pour a beverage into a container by operating the robot arm and the robot hand according to instructions from a controller.
試料に含まれる成分の定量・定性分析を行なう際には、所定量の試料または試薬を容器から分注する分注装置が用いられることがある。近年では、ロボットハンドおよびロボットアームにより構成され、制御プログラムに従って自動的に稼働するロボット装置を、分注装置を含む分析ラインに搭載することによって、試料の前処理から分析までの一連の作業を自動化した分析システムが提案されている。 2. Description of the Related Art When performing quantitative/qualitative analysis of a component contained in a sample, a dispensing device that dispenses a predetermined amount of sample or reagent from a container is sometimes used. In recent years, a series of operations from sample pretreatment to analysis have been automated by installing a robot device consisting of a robot hand and a robot arm that automatically operates according to a control program in an analysis line that includes a pipetting device. An analytical system has been proposed.
しかしながら、特許文献１に記載されるロボット装置は、容器内の液体全量を別の容器に注ぐように構成されているため、分注装置としての機能を有していない。そのため、当該ロボット装置を用いて分注量を精度良く制御するためには、分注先の別の容器を天秤に載せて、当該別の容器の重量を計測しながら試料を注ぐ必要があった。 However, the robot device described in Patent Literature 1 is configured to pour the entire amount of liquid in a container into another container, and therefore does not function as a dispensing device. Therefore, in order to accurately control the amount to be dispensed using the robot device, it was necessary to place a separate container to be dispensed on a balance and pour the sample while measuring the weight of the separate container. .
このようにすると、天秤の計測値を用いて分注量を制御することができる一方で、天秤を設置するスペースを確保する必要性から、分注装置および容器の配置における制約を受けることになる。その結果、分注装置および周辺装置の配置の自由度が低下することが懸念される。また、分注装置の使用態様にも制限が課されることになり、分析システムにおけるユーザの利便性を低下させることが懸念される。 In this way, while the amount measured by the balance can be used to control the amount to be dispensed, the need to secure a space for installing the balance imposes restrictions on the placement of the dispensing device and the container. . As a result, there is concern that the degree of freedom in arranging the pipetting device and peripheral devices will be reduced. In addition, restrictions will be imposed on the mode of use of the pipetting apparatus, and there is concern that the user's convenience of the analysis system will be reduced.
この発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、試料を精度良く分注することができる分注装置であって配置の自由度が高いものを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems, and its object is to provide a pipetting device capable of precisely pipetting a sample and having a high degree of freedom in layout. is.
本発明の一態様に係る分注装置は、容器を回転させることにより容器内に収容された液体試料を分注するように構成されたロボット装置と、ロボット装置の回転に伴って変化し、ロボット装置に作用する外力を検出するための力検出部と、ロボット装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、力検出部の検出値を用いて液体試料の分注量を検出する。制御装置は、分注量の検出値が目標値に一致する方向に向かってロボット装置による容器の回転角度を制御する。 A dispensing device according to an aspect of the present invention includes a robot device configured to dispense a liquid sample contained in a container by rotating the container; A force detection unit for detecting an external force acting on the device and a control device for controlling the robot device are provided. The control device detects the dispensing amount of the liquid sample using the detection value of the force detection section. The control device controls the rotation angle of the container by the robot device in the direction in which the detected value of the dispensed amount matches the target value.
本発明によれば、配置の制約を受けることなく試料を精度良く分注することができる分注装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pipetting apparatus which can dispense a sample accurately can be provided without being restricted by arrangement|positioning.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰り返さないものとする。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts in the drawings, and the description thereof will not be repeated in principle.
［実施の形態１］
（分注装置の構成）
図１は、実施の形態１に係る分注装置の全体構成を示す図である。実施の形態１に係る分注装置１００は、容器５０内に収容された液体試料５２（以下、単に「試料」とも称する）を、別の容器に分注するための装置である。分注装置１００は、ロボット装置１０を用いて容器５０を操作することにより、容器５０から予め設定された量の試料５２を自動的に分注するように構成される。
[Embodiment 1]
(Configuration of dispensing device)
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a dispensing device according to Embodiment 1. FIG. A
図１を参照して、実施の形態１に係る分注装置１００は、ロボット装置１０と、力覚センサ２０と、制御装置３０とを備える。ロボット装置１０は、先端が移動可能である。以下の説明では、ロボット装置１０が設置される空間を、水平面上において互いに直交するＸ軸およびＹ軸と、鉛直上向きを正方向とするＺ軸とからなる三次元直交座標系で規定する。
Referring to FIG. 1, a dispensing
ロボット装置１０は、ロボットアーム１２と、ロボットハンド１４とを有する。ロボットアーム１２は、５軸もしくは６軸の複数の関節を有しており、互いが各関節にて接続される複数のアームを有する。
The
図１の例では、ロボットアーム１２は、６軸多関節で構成されており、基台１１０と、アーム部材に相当する６つのリンク１１１～１１６とを有する。６つのリンク１１１～１１６はそれぞれ、関節軸Ｊ１～Ｊ６を図示した矢印周りに回転駆動可能に構成されている。各関節は関節駆動モータ（図示せず）等の駆動源により駆動する。関節駆動モータは、例えばサーボモータである。各関節が駆動することにより、ロボットアーム１２の姿勢は自由に変化する。
In the example of FIG. 1, the
ロボットハンド１４は、ロボットアーム１２の先端のリンク１１６に接続される。ロボットハンド１４は、対象物を把持するための一対の指部材１４２を有する。一対の指部材１４２は、図示しないモータによって開閉可能に構成される。一対の指部材１４２を閉じることにより、ロボットハンド１４は対象物を把持することができる。また、一対の指部材１４２を開くことにより、ロボットハンド１４は対象物を解放することができる。図１の例では、対象物は、液体試料５２が収容された容器５０である。
The
ロボットアーム１２の姿勢が自由に変化することに伴い、ロボットハンド１４の姿勢も自由に変化しうる。これにより、ロボット装置１０は、容器５０を上下方向（Ｚ軸方向）、左右方向（Ｘ軸方向）および奥行方向（Ｙ軸方向）の各々に移動させることができる。また、ロボット装置１０は、容器５０をＹ軸周りに回転させることもできる。
As the posture of the
力覚センサ２０は、リンク１１６とロボットハンド１４との間に設けられる。力覚センサ２０は、ロボットアーム１２の手首に相当する位置に配置されている。力覚センサ２０は、ロボットアーム１２にかかる外力を検出し、検出値を示す信号を制御装置３０へ送信する。
A
図１の例では、力覚センサ２０は、互いに直交する第１の軸方向および第２の軸方向に作用する外力を少なくとも検出するように構成される。第１の軸方向および第２の軸方向は、リンク１１６の端面に対して水平な方向である。説明の便宜上、第１の軸を「Ａ軸」、第２の軸を「Ｂ軸」と定めるものとする。力覚センサ２０は、さらに、Ａ軸およびＢ軸の各々に発生するモーメント荷重つまりトルクを検出する機能を有していてもよい。力覚センサ２０は「力検出部」の一実施例に対応する。
In the example of FIG. 1, the
制御装置３０は、ロボット装置１０の動作を制御する。具体的には、制御装置３０は、ロボットアーム１２の６つの関節軸Ｊ１～Ｊ６の各々に設けられた関節駆動モータを制御することにより、リンク１１１～１１６の各々を駆動させる。制御装置３０がリンク１１１～１１６の各々の回転角度を制御することにより、先端のリンク１１６を任意の３次元位置で任意の方向に向けることができる。
The
制御装置３０は、また、ロボットハンド１４の一対の指部材１４２を駆動するモータを制御することにより、一対の指部材１４２を駆動させて対象物の把持／解放を制御する。
The
図２は、実施の形態１に係る分注装置１００の制御ブロック図である。
図２を参照して、制御装置３０は、主な構成要素として、プロセッサ３０２と、メモリ３０４と、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３０６と、通信Ｉ／Ｆ３０８とを有する。これらの各部は、図示しないバスを介して互いに通信可能に接続される。
FIG. 2 is a control block diagram of the
Referring to FIG. 2,
プロセッサ３０２は、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Multi Processing Unit）などの演算処理部である。プロセッサ３０２は、メモリ３０４に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、分注装置１００の各部の動作を制御する。具体的には、プロセッサ３０２は、当該プログラムを実行することによって、後述する分注装置１００の処理の各々を実現する。なお、図１の例では、プロセッサが単数である構成を例示しているが、制御装置３０は複数のプロセッサを有する構成としてもよい。
The
メモリ３０４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびフラッシュメモリなどの不揮発性メモリによって実現される。メモリ３０４は、プロセッサ３０２によって実行されるプログラム、またはプロセッサ３０２によって用いられるデータなどを記憶する。
The
入出力Ｉ／Ｆ３０６は、プロセッサ３０２と、ロボット装置１０および力覚センサ２０との間で各種データをやり取りするためのインターフェイスである。
The input/output I/
通信Ｉ／Ｆ３０８は、分注装置１００と他の装置との間で各種データをやり取りするための通信インターフェイスであり、アダプタまたはコネクタなどによって実現される。なお、通信方式は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などによる無線通信方式であってもよいし、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などを利用した有線通信方式であってもよい。
Communication I/
制御装置３０には、表示部３１０および入力部３１２が接続される。表示部３１０は、画像を表示可能な液晶パネルなどで構成される。入力部３１２は、分注装置１００に対するユーザの操作入力を受け付ける。入力部３１２は、典型的には、タッチパネル、キーボード、マウスなどで構成される。
A
制御装置３０は、ロボットアーム１２、ロボットハンド１４および力覚センサ２０と通信接続されている。制御装置３０とロボットアーム１２、ロボットハンド１４および力覚センサ２０との間の通信は、無線通信で実現されてもよいし、有線通信で実現されてもよい。制御装置３０は、実体を有するコンピュータである必要はなく、クラウド上に保存されたソフトウェアにより実現されてもよい。
The
（分注量の制御）
実施の形態１に係る分注装置１００は、ロボット装置１０を用いて容器５０を操作することにより、容器５０から所定の液量の試料５２を分注するように構成される。試料５２の分注量の制御は、ロボット装置１０に設けられた力覚センサ２０の検出値に基づいて行なうことができる。以下、実施の形態１に係る分注装置１００において実行される分注量の制御について説明する。
(Control of dispensing amount)
The dispensing
図３は、分注量の制御の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
図３を参照して、分注量の制御は、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する工程（Ｓ１０）、分注量の目標値を設定する工程（Ｓ２０）、試料の粘性パラメータを取得する工程（Ｓ３０）および、分注量をフィードバック制御する工程（Ｓ４０）を備える。以下、各工程について説明する。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the flow of processing for controlling the dispensing amount.
