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技術 ロボット装置を初期設定および制御するための方法

出願人 ディアメドゲーエムベーハー
発明者 フォーレ-ヴィダル,アナイスベルネイ,セバスティアンガニュパン,セドリック
出願日 2015年3月10日 (5年8ヶ月経過) 出願番号 2016-555987
公開日 2017年3月30日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2017-508634
状態 特許登録済
技術分野 マニプレータ 自動分析、そのための試料等の取扱い
主要キーワード 終端部材 制御プラグ 傾斜領域 移動平面 移動能力 軸方向片側 直動関節 デカルト
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年3月30日)のものです。
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図面 (7)

課題・解決手段

4自由度を少なくとも有する第1ロボット(70)およびデカルト型である第2ロボット(30)を備えたロボット装置初期設定および制御する方法であって、以下の工程を備える、方法。・第1ロボット(70)を用いて、第1ロボットおよび第2ロボットが共有する作業空間に配置された少なくとも1つのエレメントに関する配置探索情報収集する、および・収集された配置探索情報を用いて、第2ロボット(30)をエレメントの内部またはエレメントの周りに移動させる。

概要

背景

医療分析を行うための装置は、「分析オートマトン(automates d'analyse)」または「分析ロボット(robots d'analyse)」と称される、自動的に行われない場合には手動で行われるであろうある作業が自動的に行われ得るようにする機器を備えている。「医療分析」という用語は、人間または動物から取得された少なくとも1つの試料を扱うプロセスという意味で用いられる。例えば、そのような試料は、体液(血液、尿、リンパ液唾液等)の試料であってもよく、細胞の試料であってもよく、生体組織または臓器組織の試料であってもよい。医療分析の例としては、血液型試験、抗体を調査するための試験、ドナーレシピエントとの間の適合性を判断するための試験等が挙げられる。

医療分析装置の例は、米国特許第6162399号明細書、特開2010−054232号公報、欧州特許出願公開第2145685号明細書、および・・・に記載されている。これらの装置は、全て、デカルト型ロボット(robots de type cartesien)を利用したものである。「デカルト型ロボット」または「デカルトロボット」という用語は、自身の終端部材(またはツール)を移動させるためのものとして直動関節のみを有しているロボットを表すために用いられる。換言すると、そのロボットのリンク機構では、少なくとも3つの直動関節によって、ロボットのベース(または台)とロボットの終端部材との間の自由度を3とすることが可能となっている。

デカルトロボットは、より具体的には関節で接続されていない終端部材を有するデカルトロボットは、空間における物体の位置のみを該物体の姿勢とは無関係に考慮することによって作業空間のモデリング簡易化するという特徴を有している。このやり方の簡易であるという性質は、管理対象の物体の姿勢が既知であり固定されており各装置において再現可能であることを前提とするものである。管理対象の物体に対するデカルトロボットの移動が正確となるようにするには、物体がロボットに対して正しい姿勢をとるように、各装置が細心の注意を払って設置される(mise en place)必要がある。この要求により、装置の設置が非常に面倒になる。

このような欠点を少なくとも部分的に解決できる解決策の必要性が存在する。

概要

4自由度を少なくとも有する第1ロボット(70)およびデカルト型である第2ロボット(30)を備えたロボット装置初期設定および制御する方法であって、以下の工程を備える、方法。・第1ロボット(70)を用いて、第1ロボットおよび第2ロボットが共有する作業空間に配置された少なくとも1つのエレメントに関する配置探索情報収集する、および・収集された配置探索情報を用いて、第2ロボット(30)をエレメントの内部またはエレメントの周りに移動させる。

目的

効果

実績

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請求項1

4自由度を少なくとも有する第1ロボット(70)およびデカルト型である第2ロボット(30)を備えたロボット装置初期設定および制御する方法であって、以下の工程を備える、方法。・前記第1ロボット(70)を用いて、前記第1ロボットおよび前記第2ロボットが共有する作業空間に配置された少なくとも1つのエレメントに関する配置探索情報収集する、および・収集された前記配置探索情報を用いて、前記第2ロボット(30)を前記エレメントの内部または前記エレメントの周りに移動させる。

請求項2

前記配置探索情報は、前記第1ロボット(70)に取り付けられたセンサー、具体的にはプローブ(67)、を用いて前記エレメントを検出することによって収集される、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記配置探索情報は、前記第1ロボット(70)によって自動的に収集される、請求項1または請求項2に記載の方法。

