特許 6688174 細胞培養容器，自動細胞培養装置，液体収容器，ロボットハンド及びロボットシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6688174

(24)【登録日】2020年4月7日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】細胞培養容器，自動細胞培養装置，液体収容器，ロボットハンド及びロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/24 20060101AFI20200421BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20200421BHJP

   B25J 15/08 20060101ALI20200421BHJP

【ＦＩ】

   C12M1/24

   C12M1/00 C

   B25J15/08 C

【請求項の数】15

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-127618(P2016-127618)

(22)【出願日】2016年6月28日

(65)【公開番号】特開2018-20(P2018-20A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2019年2月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】501428545

【氏名又は名称】株式会社デンソーウェーブ

(73)【特許権者】

【識別番号】514090865

【氏名又は名称】株式会社アニマルステムセル

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】特許業務法人 サトー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神谷 孝二

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 渉

(72)【発明者】

【氏名】長池 一博

【審査官】 松本 淳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０６４１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１５６３６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５０２１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１０４４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７６７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０１９８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２０２８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１１２７０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１２Ｍ １／００− ３／１０

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

細胞培養液が収容される容器本体と、
この容器本体の開口部に取り付けられるキャップと、
前記キャップによる閉栓状態が正常か否かを確認するためのマークとを備え、
前記マークとして、前記キャップ側に設けられる、開栓作業が行われる際に加えられる回転力を受け止めるための回転力受け部と、
前記容器本体側に設けられる基準マークとを備える細胞培養容器。

【請求項2】

前記回転力受け部は、前記キャップの外周面に設けられた突起部である請求項１記載の細胞培養容器。

【請求項3】

前記突起部の高さが１ｍｍ以上である請求項２記載の細胞培養容器。

【請求項4】

前記突起部が、開栓又は閉栓作業が行われる際の位置ずれを減じるか、又は開栓作業が行われる際の負荷を減じる作用を成す請求項２又は３記載の細胞培養容器。

【請求項5】

前記突起部の先端位置が、閉栓状態で前記キャップ方向から見た際に、前記容器本体の外周を超えない位置に配置されている請求２から４の何れか一項に記載の細胞培養容器。

【請求項6】

請求項１から５の何れか一項に記載の細胞培養容器を用いるもので、
撮像した画像のデータを出力する撮像部と、
この撮像部が撮像した前記マークの画像データを取得して、前記キャップが正常な閉栓状態にあるか否かを判断する制御装置とを備える自動細胞培養装置。

【請求項7】

容器状の本体と、前記本体の開口部に取り付けられるスクリューキャップとを備え、少なくとも開栓作業を、作業室内においてロボットハンドで行うことを想定した液体収容器であって、
前記キャップの外周部に設けられる突起部と、
前記開口部の周辺部に設けられ、前記突起部との相対的な位置関係によって、前記キャップが正常な閉栓位置にあるか否かを示す位置表示部とを備える液体収容器。

【請求項8】

前記位置表示部は、前記開口部の周辺を周方向に分割した領域を個別に識別できるように、複数配置されている請求項７記載の液体収容器。

【請求項9】

前記突起部の先端位置が、閉栓状態で前記キャップ方向から見た際に、前記本体の外周を超えない位置に配置されている請求項７又は８記載の液体収容器。

【請求項10】

請求項７から９の何れか一項に記載の液体収容器の開栓作業を行うロボットハンドであって、
２本以上の爪と、
前記位置表示部を撮像して認識するための撮像部と、
少なくとも１本の爪の先端に設けられ、前記突起部に係合させるための凹部とを備えるロボットハンド。

【請求項11】

前記爪が２本である請求項１０記載のロボットハンド。

【請求項12】

前記凹部が２本以上の爪に設けられている請求項１１記載のロボットハンド。

【請求項13】

請求項１０から１２の何れか一項に記載のロボットハンドを有するロボットアームと、
このロボットアームを制御する制御装置とで構成され、
前記制御装置は、前記ロボットハンドに設けられている撮像部が撮像した、前記液体収容器のキャップ及び位置表示部の画像のデータを取得すると、前記キャップの突起部と前記位置表示部との相対位置関係から、前記キャップが正常な閉栓位置にあるか否かを判断するロボットシステム。

【請求項14】

前記制御装置は、前記キャップが正常な閉栓位置にあると判断すると、前記ロボットハンドにより前記キャップを把持し、前記ロボットハンドを開栓方向に、所定角度だけ回転させて前記液体収容器の開栓動作を行う請求項１３記載のロボットシステム。

