JP-2026514967-A - 臨床検査自動機器の多軸グリッパー用磁気接続システム

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Abstract

臨床検査自動機器には、ベースと、回転可能に結合されたタワー、タワーに対して相対的に移動可能なアーム、アームに回転可能に結合された前腕、及び前腕に手首関節を中心に回転可能に結合された手首アセンブリを含む。手首アセンブリは、第１磁石を含むエンドエフェクター、第２磁石を含むキャップ、エンドエフェクターに回転可能に結合されたグリッパー、グリッパーに支えられた線形アクチュエータ、及びグリッパーに支えられたセンサーを含む。線形アクチュエータは、エンドエフェクターに対するグリッパーの位置を調整するように構成されている。線形アクチュエータはキャップに結合されている。センサーは、エンドエフェクターに対するグリッパーの向きを検出する。第１及び第２磁石の分離に応じて、センサーはグリッパーがエンドエフェクターに対する向きが所定の動作範囲外にあることを検出し、線形アクチュエータの動作を停止する。【選択図】図１

Inventors

ダーネルゲーリー
リフマイケルポール
ヴィッチェンジョナサン
ダン－デュフォルトロブ
ジョンソンスティーヴンウェイン

Assignees

サーモシーアールエスリミテッド

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240530
Priority Date: 20230531

Claims (20)

