特開 2024-68947 ロボットシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068947

(43)【公開日】2024-05-21

(54)【発明の名称】ロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/00 20060101AFI20240514BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20240514BHJP

   C12M 1/34 20060101ALI20240514BHJP

   B25J 5/00 20060101ALN20240514BHJP

【ＦＩ】

B25J13/00 Z

C12M1/00 C

C12M1/00 Z

C12M1/34 D

B25J5/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022179646

(22)【出願日】2022-11-09

(71)【出願人】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003311

【氏名又は名称】中外製薬株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中島 千智

(72)【発明者】

【氏名】柴田 義也

(72)【発明者】

【氏名】八瀬 哲志

【テーマコード（参考）】

3C707

4B029

【Ｆターム（参考）】

3C707AS09

3C707BS12

3C707BS26

3C707CS08

3C707DS01

3C707ES03

3C707ES04

3C707HS27

3C707JS02

3C707JU02

3C707KS01

3C707KS13

3C707KT01

3C707KT03

3C707KT05

3C707KT06

3C707LV02

3C707WA16

4B029AA01

4B029AA07

4B029AA19

4B029BB01

4B029CC01

4B029CC02

4B029FA10

4B029FA11

4B029HA02

4B029HA09

(57)【要約】

【課題】研究員が利用する実験環境に近い環境で稼働し、細胞継代処理を自動化することができるロボットシステムを提供する。
【解決手段】ロボットシステム１００は、床上を移動するための機構及び物体を把持するための機構を備えたモバイルマニピュレータ１０と、ワークベンチに対して固定されており、ワークベンチ上の物体を把持するための機構を備えたワークベンチロボット２０と、モバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０の各々の動作を制御するコントローラ３０とを含み、コントローラ３０は、ワークベンチロボット２０及びモバイルマニピュレータ１０に、ワークベンチと他の実験設備との間における、細胞を収めた容器の搬送及び設置を含む細胞の継代処理を実行させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

床上を移動するための機構及び物体を把持するための機構を備えたモバイルマニピュレータと、ワークベンチに対して固定されており、前記ワークベンチ上の物体を把持するための機構を備えたワークベンチロボットと、前記モバイルマニピュレータ及び前記ワークベンチロボットの各々の動作を制御するコントローラとを含むロボットシステムであって、
前記コントローラは、前記ワークベンチロボット及び前記モバイルマニピュレータに、前記ワークベンチと他の実験設備との間における、細胞を収めた容器の搬送及び設置を含む前記細胞の継代処理を実行させる、
ロボットシステム。

【請求項2】

前記コントローラは、さらに、前記モバイルマニピュレータに、
前記継代処理の準備処理として、培養中の細胞を収めた第１容器を、第１インキュベータから取り出させ、前記ワークベンチの上まで搬送させ、
前記継代処理の片付け処理として、前記継代処理後の細胞が収められた第２容器を前記第１インキュベータ又は第２インキュベータに収納させる、
請求項１に記載のロボットシステム。

【請求項3】

前記コントローラは、前記継代処理において、前記モバイルマニピュレータに、細胞分散試薬が添加された前記第１容器を細胞観察装置まで搬送させ、前記細胞観察装置による観察後の前記第１容器を前記ワークベンチの上まで搬送させる請求項２に記載のロボットシステム。

【請求項4】

前記コントローラは、前記継代処理において、前記モバイルマニピュレータに、前記細胞と液体との混合物が収められた前記第１容器又は前記第１容器の内容物が移された第３容器である遠心分離用容器を遠心分離機まで搬送させ、遠心分離後の前記遠心分離用容器を前記ワークベンチの上まで搬送させる請求項２又は請求項３に記載のロボットシステム。

【請求項5】

前記コントローラは、前記継代処理において、前記モバイルマニピュレータに、前記遠心分離用容器を前記遠心分離機の回転部に設置させ、遠心分離後の前記遠心分離用容器を前記遠心分離機から回収させる請求項４に記載のロボットシステム。

【請求項6】

前記コントローラは、前記継代処理において、前記モバイルマニピュレータに、前記遠心分離用容器が設置された前記遠心分離機の運転開始操作をさせる請求項５に記載のロボットシステム。

【請求項7】

前記コントローラは、前記継代処理において、前記モバイルマニピュレータに、細胞数又は細胞濃度の計測用に抽出された前記細胞が載置された試料ホルダを細胞計測装置まで搬送させ、前記試料ホルダを前記細胞計測装置の設置部に設置させる請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のロボットシステム。

【請求項8】

前記細胞は接着培養される細胞であって、
前記コントローラは、前記継代処理において、
前記ワークベンチロボットに、前記第１容器から培地を除去させた後、前記第１容器に細胞分散試薬を添加させ、さらに前記第１容器に酵素反応停止液及び新しい培地の少なくとも一方である添加物を添加させ、
前記モバイルマニピュレータに、前記細胞と前記添加物との混合物が収められた前記第１容器又は前記第１容器の内容物が移された第３容器である遠心分離用容器を遠心分離機まで搬送させ、遠心分離後の前記遠心分離用容器を前記ワークベンチの上まで搬送させ、
前記ワークベンチロボットに、遠心分離後の前記遠心分離用容器から前記細胞の一部を抽出し、試料ホルダに載置させ、
前記モバイルマニピュレータに、前記細胞が載置された前記試料ホルダを細胞数又は細胞濃度の計測を行う細胞計測装置まで搬送させ、前記試料ホルダを前記細胞計測装置の設置部に設置させ、
前記細胞計測装置による計測の結果が継代処理続行可能である場合に、前記ワークベンチロボットに、１又は複数の前記第２容器に前記細胞を播種させる、
請求項２に記載のロボットシステム。