【請求項15】

前記制御装置は、前記キャップが正常な閉栓位置に無いと判断すると、前記ロボットハンドにより前記キャップを把持し、前記ロボットハンドを閉栓方向に、所定角度だけ回転させて前記液体収容器の閉栓動作を行った後、閉栓した液体収容器の廃棄処理を行う請求項１３又は１４記載のロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、細胞培養容器，自動細胞培養装置，液体収容器，その収容器を取り扱うロボットハンド及びそのロボットハンドを備えて構成されるロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ロボットが医薬や医療に関連した作業を行うために適用されている。そこで、作業領域内にロボットのアームを配置し、操作者が外部からアームの動作指令を与えて細胞培養作業等を行わせるアイソレータも市場に投入されている。例えば特許文献１には、操作ロボット１９を備える自動細胞培養装置に対する消耗材料等の搬入及び搬出を、入出庫部１５を介して行う構成が開示されている。このようなアイソレータにおいては、ロボットアームにより作業効率の向上を図るため、取り扱われる消耗材料等の供給についてもロボットアームを活用して、滅菌状態を維持しつつ如何にして効率的に行うかが問題となる。

【0003】

例えば、生体から単離した様々な種類の細胞を、生体環境を模した人工的な環境下で培養し、さらに必要に応じて遺伝子導入を行い、それら細胞や細胞から産生される各種因子を大量に得て、各種の疾患治療に用いることが行われている。このような作業をロボットアームで行うに際し、細胞の培養液をフラスコ又はボトル状の容器に収容して容器の開口部をスクリューキャップにより閉栓した状態で、アイソレータの作業領域内に供給することが想定される。この場合、ロボットアームは、容器を所定の作業位置に配置した後、先端のハンドによりキャップを把持して回転させることで開栓した後、容器の本体を把持して、容器に収容されている培養液を例えば培養用フラスコ，ボトルやシャーレ等の他の容器に移し替える、といった作業を行う。

【0004】

再生医療用の自動培養装置に使用される多くの培養容器は、一般的な細胞培養用の容器等が用いられている。これらのキャップの上部には、キャップの成型時にメーカー名を付したり開栓位置を矢印で示したものがあるが、その文字や印は不鮮明である。自動培養装置に使用に適合するような、キャップ形状を有していたり明瞭な印を付した容器を、入手することは困難である。

【0005】

自動培養装置の動作は設計された機械的なものであり、上述のような培養容器を取り扱う同一の動作を反復した際、キャップと容器本体との位置関係は極めて再現性が高い。しかし、ロボットの爪がキャップを把持した際に滑り等が発生すると、キャップの回転位置に誤差を生じる場合があり、キャップ内のねじ位置を視覚的に見分けることができなくなる。そのため、キャップの開閉に際しては、容器本体との相対的な位置関係をカメラやセンサ等で認識するが、その精度は極めて低く、実際上、閉栓時のクラッチ利用，開栓時の過剰な回転などを使用し、さらにその作業がキャップの方向性を乱すため、キャップの摩耗を増加させる要因となっている。

【0006】

一方、キャップの開閉においては、閉栓されている状態から開栓を開始する際に瞬間的に大きなトルクを要する。これは、ロボットハンドにおける爪の把持力や、ハンドに係る回転トルクとして大きな負荷となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４５５０１０１号公報

【特許文献2】国際公開第ＷＯ２００７／０１５７７０号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記のような作業形態を想定すると、以下のような課題の発生が考えられる。
（１）先ず、培養液を収容した状態の容器内部は滅菌状態にあることが前提であり、外部から雑菌が混入しない状態でアイソレータの作業領域内に供給される必要がある。そして、ロボットアームが作業領域内で開栓作業を開始する前に、混入した雑菌等により作業領域内が汚染されることを防止するため、キャップが確実に締結されて完全に閉栓状態にあることを確認しなければならない。

【0009】

例えば、他人の細胞等とのコンタミネーションが発生すれば、その培養した細胞が使えなくなるので、ボトル内の細胞や溶液がアイソレータ内の作業環境に漏出することを回避しなければならず、そのためには、キャップによって完全に閉栓された状態であることを確認する必要がある。尚、ここでは滅菌環境下で行われる作業を一例として挙げたが、このような作業ではなくとも一般に、容器に収容されている液体等の漏出を防止するため、キャップが確実に締結されていることを確認する必要性は存在する。

【0010】

（２）ボトル状の容器の材質については、製造の容易性やコストの低減を考慮すると、例えばポリエチレンテレフタレートやポリスチレン等の樹脂を用いることが想定される。一方、ロボットハンドは人間の手等とは異なり、通常剛性が高い金属で構成されている。そのため、容器の本体側が固定された状態で、ロボットハンドがキャップを把持して回転させる際に、把持状態が不完全で両者の間に滑りが生じると、樹脂製のキャップ表面部分がハンドにより削られて摩耗粉が発生するおそれがある。このような摩耗粉の発生も作業室内を汚染することに繋がるため、防止する必要がある。キャップの構造によっては、ロボットハンドが開栓，閉栓の両方向に回転するそれぞれの場合に位置ずれが生じる。