臨床検査自動機器であって、ベースと、前記ベースに回転可能に結合されたタワーと、前記タワーに対して相対的に移動するアームと、前記アームに回転可能に結合した前腕と、手首関節を中心に前記前腕に回転可能に結合した手首アセンブリと、を備え、前記手首アセンブリが、第１磁石を含むエンドエフェクターと、第２磁石を含むキャップであって、前記第２磁石が、磁気力で前記第１磁石に磁気的に結合するように構成されている、前記キャップと、前記エンドエフェクターにピボット回転可能に接続されたグリッパーと、前記グリッパーに支えられて前記エンドエフェクターに対して前記グリッパーの位置を調整するように構成された線形アクチュエータであって、前記線形アクチュエータの一部が、前記エンドエフェクターを通して延びて前記キャップに結合された、前記線形アクチュエータと、前記グリッパーに支えられ、前記エンドエフェクターに対する前記グリッパーの向きを検出するように構成されたセンサーであって、第１磁石と第２磁石の分離に応じて、前記センサーは前記エンドエフェクターに対する前記グリッパーの向きが所定の動作範囲外にあることを検出し、前記線形アクチュエータの動作を停止するように構成されている、前記センサーと、を含む、臨床検査自動機器。
前記第１磁石は複数の第１磁石であり、前記第２磁石は複数の第２磁石であり、前記複数の第１磁石と前記複数の第２磁石が、前記キャップを前記エンドエフェクターに磁気的に結合する、請求項１に記載の臨床検査自動機器。
前記手首アセンブリは、前記エンドエフェクターによって部分的に収容され、前記キャップによって部分的に収容された軸受を含む、請求項２に記載された臨床検査自動機器。
前記複数の第１磁石が前記軸受の周囲に等間隔に配置され、前記複数の第２磁石が前記軸受の周囲に等間隔に配置されている、請求項３に記載の臨床検査自動機器。
前記複数の第１磁石は、前記キャップを前記エンドエフェクターに対して位置合わせするように、前記複数の第２磁石に引き付けられるように構成されている、請求項４に記載の臨床検査自動機器。
前記軸受は、前記キャップに接続された外輪と、前記線形アクチュエータに接続された内輪とを含む、請求項３に記載の臨床検査自動機器。
前記線形アクチュエータは、ケースと、軸受と、前記ケースに対して移動可能であり前記軸受によって受け入れられた駆動シャフトとを含み、前記軸受は、前記キャップによって部分的に規定され且つ前記エンドエフェクターによって部分的に規定された開口部によって収容されている、請求項１に記載の臨床検査自動機器。
前記軸受は第１軸受であり、前記線形アクチュエータは、前記ケースに結合された第２軸受を含み、前記線形アクチュエータは、移動軸を規定し、前記駆動シャフトが前記ケースに対して移動するとき、前記移動軸は前記第２軸受を中心としてピボット回転する、請求項７に記載の臨床検査自動機器。
前記磁気力は前記グリップへの外部力の印加により打ち消され、前記磁気力が打ち消されたことに応じて、前記キャップが前記エンドエフェクターから分離する、請求項１に記載の臨床検査自動機器。
前記センサーは、前記グリッパーと前記エンドエフェクターとの間の距離を測定するように設定されている、請求項１に記載の臨床検査自動機器。
前記センサーと通信するコントローラをさらに備え、前記コントローラは、測定された距離を前記センサーから受信し、前記エンドエフェクターに対する前記グリッパーの向きを決定するように設定されている、請求項１０に記載の臨床検査自動機器。
前記エンドエフェクターに対する前記グリッパーの決定された向きに応じて、前記コントローラは、前記グリッパーが前記所定の動作範囲内にあるか外にあるかを判断するように構成されている、請求項１１に記載の臨床検査自動機器。
前記線形アクチュエータは、モーターを含み、前記モーターは、前記グリッパーが前記所定の動作範囲外であると前記コントローラが判断したことに応じて、停止するように構成されている、請求項１２に記載の臨床検査自動機器。
臨床検査自動機器であって、少なくとも３方向に動くように構成された手首アセンブリを備え、前記手首アセンブリは、エンドエフェクターと、前記エンドエフェクターにピボット回転可能に結合されたグリッパーと、前記グリッパーに支えられている第１線形アクチュエータ及び第２線形アクチュエータと、前記エンドエフェクターに磁気的に接続された第１キャップであって、前記第１キャップと前記エンドエフェクターが協働して第１開口部を規定し、前記第１線形アクチュエータの一部が前記第１開口部に受け入れられている、前記第１キャップと、前記エンドエフェクターに磁気的に接続された第２キャップであって、前記第２キャップと前記エンドエフェクターが協働して第２開口部を規定し、前記第２線形アクチュエータの一部が前記第２開口部に受け入れられている、前記第２キャップと、前記グリッパーに支えられたセンサーアセンブリであって、前記センサーアセンブリは、前記エンドエフェクターに対する前記グリッパーの向きを検出するように構成されている、前記センサーアセンブリと、前記センサーアセンブリと通信するコントローラであって、前記エンドエフェクターに対する前記グリッパーに対する検出された向きが所定の動作範囲外にあることに応じて、前記コントローラは、前記第１線形アクチュエータと前記第２線形アクチュエータの動作を停止するように構成されており、前記エンドエフェクターに対する前記グリッパーの検出された向きが所定の動作範囲外にあることに応じて、前記第１キャップと前記エンドエフェクターとの間の磁気接続又は前記第２キャップと前記エンドエフェクターとの間の磁気接続の少なくとも一方が分離される、前記コントローラと、を含む、臨床検査自動機器。
前記エンドエフェクターは、ベースと、前記ベースから延びる第１突起部と、前記ベースから延びる第２突起部とを含み、前記第１キャップと前記第１突起部が協働して前記第１開口部を規定し、前記第２キャップと前記第２突起部が協働して前記第２開口部を規定する、請求項１４に記載の臨床検査自動機器。
前記センサーアセンブリは、前記第１線形アクチュエータに隣接して配置され前記第１突起部の位置を検出するように構成された第１センサーと、前記第２線形アクチュエータに隣接して配置され前記第２突起の位置を検出するように構成された第２センサーと、を含む、請求項１５に記載の臨床検査自動機器。
前記第１線形アクチュエータは第１モーターを含み、前記第２線形アクチュエータは第２モーターを含み、前記コントローラは、前記エンドエフェクターに対する前記グリッパーの検出された向きが前記所定の動作範囲外であることに応じて、前記第１モーターと前記第２モーターを停止する、請求項１４に記載の臨床検査自動機器。
前記第１キャップは複数の第１磁石を含み、前記エンドエフェクターは複数の第２磁石を含み、前記第１磁石と前記第２磁石は、引き寄せられ磁気接続を形成するように構成されている、請求項１４に記載の臨床検査自動機器。
前記第２キャップは複数の第１磁石を含み、前記エンドエフェクターは複数の第２磁石を含み、前記第１磁石と前記第２磁石は、引き寄せられ磁気接続を形成するように構成されている、請求項１４に記載の臨床検査自動機器。
前記所定の動作範囲は、前記グリッパーが前記エンドエフェクターに対して少なくとも１つの軸に沿って－３度から＋３度に向けられていることである、請求項１４に記載の臨床検査自動機器。