【請求項9】

前記コントローラは、さらに、前記継代処理において、
前記モバイルマニピュレータに、前記細胞分散試薬が添加された前記第１容器を細胞観察装置まで搬送させ、前記細胞観察装置による観察後の前記第１容器を前記ワークベンチの上まで搬送させ、
前記細胞観察装置による観察の結果が継代処理続行可能である場合に、前記ワークベンチロボットに、前記添加物を添加させる処理以降の処理をさせる、
請求項８に記載のロボットシステム。

【請求項10】

前記細胞は浮遊培養される細胞であって、
前記コントローラは、前記継代処理において、
前記ワークベンチロボットに、前記第１容器から前記細胞の一部を抽出させ、試料ホルダに載置させ、
前記モバイルマニピュレータに、前記細胞が載置された前記試料ホルダを細胞数又は細胞濃度の計測を行う細胞計測装置まで搬送させ、前記試料ホルダを前記細胞計測装置の設置部に設置させ、
前記細胞計測装置による計測の結果が継代処理続行可能である場合に、前記ワークベンチロボットに、１又は複数の前記第２容器に前記細胞を播種させる、
請求項２に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、ロボットシステムに係り、特に、細胞の継代処理を実行するロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

細胞等の生体試料を扱う実験の自動化を、ロボットを導入して行う試みが種々行われている。

【0003】

例えば、実験環境内の所定の場所に移動し、試料トレイ、棚、移動カート、ＤＮＡシーケンサ、及び冷凍ユニット等の構成要素とインタラクションするロボットを含むインタラクティブ実験室ロボットシステムが提案されている（特許文献１）。

【0004】

また、例えば、処理対象が内壁面に付着した容器を、ロボットの備える１又は複数のロボットアームにより、遠心力により処理対象を移動させる移動装置に搬送するシステムが提案されている。このシステムでは、移動装置により、容器の内壁面上の所定の位置に移動された処理対象に対して、ロボットアームに把持されたピペットを用いた処理を行う（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１７－２１７０２７号

【特許文献2】特許公報第６５５０９９８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載のシステムは、それぞれが特定の処理を行う複数の種類の専用装置を設置し、専用装置の間の試料の搬送をロボットが行うシステムである。また、特許文献２に記載のシステムは、１台のロボットが多種類の処理を含む一連の実験作業を自らのアーム及びハンドを駆使して行うシステムである。

【0007】

このように、従来のシステムは、研究員が実験作業をする実験室とは異なる、ロボットに専用化された実験環境を要求する傾向がある。したがって、従来のシステムは、研究員とロボットとがなるべく多くの装置や器具を共用して、柔軟に実験室を運用することには不向きであった。

【0008】

特に、細胞培養の継代処理については、その時点で処理しようとする細胞の種類や状態に応じて手順や条件を変えた処理が随時少量ずつ発生することが多い。そのため、実験の準備工数が大きくなりがちな大規模なロボット専用環境を用意することなく、研究員が利用するのに近い実験環境で、研究員が行うのに近い作業手順を実行できるロボットシステムが望ましい。さらに好ましくは、研究員と交代で使用する実験環境又は研究員も同時に作業している実験環境で稼働できるロボットシステムが望ましい。

【0009】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、研究員が利用する実験環境に近い環境で稼働し、細胞継代処理を自動化することができるロボットシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明に係るロボットシステムは、床上を移動するための機構及び物体を把持するための機構を備えたモバイルマニピュレータと、ワークベンチに対して固定されており、前記ワークベンチ上の物体を把持するための機構を備えたワークベンチロボットと、前記モバイルマニピュレータ及び前記ワークベンチロボットの各々の動作を制御するコントローラとを含むロボットシステムであって、前記コントローラは、前記ワークベンチロボット及び前記モバイルマニピュレータに、前記ワークベンチと他の実験設備との間における、細胞を収めた容器の搬送及び設置を含む前記細胞の継代処理を実行させる。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係るロボットシステムによれば、研究員が利用する実験環境に近い環境で稼働し、細胞継代処理を自動化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態に係るロボットシステムが稼働する実験環境の一例を示す概略平面図である。

【図2】本実施形態に係るロボットシステムの概略構成を示すブロック図である。

【図3】モバイルマニピュレータの外観斜視図である。

【図4】ワークベンチロボットの外観斜視図である。

【図5】統括コントローラのハードウェア構成を示すブロック図である。

【図6】制御処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】継代処理の流れを示すフローチャートである。

【図8】第１容器内の培地の除去を説明するための図である。

【図9】第１容器内への細胞分散酵素液の添加を説明するための図である。

【図10】第１容器内の混合物の、遠心分離用容器への移し替えを説明するための図である。

【図11】遠心分離用容器内の細胞の一部の、試料ホルダへの載置を説明するための図である。

【図12】第２容器への細胞の播種を説明するための図である。

【図13】コントローラの構成の他の例を説明するための図である。

【図14】コントローラの構成の他の例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法及び比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0014】

研究員が利用する実験環境の典型例としては、継代作業の多くの部分を行うワークベンチが設置されると共に、細胞観察装置、細胞計測装置、遠心分離機等が、ワークベンチから離れた場所に設置されている環境が挙げられる。研究員が継代作業を行う場合、研究員は、継代作業をワークベンチで行う一方、継代作業の途中で必要に応じて、ワークベンチと細胞観察装置、細胞計測装置、又は遠心分離機との間を、試料容器を持って歩いて移動して、それらの装置を使用する。

