(57)【要約】遠心分離機のローターといった、極座標系デバイスの指標角度を、ロボット工学用のエンドエフェクタといった、デカルト座標系デバイスの垂直軸に調整する方法、システム及び装置。装置は、エンドエフェクタのグリッピング手段に取り外しできるように取着された第１位置決めデバイス、及び、例えば遠心機ローターのバケットといった、ピボット式プラットホーム内に取り外しできるように挿入可能である第２位置決めデバイスを備える。第１位置決めデバイスが第２位置決めデバイスまで降下する際、第２位置決めデバイスのノッチの固定された向き及び第１位置決めデバイスの硬質性が、リニアボールスライドの主軸が第１位置決めデバイスの直交ピン軸と合致するまで、リニアボールスライドを変位させ、そして、バケットを回転させる。
2014517772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極座標系デバイスの指標角度をデカルト座標系デバイスの垂直軸に調整する装置であり、
第１位置決めデバイスが前記デカルト座標系デバイスの前記垂直軸に沿って向きを定められるように前記デカルト座標系デバイスに取着された前記第１位置決めデバイスであって、軸が直交ピン軸を定める同軸の位置決めピン対を備えた前記第１位置決めデバイスと、
前記極座標系デバイス内のピボット式プラットホームに取り外しできるように挿入される第２位置決めデバイスであって、前記第１位置決めデバイスの前記同軸の位置決めピン対を受け入れるように構築及び配置されたドッキング領域を備える前記第２位置決めデバイスと、
を含む装置。
【請求項２】
前記第２位置決めデバイスが、前記極座標系デバイスに対応する円周の軸に沿って移動するように適応された可動式デバイスを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記可動式デバイスが、リニアボールスライドである、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記指標角度は、前記円周の軸が前記直交ピン軸と垂直である場合に適合するように適応される、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第２位置決めデバイスが、前記円周の軸を定める位置調整用ステップダウンを提供する段付きプラットホームを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記ドッキング領域が、ベース部分、及び２つの垂直又は実質的に垂直な脚部を備えたＵ字形状又は実質的にＵ字形状の部分を備え、それぞれの前記脚部が、前記同軸の位置決めピン対と接触するように構築及び配置されたＶノッチ部分を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの前記垂直な脚部の前記Ｖノッチ部分が、チップを有し、前記垂直な脚部を貫通する横断チャネルが、前記チップに提供される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１位置決めデバイスが、近端及び遠端を有するＴバー位置決めデバイスであり、
前記同軸の位置決めピン対が、前記Ｔバー位置決めデバイスの前記遠端に配置されて、前記ドッキング領域と接触するように適応され、そして、係合ピン対が、前記Ｔバー位置決めデバイスの前記近端に配置されて、前記デカルト座標系デバイスと接触するように適応される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記同軸の位置決めピン対が、前記係合ピン対と直交する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記デカルト座標系デバイスが、ロボット工学用のエンドエフェクタである、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
デカルト座標系デバイスの垂直軸に回転極座標系デバイスの指標角度を調整する及び正しく調整する方法のうちの少なくとも１つの方法であって、