Referring to FIG. 3, the control of the dispensing amount includes the step of calculating the initial value of the total mass of the
（１）容器および試料の合計質量の初期値を算出する工程（図３のＳ１０）
図４は、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する工程を説明するための図である。図４を参照して、容器５０は、ロボットハンド１４の一対の指部材１４２によって把持されている。容器５０の上面５０ａは開口となっている。
(1) Step of calculating initial value of total mass of container and sample (S10 in FIG. 3)
FIG. 4 is a diagram for explaining the process of calculating the initial value of the total mass of the
図中矢印Ａ１に示すように、ロボットアーム１２によって容器５０をＹ軸周りに回転させることにより、容器５０の回転角度θに応じた液量の試料５２を容器５０から分注することができる。
By rotating the
力覚センサ２０は、ロボットハンド１４にかかる外力を検出する。具体的には、力覚センサ２０は、ロボットハンド１４に対してＡ軸方向（第１の方向）に作用する外力Ｆａと、ロボットハンド１４に対してＢ軸方向（第２の方向）に作用する外力Ｆｂとを検出するように構成される。図４の例では、Ａ軸方向は容器５０の底面５０ｂに対して垂直な方向に設定され、Ｂ軸方向は容器５０の底面５０ｂに対して水平な方向に設定されている。
A
本工程では、容器５０の回転角度θを０ｄｅｇに設定した状態で、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する。図４に示すように、回転角度θ＝０ｄｅｇのときには、力覚センサ２０のＡ軸と、ロボット装置１０の座標系におけるＺ軸とが一致する。
In this step, the initial value of the total mass of the
回転角度θ＝０ｄｅｇのとき、容器５０には、重力方向であるＺ軸方向下方（Ａ軸方向下方）に重力Ｆが作用する。容器５０および試料５２の合計質量の初期値をｍｉとすると、重力Ｆは初期値ｍｉおよび重力加速度ｇの積（Ｆ＝ｍｉ×ｇ）で表される。
When the rotation angle θ is 0 deg, gravity F acts on the
力覚センサ２０は、重力Ｆを検出する。Ａ軸方向の外力をＦａとすると、θ＝０ｄｅｇのときにはＦａ＝Ｆが成立する。すなわち、Ｆａ＝ｍｉ×ｇとなる。したがって、力覚センサ２０により検出されたＡ軸方向の外力Ｆａを重力加速度ｇで除することにより、合計質量の初期値ｍｉを算出することができる。合計質量の初期値ｍｉは次式（１）で与えられる。
ｍｉ＝Ｆａ／ｇ ・・・（１）
制御装置３０は、容器５０の回転角度θ＝０ｄｅｇのときに力覚センサ２０から与えられる検出信号に基づいて、合計質量の初期値ｍｉを算出する。
The
mi=Fa/g (1)
The
（２）分注量の目標値を設定する工程（図３のＳ２０）
容器５０および試料５２の合計質量の初期値ｍｉが求められると、次に、分注量の目標値ｄ＊が設定される。制御装置３０は、入力Ｉ／Ｆ３０６または通信Ｉ／Ｆ３０８（図２参照）に入力される信号に基づいて、分注量の目標値ｄ＊を設定することができる。または、制御装置３０は、予めメモリ３０４に記憶されている、分析条件を定めたメソッドファイルを参照することにより、分注量の目標値ｄ＊を設定することができる。
(2) Step of setting target value of dispensing amount (S20 in FIG. 3)
When the initial value mi of the total mass of the
（３）試料の粘性パラメータを取得する工程（図３のＳ３０）
容器５０内に収容される試料５２は、その物質によって粘性が異なる。例えば、アンモニアは水に比べて粘性が低く、灯油は水に比べて粘性が高い。また、物質によっては、温度によって粘性が変化する場合がある。一般的に、液体は、温度が高くなるほど粘性が低くなる。
(3) Step of acquiring the viscosity parameter of the sample (S30 in FIG. 3)
The
そのため、図４の状態から容器５０をＹ軸周りに回転させた場合、粘性の低い試料５２であれば、容器５０の回転に追従して試料５２が容器５０内を速やかに移動し、容器５０の上面５０ａから試料５２が吐出される。一方、粘性の高い試料５２の場合には、容器５０の回転から遅れて試料５２が容器５０内を緩やかに移動し、容器５０の上面５０ａから試料５２が吐出される。
Therefore, when the
これによると、容器５０の回転角度θが同じであっても、試料５２の粘性の違いによって分注量に差が生じてしまう可能性がある。その結果、回転角度θの時間的変化率、すなわち単位時間当たりの回転角度θの変化量を固定値とした場合、試料５２によっては、分注量が目標値ｄ＊を上回るオーバーシュートまたは、分注量が目標量ｄ＊を下回るアンダーシュートが生じることになり、分注精度に影響を及ぼすことが懸念される。
According to this, even if the rotation angle .theta. As a result, when the temporal change rate of the rotation angle θ, that is, the amount of change in the rotation angle θ per unit time is set to a fixed value, depending on the
そこで、実施の形態１では、試料５２の粘性を表すパラメータ（以下、「粘性パラメータ」とも称する）を取得し、取得した粘性パラメータを分注量の制御に反映させる構成とする。具体的には、試料５２となる物質および温度等から試料５２の粘性パラメータが既知である場合には、制御装置３０は、入力Ｉ／Ｆ３０６または通信Ｉ／Ｆ３０８（図２参照）を介して、既知の粘性パラメータを取得することができる。試料５２の粘性パラメータは、例えば、試料５２の粘度μ［Ｐａ・ｓ（パスカル秒）］で与えられる。
Therefore, in Embodiment 1, a parameter representing the viscosity of the sample 52 (hereinafter also referred to as a "viscosity parameter") is acquired, and the acquired viscosity parameter is reflected in the control of the dispensing amount. Specifically, when the viscosity parameter of the
一方、試料５２の粘性パラメータが未知である場合には、制御装置３０は、ロボットアーム１２を駆動することによって容器５０を操作することにより、試料５２の粘性パラメータを算出する。図５は、試料５２の粘性パラメータを算出する方法を説明するための図である。
On the other hand, when the viscosity parameter of the
図５を参照して、制御装置３０は、ロボットアーム１２を駆動することによって、容器５０を水平方向に一定周期で振動させる。水平方向とは、例えばＸ軸方向であり、力覚センサ２０のＢ軸方向と一致している。なお、容器５０の振動は周期的であれば、その方向は必ずしも水平方向に限定されない。
Referring to FIG. 5,
図５（Ａ）には、容器５０をＢ軸の負方向（図中矢印Ｂ１方向）に移動させた場合の容器５０内の試料５２の振る舞いが模式的に示される。図５（Ｂ）には、容器５０をＢ軸の正方向（図中矢印Ｂ２方向）に移動させた場合の容器５０内の試料５２の振る舞いが模式的に示される。
FIG. 5A schematically shows the behavior of the
図５（Ａ）に示すように、容器５０をＢ軸の負方向に所定の距離だけ移動させると、図中矢印Ｃ１に示すように、試料５２が同方向に移動する。これにより、容器５０には、重力Ｆ以外に、Ｂ軸方向に力Ｆｂが作用する。力覚センサ２０は、Ｂ軸方向の力Ｆｂを検出する。一方、図５（Ｂ）に示すように、容器５０をＢ軸の正方向に所定の距離だけ移動させると、図中矢印Ｃ２に示すように、試料５２が同方向に移動する。容器５０には、重力Ｆ以外に、Ｂ軸方向に力Ｆｂが作用する。力覚センサ２０は、Ｂ軸方向の力Ｆｂを検出する。
As shown in FIG. 5A, when the
このように容器５０をＢ軸方向に振動（往復移動）させると、容器５０内の試料５２もＢ軸方向に振動する。そして、試料５２の振動は、力覚センサ２０により検出されるＢ軸方向の力Ｆｂの振動となって現れる。このとき、ロボットアーム１２による容器５０の振動と、試料５２の振動との間には、試料５２の粘性に応じたずれが生じる。このずれは、試料５２の粘性が高くなるに従って大きくなる。