【0015】

本実施形態に係るロボットシステムは、上記の、研究員が利用する実験環境の典型例と同様の環境において稼働する。図１は、本実施形態に係るロボットシステムが稼働する実験環境の一例を示す概略平面図である。図１の例では、上述した細胞観察装置、細胞計測装置、遠心分離機、ワークベンチに加え、薬品棚、インキュベータ、冷蔵庫、消耗品棚、充電ステーション、流し、椅子等の実験設備が実験環境に含まれている。なお、図１における顕微鏡は、上述した細胞観察装置及び細胞計測装置の一例である。

【0016】

図２に示すように、本実施形態に係るロボットシステム１００は、モバイルマニピュレータ１０と、ワークベンチロボット２０と、統括コントローラ３０とを含む。なお、図２の例では、モバイルマニピュレータ１０が２台、ワークベンチロボット２０が２台の例を示しているが、これに限定されない。モバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０は、それぞれ１台でもよいし、３台以上であってもよい。

【0017】

モバイルマニピュレータ１０は、ローカルコントローラ２１と、床上を移動するための移動機構と、物体を把持するための把持機構とを備える。図３に、モバイルマニピュレータ１０の外観斜視図を示す。図３に示すように、モバイルマニピュレータ１０は、台車１２と、ロボットアーム１３とを備える。

【0018】

台車１２は、移動機構の一例であり、ローカルコントローラ１１による制御で駆動される２つの駆動輪１２Ａを有する。さらに、台車１２は、図３で手前側の底面に方向の自在に変わるキャスターを有する。２つの駆動輪１２Ａは互いに独立に駆動されるため、台車１２は、研究員と同様に床上を自由に移動することができる。駆動機構は、２つの独立駆動輪に限らず、床上を移動することができる任意の機構であってよく、旋回を含む移動の態様についての制約が少ない機構であることが好ましい。ロボットアーム１３は、把持機構の一例であり、台車１２上に搭載されている。ロボットアーム１３は、アーム１３Ａと、アーム１３Ａの先端に取り付けられたハンド１３Ｂとを有する。アーム１３Ａは、３次元空間において、ハンド１３Ｂの位置及び姿勢を、例えば６自由度で変位させるための構成を備えた垂直多関節型のアームとしてよい。ハンド１３Ｂは、容器等を把持可能な、例えば２指のロボットハンドである。なお、図３では、モバイルマニピュレータ１０は、１つのロボットアーム１３を備える例を示しているが、ロボットアーム１３を２本備えた双腕としてもよい。

【0019】

モバイルマニピュレータ１０は、アーム１３Ａのハンド１３Ｂに近い箇所に図示しないビジョンセンサを有する。ビジョンセンサは、モバイルマニピュレータ１０周辺の物体、及びハンド１３Ｂで把持する容器等の把持対象物を認識するためのセンサである。ビジョンセンサは、カメラ及び画像処理装置を含んで構成され、カメラにより撮影した画像を画像処理装置で画像処理することにより、周辺の物体及び把持対象物を認識する。これによりモバイルマニピュレータ１０の自律的な移動が可能となる。なお、周辺の物体及び把持対象物を認識するためのセンサはビジョンセンサに限定されず、周辺の各点の３次元位置を計測可能なレーザレーダ等を用いてもよい。また、周辺の物体を認識するためのセンサは、台車１２に搭載されてもよい。

【0020】

ローカルコントローラ１１は、統括コントローラ３０の指示を実現できるように、モバイルマニピュレータ１０の各モータの動作を制御する。具体的には、ローカルコントローラ１１は、ビジョンセンサ１４から出力される認識結果、統括コントローラ３０からの指示等に基づいて、モバイルマニピュレータ１０の動作を制御する。より具体的には、ローカルコントローラ１１は、ハンド１３Ｂで容器等の把持対象物を把持し、把持した把持対象物をワークベンチ等の所定位置へ搬送するように、モバイルマニピュレータ１０の動作を制御する。

【0021】

ワークベンチロボット２０は、ワークベンチに対して固定されており、ローカルコントローラ２１と、ワークベンチ上の物体を把持するための把持機構とを備える。ワークベンチロボット２０による把持対象物は、容器の他に、容器内の細胞等の吸引、及び容器内への細胞等の吐出を行うためのアスピレータ、電動ピペッター、電動マイクロピペット等を含む。図４に、ワークベンチロボット２０の外観斜視図を示す。図４に示すように、ワークベンチロボット２０は、２本のロボットアーム２２と、ビジョンセンサ２３とを備える。

【0022】

ロボットアーム２２は、把持機構の一例であり、アーム２２Ａと、アーム２２Ａの先端に取り付けられたハンド２２Ｂとを有する。アーム２２Ａは、３次元空間において、ハンド２２Ｂの位置及び姿勢を、例えば６自由度で変位させるための構成を備えた垂直多関節型のアームとしてよい。ハンド２２Ｂは、容器等を把持可能な、例えば、各指が関節を有する３指のロボットハンドである。