第１位置決めデバイスの第１軸が前記デカルト座標系デバイスの前記垂直軸と位置を調整されるように、前記第１軸を有する前記第１位置決めデバイスを前記デカルト座標系デバイスに設置するステップと、
前記回転極座標系デバイスのローター部分に配置されたピボット式プラットホーム内に第２位置決めデバイスを設置するステップと、
前記第１軸に沿って前記第１位置決めデバイスを降下させるステップと、
前記ピボット式プラットホームの円周の軸が前記第１位置決めデバイスの前記同軸の位置決めピン対の直交ピン軸と直交又は合致するまで、前記第１位置決めデバイスの前記直交ピン軸を定める同軸の位置決めピン対を前記第２位置決めデバイスと接触させるステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
接触させるステップが、
前記ピボット式プラットホームの半径方向の軸に対応させて前記第２位置決めデバイスを移動又は変位させるステップであって、前記半径方向の軸が前記円周の軸と直交するステップ、
前記円周の軸に対応させて前記第１位置決めデバイスを移動又は変位させるステップ、
前記第２位置決めデバイス及び前記ピボット式プラットホームを回転させるステップ、
の１つ以上を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
三次元の、デカルト座標ガントリ、及び、二次元の、極座標ローターを有する遠心分離機システムを備え、前記ローターが、複数のピボット式プラットホームを有し、前記ガントリが、垂直位置を調整する軸を有する、ロボット工学用のエンドエフェクタを有し、そして、前記各ピボット式プラットホーム内に配置された少なくとも１つの個々の容器及び少なくとも１つの個々の容器を含んでいるカセットを前記ピボット式プラットホーム内からピックアップするように構築及び配置されたグリッピングシステムを有する、遠心分離機アセンブリの改良物であって、前記改良物には、
前記ロボット工学用のエンドエフェクタの前記垂直軸に沿って向きを定められるように前記エンドエフェクタの前記グリッピングシステムに取り外し可能に取着される第１位置決めデバイスであって、前記第１位置決めデバイスが、それらの軸が直交ピン軸を定める同軸の位置決めピン対を備えた第１位置決めデバイスと、
前記各ピボット式プラットホームの１つに取り外しできるように挿入される第２位置決めデバイスであって、前記第２位置決めデバイスが、前記第１位置決めデバイスの前記同軸の位置決めピン対を受け入れるように構築及び配置されたドッキング領域を備える第２位置決めデバイスと、を含む改良物。
【請求項１４】
前記第２位置決めデバイスが、更に、前記極座標系デバイスに対応する円周の軸に沿って移動するように適応された可動式デバイスに機械的に取着される、請求項１３に記載の改良物。
【請求項１５】
前記可動式デバイスが、リニアボールスライドである、請求項１４に記載の改良物。
【請求項１６】
前記指標角度が、前記円周の軸が前記直交ピン軸と垂直である場合に適合するように適応される、請求項１４に記載の改良物。
【請求項１７】
前記第２位置決めデバイスが、前記円周の軸を定める位置調整用ステップダウンを提供する段付きプラットホームを備える、請求項１４に記載の改良物。
【請求項１８】
前記ドッキング領域が、ベース部分及び２つの垂直又は実質的に垂直な脚部を備えたＵ字形状又は実質的にＵ字形状の部分を備え、それぞれの前記脚部が、前記同軸の位置決めピン対と接触するように構築及び配置されたＶノッチ部分を有する、請求項１３に記載の改良物。
【請求項１９】
少なくとも１つの前記垂直な各脚部のＶノッチ部分が、チップを有し、前記垂直な脚部を貫通する横断チャネルが、前記チップに提供される、請求項１８に記載の改良物。
【請求項２０】
前記第１位置決めデバイスが、近端及び遠端を有するＴバー位置決めデバイスであり、  前記同軸の位置決めピン対が、前記Ｔバー位置決めデバイスの前記遠端に配置されて、前記ドッキング領域と接触するように適応され、そして、係合ピン対が、前記Ｔバー位置決めデバイスの前記近端に配置されて、前記デカルト座標系デバイスと接触するように適応される、請求項１３に記載の改良物。
