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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はロボット制御装置に関し、更に詳細にはロボット制御の専門知識がなくともロボットに必要な操作をさせることができる化学品を扱うためのロボット制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、金属試料をICPC(Inductive Coupled Plasma)分析計に掛ける場合の前処理操作としては、試料を酸に溶解し試料原液を得、これを希釈、攪拌したのち一定量の分析試料溶液を分取し、必要に応じて試料溶液に内部標準溶液を加え、再度希釈、攪拌したものを測定試料溶液とし、これを分析計に適合する容器に移し取るという操作が必要になる。このように、化学の分野では個々には単純な操作であっても、全体としては一連の複雑な操作を行う場合が多く、更に、pH測定、滴定、融点・凝固点測定、向流分配抽出、クロマトグラフィーなどの高度な化学的操作を伴うため、ロボットの普及がめざましい昨今にあっても、分析化学や化学研究の分野では、十分な普及が行われておらず、現在でも汚い、きつい、危険の3Kが付きまとう職場からの脱出が困難な状況にある。
【0003】しかしながら化学的試験、研究の分野では、実験準備など単純作業や、ルーチン的繰り返し作業に多くの時間が依然として必要である。更に、光に敏感に反応する物質を取り扱う場合には、暗室での作業が必要であり、また放射性物質を使用する場合には対象を直接操作することは危険であるなど、従来人手で行っていた作業をロボットに置き換えることが望まれる。
【0004】ところで最近は、パーソナルコンピュータ(以下パソコンと略称する)で制御可能な分析化学用の小型ロボットが各種提供されるようになり、ロボット操作用言語も開発されており、ロボットに人間の作業を学習させたのち各種ロボットに実行させるLearn-Execute 手法、ニューラルネットワーク、ファジー制御など、他の分野で行われているロボット化の高度な手法も導入可能になるなど化学試験・研究分野にロボットを導入する環境が整備されるに至っている。
【0005】具体的例として、例えばフレームによる分析操作を化学者の支援を受けながらロボットに操作させる試みが発表されたり、COD(化学的酸素消費量)により環境水質分析を行うロボットシステムの開発が行われるなど、高度なロボット操作が可能になっている。そして工場など産業分野における分析ばかりでなく、医療分析はロボット化というより、病院,検査機関における臨床分析のサンプリングはオートメーション化の一環としてとらえられ、この方面での進んだ分野の一つとなっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記説明のとおり化学的操作のロボット化の環境は整っているものの、最終的にロボット制御操作の簡易化の問題がある。即ち、化学的操作に限らないが、試験・研究の場合には、手順の変更、機器類の配置替え、など試行錯誤的要素が大きく、その度にプログラムの変更が必要になるなどの問題がある。したがって、工場などに比べシステム化は充分行われておらず、操作担当者にコンピュータやロボット操作上の専門的知識・訓練がない大部分の試験・研究の現場ではロボットを導入することは、相変わらず困難な実状にある。
【0007】本発明者は、前記のように化学的試験・研究の分野におけるロボット化の問題を種々研究した結果、少なくとも試料の移動制御をパソコンの簡易ソフトなみの操作性とすることにより、従来より飛躍的なロボット化が可能になり、しかも従来より進んだ専用ロボットが提供された場合も、同様の制御システムの中で使いこなせることを見いだした。
【0008】本発明は、以上の問題に着目してなされたものであり、試験管やビーカーなどの容器のハンドリングをロボットに行わせ、その制御をパソコン用に普及している表計算ソフトなみの簡単な操作で行えるようにしたロボットの制御装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するための本発明のロボット制御装置の構成は、化学品を入れた容器をロボットが把持し移動させる制御装置であって、前記容器の保管位置及び所定の操作を行う機器の取り付け位置をロボットに記憶させ、コンピュータの表示画面に、縦横の枡目状に仕切ったセルを形成し、このセルと前記取り付け位置とを1対1に対応させ、コンピュータに予め記憶させたロボット動作の命令を、前記セルを指定してコンピュータに入力すると、ロボットが指定された位置にある容器を、指定された位置に移動させるようにしたものである。前記容器は、試験管、ビーカー、シャーレなど化学又は生物化学的手段に使用する容器を指す。また前記コンピュータは、パソコンを使用することができるが、これに限定されず他のコンピュータを使用することもできる。
