JP5776772B2

JP5776772B2 - ロボットハンド及びロボット

Info

Publication number: JP5776772B2
Application number: JP2013522901A
Authority: JP
Inventors: 梅野　真; 真梅野
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN104647391A; US20140102239A1; US9004560B2; CN103620415A; CN103620415B; EP2728363A1; CN104647391B; JPWO2013002269A1; EP2728363A4; WO2013002269A1; US20150151434A1; EP2728363B1; US9446525B2

Description

本発明は、ロボットハンド及びロボットに関する。
本願は、２０１１年６月２８日に、日本に出願された特願２０１１−１４３４５６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、生物学や医学の分野では、生物に由来する材料を検体とした分析が行なわれている。生物に由来する材料は、血液や尿などの生物材料や、培養細胞の懸濁液など、液性の材料であることが多い。このような液性の材料を用いて分析を行なう際に、小型の遠心管（マイクロチューブ）内に液性の材料を収容して遠心分離や保存などが行なわれる。

近年、多数の検体を迅速に分析したり、人体に有害な検体を分析したりする目的で、分析機器等を操作するロボットを備えたシステムが知られている。たとえば特許文献１には、インキュベーターや遠心分離機など培養操作に必要な機器類と、これらの機器類を操作するロボットとを備えた自動細胞培養装置が記載されている。特許文献１に記載の自動細胞培養装置は、培養操作に必要な機器を操作するためのロボットハンドが設けられており、ロボットハンドを動作させるロボットに、手作業に代えて培養操作をさせることができる。

また、従来、マイクロチューブを搬送するロボットが組み込まれたシステムも知られている。このようなシステムでは、マイクロチューブ内の試料等に対して処理をする理化学機器と受け渡し台との間でマイクロチューブを搬送するロボットと、受け渡し台間でマイクロチューブを搬送するロボットとが設けられているのが一般的であった。

特開２００８−５４６９０号公報

手作業によってマイクロチューブの取り付けや取り外しをすることが想定された理化学機器が複数備えられたシステムを構築しようとした場合、各理化学機器にセットされるマイクロチューブの姿勢に最適化された複数のロボットハンドを付け替えて使用することが考えられる。しかしながら、ロボットハンドの付け替えに要する時間が処理時間のロスとなり、処理全体の時間が長くなってしまうという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、処理時間のロスを少なくすることができるロボットハンド及びロボットを提供することである。

本発明の一態様は、一対のビットを開閉動作させてマイクロチューブを把持するロボットハンドであって、前記開閉動作により前記マイクロチューブの容器本体部の外周面若しくは前記マイクロチューブの蓋部の外周面に当接する突起部と、前記突起部が前記外周面に当接している状態で前記蓋部の一部及び前記マイクロチューブのフランジ部の一部がともに挿入される凹部と、を備え、前記凹部は、前記蓋部と前記フランジ部とを間に挟む一対の面を有して矩形状に形成されており、前記凹部の角を前記容器本体部の外周面に当接させた状態で前記一対のビットが閉じられることにより、前記蓋部が前記凹部内に挿入されている姿勢とは異なる姿勢で前記マイクロチューブを保持することを特徴とするロボットハンドである。

また、前記マイクロチューブは、前記容器本体部と前記蓋部とがヒンジによって連結された押蓋式のマイクロチューブであり、前記蓋部によって閉じられた状態でチューブラックに保持された前記マイクロチューブの前記蓋部のうち前記ヒンジの反対側に位置する部分を前記凹部に係止させて、前記一対のビットにおける前記凹部以外の一部を前記ヒンジに当接させ、前記ヒンジを支点として前記蓋部を前記容器本体部から引き抜き、または、前記容器本体部に対して前記蓋部が外れた状態で前記チューブラックに保持された前記マイクロチューブの前記蓋部を前記一対のビットによって押圧して前記ヒンジを湾曲させ、さらに前記蓋部の一部を前記一対のビットによって押圧して前記容器本体部内に押し込んでもよい。

また、前記凹部は、前記一対のビットのそれぞれに互いに対向して形成され、各前記凹部は、前記蓋部及び前記フランジ部が、前記蓋部の厚さ方向に所定のクリアランスが残る状態で挿入され、前記一対のビットは、前記マイクロチューブに振動を与えて前記マイクロチューブ内の液体を攪拌する処理において、前記突起部と前記外周面との間に隙間を有する状態で前記マイクロチューブを保持してもよい。

また、前記一対のビットは、培養容器の深さ方向における前記培養容器の外寸以上の長さを有する棒状の把持部材を４つ備え、前記把持部材は、前記一対のビットの各々に、互いに平行に２つずつ配置されており、各前記把持部材の先端は、同一の仮想平面内に存することが好ましく、さらに、前記培養容器の開口側から底部側へ向かって前記把持部材を移動させて前記培養容器の外周を囲むように前記把持部材を配置し、前記一対のビットを閉じることにより、前記把持部材の先端によって前記培養容器の底部の外周を保持し、且つ前記先端よりも基端側の前記把持部材の外周面によって前記培養容器の外周面を保持してもよい。