【0011】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットハンドによる開栓作業を容易に行うことができる液体収容器,その液体収容器の開栓作業を行うのに適した構成を備えるロボットハンド及びそのロボットハンドを備えるロボットシステム，並びに閉栓状態の確認が容易な細胞培養容器，その容器を用いる自動細胞培養装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

請求項１記載の細胞培養容器によれば、マークを備えることで、細胞培養液が収容される容器本体の開口部に取り付けられる、キャップによる閉栓状態が正常か否かを容易に確認できる。

【0013】

加えて、キャップ側に設けた回転力受け部と、容器本体側に設けた基準マークとを備えるので、両者の相対的な位置関係によって、キャップによる閉栓状態を確認できる。

【0014】

請求項２記載の細胞培養容器によれば、キャップの外周面に設けた突起部により、開栓作業が行われる際に加えられる回転力を受け止めることができる。
請求項３記載の細胞培養容器によれば、前記突起部の高さを１ｍｍ以上とする。

【0015】

請求項４記載の細胞培養容器によれば、突起部が、開栓又は閉栓作業が行われる際の位置ずれを減じるか、又は開栓作業が行われる際の負荷を減じる作用を成す。すなわち、突起部を設けることで、キャップの内周側に形成されているねじ山又はねじ溝の開始位置，終了位置を外観上から認識できるようになる。つまり、一方の外観から容器本体側の開口部のねじの位置も含む双方を知りうることにより、ねじピッチの動作のみで開栓，閉栓ができることになる。また、容器本体側は、比較的広い平面を有する細胞観察面等で固定し、キャップの形状及び突起部の形状を、例えばロボットハンドで取り扱う際には、ハンド側の形状との組み合わせにより、開栓，閉栓作業時に加えられる回転力を伝達し易くすることができる。

【0016】

請求項５記載の細胞培養容器によれば、突起部の先端位置を、閉栓状態でキャップ方向から見た際に、容器本体の外周を超えない位置に配置する。このように構成すれば、細胞培養容器を取り扱う際に、キャップに設けた突起部が作業の邪魔にならず、また、例えばロボットハンドで取り扱う際に、ハンドの爪による把持力を軽減できる。更に、開閉動作時に加えられる回転トルクに、一次式で影響を与える動作半径が大きくなるので、比較的強回転力を加えることも可能となる。

【0017】

請求項６記載の自動細胞培養装置によれば、請求項１から５の何れか一項に記載の細胞培養容器を取り扱う。そして、制御装置は、撮像部が撮像したマークの画像データを取得して、キャップが正常な閉栓状態にあるか否かを判断する。すなわち、細胞培養容器のマークを画像により確認することで、制御装置はキャップが正常な閉栓状態にあるか否かを判断できる。

【0020】

請求項７記載の液体収容器によれば、ボトル状の本体と、本体の開口部に取り付けられるスクリューキャップとを備えた構成において、スクリューキャップの外周部に突起部を設ける。また、開口部の周辺部に、前記突起部との相対的な位置関係により、正常な閉栓位置にあるか否かを示す位置表示部を備える。

【0021】

このように構成すれば、ロボット側では、ロボットハンドに配置したカメラ等により撮像された画像から、開栓作業を行う前にキャップの突起部と位置表示部との位置関係を把握して、キャップが正常な閉栓位置にあるか否かを判定できる。また、ロボットハンドがキャップを把持して開栓作業を開始する際に、例えばハンドの爪をキャップの突起部に当接させた状態で開始させることができる。これにより、ロボットハンドを回転させた際に、キャップとの間に滑りが発生することを防止して、摩耗粉の発生を抑止できる。

【0022】

更に、ロボット側では、初期の閉栓状態からキャップをどれだけ回転させたかについても、突起部と位置表示部との位置関係から把握できる。したがって、キャップを開栓するのに必要な回転量の情報も得ることが可能になり、開栓作業を容易に行うことができる。

【0023】

請求項８記載の液体収容器によれば、位置表示部を、開口部の周辺を周方向に分割した領域を個別に識別できるように複数配置するので、キャップと本体との相対位置関係を、より容易且つ詳細に把握できる。

【0024】

請求項９記載の液体収容器によれば、突起部を、閉栓状態でキャップ方向から見た際に、容器本体の径方向寸法を超えない位置に配置する。このように構成すれば、細胞培養容器を取り扱う際に、キャップに設けた突起部が作業の邪魔にならない。