【請求項２１】
前記各同軸の位置決めピン対が、前記各係合ピン対と直交するように適応される、請求項２０に記載の改良物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本発明は、極座標系デバイスの指標角度を調整する方法、システム及び装置に関する。より具体的には、ロボット工学用のエンドエフェクタの垂直軸に、遠心分離機のローターなどの回転デバイス内の、ピボット式プラットホームの指標角度を調整する方法、システム及びデバイスに関する。
【０００２】
背景
遠心分離機は、試験管、又は、複数の試験管を保持したカセットに含まれる試料を比較的高速で回転させるために使用される周知のデバイスである。通常、カセット用に構築及び配置された遠心分離機は、１つ以上のカセットを保持するための、バケットなどの、ピボット式プラットホームを吊着することができるトラニオンを伴う複数のアームを有した遠心機ローターを備える。ローターが回転する際、カセットの試験管も水平又は水平に近い向きに変わるように、トラニオンに吊着されたピボット式プラットホームは軸を中心に向きを変える。
【０００３】
遠心分離機は例えば４５００回転／分（RPM）の高速度で作動するように設計されているため、遠心機ローターが平衡状態であることを確実にするために、カセットがバケットに挿入されそしてバケットが正確にトラニオンに配置されることが重要である。
【０００４】
遠心分離機のロード及びアンロードのためにロボットアームが益々使用されつつあるが、カセット及びバケットの配置には、ロボットアームのエンドエフェクタ、すなわちロボットグリッパなどが、遠心機ローターのピボット式プラットホームの基準系と合致する基準系を有することが必要である。このことは、従来、エンドエフェクタが、垂直軸以外の、すべての自由度方向で十分なコンプライアンスを欠いているという事実によって、込み入ったものとなる。したがって、例えば、遠心機ローターのピボット式プラットホームなどの、極座標系デバイスの指標角度をロボットグリッパの垂直軸に調整するための方法、システム及び装置を有することが望ましい。
【０００５】
概要
例えば、遠心分離機のローターといった、極座標系デバイスの指標角度をロボット工学用のエンドエフェクタの垂直軸に調整する方法、システム及び装置が開示される。装置は、ロボット工学用のエンドエフェクタのグリッピングシステムに取り外しできるように取着可能な、例えばＴバー位置決め部分といった、第１位置決めデバイス、及び、例えば遠心機ローターのバケットといった、ピボット式プラットホーム内に、取り外しできるように挿入可能である、例えばＶブロック位置決めデバイスといった、第２位置決めデバイスを備える。
【０００６】
第１、すなわちＴバー、位置決めデバイスは、位置決め（直交する）ピンの、上部の、同軸対及び、下部の、同軸対を備え、位置決めピンは、上部対の軸が下部直交ピン対の軸と直交するように正確に機械加工される。上部直交ピン対は、ロボット工学用のエンドエフェクタのグリッピングシステムによって係合されるように構築及び配置される。したがって、ロボット工学用のエンドエフェクタの握持システムに適切に設置される場合には、第１の、Ｔバー位置決めデバイスは、ロボットアームの垂直軸に沿って向きを定められる。更に、下部直交ピン対の軸、すなわち「直交ピン軸」は、垂直軸と直交する。
【０００７】
第２、すなわちＶブロック、位置決めデバイスは、実質的にＵ字形状のＶブロック及びベース部分を備える。Ｖブロック位置決めデバイスは、リニアボールスライドに機械的に取着される。ベース部分は、リニアボールスライドが沿って移動できる位置調整用ステップダウンを備える。Ｖブロックは、下部直交ピン対の１つがそれぞれに挿入可能な、一対のノッチを備える。
【０００８】