When the
制御装置３０は、容器５０の振動に対する、力覚センサ２０により検出される力Ｆｂの振動の追従性を検出することにより、試料５２の粘性を推測する。具体的には、制御装置３０は、容器５０の振動周期を変化させながら、振動周期ごとに力Ｆｂの振動を測定することにより、容器５０の振動と力Ｆｂの振動とが同期するときの容器５０の振動周期を検出する。制御装置３０は、検出した容器５０の振動周期を、試料５２の粘性パラメータとする。得られた粘性パラメータにおいては、粘性が高い試料５２に対する容器５０振動周期は、粘性が低い試料５２に対する容器５０の振動周期に比べて高くなる傾向が現れる。
The
あるいは、制御装置３０は、所定の振動周期で容器５０を振動させたときの力Ｆｂの振動を測定し、力Ｆｂの振動周期を算出する。制御装置３０は、容器５０の振動周期に対する力Ｆｂの振動周期の偏差を検出する。制御装置３０は、検出した振動周期の偏差を、試料５２の粘性パラメータとする。得られた粘性パラメータにおいては、粘性が高い試料５２に対する振動周期の偏差は、粘性が低い試料５２に対する振動周期の偏差に比べて大きくなる傾向が現れる。
Alternatively, the
（４）分注量をフィードバック制御する工程（図３のＳ４０）
本工程では、制御装置３０は、工程Ｓ２０で設定した目標値ｄ＊を用いて、試料５２の分注量ｄをフィードバック制御する。具体的には、制御装置３０は、分注量ｄの検出値と目標値ｄ＊との偏差に応じて、ロボットアーム１２による容器５０の回転角度θを操作することにより、分注量ｄをフィードバック制御するように構成される。
(4) Step of feedback-controlling the dispensing amount (S40 in FIG. 3)
In this step, the
上記構成において、制御装置３０は、所定の制御周期ごとに、力覚センサ２０の検出値から容器５０および試料５２の合計質量の検出値を取得する。そして、制御装置３０は、工程Ｓ１０で算出された合計質量の初期値ｍｉから、取得した合計質量の検出値を減算することにより、分注量を算出する。
In the above configuration, the
図６は、容器５０および試料５２の合計質量の検出値を取得する方法を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of obtaining a detection value of the total mass of
図６に示すように、容器５０は、Ｙ軸周りに回転角度θ回転している。この状態で、容器５０には、重力方向であるＺ軸方向下方に重力Ｆが作用する。容器５０および試料５２の合計質量をｍ［ｔ］とすると、重力Ｆは合計質量ｍ［ｔ］および重力加速度ｇの積（Ｆ＝ｍ［ｔ］×ｇ）で表される。
As shown in FIG. 6, the
重力Ｆは、Ａ軸方向の外力ＦａおよびＢ軸方向の外力Ｆｂに分解される。力覚センサ２０は、外力Ｆａ，Ｆｂを検出する。今回取得された力覚センサ２０の検出値をＦａ［ｔ］，Ｆｂ［ｔ］とすると、重力Ｆと外力Ｆａ［ｔ］，Ｆｂ［ｔ］との間には次式（２）の関係が成立する。
ｍ［ｔ］×ｇ＝（Ｆａ［ｔ］２＋Ｆｂ［ｔ］２）１／２ ・・・（２）
この式（２）を変形した次式（３）を用いることにより、力覚センサ２０の出力信号から今回の合計質量の検出値ｍ［ｔ］を求めることができる。
ｍ［ｔ］＝１／ｇ×（Ｆａ［ｔ］２＋Ｆｂ［ｔ］２）１／２ ・・・（３）
今回の分注量の検出値をｄ［ｔ］とすると、ｄ［ｔ］は、次式（４）に示すように、合計質量の初期値ｍｉから今回の合計質量の検出値ｍ［ｔ］を減算することにより取得することができる。
ｄ［ｔ］＝ｍｉ－ｍ［ｔ］ ・・・（４）
次に、制御装置３０は、今回の分注量の検出値ｄ［ｔ］を目標値ｄ＊に一致させるように、ロボットアーム１２を操作するための制御信号を生成する。図７は、制御装置３０のうちの分注量の制御に関連する部分の構成例を示すブロック図である。
Gravity F is decomposed into an external force Fa in the A-axis direction and an external force Fb in the B-axis direction. The
m[t]×g=(Fa[t] 2 +Fb[t] 2 ) 1/2 (2)
By using the following equation (3) obtained by modifying this equation (2), the current total mass detection value m[t] can be obtained from the output signal of the
m[t]=1/g×(Fa[t] 2 +Fb[t] 2 ) 1/2 (3)
Let d[t] be the detected value of the dispensed amount this time. can be obtained by subtracting
d[t]=mi−m[t] (4)
Next, the
図７を参照して、制御装置３０は、設定部３２２と、減算器３２４と、制御部３２６と、取得部３２８と、演算器３３０，３３２とを有する。設定部３２２は、入出力Ｉ／Ｆ３０６または通信Ｉ／Ｆ３０８に入力される信号あるいは、メモリ３０４に記憶されたメソッドファイルに基づいて、分注量の目標値ｄ＊を設定する。
Referring to FIG. 7 ,
取得部３２８は、入出力Ｉ／Ｆ３０６または通信Ｉ／Ｆ３０８に入力される信号に基づいて、試料５２の粘性パラメータ（例えば、試料５２の粘度）を取得する。試料５２の粘性パラメータが未知である場合には、取得部３２８は、図５で説明した方法に従って、ロボットアーム１２を駆動して容器５０を振動させるとともに、容器５０の振動に対する力覚センサ２０の検出値の追従性に基づいて、試料５２の粘性パラメータを算出する。
Acquisition unit 328 acquires a viscosity parameter of sample 52 (for example, viscosity of sample 52) based on a signal input to input/output I/
演算器３３２は、試料５２の分注の開始前であって、容器５０の回転角度θ＝０ｄｅｇのときに、式（１）を用いることにより、力覚センサ２０の検出値Ｆａから容器５０および試料５２の合計質量の初期値ｍｉを算出する。演算器３３２は、また、分注中において、式（３）を用いることにより、力覚センサ２０の検出値Ｆａ［ｔ］，Ｆｂ［ｔ］から今回の合計質量ｍ［ｔ］を検出する。
Before starting the dispensing of the
演算器３３０は、分注中に演算器３３２から今回の合計質量ｍ［ｔ］を受けると、式（４）を用いることにより、今回の分注量の検出値ｄ［ｔ］を算出する。
When the
減算器３２４は、分注量の目標値ｄ＊と分注量の検出値ｄ［ｔ］との偏差（ｄ＊－ｄ［ｔ］）を算出する。減算器３２４は、算出した偏差（ｄ＊－ｄ［ｔ］）を制御部３２６へ出力する。
The subtractor 324 calculates the deviation (d*-d[t]) between the target value d* of the dispensed amount and the detected value d[t] of the dispensed amount. Subtractor 324 outputs the calculated deviation (d*−d[t]) to control
制御部３２６は、減算器３２４から出力される偏差（ｄ＊－ｄ［ｔ］）に基づいて、検出値ｄ［ｔ］を目標値ｄ＊に追従させるための制御信号を生成し、生成した制御信号をロボット装置１０へ出力する。
Based on the deviation (d*-d[t]) output from the subtractor 324, the
ここで、図７に示すフィードバック制御系において、ロボット装置１０はアクチュエータに対応し、容器５０および試料５２は制御対象に対応し、分注量ｄは制御量に対応する。ロボット装置１０（ロボットアーム１２）が容器５０をＹ軸周りに回転させることにより、分注量ｄ（制御量）が制御される。
Here, in the feedback control system shown in FIG. 7, the
このフィードバック制御系において、制御部３２６は、制御対象である容器５０に設けられた力覚センサ２０の検出値から求められる分注量ｄが目標量ｄ＊と一致するように、制御量に変化を生じさせるための操作量として、容器５０の回転角度θを決定する。ロボットアーム１２は、決定された操作量に従って容器５０の回転角度θを変化させる。
In this feedback control system, the
具体的には、制御部３２６は、ＰＩＤ制御部を有する。本願明細書において、ＰＩＤ制御部は、比例動作（Proportional Operation：Ｐ動作）を行なう比例要素、積分動作（Integral Operation：Ｉ動作）を行なう積分要素および、微分動作（Derivative Operation：Ｄ動作）を行なう微分要素のうち、少なくとも１つの要素を含む制御部を意味する。すなわち、本願明細書において、ＰＩＤ制御部は、比例要素、積分要素および微分要素のいずれをも含む制御部に加えて、一部の制御要素、例えば比例要素および積分要素のみを含む制御部（ＰＩ制御部）なども包括する概念である。