Description

関連出願の相互参照本出願は、２０２３年５月３１日に提出された米国仮出願第６３／５０５，３８８号「臨床検査自動機器の多軸グリッパー用磁気接続システム」と題する出願（その内容は、その全体が本出願に引用により組み込まれる）に優先権を主張する。本開示は、自動臨床検査システムに関連している。より具体的には、本開示は、エンドエフェクターに対してグリッパーを磁気的に位置決めするように構成された磁気アセンブリに関するものである。システム損傷を引き起こす可能性のある力に対して、磁気アセンブリはグリッパーをエンドエフェクターから分離するように構成されており、これによりグリッパーがエンドエフェクターと位置がずれた状態に保持される。これにより、システム損傷が発生する前に動作が停止する。実験用自動機器の斜視図である。図１に示す実験用ロボットに付属する手首アセンブリと手首関節の斜視図である。図２の手首アセンブリと手首関節の上部図である。図２の手首アセンブリと手首関節の側面図である。図２の手首アセンブリと手首関節の展開図であり、ケースと手首アセンブリの上部カバーを取り外した状態である。図２の手首アセンブリの別の展開図である。図２の手首アセンブリの線形アクチュエータアセンブリの断面図であり、図３の７－７線に沿って取得されている。図２の手首アセンブリの一部の斜視図であり、図５の８－８線に沿ったセンサーアセンブリを示している。本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明や図面に記載又は示された構造の詳細や部品の配置に限定されるものではないことを理解すべきである。本発明は、他の実施形態においても使用することができ、様々な方法で実施することができる。図示の実施形態において、手首アセンブリ４６を含む自動装置１０が含まれている。手首アセンブリ４６は、手首関節５０によって回転可能である。手首アセンブリ４６は、マイクロタイタープレートなどの部品を掴むように設定されている。手首アセンブリ４６には、グリッパーアセンブリ５４、エンドエフェクター５８、磁気接続システム１１４ａ、１１４ｂが含まれる。グリッパーアセンブリ５４は、１つ以上のモーター１２２ａ、１２２ｂによって、エンドエフェクター５８に対して回転するように構成されている。第１センサー２０６ａと第２センサー２０６ｂは、グリッパーアセンブリ５４内に配置されている。センサー２０６ａ、２０６ｂは、グリッパーアセンブリ５４とエンドエフェクター５８との間の間隔を測定し、その距離をコントローラに送信するように設定されている。動作中に、グリッパーアセンブリ５４がエンドエフェクター５８と一致しないという衝撃状況が生じ得る。衝撃状況は、モーター１２２ａ、１２２ｂの損傷、手首関節５０の損傷など、複数の望ましくない結果を引き起こし得る。これらの望ましくない結果を防止するため、衝撃状況は磁気接続システム１１４ａ、１１４ｂの位置をずらす。さらに、センサー２０６ａ、２０６ｂ及びコントローラは、損傷が発生する前に動作を停止する。図１は、少なくとも１つの科学的プロセス（例：アッセイ、ポリメラーゼ連鎖反応など）を実行するように設定された検査用自動装置又は自動装置１０の例を示す。自動装置１０（臨床検査自動機器１０とも呼ばれる）は、ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｉｎｃ．から商標ＳｐｉｎｎａｋｅｒＸＴの下で販売しているようなＳＣＡＲＡ型自動装置であり得る。多関節型ロボット装置、クモ型ロボット装置、又はその他の適切な種類のロボット装置など、他のタイプの自動装置を使用し得る。図の自動装置１０には、ベース１４が含まれている。タワー１８は、第１垂直軸２２を起点としてベース１４に回転可能に結合されている。昇降機２６は、タワー１８に移動可能に結合されている。昇降機２６は、タワー１８に対して第１垂直軸２２と平行な方向において直線的に移動可能である。