JP7255402B2 - 分注装置 - Google Patents
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Description
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
Claims (8)
- 容器を回転させることにより前記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、
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。 - 容器を回転させることにより前記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、
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。 - 前記制御装置は、分注の開始前に、前記ロボット装置を駆動して前記容器を振動させるとともに、前記容器の振動に対する前記力検出部の検出値の振動の追従性に基づいて前記粘性パラメータを取得する、請求項1または2に記載の分注装置。
- 容器を回転させることにより前記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、
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。 - 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、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。 - 前記制御装置は、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が大きいときには、当該偏差が小さいときに比べて、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、請求項4または5に記載の分注装置。
- 前記力検出部は、前記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み、
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。 - 容器を回転させることにより前記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、
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。
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