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JP7424926B2 - デジタル化システム - Google Patents

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Description

本発明は、概して、デジタル化に関する。
日本社会では、若年労働者が減少してきている。この状況を鑑み、機械化による人の作業の省人化、労働力としての外国人の活用、高齢者の活用、多様な人材の活用等の対策が取られている。このような背景にあって、製造業の多くの分野において、技能教育への活用、自動機械設計への活用等を目的として、人による作業の技能をデジタル化する要求が高まっている。
例えば、医薬分野では、手技による細胞培養(培養手技作業)を行う培養士の人員不足が供給のボトルネックとなっていて、培養手技作業の技能をデジタル化したいという要求が高まっている。
この要求に対し、培養手技作業をカメラにより取り込んだ映像、培養士の手技を測定するセンサにより取り込んだセンサ値等からデジタル的に特徴を抽出することにより、細胞が正常に増殖するために必要な動作を特定し、培養士にフィードバックすることで、培養士に正しい動作を行うことを促す方法が考えられる。
培養手技作業には、繊細な動作が要求されることから、センシングシステムにおいては、培養手技作業を阻害しないようにセンサを構成する必要がある。
この点、作業用治具等に組み込み可能な小型で安価な、力の検出表示装置が開示されている(特許文献1参照)。
特開平07-280672号公報
特許文献1に記載の力の検出表示装置では、作業用治具に対する力を検出することはできる。しかしながら、繊細な作業の技能をデジタル化するには、作業用治具に対する力を検出するだけでは十分でない。
本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、繊細な作業の技能をデジタル化し得るデジタル化システムを提案しようとするものである。
かかる課題を解決するため本発明においては、作業道具に取り付けられ、前記作業道具が作業対象に押し付けられたときの前記作業道具の変形を検出する第1のセンサと、前記作業道具が前記作業対象に押し付けられたときに、前記作業対象にかかる力または前記作業道具にかかる力を検出する第2のセンサと、前記第1のセンサで取得されたセンサ値をもとに、前記作業道具と前記作業対象とがなす角の角度を算出し、前記第2のセンサで取得されたセンサ値をもとに、前記作業道具が押し付けられたときに前記作業対象にかかる力を算出するコンピュータと、を設けるようにした。
上記構成では、作業道具と作業対象とがなす角の角度と、作業道具が押し付けられたときに作業対象にかかる力とを算出することにより、例えば、繊細な作業の技能をデジタル化することができるようになる。
本発明によれば、繊細な作業の技能をデジタル化することができる。
第1の実施の形態によるデジタル化システムに係る構成の一例を示す図である。 第1の実施の形態によるスクレーパに係る構成の一例を示す図である。 第1の実施の形態による台座の主な構成を示す図である。 第1の実施の形態による台座を真上から見たときの図である。 第1の実施の形態による台座を真横から見たときの図である。 第1の実施の形態による吸引装置の一例を示す図である。 第1の実施の形態によるスクレーパの使用態様の一例を示す図である。 第1の実施の形態によるスクレーパの使用態様の一例を示す図である。 第2の実施の形態によるセンサ内蔵グローブの一例を示す図である。 第3の実施の形態によるセンサ部に係る構成の一例を示す図である。 第3の実施の形態によるスクレーパの使用態様の一例を示す図である。 第3の実施の形態による吊り下げ台の一例を示す図である。 第3の実施の形態によるマグネットの一例を示す図である。 第3の実施の形態による吊り下げ台の使用態様の一例を示す図である。 第4の実施の形態によるセンサ部に係る構成の一例を示す図である。
(1)第1の実施の形態
以下、本発明の一実施の形態を詳述する。本実施の形態では、繊細な作業の技能をデジタル化する技術について主に説明する。ただし、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。
繊細な作業は、作業道具を用いて行われる作業である。繊細な作業としては、器具を用いた製品の調整作業、工具を用いた製品の組み立て作業、スクレーパを用いた培養作業、ゲーム機用のコントローラを用いたゲームプレイ、クラブを用いたゴルフプレイ等が挙げられる。以下では、スクレーパを用いて培養作業を行うケースを例に挙げて説明する。
スクレーパは、細胞培養、組織培養、細菌培養等の培養分野において、シャーレ、フラスコ等の容器で培養した細胞、組織、細菌等の培養物を回収する際に、容器から培養物を剥離させるために使用される。以下では、シャーレで培養した細胞を回収する際に、シャーレから細胞を剥離させるためにスクレーパが使用されるケースを例に挙げて説明する。
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、図面において同一要素については、同じ番号を付し、説明を適宜省略する。また、同種の要素を区別しないで説明する場合には、枝番を含む参照符号のうちの共通部分(枝番を除く部分)を使用し、同種の要素を区別して説明する場合は、枝番を含む参照符号を使用することがある。例えば、センサを特に区別しないで説明する場合には、「圧力センサ901」と記載し、個々のセンサを区別して説明する場合には、「圧力センサ901-1」、「圧力センサ901-2」のように記載することがある。
図1において、100は、全体として第1の実施の形態によるデジタル化システムを示す。
図1は、デジタル化システム100に係る構成の一例を示す図である。
デジタル化システム100は、細胞の培養工程において、作業者がスクレーパ110を用いてシャーレ120に接着した細胞をシャーレ120表面から回収する作業(回収作業)の技能をデジタル化するシステムである。
より具体的には、デジタル化システム100は、細胞を回収するためのスクレーパ110と、細胞が培養されるシャーレ120が取り付けられる台座130と、各種の処理を行うコンピュータ140とを備える。