また、本発明の別の態様は、上記ロボットハンドを備えることを特徴とするロボットである。

また、上記ロボットは、上記ロボットハンドと、前記ロボットハンドと同形の第二ロボットハンドと、を備え、前記ロボットハンドと前記第二ロボットハンドとの間で把持対象物を受け渡して前記把持対象物の掴み方を変更してもよい。

また、上記ロボットは、前記ロボットハンドが取り付けられ少なくとも６自由度以上の自由度を有する第一腕部と、前記第二ロボットハンドが取り付けられ少なくとも６自由度以上の自由度を有する第二腕部とを備えてもよい。

本発明のロボットハンド及びロボットによれば、処理時間のロスを少なくすることができる。

本発明の一実施形態のロボットハンドを備えたロボットの平面図である。同ロボットに設けられたロボットハンドの斜視図である。同ロボットに設けられたロボットハンドの斜視図である。同ロボットハンドの正面図である。同ロボットハンドの平面図である。同ロボットハンドの下面図である。同ロボットハンドの左側面図である。同ロボットハンドの右側面図である。同ロボットハンドの背面図である。同ロボットハンドの作用を説明するための図である。同ロボットハンドの作用を説明するための図である。同ロボットハンドの作用を説明するための図である。同ロボットハンドの作用を説明するための図である。同ロボットハンドの作用を説明するための図である。同ロボットハンドの作用を説明するための図である。同ロボットハンドの作用を説明するための図である。

本発明の一実施形態のロボットハンド及びロボットについて説明する。図１は、本実施形態のロボットハンドを備えたロボットの平面図である。図２及び図３は、ロボットに設けられたロボットハンドの斜視図である。図４ないし図９は、ロボットハンドの六面図であり、順に、正面図、平面図、下面図、左側面図、右側面図、背面図である。

図１に示すように、ロボット４０は、胴部４１と、第一腕部４５Ｌと、第二腕部４５Ｒと、駆動手段７５とを備える。
胴部４１は、床面などに固定された固定部４２と、固定部４２に連結された旋回部４４とを備える。
固定部４２と旋回部４４とは、所定の軸線回りに相対回動自在である。さらに、旋回部４４は、駆動手段７５から発せられる駆動信号に従って固定部４２に対して旋回動作されるようになっている。

第一腕部４５Ｌは、胴部４１に設けられ６自由度以上の自由度を有する多関節アーム４６と、多関節アーム４６の先端に設けられたロボットハンド６０とを備えている。

多関節アーム４６は、胴部４１側から順に、第一フレーム４７、第二フレーム４８、第三フレーム４９、第四フレーム５０、第五フレーム５１、及び第六フレーム５２を備える。
本実施形態では、多関節アーム４６が直線状態である場合の第一フレーム４７側を多関節アーム４６の基端側と表記し、同状態における第六フレーム５２側を多関節アーム４６の先端側と表記する。

多関節アーム４６を構成する各フレームの接続構造については、公知の接続構造を採用することができる。たとえば、国際公開第２００７／０３７１３１号明細書に開示された多関節マニピュレータを本実施形態の多関節アーム４６に適用することができる。各フレームの接続構造の一例を次に示す。

第一フレーム４７は、胴部４１から水平方向へ第一回転軸が延びるフレームであり、胴部４１に対して第一回転軸回りに回転する。第二フレーム４８は、第一回転軸と直交する第二回転軸回りに第一フレーム４７に対して回転するフレームである。第三フレーム４９は、第二回転軸と直交する第三回転軸回りに第二フレーム４８に対して回転するフレームである。第四フレーム５０は、第三回転軸と直交する第四回転軸回りに第三フレーム４９に対して回転するフレームである。第五フレーム５１は、第四回転軸と直交する第五回転軸回りに第四フレーム５０に対して回転するフレームである。第六フレーム５２は、第五回転軸と直交する第六回転軸回りに第五フレーム５１に対して回転するフレームである。第六フレーム５２の先端には、上記ロボットハンド６０が、第六回転軸と直交する第七回転軸回りに回転可能に接続されている。

本実施形態では、多関節アーム４６は、駆動手段７５によって、第一回転軸ないし第七回転軸の計７つの回転軸を個別に回転させることができる。すなわち、本実施形態の多関節アーム４６は、７自由度を有する。多関節アーム４６が６自由度を有していれば３次元空間において多関節アーム４６の先端を所望の姿勢に配置することができるが、本実施形態のロボット４０は、６自由度に１つの冗長軸を加えた７自由度を有するので、６自由度を有する場合よりも狭い空間内で多関節アーム４６の先端を移動させることができる。

図１に示すように、本実施形態では、第一腕部４５Ｌと第二腕部４５Ｒとにそれぞれ同形のロボットハンド６０（第一ロボットハンド６０Ｌ、第二ロボットハンド６０Ｒ）が設けられている。
ロボットハンド６０には、第六フレーム５２に対するロボットハンド６０の回転軸（上記第七回転軸）と直交する方向へ一対のビット６４を進退動作させるグリッパ６１と、グリッパ６１によって把持対象物が把持されたときの反力を検知する把持センサ６２と、グリッパ６１と一体に第七回転軸回りに回転されるレーザー光源及び光センサを有するレーザーセンサ６３と、を備える。

