DE60305439T2

DE60305439T2 - Modulares robotsystem für probenuntersuchungen

Info

Publication number: DE60305439T2
Application number: DE60305439T
Authority: DE
Inventors: Werner Hansjoerg Burlington HAAS; Gordon Trevor Ancaster JONES; Barry Roger Burlington HERTZ; Curtis Daniel Hamilton MCCRACKIN; Allison Edgar Toronto OUTHOUSE; Ian Thomas Oakville HATHERLEY; Paul Michael Burlington RIFF; Earl Gregory Mississauga LOWE; Kenneth Bradley Burlington KLINCK; Alexander Richard St. Catherines HUBER; David Jonathan Burlington WITTCHEN; Macalister Michael Toronto PECK
Original assignee: Thermo CRS Ltd
Current assignee: Thermo CRS Ltd
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2023-01-28
Also published as: CA2474305A1; US8965558B2; EP1469944B1; DE60305439D1; US7096091B2; CA2474305C; US20050075757A1; EP1469944A1; ATE327039T1; CA2417541A1; DE60305439T3; US20060229763A1; WO2003061830A1; EP1469944B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft automatisierte Robotersysteme, und insbesondere adaptierbares Bearbeiten von Proben.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
In den letzten Jahren beginnen Wissenschaftler damit, die Robotertechnik und Automatisierungstechnik häufiger einzusetzen, um Themen anzugehen wie beispielsweise Probenverarbeitung, Durchsatz und Verlässlichkeit von Ergebnissen. Automatisierte Probenhandhabung wird auf schnelle Weise eine Notwendigkeit aufgrund von Sterilitätsanforderungen und erwünschter Kostenverringerungen. Eine weitergehende Motivation für die automatisierte Handhabung ist die Einführung von neuen Technologien wie beispielsweise Miniaturisierung, höhere Dichte der Probenlagerung, kleinere Probenvolumina, und erhöhte Genauigkeit, um einige zu nennen. In der Industrie ist die Verwendung von Robotersystemen bzw. -anlagen mit einer einzigen Robotervorrichtung zur Beschickung von Mehrfacharbeitsplätzen in einem automatisierten System bekannt. Ein Nachteil dieser Systeme bzw. Anlagen ist jedoch, dass der Probendurchsatz durch die begrenzte Fähigkeit des Roboters bei Erfordernis der Beschickung von Mehrfacharbeitsplätzen mengenbegrenzt ist.
Derzeit befasst sich eine Anzahl bestimmter Automatisierungsanlagen mit den Durchsatz-Anforderungen. Diese zugeordneten Systeme können jedoch in ihrer Anpassungsfähigkeit beispielsweise an neue Untersuchungsanforderungen begrenzt sein. Im Forschungsumfeld ist bekannt, dass sich Untersuchungsanforderungen ständig ändern, und dabei bestimmte Automatisierungssysteme nach Beendigung einer Kampagne entweder hinfällig sind oder einer extensiven Umrüstung unterzogen werden müssen, um den neuen Untersuchungsanforderungen angepasst zu sein.
Ein neuerer Ansatz von automatisierten Systemen ist die Verwendung von sequentiellen Probenbearbeitungsvorrichtungen. Diese Systeme können oft der Durchsatzanforderung einer Untersuchung gerecht werden und besitzen eine gewisse Flexibilität an wechselnde Bedürfnisse angepasst zu werden. In einer chemischen Untersuchung können trotz alledem einige Schritte mehrmals wiederholt werden, was bedeutet, dass in einem sequentiellen Ansatz solche Vorrichtungen vielfach vorkommen müssen, was zu ineffizientem Einsatz der Bearbeitungsvorrichtungen und unnötigerweise zu hohen Investitionskosten führt.
Automatisierte Robotersysteme können zum Beispiel Drittbetriebsanlagen wie zum Beispiel Pipettierhilfen, Brutschränke, Ableser und andere Drittgeräte, die nicht für einen 24-h Betrieb beschaffen sind und daher störanfällig sind, enthalten. In einer solchen Situation ist es entscheidend, dass ein Instrument schnell ohne größeren Eingriff in den Ablauf ausgetauscht werden kann.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines modularen Robotersystems und Verfahren zur Vermeidung oder Minderung von wenigstens einigen der vorstehend dargestellten Nachteile.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bearbeitung von Gegenständen unter Einsatz einer bilateralen Bauweise bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Anordnen einer Vielzahl an Instrumenten um eine bidirektionale Beförderungsvorrichtung, wobei die Instrumente in festen Abstandsintervallen entlang der Beförderungsvorrichtung beabstandet sind; Zuweisen zugeordneter Antriebe zu jedem der Instrumente, zum Be- und Entladen der Gegenstände auf und von den Instrumenten und der Beförderungsvorrichtung; und Überwachen des Betriebs der Beförderungsvorrichtung, um eine unterbrochene Bewegung zu gewährleisten, wobei die unterbrochene Bewegung dazu dient, das Be- und Entladen der Gegenstände zu koordinieren; wobei die zugeordneten Antriebe derart positioniert sind, dass benachbarte Antriebe unabhängig voneinander arbeiten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein automatisiertes Robotersystem mit modularer Bauweise bereitgestellt. Das System umfasst: ein Rückgrat bzw. Backbone mit einer Vielzahl von Rückgratverbindungsstücken; ein Modul mit einem Modulverbindungsstück zum lösbaren Koppeln mit einem entsprechenden der Rückgratverbindungsstücke; eine bi-direktionale Bewegungsvorrichtung, die mit dem Rückgrat verbunden ist, zum Darbieten eines zu dem Modul benachbarten Gegenstands, wenn das Modul an das Rückgrat gekoppelt wird; eine Verbindungsschnittstelle, die durch Koppeln des Rückgrats bzw. Backbone und der Modulverbindungsstücke gebildet werden kann, zur Bereitstellung einer Betriebskopplung zwischen dem Rückgrat und dem Modul, wenn es zu diesem benachbart ist; wobei die Verbindungsschnittstelle eine wiederholbare Verbindungs- und Trennungsfähigkeit zwischen dem Rückgrat und dem Modul zur Fertigumgestaltung der modularen Bauweise bereitstellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, in der auf die anhängigen Zeichnungen verwiesen wird, in denen
1 ein modulares Probenbearbeitungssystem zeigt,
2 das System von 1 mit zugeordneten lokalen Antrieben zeigt,
3 eine hochgeschwindigkeitsverteilte Antriebsanordnung des Systems von 2 zeigt,
4 eine Zeitachse für eine einfache „Nest zu Nest"-Bewegung des Systems von 3 liefert,
5 eine Zeitachse für eine vielfache „Nest zu Nest"-Bewegung des Systems von 3 liefert,
6 eine perspektivische Ansicht einer „On-belt-Bearbeitung" für das System von 1 zeigt,
7 eine Seitenansicht des Systems von 6 ist,
8 eine alternative Ausführungsform des Systems von 6 ist,
9 eine alternative Ausführungsform des Systems von 8 ist,
10 eine Ausführungsform der modularen und erweiterbaren Beförderungsvorrichtung des Systems von 2 ist,
11 einen optionalen Ausschnitt der Beförderungsvorrichtung aus 10 zeigt,
12 einen Antriebssteuerungseinheit-Netzwerkaufbau für das System von 1 zeigt,
13 eine weitere Ausführungsform des Systems von 1 ist,
14 eine Ausführungsform des Systems von 13 für das Aufstapeln ist,
15 eine weitere Ausführungsform der Module von 1 zeigt,
16 eine Schnittstelle für die Module des Systems von 1 zeigt,
17 eine perspektivische Aufsicht einer weiteren Ausführungsform des Systems von 16 ist,
18 eine perspektivische Draufsicht der Beilagen von 17 ist,
19 ein Diagramm eines verteilten Steuerungssystems des Robotersystems von 1 ist,
20 ein Verfahren für den Betrieb des Systems von 1 ist, und
21 eine weitere Ausführungsform des Systems von 1 ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hinsichtlich 1 ist ein Robotersystem 10 für das Bearbeiten von einer Vielfalt von Proben 12 in einem zufälligen Durchlauf durch verschiedene Bearbeitungsinstrumente 14 gezeigt. Das Robotersystem 10 umfasst ein Verfahren für das Bearbeiten der Proben 12 unter Verwendung von Laborware wie beispielsweise Mikrotiterplatten, Filterplatten, Behälter für Pipettenspitzen und Ähnlichem (nicht dargestellt). Das Robotersystem 10 besitzt eine modulare Bauweise bestehend aus einem zentralen Backbone 18 und einer Anordnung abnehmbarer Module 16, die an das Backbone 18 gekoppelt sind. Die Module 16 tragen die Bearbeitungsinstrumente 14 zur Erwirkung eines spezifischen Ablaufs an den Proben 12, vorzugsweise in Sequenz. Die Bearbeitungsinstrumente 14 können auf einer Tischplatte 20 der Module 16, unterhalb des Tisches 20, befestigt werden, oder auf Ebenen oberhalb der Tischplatte 20 wie weiter unten beschrieben. Die Anordnung des Robotersystems 10 erleichtert die Befestigung der Module 16 an beiden Seiten des Rückgrats 18, d.h. einseitige oder beidseitige Robotersysteme 10 können gebaut werden. Die Module 16 stellen vorzugsweise geschlossene Bearbeitungseinheiten mit Instrumenten 14 dar, und sind mit dem zentralen Backbone 18 auf modulare und austauschbare Weise verknüpfbar.
