CN108139415B - 确定移交位置的方法和实验室自动化*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定抓取装置的移交位置的方法和一种能够执行此类方法的实验室自动化***。使用位置确定装置以便基于移交电磁致动器的磁力来确定移交位置，所述移交电磁致动器是实验室自动化***的实验室样品分配***的一部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种确定抓取装置的移交位置的方法和一种实验室自动化***。
背景技术
实验室自动化***通常包括实验室样品分配***和数个实验室站。通常在此类实验室自动化***中使用已知的实验室样品分配***，以便在不同的实验室站之间传送样品容器中所包含的样品。
在文献WO 2013/064665 A1中示出了典型的实验室样品分配***。此类实验室样品分配***提供高的吞吐量（throughput）和可靠的操作。
实验室站通常就放置在实验室样品分配***旁边，使得可以使用实验室样本分配***将样品传送到实验室站和从实验室站传送样品。为了拾起和放回包含待分析或以其他方式待处理的样品的样品容器，实验室站通常包括相应的抓取装置或定位在相应的抓取装置附近，所述抓取装置能够抓取并收集由实验室样品分配***传送的样品容器。然而，已发现的是，此类抓取装置的校准至关重要，因为在抓取样品容器时甚至是小的位移也会导致样品容器失效或甚至是损坏。因此，此类抓取装置的校准或示教通常手动地完成并且是耗时的。
发明内容
本发明的目标是提供一种允许更容易地示教（teach-in）抓取装置的方法。本发明的另外的目标是提供一种能够执行此类方法的实验室自动化***。
这个目标由根据本发明的方法和根据本发明的实验室自动化***来解决。
本发明涉及一种确定抓取装置的移交位置的方法。此类移交位置将通常在已执行所述方法之后（例如在每天操作期间）由抓取装置使用。换句话说，在已确定移交位置之后，抓取装置使用所确定的移交位置（驱动到所确定的移交位置）以从样品容器载体移除样品容器和/或将样品容器***到样品容器载体中。移交位置可以例如由指示传送平面上（中）的特定位置的平面坐标（即x-y坐标）表示。
抓取装置（例如，采用拾取和放置装置的形式）被指派给实验室样品分配***，所述实验室样品分配***具有传送平面和定位在传送平面下方的多个电磁致动器。通常，此类抓取装置就定位在实验室样品分配***旁边，且具体地定位在传送平面旁边。
移交位置被指派给移交电磁致动器。移交电磁致动器通常为在操作期间上面放置有待由抓取装置抓取的样品容器的电磁致动器。
所述方法包括以下步骤：
- 借助于抓取装置来抓取位置确定装置，使得由抓取装置固定地保持位置确定装置，其中，位置确定装置包括磁致激活装置（例如，采用永久磁铁的形式），
- 在由抓取装置保持位置确定装置的同时将位置确定装置定位在传送平面的顶部上，
- 激活移交电磁致动器，使得其产生与由磁致激活装置产生的磁场相互作用的磁场，从而使得吸引力被施加到位置确定装置，
- 在由抓取装置保持位置确定装置的同时，借助于吸引力将位置确定装置移动到第一位置，
- 检测第一位置，以及
- 基于第一位置来确定移交位置。
借助于发明性方法，可以自动地完成抓取装置的校准或示教，这消耗比手动校准更少的时间并且更不容易出现误差。
应注意，当在由抓取装置保持位置确定装置的同时借助于吸引力将位置确定装置移动到第一位置时，抓取装置将通常允许位置确定装置沿水平平面（例如，在x-y坐标系中）移动。
根据实施例，移交位置被确定为与第一位置相同。这对应于所述方法的简单又可靠的实施例。
根据实施例，确定移交位置包括以下步骤：
- 借助于抓取装置在传送平面上沿一组方向中的每个方向使位置确定装置移动达给定的位移量到达相应的中间位置，每次移动从第一位置开始，
- 在沿一方向进行移动的每个步骤之后，在由抓取装置保持位置确定装置的同时由吸引力将位置确定装置移动到相应的另外的位置，
- 检测每个相应的另外的位置，以及
- 基于第一位置和/或基于相应的另外的位置来确定移交位置。
此类实施方式已被证明提高了利用其确定在操作期间样品容器将被放置的位置的准确性。尤其是，由于沿一组方向中的每一者移动位置确定装置的事实，可以避免在第一确定步骤处由于摩擦诱发停止而出现的潜在错误。
根据实施例，所述一组方向包括两个、三个或四个方向。通常，具有四个方向的实施例已被证明是适合的。
根据实施例，所述一组方向中所包含的所有方向布置成在每两个以环形行进方式相邻的方向之间具有相等角度。这允许对所述方向的简单又适合的布置。例如，如果使用四个方向，那么在每两个相邻方向之间可以存在相应的直角。