グリッパ６１は、板状のベース６１ａを介して第六フレーム５２に固定されている。ロボットハンド６０は、ベース６１ａと第六フレーム５２との間で着脱可能となっている。なお、本実施形態では、ロボットハンド６０を他の構造のロボットハンドに交換して作業をすることは必須ではない。

グリッパ６１としては、電力の供給を受けて開閉動作を行なう電動グリッパが採用されている。把持センサ６２によって反力を検知することにより、グリッパ６１は、一対のビット６４によって把持対象物を所定の把持力で把持したり、一対のビット６４に把持された把持対象物を他の物体に所定の押圧力で押し付けたりすることができる。

把持センサ６２は、ベース６１ａに固定されており、図示しない信号線を介してグリッパ６１と電気的に接続されている。

レーザーセンサ６３は、ベース６１ａに固定されている。レーザーセンサ６３は、所定のカラーマーカーを検出したことに基づいて駆動手段７５の動作を切り替える目的で設けられている。

一対のビット６４は、互いに向かい合わされた状態で面対称となる対称形の第一ビット６５および第二ビット７４を有している。以下では、第一ビット６５の構成を中心に説明し、第二ビット７４の構成については、対応する部分に対応する符号（添え字「−２」を有する）を必要に応じて付すことで説明を省略する。

図２ないし図９に示すように、第一ビット６５は、グリッパ６１に連結される本体部材６６と、本体部材６６に固定された把持部材７３とを備える。

本体部材６６は、たとえば金属の板材から切り出された略板状部材であり、グリッパ６１に基端が連結され、多関節アーム４６の先端側へと突出して設けられている。本体部材６６は、グリッパ６１によって基端が平行移動され、第二ビット７４に対して平行に近接あるいは離間されることにより開閉動作する。

本体部材６６の基端から先端へ向かう方向における本体部材６６の寸法は、把持対象物を好適に把持できる範囲内で短いことが好ましい。これは、本体部材６６がコンパクトであるほうが作業空間内における本体部材６６の取り回しが容易となるからである。また、本実施形態では、本体部材６６を移動させるグリッパ６１からの力がかかる基端が本体部材６６における力点及び支点となり、把持対象物が把持される先端が作用点となる。このため、本体部材６６の基端から先端へ向かう方向における本体部材６６の寸法が短い方が、支点と作用点との距離を短くすることができ、本体部材６６の先端の位置精度を高めることができる。

本体部材６６の外面であって第二ビット７４側に向けられた面（以下、この面を「内側面６７」と称する。）には、基端から先端へ向って、大径把持部６８と小径把持部６９とがこの順に並べて形成されている。

大径把持部６８は、一対のビット６４の開方向へ向かって内側面６７が窪んだ形状を有している。大径把持部６８における内側面６７の形状は、本体部材６６の板厚方向に交線Ｌ１が延びる２平面（第一面及６８ａび第二面６８ｂ）を有するように曲がった面形状となっている。
大径把持部６８は、円柱形や円筒形の部材を、その部材の中心軸線が上記交線Ｌ１と平行となる向きに位置決めして把持するために最適化された形状とされている。すなわち、上記円柱形や円筒形の部材は、外周面に第一面及び第二面が同時に接触するように把持される。このとき、グリッパ６１から伝わる把持力によって、上記円柱形や円筒形の部材は、その中心軸線が上記交線Ｌ１と平行となるように位置決めして保持される。

小径把持部６９は、大径把持部６８の先端側に形成され一対のビット６４の開方向へ向かって内側面６７が矩形状に窪んだ矩形凹部７０（第一凹部）と、矩形凹部７０の先端側に形成された爪部７１とを有する。

矩形凹部７０は、本体部材６６の基端から先端に向かう方向における開口寸法が、マイクロチューブ１９の蓋部１９ｂの周縁及びフランジ部１９ｄの周縁が自在に挿脱可能となるように僅かにクリアランスを有する寸法とされている。さらに、矩形凹部７０の深さは、マイクロチューブ１９の蓋部１９ｂの周縁及びフランジ部１９ｄの周縁が矩形凹部７０に収容された状態で爪部７１の突出端がマイクロチューブ１９の容器本体部１９ａの外周面に接触可能となる深さに設定されている。

爪部７１は、本体部材６６を先端から基端へ向って見たときに中央が矩形状に切り取られた形状を有している。爪部７１によって、マイクロチューブ１９の蓋部１９ｂの外周面とフランジ部１９ｄの外周面をともに把持することができる。さらに、爪部７１によって、マイクロチューブ１９の容器本体部１９ａの外周面を把持することもできる。本体部材６６を先端から基端へ向かって見たときの爪部７１の突出端は、マイクロチューブ１９等の円柱あるいは円筒状の部材を把持する際にこの部材の外周面と当接する突起部７２となっている。
なお、爪部７１は、矩形状に中央が切り取られた形状であることに代えて、Ｖ字状に中央が切り取られた形状であっても構わない。