Unter Bezugnahme von 2 enthält das Backbone 18 eine bi-direktionale hochgeschwindigkeitsverteilte Bewegungsvorrichtung 19, wie zum Beispiel ein Förderband, das als zentraler Proben 12-Antrieb dient. Das Design des Rückgrats 18 kann aus gekoppelten modularen Beförderungsvorrichtungs-Komponenten 22, 24 bestehen, die eine Erweiterung des Backbone 18 zur Aufnahme verschieden großer Proben 12-Bearbeitungssequenzen gewährleisten. Zugeordnete Mittel zum Be- und Entladen (bezeichnet als lokale Antriebe 26) sind auf den Modulen 16 oder auf dem Rückgrat 18 befestigt, um jedes Bearbeitungsinstrument 14, oder Gruppe von Instrumenten 14 zu beliefern, wenn gewünscht. Das Design der bi-direktionalen Hochgeschwindigkeits-Bewegungsvorrichtung 19 ermöglicht es mehreren Proben 12, beispielsweise Platten, jedoch nicht nur auf solche beschränkt, zu und von den gekoppelten Komponenten 22, 24 gleichzeitig bewegt zu werden. Die Bearbeitungsmodule 16 können in einem festen Abstand entlang der Bewegungsvorrichtung 19 beabstandet sein, um das Positionieren der Bearbeitungsinstrumente 14 hinsichtlich der Proben 12 zu erleichtern. Die lokalen Antriebe 26 können so auf den Modulen 16 angebracht sein, dass nahezu jedes direkt auf dem entsprechenden Modul 16 befindliche Laborinstrument 14 angesteuert wird. Positionen mit mehreren Ebenen auf den Tischen 20 können auch angewählt werden und zwar unter Verwendung des lokalen Antriebs 26, der auf einem linearen Gleitmechanismus 28 (siehe 3) befestigt wird, der die planare Position des lokalen Antriebs 26 auf dem Tisch 20 hinsichtlich des entsprechenden Bearbeitungsinstruments 14 ändert.
Wieder unter Bezugnahme von 2 können die Verfahrensschritte der Bearbeitungsproben 12 in dem Robotersystem 10 in drei getrennte Phasen unterteilt werden, nämlich a) Einstellen der Probe 12 auf die Beförderungsvorrichtung 19, wobei die Probe 12 aus dem Instrument 14 durch den entsprechenden Antrieb 26 herausgenommen wird, weiterbewegt wird, und auf die Beförderungsvorrichtung 19 gestellt wird, b) Befördern der Probe 12, wobei die Beförderungsvorrichtung 19 eine oder mehrere der enthaltenen Proben 12 aus einem Satz von Modulen 16 zu einem anderen Satz von Modulen 16 bewegt; c) Hineinstellen der Probe 12 in das Instrument 14, wobei die Probe 12 aus dem Förderband 19 herausgenommen wird und in das Instrument 14 durch den zugeordneten lokalen Antrieb 26 gestellt wird. Die Synchronisierung der zentralen Bewegungseinwirkung des Förderbands 19 mit den lokalen Antrieben 26 gewährleistet das parallele Beladen und Entladen der Proben 12, was hilft die gesamte Beladungs-/Entladungseffizienz des Robotersystems 10 zu erhöhen. Der gesamte Proben 12-Durchsatz des Robotersystems 10 kann entsprechend über andere nichtparallele Systeme durch die Bereitstellung eines parallelen Betriebs, aufgrund „verteilter Bewegung", zwischen der zentralen Antriebsfunktion des Förderbands 19 und den lokalen mit zugeordneten Bearbeitungsinstrumenten 14 assoziierten Antrieben 26 erhöht werden.
Unter Bezugnahme von 3 wird eine Ausführungsform des Robotersystems 10 hinsichtlich eines Materialbearbeitungssystems gezeigt. Gegenstände oder Proben (zur Klarheit nicht gezeigt) werden zwischen den Bearbeitungsinstrumenten 14 bewegt. Jedes Bearbeitungsinstrument 14 weist den lokalen Gegenstandsantrieb 26 auf, der Gegenstände aus entsprechenden Zugriffsnestern 30 der Bearbeitungsinstrumente 14 aufnimmt, und die Gegenstände zum zentralen Förderband 19 auf ein entsprechendes zentrales Nest 32 bewegt. Die lokalen Antriebe 26 können ebenfalls Gegenstände aus zentralen Nestern 32 der zentralen Beförderungsvorrichtung 19 aufnehmen und die Gegenstände in die Zugriffsnester 30 stellen.
Das zentrale Förderband 19 ist wiederum unter Bezugnahme von 3 zur bidirektionalen Bewegung befähigt, und weist eine oder mehrere zentrale Zugriffsnester 32 auf, in die die Gegenstände gestellt werden können. Die Bearbeitungsinstrumente 14 sind auf beiden Seiten des zentralen Förderbands 19 so angeordnet, dass der lokale Antrieb 26 von jedem Bearbeitungsinstrument 14 zu einem einzelnen entsprechenden zentralen Antriebszugriffsnest 32 Zugang hat. Die Positionen des Bearbeitungsinstruments 14 sind versetzt (auch so genannter fester Abstand) oder anderweitig angeordnet, so dass alle Antriebe 26 des Bearbeitungsinstruments 14 gleichzeitig ihre zentralen Antriebs-Zugriffsnester 32 ansteuern. Der Abstand zwischen den Modulen 16 (und assoziierten zugeordneten Antrieben 26 und Instrumenten 14 entlang der Länge des zentralen Förderbands 19 ist mit einem festen Abstand festgelegt, so dass die einzelnen Antriebe 26 gleichzeitig ihre entsprechenden Proben 12 zwischen ihrem entsprechenden Nest 32 des Förderbands 19 und dem entsprechenden Nest 30 des Instruments 14 aufnehmen und abgeben können. Es ist anerkannt, dass der feste Abstand derart ist, dass keine Bewegungsbeeinträchtigung zwischen den benachbarten Antrieben 26 des Robotersystems 10 vorkommt.