第１の、Ｔバー位置決めデバイスが第２の、Ｖブロック位置決めデバイスまで降下した場合には、第２の、Ｖブロック位置決めデバイスのノッチの固定された向き及び第１の、Ｔバー位置決めデバイスの硬質性が、Ｖブロック位置決めデバイスをリニアボールスライドの副軸に沿って変位させると共に、バケットが回転する際に、下部直交ピン対が、Ｖブロック内で滑動する。同時に、Ｔバー位置決めデバイス及びＶブロック位置決めデバイスの機械的相互作用の結果として、遠心分離機のローターは回転する。Ｔバー位置決めデバイスがＶブロック位置決めデバイスに適切に着座する場合には、遠心機ローターの指標角度がロボット工学用のエンドエフェクタの垂直軸に調整され、遠心分離機指標デバイスはメモリに指標角度を保存する。
【０００９】
以下の添付の図面と関連して取り上げられる、本発明の好ましい実施形態の下記の説明及び請求の範囲から、本発明の他の特徴及び利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】遠心分離機アセンブリ、及び、エンドエフェクタを有するロボットアームの線図を示す。
【図２】極座標系デバイス、及び、図１のエンドエフェクタの位置を調整するシステムの線図を示す。
【図３】本発明に基づくＴバー位置決めデバイスの線図を示す。
【図４】本発明に基づくＶブロック位置決めデバイスの線図を示す。
【図５】本発明に基づく極座標系デバイスの指標角度をデカルト座標デバイスの垂直軸に調整する方法のフローチャートを示す。
【００１１】
発明の詳細な説明
図１を参照にすると、遠心分離機システム２０、フレームアセンブリ１２及び複数軸、例えば３軸、ロボットアーム３０を備える遠心分離機アセンブリ１０が示される。ロボットアーム３０は、３つの互いに直交する方向へ移動するように構築及び配置される。遠端３１にエンドエフェクタ３２を有するガントリ部分３５は、垂直位置を調整する軸を定める。エンドエフェクタ３２は、カセットに若しくはカセットから、それぞれ、試験管のような、個々の容器を挿入若しくは除去するように、並びに／又は、遠心機ローターのような、極座標系デバイスに軸着された、遠心分離機バケットのような、ピボット式プラットホームに若しくはピボット式プラットホームから、それぞれ、個々のカセットを挿入及び除去するように適応することが可能なグリッパ型エンドエフェクタ３２とすることができる。本発明は遠心機ローターに関して説明されるが、当業者は任意の極座標系デバイスへの本開示の教示の広範な適用を理解するであろう。
【００１２】
遠心機ローターのローターバケットのような、二次元（ｒ、θ）の、極座標系デバイスを、三次元の、デカルト座標系デバイスと接触する場合には、同時に、ロボット工学用のエンドエフェクタ３２などの、垂直（ｚ−）位置を調整する軸に対応する極座標系位置を調整するデバイスを調整しながら、デカルト座標系デバイスのｘ−座標及びｙ−座標に対応する極座標系位置を調整するデバイスの向きを同時に定めなければならない。位置を調整する装置、位置を調整する方法及びこのように位置を調整するシステムが、以下に説明される。
【００１３】
図２を参照にすると、二次元の、例えば、遠心機ローター１５のローターバケット１９のような、極座標系デバイス、及び、三次元の、ロボット工学用のエンドエフェクタ３２のような、デカルト座標系デバイスが示される。遠心機ローター１５は、複数の、例えば４つの、ステーション１６を備えるように構築及び配置される。一対の円筒状のトラニオン１８が、それぞれのステーション１６の内側に提供される。トラニオン対１８は、遠心分離機バケット１９を軸架するように、構築及び配置される。それぞれの遠心分離機バケット１９は、少なくとも１つの試験管を含むカセット（図示せず）を受け入れるように、更に、遠心機ローター１５の高速回転の間、トラニオン１８の対を中心に向きを変えるように、構築及び配置される。
【００１４】
ロボット工学用のエンドエフェクタ３２は、垂直（ｚ−軸）位置を定めるロボットアームガントリ３５の遠端３１（図１）に、取り外しできるように取着される。エンドエフェクタ３２は、個々の試験管をピックアップするように構築及び配置された第１対向フィンガ対３４、並びに、カセットをピックアップする第２対向フィンガ対３３を備える。それぞれの対向フィンガ３４は、スロット開口３９を定める。任意に、第１対向フィンガ対３４は、個々の試験管のピックアップを容易にするために、複数の傾斜チップ３８を備えることができる。