【0023】

図４の下部に、ハンド２２Ｂを拡大した概略図を示す。この概略図では、ハンド２２Ｂの各指の関節の図示を省略すると共に、各指の形状及び配置を簡略化して図示している。ハンド２２Ｂは、第１指２２Ｂ１を含む指の第１グループと、第２指２２Ｂ２及び第３指２２Ｂ３を含む指の第２グループとを備え、第１グループと第２グループとは互いに対向して間に物体を把持できる構造である。人の指との対応としては、第１指２２Ｂ１は親指、第２指２２Ｂ２は人差し指、第３指２２Ｂ３は中指の働きをする。なお、ハンド２２Ｂは、４指以上のロボットハンドでもよい。すなわち、第１グループは第１指２２Ｂ１以外の指を含んでもよく、第２グループは第２指２２Ｂ２及び第３指２２Ｂ３以外の指を含んでもよい。また、ハンド２２Ｂの各指は、途中に２つの関節を有することが好ましい。これにより、物体の外形を包むような安定した把持が可能となり、また、実験器具のボタンを押す等の細かな操作も容易になる。

【0024】

以下では、２本のロボットアーム２２のハンド２２Ｂについて、左手と右手とを区別して説明する場合には、左手をハンド２２ＢＬ、右手をハンド２２ＢＲと表記する。ハンド２２Ｂの指についても同様に、左手のハンド２２ＢＬの指を第１指２２Ｂ１Ｌ、第２指２２Ｂ２Ｌ、第３指２２Ｂ３Ｌ、右手のハンド２２ＢＲの指を第１指２２Ｂ１Ｒ、第２指２２Ｂ２Ｒ、第３指２２Ｂ３Ｒと表記する。

【0025】

ビジョンセンサ２３は、パンチルト台に搭載されており、ワークベンチ上に配置された容器等の把持対象物を認識するためのセンサである。

【0026】

ローカルコントローラ２１は、統括コントローラ３０の指示を実現できるように、ワークベンチロボット２０の各モータの動作を制御する。具体的には、ローカルコントローラ２１は、ビジョンセンサ２３から出力される認識結果、統括コントローラ３０からの指示等に基づいて、ワークベンチロボット２０の動作を制御する。より具体的には、ローカルコントローラ２１は、２本のロボットアーム２２が協調して細胞の継代処理を実行するように、ワークベンチロボット２０の動作を制御する。例えば、ローカルコントローラ２１は、一方のロボットアーム２２のハンド２２Ｂで容器を把持し、他方のロボットアーム２２のハンド２２Ｂでピペットを把持して、容器内の液体を吸引する等の処理を実行するように、ワークベンチロボット２０の動作を制御する。

【0027】

なお、図４では、ワークベンチロボット２０が直接ワークベンチに固定されている例を示しているが、ワークベンチロボット２０は、ワークベンチとの相対位置関係が固定されていればよく、例えば、床、壁、天井等に固定されていてもよい。

【0028】

統括コントローラ３０は、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１、及びワークベンチロボット２０のローカルコントローラ２１と連携して、モバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０の各々の動作を制御する。具体的には、統括コントローラ３０は、モバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０に、ワークベンチと他の実験設備との間における、細胞を収めた容器の搬送及び設置を含む細胞の継代処理を実行させる。

【0029】

モバイルマニピュレータ１０による把持動作、実験設備に対する操作は、ローカルコントローラ１１が、予めティーチングされた動作計画を、ビジョンセンサから出力される認識結果に基づいてモバイルマニピュレータ１０に実行させることにより実現される。ワークベンチロボット２０による把持動作、実験設備に対する操作についても同様である。

【0030】

また、モバイルマニピュレータ１０の移動は、ローカルコントローラ１１が、予め保持する実験環境のレイアウト図に基づいて、統括コントローラ３０から指示された実験設備の位置へモバイルマニピュレータ１０を移動させることにより実現される。なお、ローカルコントローラ１１は、ビジョンセンサ１４から出力される認識結果に基づいて、障害物を回避しながら目的の位置へ移動するように、モバイルマニピュレータ１０を移動させる。

【0031】

図５は、統括コントローラ３０のハードウェア構成を示すブロック図である。図５に示すように、統括コントローラ３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１、メモリ３２、記憶装置３３、入力装置３４、出力装置３５、記憶媒体読取装置３６、及び通信Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）３７を有する。各構成は、バス３８を介して相互に通信可能に接続されている。

【0032】

記憶装置３３には、後述する制御処理を実行するためのプログラムが格納されている。ＣＰＵ３１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各構成を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ３１は、記憶装置３３からプログラムを読み出し、メモリ３２を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ３１は、記憶装置３３に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。

【0033】

メモリ３２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）により構成され、作業領域として一時的にプログラム及びデータを記憶する。記憶装置３３は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。

【0034】

入力装置３４は、例えば、キーボードやマウス等の、各種の入力を行うための装置である。出力装置３５は、例えば、ディスプレイやプリンタ等の、各種の情報を出力するための装置である。出力装置３５として、タッチパネルディスプレイを採用することにより、入力装置３４として機能させてもよい。

【0035】

記憶媒体読取装置３６は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の各種記憶媒体に記憶されたデータの読み込みや、記憶媒体に対するデータの書き込み等を行う。通信Ｉ／Ｆ３７は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。なお、他の機器には、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１、ワークベンチロボット２０のローカルコントローラ２１、細胞観察装置、細胞計測装置、遠心分離機等が含まれる。本実施形態では、これらの他の機器についても通信機能を備えるものとする。

【0036】

なお、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１、及びワークベンチロボット２０のローカルコントローラ２１のハードウェア構成は、概ね統括コントローラ３０のハードウェア構成と同様であるため、説明を省略する。

【0037】

次に、本実施形態に係るロボットシステム１００の作用について説明する。

【0038】

図６は、統括コントローラ３０のＣＰＵ３１により実行される制御処理の流れを示すフローチャートである。以下では、接着培養の例について説明する。

【0039】

ステップＳ１０で、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０に、継代処理の準備処理として、培養中の細胞を収めた第１容器を、第１インキュベータから取り出させ、ワークベンチの上まで搬送させる。第１容器は、例えば、角型フラスコ等である。