スクレーパ110は、シャーレ120の表面に接着した細胞をシャーレ120から回収するための作業道具である。スクレーパ110には、曲げセンサ111が取り付けられている。曲げセンサ111は、曲がると電気抵抗値が増す抵抗器であり、作業者によりスクレーパ110がシャーレ120に押し付けられたときのスクレーパ110の曲げを検出する。曲げセンサ111により取得ざれたセンサ値は、有線または無線により、コンピュータ140に送信される。
シャーレ120(本体)は、検査、実験等のため、細胞培養に用いられるガラス製の平皿である。シャーレ120については、市販されているものを用いることができる。シャーレ120の形(円形、楕円形、四角形等)、大きさ、材質(ガラス、プラスチック、ステンレス、テフロン(登録商標)、アルマイト等)については、任意のものを採用できる。なお、シャーレ120の蓋については、図示およびその説明を省略している。
台座130は、シャーレ120を載せるための台である。台座130は、圧力センサ131を備える。圧力センサ131は、作業者により、シャーレ120が台座130に取り付けられ、スクレーパ110がシャーレ120に押し付けられたときの力、換言するならば、スクレーパ110がシャーレ120に押し付けられたときにシャーレ120が台座130を押すことにより台座130が台座130の接地面(例えば、作業台)を押す力を検出する。圧力センサ131により取得されたセンサ値は、有線または無線により、コンピュータ140に送信される。
コンピュータ140は、ノートパソコン、タブレット端末、サーバ装置等である。コンピュータ140は、曲げセンサ111により取得ざれたセンサ値を示すセンサデータ(曲げデータ)から、作業時のスクレーパ110の傾き(押し当て角度)を算出(抽出)して記憶等する。また、コンピュータ140は、圧力センサ131により取得されたセンサ値を示すセンサデータ(圧力データ)から、スクレーパ110がシャーレ120を押し付ける力(押し付け強さ)を算出(抽出)して記憶等する。
なお、図示は省略するが、コンピュータ140は、プロセッサと、主記憶装置と、補助記憶装置と、入力装置と、出力装置と、通信装置とを備える。
プロセッサは、演算処理を行う装置である。プロセッサは、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、AI(Artificial Intelligence)チップ等である。
主記憶装置は、プログラム、データ等を記憶する装置である。主記憶装置は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等である。ROMは、SRAM(Static Random Access Memory)、NVRAM(Non Volatile RAM)、マスクROM(Mask Read Only Memory)、PROM(Programmable ROM)等である。RAMは、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等である。
補助記憶装置は、ハードディスクドライブ(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ(Flash Memory)、SSD(Solid State Drive)、光学式記憶装置等である。光学式記憶装置は、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)等である。補助記憶装置に格納されているプログラム、データ等は、主記憶装置に随時読み込まれる。
入力装置は、ユーザから情報を受付けるユーザインターフェースである。入力装置は、例えば、キーボード、マウス、カードリーダ、タッチパネル等である。
出力装置は、各種の情報を出力(表示出力、音声出力、印字出力等)するユーザインターフェースである。出力装置は、例えば、各種情報を可視化する表示装置、音声出力装置(スピーカ)、印字装置等である。表示装置は、LCD(Liquid Crystal Display)、グラフィックカード等である。
通信装置は、通信媒体を介して他の装置と通信する通信インターフェースである。通信装置は、例えば、NIC(Network Interface Card)、無線通信モジュール、USB(Universal Serial Interface)モジュール、シリアル通信モジュール等である。通信装置は、通信可能に接続する他の装置から情報を受信する入力装置として機能することもできる。また、通信装置は、通信可能に接続する他の装置に情報を送信する出力装置として機能することもできる。
コンピュータ140が備える各種の機能(後述の曲げ通信部221、圧力通信部222、処理部223、判定部224、結果記憶部225、履歴記憶部226等)は、プロセッサが、主記憶装置に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、または、コンピュータ140を構成しているハードウェア(FPGA、ASIC、AIチップ等)により実現される。
図2は、スクレーパ110に係る構成の一例を示す図である。
スクレーパ110は、図2に示すように、T字型構造である。より具体的には、スクレーパ110は、柄211とブレード212とから構成されている。
柄211は、外力が付与されると変形が生じる弾性体である。作業者がスクレーパ110をシャーレ120に押し付けると、柄211は、折れずにしなやかに曲がる。例えば、柄211は、プラスチックの成形品である。柄211の材質は、ABS樹脂、硬質塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエステル、TPX樹脂等であり、ある程度の強度があるなら、特に指定はない。
柄211の全体の形状は、棒状であり、柄211には、作業者により握られる把持部213と反対側の先端部214にブレード212が設けられている。
ブレード212は、シャーレ120の培養面に密着する部位である。ブレード212は、ゴム状弾性体材料からなる。ブレード212の材質は、シリコーンゴム、バイトンゴム等であり、細胞毒性がないなら、特に指定はない。
ここで、スクレーパ110の使用方法について説明する。スクレーパ110は、滅菌袋に収納されているので、作業者は、滅菌袋からスクレーパ110を取り出す。その後、作業者は、ブレード212をシャーレ120の培養面に密着させながら、柄211を手前に引くことを繰り返しながら細胞をかきとる。ブレード212は、ゴム状弾性体材料で作られていて柔らかく、細胞組織への損傷がない。作業者は、細胞をかきとり終わったら、シャーレ120内に培地を加え、かきとられたシャーレ120内の細胞をシャーレ120の外に洗い出し、一連の回収作業を終える。