アーム３０は、昇降機２６に結合されている。アーム３０は昇降機２６によって可動する。自動装置１０にはさらに、肘関節３８でアーム３０に回転可能に結合された関節部前腕３４が含まれる。肘関節３８は、第２垂直軸４２を規定する。第２垂直軸４２は外側にオフセットされ、第１垂直軸２２に対して平行に向けられている。手首アセンブリ４６は、手首関節５０で前腕３４に回転可能に結合している。手首関節５０は、第３垂直軸Ｚ（ヨー軸Ｚと呼ばれる）を規定している。ヨー軸Ｚは、第１垂直軸２２及び第２垂直軸４２と平行に配置され、横方向にオフセットされている。手首アセンブリ４６には、多軸グリッパー５４（グリッパーアセンブリ５４とも呼ばれる）とエンドエフェクター５８が含まれる。エンドエフェクター５８は、手首関節５０に結合し、一緒に回転可能である。グリッパー５４はエンドエフェクター５８にピボット回転可能に結合する。指６２がグリッパー５４に結合されている。指６２は、グリッパー５４から手首関節５０とは離れた方向に延長する。指６２は、実験機器（例えばマイクロタイタープレート、試薬ディスペンサーなど）を選択的に把持及び解放するために、互いに近づく（及び／又は互いから離れる）ように構成されている。例えば、指６２をヨー軸Ｚに直交する方向に動かし得る。図２では、図示のグリッパーアセンブリ５４には、ケース６６が含まれている。フレーム７０（又は本体７０）は、ケース６６に結合され、部分的に収容される。上部カバー７４は、ケース６６と本体７０に結合されている。上部カバー７４には、グリッパー５４の向きを識別するために提供された指標７８を含み得る。図では、ケース６６には、ケース６６の反対側にそれぞれ位置する一対の側方カットアウト８２（１つのみが示されている）が含まれている。図４に示すように、本体７０の指取付け部８４は、各側方のカットアウト８２でアクセスできる。各指６２（図１に示す）は、それぞれ側方のカットアウト８２を介して延長し、それぞれの指取付け部８４に結合するように構成されている。ここで図３を参照のこと。手首アセンブリ４６は、縦軸８６について対称的である（指標７８、電子部品などを除く）。したがって、縦軸８６は、手首アセンブリ４６を第１側面８８ａと第１側面８８ａの反対側の第２側面８８ｂに分割する。第１側面８８ａの部品については、本説明書において接尾辞「ａ」を付して説明し、第２側面８８ｂの部品については、本説明書において接尾辞「ｂ」を付して説明する。簡潔さのため、一部の部品は第１側面８８ａのみを参照して説明する場合がある。第２側面８８ｂも同一の部品を含むことが理解されるべきである。引き続き図３を参照し、エンドエフェクター５８は全体的にＹ字型のプレートを規定している。Ｙ字型プレートは、縦軸８６について対称性である。Ｙ字型プレートには、ベース部９０、第１突起部９４ａ（第１突起９４ａとも呼ばれる）、及び第２突起部９４ｂ（第２突起９４ｂとも呼ばれる）が含まれる。第１突起部９４ａは、第１側面８８ａのベース部９０から外側に延長している。第２突起部９４ｂは、第２側面８８ｂのベース部９０から外側に延長している。図３を参照し続けると、エンドエフェクター５８は、手首関節５０、第１線形アクチュエータアセンブリ９８ａ、及び第２線形アクチュエータアセンブリ９８ｂを介してグリッパー５４に接続されている。第１線形アクチュエータアセンブリ９８ａは、第１突起部９４ａに延長し、結合されている。第２線形アクチュエータアセンブリ９８ｂは、第２突起部９４ｂに延長し、結合されている。さらに、各線形アクチュエータアセンブリ９８ａ、９８ｂは、本体７０に結合されている（図７に示す）。グリッパー５４は、線形アクチュエータアセンブリ９８ａ、９８ｂによって、エンドエフェクター５８に対してピボット回転可能に配置されている。図４に示すように、手首関節５０には、下側部１０２と上側部１０４が含まれる。