【0040】

具体的には、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１に準備処理を指示する。準備処理の指示を受けたローカルコントローラ１１の制御により、モバイルマニピュレータ１０が、第１インキュベータの位置まで移動し、第１インキュベータの扉を開け、ハンド１３Ｂで第１容器を把持する。そして、モバイルマニピュレータ１０が、第１容器を把持した状態でワークベンチまで移動し、ワークベンチ上に第１容器を配置する。

【0041】

次に、ステップＳ２０で、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０に、継代処理を実行させる。ここで、図７を参照して、継代処理について説明する。

【0042】

ステップＳ２１で、統括コントローラ３０が、ワークベンチロボット２０のローカルコントローラ２１に、第１容器からの培地の除去を指示する。指示を受けたローカルコントローラ２１は、例えば、図８に示すように、ハンド２２ＢＬで第１容器を把持し、ハンド２２ＢＲでアスピレータを把持し、アスピレータを操作して、第１容器内の培地を吸引除去するように、ワークベンチロボット２０を制御する。より具体的には、ローカルコントローラ２１は、ハンド２２ＢＬの第１指２２Ｂ１Ｌと、第２指２２Ｂ２Ｌ及び第３指２２Ｂ３Ｌとが互いに対向して間に第１容器を把持するように、ワークベンチロボット２０を制御する。また、ローカルコントローラ２１は、ハンド２２ＢＲの第１指２２Ｂ１Ｒと、第２指２２Ｂ２Ｒ及び第３指２２Ｂ３Ｒとが互いに対向して間にアスピレータを把持するように、ワークベンチロボット２０を制御する。なお、以下の各ステップにおける、ハンド２２Ｂの各指による把持対象物の把持方法については、本ステップの把持方法と概ね同様であるため、説明を省略する。

【0043】

次に、ステップＳ２２で、統括コントローラ３０が、ワークベンチロボット２０のローカルコントローラ２１に、第１容器への細胞分散酵素液の添加を指示する。細胞分散酵素液は、細胞分散試薬の一例であり、例えば、トリプシンである。指示を受けたローカルコントローラ２１は、例えば、図９に示すように、ハンド２２ＢＲで電動ピペッターを把持し、電動ピペッターを操作して、第１容器内に細胞分散酵素液を添加するように、ワークベンチロボット２０を制御する。電動ピペッターの操作は、例えば、ハンド２２ＢＲのいずれかの指（例えば、第２指２２Ｂ２Ｒ又は第３指２２Ｂ３Ｒ）で吐出ボタンを押下することである。

【0044】

次に、ステップＳ２３で、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１に、第１容器を細胞観察装置まで搬送させるよう指示する。指示を受けたローカルコントローラ１１は、ワークベンチ上の、細胞分散酵素液が添加された第１容器を、例えば、コンピュータ制御により観察対象物の拡大画像取得及び画像分析を行う光学顕微鏡等の細胞観察装置へ搬送し、細胞観察装置の所定位置に配置するように、モバイルマニピュレータ１０を制御する。細胞観察装置としては、第１容器の透明な壁面を通して細胞を観察することができるだけの対物距離の長い装置が用いられる。

【0045】

次に、ステップＳ２４で、統括コントローラ３０が、細胞観察装置による観察結果に基づいて、継代処理が続行可能か否かを判定する。例えば、統括コントローラ３０は、細胞観察装置から、観察結果として第１容器内の細胞の画像又は画像分析結果を取得し、細胞が容器壁から十分に剥離して浮遊状態となっている場合に、継代処理を続行可能であると判定する。なお、細胞観察装置による細胞の剥離度合いの観察は、細胞観察装置又は統括コントローラ３０における画像処理を用いて自動で行われてもよいし、人手を介入させて行われてもよい。継代処理が続行可能な場合には、ステップＳ２５へ移行し、続行不可の場合には、ステップＳ３３へ移行する。なお、ステップＳ３３へ移行する代わりに、数分間待ってから再度細胞観察装置による観察を試みてもよい。時間の経過と共に細胞の容器壁からの剥離が進行することが期待できる場合があるからである。

【0046】

ステップＳ２５では、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１に、第１容器をワークベンチの上まで搬送させるよう指示する。指示を受けたローカルコントローラ１１は、細胞観察装置から第１容器を取り出して把持し、ワークベンチまで搬送して、ワークベンチ上に配置させるように、モバイルマニピュレータ１０を制御する。以上説明したステップＳ２３からステップＳ２５までは、細胞観察装置で確認するまでもなく、細胞の容器壁からの剥離が十分にできていると推定できる場合には省略してもよい。例えば、同種の細胞を同様の条件で培養し、同様の条件で細胞の容器壁からの剥離に成功してきた実績がある場合である。

【0047】

次に、ステップＳ２６で、統括コントローラ３０が、ワークベンチロボット２０のローカルコントローラ２１に、第１容器に酵素反応停止液及び新しい培地の少なくとも一方である添加物を添加させるよう指示する。指示を受けたローカルコントローラ２１は、例えば、図９に示すように、ハンド２２ＢＬに第１容器を把持させ、ハンド２２ＢＲに電動ピペッターを把持させ、第１容器内に添加物を添加するように、ワークベンチロボット２０を制御する。以下では、細胞と添加物との混合物が収められた第１容器、又はその第１容器の内容物が移された第３容器を遠心分離用容器という。