本体部材６６の板厚方向から爪部７１を見たときに、爪部７１における内側面６７は、本体部材６６の基端から先端へ向う直線（以下「長手軸線Ｘ１」と称する。）と平行とされている。爪部７１と矩形凹部７０との境界部分は、本体部材６６の板厚方向から見たときに、一対のビット６４の開閉方向に沿う直線（以下、「幅軸線Ｙ１」と称する。）と上記長手軸線Ｘ１との双方に交差するように傾斜して形成されている。

把持部材７３は、培養容器１８を把持するために最適化された部材である。把持部材７３は、本体部材６６の板厚方向の両面のうちの一方（以下、この面を「本体部材６６の表面」と称する。）から、本体部材６６の板厚方向に延びる棒状部材であり、本体部材６６の内側面６７よりも一対のビット６４の開方向側にオフセットされた位置に設けられている。
把持部材７３は、一対のビット６４の各々に、互いに平行に２つずつ配置されている。第一ビット６５に配置された２つの把持部材７３は、本体部材６６の板厚方向から見たときに、長手軸線Ｘ１と平行な直線上に各把持部材７３の中心軸線がともに位置するように配置されている。

本体部材６６の表面から把持部材７３の突出端まで本体部材６６の板厚方向に測った寸法は、培養容器１８の深さ方向における培養容器１８の外寸と等しいか、当該外寸よりもわずかに長い。また、２つの把持部材７３の当該寸法は互いに等しい。

第二ビット７４は、第一ビット６５に形成された大径把持部６８及び小径把持部６９と面対称な形状を有する大径把持部６８−２及び小径把持部６９−２を有する。また、小径把持部６９−２には、第一ビット６５の矩形凹部７０と面対称に形成された矩形凹部７０−２（第二凹部）が設けられている。さらに、第二ビット７４は、２つの上記把持部材７３を備える。
第一ビット６５及び第二ビット７４に設けられた計４つの把持部材７３は、先端が同一の仮想平面内に存する。

図１０に示すように、本実施形態では、第一ビット６５の矩形凹部７０（第一凹部）と第二ビット７４の矩形凹部７０−２（第二凹部）とのいずれも、蓋部１９ｂによって閉じられた状態のマイクロチューブ１９のフランジ部１９ｄ及びヒンジ１９ｃ部分をともに挿入可能な寸法となっている。

図１に示すように、第二腕部４５Ｒは、第一腕部４５Ｌと左右対称に構成され第一腕部４５Ｌと同様の接続構造を有する多関節アーム４６Ｒと、第一ロボットハンド６０Ｌと同形の第二ロボットハンド６０Ｒとを備える。第二腕部４５Ｒの構成は、第一腕部４５Ｌと左右対称な形状である点以外は第一腕部４５Ｌと同一である。本明細書では、第二腕部４５Ｒの構成要素について、対応する部分に対応する符号（添え字「Ｒ」を有する）を必要に応じて付すことで説明を省略する。
第二腕部４５Ｒに設けられたロボットハンド６０（第二ロボットハンド６０Ｒ）は、第一腕部４５Ｌに設けられたロボットハンド６０（第一ロボットハンド６０Ｌ）と同一である。このため、対応する部分に対応する符号（添え字「Ｒ」を有する）を必要に応じて付すことで説明を省略する。

図１に示す駆動手段７５は、胴部４１、第一腕部４５Ｌ、及び第二腕部４５Ｒをそれぞれ動作させるアクチュエータ（不図示）と、アクチュエータに対して所定の駆動信号を出力する制御手段７６とを備える。
本実施形態では、アクチュエータとして、サーボ機構を有する電動モータが採用されている。このため、エアシリンダ等の流体圧駆動によるアクチュエータと比較して、位置精度が高く、駆動開始時及び駆動終了時の振動が少ない。

制御手段７６は、胴部４１、第一腕部４５Ｌ、及び第二腕部４５Ｒの動作手順を入力するためのコントローラを接続することができるようになっており、コントローラを介してロボット４０に対してティーチング（教示）により動作手順を記憶させることができる。なお、所謂ダイレクトティーチングによって動作手順を記憶させてもよい。制御手段７６は、記憶された動作手順に基づいて各アクチュエータに出力する駆動信号を生成して各アクチュエータを動作させる。すなわち、ロボット４０は、理化学機器の位置及び形状に基づいたティーチングプレイバックにより駆動手段７５が各アクチュエータを動作させ、ティーチングによって記憶された動作を再生する。

また、制御手段７６は、第一腕部４５Ｌ及び第二腕部４５Ｒに設けられた各アクチュエータのサーボ機構による変位量の情報に基づいて、第一ロボットハンド６０Ｌと第二ロボットハンド６０Ｒとの相対位置を検出し、上述のティーチングに従って、第一ロボットハンド６０Ｌと第二ロボットハンド６０Ｒとを協調動作させることができる。
さらに、制御手段７６は、レーザーセンサ６３からの所定の出力を受信し、理化学機器の位置に対応した位置にロボットハンド６０を位置決めするようになっている。