根据实施例，给定的位移量小于10 mm，优选地小于5 mm，进一步优选地小于3 mm。此类值已被证明适合于典型的应用。
根据实施例，移交位置被确定为由这些另外的位置限定的多边形的中心。这允许适合地确定移交位置，所述移交位置对应于相应的另外的位置的平均值。
应注意的是，不必每次在将抓取装置移动到相应的方向中之前将位置确定装置移动回到第一位置。也可以将其直接地移动到相应的中间位置，所述相应的中间位置可以是计算得出的。
根据实施例，在沿这些方向中的一者移动位置确定装置的每个步骤之前停用移交电磁致动器，并且在所述步骤之后重新激活移交电磁致动器。这允许由抓取装置移动位置确定装置，而不会受到来自由电磁致动器产生的磁场的影响。
根据实施例，该第一位置和/或另外的位置在被检测之后由传送平面上的平面坐标表示。此类平面坐标可以例如由相应的位置传感器确定，所述位置传感器可以例如基于光学检测或基于激光的距离测量。
根据实施例，执行借助于抓取装置将位置确定装置定位在传送平面上的步骤，使得抓取装置被定位在移交电磁致动器之上或旁边。这对应于对位置确定装置的粗定位，使得可以执行剩余的方法步骤以便执行精细定位。
根据实施例，手动地或用手执行在由抓取装置保持位置确定装置的同时将位置确定装置定位在传送平面上的步骤。这允许将位置确定装置高效地、快速地又可靠地放置在移交位置应被确定在其处的所意图的电磁致动器上。
根据实施例，激活包围移交电磁致动器的电磁致动器，使得它们产生与由磁致激活装置产生的磁场相互作用的相应磁场，从而使得至少在由吸引力移动位置确定装置的每个步骤期间排斥力被施加在位置确定装置上。这可以进一步改进对移交位置的确定，如已由实验示出的那样。
根据实施例，位置确定装置包括用于接触传送平面的数个辊或球状支承件。这可以减少位置确定装置与传送平面之间的摩擦，且因此可以改进确定移交位置的准确性。
磁致激活装置可以定位在位置确定装置的下端处。此类磁致激活装置可以例如是永久磁铁，并且可以与由电磁致动器产生的磁场相互作用。
例如，位置确定装置可以成形为类似于笔或类似于实验室管，其可以由抓取装置轻松抓取。
本发明还涉及一种实验室自动化***。所述实验室自动化***包括多个分析站、数个抓取装置和一个实验室样品分配***。
实验室样品分配***包括适于承载一个或多个样品容器的数个样品容器载体，每个样品容器载体包括至少一个磁致激活装置。其还包括传送平面，所述传送平面适于支撑样品容器载体。其还包括数个电磁致动器，所述数个电磁致动器以成行成列的方式固定地布置在传送平面下方，所述电磁致动器适于通过将磁力施加到样品容器载体来在传送平面的顶部上移动样品容器载体。
实验室样品分配***还包括控制装置，所述控制装置配置成通过驱动电磁致动器来控制样品容器载体在传送平面的顶部上的移动，使得样品容器载体沿着对应的传送路径来移动。尤其是，控制装置可以适于激活电磁致动器，使得样品容器载体沿着预先计算的路线同时且彼此独立地移动。
对于每个抓取装置来说，从数个电磁致动器中指派出移交电磁致动器，其中，在承载样品容器的样品容器载体被定位在移交电磁致动器上方的同时所述相应的样品容器将被移交到抓取装置或将被从抓取装置移交。
实验室自动化***还包括过程控制单元，其中，所述过程控制单元配置成控制抓取装置和实验室样品分配***，使得根据本发明的方法得以执行。
借助于实验室自动化***，如上文关于创造性方法所讨论的优点可以由实验室自动化***来利用。关于所述创造性方法，可以应用如本文所讨论的所有实施例和变化。
样品容器通常被设计为管，所述管由玻璃或透明塑料制成并且通常在上端处具有开口。样品容器可以用于容纳、储存和传送样品（诸如，血液样品或化学样品）。
传送平面也可以被表示为传送表面。传送平面支撑样品容器载体，这也可以被表示为承载样品容器载体。
电磁致动器通常被构建为电磁铁，所述电磁体具有包围铁磁芯的螺线管。这些电磁致动器可被通电，以便提供可以用于移动或驱动样品容器载体的磁场。出于所述目的，每个样品容器载体中的至少一个磁致激活装置可以是永久磁铁。替代地或另外地，可以使用电磁铁。
控制装置通常为微处理器、微控制器、现场可编程门阵列、标准计算机、或类似的装置。在典型的实施例中，控制装置包括处理器器件和储存器件，其中，程序代码储存在储存器件中以便当在处理器器件上执行储存的代码时控制处理器器件的行为。
与刚才关于控制装置给出的陈述相同的陈述也适于过程控制单元。应注意的是，过程控制单元和控制装置可以是单独的实体，或它们可以体现在单个实体中。
样品容器载体通常适于在传送平面上沿两个维度移动。出于所述目的，电磁致动器可在传送平面下方沿两个维度布置。电磁致动器可以以具有行与列的网格或矩阵的方式来布置，其中电磁致动器沿着这些行与列布置。
实验室站可以例如为分析前、分析和/或分析后（实验室）站。这些站可布置成邻近于实验室样品分配***。