【0048】

なお、細胞と添加物との混合物を第３容器に移す場合、統括コントローラ３０が、ワークベンチロボット２０のローカルコントローラ２１に、その旨を指示する。指示を受けたローカルコントローラ２１は、例えば、図１０の上図に示すように、電動ピペッターを操作して、混合物を第１容器から吸引するように、ワークベンチロボット２０を制御する。ここでの電動ピペッターの操作は、例えば、ハンド２２ＢＲのいずれかの指（例えば、第２指２２Ｂ２Ｒ又は第３指２２Ｂ３Ｒ）で吸引ボタンを押下することである。そして、ローカルコントローラ２１は、図１０の下図に示すように、ハンド２２ＢＬで、例えば、コニカルチューブ等の遠心分離用容器に持ち替えるように、ワークベンチロボット２０を制御する。さらに、ローカルコントローラ２１は、電動ピペッターを操作して、吸引した混合物を遠心分離用容器に移し替えるように、ワークベンチロボット２０を制御する。ここでの電動ピペッターの操作は、例えば、ハンド２２ＢＲのいずれかの指（例えば、第２指２２Ｂ２Ｒ又は第３指２２Ｂ３Ｒ）で吐出ボタンを押下することである。

【0049】

なお、第１容器をそのまま遠心分離用容器とする場合は、第１容器は角型フラスコではなく、当初よりコニカルチューブを使用する。

【0050】

次に、ステップＳ２７で、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１に、遠心分離用容器を遠心分離機まで搬送させるよう指示する。指示を受けたローカルコントローラ１１は、ワークベンチ上の遠心分離用容器を遠心分離機へ搬送し、遠心分離機の所定位置（例えば、回転部）に設置するように、モバイルマニピュレータ１０を制御する。その際、遠心分離機の仕様上必要であれば、ローカルコントローラ１１は、遠心分離用容器が設置されるべき部材を遠心分離機内から取り出してから当該部材に遠心分離用容器を設置し、その後当該部材を遠心分離機内に戻すように、モバイルマニピュレータ１０を制御する。さらに、ローカルコントローラ１１は、遠心分離機のスタートボタンを押下させ、遠心分離機の運転を開始させるように、モバイルマニピュレータ１０を制御してもよい。なお、遠心分離機の運転開始操作は、統括コントローラ３０が遠心分離機に制御信号を送信して行ってもよい。

【0051】

次に、ステップＳ２８で、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１に、遠心分離用容器をワークベンチの上まで搬送させるよう指示する。指示を受けたローカルコントローラ１１は、遠心分離機から遠心分離用容器を回収して把持し、ワークベンチまで搬送して、ワークベンチ上に配置させるように、モバイルマニピュレータ１０を制御する。

【0052】

次に、ステップＳ２９で、統括コントローラ３０が、ワークベンチロボット２０のローカルコントローラ２１に、遠心分離用容器から細胞の一部を抽出し、試料ホルダに載置するよう指示する。試料ホルダは、細胞計測装置の仕様に合わせたものが用いられる。例えば、細胞計測装置が光学顕微鏡の場合には、試料ホルダはスライドガラスである。スライドガラスには試料を入れるくぼみがあってもよい。細胞計測装置の仕様によっては、試料ホルダとして何らかの容器が用いられる場合もある。

【0053】

指示を受けたローカルコントローラ２１は、例えば、図１１の上図に示すように、電動マイクロピペットを操作して、遠心分離用容器から細胞の一部を吸引するように、ワークベンチロボット２０を制御する。そして、ローカルコントローラ２１は、図１１の下図に示すように、電動マイクロピペットを操作して、吸引した細胞を、例えば、細胞カウント用プレート等の試料ホルダのくぼみに吐出するように、ワークベンチロボット２０を制御する。統括コントローラ３０は、細胞計測の前に、計測対象の細胞を染色する処理をワークベンチロボット２０に実行させてもよい。

【0054】

なお、電動マイクロピペットは、少量の細胞を吸引及び吐出可能な機器である。電動マイクロピペットの吸引及び吐出のオン及びオフの制御は、ＵＳＢケーブル等を介した有線電子制御とし、ワークベンチロボット２０のハンド２２Ｂによるオン及びオフの操作は行わないようにしてもよい。

【0055】

次に、ステップＳ３０で、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１に、試料ホルダを、細胞の数又は濃度を計測する細胞計測装置まで搬送させるよう指示する。指示を受けたローカルコントローラ１１は、ワークベンチ上の試料ホルダを、例えばコンピュータ制御により観察対象物の拡大画像取得及び画像分析を行う光学顕微鏡等の細胞計測装置へ搬送し、細胞計測装置の設置部に設置するように、モバイルマニピュレータ１０を制御する。なお、ここでの「設置部」は、試料ホルダがそこに設置されれば、その後は細胞計測装置による計測が可能となる設置部位を指す。設置部に設置された試料ホルダが細胞計測装置の機能により計測場所まで移動させられてもよく、設置部に設置されたまま計測可能である必要はない。

【0056】

次に、ステップＳ３１で、統括コントローラ３０が、細胞計測装置による計測結果に基づいて、継代処理が続行可能か否かを判定する。例えば、統括コントローラ３０は、細胞計測装置から、計測結果として、試料ホルダ内の細胞の数又は濃度を取得し、細胞の数又は濃度が予め定めた閾値以上の場合に、継代処理を続行可能であると判定する。なお、細胞計測装置による細胞の数又は濃度の計測は、画像処理を用いて自動で行われてもよいし、人手を介入させて行われてもよい。継代処理が続行可能な場合には、ステップＳ３２へ移行し、続行不可の場合には、ステップＳ３３へ移行する。