請求項4

前記エレメントは、前記第2ロボット(30)の終端部材(36)の移動平面に対して傾いた傾斜領域である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

前記第1ロボット(70)は、6自由度と、少なくとも2つの回転関節と、を有している、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。

請求項6

収集された前記配置探索情報は、前記第1ロボット(70)固有の第1座標系表現されたものであり、前記配置探索情報は、前記第2ロボットを移動させるのに用いられる前に、前記第2ロボット(30)固有の第2座標系に変換される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。

請求項7

前記ロボット装置(1)は、医療分析装置である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。

請求項8

前記傾斜領域は、前記容器(20)の開口(26)の周縁(22)に対応する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。

技術分野

0001

本開示は、ロボット装置初期設定および制御する方法に関する。「初期設定」という用語は、装置の通常動作の前に行われる、通常動作を可能とするためのおよび/または通常動作をよりよくするための1または複数の作業という意味で用いられる。

0002

そのような方法は、具体的には、医療分析装置で利用され得る。

背景技術

0003

医療分析を行うための装置は、「分析オートマトン(automates d'analyse)」または「分析ロボット(robots d'analyse)」と称される、自動的に行われない場合には手動で行われるであろうある作業が自動的に行われ得るようにする機器を備えている。「医療分析」という用語は、人間または動物から取得された少なくとも1つの試料を扱うプロセスという意味で用いられる。例えば、そのような試料は、体液(血液、尿、リンパ液唾液等)の試料であってもよく、細胞の試料であってもよく、生体組織または臓器組織の試料であってもよい。医療分析の例としては、血液型試験、抗体を調査するための試験、ドナーレシピエントとの間の適合性を判断するための試験等が挙げられる。

0004

医療分析装置の例は、米国特許第6162399号明細書、特開2010−054232号公報、欧州特許出願公開第2145685号明細書、および・・・に記載されている。これらの装置は、全て、デカルト型ロボット(robots de type cartesien)を利用したものである。「デカルト型ロボット」または「デカルトロボット」という用語は、自身の終端部材(またはツール)を移動させるためのものとして直動関節のみを有しているロボットを表すために用いられる。換言すると、そのロボットのリンク機構では、少なくとも3つの直動関節によって、ロボットのベース(または台)とロボットの終端部材との間の自由度を3とすることが可能となっている。

0005

デカルトロボットは、より具体的には関節で接続されていない終端部材を有するデカルトロボットは、空間における物体の位置のみを該物体の姿勢とは無関係に考慮することによって作業空間のモデリング簡易化するという特徴を有している。このやり方の簡易であるという性質は、管理対象の物体の姿勢が既知であり固定されており各装置において再現可能であることを前提とするものである。管理対象の物体に対するデカルトロボットの移動が正確となるようにするには、物体がロボットに対して正しい姿勢をとるように、各装置が細心の注意を払って設置される(mise en place)必要がある。この要求により、装置の設置が非常に面倒になる。

0006

このような欠点を少なくとも部分的に解決できる解決策の必要性が存在する。

0007

本開示は、4自由度を少なくとも有する第1ロボットおよびデカルト型である第2ロボットを備えたロボット装置を初期設定および制御する方法に関する。以下、第2ロボットは、「第2」ロボットと称されたり「デカルト」ロボットと称されたり「デカルト型の」第2ロボットと称されたりする。

0008

一実施形態では、方法は、以下の工程を備える。
・第1ロボットを用いて、第1ロボットおよび第2ロボットが共有する作業空間に配置された少なくとも1つのエレメント(element)に関する配置探索情報(informations de localisation)を収集する、および
・収集された配置探索情報を用いて、第2ロボットをエレメントの内部またはエレメントの周りに(dans ou autour de cet element)移動させる。

0009

「配置探索情報」という用語は、位置および姿勢(la position et a l'orientation)に関する情報を表すのに用いられる。同様に、エレメントの「配置(situation)」という用語は、エレメントの位置および姿勢を表すのに用いられる。「配置を探索する」という用語は、配置探索情報を収集する(つまり、エレメントの配置を特定する)動作を表すのに用いられる。