【0025】

請求項１０記載のロボットハンドによれば、前記液体収容器の開栓作業を行うもので、２本以上の爪と、液体収容器本体の位置表示部を撮像して認識するための撮像部とを備える。これによりロボット側は、撮像部によりキャップと本体との相対位置関係を把握して、２本以上の爪によりキャップを把持して開栓作業を行うことができる。

【0026】

加えて、少なくとも１本の爪の先端に、キャップ側の突起部に係合させるための凹部を備えるので、両者を係合させた状態でキャップを容易に回転させることができ、キャップと爪との間に滑りが生じることを防止して、摩耗粉の発生をより確実に抑止できる。

【0027】

請求項１１記載のロボットハンドによれば、爪を２本とすることで、爪を駆動するためのアクチュエータを備える内部と外部との間を連通させるために設ける開口部が極力少なくなり、前記開口部のシーリングも容易に行うことができる。したがって、洗浄性の向上に適した構造にできる。

【0028】

請求項１２記載のロボットハンドによれば、凹部を２本以上の爪に設けることで、キャップの突起部との係合をより容易に行うことができる。
請求項１３記載のロボットシステムによれば、制御装置は、ロボットハンドに設けられている撮像部が撮像した液体収容器のキャップ及び位置表示部の画像のデータを取得すると、キャップの突起部と位置表示部との相対位置関係から、キャップが正常な閉栓位置にあるか否かを判断する。したがって、液体収容器の開栓動作を行う以前に、液体収容器内に収容されている材料等が汚染されていないことを確認できる。

【0029】

請求項１４記載のロボットシステムによれば、制御装置は、キャップが正常な閉栓位置にあると判断すると、ロボットハンドによりキャップを把持し、開栓方向に所定角度だけ回転させて液体収容器の開栓動作を行う。したがって、キャップの突起部と位置表示部との相対位置関係を画像データで確認しながら、開栓動作を確実に行うことができる。

【0030】

請求項１５記載のロボットシステムによれば、制御装置は、キャップが正常な閉栓位置に無いと判断すると、ロボットハンドにより前記キャップを把持し、閉栓方向に所定角度だけ回転させて液体収容器の閉栓動作を行う。それから、閉栓した液体収容器の廃棄処理を行う。すなわち、液体収容器が適切に閉栓されていなければ、収容されている材料等が汚染されている可能性が有る。そこで、液体収容器を完全な閉栓状態にして収容されている材料等の漏出を防止した上で、その液体収容器を廃棄処理することで、ロボットアームが作業を行う室内が汚染されてしまうことを回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】第１実施形態であり、細胞培養容器であるボトルの（ａ）は側面図，（ｂ）は平面図

【図2】ボトルの正面図

【図3】キャップを取り外したボトルの正面図

【図4】キャップを取り外したボトルの縦断正面図

【図5】ロボットハンドがパスボックスよりボトルを取り出す動作を説明する図

【図6】ロボットハンドの爪がキャップを把持した状態を示す（ａ）は正面図，（ｂ）は側面図

【図7】ロボットの全体のシステム構成を示す機能ブロック図

【図8】図５の動作に対応する処理内容を示すフローチャート

【図9】ロボットハンドがボトルを開栓する処理を示すフローチャート

【図10】ロボットハンドがボトルを閉栓する処理を示すフローチャート

【図11】自動細胞培養装置を示す正面図

【図12】作業室の内部を示す平面図

【図13】破断して作業室の内部を示す正面図

【図14】第２実施形態であり、キャップを付けた状態のボトルの平面図

【図15】キャップを外した本体の平面図

【図16】第３実施形態であり、キャップを付けた状態のボトルの平面図

【図17】キャップを外した本体の平面図

【図18】第４実施形態でありロボットハンドの爪がキャップを把持した状態を示す（ａ）は正面図，（ｂ）は側面図

【図19】開栓する際に、キャップに付与する回転力を測定した状態をモデル的に示す図

【図20】容器本体形状の変形例を示す図（その１）

【図21】容器本体形状の変形例を示す図（その２）

【図22】図５相当図

【発明を実施するための形態】

【0032】

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。図１から図４に示すように、本実施形態の細胞培養容器であるボトル１０の本体１は、閉塞した下端部２と、相対向する上端部に径小の円環状をなすキャップ取付け部３とを有する８角柱のボトル形状を成している。そして、本体１の８角柱を形成する各面は平面状であり、且つ各面のうち相対向する２面はほぼ平行となっている。また、ボトル１０を遠心分離用チューブとしても用いるため、閉塞した下端部２の形状は円錐状又は８角錐状となっている。本体１は、容器本体に相当する。