【0057】

ステップＳ３２では、統括コントローラ３０が、ワークベンチロボット２０のローカルコントローラ２１に、１又は複数の第２容器への細胞の播種を指示する。なお、第２容器は、第１容器と同様のものでもよい。第２容器は、容器数１のまま容器のサイズを大きくする場合と、容器の数を増やす場合とがある。複数のウェル（くぼみ）が設けられた容器については、それぞれのウェルを第２容器とみなす。

【0058】

指示を受けたローカルコントローラ２１は、例えば、図１２の上図に示すように、電動マイクロピペットを操作して、遠心分離用容器から、第２容器に播種する量の細胞（培地も含む）を吸引するように、ワークベンチロボット２０を制御する。そして、ローカルコントローラ２１は、図１２の下図に示すように、電動マイクロピペットを操作して、吸引した細胞を、例えば、角型フラスコ等の第２容器に吐出するように、ワークベンチロボット２０を制御する。ローカルコントローラ２１は、この制御を、第２容器の数だけ繰り返す。また、必要に応じて、電動ピペッターを用いて、第２容器に培地を補充するようにしてもよい。そして、継代処理を終了し、図６に戻って、ステップＳ４０の片付け処理に進む。

【0059】

ステップＳ３３では、統括コントローラ３０が、継代処理が続行不可であることを出力装置３５から出力し、継代処理及び制御処理を終了する。その際、続行不可である理由を示す情報を出力に含めてもよい。そうすることにより、出力を受ける人又は上位システムが継代処理の状況を把握して適切に対処することが容易になる。なお、第１インキュベータ内の次の第１容器を継代処理の対象として、制御処理を継続するようにしてもよい。この場合、ステップＳ３３の後、制御処理のステップＳ１０に戻るようにすればよい。

【0060】

次に、ステップＳ４０で、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０に、継代処理の片付け処理として、継代処理後の細胞が収められた第２容器を第２インキュベータに収納させる。第２インキュベータは、第１インキュベータと同一であってもよい。

【0061】

具体的には、統括コントローラ３０が、モバイルマニピュレータ１０のローカルコントローラ１１に片付け処理を指示する。片付け処理の指示を受けたローカルコントローラ１１の制御により、モバイルマニピュレータ１０が、ワークベンチ上の第２容器を把持し、第２インキュベータの位置まで移動し、第２インキュベータの扉を開け、第２インキュベータ内に第２容器を収納する。そして、制御処理は終了する。

【0062】

以上説明したように、本実施形態に係るロボットシステムは、床上を移動するための機構及び物体を把持するための機構を備えたモバイルマニピュレータを備える。また、ロボットシステムは、ワークベンチに対して固定されており、ワークベンチ上の物体を把持するための機構を備えたワークベンチロボットを備える。さらに、ロボットシステムは、モバイルマニピュレータ及びワークベンチロボットの各々の動作を制御するコントローラを備える。そして、コントローラは、ワークベンチロボット及びモバイルマニピュレータに、ワークベンチと他の実験設備との間における、細胞を収めた容器の搬送及び設置を含む細胞の継代処理を実行させる。これにより、研究員が利用する実験環境に近い環境で稼働し、細胞継代処理を自動化することができる。

【0063】

具体的には、本実施形態に係るロボットシステムは、モバイルマニピュレータがインキュベータとワークベンチとの間で細胞容器の搬送をするだけでなく、ワークベンチにおける継代処理の途中でもモバイルマニピュレータが介入する。これにより、研究員が利用するのに近い実験環境で継代処理の自動化ができる。

【0064】

例えば、ワークベンチロボットは、研究員と同じように卓上作業を行える一方、研究員が継代処理を担当する場合に行う、容器を持って歩いて顕微鏡や遠心分離機の位置まで行く部分をモバイルマニピュレータが担う。これにより、ワークベンチロボットの手が届く範囲に必要な装置や器具を集めたロボット専用環境を作る必要がなくなり、ワークベンチの卓上だけをロボット専用環境にすれば済む。また、ワークベンチ自体を研究員と共用することも可能である。しかも、ワークベンチロボットはワークベンチの卓上サイズ程度の小型ロボットでありながら特定の作業に特化された専用装置ではなく１台で種々の作業をこなせるため、実験室に専用装置群や巨大な多機能装置を配備する必要性も少ない。

【0065】

なお、上記実施形態では、接着培養の場合について説明したが、本実施形態に係るロボットシステムは、浮遊培養の場合にも適用可能である。この場合、統括コントローラ３０は、ワークベンチロボット２０に、第１容器から細胞の一部を抽出させ、試料ホルダに載置させる。そして、統括コントローラ３０は、モバイルマニピュレータ１０に、細胞が載置された試料ホルダを細胞数又は細胞濃度の計測を行う細胞計測装置まで搬送させ、試料ホルダを細胞計測装置の設置部に設置させる。そして、統括コントローラ３０は、細胞計測装置による計測結果が継代処理続行可能である場合に、ワークベンチロボットに、１又は複数の第２容器に細胞を播種させる。

【0066】

また、上記実施形態では、図２に示すように、本発明のコントローラの一例として、モバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０とは独立した統括コントローラ３０を用いる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、図１３（Ａ）に示すように、いずれかのワークベンチロボット２０が統括コントローラ３０を搭載するようにしてもよいし、図１３（Ｂ）に示すように、いずれかのモバイルマニピュレータ１０が統括コントローラ３０を搭載するようにしてもよい。