Specifically, the
ＰＩＤ制御部は、偏差（ｄ＊－ｄ［ｔ］）を入力として比例積分微分演算を行なうことにより、容器５０の回転角度θ（操作量）を算出する。この比例積分微分演算において、ＰＩＤ制御部は、取得部３２８から与えられる試料５２の粘性パラメータに応じて、比例要素、積分要素および微分要素の少なくとも１つを調整する。これにより、試料５２の粘性パラメータに応じて、分注量のフィードバック制御の応答性を変化させることができる。
The PID control section calculates the rotation angle θ (manipulated amount) of the
図８は、図７に示した分注量のフィードバック制御系のブロック線図である。図８に示すブロック線図において、Ｇ（ｓ）は、ＰＩＤ制御部の伝達関数を示す。伝達関数Ｇ（ｓ）は、比例要素の伝達関数ＫＰ（ＫＰは比例ゲイン）と、積分要素の伝達関数ＫＩ（ＫＩは積分ゲイン）と、微分要素の伝達関数ＫＤ（ＫＤは微分ゲイン）とを足し合わせたものとなる。なお、積分ゲインＫＩ＝ＫＰ／ＴＩｓ（ＴＩは積分時間）であり、微分ゲインＫＤ＝ＫＰＴＤｓ（ＴＤは微分時間）である。Ｈ（ｓ）は、力覚センサ２０を含むフィードバック要素の伝達関数である。
FIG. 8 is a block diagram of the feedback control system for the dispensing amount shown in FIG. In the block diagram shown in FIG. 8, G(s) represents the transfer function of the PID controller. The transfer function G(s) includes a proportional element transfer function KP ( KP is a proportional gain), an integral element transfer function KI ( KI is an integral gain), and a differential element transfer function KD ( KD is the differential gain). Note that the integral gain K I =K P /T I s (T I is the integral time), and the differential gain K D =K P T D s (T D is the differential time). H(s) is the transfer function of the feedback element including the
図８に示すフィードバック制御系は、伝達関数Ｇ（ｓ）における比例ゲインＫＰ、積分時間ＴＩおよび微分時間ＴＤなどのパラメータを変更することによって、フィードバック制御の応答速度（時定数）を変更することが可能に構成されている。本実施の形態では、試料５２の粘性パラメータに応じて、ＰＩＤ制御部におけるこれらのパラメータを変更することによって、分注量ｄのオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量ｄを目標値ｄ＊へ正確かつ安定的に近づけることができる。
The feedback control system shown in FIG. 8 changes the response speed (time constant) of the feedback control by changing parameters such as the proportional gain K P , the integral time T I and the derivative time T D in the transfer function G(s). is configured to allow In this embodiment, by changing these parameters in the PID control unit according to the viscosity parameters of the
具体的には、階段状の目標量ｄ＊（ステップ入力）がフィードバック制御系に与えられた場合、伝達関数Ｇ（ｓ）に入力される偏差Ｅ（ｓ）の変化によって、伝達関数Ｇ（ｓ）から出力される制御量Ｃ（ｓ）（すなわち分注量ｄ）が変化する。なお、制御量Ｃ（ｓ）の変化は時間の経過とともに減少し、やがて安定した状態となる。伝達関数Ｇ（ｓ）は、制御量Ｃ（ｓ）が安定するまでの過渡応答の速度を、試料５２の粘性パラメータに応じて変更するように構成される。
Specifically, when a stepped target amount d* (step input) is given to the feedback control system, the transfer function G(s ) (that is, the dispensed amount d) changes. Note that the change in the control amount C(s) decreases with the lapse of time and eventually becomes stable. The transfer function G(s) is configured to change the speed of transient response until the controlled variable C(s) stabilizes according to the viscosity parameter of the
上記構成によると、制御部３２６は、例えば、試料５２の粘性が高くなるに従って、分注量ｄが目標値ｄ＊にゆっくり近づくようにＰＩＤ制御におけるパラメータを変更することができる。これによると、容器５０内を試料５２が移動する速度を、容器５０を回転させる速度に追従させることができるため、分注量ｄを安定的に制御することが可能となる。反対に、試料５２の粘性が低いときには、分注量ｄを安定的かつ速やかに目標値ｄ＊に近づけることができる。
According to the above configuration, the
なお、制御部３２６は、分注量ｄが目標量ｄ＊に到達すると、容器５０をＹ軸周りに反対方向に回転させることによって、容器５０を分注開始前の姿勢（図４参照）に戻すように構成される。これにより、１回の分注動作が終了する。
When the dispensing amount d reaches the target amount d*, the
以上説明したように、実施の形態１に係る分注装置によれば、ロボット装置１０に設けられた力覚センサ２０の検出値を用いて分注量の検出値を取得し、取得した分注量の検出値に基づいて分注量を制御することにより、分注量を計測するための天秤の設置が不要となる。これによると、容器から分注された試料を受ける別の容器の配置の制約が少なくなるため、分注装置および周辺装置の配置の自由度を高めることができる。また、分注装置の使用態様のバリエーションを増やすことができるため、分析システムにおけるユーザの利便性を向上させることができる。
As described above, according to the dispensing apparatus according to Embodiment 1, the detection value of the dispensing amount is acquired using the detection value of the
さらに、実施の形態１に係る分注装置によれば、容器内の試料の粘性パラメータに応じて分注量のフィードバック制御における応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。この結果、試料の粘性に影響されず高い分注精度を実現することができる。 Furthermore, according to the dispensing apparatus according to Embodiment 1, overshoot and undershoot of the dispensing amount are prevented by changing the responsiveness in the feedback control of the dispensing amount according to the viscosity parameter of the sample in the container. It is possible to accurately and stably bring the dispensed amount closer to the target value. As a result, high pipetting accuracy can be achieved without being affected by the viscosity of the sample.