また、スクレーパ110には、柄211の中央付近よりブレード212に向かって先端部214まで、曲げセンサ111が取り付けられている。曲げセンサ111には、電気信号を伝達するための信号線215が接続されている。信号線215には、制御装置216が接続されている。制御装置216は、通信装置、ADC(Analog to Digital Converter)、電源装置等を備える。制御装置216は、アナログの曲げ信号(センサ値)を、デジタル化してコンピュータ140に送信する。
コンピュータ140には、通信ネットワークを介して、NTPサーバ(Network Time Protocol)装置217が接続されている。コンピュータ140は、NTPサーバ装置217から、現在の時刻情報を受信している。
コンピュータ140は、曲げ通信部221と、圧力通信部222と、処理部223と、判定部224と、結果記憶部225と、履歴記憶部226と、を備える。
曲げ通信部221は、制御装置216と無線通信を行う。曲げ通信部221は、曲げセンサ111(制御装置216)から送信された曲げデータを受信する。圧力通信部222は、台座130と無線通信を行う。圧力通信部222は、台座130から送信された圧力データを受信する。なお、無線通信の方式(電波)は、デジタル方式(デジタル電波)であってもよいし、アナログ方式(アナログ電波)であってもよい。
処理部223は、曲げ通信部221から通知される曲げデータから、押し付け角度を算出する。結果記憶部225は、処理部223により算出された押し付け角度のデータを現在の時刻と紐付けて記憶する。なお、押し付け角度の算出方法については、図7を用いて後述する。また、結果記憶部225は、台座130から送信される圧力データを、押し付け強さのデータとして、現在の時刻と紐付けて記憶する。
判定部224は、処理部223で算出されたデータ(押し付け角度のデータおよび押し付け強さのデータ)から、作業者の作業内容を照合する。例えば、判定部224は、履歴記憶部226が記憶している標準的な作業を示すデータと、算出されたデータとを比較することで作業内容を照合する。つまり、判定部224は、作業者が行っている作業が、標準的な作業であったか、標準的な作業から逸脱した作業であったか等、作業の正誤を判定する。なお、標準的な作業は、マニュアルに従って行われた作業であってもよいし、熟練の作業者によって行われた作業であってもよい。
例えば、判定部224は、シャーレ120(台座130)に弱い力がかかっているにもかかわらず、スクレーパ110がすごく曲がっているときは、水平に近い角度でスクレーパ110がシャーレ120に押し付けられたと推定する。他方、判定部224は、シャーレ120(台座130)に強い力がかかっているにもかかわらず、スクレーパ110があまり曲がっていないときは、垂直に近い角度でスクレーパ110がシャーレ120に押し付けられたと推定する。
そして、判定部224は、推定した内容(作業)が標準的な作業と比較して、例えば、押し付け角度が水平すぎると判定した場合、押し付け角度が水平すぎることを示す第1の判定結果を台座130に送信し、押し付け角度が垂直すぎると判定した場合、押し付け角度が垂直すぎることを示す第2の判定結果を台座130に送信する。
上記判定結果には、作業の正誤を示す情報が含まれている。作業の正誤を示す情報は、LEDの点灯パターン、LEDの色、バイブレータの振動パターン、バイブレータの振動の強弱等の通知情報である。なお、デジタル化システム100では、通知情報が判定結果に対応して予め用意されている。台座130は、判定結果を受信すると、判定結果に応じた態様で通知を行う。
なお、判定部224による判定は、上述の判定に限るものではない。判定部224は、スクレーパ110の押し付け角度と標準的な作業における押し付け角度とを比較してもよいし、スクレーパ110の押し付け強さと標準的な作業における押し付け強さと比較してもよいし、スクレーパ110の押し付け時間と標準的な作業における押し付け時間とを比較してもよいし、スクレーパ110の押し付けリズム(押し付けが強い時間と押し付けが弱い時間との組合せ)と標準的な作業における押し付けリズムと比較してもよいし、これらを組み合わせて比較してもよい。
なお、コンピュータ140の1つの機能は、複数の機能に分けられていてもよいし、複数の機能は、1つの機能にまとめられていてもよい。また、コンピュータ140の機能の一部は、別の機能として設けられてもよいし、他の機能に含められていてもよい。また、コンピュータ140の機能の一部は、コンピュータ140と通信可能な他のコンピュータにより実現されてもよい。
次に、図3~図5を用いて台座130について説明する。図3は、台座130の主な構成を示す図である。
台座130は、シャーレ120を載せるための台である。台座130は、圧力センサ131と、電池301と、通信装置302とを備える。圧力センサ131と電池301と通信装置302とは、信号線(図示は省略)により接続されている。
圧力センサ131は、台座130の底部501、より具体的には、台座130が載置されている作業台(図示は省略)と接触している台座130の接触面に設けられている。圧力センサ131は、台座130が作業台を押し付ける力を測定する。圧力センサ131により測定されたセンサ値は、リアルタイムに通信装置302によりコンピュータ140に送信される。
次に、図4および図5を用いて台座130の詳細について説明する。図4は、台座130を真上から見たときのイメージ図である。図5は、台座130を真横から見たときのイメージ図である。
図4に示すように、台座130は、ゴムリング401と、吸引口402と、逆流防止弁403と、プリント回路板404と、通知部405とを備える。
図5に示すように、台座130の全体形状は、凹形である。より具体的には、台座130は、底部501と、底部501の外縁部に形成された周壁部502を備える。周壁部502の凹部に、シャーレ120が載置される。
ゴムリング401は、断面がL字形状である環型の機械部品である。ゴムリング401は、凹部に設けられ、シャーレ120が台座130に載置されることにより形成される空間503における空気を密封するための部品である。換言するならば、空間503は、台座130とシャーレ120とにより形成された密閉された空間である。