次に、ロボット４０及びロボットハンド６０の作用について説明する。
図１０ないし図１３は、ロボットハンドの作用を説明するための図である。

まず、チューブラックに載置されたマイクロチューブ１９を別のチューブラックへ移動させる例を示す。
図１に示すロボット４０は、第一ロボットハンド６０Ｌに設けられた一対のビット６４をグリッパ６１によって開き、第一ロボットハンド６０Ｌの長手軸線Ｘ１を鉛直方向に向けた状態で、図１０に示すように、チューブラックに載置されたマイクロチューブ１９の側方から一対のビット６４をマイクロチューブ１９に近づける。一対のビット６４に形成された矩形凹部７０にマイクロチューブ１９の蓋部１９ｂが挿入される位置で、ロボット４０は第一ロボットハンド６０Ｌの移動を停止させる。

さらに、ロボット４０は、グリッパ６１によって一対のビット６４を閉じる。マイクロチューブ１９の容器本体部１９ａの外周面と一対のビット６４の爪部７１とが接触すると、接触センサによって反力が検知される。接触センサが反力を検知したら、ロボット４０はグリッパ６１による一対のビット６４の閉動作を停止させる。このとき、ロボット４０は、一対のビット６４の間にマイクロチューブ１９のヒンジ１９ｃが位置するように、蓋部１９ｂ及びフランジ部１９ｄが矩形凹部７０内に挿入された状態でマイクロチューブ１９を把持している。さらに、マイクロチューブ１９は、爪部７１によって外周面が把持された状態となる。

ロボット４０は、第一ロボットハンド６０Ｌを上昇させ、チューブラックからマイクロチューブ１９を引き抜く。さらに、ロボット４０は、他のチューブラックへと第一ロボットハンド６０Ｌを移動させ、マイクロチューブ１９を前記他のチューブラックに載置する。

なお、容器本体部１９ａの外周面と爪部７１との間に僅かな隙間が生じている位置関係となるように一対のビット６４の位置を制御し、マイクロチューブ１９を緩く把持することもできる。この場合、マイクロチューブ１９内の液体等を攪拌させるためのミキサー（たとえばボルテックスミキサー（登録商標））にマイクロチューブ１９を接触させると、第一ロボットハンド６０Ｌが動かなくても、マイクロチューブ１９は、ミキサーからの振動により動く。

次に、ロボットハンド６０によってマイクロチューブ１９の蓋を開ける例を示す。
ロボット４０は、図１１に示すように、一対のビット６４の長手軸線Ｘ１を、垂直状態から僅かに傾斜させる。そして、第一ビット６５と第二ビット７４との一方の先端をヒンジ１９ｃの上部に当接させ、蓋部１９ｂにおいてヒンジ１９ｃと反対側の部分を第一ビット６５と第二ビット７４との他方の矩形凹部（矩形凹部７０若しくは矩形凹部７０−２）の内部に挿入する。ロボット４０は、蓋部１９ｂとヒンジ１９ｃとをそれぞれ前述の通り矩形凹部７０に係止させて、ヒンジ１９ｃを回動中心としてロボットハンド６０を回動させ、蓋部１９ｂを容器本体部１９ａから引き抜く。これにより、蓋部１９ｂはヒンジ１９ｃを支点として回動され、マイクロチューブ１９の蓋が僅かに開く。

さらに、図１２に示すように、ロボット４０（図１参照）は、開けられた蓋の内面側を一対のビット６４によって押圧して、屈曲状態で曲がり癖が付いたヒンジ１９ｃを伸ばし、蓋を完全に開く。蓋が完全に開いている状態とは、容器本体部１９ａの開口の上部が蓋部１９ｂに覆われていない状態を指す。

次に、ロボットハンド６０によってマイクロチューブ１９の蓋を閉める例を示す。
ロボット４０は、第二ロボットハンド６０Ｒのグリッパ６１に連結された一対のビット６４を、蓋が開けられた状態のマイクロチューブ１９に当接させ、一対のビット６４によって蓋部１９ｂを押圧してマイクロチューブ１９のヒンジ１９ｃを湾曲させる。さらに、一対のビット６４によって蓋部１９ｂを押圧して容器本体部１９ａ内に蓋部１９ｂを押し込む。
これにより、マイクロチューブ１９の蓋が閉められる。

次に、マイクロチューブ１９の蓋の外縁部分をロボットハンド６０によって把持する例を示す。
図１３に示すように、第一ロボットハンド６０Ｌは、一対のビット６４の爪部７１がマイクロチューブ１９の蓋部１９ｂおよびフランジ部１９ｄの外周面に当接するようにしてマイクロチューブ１９を把持する。このとき、爪部７１に設けられた突起部７２が、蓋部１９ｂの外縁に係止される。
この例では、たとえば遠心分離機のローターなど、マイクロチューブ１９のうち蓋部１９ｂ、ヒンジ１９ｃ、及びフランジ部１９ｄを除いた全てが内側に入り込む孔によって保持されているマイクロチューブ１９を、マイクロチューブ１９に振動を与えることなく孔から取り出すことができる。