［実施の形態２］
上述した実施の形態１では、力検出部として、互いに直交する２軸の外力を検出可能な力覚センサ２０を用いる構成について説明したが、単一の軸の外力を検出可能な力覚センサを用いる構成とすることも可能である。
[Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the configuration using the
実施の形態２では、Ａ軸の外力のみを検出可能な力覚センサ２２の検出値を用いた分注量の制御について説明する。なお、実施の形態２に係る分注装置１００の構成は、力覚センサの構成を除いて、図１に示した分注装置１００の構成と同じであるため説明を省略する。
In Embodiment 2, control of the dispensing amount using the detection value of the
（分注量の制御）
実施の形態２においても、図３に示したフローチャートに従って分注量の制御が行なわれる。ただし、力覚センサ２２が１軸のセンサであるため、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する工程（図３のＳ１０）および分注量をフィードバック制御する工程（図３のＳ４０）において力覚センサ２２の検出値の扱いが異なる。
(Control of dispensing amount)
Also in the second embodiment, the dispensing amount is controlled according to the flowchart shown in FIG. However, since the
（１）容器および試料の合計質量の初期値を算出する工程（図３のＳ１０）
図９は、容器５０および試料５２の合計質量の初期値を算出する工程を説明するための図である。図９を参照して、容器５０は、ロボットハンド１４の一対の指部材１４２によって把持されており、回転角度θ＝０ｄｅｇに設定されている。この状態からロボットアーム１２によって容器５０をＹ軸周り（図中矢印Ａ１方向）に回転させることにより、容器５０の回転角度θに応じた液量の試料５２を容器５０から分注することができる。
(1) Step of calculating initial value of total mass of container and sample (S10 in FIG. 3)
FIG. 9 is a diagram for explaining the process of calculating the initial value of the total mass of the
力覚センサ２２は、ロボットハンド１４に対してＡ軸方向（第１の方向）に作用する外力Ｆａを検出する。図３で説明したように、力覚センサ２２のＡ軸を、ロボット装置１０の座標系におけるＺ軸に一致させた場合には、回転角度θ＝０ｄｅｇのときに、重力ＦとＡ軸方向の外力Ｆａとは等しくなる（Ｆ＝Ｆａ）。
The
ここで、Ａ軸方向の外力Ｆａは重力Ｆのｃｏｓ関数であるため、容器５０の回転角度θを０ｄｅｇから増加させるに従って、Ａ軸方向の外力Ｆａの大きさが減少する。回転角度θが９０ｄｅｇ近傍においては、Ａ軸方向の外力Ｆａは０近傍の値をとることになる。そのため、力覚センサ２２に対しては、０近傍の変化を高精度に検出するための高い分解能が求められる。言い換えると、力覚センサ２２の分解能が分注量の制御精度に影響を及ぼすことになる。
Here, since the external force Fa in the A-axis direction is a cos function of the gravity F, the external force Fa in the A-axis direction decreases as the rotation angle θ of the
実施の形態２では、図９に示すように、分注開始前の初期状態において、力覚センサ２２のＡ軸（第１の軸）を容器５０の回転方向に対して反対方向（図中矢印Ａ２方向）に所定角度だけ予め傾斜させておくこととする。図９の例では、力覚センサ２２のＡ軸を、Ｚ軸に対して角度（－φ）傾斜させている。所定角度φは、例えば３０ｄｅｇ～６０ｄｅｇ程度である。
In the second embodiment, as shown in FIG. 9, in the initial state before the start of dispensing, the A axis (first axis) of the
このようにすると、容器５０の回転角度θ＝０ｄｅｇのときには、重力ＦとＡ軸方向の外力Ｆａとの間にはＦａ＝Ｆｃｏｓφが成立する。すなわち、Ｆａ＝ｍｉ×ｇ×ｃｏｓφとなる。したがって、合計質量の初期値ｍｉは次式（５）で与えられる。
ｍｉ＝Ｆａ／（ｇ×ｃｏｓφ） ・・・（５）
（４）分注量をフィードバック制御する工程（図３のＳ４０）
本工程では、制御装置３０は、所定の制御周期ごとに、力覚センサ２２の検出値から容器５０および試料５２の合計質量の検出値を取得する。そして、制御装置３０は、図３の工程Ｓ１０で算出された合計質量の初期値ｍｉから、取得した合計質量の検出値を減算することにより、分注量を算出する。
Thus, Fa=Fcosφ is established between the gravity F and the external force Fa in the A-axis direction when the rotation angle θ of the
mi=Fa/(g×cosφ) (5)
(4) Step of feedback-controlling the dispensing amount (S40 in FIG. 3)
In this step, the
図１０は、容器５０および試料５２の合計質量の検出値を取得する方法を説明するための図である。
10A and 10B are diagrams for explaining a method of obtaining a detection value of the total mass of the
図１０に示すように、容器５０は、Ｙ軸周りに回転角度θ回転している。この状態で、容器５０には、重力方向であるＺ軸方向下方に重力Ｆが作用する。容器５０および試料５２の合計質量をｍ［ｔ］とすると、重力Ｆは合計質量ｍ［ｔ］および重力加速度ｇの積（Ｆ＝ｍ［ｔ］×ｇ）で表される。
As shown in FIG. 10, the
重力Ｆは、Ａ軸方向の外力Ｆａに分解される。力覚センサ２０は、外力Ｆａを検出する。今回取得された力覚センサ２０の検出値をＦａ［ｔ］とすると、重力Ｆと外力Ｆａ［ｔ］との間には次式（６）の関係が成立する。
Ｆａ［ｔ］＝Ｆ×ｃｏｓ（θ－φ） ・・・（６）
この式（６）を変形した次式（７）を用いることにより、力覚センサ２０の出力信号から今回の合計質量の検出値ｍ［ｔ］を求めることができる。
ｍ［ｔ］＝Ｆａ［ｔ］／｛ｇ×ｃｏｓ（θ－φ）｝ ・・・（７）
今回の分注量の検出値をｄ［ｔ］とすると、ｄ［ｔ］は、次式（８）に示すように、合計質量の初期値ｍｉから今回の合計質量の検出値ｍ［ｔ］を減算することにより取得することができる。
ｄ［ｔ］＝ｍｉ－ｍ［ｔ］ ・・・（８）
制御装置３０は、今回の分注量の検出値ｄ［ｔ］を目標値ｄ＊に一致させるように、ロボットアーム１２を操作するための制御信号を生成する。
Gravity F is resolved into an external force Fa in the A-axis direction. The
Fa[t]=F×cos(θ−φ) (6)
By using the following equation (7) obtained by modifying this equation (6), the current total mass detection value m[t] can be obtained from the output signal of the
m[t]=Fa[t]/{g×cos(θ−φ)} (7)
Assuming that the detected value of the dispensed amount this time is d[t], d[t] is calculated from the initial value mi of the total mass to the detected value m[t] of the total mass this time, as shown in the following equation (8). can be obtained by subtracting
d[t]=mi−m[t] (8)
The
式（７）から明らかなように、容器５０の回転角度θが９０ｄｅｇ近傍においても、Ａ軸方向の外力Ｆａは０近傍よりも大きな値をとることになる。したがって、力覚センサ２２の分解能が分注量の制御精度に影響を及ぼすことを回避することができる。その結果、実施の形態２に係る分注装置によれば、力覚センサが１軸のセンサであっても、上述した実施の形態１に係る分注装置と同様の効果を得ることができる。
As is clear from the equation (7), even when the rotation angle θ of the
［実施の形態に係る分注装置のその他の構成例］
（１）上述した実施の形態１，２においては、分注の開始前に試料５２の粘性パラメータを予め取得しておき、取得された粘性パラメータに応じて、分注量をフィードバック制御するときの応答性を変化させる構成について説明した。しかしながら、試料５２の粘性パラメータ以外に、試料５２を収容する容器５０の形状および容器５０内の試料５２の液量などに応じて、フィードバック制御の応答性を変化させる構成とすることも可能である。このような構成では、試料５２の粘性パラメータに加えて、容器５０の形状および試料５２の液量を示すパラメータを予め取得しておき、これらのパラメータに応じて、ＰＩＤ制御部における比例ゲインＫＰ、積分時間ＴＩおよび微分時間ＴＤなどのパラメータを変更させることができる。
[Another configuration example of the dispensing device according to the embodiment]
(1) In the above-described first and second embodiments, the viscosity parameter of the
（２）上述した実施の形態１，２においては、試料５２の粘性パラメータなどを予め取得しておき、取得した粘性パラメータを分注量のフィードバック制御における応答性に反映させる構成について説明したが、分注中において、容器５０の回転角度θの変化に対する力覚センサ２０の検出値の追従性を見ながら、フィードバック制御の応答性を変化させる構成としてもよい。
(2) In Embodiments 1 and 2 described above, the viscosity parameters of the
図１１は、制御装置３０のうちの分注量の制御に関連する部分の他の構成例を示すブロック図である。図１１に示す制御装置３０は、図７に示す制御装置３０に対して演算器３３４を付加したものである。
FIG. 11 is a block diagram showing another configuration example of a portion of the
演算器３３４は、所定の制御周期ごとに制御部３２６から操作量θを受け、かつ、演算器３３２から今回の合計質量ｍ［ｔ］を受けると、操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔおよび、合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔを算出する。操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔは、前回の制御周期における操作量θに対する今回の制御周期における操作量θの変化量から求めることができる。合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔは、前回の制御周期における合計質量ｍに対する今回の制御周期における合計質量ｍの変化量から求めることができる。
The
演算器３３４は、操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔと、合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔとを比較し、ｄθ／ｄｔに対するｄｍ／ｄｔの偏差を求める。
A
操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔに対する合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔの偏差は、容器５０の回転に対する容器５０内の試料５２の移動（すなわち、分注量）のずれを示す指標となる。例えば、試料５２の粘性が高くなるに従って、偏差が大きくなる。
The deviation of the temporal change rate dm/dt of the total mass m[t] with respect to the temporal change rate dθ/dt of the manipulated variable θ is the movement of the