Hinsichtlich der 3 und 4 wird eine Zeitachsensequenz 34 der Schritte gezeigt, die benötigt werden, um den Gegenstand (Probe 12 aus 1) vom Zugriffsnest 30 eines Bearbeitungsinstruments 14 (zum Beispiel Instrument 2) zum Zugriffsnest 30 eines anderen Bearbeitungsinstruments 14 (zum Beispiel Instrument 14) zu bewegen. Eine Primärsequenz 36 (für Instrument 2) mit dem entsprechenden lokalen Gegenstandsantrieb 26 erzeugt eine initiale Bewegung (IM) zum Zugriffsnest 30 des Bearbeitungsinstruments 14 und nimmt den zu bewegenden Gegenstand auf (PU). Der lokale Antrieb 26 (von Instrument 2) bewegt sich dann bis genau über sein Zugriffsnest 32 des entsprechenden zentralen Förderbands 19 durch Bewegung M. An diesem Punkt muss die zentrale Beförderungssequenz 38 (central conveyance (CC) sequence 38) angehalten werden (bezeichnet als Wait 40), während der lokale Antrieb 26 von Instrument 2 den Gegenstand im benachbarten Zugriffsnest 32 ablegt (puts down, PD). Das Förderband 19 bewegt sich nun schnell, um den Gegenstand in dem Nest 32 an der Position des Zugriffsnestes 32 vom lokalen Zielantrieb 26 neben dem Instrument 4 zu positionieren. An diesem Punkt muss das Förderband 19 anhalten (Wait 43), um dem lokalen Zielantrieb 26 von Instrument 4 zu ermöglichen, den Gegenstand aus seinem Zugriffsnest 32 für Sequenz 44 aufzunehmen (PU). Der lokale Zielantrieb 26 kann dann in der Sequenz 44 fortfahren, um den Gegenstand in das Zugriffsnest 30 des Zielbearbeitungsinstruments 14 zu stellen, während das Förderband 19 für andere Zwecke zur Nutzung frei ist.
Hinsichtlich 5 ist ebenso eine Zeitachsensequenz 46 für die Bewegung von mehreren Gegenständen zwischen verschiedenen Bearbeitungsinstrumenten 14, d.h. Bewegung in Anlehnung an gleichzeitige lokale Sequenzen 57, 59, 52 in Verbindung mit zentraler Sequenz 54 der Beförderungsvorrichtung 19 gezeigt. Es ist anzumerken, dass der einzige Zeitpunkt, an dem das zentrale Förderband 19 nicht zur Bewegung befähigt ist, dann ist, wenn es auf den Aufnahme- und Abstellvorgang wartet, wie durch die eingekreisten Bereiche 56 der aufeinander abgestimmten Sequenz 46 angedeutet. Das System 10 kann dementsprechend mehrere Proben 12 zwischen den einzelnen Instrumenten 14 und dem zentralen Förderband 19 bewegen. Das System 10 (siehe 2) ermöglicht während des Betriebs eine überlappende Bauweise, wodurch die unterschiedlichen lokalen Antriebe 26, entweder jedem Modul 16 zugeordnet oder auf dem zentralen Förderband 19 befindend, zur simultanen Abstimmung ihrer Bewegungen untereinander und mit dem Betrieb des zentralen Förderbands 19 befähigt sind, wie weiter unten in Hinblick auf die 12 und 19 beschrieben. Eine hierarchische Anordnung des Robotersystems 10 ist tatsächlich ermöglicht, mit dem zentralen Förderband 19 als Hauptantrieb und den dazugehörigen lokalen Antrieben 26, die als Gruppe von Unterantriebssystemen in Betracht kommen. Jeder der Antriebe 26 kann gleichzeitig mit dem zentralen Antrieb oder Förderband 19 interagieren, und dadurch paralleles Bearbeiten der Proben 12 durch die Instrumente 14 erleichtern, indem sich die Proben 12 von einem Ort zu einem anderen Ort des Backbone 18 bewegen, wie z.B. auf eine bidirektionale und etwas zufällige Art und Weise.
Es sollte zum Beispiel beachtet werden, dass das Robotersystem 10 viele einzelne Komponentbewegungen der lokalen Antriebe 26 und der zentralen Beförderungsvorrichtung 19 erleichtern kann, damit diese gleichzeitig stattfinden. Die Aufnahme-(Pick Up = PU) und Abstell-(Put Down = PD)-Abläufe können zum Beispiel deutlich überlappen, und der Ablauf der Anfangsbewegung (Initial Move = IM), der Aufnahme (PU) vom Zugriffsnest 30 des Instruments 14 und die lokale Antriebs 26-Bewegung (M) können gleichzeitig mit dem Betrieb des zentralen Förderbands 19 erfolgen.
Eine andere Variation des zentralen Förderbands 19 ist gemäß den 6 und 7 die Ermöglichung von durchzuführenden „On-Belt Processing"-Abläufen (d.h. „Bearbeiten auf dem Gurt") auf den Proben, während sie sich noch auf dem Förderband 19 befinden. Das sog. „On-belt Processing" erfolgt, wenn ein aktiver Betrieb an einer Platte 41 angewandt wird, beispielsweise eine Mikrotiterplatte oder andere Behälter, ohne die Platte 41 von dem Gurt 42 des Förderbands 19 zu bewegen. In einer bevorzugten Ausführungsform behält das Instrument 47 des die Bewegung durchführenden Moduls 16 (zu Zwecken der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) normalerweise eine Position frei von jeder sich auf dem Gurt 42 bewegenden Platte 41, indem eine sichere Höhe eingehalten wird, die durch den Abstand 43 zwischen dem am niedrigsten hängenden physikalischen Merkmal des Instruments 47 und der von der größten Platte auf dem Gurt 42 angenommenen Höhe bestimmt wird. Offenbar kann das Instrument 47 durch einen lokalen Antrieb 26 eventuell manövriert werden.
Bei einer solchen Ausführungsform kann es oder darf es nicht notwendig sein, weiteres Befestigen an der Platte 41, sobald sie an der aktiven Stelle neben dem Instrument 47 positioniert ist, bereitzustellen, natürlich abhängig vom durchzuführenden Bewegungstyp. Ein Beispiel für einen Einsatz geringer Präzision könnte durch ein Barcode-Lesegerät 45, bei dem das Barcode-Lesegerät 45 einen auf einer der vier Seiten der Platte 41 angebrachten Barcode liest, bereitgestellt werden. In diesem Fall kann die normale stellungsabhängige Exaktheit und Reproduzierbarkeit des Gurts 42 ausreichen, um einen relativ fehlerfreien Betrieb ohne externe Unterstützungen zu ermöglichen. Man kann erkennen, dass das Lesegerät 45 und das Instrument 47 mit separaten Modulen 16 (siehe 1) verbunden sein kann.
Ein Beispiel für eine Anwendung mit höherer Genauigkeit könnte bezüglich 8 durch ein 384-Spitzen Dispensierkopf-Instrument 47 bereitgestellt werden, das ein festes Anbringen der Platte 41 erfordert, um so den Spitzen des Instruments 47 ein Kollidieren mit der Platte 41 aufgrund einer ungenauen Lage der einzelnen Vertiefungen der Platte 41 mit Bezug auf das Kopf-Instrument 47 nicht zu ermöglichen. In einem solchen Fall wird ein einklappbarer Befestigungsmechanismus 48 zur Sicherung der Position der Platte 41 in den drei Koordinatenachsen 50 verwendet, während der Dispensierkopf des Instruments 47 auf der Platte 41 arbeitet. Man kann erkennen, dass der Befestigungsmechanismus 48 und das Kopf-Instrument 47 mit dem gleichen Modul an der gleichen Seite des Förderbandes 19 verbunden sind oder separat mit entsprechenden gegenüberliegenden Modulen auf beiden Seiten des Förderbandes 19 verbunden sind (siehe 1).