次に、第一ロボットハンド６０Ｒと第二ロボットハンド６０Ｌとの間でマイクロチューブ１９の受け渡しをする例を示す。
ロボット４０は、チューブラックに載置されたマイクロチューブ１９を、第二ロボットハンド６０Ｒの一対のビット６４によって上から把持する（図１０参照）。さらに、図１４に示すように、第二ロボットハンド６０Ｒによって蓋部１９ｂ及びフランジ部１９ｄの近傍が把持されたマイクロチューブ１９は、第一ロボットハンド６０Ｌの一対のビット６４によって、対向する矩形凹部７０の間に容器本体部１９ａの外周面が挟まれるように把持される。これにより、第二ロボットハンド６０Ｒから第一ロボットハンド６０Ｌへとマイクロチューブ１９が受け渡される。
第二ロボットハンド６０Ｒから第一ロボットハンド６０Ｌへのマイクロチューブ１９の受け渡しは、旋回部４４の旋回動作中に行なうこともできる。このため、ある理化学機器から他の理化学機器へとマイクロチューブ１９を搬送している間に受け渡しによりマイクロチューブ１９の掴み方を変えることができる。

次に、細胞を培養するための培養容器を把持する例を示す。
図１５に示すように、ロボット４０は、第二ロボットハンド６０Ｒによって、付着性の細胞が培養されている培養容器１８を把持する。このとき、ロボット４０は、一対のビット６４の姿勢を、把持部材７３の先端（突出端）が下向きとなる姿勢にする。

ロボット４０は、第二ロボットハンド６０Ｒのグリッパ６１によって一対のビット６４を開動作させる。このとき、グリッパ６１は、グリッパ６１の稼働範囲として設定された最大値まで一対のビット６４を開く。また、ロボット４０は、４つの把持部材７３が培養容器１８の外周を囲む位置となるように一対のビット６４を配置し、培養容器１８が載置されている面に４つの把持部材７３の先端が接するまで第二ロボットハンド６０Ｒを下降させる。養容器が載置されている面に４つの把持部材７３の先端が接する状態で、ロボット４０は、グリッパ６１によって一対のビット６４を閉動作させる。一対のビット６４が閉動作されると、一対のビット６４に設けられた４つの把持部材７３の先端は、培養容器１８の底の外周に接し、培養容器１８の底部の外周を保持する。さらに、把持部材７３の先端よりも基端側（一対のビット６４との取付部側）では、把持部材７３の外周面によって培養容器１８の外周面が保持される。

なお、この例では培養容器１８は蓋のない容器である例となっているが、蓋付きの容器の場合には、上記動作によって容器の蓋を取り外すことができる。

次に、第一ロボットハンド６０Ｌと第二ロボットハンド６０Ｒとの間で培養容器１８の受け渡しをする例を示す。
図１６に示すように、ロボット４０は、第一ロボットハンド６０Ｌの一対のビット６４に設けられた把持部材７３の先端が上側を向くように、第一ロボットハンド６０Ｌの姿勢を制御する。さらに、ロボット４０は、第二ロボットハンド６０Ｒによって把持されている培養容器１８の大きさよりも僅かに大きく第一ロボットハンド６０Ｌの一対のビット６４を開く。

続いて、第二ロボットハンド６０Ｒは、第一ロボットハンド６０Ｌに設けられた把持部材７３の内側に培養容器１８を載置する。第一ロボットハンド６０Ｌは、培養容器１８が載置された後、グリッパ６１によって一対のビット６４を閉動作させ、培養容器１８を把持する。これにより、第一ロボットハンド６０Ｌは、培養容器１８の開口が上に向けられた状態で培養容器１８の底面を支持しつつ培養容器１８を把持する。

この例では、第二ロボットハンド６０Ｒから第一ロボットハンド６０Ｌへと培養容器１８を受け渡すことにより、平面上に載置された培養容器１８を取り上げやすい掴み方から、培養容器１８の開口と通じて器具等を入れやすい掴み方に変えることができる。

次に、大径把持部６８，６８−２を用いて把持対象物を把持する例を示す。
大径把持部６８，６８−２は、第一面６８ａ，６８ａ−２と、第二面６８ｂ，６８ｂ−２とが対向配置されている（図５参照）。大径把持部６８と大径把持部６８−２との間に把持対象物が把持されると、把持対象物の外周面が第一面６８ａ，６８ａ−２と、第二面６８ｂ，６８ｂ−２との計４面で支持される。

以上説明したように、本実施形態のロボット４０及びロボットハンド６０によれば、一対のビット６４によって、培養容器１８やマイクロチューブ１９に対して多様な掴み方をさせることができる。このため、ロボットハンドの付け替えをしなくても処理をすることができるので、処理時間のロスを少なくすることができる。