演算器３３４は、算出した偏差を制御部３２６へ出力する。制御部３２６は、演算器３３４から偏差を受けると、この偏差が小さくなるようにフィードバック制御の応答速度を調整する。これにより、操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔは、合計質量ｍ［ｔ］の時間的変化率ｄｍ／ｄｔに近づくことになる。例えば、上述したように試料５２の粘性が高いために偏差が大きくなる場合には、操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔが小さくなるようにフィードバック制御の応答性を変更することにより、容器５０の回転に対して試料５２の移動（分注量）を追従させることができる。
なお、図１１の構成例において、ｄθ／ｄｔに対するｄｍ／ｄｔの偏差には、試料５２の粘性以外に、容器５０の形状および容器５０内の試料の液量などが反映されることになる。制御部３２６がこの偏差に応じてフィードバック制御の応答速度を変化させることにより、分注量を目標量へ正確かつ安定的に近づけることができる。
In the configuration example of FIG. 11, the deviation of dm/dt from dθ/dt reflects the shape of the
（３）上述した実施の形態１，２においては、分注中に、試料５２の粘性パラメータに応じて容器５０の回転速度（操作量θの時間的変化率ｄθ／ｄｔ）を変更する構成について説明したが、制御装置３０はさらに、容器５０を元の姿勢に戻すときの容器５０の回転速度を試料５２の粘性に応じて変化させる構成としてもよい。例えば、制御部３２６は、試料５２の粘性が高くなるに従って、容器５０を元の姿勢に戻すための容器５０の回転速度を速くするように構成される。これによると、分注量ｄが目標値ｄ＊に達すると速やかに容器５０を元の姿勢に戻すことによって、粘性の高い試料５２が容器５０の回転から遅れて移動することによる分注量ｄのオーバーシュートが生じることを抑制することができる。
(3) In the above-described first and second embodiments, the configuration for changing the rotational speed of the container 50 (temporal rate of change dθ/dt of the manipulated variable θ) according to the viscosity parameter of the
（４）上述した実施の形態１，２では、ロボット装置を用いて試料が収容される容器を操作することにより分注量を制御する構成について説明したが、試料を受け入れる容器をロボット装置を用いて操作することにより分注量を制御する構成としてもよい。 (4) In the above-described first and second embodiments, the configuration for controlling the dispensing amount by manipulating the container containing the sample using the robot device has been described. It may also be configured to control the dispensing amount by operating with the
［態様］
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[Aspect]
It will be appreciated by those skilled in the art that the multiple exemplary embodiments described above are specific examples of the following aspects.
（第１項）一態様に係る分注装置は、容器を回転させることにより容器内に収容された液体試料を分注するように構成されたロボット装置と、ロボット装置の回転に伴って変化し、ロボット装置に作用する外力を検出するための力検出部と、ロボット装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、力検出部の検出値を用いて液体試料の分注量を検出する。制御装置は、分注量の検出値が目標値に一致する方向に向かってロボット装置による容器の回転角度を制御する。 (Section 1) A dispensing device according to one aspect includes a robot device configured to dispense a liquid sample contained in a container by rotating the container; , a force detection unit for detecting an external force acting on the robot device, and a control device for controlling the robot device. The control device detects the dispensing amount of the liquid sample using the detection value of the force detection section. The control device controls the rotation angle of the container by the robot device in the direction in which the detected value of the dispensed amount matches the target value.
第１項に記載の分注装置によれば、ロボット装置に設けられた力検出部の検出値を用いて分注量の検出値を取得し、取得した分注量の検出値に基づいて分注量を制御することにより、分注量を計測するための天秤の設置が不要となる。これによると、容器から分注された試料を受ける別の容器の配置の制約が少なくなるため、分注装置および周辺装置の配置の自由度を高めることができる。また、分注装置の使用態様のバリエーションを増やすことができるため、分析システムにおけるユーザの利便性を向上させることができる。 According to the dispensing device according to item 1, the detected value of the dispensing amount is acquired using the detected value of the force detection unit provided in the robot device, and the dispensing is performed based on the acquired detected value of the dispensing amount. By controlling the amount to be dispensed, there is no need to install a balance to measure the amount to be dispensed. According to this, restrictions on the placement of another container that receives the sample dispensed from the container are reduced, so the degree of freedom in arranging the dispensing device and peripheral devices can be increased. In addition, since it is possible to increase variations in the usage of the dispensing device, it is possible to improve user convenience in the analysis system.
（第２項）第１項に記載の分注装置において、制御装置は、所定周期ごとに力検出部の検出値を用いて分注量を検出する。制御装置は、目標値に対する分注量の検出値の偏差に基づいて容器の回転角度を設定することにより分注量をフィードバック制御する。 (Section 2) In the dispensing device described in Section 1, the control device detects the dispensing amount using the detection value of the force detection section at predetermined intervals. The controller feedback-controls the dispensing amount by setting the rotation angle of the container based on the deviation of the detected value of the dispensing amount from the target value.
第２項に記載の分注装置によれば、分注量を計測する天秤を用いることなく分注量をフィードバック制御を実行して、分注量を目標量に一致させることができる。 According to the dispensing device described in item 2, feedback control of the dispensing amount can be executed without using a balance for measuring the dispensing amount, and the dispensing amount can be matched with the target amount.
（第３項）第２項に記載の分注装置において、制御装置は、液体試料の粘性パラメータを取得し、取得した粘性パラメータに応じて分注量のフィードバック制御の応答性を変化させる。 (Section 3) In the dispensing apparatus described in Section 2, the control device acquires the viscosity parameter of the liquid sample and changes the responsiveness of feedback control of the dispensing amount according to the acquired viscosity parameter.
第３項に記載の分注装置によれば、容器内の液体試料の粘性パラメータに応じて分注量のフィードバック制御における応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。よって、液体試料の粘性に影響されず高い分注精度を実現することができる。 According to the dispensing device according to item 3, overshoot and undershoot of the dispensing amount are suppressed by changing the responsiveness in the feedback control of the dispensing amount according to the viscosity parameter of the liquid sample in the container. , the dispensed amount can be accurately and stably approached to the target value. Therefore, high dispensing accuracy can be achieved without being affected by the viscosity of the liquid sample.
（第４項）第３項に記載の分注装置において、制御装置は、分注の開始前に、ロボット装置を駆動して容器を振動させるとともに、容器の振動に対する力検出部の検出値の振動の追従性に基づいて粘性パラメータを取得する。 (Item 4) In the dispensing apparatus according to item 3, before starting dispensing, the control device drives the robot device to vibrate the container, and changes the detection value of the force detection unit with respect to the vibration of the container. A viscosity parameter is obtained based on the followability of vibration.