0010

デカルトロボットに比べて第1ロボットの運動の自由度は大きいため、デカルトロボットに比べて第1ロボットは「機敏(agile)」である。第1ロボットのこの利点は、第1ロボットおよび第2ロボットが共有する作業空間に配置された1または複数のエレメント(つまり、物体、物体の部分、表面等)の配置を探索することに活用される。配置探索工程については後述する。収集された配置探索情報は、作業空間においてデカルトロボットを移動させるのに用いられる。

0011

装置を設置する際にデカルトロボットに対してこれらのエレメントを高い精度で置く必要はない。なぜなら、これら各エレメントの配置は、装置の設置後に第1ロボットが配置探索工程を行うときに正確に特定できるためである。このことにより、装置を設置する際に貴重な時間を節約できる(このような設置は、通常、装置の組み立て時または装置のメンテナンス時になされる)。さらに、装置を設置する際にエレメントがその理論的な位置に対して「不良に(mal)」置かれた場合、配置探索工程においてエレメントの「不良な(mauvaise)」配置が検出され、デカルトロボットを移動させるときにこの「不良な(mauvaise)」配置が考慮される。この調整により、装置の動作不良のリスクを低減できる。

0012

この配置探索情報は、第1ロボットに取り付けられたセンサー、具体的にはプローブ、を用いて配置探索対象のエレメントを検出することによって収集されてもよい。第1ロボットの終端部材には、そのようなセンサーを設けることができる。

0013

配置探索情報は、第1ロボットによって自動的に収集され得る。例えば、第1ロボットは、プログラムによって制御されるものであってもよく、上記エレメントの配置を探索するために自動的にある一連タスクを行うものであってもよい。制御プラグラムは、装置の設置後に開始することができる。そのような制御プログラムは従来知られているものであり、販売されているロボットにはこの種のプログラムが搭載されているものもある。

0014

配置探索対象のエレメントは、デカルトロボットの終端部材の移動平面に対して傾いた傾斜領域、つまり、デカルトロボットの3つの直動関節の3対の軸によって規定される3つの平面に対して非ゼロの角度を形成する領域、であってもよい。具体的に、デカルトロボットの終端部材の移動平面の1つは水平であってもよく、配置探索対象の領域は水平に対して傾いていてもよい。例えば、配置探索対象の領域の水平に対する傾斜角は、3〜15°の範囲にあってもよく、より具体的には5〜10°の範囲にあってもよい。なお、プローブを有するデカルトロボットでは、上記のような領域の配置を正確に探索することは難しい。なぜなら、領域の姿勢に従ってプローブが動くようにプローブを精度よく移動させることができないためである。このように、第1ロボットはデカルトロボットよりも機敏であるため、第1ロボットによってこの領域の配置を探索することには利点がある。

0015

傾斜領域は、容器の開口の周縁に対応していてもよい。医療分析の分野では、この種の領域の配置を探索できることには、以下の明細書で詳細に説明される具体的な利点がある。

0016

第1ロボットによって収集された配置探索情報は、通常は、第1ロボット固有の第1座標系表現されたものであり、それゆえ第2ロボットによって直接的に利用され得るわけではない。このため、この配置探索情報は、第2ロボットを移動させるのに用いられる前に、第2ロボット固有の第2座標系に変換される。種々の変換方法が採用され得る。例えば、装置の初期設定またはメンテナンスの際に、2つのロボットが共有する作業空間にテンプレート(gabarit)を置くことができ、第1ロボットによってテンプレートの配置を探索して第1ロボットの座標系(例えば、第1ロボットのベース座標系または「ワールド(world)」)におけるテンプレートの座標(つまり、位置および姿勢)を特定することができる。また、第2ロボットによって同一のテンプレートの配置を探索し、第2ロボットの座標系(例えば、第2ロボットのベース座標系または「ワールド(world)」)におけるテンプレートの座標を特定することができる。これにより、2つの座標系の間の変換行列を得ることができる。変換行列は、第1ロボットの座標系におけるエレメントの配置探索情報(つまり、座標)を用いて第2ロボットの座標系における同一のエレメントの配置探索情報を計算するのに利用され得る。

0017

上述の特徴に加え、提案する方法/装置は、個別に考えてもよく技術的に組み合わせ可能と考えてもよい1または複数の以下の特徴を有していてもよい。
・第1ロボットは、6自由度と、少なくとも2つの回転関節(articulations rotoides)と、を有している。
・第2ロボットの終端部材は、第2ロボットの他の部分に対して(つまり、このロボットの搬送部に対して)関節で接続されていない。