【００１５】
ローター１５を「正しく調整する」位置を調整するシステム４０は、Ｖブロック位置決めデバイス５０（詳細は図４に示される）及びＴバー位置決めデバイス４５（詳細は図３に示される）を備える。Ｖブロック位置決めデバイス５０は、バケット１９に取り外しできるように挿入可能である。Ｔバー位置決めデバイス４５は、スロット開口対３９を介して、第１対向フィンガ対３４に取り外しできるように取着可能である。
【００１６】
図３を参照にすると、Ｔバー位置決めデバイス４５が説明される。好ましくは、Ｔバー位置決めデバイス４５は、ステンレス鋼又は他の適した、強度のある、剛性金属から機械加工される。Ｔバー位置決め部分４５は、遠端４４に配置される第１係合（直交する）ピン対４１、及び、近端４２に配置される第２係合（直交する）ピン対４９を備える。第１直交ピン対４１は、第１垂直バー部分４３に固着し、Ｖブロック位置決めデバイス５０と接触するように適応される。第１直交ピン対４１は、直交ピン軸１１を定める。
【００１７】
第２直交ピン対４９は、第２垂直バー部分４８に固着し、グリッピングシステムの対向フィンガ３４のスロット開口３９と接触するように適応される。第２垂直バー部分４８は、第１対向フィンガ対３４がＴバー位置決めデバイス４５をつかんで、しっかりと保持することをより容易にする凹んだグリッピング部分４７を備えるように、更に機械加工される。円盤状フランジ４６が、第１垂直バー部分４３と第２垂直バー部分４８の間に提供され、Ｔバー位置決めデバイスが第１対向フィンガ対３４によってグリッピングされる間にＴバー位置決めデバイス４５が揺動又は回転するのを防止する。第１直交ピン対４１及び第２直交ピン対４９は、互いに９０度の角度で、すなわち直交ピン軸１１が第２直交ピン対４９のピン軸１３と直交するように、精密に機械加工される。
【００１８】
図４を参照にすると、Ｖブロック位置決めデバイス５０が説明される。Ｖブロック位置決めデバイス５０は、プラットホーム（ベース）部分５１、リニアボールスライド５６及びＶブロック部分５８を備える。
【００１９】
ベース部分５１は、リニアボールスライド５６が沿って横切る位置調整用ステップダウン（又は「傾斜表面」）５２を有した段付き支持体である。ばね式ボールプランジャ５５が、ベース部分５１の側壁５９に提供されて、Ｖブロック位置決めデバイス５０がバケット１９に挿入された後バケット１９の壁に対応する突起５３及び５４を付勢するように構築及び配置される。１つのばね式ボールプランジャ５５だけが、図４に示される。他のばね式ボールプランジャ（図示せず）は、ベース５１の上部側面に沿って配置され、Ｖブロック部分５８の後ろに隠れる。図４は、ベース５１の１つの側面の角に２つの突起５３、及び、ベース５１の別の側面の中央に単一の突起５４を示す。しかしながら、ベース５１の側面上の突起の数及び位置は、例示目的のためにのみ示される。
【００２０】
好ましくは、Ｖブロック部分５８は、例えばポリオキシメチレン（ＰＯＭ）といった頑強なプラスチック又は熱可塑性プラスチック、アルミニウムなどから製造される。Ｖブロック部分５８は、Ｕ字形状で、第１の垂直又は実質的に垂直なＶブロック脚部２５ａ及び第２の垂直又は実質的に垂直なＶブロック脚部２５ｂを有し、脚部は、平らな底部分２６に固着される。平らな底部分２６の幅２７、すなわち、Ｖブロック脚部２５ａと２５ｂ間の距離は、若干の遊動を提供するために、Ｔバー位置決めデバイス４５の第１垂直バー部分４３の直径よりわずかに長くなる。平らな底部分２６は、例えば、ねじ、ナット、リベットなどの、複数の締結装置２１を使用して、リニアボールスライド５６に機械的に取着される。
【００２１】