分析前站可适于对样品、样品容器和/或样品容器载体执行任何种类的预处理。
分析站可适于使用样品或样品的一部分以及试剂来产生测量信号，所述测量信号指示分析物是否存在以及若存在的话以什么浓度存在。
分析后站可适合对样品、样品容器和/或样品容器载体执行任何种类的后处理。
分析前站、分析站和/或分析后站可包括以下各者中的至少一者：去除盖站、重新装盖站、分装站（aliquot station）、离心分离站、存档站、移液站、分类站、管类型识别站、样品质量确定站、附加缓冲站、液面检测站、以及密封/解封站。
应注意的是，借助于发明性实验室自动化***执行创造性方法可以包括手动操作，如上文已关于创造性方法所指示的那样。例如，实验室自动化***可以适于向用户显示必须执行手动操作的信号。
根据实施例，位置确定装置的磁致激活装置产生比样品容器载体的每个磁致激活装置更强的磁场。这允许非常可靠地确定移交位置，因为更高的磁力施加在位置确定装置上，所述更高的磁力即使在抓取装置进入到释放模式中时也可以尤其克服由抓取装置施加的保持力。
根据可选的实施例，在由抓取装置保持位置确定装置的同时，抓取装置将位置确定装置定位在传送平面上。然后，在由抓取装置保持位置确定装置的同时，位置确定装置被移动到转子传送单元。然后，在由抓取装置保持位置确定装置的同时，转子传送单元将位置确定单元移动或旋转到被分派给转子传送单元的一个或多个转移位置，因此将所述一个或多个转移位置示教到抓取装置的坐标***中。
根据可选的实施例，位置确定装置在传送平面之上被转移到由抓取装置已知的实验室自动化***的特定位置。换句话说，特定位置的坐标是由抓取装置已知的。抓取装置然后抓取位置确定装置，并且使用位置确定装置来示教实际上未由抓取装置已知的一个或多个功能位置。换句话说，抓取装置使用已知的坐标来抓取位置确定装置，并且然后使用位置确定装置来示教功能位置的坐标。
附图说明
将关于附图来详细描述本发明，附图示意性地描绘了本发明的实施例。具体地：
图1示出实验室自动化***，以及
图2示出在确定移交位置时的典型步骤。
具体实施方式
图1示出了实验室自动化***10。实验室自动化***10包括第一实验室站20、第二实验室站30以及实验室样品分配***100。其进一步包括抓取装置25，抓取装置25例如呈拾取和放置装置的形式。
实验室样品分配***100包括传送平面110。多个电磁致动器120布置在传送平面110下方。每个电磁致动器120包括相应的铁磁芯125。
数个位置传感器130分布在传送平面110之上，位置传感器130具体实现为霍尔传感器。
实验室样品分配***100还包括多个样品容器载体140。样品容器载体140可以承载相应的样品容器145，样品容器145具体实现为实验室管。要注意的是，出于示例性目的，图1中仅示出承载相应的样品容器145的一个样品容器载体140。典型的样品分配***100包括多个此类样品容器载体140。
每个样品容器载体140包括图1中不可见的磁致激活装置，所述磁致激活装置呈永久磁铁的形式。因此，由电磁致动器120产生的磁场可以在传送平面110之上驱动样品容器载体140。此外，可以由位置传感器130来检测由样品容器载体140的永久磁铁产生的磁场，以使得可以获得关于样品容器载体140的位置的反馈。
电磁致动器120与位置传感器130两者电连接到控制装置150。控制装置150可以驱动电磁致动器120，使得样品容器载体140沿着对应的传送路径移动。其还可以确定每个样品容器载体140的位置。
实验室站20、30布置成邻近于传送平面110。注意到的是，出于示例性目的，图1中仅示出了这两个实验室站20、30，并且典型的实验室自动化***10包括多于两个的实验室站20、30。
在邻近于第一实验室站20处，提供呈机械臂的形式的抓取装置25。抓取装置25当前承载位置确定装置27，位置确定装置27采用被保持处于竖直取向中的笔的形式。位置确定装置27包括磁致激活装置，磁致激活装置采用位于位置确定装置27的下端处的永久磁铁的形式。然而，该永久磁铁在图1中不可见。
就在第一实验室站20旁边，电磁致动器120中的特定一者被限定为移交电磁致动器121。如果样品容器145将被带到第一实验室站20或将从第一实验室站20收集样品容器145，那么将承载特定样品容器145的样品容器载体140移动到移交电磁致动器121，并且然后由移交电磁致动器121保持所述样品容器载体140。样品容器145将被抓取装置25抓取，并且然后将被移交到第一实验室站20。当将从第一实验室站20收集样品容器145并且将由样品容器载体140使样品容器145传送离开时，相同的原理基本上以相反的顺序来工作。