In Bezug auf 9, in einem anderen Hochpräzisionsbeispiel, entfernt und tauscht ein Plattenentdeckelungsgerät (plate delidder) 49 Deckel 51 auf den Platten 41 aus, die dann durch den Gurt 42 zur nächsten aktiven Stelle transportiert werden. In einem solchen Fall sichern die einklappbaren Befestigungsmittel 48 den Standort der Platte 41, so dass der präzise Ablauf des Deckel 51-Austausches durch das Entdeckelungsgerät 49 mit minimalem Fehlerrisiko, aufgrund der möglichen Kollision des Plattendeckels 51 und der Platte 41 durch eine Fehlausrichtung des Deckels 51 und der Platte 41, durchgeführt werden kann. Diese Fehlausrichtung kann durch die normale lageabhängige Reproduzierbarkeit des Gurts 42 verursacht werden, die größer ist als die Toleranz zwischen dem Deckel 51 und den Größen der Platte 41. Man kann außerdem erkennen, dass das Entdeckelungsgerät, d.h. der Delidder 49, der Befestigungsmechanismus 48, und das Kopfinstrument 47 alle mit den gleichen oder gegenüberliegenden Modulen, je nach Wunsch, verbunden sein können. Man kann außerdem erkennen, dass die Platte 41 zur aktiven Stelle durch das System 10 gebracht wird, wobei der Gurt 42 anhält, und die Bewegung von den entsprechenden Instrumenten 47 durchgeführt wird. Eine Steuerungssoftware des Systems 10 (zum Beispiel mit einer Steuerungseinheit bzw. einem Controller des zentralen Rückgrats 18 verbunden) kann die Bewegungen der einzelnen Bauteile (47, 48, 49), verbunden mit den entsprechenden Modulen 16, steuern, so dass der Gurt 42 während der Durchführung des aktiven Betriebs in Verwendung ist, und es ist nicht erlaubt irgendeine Bewegung durchzuführen, bis angezeigt wird, dass der Betrieb abgeschlossen ist. Man kann erkennen, dass die Kommunikation zwischen Komponenten 47, 48, 49 und der Steuerungseinheit durch direkte Verbindungen zwischen den Modulen 16 und dem Backbone 18 durch entsprechende Verbindungsschnittstellen wie nachstehend beschrieben angepasst werden kann.
Das zentrale Backbone 18 (auch als linearer Plattentransport bezeichnet) kann in Bezug auf 10 beispielsweise aus drei separaten Komponenten 60 mit zwei optionalen Komponenten 68, 70 bestehen, ist jedoch nicht auf solche beschränkt. Die Komponenten 60 enthalten ein Motorteil 66, ein 800 mm Einsatzteil 68, und ein 1200 mm Einsatzteil 70 und den Leitrad-Abschnitt 62. Der Leitrad-Abschnitt 62 weist eine Ausstattung für eine Plattengreifvorrichtung 72 oder eine Ausstattung für einen Plattentransportschacht 74 auf. Es sollte beachtet werden, dass die Ausstattungen 72, 74 Zusatzmerkmale sein können und sind für den Betrieb des die Komponenten 60 enthaltenden Rückgrats 18 nicht erforderlich. Das Rückgrat 18 kann auch modular und erweiterbar sein aufgrund von Beförderungsvorrichtungsverbindungsschnittstellen 210 zum betrieblichen Zusammenschalten der Komponenten 66, 68, 70, 62 untereinander. Die Schnittstellen 210 können zum Beispiel auf elektrische, mechanische und Betriebsmittelkontinuität zwischen den Komponenten 62, 66, 68, 70 abgestimmt sein, wenn aneinander gekoppelt.
Wiederum in Bezug auf 10 ist die Plattenrutsche bzw. der Plattentransportschacht 74 eine Vorrichtung, die zum Beseitigen unerwünschter Platten 41 direkt von der Beförderungsvorrichtung 19 eingesetzt wird. Die Rutsche 74 schließt an ein Leitrad-Ende 76 der Beförderungsvorrichtung 19 an, wie in 11 mittels der sog. „attachment tabs" 78 zu sehen. Die Rutsche 74 ist gebogen, so dass die Platten 41 leicht in einen darunter befindlichen Entsorgungsbehälter 79 hineingleiten können, während verhindert wird, dass sich die Inhalte der Platte 41 in die Luft erheben. Der Transportschacht 74 weist einen Rand 80 um ihre untere Kante auf, so dass eine an den Entsorgungsbehälter 79 befestigte Abdeckung 82 am Rand 80 ohne Weggleiten fixiert werden kann. Die Abdeckung 82 wird eingesetzt, um Spritzer von den Abfallplatten 41, die in den Entsorgungsbehälter 79 fallen, aufzunehmen.
12 weist eine Antriebssteuerungskonfiguration 90 für eine Laborausführungsform des Automatisierungssystems 10 (siehe 1) mit zwei Antriebssteuerungseinheiten 92 „Hauptsteuerungseinheit" und 94 „abhängige Steuerungseinheit" auf, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, die im Wesentlichen identische Geräte sein können. Der primäre Unterschied der Steuerungseinheiten 92, 94 ist zum Beispiel eine Einstellung eines Adress-Wahlschalters 96, 98, der mit jeder Steuerungseinheit 92, 94 verbunden ist. Die Hauptsteuerungseinheit 92 weist den Selektor 96 auf, der auf einen vorbestimmten Code zur Kennzeichnung der Hauptbezeichnung (z.B. die Zahl „0") festgesetzt ist. Daran kann bzw. können sich dementsprechend ein oder mehrere abhängige Steuerungseinheiten 94 anschließen, die eindeutige, Nicht-Null Zahlen aufweisen, ausgewählt als ihre Adresswahlschalter 98 zur Kennzeichnung der Nebenbezeichnungen (zum Beispiel die Zahlen „1", „2", etc ...). Man kann erkennen, dass einige Anordnungen des Systems 10 keine abhängigen Steuerungseinheiten 94 aufweisen können, die dadurch nur eine einzige Steuerungseinheit 92 verwenden.
Wiederum in Bezug auf 12 kann jede Steuerungseinheit 92, 94 bis zu einer festgelegten Anzahl an lokalen Antriebsgeräten (LM) 26 durch einzelne Ports 100 ansteuern. Ein erster Antriebssteuerungsanschluss 102 auf der Hauptsteuerungseinheit 92 steuert gewöhnlich das zentrale Förderband 19 an (anderweitig als linearer Plattentransporter oder LPT bekannt). Der gesamte Betrieb des Robotersystems 10 (siehe 1) durch die Antriebssteuerungskonfiguration 90 wird durch einen Leitrechner 104 überwacht, der mit den verschiedenen Steuerungseinheiten 92, 94 über ein lokales Netzwerk 106 kommuniziert. Dieses lokale Netzwerk 106, wie beispielsweise ein Standard 10BaseT Ethernet-Netzwerk, ohne jedoch auf ein solches beschränkt zu sein, wird zur Steuerung des Systems 10 eingesetzt. Es muss zum Beispiel keine direkte Verbindung zwischen dem lokalen Netzwerk 106 und jedem externen Netzwerk 108 bestehen wie z.B. dem Internet, man ist jedoch nicht auf dieses beschränkt.
Wieder unter Bezugnahme von 12 wird ersichtlich, dass eine Vielzahl von Leitrechnern 104 durch ein mit dem externen Netzwerk 108 verbundenes zentrales Steuerungssystem 110 überwacht werden kann. Der Leitrechner 104 kann mit zwei separaten Netzwerkschnittstellen, nämlich 112 und 115, konfiguriert sein an das externe 108 beziehungsweise lokale 106 Netzwerk, sollte es erwünscht sein, dass der Leitrechner 104 mit anderen Leitrechnern (nicht gezeigt) kommunizieren kann, dann möglicherweise über ein Intranet in einem Gebäude oder das Internet. Diese Trennung des lokalen Netzwerks 106 und des externen Netzwerks 108 kann vorteilhaft sein, um eine Interferenz von Netzwerknutzung auf dem externen Netzwerk mit dem Betrieb von jedem unabhängigen Robotersystem 10 zu behindern. Die Trennung der Netzwerke 106, 108 hindert außerdem die Nutzungsinterferenz von jedem der Robotersysteme 10, die mit dem Anschluss am externen Netzwerk 108 interferieren. Es ist offensichtlich, dass jeder der Leitrechner 104 für die Überwachung entsprechender Robotersysteme 10 verantwortlich sein kann.