【0010】コンピュータの表示画面に前記セルを枡目状に表示させ、いずれかのセル位置にカーソルを移動し、コマンド(命令語)を入力する操作は、現在スプレッドシート型の表計算ソフトとして普及している操作要領をそのまま踏襲することができる。例えば前記コマンドは、以下実施例で示すように表計算ソフトの関数式と類似の表示方法で入力するようにプログラムすることができる。前記プログラムは、例えばBASIC,C言語などのプログラム言語を使用して作成することができる。
【0011】前記ロボットにセルと前記取り付け位置とを1対1に対応させて記憶させる手段は、従来からこの種の作業に使用される手段、即ちプレイバック方式、作業記述言語、動作記述言語などの外、必要に応じ視覚機能用言語、VAL言語など、使用するロボットに装備された機能に対応した各種の手段を用いることができる。
【0012】
【作用】スプレッドシートと同様にコンピュータ画面に枡目状に表示したセルを指定して、予めコンピュータに記憶させたコマンドを入力することにより、指定した容器をロボットによって移動させる前記手段は、スプレッドシートによる計算ソフトの操作に類似した操作及び関数式を用いることが可能となり、操作手順の習熟及び操作手順の変更を容易にする。しかも、秤量など各種測定操作を伴う場合には、得られたデータを指定したセルに格納・表示させ、通常の計算ソフトと同じ手法によりデータ処理を行うことができる。
【0013】
【実施例】以下添付の図面を参照して実施例により本発明を具体的に説明する。図1~7に示す実施例1のロボット制御装置は、保持具(試験管立)1に保持させた容器(試験管)2を、ロボット(商標名:ラブロボットII、(株)イー・エス・ディ・ラボラトリ製)3により自動天秤(メトラー社製電子天秤AM100)4の上皿5上に取り付けた保持具6に装着して秤量し、その結果をパソコン(商標名:PC9801、日本電気(株)製)7のディスプレー8に表示されたセルcに表示させるようにしたものである。試験管から成る容器2を保持する保持具1の差込み穴9は、図1に示すようにA,Bの列番号と1~8の行番号とで、容器2の位置を識別できるようにしている。なお、図1に示す符号10はロボットアーム11の先端に取り付けたマニピュレータである。
【0014】パソコン7の表示画面8は、上3段にキーボード12からの入力内容,システム側からデータ及びメッセージなどの表示に使用し、その下にいわゆるスプレッドシートを表示している。上3段の最上段xは、カーソル13の座標を表す行列番号及び、当該カーソル座標のセルcに表示されているデータとを表示する欄であり、次の段yは入力したコマンド及び計算式を表示する欄であり、最下段zはシステムからのメッセージと、それに対するオペレーター(図示せず)が入力したメッセージとの表示欄である。
【0015】前記スプレッドシート欄は、縦横の枡目状に仕切られたセルcを配列し、最左端の列に行番号を、また最上行に列番号を表示し、セルc内のデータが、地色と反転させて表示してカーソル13の座標を表示している。本実施例ではカーソルキー(図中キーを特定していない)によってカーソル13を操作したが、マウスによる方法や、行列番号をキー入力して操作可能にしてもよい。
【0016】ロボット3の制御装置14は、RC232C回線15によってパソコン7と接続し、ロボット3と制御装置14との間は専用ケーブル16で接続している。制御装置14には、複数の作業対象(本実施例では自動天秤4のみ)との間に必要とする制御用信号のやり取り、データの読み込みなどができるように複数個のパラレル・インターフェイス(図示せず)を備え、ケーブル17で両者を接続するようにしている。
【0017】ロボット3は、図2に示すように操作台3aの上のターンテーブル3bから直立する2本のガイド3cに摺動自在に装着したZ軸移動体3dにロボットハンド3eを横方向に摺動自在に取り付け、ロボットハンド3eの先端部に、マニピュレータ10をロボットハンド3eに対して回転可能に、且つ把持動作を制御するマニピュレータ操作体3fを取り付けた。なお図2に示す符号3gはZ軸移動体3d及びマニピュレータ操作体3fを制御するケーブルであり、3hはガイド3cの自由端側固定部材である。また、自動天秤4の上皿5に取り付けた保持具6は、図3に示すように、頂部に容器2の差込み穴6aと、底部に緩衝材6bを設けた箱状のものからなっている。
【0018】試験管立てからなる保持具1は、図1に示すように8個の差込み穴9をA,B2列に配置した木製の試験管立を使用した。そして、前記8個の差込み穴9を、前記スプレッドシートの行に対応させて、試験管位置を指定できるようにし、ロボット3に、A,B2列,計16個の差込み穴9及び保持具6の差込み穴6aに差し込まれた容器2を正確に把持することができ、また把持している容器2を正確に差し込めるように、ロボット3の動作位置などを予め教示した。