吸引口402は、空間503内の空気を吸引する際に用いられる貫通孔である。吸引口402には、逆流防止弁403が設けられている。逆流防止弁403は、空間503の外部に向けて吸引口402から流体(例えば、空気)を流すことを許容し、空間503の内部に向けて吸引口402から流体を流すことを防止する機能を備える。
プリント回路板404は、電池301、通信装置302、慣性センサ、温度センサ、湿度センサ等を含んで構成されている。慣性センサは、慣性を利用して測定を行うセンサであり、シャーレ120に対する作業者の回収作業を測定する。慣性センサは、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ等である。慣性センサによれば、シャーレ120(培養物)に対してどのような動きを加えたかを検出でき、回収作業の技能をより精度よくデジタル化できるようになる。
通知部405は、コンピュータ140から送信される判定結果に基づいて通知を行う。通知部405は、例えば、LED(Light Emitting Diode)を備える。通知部405は、判定結果に応じてLEDを点灯する。なお、LEDの点灯パターン、LEDの点灯色については、回収作業の正誤の結果に対応して予め規定されている。
例えば、通知部405は、判定結果が通知されたときは、シャーレ120の底面を光らせて、作業者が注目している培養物を見え難くすることにより、作業者に回収作業の正誤を気付かせる。この際、例えば、通知部405は、第1の判定結果が通知されたときは、シャーレ120の底面を赤色に光らせて、押し付け角度が水平すぎることを作業者に気付かせる。また、例えば、通知部405は、第2の判定結果が通知されたときは、シャーレ120の底面を黄色に光らせて、押し付け角度が垂直すぎることを作業者に気付かせる。
デジタル化システム100では、シャーレ120の底面をすりガラスとして一部を光らせることにより、シャーレ120の底面全体が光るように構成されている。なお、シャーレ120の中央に位置するように通知部405を設け、シャーレ120の中央を光らせるように構成してもよい。また、通知部405は、判定結果が通知されたときは、例えば、シャーレ120の周壁部502を光らせることで、作業者に回収作業の正誤の結果を気付かせる構成としてもよい。かかる構成によれば、光による影響を培養物に与えることなく、作業者に回収作業の正誤を気付かせることができるようになる。
通知部405により、スクレーパ110の押し付け角度、押し付け強さ等による作業のミスが作業者にフィードバックされるので、作業者は、その場でミスを修正することが可能になり、回収作業をより適切に行うことができるようになる。
図6は、吸引装置600の一例を示す図である。
吸引装置600は、空間503を真空、つまり、通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた状態にするにするための装置である。吸引装置600は、台座130のサイズに合うように構成され、吸引装置600に台座130が載置可能となっている。吸引装置600は、ゴムリング601と、小型ポンプ602と、チューブ603とを備える。
ゴムリング601は、断面が矩形状である環型の機械部品であって、台座130が載置される部品である。小型ポンプ602は、真空ポンプである。小型ポンプ602には、チューブ603が接続され、チューブ603は、吸引口402に接続される。小型ポンプ602は、チューブ603を通して空間503から空気を吸い上げる。
次に、シャーレ120と台座130と吸引装置600との関係について説明する。シャーレ120を台座130の凹部に嵌めるだけでは、すぐに外れてしまうので、作業者は、吸引装置600を用いて空間503の空気を吸引して真空にする。つまり、台座130は、シャーレ120を真空吸着する。吸引後、作業者は、台座130から吸引装置600を取り外し、台座130を作業台に載せて回収作業を行う。回収作業中は、シャーレ120と台座130とは、離れることなく、一体化している。回収作業後、作業者は、シャーレ120を台座130から取り外す際、ゴムリング401の端を上げて、空間503に空気を入れる。なお、シャーレ120を台座130から取り外す方法は、ポンプ等で空気を入れる方法等であってもよい。
図7および図8を用いてスクレーパ110の使用態様について説明する。図7および図8、スクレーパ110の使用態様の一例を示す図である。
図7に示すように、シャーレ120への押し付け強さが弱いほど、または、押し付け角度が90度に近いほど、スクレーパ110の曲がりが小さくなる。また、図8に示すように、シャーレ120への押し付け強さが強いほど、または、押し付け角度が0度に近いほど、スクレーパ110の曲がりが大きくなる。換言するならば、シャーレ120への押し付け強さが同じ強さである場合、押し付け角度が小さい方がスクレーパ110はよく曲がり、押し付け角度が同じ角度である場合、シャーレ120への押し付け強さが大きい方がスクレーパ110はよく曲がる。
続いて、スクレーパ110の押し付け角度の算出方法について説明する。
図7において、θは、スクレーパ110とシャーレ120とがなす角の角度(押し付け角度)を示す。Fは、スクレーパ110がシャーレ120の垂直方向に加えた力(押し付け強さ)を示す。F’は、シャーレ120がスクレーパ110に及ぼし返す反作用力を示す。なお、作用反作用の法則よりF=F’である。
ここで、スクレーパ110の曲がり量Mを非湾曲部分でスクレーパ110の水平面と直行方向に加えた力Xの関数f(X)で表すと、曲がり量M=f(Fcosθ)となる。上記の式より、スクレーパ110とシャーレ120とのなす角θを算出する式は、下記のようになる。
θ = cos-1(f-1(M)/F)
なお、Fは、スクレーパ110のシャーレ120または作業者の身体にかかる反作用力F’より計測される。また、曲げセンサ111で取得されたセンサ値よりMを算出できる。よって、上記の式よりθを算出することができる。なお、一般には加えた力が大きいほどよく曲がるため、f(X)は、Xの単調増加関数となる。
本実施の形態によれば、培養作業の技能をデジタル化することができる。より具体的には、カメラでは抽出が困難である作業者の回収作業の技能をデジタル化することができる。例えば、カメラに映らないような手元の押し付け角度と、カメラからは推定し難い押し付け強さとを測定することで、作業者の回収作業の技能をデジタル化することができる。また、例えば、デジタル化したデータをもとに、リアルタイムに作業者にフィードバックすることで、回収作業の効率を高めることができる。また、例えば、デジタル化したデータを蓄積することで、回収作業を振り返ること等ができ、教育活用できるようになる。