Wieder unter Bezugnahme von 12 können die Steuerungseinheiten 92, 94 kleine allein stehende bzw. unabhängige Computer mit der folgenden Ausstattung sein, wie zum Beispiel, jedoch ohne auf diese beschränkt zu sein: a) lokaler Speicher 113 zur Speicherung von Betriebssoftware, die für den Betrieb der Steuerungseinheiten 92, 94 benötigt wird; b) ein eingebetteter Computer 114 mit hinreichender Speicher- und Prozessorgeschwindigkeit für den Betrieb der eingebetteten Software; c) eine Netzwerkübertragungs-Vorrichtung 116 für die Kommunikation mit dem Leitrechner 104 und mit anderen Steuerungseinheiten 92, 94 über das lokale Netzwerk 106; d) ein Netzteil 118 zur Stromversorgung der verschiedenen lokalen Antriebe 26 und der zentralen Beförderungsvorrichtung 19, die mit der Steuerungseinheit 92, 94 verbunden sind; e) eine Netzschaltertrennung 120, um ein An- und Ausschalten der Netzteile 118 des Antriebs zu ermöglichen (entweder gesamt und teilweise), um somit die verschiedenen verbundenen Antriebe 26 zusammen und/oder getrennt an- und abzuschalten; e) individuelle Übertragung vermittelnde Geräte 122 um Kommandos an eine Vielzahl von Servomotorsätzen (nicht gezeigt) zu verschicken, wobei jeder Satz die Achsen von jedem der lokalen Antriebe 26 und/oder des Förderbands 19 (als Ganzes oder als Komponenten 22, 24 – siehe 2), die mit der entsprechenden Steuerungseinheit 92, 94 verbunden sind, betreibt; und f) ein digitales Lesegerät 124 zur Bestimmung der Zahl, die auf den Adressenwahlschaltern 96, 98 ausgewählt sind. Die digitalen Lesegeräte 124 unterstützen die eingebettete Software der Steuerungseinheiten 92, 94, um festzustellen, ob die Steuerungseinheit 92, 94 eine Hauptsteuerungseinheit ist oder ob sie eine abhängige Steuerungseinheit ist, und um zu ermitteln, welche Adresse für die Netzwerkübertragung am Leitrechner 104 durch das Übertragungsgerät 116 verwendet werden sollte. Der Adressenwahlschalter 96, 98 kann zum Beispiel auf einen von 16 möglichen Werten, 0 bis 15, festgelegt werden. Es sollte beachtet werden, dass die Übertragungsgeräte 122 vorzugsweise einzeln mit den entsprechenden lokalen Antrieben 26 und/oder Beförderungsvorrichtung 19 verbunden sind.
Wieder unter Bezugnahme von 12 kann die vorstehend dargestellte Steuerungshierarchie für das Robotersystem 10 zahlreiche Vorteile mit sich bringen. Diese Steuerungshierarchie kann zum Beispiel unter dem zentralen Computersystem 110, dem Leitrechner 104, den Hauptsteuerungseinheiten und abhängigen Steuerungseinheiten 92, 94 und den lokalen Steuerungs- und Signalgebungseinheiten 122 bestehen. Da jeder Antrieb 26 sein eigenes Übertragungsgerät 122 besitzt, welches ihn mit seiner entsprechenden Steuerungseinheit 92, 94, und mit seinem entsprechenden Steuerungsprozess auf seiner entsprechenden Steuerungseinheit 92, 94 verbindet. Der Betrieb eines Antriebs 26 kann deshalb die Abläufe einer anderen Steuerungseinheit 92, 94 und ihren damit verbundenen Steuerungsprozessen nicht beeinflussen oder mit ihnen interferieren. Dieser Einsatz von entsprechenden Übertragungsgeräten 122 und getrennten Steuerungsprozessen kann auch helfen, das modulare Eingreifen und Ablösen (Ein- und Ausrücken) der entsprechenden Module 16 (siehe 1), wie weiter unten beschrieben, anzupassen. Die Anzahl der Antriebe 26, die mit einer Steuerungseinheit 92, 94 verbunden sein können, wird auf eine vorbestimmte Zahl festgelegt, zum Beispiel vier, um zu helfen, die Kosten und Komplexität des Schaltkreises der Steuerungseinheit 92, 94 zu bewältigen. Die begrenzte Zahl an lokalen Antrieben 26 pro Steuerungseinheit 92, 94 hilft auch, um den integrierten Computer 114 der Steuerungseinheit 92, 94 mit angemessener Prozessorleistung auszustatten, um jeden Antrieb 26 anzusteuern, und indem sein individueller Steuerungsprozess ausgeführt wird. In einigen Robotersystem 10-Anordnungen kann es zum Beispiel entscheidend sein, dass jedem Antrieb 26 genügend Beachtung durch den integrierten Computer 114, während des Ablaufs der geeigneten Zeitachsenabfolge 43, 46 (zum Beispiel siehe 4 und 5) zuteil wird, andernfalls können zeitkritische Ereignisse wie das Initiieren der Bewegungen von Mehrfachachsen der Antriebe 26 und/oder Förderbänder 19 zum richtigen Moment zum Scheitern verurteilt sein, so dass dabei eventuell unerwünschte Kollisionen verursacht werden.
Hinsichtlich der 12 und 19 wird der Betrieb des Satzes von Antriebssteuerungseinheiten 92, 94 durch eine Hierarchie von parallelen Steuerungsprozessen (Programmen) 200 kontrolliert, die sich teilweise auf dem Leitrechner 104 und teilweise auf der Hauptsteuerungseinheit 92, und teilweise auf jeder abhängigen Steuerungseinheit 94 befinden. 19 zeigt die Hierarchie der Steuerungsprogramme 200.
Wiederum unter Bezugnahme von 19, weist jede Steuerungseinheit 92, 94 (einschließlich der Hauptsteuerungseinheit) einen lokalen „Administration Daemon" 202 auf, der Steuerungseinheit-Statusinformationsdienste (controller status information services) an andere Prozesse mittels der Netzwerkschnittstelle 102 der Steuerungseinheit liefert. Der lokale „Administration Daemon" 202 ist auch für das Starten und Abschalten der Antriebsdaemonen 204, die die verschiedenen lokalen Antriebe 26 und das zentrale Förderband 19 steuern, verantwortlich. Jeder verbundene Antrieb 26 wird durch seinen eigenen zugeordneten Prozess, der sog. Antriebsdaemon 204 gesteuert. Die Antriebsdaemonen 204 liefern die Bewegungskontrolldienste für die „Administration Daemonen" 202 und Laborautomatisierungsanwendungen 207 auf dem Leitrechner 104. Die Automatisierungsanwendung 207 wird für den Betrieb des modularen Robotersystems 10 (siehe 1) verwendet. Neben dem „Administration Daemon" 202 und dem Satz Antriebsdaemonen 204 weist die Hauptsteuerungseinheit 92 einen „Master Administration Daemon" 203 Prozess auf, der Dienste für das Starten und Abschalten des gesamten Systems 200, Notschalter-Kontrolldienste, und Überwachungsdienste für das gesamte System 200 an Prozesse auf dem Leitrechner bietet. Ein Steuerpultprogramm 208 auf dem Leitrechner 104 ermöglicht dem Nutzer das Starten, Abschalten und Überwachen des Systems 200 und daher den Betrieb des Robotersystems 10.
Es ist zu beachten, dass der Zweck von jedem Prozess 202, 203, 204 auf jeder Steuerungseinheit 92, 94 eindeutig definiert sein kann und von sehr begrenztem Umfang ist; wodurch jeder Prozess 202, 203, 204 eine scharfe oder eindeutig definierte Schnittstelle aufweist. Diese eindeutig definierte Schnittstelle ermöglicht die Einteilung der unterschiedlichen funktionalen Zuständigkeiten des Systems 200, so dass die Prozesse 202, 204, 206 verschiedene jedoch kompatible Steuerungsvorgänge aufweisen. Diese beabsichtigte Anordnung soll beispielsweise sicherstellen, dass alle zeitabhängigen Funktionen des Robotersystems 10 zeitweise durchgeführt werden können, hauptsächlich unabhängig vom Betrieb des Leitrechners 104. Software- oder Hardwareausfälle oder Anwenderfehler auf dem Leitrechner 104 können deshalb den sicheren und zeitgerechten Betrieb der „Embedded Computer" 114 auf den Steuerungseinheiten 92, 94 nicht beeinflussen. Ein anderer möglicher Vorteil des Aufweisens von einer Vielzahl eindeutig definierter Steuerungsprozesse oder Daemonen 202, 203, 204 ist, dass die Komplexität jedes Steuerungsprozesses auf einem überschaubaren Niveau gehalten wird, was eine Vereinfachung der Softwarewartung unterstützt.