【0033】

キャップ取付け部３の上端面は開口４となっている。キャップ取付け部３の外周部には、内周ねじ付きのキャップ５を取り付けるためのねじ山６が形成されている。すなわち、キャップ５はスクリューキャップである。更に、回転培養を機械制御で行うことを容易とするため、キャップ取付け部３と本体１との繋ぎ目部分の外周側は、８角柱の本体１を上向きや横向きに保持し、開口４を斜め下向きにして、本体１の内部に収容された培養液をデカンテーションにて排出するため保持する際に、把手部材や穴空き部材を固定するための凸状部７が形成されている。

【0034】

図１及び図２に示すように、キャップ５の外周における図２中の下端側には、例えば高さが１ｍｍ以上ある突起部８が形成されている。この突起部８は後述するように、ロボットハンドがキャップ５を回転させてボトル１０の開栓又は閉栓動作を行う際に使用される。そして、キャップ取付け部３の下端から本体１の８角柱をなす各面に至るまでの上面部には、８面のそれぞれに対応してキャップ取付け部３を囲む周辺に、数字「１」〜「８」が付されている。これらが位置表示部９となっている。位置表示部９は、後述するようにロボット側の制御に使用される。突起部８は、マークである回転力受け部に相当し、位置表示部９は基準マークに相当する。

【0035】

ボトル１０を形成するために用いる材料は特に限定しないが、細胞培養において一般的に用いられる材料を使用できる。例えば、樹脂材料、及び、ガラスや石英等の無機材料、金属等があるが、製造の容易性、コスト低減、細胞培養状態の把握の容易性を考慮し、樹脂材料を用いるのが好ましい。そして、製造の容易性やコストの低減、細胞培養状態の把握の容易性を考慮すると、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリスチレン樹脂、又はポリエチレンテレフタレート，ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリテトラフルオロエチレン，ポリビニル・クロライド及びこれらの混合物からなる群から選択された部材等を用いるのが好ましい。

【0036】

図１１は自動細胞培養装置の正面図である。自動細胞培養装置１１の作業室１２には、中央部にロボットアーム１３が配置されている。ロボットアーム１３は、作業室１２の図１２及び図１３に示す床板１４に回転可能に設置されており、先端部に設けられたハンド１５は３つの関節機構により回転可能に設けられると共に、各関節機構部において軸回りにねじる方向にも回転可能に設けられている。すなわちロボットアーム１３は、並進３自由度で且つ回転３自由度の垂直６軸構成となっている。これにより、ハンド１５は、所定の可動範囲内において任意の位置姿勢をとることができる。ハンド１５は、作業対象となる物体を２つの爪１５ａ，１５ｂにより把持可能に構成されている。ロボットアーム１３は、耐滅菌性，サニタリ性を備えるように表面処理がなされている。

【0037】

図１２は、作業室１２の内部を示す平面図である。ロボットアーム１３の周辺おける床板１４には、遠心分離機１６，顕微鏡１７，作業のため試薬や消耗材料が配置される作業台１８，ピペッタ１９，廃棄シャッタ２０等が配置されている。廃棄シャッタ２０は、図１３に示すように、不要となった材料や廃液等を廃棄するため、床板１４の下方に配置されている廃棄ボックス２１の開口部を開閉するものである。また、作業室１２の周壁部には、インキュベータ２２やパスボックス２３等が配置されている。

【0038】

作業室１２は、細胞培養等のような医療系の作業を行うため密閉空間を構成する。作業室１２の正面には、ロボットアーム１３による作業を外部より監視するため、図１１に示す透明な監視窓２４が配置された開閉扉２５が取り付けられている。また、図１１及び図１３に示すように、作業室１２の上方には、作業室１２を滅菌すると共に、外気を滅菌して供給するためのへパユニット２６が配置されている。

【0039】

パスボックス２３には、複数のボトル１０が収容される。パスボックス２３が作業室１２に臨む面側は、図示しないアクチュエータで駆動されるシャッタ２７により開閉される。ロボットアーム１３は、シャッタ２７が開いた際に、パスボックス２３に配置されているボトル１０をハンド１５により取り出す。

【0040】

そして、図５及び図６に示すように、ハンド１５を構成する爪１５ａ，１５ｂの先端には、それぞれに凹部２８が形成されている。この凹部２８は、ハンド１５によってパスボックス２３に配置されているボトル１０を取り出したり、ボトル１０の開栓，閉栓動作を行うためを把持する際に、キャップ５に設けられている突起部８と係合させるために設けられている。