当首次将第一实验室站20放置成邻近于实验室样品分配***100时，还将安装抓取装置25。然后，必须校准抓取装置25，使得其可以抓取已被移动到移交电磁致动器121上的样品容器载体140中所包含的样品容器145。这是使用位置确定装置27来完成的，如下文将关于图2进一步示出的那样。
图2示出了在移交电磁致动器121的水平表面上观察的俯视图。
首先，将位置确定装置27手动地放置在开始位置200处。使抓取装置25进入到释放状态中，使得在由抓取装置25保持位置确定装置27的同时，位置确定装置27可以沿水平方向或平面几乎自由地移动。然后，激活移交电磁致动器121，使得位置确定装置27由于所施加的磁力而被移动到第一位置201。
在发明性方法的非常简单的实施方式中，第一位置201现在可被用作移交位置。然而，在改进的实施方式中，使用第一位置201以便进一步改进移交位置。
如图2中所示，第一方向210、第二方向220、第三方向230和第四方向240各自被限定为在第一位置201处开始。这四个方向210、220、230、240被定向成相对于每个相应的相邻方向成直角，并且相对于第一位置201的所有位移均具有相同的长度。
位置确定装置27沿这四个方向210、220、230、240中的每一者移动到相应的中间位置211、221、231、241。注意到的是，这些中间位置211、221、231、241是通过抓取装置25的动作而到达的。每次在已到达相应的中间位置211、221、231、241中的一者之后，再次释放抓取装置25，使得位置确定装置27可以沿水平方向基本上自由地移动。然后，在每种情况下激活移交电磁致动器121，并且位置确定装置移动到相应的另外的位置212、222、232、242。重复这个过程，直到已使用所有的中间位置211、221、231、241。
这些另外的位置212、222、232、242形成图2中以虚线示出的多边形。该多边形具有中心，可以将所述中心指定为二维形状的质心。计算这个质心，并且将其当作移交位置250。
如图2中所示，通过这种方法确定的移交位置250不同于第一位置201。一般来说，如通过刚才所描述的方法确定的移交位置250比第一位置201更准确。
如果将样品容器载体140移动到移交电磁致动器121，那么抓取装置被移动到移交位置250并且因此可以正确地抓取样品容器载体140中所包含的样品容器145。
Claims (17)
1.一种确定抓取装置（25）的移交位置（250）的方法，
其中，所述抓取装置（25）被指派给实验室样品分配***（100），所述实验室样品分配***（100）具有传送平面（110）和定位在所述传送平面（110）下方的多个电磁致动器（120），并且
其中，所述移交位置（250）被指派给移交电磁致动器（121）；
所述方法包括以下步骤：
借助于所述抓取装置（25）来抓持位置确定装置（27），使得由所述抓取装置（25）固定地保持所述位置确定装置（27），其中，所述位置确定装置（27）包括磁致激活装置，
在由所述抓取装置（25）保持所述位置确定装置（27）的同时，将所述位置确定装置（27）定位在所述传送平面（110）上，
激活所述移交电磁致动器（121），使得其产生与由所述磁致激活装置产生的磁场相互作用的磁场，从而使得吸引力被施加在所述位置确定装置（27）上，
在由所述抓取装置（25）保持所述位置确定装置（27）的同时，由所述吸引力将所述位置确定装置（27）移动到第一位置（201），
检测所述第一位置（201），以及
至少部分地基于所述第一位置（201）来确定所述移交位置（250）。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述移交位置（250）被确定为与所述第一位置（201）相同。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，确定所述移交位置（250）包括以下步骤：
借助于所述抓取装置（25）在所述传送平面（110）上沿一组方向（210、220、230、240）中的每一者使所述位置确定装置（27）移动达给定的位移量到达相应的中间位置（211、221、231、241），每次移动从所述第一位置（201）开始，
在沿一方向（210、220、230、240）进行移动的每个步骤之后，在由所述抓取装置（25）保持所述位置确定装置（27）的同时由所述吸引力将所述位置确定装置（27）移动到相应的另外的位置（212、222、232、242），
检测每个相应的另外的位置（212、222、232、242），以及
至少部分地基于所述相应的另外的位置（212、222、232、242）来确定所述移交位置（250）。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于
所述一组方向（210、220、230、240）包括两个、三个或四个方向（210、220、230、240）。