(2)第2の実施の形態
本実施の形態は、スクレーパ110の押し付け強さを測定する構成が第1の実施の形態とは異なる。本実施の形態では、第1の実施の形態と同じ構成については、同じ符号を用いてその説明を適宜に省略する。
本実施の形態では、圧力センサ131に代えて、作業者が身につけるセンサ内蔵グローブ900によって、スクレーパ110の押し付け強さの測定が行われる。作業者が回収作業を行うことで、センサ内蔵グローブ900がスクレーパ110の押し付け強さをセンシングする。
センサ内蔵グローブ900で取得されたセンサ値は、コンピュータ140に送信され、回収作業の正誤の判定が行われ、判定結果がセンサ内蔵グローブ900に戻される。センサ内蔵グローブ900が判定結果を出力して、スクレーパ110の押し付け角度、押し付け強さ等による作業のミスを作業者にフィードバックし、作業者は、その場でミスを修正することが可能になり、回収作業をより適切に行うことができるようになる。
図9は、センサ内蔵グローブ900の一例を示す図である。
センサ内蔵グローブ900は、親指の位置に取り付けられた圧力センサ901-1と、人差し指の位置に取り付けられた圧力センサ901-2と、中指の位置に取り付けられた圧力センサ901-3と、手首の位置に取り付けられた情報処理装置902とを備える。圧力センサ901は、指で物をつかんだり、押さえつけたりする力をセンシングする。情報処理装置902には、マイク、通信装置、バイブレータ等が内蔵され、情報処理装置902は、センサ値(圧力データ)をコンピュータ140に送信する。
作業者がセンサ内蔵グローブ900を装着してスクレーパ110を握ったときは、親指、人差し指、中指の圧力データがそろって上昇する。また、マイクから回収作業の特徴音も同時に検出される。回収作業が終わると、親指、人差し指、中指の圧力データがそろって下がり、同時にマイクで取得していた特徴音もなくなる。
この際、コンピュータ140の判定部224は、例えば、ある時刻で3種類の圧力データが同時に高くなり、かつ、マイクから特徴音を検出したときは、回収作業の開始を特定し、一定時間経過後に、高い圧力データと特徴音とがそろってなくなることを検出したときは、回収作業の終了を特定する。なお、マイク音では、例えば、音の特定周波数における強度等を用いて特徴音の検出を行ってもよい。
また、判定部224は、スクレーパ110の押し付け角度、スクレーパ110の押し付け強さ(スクレーパ110を指で握る強さ)、スクレーパ110の押し付け時間、スクレーパ110の押し付けリズム、回収作業中の音に混ざる異常音等と、標準的な作業を示すデータと比較し、回収作業の正誤を判定する。
情報処理装置902は、コンピュータ140による判定の結果を通知する通知部として、バイブレータを備える。情報処理装置902は、判定の結果に応じてバイブレータにより振動を発生させる。
なお、センサ内蔵グローブ900は、指先につけるキャップ状であってもよいし、手のひらおよび手の甲を覆う形状であってもよい。
製造業の組み立て工程において、製品を組み立てている場所等では、作業道具を押し付ける作業対象に圧力センサを取り付けることができないことがある。このような場合であっても、本実施の形態によれば、身体側に圧力センサが付けられるので、作業道具の押し付け強さを測ることができるようになる。
(3)第3の実施の形態
本実施の形態は、曲げセンサがスクレーパに対して着脱自在に固定される構成が第1の実施の形態とは異なる。本実施の形態では、第1の実施の形態と同じ構成については、同じ符号を用いてその説明を適宜に省略する。
デジタル化システム100は、図10~図12に示すように、スクレーパ1010と、スクレーパ1010に着脱可能なセンサ部1020と、センサ部1020を吊り下げるための吊り下げ台1200とを備える。
図10は、センサ部1020に係る構成の一例を示す図である。
スクレーパ1010は、作業者により握られる部位である把持部1011と、センサ部1020が取り付けられる取付部1012と、シャーレ120に接着してシャーレ120上の細胞をかきとるためのブレード1013とを備える。なお、スクレーパ1010は、上記構成に限るものではなく、市販されている任意のスクレーパを用いることができる。
センサ部1020は、曲げセンサ1021と、フィルム1022と、信号線1023と、マグネット1024とを備える。
曲げセンサ1021には、曲げセンサ1021よりひとまわり大きい丸みを帯びたフィルム1022(接着フィルム、粘着フィルム等)が設けられている。フィルム1022の内側は、接着力を有し、フィルム1022は、断面が円形の取付部1012に貼り付けられる。
図11は、スクレーパ1010にセンサ部1020が取り付けられたとの態様の一例を示す図である。
センサ部1020のフィルム1022は、取付部1012に取り付けられたとき、把持部1011を覆わないので、作業者がスクレーパ1010を握る際に、曲げセンサ1021およびフィルム1022が邪魔にならない。
また、作業者は、スクレーパ1010からセンサ部1020を取り外すことができるので、スクレーパ1010およびセンサ部1020を容易に交換することができ、回収作業の清浄度を保つことができる。
図12は、吊り下げ台1200の一例を示す図である。
吊り下げ台1200は、ベース部1201と、ベース部1201に立設された支柱部材1202と、信号線1203と、マグネット1204とを備える。
支柱部材1202は、ベース部1201の中央部から立ち上がり、支柱部材1202の端部は、屈曲して水平方向に伸びるアーム部を形成している。信号線1203の一端に制御装置216が接続され、支柱部材1202を介して、アーム部の先端寄りの下面側から、信号線1203が下向きに垂下し、信号線1203の他端にマグネット1204が取り付けられている。
ベース部1201および支柱部材1202の材質は、陶器、金属、プラスチック、木材等であり、適度の強度と重量とを有する材料であるならば、特に指定はない。
図13は、マグネット1024,1204の一例を示す図である。
マグネット1024は、凸部1025を有する。マグネット1204は、凹部1301を有する。マグネット1024とマグネット1204とは、凸部1025が凹部1301にはめ込まれて、くっつけられる構造となっている。