【0041】

図７は、コントローラも含めたロボットの全体のシステム構成を示す機能ブロック図である。ロボットシステム３１において、コントローラ３２は、マイクロコンピュータで構成された制御部３２ａ及び画像処理部３２ｂ等を備えている。この画像処理部３２ｂは、ハンド１５に配置されているカメラ３３で撮像した画像に対して画像処理を行うことにより作業基準位置を設定する。コントローラ３２は制御装置に相当する。

【0042】

撮像部に相当するカメラ３３はコントローラ３２に接続されており、ハンド１５の先に位置する作業対象のワーク等を撮像する。カメラ３３で撮像された画像のデータはコントローラ３２に送信されて、画像処理部３２ｂによりワーク位置を設定するための画像処理が行われる。

【0043】

ペンダント３４は、制御部３４ａ及び表示部３４ｂ等を備えており、接続ケーブルを介してコントローラ３２に接続されている。ペンダント３４はティーチングペンダントとも称され、これを用いてロボットアーム１３の動作軌跡の設定や各種のパラメータの設定等を行うことができる。また、ペンダント３４をマニュアル操作することで、ロボットアーム１３の姿勢を制御することもできる。表示部３４ｂには図示しないタッチパネルが設けられており、ユーザによるタッチ操作が入力可能となっている。

【0044】

次に、本実施形態の作用について説明する。図５は、ロボットハンド１５によりパスボックス２３からボトル１０を取り出す際の動作を示しており、図８は図５の動作に対応する処理内容を示すフローチャートである。尚、ボトル１０は、本体１の８角柱面の一部が、パスボックス２３の内壁の一部に接した状態で収容されており、本体１は、その収容された状態でパスボックス２３により固定されている。

【0045】

図５（ａ）に示す状態において、ハンド１５に配置されているカメラ３３は、パスボックス２３に収容されているボトル１０の画像を、キャップ５側から捉えている。コントローラ３２は、カメラ３３の画像データからキャップ５の突起部８の位置を認識すると（Ｓ１）、その位置により本体１の配置位置，角度を認識する（Ｓ２）。

【0046】

それから、コントローラ３２は、爪１５ａ，１５ｂを開いた状態でハンド１５を図中右方向に移動させて、爪１５ａ，１５ｂの先端部分をパスボックス２３の内部に進入させる。そして、図５（ｂ）に示すように、爪１５ａ，１５ｂを閉じて凹部２８を突起部８に係合させた状態でキャップ５を把持する（Ｓ３）。図６（ａ）は凹部２８を突起部８に係合させた状態をモデル的に示す正面図であり、図６（ｂ）は同側面図である。

【0047】

次に、コントローラ３２は、キャップ５が本体１に正常に締結されているか、つまりボトル１０が正常に閉栓されているか否かを判断する（Ｓ４）。ここでは前提として、キャップ５を本体１に締結する作業を開始する際に、突起部８を本体１の表示部９が示す初期位置，例えば表示「１」に合わせてから締結作業を行うものとする。そして、初期位置からキャップ５を所定量だけ回転させることで、所定のトルクを付与した状態で締結が完了した際に突起部８が位置する終了位置が、例えば表示部９の表示「７」であるとする。尚、この作業の詳細については後述する。

【0048】

したがって、コントローラ３２は、ステップＳ４において突起部８が終了位置である表示部９の表示「７」に位置していれば、キャップ５が本体１に正常に締結されていると判断する（ＹＥＳ）。この場合、図５（ｃ）に示すように、ハンド１５をそのまま図中左方向に移動させ、ボトル１０をパスボックス２３より引き出して（Ｓ５）処理を終了する。

【0049】

一方、ステップＳ４において、突起部８が位置表示部９の表示「７」に位置しておらず、例えば表示「６」に位置していると（ＮＯ）、キャップ５に「緩み」があり正常な閉栓位置に無い、つまり正常に締結されていないと判断する（ＮＯ）。この場合、コントローラ３２は、キャップ５の再締結を試行し、キャップ５を把持した状態で、ハンド１５を閉栓方向に回転させる（Ｓ６）。それから、続くステップＳ７及びＳ８においてステップＳ１及びＳ２と同様の処理を行い、ステップＳ９でステップＳ４と同様の判断を行う。ここで、キャップ５が正常に締結されていると判断すると（ＹＥＳ）ステップＳ５に移行し、正常に締結されていないと判断すると（ＮＯ）異常停止処理を行う（Ｓ１０）。

【0050】

図９は、ロボットハンド１５によりボトル１０を開栓する場合の処理を示すフローチャートである。開栓作業は、例えばパスボックス２３より取り出されたボトル１０を作業台１８に移動させて、本体１側を固定した状態で行う。コントローラ３２は、ステップＳ１と同様にしてキャップ５の突起部８の位置を認識すると（Ｓ１１）、図５と同様に爪１５ａ，１５ｂを開いた状態でハンド１５をキャップ５に接近させる。