第４項に記載の分注装置によれば、ロボット装置および力検出部を利用して液体試料の粘性パラメータを取得することができる。 According to the pipetting apparatus described in item 4, the viscosity parameter of the liquid sample can be acquired using the robot device and the force detection section.
（第５項）第３項または第４項に記載の分注装置において、制御装置は、目標値に対する分注量の検出値の偏差を入力として比例積分微分演算を行なうことにより、容器の回転角度を設定するように構成された制御部を含む。制御部は、取得した粘性パラメータに応じて、比例積分微分演算に用いるゲインを変化させる。 (Section 5) In the dispensing device described in the third or fourth paragraph, the control device receives as input the deviation of the detected value of the dispensed amount from the target value and performs a proportional-integral-derivative operation to control the rotation of the container. A control configured to set the angle is included. The control unit changes the gain used for the proportional-integral-derivative calculation according to the obtained viscosity parameter.
第５項に記載の分注装置によれば、液体試料の粘性パラメータに応じて分注量のフィードバック制御における応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。 According to the dispensing device according to item 5, by changing the responsiveness in the feedback control of the dispensing amount according to the viscosity parameter of the liquid sample, overshoot and undershoot of the dispensing amount are suppressed, and dispensing The quantity can be brought closer to the target value accurately and stably.
（第６項）第３項から第５項に記載の分注装置において、制御装置は、液体試料の粘性が高いときには、液体試料の粘性が低いときに比べて、分注量のフィードバック制御の応答性を低下させる。 (Section 6) In the pipetting apparatus described in Sections 3 to 5, when the viscosity of the liquid sample is high, the control device performs feedback control of the pipetting amount more than when the viscosity of the liquid sample is low. Decrease responsiveness.
第６項に記載の分注装置によれば、液体試料の粘性に影響されず高い分注精度を実現することができる。 According to the dispensing device described in Item 6, high dispensing accuracy can be achieved without being affected by the viscosity of the liquid sample.
（第７項）第２項に記載の分注装置において、制御装置は、分注中、ロボット装置による容器の回転角度の時間的変化率に対する力検出部の検出値の時間的変化率の偏差に応じて、分注量のフィードバック制御の応答性を変化させる。 (Section 7) In the pipetting apparatus according to Section 2, the controller controls the deviation of the time rate of change of the detected value of the force detection unit with respect to the time rate of change of the rotation angle of the container by the robot device during pipetting. , the responsiveness of feedback control of the dispensed amount is changed.
第７項に記載の分注装置によれば、分注中に、容器の回転角度の変化に対する力検出部の検出値の追従性を見ながら、フィードバック制御の応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。 According to the dispensing device according to item 7, during dispensing, by changing the responsiveness of the feedback control while observing the followability of the detection value of the force detection unit with respect to the change in the rotation angle of the container, the dispensing can be performed. Overshoot and undershoot of the dispensing amount can be suppressed, and the dispensing amount can be accurately and stably approached to the target value.
（第８項）第７項に記載の分注装置において、制御装置は、目標値に対する分注量の検出値の偏差を入力として比例積分微分演算を行なうことにより、容器の回転角度を設定するように構成された制御部を含む。制御部は、容器の回転角度の時間的変化率に対する力検出部の検出値の時間的変化率の偏差に応じて、比例積分微分演算に用いるゲインを変化させる。 (Section 8) In the dispensing apparatus described in Section 7, the controller sets the rotation angle of the container by performing a proportional-integral-derivative operation with the deviation of the detected value of the dispensed amount from the target value as input. including a controller configured to: The control unit changes the gain used for the proportional-integral-derivative calculation according to the deviation of the temporal change rate of the detected value of the force detection unit with respect to the temporal change rate of the rotation angle of the container.
第８項に記載の分注装置によれば、分注中に、容器の回転角度の変化に対する力検出部の検出値の追従性に応じて分注量のフィードバック制御における応答性を変化させることにより、分注量のオーバーシュートおよびアンダーシュートを抑え、分注量を目標値へ正確かつ安定的に近づけることができる。
According to the dispensing device according to
（第９項）第７項または第８項に記載の分注装置において、制御装置は、容器の回転角度の時間的変化率に対する力検出部の検出値の時間的変化率の偏差が大きいときには、当該偏差が小さいときに比べて、分注量のフィードバック制御の応答性を低下させる。
(Section 9) In the dispensing device described in
第９項に記載の分注装置によれば、容器の回転角度の変化に対する力検出部の検出値の追従性に影響されず高い分注精度を実現することができる。 According to the dispensing device described in item 9, it is possible to achieve high dispensing accuracy without being affected by the followability of the detection value of the force detection unit to changes in the rotation angle of the container.
（第１０項）第１項から第９項に記載の分注装置において、力検出部は、容器の回転方向に対して水平であり、かつ互いに直交する第１の方向および第２の方向に作用する外力を検出するように構成された力覚センサを含む。制御装置は、力覚センサの検出値を用いて分注量を検出する。 (Item 10) In the dispensing device described in items 1 to 9, the force detection section is horizontal to the rotation direction of the container and is perpendicular to each other in first and second directions. A force sensor configured to detect an acting external force is included. The control device detects the dispensing amount using the detection value of the force sensor.
第１０項に記載の分注装置によれば、ロボット装置に設けられた力覚センサの検出値を用いて分注量を制御することにより、分注量を計測するための天秤の設置が不要となる。
According to the dispensing device according to
（第１１項）第１項から第９項に記載の分注装置において、力検出部は、容器の回転方向に対して水平である第１の方向に作用する外力を検出するように構成された力覚センサを含む。制御装置は、容器の回転角度が０ｄｅｇであるときに第１の方向を容器の重力方向に対して容器の回転方向と反対の方向に所定角度だけ傾斜させるとともに、容器を回転させたときの力覚センサの検出値を用いて分注量を検出する。 (Item 11) In the dispensing apparatus described in items 1 to 9, the force detection section is configured to detect an external force acting in a first direction that is horizontal to the direction of rotation of the container. Includes a force sensor. The control device tilts the first direction by a predetermined angle in a direction opposite to the direction of rotation of the container with respect to the direction of gravity of the container when the rotation angle of the container is 0 degrees, and adjusts the force generated when the container is rotated. A dispensing amount is detected using the detected value of the sensor.
第１１項に記載の分注装置によれば、ロボット装置に設けられた１軸の力覚センサを分注前に予め傾斜させておくことにより、力覚センサの検出値を用いて分注量を制御することができる。これにより、分注量を計測するための天秤の設置が不要となる。 According to the dispensing device described in Item 11, by tilting the uniaxial force sensor provided in the robot device in advance before dispensing, the detected value of the force sensor is used to determine the amount to be dispensed. can be controlled. This eliminates the need to install a balance for measuring the dispensed amount.
なお、上述した実施の形態および変更例について、明細書内で言及されていない組み合わせを含めて、不都合または矛盾が生じない範囲内で、実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。 It should be noted that, regarding the above-described embodiments and modifications, it is possible to appropriately combine the configurations described in the embodiments within a range that does not cause any inconvenience or contradiction, including combinations not mentioned in the specification at the time of filing. is scheduled from
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalents of the scope of the claims.
１０ ロボット装置、１２ ロボットアーム、１４ ロボットハンド、２０，２２ 力覚センサ、３０ 制御装置、５０ 容器、５２ 液体試料、１００ 分注装置、１１０ 基台、１１１～１１６ リンク、１４２ 一対の指部材、３０２ プロセッサ、３０４ メモリ、３０６ 入力Ｉ／Ｆ、３０８ 通信Ｉ／Ｆ、３１０ 表示部、３１２ 入力部、３２２ 設定部、３２４ 減算器、３２６ 制御部、３２８ 取得部、３３０，３３２，３３４ 演算器。 10 robot device, 12 robot arm, 14 robot hand, 20, 22 force sensor, 30 control device, 50 container, 52 liquid sample, 100 dispensing device, 110 base, 111 to 116 links, 142 pair of finger members, 302 processor, 304 memory, 306 input I/F, 308 communication I/F, 310 display unit, 312 input unit, 322 setting unit, 324 subtractor, 326 control unit, 328 acquisition unit, 330, 332, 334 calculator.