0018

上述の特徴、利点およびその他は、提案する方法の適用例に関する以下の詳細な記載を読むことによって明らかになる。詳細な記載は、図面を参照しながら説明される。

0019

添付する図面は、概略的なものであり、寸法を測るためのものではない。これらの主たる目的は、本発明の原理を説明することである。

0020

図面では、互いに異なる図において、同一のエレメント(またはエレメントの部分)は同一の参照符号で表示される。

図面の簡単な説明

0021

図1は、医療分析ロボット装置の一例を示す。
図2は、図1の装置で用いられる容器の一例を示す。
図3は、矢印IIIに沿って観察した図2の容器の平面図である。
図4は、IV-IV平面に沿った図2および3の容器の軸方向片側断面図である。
図5は、図4視点と同様の視点の図であり、容器の底を検出する工程を示す。
図6は、図4の視点と同様の視点の図であり、図1のデカルトロボットの終端部材を容器内に移動させる工程を示す。

実施例

0022

以下、添付の図面を参照しつつ、例示的な実施形態を詳細に記載する。この例により、本発明の特徴および利点が説明される。ただし、本発明は、この例に限定されない。

0023

図1に、医療分析を行うためのロボット装置1を示す。装置1は、4自由度を少なくとも有する第1ロボット70とデカルト型の第2ロボット30とを支持するフレーム10を備え、さらに、分析対象の試料および/または該試料と反応する試薬を収容するのに特に適している複数の容器を備えている。

0024

第1ロボット70は、装置1の実質的な中心に配置されており、第1ロボット70には、複数の関節を有する(poly-articule)アーム60が設けられている。この例では、アーム60は、第1アーム部61を備えている。第1アーム部61は、フレーム10に固定された水平な台80から延びており、装置1の実質的な中心に配置されている。第1アーム部61は、台80に、実質的に鉛直である第1軸A1について回転可能に取り付けられている。第2アーム部62は、第1アーム部61に接続されている。第2アーム部62は、第1アーム部61に、第1軸A1に垂直な第2軸A2について回転可能に取り付けられている。第3アーム部63は、第2アーム部62に接続されている。第3アーム部63は、第2アーム部62に、A2に平行な第3軸A3について回転可能に取り付けられている。第4アーム部64は、第3アーム部63に接続されている。第4アーム部64は、第3アーム部63に、第3軸A3に垂直な第4軸A4について回転可能に取り付けられている。第5アーム部65は、第4アーム部64に接続されている。第5アーム部65は、第4アーム部64に、第4軸A4に垂直な第5軸A5について回転可能に取り付けられている。最終的に、アーム60は、第4アーム部64の反対側にある第5アーム部65の端部に接続された第6アーム部または終端部材66によって終端されている。終端部材66は、第5アーム部65に、第5軸A5に垂直な第6軸A6について回転可能に取り付けられている。それぞれ回転軸A1〜A6を有するこれら6つの回転関節によって、終端部材66は、自身の周囲360°に分布し高さが様々であり姿勢が様々である全てのエレメントに到達することができる。なお、第1ロボット70は、別の構成の複数の関節を用いて同じ運動の自由度が与えられたものであってもよい。

0025

第2ロボット30は、デカルト型のロボットであり、自身の終端部材(またはツール)36を移動させるためのものとして複数の直動関節を有している。これらの直動関節は、デカルト(直交)座標系におけるX軸、Y軸およびZ軸の3つに沿って終端部材を移動させ得る。この座標系のX軸およびY軸を含むXY平面は、実質的に水平な平面である。このロボットの終端部材36は、このロボットの他の部分に対して(つまり、このロボットの搬送部に対して)静止するように取り付けられている(つまり、終端部材36は関節で接続されていない)。

0026

この装置では、デカルト型ロボット30は、具体的には、図2に示すように、容器20の内部からある量の試薬21を取り出すのに用いられる。このために、デカルト型ロボット30の終端部材36には、取り出し毎に所定量の試薬21を吸い上げる、ピペット37のような取出器具が設けられている。