【0051】

それから、爪１５ａ，１５ｂを閉じて凹部２８を突起部８に係合させた状態でキャップ５を把持する（Ｓ１２）。ここで、開栓作業を行うため、爪１５ａ，１５ｂを閉じてキャップ５に付与する把持力は略ゼロで良い。次に、ここは突起部８が上記の終了位置にある前提で、コントローラ３２は、把持したキャップ５を開栓させる方向に所定量だけ回転させて開栓し、キャップ５を取り外す（Ｓ１３）。

【0052】

また、上記のように開栓作業を行う際に、ハンド１５がキャップ５に付与する回転力は、０．７Ｎｍ以上で１．５Ｎｍ以下であれば良い。図１９は、正常に閉栓した状態にあるキャップ５を開栓する際に、必要となる回転力がどれ位になるかを測定した状態をモデル的に示している。ボトル１０を横に寝かせた状態にして、机上等に設置した荷重計と、突起部８との間に測定治具を介在させる。この状態で、本体１を開栓させる方向に回転させて、開栓させるのに要した回転力を荷重計により測定した。閉栓時にキャップ５を締め付けた際の強弱に応じて、荷重は３０Ｎ〜６０Ｎの範囲で変化する。この場合、開栓する際に必要となる回転力は０．７Ｎｍ〜１．５Ｎｍの範囲であった。

【0053】

図１０は、ハンド１５によりボトル１０を閉栓する場合の処理を示すフローチャートである。ステップＳ２１〜Ｓ２３は、ステップＳ１〜Ｓ３と同様の処理であるが、この場合、キャップ５は本体１より取り外されている。したがって、コントローラ３２は、ステップＳ２３でキャップ５を把持すると、本体１のキャップ取付け部３に近付ける。続いて、突起部８が本体１の特定位置，つまり上述した位置表示部９が示す初期位置である表示「１」に位置するようにして、キャップ５を本体１のキャップ取付け部３に挿入する（Ｓ２４）。それから、キャップ５を締結する方向，閉栓方向に所定の角度回転させる（Ｓ２５）。

【0054】

そして、ステップＳ１及びＳ２と同様に、突起部８の位置及び本体１の配置角度を認識すると、ステップＳ４と同様にしてキャップ５が正常に締結されているか否かを判断する（Ｓ２８）。正常に締結されていると判断すると（ＹＥＳ）処理を終了する。一方、正常に締結されていないと判断すると（ＮＯ）、爪１５ａ，１５ｂによりキャップ５を把持し（Ｓ２９）。キャップ５の再締結，リトライを試行する（Ｓ３０）。ステップＳ３０で行うリトライは、図８に示すステップＳ６〜Ｓ１０の処理に対応する。

【0055】

尚、キャップ５を再度締結した後に、そのボトル１０については廃棄ボックス２１に廃棄することにしても良い。すなわち、ボトル１０が適切に閉栓されていなければ、収容されている材料等が汚染されている可能性が有るので、ボトル１０を完全な閉栓状態にして収容されている材料等の漏出を防止した上で廃棄処理し、作業室１２内が汚染されることを防止する。

【0056】

以上のように本実施形態によれば、本体１と、本体１のキャップ取付け部３に取り付けられるキャップ５とを備えるボトル１０において、キャップ５の外周部に突起部８を設ける。また、キャップ取付け部３の周辺部に、突起部８との相対的な位置関係によりキャップ５が正常な閉栓位置にあるか否かを示す位置表示部９を備える。一方、ロボットハンド１５には、２本の爪１５ａ，１５ｂと、本体１の位置表示部９を撮像して認識するためのカメラ３３とを備え、爪１５ａ，１５ｂにはそれぞれ凹部２８を形成した。

【0057】

このように構成すれば、ロボット側ではコントローラ３２が、ロボットハンド１５に配置したカメラ３３により撮像された画像から、開栓作業を行う前にキャップ５の突起部８と位置表示部９との位置関係を把握して、キャップ５が正常な閉栓位置にあるか否かを判定できる。

【0058】

そして、ロボット側では、初期の閉栓位置からキャップ５をどれだけ回転させたかについても、突起部８と位置表示部９との位置関係から画像的，視覚的に把握できる。したがって、開栓するのに必要なキャップ５の回転量の情報も補助的に得ることが可能になり、ボトル１０の開栓作業を容易に行うことができる。この場合、位置表示部９を、キャップ取付け部３の周辺を周方向に等分した領域を個別に識別できるように複数設け、それらに連番の数字を付して表示するので、キャップ５と本体１との相対位置関係を、より容易且つ詳細に把握できる。