ところで、マイクロチューブには、液体が収容される容器本体部に対して蓋を押し込んで密閉する押蓋式と、容器本体部と蓋とがねじ状に形成されたねじ式とがある。一般的に、押蓋式のマイクロチューブは、蓋を容器本体部に対して跳ね上げるだけで蓋を開けることができるので、手作業によりマイクロチューブを取り扱う場合には取り扱いが容易である。また、押蓋式のマイクロチューブには、容器本体部と蓋とがヒンジによって連結された一体成形品が知られており、一体成形品の場合にはねじ式のマイクロチューブよりも安価に製造することができる。

しかしながら、従来、ロボットハンドを用いてマイクロチューブを取り扱う場合には、マイクロチューブ内に収容された試料に振動を与えることなく蓋を跳ね上げることが困難であることから、試料に対して振動が伝わることによる影響が無視できない処理を行うためのロボットには、ねじ式のマイクロチューブが採用されていた。

これに対して、本実施形態のロボットハンド６０によれば、マイクロチューブ１９のヒンジ１９ｃを支点とし、矩形凹部７０に蓋部１９ｂを挿入して蓋部１９ｂを引き抜くので、ヒンジ１９ｃの弾力によって蓋部１９ｂが開こうとするのを、ヒンジ１９ｃに当接された一対のビット６４によって支えることができる。これにより、蓋部１９ｂが勢いよく開いてマイクロチューブ１９が振動する可能性を低く抑え、マイクロチューブ１９内に収容された試料に振動が伝わりにくくなる。その結果、振動による試料への悪影響を最小限に抑えることができる。

また、第一ロボットハンド６０Ｌと第二ロボットハンド６０Ｒとが同形なので、ロボットハンド６０の左右によらず同じ処理ができる。このため、旋回部４４を旋回させる範囲に制限が生じるような狭い作業空間においても好適に処理を行うことができる。

また、第一ロボットハンド６０Ｌと第二ロボットハンド６０Ｒとがいずれも一対のビット６４を有しているので、第一ロボットハンド６０Ｌと第二ロボットハンド６０Ｒとの間でマイクロチューブ１９の受け渡しをしてマイクロチューブ１９の持ち方を変えることができる。これにより、マイクロチューブ１９と一旦載置してから別の持ち方で掴みなおすよりも素早く持ち方を変えることができる。さらに、旋回部４４を旋回動作させている間に持ち替えを完了させることもでき、異なる理化学機器間でマイクロチューブ１９を移載する処理速度が速い。

また、４つの把持部材７３によって培養容器１８の底部の外周を保持することができるので、培養容器１８の外周面を構成する壁部に大きな力がかからない。このため、培養容器１８が変形したり割れたりするのを防止することができる。

また、本実施形態では、押蓋式のマイクロチューブの蓋部を開閉することができるので、スクリューキャップ式のマイクロチューブを必要とする場合よりも消耗品のコストが低い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、ロボットハンド及びロボットに適用できる。

１８培養容器
１８ａ培養面
１９マイクロチューブ
１９ａ容器本体部
１９ｂ蓋部
１９ｃヒンジ
１９ｄフランジ部
４０ロボット
４１胴部
４２固定部
４４旋回部
４５Ｌ第一腕部
４５Ｒ第二腕部
４６多関節アーム
６０ロボットハンド
６０Ｌ第一ロボットハンド
６０Ｒ第二ロボットハンド
６１グリッパ
６２把持センサ
６３レーザーセンサ
６４一対のビット
６５第一ビット
６６本体部材
６７内側面
６８大径把持部
６９小径把持部
７０矩形凹部
７１爪部
７２突起部
７３把持部材
７４ビット
７５駆動手段
７６制御手段