0027

医療分析の分野では、非常に高価な試薬がある。そのような試薬が容器に入っている場合には、僅かな量の試薬すら無駄にしないようにするために、容器内に存する試薬の全部(またはほぼ全部)を取り出すことができること(つまり、容器内に未使用の試薬が全く残らないようにすることができること)が望ましい。

0028

図に示す例では、容器20は、回転軸Cを有する円筒形状を有している。容器20は、底壁23と底壁23の反対側にある開口26との間を延びる円筒状の側壁25を備えている。側壁25の端部は、開口26の縁22を規定している。縁22は、水平なXY平面に対して傾いた傾斜面に含まれている。この傾きは、図4では、傾斜角Aによって表現されている。底壁23の中心は、Bと表示されている。軸Cは、中心Bを通過している。

0029

容器20は、装置1の第1ロボット70および第2ロボット30が共有する作業空間に配置されている。

0030

ピペット37を用いて吸引により容器20内に存する試薬21の全部(またはほぼ全部)を取り出すことを可能とするために、容器20は、図示されているように、水平に対して傾けられている。容器の最も低い点PBは底壁23の周縁に配置された点となり、試薬21はこの点PB辺りに集まる。ピペット37の先端をポイントPBまで到達させることによって(図6参照)、容器20内に存する試薬21の全部(またはほぼ全部)を吸い上げることが可能となる。ピペット37の先端をできるだけ正確に点PBまで到達させ得るようにするのが重要であることが理解されよう。なぜなら、この点PBからピペットの先端が少しでも逸脱すると試薬のロスが生じるためである。そのためには、ピペットを搬送するデカルト型ロボット30が点PBの位置を正確に「知る」ことが重要である。

0031

点PBの配置の探索では、容器20(通常は空の容器)が設置され、ロッド68の端部に取り付けられたプローブ67(例えば、圧電プローブ)を用いて開口26の縁22が検出される。ロッド68は、第1ロボット70の終端部材66に取り付けられている。第1ロボット70の移動能力を考慮すると、この作業には困難性はない。具体的には、終端部材66は、プローブ67が縁22を含む平面を移動する際にプローブ67が縁22に沿って動くように、傾けられ得る。この作業は、図5において矢印M1によって図式的に表されている。縁22は、第2ロボット30の終端部材36の移動平面に対して傾いた傾斜領域の一例である。

0032

縁22が検出され縁22の配置が探索されれば、計算により軸Cの位置を推定することが可能となる。プローブ67は、軸Cに沿って底壁23の中心Bまで動かされる。この作業は、図5において矢印M2によって図式的に表されている。あるいは、容器20の底に直接的に接触する代わりに、容器20を収容するべき筐体の底に接触してそこから計算により(つまり、底壁23の厚さを考慮することにより)容器の底の中心Bの配置の推定することもできる。第1ロボット70の移動能力を考慮すると、この作業には困難性はない(しかし、第1ロボット30を用いてこの作業を行うことはできない)。縁22の配置および底壁23の中心Bの配置を知ることで、計算により最も低い点PBの配置を推定することが可能となる。

0033

第1ロボット70の座標系(例えば、第1ロボット70のベース座標系)における最も低い点PBの配置が分かれば、変換行列を用いた計算により第2ロボット30の座標系(例えば、第2ロボット30のベース座標系)における最も低い点PBの配置を特定することができる。この情報を用いれば、ピペット37の先端を正確に点PBに移動させ、試薬21の全部(またはほぼ全部)を取り出すことが可能となる。

0034

当然ながら、これは提案する方法の一適用例に過ぎず、この例は説明的で非限定的なものである。具体的に、本方法は、タイプおよび形状が異なる容器に適用可能であり、容器の最も低い点の位置は、容器の他の領域の配置の探索または容器の支持体の他のある領域の配置の探索に依存する他の方法を用いて計算することができる。より一般的には、上記の開示により、当業者は、本発明の範囲内で、実施形態または実装例を改変したり他のものを構想したりすることができる。

0035

また、これらの実施形態または実装例の種々の特徴を、単独で使用してもよく、互いに組み合わせてもよい。組み合わせる場合には特徴を上記のように組み合わせてもよく、そうでなくてもよく、本発明は本明細書に記載の特定の組み合わせに限定されない。具体的に、反対の記載がない限り、1つの具体的な実施形態または実装例に記載された特徴は、他の実施形態または実装例に類似の態様で適用され得る。

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