Wiederum in Bezug auf die 12 und 19 werden die zentrale Beförderungsvorrichtung 19 und die Vielzahl von Antrieben 26 über die Antriebssteuerungshierarchie 90 oder das Netzwerk angesteuert. Jede Steuerungseinheit 92, 94 kann auf Ethernet Protokollbasis übermitteln, und steuert eine Vielzahl von Antrieben 26, mit beispielsweise maximal vier Antrieben 26 pro Steuerungseinheit 92, 94. Jedes Robotersystem 10 kann mit der Hauptsteuerungseinheit („Master" Controller) 92 und mehreren abhängigen Steuerungseinheiten („Slave" Controllers) 94 ausgestattet sein. Jeder der Steuerungseinheiten 92, 94 kann einen Sicherheitsstromkreis zur Notschalterbetätigung besitzen.
Bezüglich 13 kann die modulare Bauweise des Robotersystems 10 auch die Verwendung eines zentralen auf dem Förderband 19 befestigten Antriebs 120 beherbergen. Der zentrale Antrieb 120 kann die Fähigkeit besitzen, die Probe/n 12 direkt zwischen den Bearbeitungsinstrumenten 14 aufzunehmen und zu transportieren. Das Design dieses Spuren-Antriebtyps kann ebenso modular sein, und kann die modulare Erweiterung des Robotersystems 10, wie weiter unter diskutiert, ermöglichen. Dieser zentrale Antriebstyp 120 kann dann von Interesse sein, wenn auf weniger automatisierungsfreundliche Ausstattung zurückgegriffen wird, oder die Beladungsbereiche der Instrumente 14 begrenzt sind. Die Verfahrensschritte für das Bearbeiten der Proben unter Verwendung des zentralen Antriebs 120 können getrennt werden nach: a) Direktzugriff auf Probe 12 aus einem ausgewählten Bearbeitungsinstrument 14 durch den zentralen Antrieb 120; b) Bewegen des zentralen Antriebs 120 zwischen den Modulen 16 durch das Förderband 19; c) Beladen der Probe 12 vom zentralen Antrieb 120 direkt auf das Bearbeitungsinstrument 14; oder Beladen des eventuell vorhandenen lokalen Antriebs 26 durch den zentralen Antrieb 120, wobei der lokale Antrieb 26 die Probe 12 dann weiter in das zugeordnete Instrument 14 bewegt. Es sollte in dieser Ausführungsform beachtet werden, dass der zentrale Antrieb 120 nicht irgendeinem der Module 16 zugeordnet ist, sondern eher unter ihnen geteilt wird. Man kann weiter erkennen, dass eine Verbindungsschnittstelle (nicht gezeigt) zwischen der entsprechenden Steuerungseinheit 92, 94 und dem zentralen Antrieb 120 an das lineare Austauschpotential des Förderbands 19 angepasst ist, so dass die benötigten Betriebsquellen (Strom, Signalgebung, Betätigungsfluid etc.) des zentralen Antriebs 120 für die Dauer des geplanten Betriebs des zentralen Antriebs 120 ungestört bleiben.
Mit Bezug auf 14 wird eine weitere Ausführungsform des zentralen Antriebs 121 gezeigt. Eine mögliche Lösung zur Bearbeitung von Flaschenhälsen in Verbindung mit der Handhabung von einzelnen Platten 41 (siehe 6) mit einzelnen Gelenkrobotern in Laborautomatisierungssystemen 10 ist, der Robotervorrichtung wie dem zentralen Antrieb 121 zu ermöglichen, dass sie mehr als eine Platte 41 (oder andere Behälter) zu einem Zeitpunkt trägt und diese Charge an Platten 41 an individuellen Instrumentstationen 14, 15 ablegt. In einem solchen System kann die Robotervorrichtung 121 eine Anzahl von Platten 41 (z.B. bis zu 20 Standardformat-Platten 41 mit einem 3 kg Ladegewicht, jedoch ohne auf derartige beschränkt zu sein) innerhalb einer Stapel- bzw. Aufschichtungsvorrichtung 123, die zum Ineinanderschieben bzw. -schachteln in stationäre Stapeleinheiten 126 oder Docking Stationen entwickelt wurde. Die mit entsprechenden Modulen 16 assoziierten Stapeleinheiten 126 können zum Abstapeln der einzelnen Platten 41 in der Stapelvorrichtung 123 eingesetzt werden, und setzen anschließend die individuell ausgewählten Platten 41 in das benachbarte Instrument 14, 15 ein. Nach dem Bearbeiten der ausgewählten Platte 41 durch das entsprechende Instrument 14, 15 können die bearbeiteten Platten 41 anschließend wieder in ihre ursprüngliche Stapelvorrichtung 123 für einen anschließenden Zugriff durch den zentralen Antrieb 121 aufgestapelt werden, oder die bearbeiteten Platten 41 könnten wieder in eine andere Stapelvorrichtung 127 mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften wie die der ursprünglichen Stapelvorrichtung 123 aufgestapelt werden. Der zentrale Antrieb 120 ist vorzugsweise so betrieben, dass die Stapelvorrichtung 123 an dem passenden Modul 16 freigegeben wird, so dass die Auswahl der Platte 41, der Bearbeitungs- und Wiederaufstapelungsvorgang eintreten können, während der zentrale Antrieb 121 eine andere Stapelvorrichtung 123, die mit aus einem anderen Modul 16 erhaltenen Platten 41 gefüllt ist, bewegt. Die nachfolgende gleichzeitige Bearbeitung von Stapelvorrichtungen 123 kann die Bereitstellung eines erhöhten Durchsatzes unterstützen und kann für eine Reihe von Anwendungen verwendbar sein, ohne beispielsweise auf das Wirkstoff-/Drogenscreening beschränkt zu sein.
Unter Bezugnahme von 14 verwendet der zentrale Antrieb 121 einen Greifer 128, um die Stapelvorrichtung 123 von einer frei wählbaren Position des Instruments 14 zu einem anderen Instrument 15, entlang des Förderbands 19, zu befördern. Der Greifer 128 kann so konstruiert sein, dass ein sicherer Griff der Stapelvorrichtung 123 gewährleistet ist, selbst wenn der Luftdruck zum Greifer 128 aufgrund einer Störung ausgefallen ist, um so ein Fallenlassen des Plattenstapels und den Folgeschaden, der durch eine solche Störung verursacht werden könnte, unterstützend zu verhindern. Der zentrale Antrieb 121 kann beispielsweise eine 5 oder 6 Freiheitsgrad Vorrichtung, die an dem Förderband 19 mit linearer Führung befestigt ist, sein. Das Förderband 19 kann vorzugsweise eine Ausgleichskonfiguration der einzelnen Platten 41 erhalten, wenn sie Fluidproben enthalten, und kann eine Zufallsausrichtung gewährleisten, um die Stapelvorrichtung 123 in die zufällig angeordneten, mit den Modulen 16 assoziierten Stapeleinheiten 126 einzubringen. Neben jedem aktiven Instrument 14, 15 kann zum Beispiel eine der Stapeleinheiten 126 vorhanden sein, wobei der Zweck der Stapeleinheiten 126 das Bewegen einzelner Platten 41 aus der abgelegten Stapelvorrichtung 123 zum benachbarten Instrument 14, 15 für das Bearbeiten ist. Die Stapeleinheit 126 kann auch für das Wiederaufstapeln der bearbeiteten Platten 41 in die ursprüngliche Stapelvorrichtung 123 verantwortlich sein, oder die andere 127, abhängig von de jeweiligen Untersuchung. Die Stapeleinheit 126 könnte optional die bearbeiteten Platten 41 aus der anderen Stapelvorrichtung 127 in die erste Stapeleinheit 123 bewegen, wodurch ein Erhalt der Anordnung der Platten innerhalb des Stapels unterstützt wird.