Claims

容器本体部と蓋部とがヒンジによって連結された押蓋式のマイクロチューブを開閉動作により把持する一対のビットを有し、
前記ビットは、開閉動作により前記容器本体部の外周面及び前記蓋部の外周面の少なくともいずれかに当接する爪部と、前記爪部が前記外周面に当接した際に前記蓋部の一部及び前記マイクロチューブのフランジ部の一部がともに挿入される凹部と、を備え、
前記蓋部が閉じた状態の前記マイクロチューブに対し、前記蓋部の前記ヒンジの反対側の部分を前記凹部に係止させ、前記ヒンジを支点として前記蓋部を前記容器本体部から引き抜く動作と、
前記蓋部が外れた状態の前記マイクロチューブに対し、前記蓋部を前記一対のビットによって押圧して前記ヒンジを湾曲させ、さらに前記蓋部の一部を前記一対のビットによって押圧して前記容器本体部内に押し込む動作の少なくともいずれかを行う
ことを特徴とするロボットハンド。
容器本体部と蓋部とがヒンジによって連結された押蓋式のマイクロチューブを開閉動作により把持する一対のビットを有し、
前記ビットは、開閉動作により前記容器本体部の外周面及び前記蓋部の外周面の少なくともいずれかに当接する爪部と、前記爪部が前記外周面に当接した際に前記蓋部の一部及び前記マイクロチューブのフランジ部の一部がともに挿入される凹部と、を備え、
前記凹部は、前記蓋部及び前記フランジ部が、前記蓋部の厚さ方向に所定のクリアランスが残る状態で挿入される幅を持ち、
前記マイクロチューブに振動を与えて前記マイクロチューブ内の液体を攪拌する処理において、前記一対のビットによって、前記爪部と前記容器本体部の外周面との間に隙間を有する状態で前記マイクロチューブを保持する動作を行う
ことを特徴とするロボットハンド。
容器本体部と蓋部とがヒンジによって連結された押蓋式のマイクロチューブを開閉動作により把持する一対のビットを有し、
前記ビットは、開閉動作により前記容器本体部の外周面及び前記蓋部の外周面の少なくともいずれかに当接する爪部と、前記爪部が前記外周面に当接した際に前記蓋部の一部及び前記マイクロチューブのフランジ部の一部がともに挿入される凹部と、を備え、
前記一対のビットは、前記ビットの板圧方向に延びる棒状の把持部材を、前記ビットの各々に、互いに平行に少なくとも２つ備え、
容器の外周を囲むように前記把持部材が配置されるよう前記一対のビットを移動させ、さらに前記一対のビットを閉じることにより、前記把持部材によって前記容器の外周を保持する動作を行う
ことを特徴とするロボットハンド。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロボットハンドを備えるロボット。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロボットハンドと、
前記ロボットハンドと同形の第二ロボットハンドと、
を備え、
前記ロボットハンドと前記第二ロボットハンドとの間で把持対象物を受け渡して前記把持対象物の掴み方を変更する
ことを特徴とするロボット。
請求項５に記載のロボットであって、
前記ロボットハンドが取り付けられ少なくとも６自由度以上の自由度を有する第一腕部と、
前記第二ロボットハンドが取り付けられ少なくとも６自由度以上の自由度を有する第二腕部と、
を備えることを特徴とするロボット。
容器本体部と蓋部とがヒンジによって連結された押蓋式のマイクロチューブを開閉動作により把持する一対のビットを有し、前記ビットは、開閉動作により前記容器本体部の外周面及び前記蓋部の外周面の少なくともいずれかに当接する爪部と、前記爪部が前記外周面に当接した際に前記蓋部の一部及び前記マイクロチューブのフランジ部の一部がともに挿入される凹部と、を備えたロボットハンドの制御方法であって、
前記蓋部が閉じた状態の前記マイクロチューブに対し、前記蓋部の前記ヒンジの反対側の部分を前記凹部に係止させ、前記ヒンジを支点として前記蓋部を前記容器本体部から引き抜く動作を前記ロボットハンドにさせる制御と、
前記蓋部が外れた状態の前記マイクロチューブに対し、前記蓋部を前記一対のビットによって押圧して前記ヒンジを湾曲させ、さらに前記蓋部の一部を前記一対のビットによって押圧して前記容器本体部内に押し込む動作を前記ロボットハンドにさせる制御の少なくともいずれかを行うことを特徴とするロボットハンドの制御方法。
容器本体部と蓋部とがヒンジによって連結された押蓋式のマイクロチューブを開閉動作により把持する一対のビットを有し、前記ビットは、開閉動作により前記容器本体部の外周面及び前記蓋部の外周面の少なくともいずれかに当接する爪部と、前記爪部が前記外周面に当接した際に前記蓋部の一部及び前記マイクロチューブのフランジ部の一部がともに挿入される凹部と、を備え、前記凹部は、前記蓋部及び前記フランジ部が、前記蓋部の厚さ方向に所定のクリアランスが残る状態で挿入される幅を持つロボットハンドの制御方法であって、
前記マイクロチューブに振動を与えて前記マイクロチューブ内の液体を攪拌する処理において、前記一対のビットによって、前記爪部と前記容器本体部の外周面との間に隙間を有する状態で前記マイクロチューブを保持する動作を前記ロボットハンドにさせる制御を行うことを特徴とするロボットハンドの制御方法。
容器本体部と蓋部とがヒンジによって連結された押蓋式のマイクロチューブを開閉動作により把持する一対のビットを有し、前記ビットは、開閉動作により前記容器本体部の外周面及び前記蓋部の外周面の少なくともいずれかに当接する爪部と、前記爪部が前記外周面に当接した際に前記蓋部の一部及び前記マイクロチューブのフランジ部の一部がともに挿入される凹部と、を備え、前記一対のビットは、前記ビットの板圧方向に延びる棒状の把持部材を、前記ビットの各々に、互いに平行に少なくとも２つ備えたロボットハンドの制御方法であって、
容器の外周を囲むように前記把持部材が配置されるよう前記一対のビットを移動させ、さらに前記一対のビットを閉じることにより、前記把持部材によって前記容器の外周を保持する動作を前記ロボットハンドにさせる制御を行うことを特徴とするロボットハンドの制御方法。