それぞれのＶブロック脚部２５ａ及び２５ｂは、Ｔバー位置決めデバイス４５の第１直交ピン対４１を受け入れるように構築及び配置されたＶ字形状のノッチ領域を備える。それぞれのノッチ領域は、ノッチ領域の底で交わる第１平面２２及び第２平面２３を備える。好ましくは、ノッチで平面２３、２４によって定められる角度は、約１００度と約１４０度の間であり、より好ましくは、約１２０度である。任意に、横断チャネル２４を、ノッチ領域の底の交点に提供することができる。横断チャネル２４は、様々な直径の第１直交ピン４１をより良く受け入れるように構築及び配置される。横断チャネル２４は、長手方向に、主軸９９に沿って同軸で向きを定められる。
【００２２】
リニアボールスライド５６は、コチカネット州ベゼルのDel-Tron Precision, Inc製のリニアボールスライドのような、規格品のリニアボールスライドとすることができる。リニアボールスライド５６の長手方向の側面５７は、副軸２８に沿って移動し、ベース５１の段付き部分５２に結合され、そして、段付き部分と接触する。
【００２３】
位置を調整する装置及びシステムを作り上げているいくつかの構成要素を説明したので、デカルト座標系デバイスに対応する極座標系デバイスを正しく調整するために、エンドエフェクタの垂直軸と一致するように極座標系デバイスの指標角度を調整する方法を説明する。前述のように、例えば、遠心機ローターのような、極座標系デバイスを「正しく調整する」方法は、バケットの縦軸又は主軸がロボット工学用のエンドエフェクタの垂直軸に正しく合うように、適切な角度で遠心機ローターをセットする。このことにより、確実に、ロボットアームのｘ−及びｙ−座標がバケット及びローターと適切に位置を調整される前にローターの回転角度が正しくセットされる。
【００２４】
図５を参照にすると、第１ステップでは、Ｖブロック位置決めデバイスがローターバケットに、例えば手で、設置され（ステップ１Ａ）、そして、Ｔバー位置決めデバイスがエンドエフェクタのグリッピングシステムに、例えば手で、設置される（ステップ１Ｂ）。次に、ロボットアームが、Ｖブロック位置決めデバイスに向かって遠心分離機まで垂直方向に、エンドエフェクタ及びＴバー位置決めデバイスを降下させる（ステップ２）。最後に、直交ピン軸がプラットホームの主軸と合致するまで、Ｔバー位置決めデバイスがＶブロック位置決めデバイスに圧入される（ステップ３）。このステップは「ドッキング」と呼ばれる。
【００２５】
Ｖブロック位置決めデバイスへのＴバー位置決めデバイスのドッキングプロセスは、結果として、以下の動作の１つ以上をもたらすことができる。Ｖブロック位置決めデバイスが、ベース部分の傾斜表面に沿って二方向に滑動若しくは変位することができ、Ｔバー位置決めデバイスが、Ｖブロック位置決めデバイス内で半径方向に滑動若しくは変位することができ、並びに／又は、Ｖブロック位置決めデバイスのベース部分及びバケットが、第１直交ピン対とＶノッチの係合によって定められた角度まで回転することができる。
【００２６】
一度主軸と直交ピン軸が合致すると、プラットホームと、したがってバケット及びローターと、エンドエフェクタが位置を調整される、つまり、「正しく調整される」。次に、バケット及びローターの位置、すなわち、プログラムされた指標角度を、例えば、遠心分離機の制御メモリのような、メモリに保存することができる（ステップ４）。このステップ後、ロボット工学用のエンドエフェクタは遠心分離機内の３つ次元すべてに作動可能で、高い精度で、複数の試験管を有するカセットを握持し及び／又はカセットに配置された別個の試験管を握持することができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態が上で説明されてきたが、様々な修正が本発明になされてもよく、本発明の趣旨及び範囲に含まれるこのような修正すべてを添付の請求の範囲が網羅するものであることが認識及び理解されよう。
【図１】
2014517772.tif 000003
【図２】
2014517772.tif 000004
【図３】
2014517772.tif 000005
【図４】
2014517772.tif 000006
【図５】
2014517772.tif 000007
【国際調査報告】
2014517772.tif 000008