【0019】以下、ロボット3をパソコン7によって制御する手段について説明する。各機器の電源スイッチ(図示せず)をオンし、ロボット制御プログラム(ROBOPLAN)を起動させる。ROBOPLANが動作開始すると、RS232 回線接続、ロボット位置データ( ROS5,POS )の読み込み、自動天秤4の風袋調整、ロボット動作準備の各種初期設定を行ったのち、操作開始状態となる。
【0020】次にROBOPLANの操作、即ち試験管である容器2のハンドリング制御を図4~7によって説明する。図4において、16本の容器2(図4に図示せず)を保持具1に装着し、それぞれの容器2の秤量結果がA1~B8の各セルcに表示されており、前記最下段z(図1)にはカーソル座標、即ちセル番号(B3)と秤量結果(6.270)とを表示している。なお、秤量結果はグラム単位で9桁の数値として表示している。
【0021】次に図5において、カーソル13の位置をそのままにして保持具1の(B3)の差込み穴9に在る容器2を秤量する指示として、@weigh(B3) をキーボード12から入力すると、入力した文字が次の段y(図1)に表示される。次いでリターンキー(図示せず)を押すと、最下段zにRobot works --OK(Y/N)?が表示される。これはパソコン7が入力どおりの作業を行ってよいか否かの確認を求めるものであり、Nを入力すると図2の画面に戻り、Yを入力すると、パソコン7はロボット3に保持具1のB3位置の容器2を自動天秤4の保持具6に移動させる信号をロボット3に出力する。
【0022】ロボット3が命令どおり作動し、B列2行の容器2を自動天秤4の保持具6に装着し、マニピュレータ10を開放すると、ロボット3の制御装置14は、所定時間経過後に自動天秤4から出力値を読み取り、パソコン7に出力する。パソコン7は、記憶装置(図示せず)のB3の番地にデータを格納すると共に、図6に示すようにその結果(9.017)を表示画面8の最下段zに表示し、パソコン7の操作が終了すると図7に示すようにカーソル13のあるセルcの表示、及び最上段xの表示を前記9.017に変更表示し、一連の操作を完了する。
【0023】本実施例で使用した他のコマンドを以下に例示する。
ロボット制御コマンド ロボット動作
@mov(A1..B1) 保持具1のA1にある容器2を保持具のB1の位置
に移動させる。
@from(A1) 保持具1のA1にある容器2をカーソル位置のセル
cに移動し、同時にA1のセルcに入力されている
データをカーソル位置のセルcに移動させる。
@abc BSを消す。
@@ カーソル操作に戻る
@quit(An) ロボットアーム11を待機位置に移動させ、一連の動
作を終了する。
【0024】その他のコマンドとして、データの集計など通常の計算ソフトに用いられる関数式をプログラムに搭載することができる。例えば、
@sum(A1..A5) AlからA5までの列のセルcに入力されたデータ
を合計する。
@avg(A1..A5) 前記合計の平均値を求める。
@std(A1..A5) A1からA5までの列のセルcに入力されたデータ
の標準偏差を求める。
【0025】以上のコマンドの表示方法は、例示したものに限定されず、適宜変更・追加することができる。これらの計算コマンドを、例えばA9~A11、B9~B11のセルcに入力すると、計量の都度、保持具1のA列及びB列の計量結果の合計、平均値、標準偏差を計量が終了した段階で、再計算し表示させることができるなど、表計算ソフトの手法をロボット操作と同時に同じ画面で処理することができる。
【0026】以上は秤量という物理操作を例に説明したが、化学的操作、例えば酸,アルカリによる試料の分解溶液調整、pH測定、酸塩基滴定、酸化還元滴定、機器分析への試料準備などにも適用できる。即ち関連操作に適合する単一ないし複数のロボットにより操作システムを構成し、各ロボットの間で試料を入れた容器をハンドリングする操作を本発明によって制御し、各ロボットの操作は、それぞれのロボット専用の操作に切り換えることにより、パソコン及びロボット操作に不慣れな担当者でも、化学的試験・研究分野のロボット化を行うことが可能になる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のロボット制御装置は、化学品を入れる容器を置くそれぞれの位置をロボットに記憶させると共に、コンピュータの表示画面に枡目状に配置したセルに対応させ、指定した位置の容器を、指定した位置に移動させる命令をコンピュータに入力することによってロボットを操作できるようにしたので、操作手順の変更が極めて容易であり、しかも得られたデータの総和を求めるなどのデータ加工を同じ画面で行うことができ、試験・研究などの能率を向上させることができる。