Hinsichtlich 15 können die Module 16 des Robotersystems 10 Rollen bzw. Laufwalzen 130 aufweisen, um die Beweglichkeit zu und von dem zentralen Backbone weg, wie durch den Pfeil 132 angegeben, zu gewährleisten. Die Rollen 130 können den Aufbau, die Umgestaltung und die Befestigung der Module 16 an dem Backbone 18 erleichtern. Man kann außerdem erkennen, dass andere Austauschmechanismen verwendet werden können, wie beispielsweise Reifen, Gleitrollen und andere Gleitanordnungen wie sie im Stand der Technik bekannt sind, ohne auf solche beschränkt zu sein.
Unter Bezugnahme von 16 werden die Module 16 lösbar mit dem Backbone 18 über eine Docking Station oder einem Port 134 verbunden. Der Docking Port 134 arbeitet als universelle Verbindungsstückschnittstelle 138, um ein betriebsbereites An- und Abkoppeln der Module 16 von dem Backbone 18 zu ermöglichen. Die Schnittstelle 18 besteht aus dem mit dem Backbone 18 verbundenen Docking Port für jedes einzelne Modul 16, und entsprechenden Modulverbindungsstücken 136. Die Kooperation der entsprechenden Ports 134 und Verbindungsstücke 136 für jedes Modul 16 liefert einen Fertigaustausch und eine Fertigumgestaltung des Robotersystems 10, wie durch das Bearbeitungsverfahren der Proben 12 benötigt. Die Schnittstelle 138 umfasst eine mechanische Ausrichtungsvorrichtung 140 zwischen dem Backbone 18 und dem Modul 16, eine elektrische Verbindung 142, eine pneumatische Verbindung 144, und Stütze von anderen Anschlussquellen bzw. Zuführungen (supply resources) 146 wie beispielsweise Luft, Wasser und CO₂. Das Design des Backbone 18 kann auch eine mittels Gestell befestigte elektronische Einrichtung 148 auf beiden Seiten aufnehmen. Die Module 16 sind deswegen über die Schnittstelle 138 steckbar (hot pluggable), um das Ankoppeln oder Abkoppeln der Bearbeitungsinstrumente 14 zu ermöglichen, während das System 10 läuft, wodurch die einzelnen Schnittstellen 138 der Module 16 ein unabhängiges Ankoppeln und Abkoppeln zwischen den Modulen 16 während des Betriebs des Systems 10 gewährleisten.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Verbindungsstückschnittstelle 138 zum Anbringen an die Modulverbindungsstücke 136 eine manuelle Verbindung von mit dem Backbone 18 gekoppelten Kabeln 141 einschließen. Verschiedene Kabel 141 können in einer unter der Wirbelsäule (spine) des Rückgrats 18 befindenden Kabeltrasse 143 gesammelt werden. Die Kabel 141 können Verbindungen für elektrische, pneumatische, und andere gewünschte Zuführungen (supply resources) 146 einschließen. Das Rückgrat-Verbindungsstück ist beispielsweise der Kabelsatz 141 und das Modulverbindungsstück ist der Rezeptor 136, der dafür ausgerichtet ist, mit den Kabeln 141 zu verbinden. Andererseits, ist das Modulverbindungsstück der Kabelsatz 141 und das Rückgrat-Verbindungsstück ist der Rezeptor 136, der dafür ausgerichtet ist, mit den Kabeln 141 zu verbinden. Die Module 16 können auch an Ort und Stelle relativ zum Rückgrat 18 durch befestigte Fixiermittel 147, wie z.B. Schrauben bzw. Bolzen, gesichert sein, sind aber nicht auf solche beschränkt.
Wiederum unter Bezugnahme von 12 besitzen die Steuerungseinheiten 92, 94 und die assoziierte Steuerungssoftware die Fähigkeit zu erkennen, wann alte Module 16 entfernt werden und neue Module 16 an das Backbone 18 angefügt werden. Jeder Modultyp 16 mit entsprechenden Instrumenten 14 kann eindeutige Identifikatoren aufweisen, die mit den Steuerungseinheiten 92, 94 kommunizieren, um sie darüber zu informieren, welches der Module 16 entweder in Betrieb oder außer Betrieb ist in Bezug auf das entsprechende Rückgrat 18 des Systems 10.
Bezüglich 17 ist eine Variation des oben beschriebenen Robotersystems 10 eine Gruppe von Rahmen 150 von „Modularen Tischen", wobei der Aufbau der modularen Tische eine zusammengesetzte modulare Rahmenstruktur 152 darstellt, die eine kontinuierliche Tischoberfläche bildet, wenn sie an dem Rückgrat 18 angebracht wird (4). Die modularen Tischrahmen 150 haben zwei Besonderheiten, nämlich Ausrichtungsfüße 156 und Rollen 130. Falls das System 10 umgestaltet werden muss, können die Füße 156 so in den Tischrahmen 150 geschraubt werden, dass der Tisch auf den Rollen 130 ruht und vom Rückgrat 18 wegbewegt oder zum Rückgrat 18 hinbewegt werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die Portabilität der Tischrahmen 150 eine Reihe von geschlossenen Modulen 16 bereitstellt, wodurch der Einsatz der Module 16 in einer allein stehenden oder zusammenhängenden Art und Weise mit dem Rückgrat 18, falls dies erwünscht ist, ermöglicht wird.
Wieder bezüglich 17 bestehen die individuellen modularen Tischrahmen 150 aus mehreren unabhängigen Tischmodulen 16, die zu vielen unterschiedlichen Konfigurationen kombiniert werden können oder für sich alleine verwendet werden können. Neben der Fähigkeit zur Gestaltung von Gruppierungen der Tischrahmen 150, um an einen Einsatz angepasst zu werden, gibt es eine Reihe anderer Merkmale und Optionen, die zu der gesamten Flexibilität und Konfigurierbarkeit des Robotersystems 10 beitragen. Die Umgestaltung der Gruppierungen des Tischrahmens 150, die einen Aufbau der Module 16 darstellen, ist möglich, da jedes Modul 16 vorzugsweise völlig selbst tragend ist und strukturell von den Umliegenden unabhängig ist. Da sich der Einsatz für das Robotersystem 10 aus diesem Grunde ändert, kann jedes Modul 16 in Bezug auf das Rückgrat 18 zur Umgestaltung der gesamten Tischanordnung 152 bewegt werden. Der Rahmen 150 von jedem Modul 16 kann zum Beispiel an andere Module 16 angebracht werden, um ein kleineres Minisystem 10 entstehen zu lassen, oder kann vollständig entfernt werden und als selbständige „Workcell" verwendet werden.
Wiederum hinsichtlich 17 weist jedes Modul 16 auch die Option zum Versenken seiner entsprechenden Tischoberfläche 20 auf bis zu beispielsweise 6'', wie durch Pfeil 158 angezeigt. Dies ermöglicht den Instrumenten 14 und Antrieben 26 in einer optimalen Höhe bezüglich der Beförderungsvorrichtung 19 positioniert zu werden, sowie Instrumente 14 mit unterschiedlichen Höhen der Beladungsnester 30 auszustatten.
Wiederum bezüglich 17 wurde die Stromverteilung des Robotersystems 10 auch modular konstruiert. Jedes Tischmodul 16 enthält zum Beispiel eine vorverdrahtete Stromleiste (power bar), mit einem Standard-Netzeingang 160 an einem Ende und einem Ausgang 162 am anderen Ende. Somit wird für jedes Modul 16 eine Verkettung („daisy-chained") zum benachbarten Modul 16 zur Bildung eines einzelnen Stromkreises gewährleistet. Eine andere Option ist, dass jedes Modul 16 durch ein Kabel 165 zurück zu einer Netzstromversorgung 166 auf dem Rückgrat 18 geführt wird, um als unabhängiger Stromkreis zu verbleiben. Soweit sich deswegen die Stromerfordernisse für das System 10 ändern, kann die Stromverteilung für die Module zur Anpassung umgestaltet werden.