【0067】

また、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本発明のコントローラを、複数の分散コントローラ４０で構成するようにしてもよい。この場合、分散コントローラ同士で通信して、モバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０の各々が互いに連携して動作するように制御する。例えば、モバイルマニピュレータ１０が容器をワークベンチ上まで搬送すると、モバイルマニピュレータ１０の分散コントローラ４０が、当該搬送の完了をワークベンチロボット２０の分散コントローラ４０に通知する。そして、通知を受けた分散コントローラ４０により、ワークベンチロボット２０が搬送された容器に対する処理を開始できるようにする。

【0068】

なお、モバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０の各々にローカルコントローラ１１、２１を設けず、統括コントローラ３０又は分散コントローラ４０がモバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０の各々の各モータの動作を制御してもよい。

【0069】

また、上記実施形態のモバイルマニピュレータ１０は、上記の処理に加え、細胞の継代処理に使用する薬品の入った容器を冷蔵庫又は薬品棚からワークベンチ上に搬送する処理を行ってもよい。また、モバイルマニピュレータ１０は、使い残した薬品の入った容器を冷蔵庫又は薬品棚に片付ける処理を行ってもよい。さらに、モバイルマニピュレータ１０は、細胞の継代処理に使用するピペットのような道具、空の容器などを消耗品棚からワークベンチ上に搬送する処理を行ってもよい。また、モバイルマニピュレータ１０は、充電すべきタイミングになったら、充電ステーションへ移動し、自装置の充電を行うようにしてもよい。

【0070】

また、上記実施形態において、統括コントローラ３０は、モバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０の各々の稼働状況を確認し、空き状態のモバイルマニピュレータ１０及びワークベンチロボット２０に上記処理を実行させるようにしてもよい。また、モバイルマニピュレータ１０については、実験環境内での位置情報も取得し、空き状態であるモバイルマニピュレータ１０のうち、最も効率良く指定の位置へ移動可能なモバイルマニピュレータ１０を選択して、上記処理を実行させるようにしてもよい。

【0071】

ワークベンチロボット２０については、そのワークベンチで処理している細胞が、例えば遠心分離機に持ち出されたとしても、遠心分離処理後にワークベンチ上の器具などを継続使用して、一連の処理を同じワークベンチロボット２０が担当するようにしてよい。ただし、１つのワークベンチで用意した複数の容器についての遠心分離をまとめて行い、その後のアスピレーション（上澄み液の吸引除去）を素早く行うために、複数のワークベンチロボット２０でアスピレーションを並行して行うようにしてもよい。このように、１つの容器でインキュベーションされていた細胞の継代処理に、複数のワークベンチロボット２０を用いるようにしてもよい。

【0072】

また、上記実施形態では、細胞観察装置の一例として、光学顕微鏡を挙げたが、これに限定されず、レーザスキャン方式による観察装置等、目的に応じて細胞の状態を観察できる装置であればよく、観察の方式、原理を問わない。同様に、細胞計測装置も、レーザスキャン方式による計測装置等、目的に応じて細胞の数等を計測できる装置であればよく、計測の方式、原理を問わない。装置自身で計測を完結できることは必須ではなく、例えば、細胞計測装置としては顕微鏡であって、人が目視で細胞数の計数等を行う場合を含む。細胞観察装置と細胞計測装置とは、両者を兼ねた同一の装置であってもよいし、別々の装置であってもよい。

【0073】

なお、細胞観察装置は、典型的には、第１容器に入ったままの細胞を第１容器の壁面を通して観察し、観察された細胞はその後も培養対象となる。一方、細胞計測装置は、典型的には、微量抽出された細胞を計測し、計測された細胞は廃棄される。

【0074】

また、上記実施形態では、ワークベンチロボット２０が固定されたワークベンチと、細胞観察装置、細胞計測装置等との間の容器の搬送を、モバイルマニピュレータ１０が行う場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ワークベンチロボット２０が固定されたワークベンチ上、又はそのワークベンチに隣接する、ワークベンチロボット２０のハンド２２Ｂが届く範囲に細胞観察装置、細胞計測装置等が設置されている場合もある。この場合、ワークベンチロボット２０が、細胞観察装置、細胞計測装置等への容器の配置及び回収を行ってもよい。

【0075】

また、上記実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行したロボットシステム処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、ロボットシステム処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

【0076】

また、上記実施形態では、ロボットシステムプログラムが記憶装置に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ブルーレイディスク、ＵＳＢメモリ等の記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１００ ロボットシステム
１０ モバイルマニピュレ
１１ ローカルコントローラ
１２ 台車
１２Ａ 駆動輪
１３ ロボットアーム
１３Ａ アーム
１３Ｂ ハンド
２０ ワークベンチロボット
２１ ローカルコントローラ
２２ ロボットアーム
２２Ａ アーム
２２Ｂ、２２ＢＬ、２２ＢＲ ハンド
２２Ｂ１、２２Ｂ１Ｌ、２２Ｂ１Ｒ 第１指
２２Ｂ２、２２Ｂ２Ｌ、２２Ｂ２Ｒ 第２指
２２Ｂ３、２２Ｂ３Ｌ、２２Ｂ３Ｒ 第３指
２３ ビジョンセンサ
３０ 統括コントローラ
３１ ＣＰＵ
３２ メモリ
３３ 記憶装置
３４ 入力装置
３５ 出力装置
３６ 記憶媒体読取装置
３７ 通信Ｉ／Ｆ
３８ バス
４０ 分散コントローラ

【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】