上記構造によれば、回収作業において、マグネット1024とマグネット1204とが横にずれることで外れてしまう事態を回避することができる。また、上記構造によれば、作業者は、スクレーパ1010を垂直に引っ張ることにより吊り下げ台1200からセンサ部1020を取り外すことができるので、スクレーパ1010およびセンサ部1020を容易に交換することができ、回収作業の清浄度を保つことができる。
付言するならば、信号線1203は、ケーブル1302内に収納されていてもよい。
なお、マグネット1024は、マグネット1204に引き寄せられる鉄等の強磁性体であってもよい。また、マグネット1024は、凸部1025を備えなくてもよい。この場合、センサ部1020は、吊り下げ台1200ではなく、鉄製の梁、鉄製の天井等から吊り下げられてもよい。
図14は、吊り下げ台1200の使用態様の一例を示す図である。
吊り下げ台1200は、作業台(図示は省略)等の上に載置して使用される。この際、マグネット1024がマグネット1204に取り付けられることで、センサ部1020が貼り付けられているスクレーパ1010は、吊り下げられる。作業者は、スクレーパ1010が吊り下げ台1200に接続された状態で、回収作業を行うが、信号線1203は、伸縮性を有するので、回収作業の作業性を損なうことがない。また、回収作業後は、スクレーパ1010およびセンサ部1020は、重力により垂下した状態で安定して保持される。
本実施の形態では、センサ部1020は、スクレーパ1010に対して着脱可能である。よって、作業者は、スクレーパ1010からセンサ部1020を取り外すことができるので、スクレーパ1010およびセンサ部1020を容易に交換することができ、回収作業の清浄度を保つことができる。
(4)第4の実施の形態
本実施の形態は、曲げセンサがスクレーパに取り付けられる構成が第3の実施の形態とは異なる。本実施の形態では、第1の実施の形態および第3の実施の形態と同じ構成については、同じ符号を用いてその説明を適宜に省略する。
図15は、センサ部1500に係る構成の一例を示す図である。
センサ部1500は、曲げセンサ1021と、信号線1023と、マグネット1024と、フィルム1501と、曲げセンサ1021をスクレーパ1010に取り付けるための1つ以上のフック1502とを備える。
曲げセンサ1021には、曲げセンサ1021よりひとまわり大きい丸みを帯びたフィルム1501が設けられている。フィルム1022の内側には、フック1502が設けられ、フィルム1022は、取付部1012に取り付けられる。なお、フック1502の数は、特に指定はない。また、フック1502の位置も、特に指定はない。
本実施の形態では、センサ部1500は、スクレーパ1010に対して着脱可能である。よって、作業者は、スクレーパ1010からセンサ部1500を取り外すことができるので、スクレーパ1010およびセンサ部1500を容易に交換することができ、回収作業の清浄度を保つことができる。
(5)付記
上述の実施の形態には、例えば、以下のような内容が含まれる。
上述の実施の形態においては、本発明をデジタル化システムに適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々のシステム、装置、方法、プログラムに広く適用することができる。また、本発明は、培養に限らず、製造、ゲーム、スポーツ等にも広く応用することができる。
また、上述の実施の形態においては、柄211の太さ(直径)よりブレードの幅の方が長い構造(T字型構造)について述べたが、本発明はこれに限らず、柄211の太さとブレードの幅とが同じである構造としてもよいし、柄211の太さよりブレードの幅の方が短い構造としてもよい。
また、上述の実施の形態においては、ブレード212が固定式である場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ブレード212が可動式であってもよい。
また、上述の実施の形態においては、スクレーパ110は棒状である場合について述べたが、本発明はこれに限らず、スクレーパ110の先端部214は、屈曲していてもよい。
また、上述の実施の形態においては、スクレーパ110の把持部213には、力がかけやすく、握りやすいように、凹凸等の滑り止めが設けられていてもよい。
また、上述の実施の形態においては、台座130に通知部405が設けられる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、スクレーパ110の先端部214に通知部405が設けられてもよい。
また、上述の実施の形態においては、スクレーパ110の変形を検出センサとして曲げセンサ111を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、曲げセンサ111に代えて、スクレーパ110のねじれを検出するセンサを用いてもよいし、スクレーパ110の伸縮を検出するセンサを用いてもよい。
また、上述の実施の形態においては、台座130に圧力センサ131を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、圧力センサ131に代えて重力センサを用いるようにしてもよい。
また、上述の実施の形態においては、曲げセンサ111および圧力センサ131を用いて回収作業の技能をデジタル化する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、曲げセンサ111および圧力センサ131の両方または一方に代えて慣性センサを用いるようにしてもよい。
また、上述の実施の形態においては、デジタル化システム100は、回収作業を撮影するためのカメラを備えてもよい。この場合、カメラの映像と、押し付け角度と、押し付け強さとを紐づけて記憶してもよい。これによれば、回収作業の技能をより適切にデジタル化することができる。
また、上述の実施の形態においては、判定部224は、作業の正誤を判定するための判定モデルを用いて判定を行ってもよい。判定モデルは、作業ラベルのついたセンサデータ(人が判断して回収作業の時間を指定してラベル付けしたセンサデータ)に対し、時系列を加味した作業の特徴を見つける。例えば、システム管理者は、コンピュータ140を用いて、センサデータから特徴的な時系列パターンを見つけて自動で仕分けする。次に、仕分けた結果を特徴量とし、作業ラベルを用いて判定モデルを生成する。