Claims (8)
前記ロボット装置の回転に伴って変化し、前記ロボット装置に作用する外力を検出するための力検出部と、
前記ロボット装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記力検出部の検出値を用いて前記液体試料の分注量を検出し、かつ、前記分注量の検出値が目標値に一致する方向に向かって前記ロボット装置による前記容器の回転角度を制御するように構成され、
前記制御装置は、
所定周期ごとに前記力検出部の検出値を用いて前記分注量を検出し、かつ、前記目標値に対する前記分注量の検出値の偏差に基づいて前記容器の回転角度を設定することにより前記分注量をフィードバック制御し、
前記液体試料の粘性パラメータを取得し、取得した前記粘性パラメータに応じて前記分注量のフィードバック制御の応答性を変化させ、
前記液体試料の粘性が高いときには、前記液体試料の粘性が低いときに比べて、前記分注量のフィードバック制御の応答性を低下させる、分注装置。 a robotic device configured to dispense a liquid sample contained within the container by rotating the container;
a force detection unit for detecting an external force acting on the robot device, which changes as the robot device rotates;
A control device that controls the robot device,
The control device detects the dispensing amount of the liquid sample using the detection value of the force detection unit, and causes the robot device to move the robot device toward a direction in which the detection value of the dispensing amount matches a target value. configured to control the rotation angle of the vessel;
The control device is
By detecting the dispensed amount using the detected value of the force detection unit at predetermined intervals and setting the rotation angle of the container based on the deviation of the detected value of the dispensed amount from the target value feedback-controlling the amount to be dispensed;
Acquiring a viscosity parameter of the liquid sample, changing responsiveness of feedback control of the dispensing amount according to the acquired viscosity parameter,
A dispensing device, wherein when the viscosity of the liquid sample is high, the responsiveness of the feedback control of the dispensing amount is lowered compared to when the viscosity of the liquid sample is low.
前記ロボット装置の回転に伴って変化し、前記ロボット装置に作用する外力を検出するための力検出部と、
前記ロボット装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記力検出部の検出値を用いて前記液体試料の分注量を検出し、かつ、前記分注量の検出値が目標値に一致する方向に向かって前記ロボット装置による前記容器の回転角度を制御するように構成され、
前記制御装置は、
所定周期ごとに前記力検出部の検出値を用いて前記分注量を検出し、かつ、前記目標値に対する前記分注量の検出値の偏差に基づいて前記容器の回転角度を設定することにより前記分注量をフィードバック制御し、
前記液体試料の粘性パラメータを取得し、取得した前記粘性パラメータに応じて前記分注量のフィードバック制御の応答性を変化させ、
前記制御装置は、前記目標値に対する前記分注量の検出値の偏差を入力として比例積分微分演算を行なうことにより、前記容器の回転角度を設定するように構成された制御部を含み、
前記制御部は、取得した前記粘性パラメータに応じて、前記比例積分微分演算に用いるゲインを変化させる、分注装置。 a robotic device configured to dispense a liquid sample contained within the container by rotating the container;
a force detection unit for detecting an external force acting on the robot device, which changes as the robot device rotates;
A control device that controls the robot device,
The control device detects the dispensing amount of the liquid sample using the detection value of the force detection unit, and causes the robot device to move the robot device toward a direction in which the detection value of the dispensing amount matches a target value. configured to control the rotation angle of the vessel;
The control device is
By detecting the dispensed amount using the detected value of the force detection unit at predetermined intervals and setting the rotation angle of the container based on the deviation of the detected value of the dispensed amount from the target value feedback-controlling the amount to be dispensed;
Acquiring a viscosity parameter of the liquid sample, changing responsiveness of feedback control of the dispensing amount according to the acquired viscosity parameter,
The control device includes a control unit configured to set the rotation angle of the container by performing a proportional-integral-derivative operation with the deviation of the detected value of the dispensed amount from the target value as input,
The dispensing device , wherein the control unit changes a gain used for the proportional-integral-derivative calculation according to the acquired viscosity parameter .
前記ロボット装置の回転に伴って変化し、前記ロボット装置に作用する外力を検出するための力検出部と、
前記ロボット装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記力検出部の検出値を用いて前記液体試料の分注量を検出し、かつ、前記分注量の検出値が目標値に一致する方向に向かって前記ロボット装置による前記容器の回転角度を制御するように構成され、
前記制御装置は、
所定周期ごとに前記力検出部の検出値を用いて前記分注量を検出し、かつ、前記目標値に対する前記分注量の検出値の偏差に基づいて前記容器の回転角度を設定することにより前記分注量をフィードバック制御し、
分注中、前記ロボット装置による前記容器の回転角度の時間的変化率に対する前記力検出部の検出値の時間的変化率の偏差に応じて、前記分注量のフィードバック制御の応答性を変化させる、分注装置。 a robotic device configured to dispense a liquid sample contained within the container by rotating the container;
a force detection unit for detecting an external force acting on the robot device, which changes as the robot device rotates;
A control device that controls the robot device,
The control device detects the dispensing amount of the liquid sample using the detection value of the force detection unit, and causes the robot device to move the robot device toward a direction in which the detection value of the dispensing amount matches a target value. configured to control the rotation angle of the vessel;
The control device is
By detecting the dispensed amount using the detected value of the force detection unit at predetermined intervals and setting the rotation angle of the container based on the deviation of the detected value of the dispensed amount from the target value feedback-controlling the amount to be dispensed;
During dispensing, the responsiveness of the feedback control of the dispensed amount is changed according to the deviation of the time rate of change of the detection value of the force detection unit with respect to the time rate of change of the rotation angle of the container by the robot device. , a dispensing device.
前記制御部は、前記容器の回転角度の時間的変化率に対する前記力検出部の検出値の時間的変化率の偏差に応じて、前記比例積分微分演算に用いるゲインを変化させる、請求項４に記載の分注装置。 The control device includes a control unit configured to set the rotation angle of the container by performing a proportional-integral-derivative operation with the deviation of the detected value of the dispensed amount from the target value as input,
5. The control unit according to claim 4 , wherein the control unit changes the gain used in the proportional-integral-derivative calculation according to a deviation of the temporal change rate of the detected value of the force detection unit with respect to the temporal change rate of the rotation angle of the container. Dispensing device as described.
前記制御装置は、前記力覚センサの検出値を用いて前記分注量を検出する、請求項１から６のいずれか１項に記載の分注装置。 The force detection unit includes a force sensor configured to detect an external force acting in a first direction and a second direction that are horizontal to the rotation direction of the container and perpendicular to each other;
The dispensing device according to any one of claims 1 to 6 , wherein said control device detects said dispensing amount using a detection value of said force sensor.
前記ロボット装置の回転に伴って変化し、前記ロボット装置に作用する外力を検出するための力検出部と、
前記ロボット装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記力検出部の検出値を用いて前記液体試料の分注量を検出し、かつ、前記分注量の検出値が目標値に一致する方向に向かって前記ロボット装置による前記容器の回転角度を制御するように構成され、
前記力検出部は、前記容器の回転方向に対して水平である第１の方向に作用する外力を検出するように構成された力覚センサを含み、
前記制御装置は、前記容器の回転角度が０ｄｅｇであるときに前記第１の方向を前記容器の重力方向に対して前記容器の回転方向と反対の方向に所定角度だけ傾斜させるとともに、前記容器を回転させたときの前記力覚センサの検出値を用いて前記分注量を検出する、分注装置。 a robotic device configured to dispense a liquid sample contained within the container by rotating the container;
a force detection unit for detecting an external force acting on the robot device, which changes as the robot device rotates;
A control device that controls the robot device,
The control device detects the dispensing amount of the liquid sample using the detection value of the force detection unit, and causes the robot device to move the robot device toward a direction in which the detection value of the dispensing amount matches a target value. configured to control the rotation angle of the vessel;
The force detection unit includes a force sensor configured to detect an external force acting in a first direction that is horizontal to the direction of rotation of the container,
The control device tilts the first direction by a predetermined angle in a direction opposite to the direction of rotation of the container with respect to the direction of gravity of the container when the rotation angle of the container is 0 degrees, and rotates the container. A dispensing device that detects the dispensing amount using a detection value of the force sensor when rotated .
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