下側部１０２は、ベース部９０及びグリッパー５４に結合されている。上側部１０４は、前腕３４（図１に示す）の下面の対応するコア（図示なし）に結合するように構成されている。下側部１０２は、上側部１０４に対して回転するように構成されている。グリッパーアセンブリ５４とエンドエフェクター５８は、下側部１０２と共に回転し、これによりグリッパーアセンブリ５４とエンドエフェクター５８が前腕３４に対して相対的に回転しやすくなる。図５及び図７を参照すると、第１線形アクチュエータアセンブリ９８ａは、線形アクチュエータ１０６ａ、上部球形軸受１１０ａ（第１軸受１１０ａとも呼ばれる）、下部球形軸受１１２ａ（第２軸受１１２ａとも呼ばれる）、磁気接続システム１１４ａ、及びキャップ１１８ａを含む。線形アクチュエータ１０６ａには、モーター１２２ａ、ケース１２６ａ、駆動シャフト１３０ａが含まれている。特に図７を参照すると、ケース１２６ａにはネジ穴１２８ａが含まれている。駆動シャフト１３０ａには、ネジ付き部分１３２ａが含まれている。駆動シャフト１３０ａはネジ穴１２８ａに挿入され、ネジ付き部分１３２ａはネジ穴１２８ａとネジで結合する。駆動シャフト１３０ａは、モーター１２２ａによって回転するように構成されている。駆動シャフト１３０ａの回転により、ネジ付き部分１３２ａがネジ穴１２８ａに対して相対的に移動することで、駆動シャフト１３０ａが相対的移動軸Ｔａに沿って直線的に作動する。駆動シャフト１３０ａの線形アクティベーションにより、本体７０がエンドエフェクター５８に対して移動（上昇又は低下）する。上部球形軸受１１０ａは、内輪１３４ａと外輪１３８ａを含む。内輪１３４ａは駆動シャフト１３０ａに結合している。内輪１３４ａは、外輪１３８ａに対して駆動シャフト１３０ａとともに回転するように設定されている。外輪１３８ａは、突起部対向穴１４２ａとキャップ対向穴１４６ａの間に挟まれた。突起部対向穴１４２ａは、突起部９４ａの端部に設けられた突起部開口部１５０ａの周囲に配置されている。キャップ対向穴１４６ａは、キャップ１１８ａを貫通する中央キャップ開口部１５２ａの周囲に位置している。突起部開口部１５０ａと中央キャップ開口部１５２ａは協働して第１開口部を規定する（図示なし）。駆動シャフト１３０ａは、第１開口部を介して少なくとも部分的に延長している。上部球形軸受１１０ａの外輪１３８ａは、キャップ対向穴１４６ａに接続されている。したがって、上部球形軸受１１０ａは、衝撃状況において線形アクチュエータ１０６ａ及びキャップ１１８ａと共にエンドエフェクター５８から離れるように構成されており、この詳細は以下でさらに説明される。下部球形軸受１１２ａには、内輪１５４ａと外輪１５６ａも含まれている。内輪１５４ａはケース１２６ａに結合している。外輪１５６ａは、本体７０に結合している。内輪１５４ａは、エンドエフェクター５８がピボット回転する際に、外輪１５６ａに対して相対的に回転するように構成されており、これにより相対的移動軸Ｔａの位置が変化する。各線形アクチュエータ１０６ａ、１０６ｂがグリッパー５４によって支えられていることが理解されるべきである。引き続き図７を参照すると（線形アクチュエータアセンブリ９８ａを示す）、第１線形アクチュエータ１０６ａ、及び第２線形アクチュエータ１０６ｂは、選択的に（例：コントローラ、ボタンなど）互いに独立して起動し得る。上部と下部の球形軸受１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂは、線形アクチュエータ１０６ａ、１０６ｂが伸縮する際に生じる線形アクチュエータ１０６ａ、１０６ｂ（ヨー軸Ｚを基準とする）の相対的移動軸Ｔａ、Ｔｂ（図５に移動軸Ｔｂを示す）の角度調整の変更を許容する。各相対的移動軸Ｔａ、Ｔｂの角度調整は、駆動シャフト１３０ａ、１３０ｂがケース１２６ａ、１２６ｂに対して移動するように調整する。エンドエフェクター５８に対する本体７０の動きにより、相対的