なお、コンピュータ140は、曲げセンサ111および圧力センサ131を用いて回収作業を記録する機能、記録したセンサデータを表示してトリミングする機能、判定モデルを自動生成する機能を備えてもよい。この場合、コンピュータ140は、まず、作業者が所定の作業内容の作業を行い、システム管理者がアプリケーション上の記録ボタンを操作して回収作業の開始前から終了後までの一定時間、センサデータを取得して記録する。次に、システム管理者は、アプリケーション上でセンサデータの特徴を見ながら、回収作業の範囲のみを指定してトリミングする。このとき、システム管理者は、指定した回収作業の正しい動作(OK)であるのか、誤った動作(NG)であるのかを登録する。このトリミングデータを1つ以上作成した上でアプリケーション上の学習ボタンを押下すると、判定モデルが自動生成される。
また、上記の説明において、各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
上述した実施の形態は、例えば、以下の特徴的な構成を有する。
デジタル化システム(デジタル化システム100)は、作業道具(器具、工具、スクレーパ等)に取り付けられ、上記作業道具が作業対象(例えば、製品、部品、シャーレ等の容器)に押し付けられたときの上記作業道具の変形(曲げ、伸縮、ねじれ、ひずみ)を検出する第1のセンサ(曲げセンサ、ひずみゲージ等)と、上記作業道具が上記作業対象に押し付けられたときに、上記作業対象にかかる力または上記作業道具にかかる力を検出する第2のセンサ(圧力センサ、重力センサ等)と、上記第1のセンサで取得されたセンサ値をもとに、上記作業道具と上記作業対象とがなす角の角度(例えば、スクレーパ110とシャーレ120とのなす角θ)を算出し、上記第2のセンサで取得されたセンサ値をもとに、上記作業道具が押し付けられたときに上記作業対象にかかる力(例えば、スクレーパ110がシャーレ120の垂直方向に加えた力F)を算出するコンピュータ(例えば、コンピュータ140)と、を備える。
上記構成では、作業道具と作業対象とがなす角の角度と、作業道具が押し付けられたときに作業対象にかかる力とを算出することにより、例えば、繊細な作業の技能をデジタル化することができるようになる。
上記デジタル化システムは、上記作業対象を載置可能な台座(例えば、台座130)を備え、上記台座の底部には、上記第2のセンサが設けられ、上記第2のセンサは、上記作業対象にかかる力として、上記台座が置かれている作業台を上記台座が押し付ける力を検出する。
上記構成では、第2のセンサが台座に設けられ、台座から作業台にかかる力が検出されるので、作業道具が押し付けられたときに作業対象にかかる力を間接的に算出できるようになる。
上記台座は、上記作業対象を着脱可能な凹部(例えば、凹部)を備える(例えば、図5参照)。
上記構成では、作業対象が着脱可能であるので、台座が汚れた場合、台座が破損した場合等、台座を容易に交換することができる。例えば、微小な異物の混入等、台座に由来の汚染が許されない作業環境において、作業環境の清浄度を保つことができるようになる。
上記台座は、上記作業対象を真空吸引する機構(例えば、ゴムリング401と、吸引口402と、逆流防止弁403)を備える。
上記構成では、作業対象が真空吸引により台座に固定されるので、作業道具が作業対象に押し付けられたときに、作業対象が台座から外れてしまう事態を回避できるようになる。
上記コンピュータ(例えば、判定部224)は、上記作業道具と上記作業対象とがなす角の角度、および、上記作業道具が押し付けられたときに上記作業対象にかかる力と、標準的な作業を示すデータとを比較し、上記作業道具が上記作業対象に押し付けられる作業の正誤を判定し、上記台座は、上記コンピュータによる判定の結果を通知する通知部(例えば、通知部405)を有する。
上記構成では、作業の正誤が判定されて通知されるので、例えば、作業者は、作業を正すことができ、作業を効率よく行うことができるようになる。かかる通知は、作業者が注目している作業対象が載置されている台座において行われるので、判定の結果を作業者に容易に気付かせることができる。
上記デジタル化システムは、作業者の手に装着可能な装身具(例えば、センサ内蔵グローブ900)を備え、上記装身具に上記第2のセンサが設けられ、上記第2のセンサは、上記作業道具にかかる力として、上記作業道具を用いて作業したときに上記作業者の手(例えば、親指、人差し指、中指)にかかる力を検出する。
上記構成では、例えば、第2のセンサを備える台座を設けられない作業環境においても、作業道具が押し付けられたときに作業対象にかかる力を算出することができるようになる。
上記コンピュータ(例えば、判定部224)は、上記作業道具と上記作業対象とがなす角の角度、および、上記作業道具が押し付けられたときに上記作業対象にかかる力と、標準的な作業を示すデータとを比較し、上記作業道具が上記作業対象に押し付けられる作業の正誤を判定し、上記装身具は、上記コンピュータによる判定の結果を通知する通知部(例えば、バイブレータ)を有する。
上記構成では、作業の正誤が判定されて通知されるので、例えば、作業者は、作業を正すことができ、作業を効率よく行うことができるようになる。かかる通知は、作業者が装着している装身具において行われるので、判定の結果を作業者に容易に気付かせることができる。
上記作業道具は、棒状の道具であり、作業者による作業において、上記作業道具の一端部が上記作業者により握られ、上記作業道具の他端部が上記作業対象に接触する(例えば、図7、図8参照)。
上記構成では、作業道具の一端部が作業者により握られ、作業道具の他端部が作業対象に接触して作業が行われるので、作業道具の変形を効率的に得ることができる。
上記作業道具は、スクレーパ(例えば、スクレーパ110、スクレーパ1010)であり、上記作業対象は、シャーレ(例えば、シャーレ120)である。
上記構成によれば、スクレーパとシャーレとがなす角の角度と、スクレーパが押し付けられたときにシャーレにかかる力とが算出されるので、例えば、培養分野における回収作業の技能をデジタル化することができるようになる。
上記第1のセンサには、上記作業道具に着脱可能なように、接着力を有するフィルム(例えば、フィルム1022、接着フィルム、粘着フィルム)が設けられている(例えば、図10参照)。上記第1のセンサには、上記作業道具に着脱可能なように、フック(例えば、フック1502)が設けられている(例えば、図15参照)。