5.根据权利要求3或4所述的方法，
其特征在于
所述一组方向（210、220、230、240）中所包含的所有方向（210、220、230、240）布置成在每两个以环形行进方式相邻的方向（210、220、230、240）之间具有相等角度。
6.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于
所述给定的位移量小于10 mm。
7.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于
所述给定的位移量小于5 mm。
8.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于
所述给定的位移量小于3 mm。
9.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于
所述移交位置（250）被确定为由所述另外的位置（212、222、232、242）限定的多边形的中心。
10.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于
在沿所述方向（210、220、230、240）中的一者移动所述位置确定装置（27）的每个步骤之前停用所述移交电磁致动器（121），并且在所述步骤之后重新激活所述移交电磁致动器（121）。
11.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于
所述第一位置（201）和/或所述另外的位置（212、222、232、242）在被检测之后由所述传送平面（110）上的平面坐标表示。
12.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
执行借助于所述抓取装置（25）将所述位置确定装置（27）定位在所述传送平面（110）上的步骤使得所述抓取装置（25）被定位在所述移交电磁致动器（121）之上或旁边。
13.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
手动地执行在由所述抓取装置（25）保持所述位置确定装置（27）的同时将所述位置确定装置（27）定位在所述传送平面（110）上的步骤。
14.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
激活包围所述移交电磁致动器（121）的电磁致动器（120），使得它们产生与由所述磁致激活装置产生的磁场相互作用的相应磁场，从而使得至少在由所述吸引力移动所述位置确定装置（27）的每个步骤期间排斥力被施加在所述位置确定装置（27）上。
15.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述位置确定装置（27）包括用于接触所述传送平面（110）的数个辊或球状支承件。
16.一种实验室自动化***（10），包括：
多个分析站（20、30），
数个抓取装置（25），
实验室样品分配***（100），包括：
适于承载一个或多个样品容器（145）的数个样品容器载体（140），每个样品容器载体（140）包括至少一个磁致激活装置，
传送平面（110），所述传送平面（110）适于支撑所述样品容器载体（140），
数个电磁致动器（120），所述数个电磁致动器（120）静止布置在所述传送平面（110）下方，所述电磁致动器（120）适于通过将磁力施加到样品容器载体（140）来在所述传送平面（110）的顶部上移动所述样品容器载体（140），以及
控制装置（150），所述控制装置（150）配置成通过驱动所述电磁致动器（120）来控制所述样品容器载体（140）在所述传送平面（110）的顶部上的移动，使得所述样品容器载体（140）沿着对应的传送路径来移动，
其中，对于每个抓取装置（25）来说，从所述数个电磁致动器（120）中指派出移交电磁致动器（121），其中，在承载所述样品容器（145）的样品容器载体（140）被定位在所述移交电磁致动器（121）上方的同时相应的样品容器（145）将被移交到所述抓取装置（25）或将被从所述抓取装置（25）移交，以及
过程控制单元，其中，所述过程控制单元配置成控制所述抓取装置（25）和所述实验室样品分配***（100），使得执行根据权利要求1至15中的任一项所述的方法。
17.根据权利要求16所述的实验室自动化***（10），
其特征在于
所述位置确定装置（27）的磁致激活装置产生比所述样品容器载体（140）的每个所述磁致激活装置更强的磁场。
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