【0059】

また、爪１５ａ，１５ｂに形成した凹部２８を突起部８に係合させた状態で、キャップ５を容易に回転させることができ、キャップ５と爪１５ａ，１５ｂとの間に滑りが生じることを防止できる。加えて、キャップ５に突起部８を設けたことで、開栓作業を行うため爪１５ａ，１５ｂを閉じた際にキャップ５に付与する把持力は略ゼロで良くなる。したがって、キャップ５が剛性の高い爪１５ａ，１５ｂにより削られてしまうことを防止でき、摩耗粉の発生を確実に抑止できる。

【0060】

またこのように、凹部２８を爪１５ａ，１５ｂにそれぞれ設けることで、突起部８との係合をより容易に行うことができる。加えて、２本の爪１５ａ，１５ｂのみを有するハンド１５は、それらを駆動するためのアクチュエータを備える内部と外部との間を連通させるために設ける開口部が極力少なくなり、その開口部のシーリングも容易に行うことができる。したがって、滅菌状態にある作業室１２内で行う作業に適用するに当たり、ハンド１５洗浄性の向上に適した構造にできる。

【0061】

そして、本実施形態のロボットシステム３１によれば、コントローラ３２は、ハンド１５に設けられているカメラ３３が撮像した、ボトル１０のキャップ及び位置表示部９の画像のデータを取得すると、キャップ５の突起部８と位置表示部９との相対位置関係から、キャップ５が正常な閉栓位置にあるか否かを判断する。したがって、ボトル１０の開栓動作を行う以前に、ボトル１０内に収容されている材料等が汚染されていないことを確認できる。

【0062】

また、コントローラ３２は、キャップ５が正常な閉栓位置にあると判断すると、ハンド１５によりキャップ５を把持し、開栓方向に所定角度だけ回転させてボトル１０の開栓動作を行う。したがって、突起部８と位置表示部９との相対位置関係を画像データで確認しながら、開栓動作を確実に行うことができる。

【0063】

加えて、コントローラ３２は、キャップが５正常な閉栓位置に無いと判断すると、ハンド１５によりキャップ５を把持し、閉栓方向に所定角度だけ回転させてボトル１０の閉栓動作を行う。それから、閉栓したボトル１０の廃棄処理を行う。これにより、ボトル１０に収容されている材料等の漏出を防止でき、且つ作業室１２内が汚染されてしまうことを回避できる。

【0064】

（第２，第３実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。第２，第３実施形態は、ボトルの本体側に設ける位置表示部のバリエーションを示す。図１４及び図１５に示す第２実施形態のボトル４１は、円柱形の本体４２を備えており、位置表示部４３は、本体４２の中心を通る直線で表示を行っており、ボトル取付け部３で分断される一方が４３ａ，他方が４３ｂとなっている。

【0065】

また、図１６及び図１７に示す第３実施形態のボトル５１は、ボトル４１と同様に円柱形の本体５２を備えており、位置表示部５３は、本体５２の中心を通る直線上に配置される○で表示されている。ボトル取付け部３を挟む一方側の表示が５３ａ，他方側の表示が５３ｂとなっている。これらの第２，第３実施形態のように位置表示部４３，５３を備える場合も、キャップ５の突起部８との相対位置関係を把握できる。

【0066】

（第４実施形態）
第４実施形態は、図１８に示すように、ロボットハンド６１がハンド１５と同様に２本の爪６１ａ，６１ｂを備えているが、これらの爪６１ａ，６１ｂには第１実施形態のように凹部２８が形成されていない。このような形状であっても、キャップ５を把持した際に、例えば爪６１ａの側部をキャップ５の突起部８に当接させた状態で回転させることで、両者の間に滑りを発生させることなく回転させることができる。

【0067】

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
例えば第１実施形態において、凹部２８を一方の爪だけに設けても良い。
突起部８の高さ寸法は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
ロボットハンドの爪は、３本以上あっても良い。
ボトル本体の形状は８角柱に限らず、その他の多角柱形状でも良い。例えば、図２０に示すような４角柱状や、図２１に示すようなフラスコ状でも良い。例えば、フラスコ状の本体を有するボトルをパスボックスより取り出す際の動作は、図２２に示すようになる。
作業室内は、必ずしも滅菌状態である必要はない。

【符号の説明】

【0068】

図面中、１は本体、２は下端部、３はキャップ取付け部、４は開口、５はキャップ、６はねじ山、８は突起部、９は位置表示部、１０はボトル、１３はロボットアーム、１５はロボットハンド、１５ａ，１５ｂは爪、２８は凹部、３１はロボットシステム、３２はコントローラ、３３はカメラを示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】