上記構成では、第1のセンサが着脱可能であるので、第1のセンサが汚れた場合、第1のセンサが破損した場合等、第1のセンサを容易に交換することができる。例えば、微小な異物の混入等、第1のセンサに由来の汚染が許されない作業環境において、作業環境の清浄度を保つことができるようになる。
上記デジタル化システムは、上記第1のセンサを吊り下げるための吊り下げ台(例えば、吊り下げ台1200)を備え、上記第1のセンサが接続されている信号線(例えば、信号線1023)の他端には、マグネット(例えば、マグネット1024)が設けられ、上記吊り下げ台の吊り下げ部(例えば、アーム部)には、上記コンピュータとの通信に用いられる信号線(例えば、信号線1203)が接続されているマグネット(例えば、マグネット1204)が設けられている。
上記構成では、第1のセンサがマグネットにより吊り下げられているので、第1のセンサ、第1のセンサが取り付けられた作業道具を保管することができると共に、これらを容易に着脱することができる。
台座(例えば、台座130)は、底部(例えば、底部501)と、上記底部の外縁部に形成されている、作業対象を着脱可能な凹部を有する周壁部(例えば、周壁部502)と、上記底部に設けられている、上記凹部に取り付けられている作業対象に作業道具が押し付けられたときに上記作業対象にかかる力として、上記底部が接触している作業台を上記底部が押し付ける力を検出するセンサ(例えば、圧力センサ131、重力センサ)と、上記センサで取得されたセンサ値を、上記センサ値をもとに上記作業道具が押し付けられたときに上記作業対象にかかる力を算出するコンピュータ(例えば、コンピュータ140)に送信する通信装置(例えば、通信装置、プリント回路板404)と、を備える。
曲げセンサ(例えば、曲げセンサ1021)は、作業道具に着脱可能な機構(例えば、接着力を有するフィルム1022、フック1502)と、上記作業道具が作業対象に押し付けられたときの上記作業道具の曲げが大きくなるほど抵抗値が増える抵抗器と、を備える。
上記曲げセンサが接続されている信号線(例えば、信号線1023)の他端には、マグネット(例えば、マグネット1024)が設けられ、上記曲げセンサを吊り下げるための吊り下げ台(例えば、吊り下げ台1200)において、上記吊り下げ台の吊り下げ部(例えば、アーム部)には、上記曲げセンサで取得されたセンサ値をもとに、上記作業道具と上記作業対象とがなす角の角度を算出するコンピュータ(例えば、コンピュータ140)との通信に用いられる信号線(例えば、信号線1203)が接続されているマグネット(例えば、マグネット1204)が設けられている。
また、上述した構成については、本発明の要旨を超えない範囲において、適宜に、変更したり、組み替えたり、組み合わせたり、省略したりしてもよい。
100……デジタル化システム

Claims (12)

  1. 作業道具に取り付けられ、前記作業道具が作業対象に押し付けられたときの前記作業道具の変形を検出する第1のセンサと、
    前記作業道具が前記作業対象に押し付けられたときに、前記作業対象にかかる力または前記作業道具にかかる力を検出する第2のセンサと、
    前記第1のセンサで取得されたセンサ値をもとに、前記作業道具と前記作業対象とがなす角の角度を算出し、前記第2のセンサで取得されたセンサ値をもとに、前記作業道具が押し付けられたときに前記作業対象にかかる力を算出するコンピュータと、
    を備えるデジタル化システム。
  2. 前記作業対象を載置可能な台座を備え、
    前記台座の底部には、前記第2のセンサが設けられ、
    前記第2のセンサは、前記作業対象にかかる力として、前記台座が置かれている作業台を前記台座が押し付ける力を検出する、
    請求項1に記載のデジタル化システム。
  3. 前記台座は、前記作業対象を着脱可能な凹部を備える、
    請求項2に記載のデジタル化システム。
  4. 前記台座は、前記作業対象を真空吸引する機構を備える、
    請求項2に記載のデジタル化システム。
  5. 前記コンピュータは、前記作業道具と前記作業対象とがなす角の角度、および、前記作業道具が押し付けられたときに前記作業対象にかかる力と、標準的な作業を示すデータとを比較し、前記作業道具が前記作業対象に押し付けられる作業の正誤を判定し、
    前記台座は、前記コンピュータによる判定の結果を通知する通知部を有する、
    請求項2に記載のデジタル化システム。
  6. 作業者の手に装着可能な装身具を備え、
    前記装身具に前記第2のセンサが設けられ、
    前記第2のセンサは、前記作業道具にかかる力として、前記作業道具を用いて作業したときに前記作業者の手にかかる力を検出する、
    請求項1に記載のデジタル化システム。
  7. 前記コンピュータは、前記作業道具と前記作業対象とがなす角の角度、および、前記作業道具が押し付けられたときに前記作業対象にかかる力と、標準的な作業を示すデータとを比較し、前記作業道具が前記作業対象に押し付けられる作業の正誤を判定し、
    前記装身具は、前記コンピュータによる判定の結果を通知する通知部を有する、
    請求項6に記載のデジタル化システム。
  8. 前記作業道具は、棒状の道具であり、
    作業者による作業において、前記作業道具の一端部が前記作業者により握られ、前記作業道具の他端部が前記作業対象に接触する、
    請求項1に記載のデジタル化システム。
  9. 前記作業道具は、スクレーパであり、
    前記作業対象は、シャーレである、
    請求項1に記載のデジタル化システム。
  10. 前記第1のセンサには、前記作業道具に着脱可能なように、接着力を有するフィルムが設けられている、
    請求項1に記載のデジタル化システム。
  11. 前記第1のセンサには、前記作業道具に着脱可能なように、フックが設けられている、
    請求項1に記載のデジタル化システム。
  12. 前記第1のセンサを吊り下げるための吊り下げ台を備え、
    前記第1のセンサが接続されている信号線の他端には、マグネットが設けられ、
    前記吊り下げ台の吊り下げ部には、前記コンピュータとの通信に用いられる信号線が接続されているマグネットが設けられている、
    請求項1に記載のデジタル化システム。
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