Wiederum unter Bezugnahme von 17 ist ein anderes Merkmal des Rahmens 150 der Module 16 die Fähigkeit, ein Unterbrett 170 und Stützverstrebung unter dem Modul 16 zu entfernen. Diese Entfernung ermöglicht dem Endverbraucher, für größere Gerätestücke Platz zu machen, die sich unter dem Tisch 20 befinden können, oder liefert einen begrenzten Bereich fürs „wheel-in" solcher Dinge als Abfall- und Reagenzbehälter. Weiter ist anzumerken, dass jedes Ende vom Backbone 18 eine Gestellhalterungsbeabstandung aufweist, so dass die Gestellhalterungs-Ausstattung 148 innerhalb des Robotersystems 10 geschützt werden kann. Wieder bezüglich 17 können sich einstellbare Beilagen 180 zwischen den Instrumenten 14 und der Tischoberfläche 20 befinden, um die Bereitstellung eines gemeinsamen Richtwerts für den Transfer der Proben 12 zwischen der Beförderungsvorrichtung 19 und den Modulen 16 durch den Antrieb 26 zu unterstützen.
Hinsichtlich 18 ist das Instrument 14 (zur Klarheit in angezeichneter Ansicht dargestellt) auf dem Tisch 20 des Moduls 16 mittels Beilagen 180 positioniert. Eine Ausführungsform der Beilagen 180 ist eine Reihe von einstellbaren Bolzen 181, die in entsprechenden übergroßen Löchern 182 gesichert werden können (d.h. der Durchmesser des Bolzens 181 ist kleiner als der Durchmesser des Lochs 182). Dementsprechend kann jeder der Bolzen in einem sechs Freiheitsgrade Koordinatensystem 184 durch entsprechende Muttern (zur Klarheit nicht gezeigt) gesichert werden. Die Beilagen 180 befinden sich dementsprechend in einer triangulären Ausrichtung, so dass das Instrument 14 in eine Position in Relation zum Tisch 20 gebracht werden kann. Wiederum hinsichtlich 17 kann die Position des Instruments 14 hinsichtlich der stationären Position des Moduls 16, der Antriebe 26 und Beförderungsvorrichtung 19 kalibriert werden, wenn die Module 16 lösbar mit dem Backbone 18 gesichert sind.
Hinsichtlich der 2 und 20, in Betrieb des Robotersystems 10, kann die Bewegung zwischen den Instrumenten 14 in drei getrennten Phasen ablaufen, sobald die Beförderungsvorrichtung 19 angehalten wird 290, nämlich:

(i) Einstellen 300 der Probe 12 auf das Förderband 19 durch den lokalen Antrieb 26, wobei die Probe 12 aus dem Instrument 14 herausgenommen wird und auf das Förderband 19 gestellt wird;
(ii) Befördern 302 der Probe 12 zum nächst angrenzenden Modul 16, wobei das Förderband 19 eine oder mehrere Proben 12 von einem Satz von Modulen 16 zu einem anderen Satz von Modulen 16 für weiteres Aufnehmen und Bearbeiten bewegt; und
(iii) Einstellen 304 von Probe 12 in das nächste Instrument 14, wobei die Probe 12 aus dem Förderband 19 herausgenommen wird und durch den lokalen Antrieb 26 in das lokale Instrument 14 gestellt wird.

Die Koordination zwischen der Bewegung des lokalen Antriebs 26 und der Bewegung des Förderbands 19 kann außerdem anerkanntermaßen so erfolgen, dass die Verschiebung der Probe 12 zwischen dem Instrument 14 und dem Förderband 19 durch den Antrieb 26 ausgeführt werden kann, während das Förderband 19 in Bewegung ist. Der Antrieb 26 sollte mit dem Nest 32 keinen Kontakt mehr haben, bevor eine Bewegung des Förderbands 19 entweder starten oder anhalten kann. Das Förderband 19 ist deshalb frei beweglich, sobald die Antriebe 26 von dem Förderband 19 mit den assoziierten Proben 12 frei sind.
Der Betrieb des Systems 10 kann auch Entscheidungen einschließen wie es zum Beispiel das Durchführen 306 des vorliegenden Bearbeitens von Probe 12 darstellt, und falls dies der Fall ist, das Beenden 308 des Bearbeitens. Andererseits kann das Verfahren bei Schritt 290 wiederholt werden. Für Mehrfachinstrumente 14 ist bekannt, dass Phasen (i) und (iii) gleichzeitig durchgeführt werden können. Es ist außerdem bekannt, dass sich das Förderband 19 erst bewegt, wenn sich mindestens eine Probe 12 darauf befindet, die für weiteres Bearbeiten durch nachfolgende Instrumente 14 eingeplant wurden, und dass das Förderband 19 bi-direktional bewegt werden kann, um einen Transport der Proben 12 erforderlichenfalls zu erleichtern. Es ist außerdem bekannt, dass mehrere Proben 12 auf das Förderband 19 gestellt und gleichzeitig zu ihrem entsprechenden nächsten Instrument 14 transportiert werden können.
Hinsichtlich 21 kann eine weitere Ausführungsform des Systems 10 mehrere koordiniert betriebene Systeme 10 enthalten, so dass es ein übergeordnetes Bearbeitungssystem 400 erzeugt. Die Systeme 10 können zum Beispiel über Software und Transfersysteme 402 der Probe 12 miteinander verbunden sein, sind jedoch nicht physikalisch miteinander verbunden. Eine Ausführungsform ist, dass der Transfermechanismus 402 der Proben 12 zwischen den Systemen 10 mit Personen erfolgen kann, wodurch die Kontrollbauweise, gezeigt in 19, Personen anweisen kann, um die Proben zwischen den Systemen 10 auf geplante Weise hin und her zu bewegen. Dieses „man-in-the-loop"-Konzept kann die Antriebssteuerungshierarchie 90 nutzen, um wirklich zu kommandieren oder andererseits die Personen dazu zu veranlassen, die Proben 12 zu gegebener Zeit zwischen den Systemen 10 zu bewegen. Es ist bekannt, dass der Leitrechner 104 (siehe 12) und/oder das zentrale Steuerungssystem 110 den Betrieb des Transfermechanismus 402 koordinieren könnte. Ein Instrument-Server (nicht gezeigt) könnte zum Beispiel Anweisungen an Personen geben, die dabei den Transfermechanismus 402 versorgen.
Wieder hinsichtlich 21 könnten die Mehrfachsysteme 10 über eine übergeordnete Datenbank 406 kontrolliert werden, wie zum Beispiel das in der Technik bekannte LIMS (lab information management system), ist jedoch nicht auf ein solches begrenzt. Die Datenbank 406 könnte durch den Leitrechner 104 und/oder das zentrale Steuerungssystem 110 betrieben werden.
Es ist auch vorgesehen, dass automatische, mobile oder stationäre Bewegungsvorrichtungen auch als Transfermechanismus 402 dienen könnten, um die Mehrfachsysteme 10 miteinander zu verbinden. Roboter (nicht gezeigt) könnten beispielsweise die Proben 12 zwischen den Systemen 10 bewegen, zum Beispiel entweder ein mobiler Roboter, ohne darauf beschränkt zu sein, oder stationäre Roboterarme.
Andere einzigartige Merkmale des Robotersystems 10 können einschließen: Module 16, die in verschiedenen Größen angeboten werden, um die Anzahl der möglichen Umgestaltungen zu erhöhen und um die Flexibilität des Systems 10 zu maximieren; die Fähigkeit den Rahmen 150 in Stücke abzubauen, die flach auf einen Ladeschlitten gepackt werden können; und Verkleidung 172 für die Enden der Rahmen 150. Gemäß einem anderen Merkmal können mehrere diskrete Systeme 10 zur Erzeugung eines übergeordneten Systems eingesetzt werden. Dieses Merkmal ermöglicht die Kommunikation und Interaktion einer Gruppe von ähnlichen Prozessschritten, wie beispielsweise in Situationen, in denen der automatisierte Prozess eine Sequenz von Schritten in einem komplexen Verfahren sein kann, während einzelne Schritte eines solchen Verfahrens auf diskreten Systemen ausgeführt werden. Das System 10 kann für Einsatzmöglichkeiten wie zum Beispiel Wirkstoffauffindung, Genomics und Proteomics, kombinatorische Chemie, ADME/Tox und Laborbearbeitung angewandt werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme bestimmter spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, werden dem Fachmann zahlreiche Modifikationen davon augenscheinlich werden, ohne vom Umfang der Erfindung, der in den anhängigen Ansprüchen umrissen ist, abzuweichen.

Claims

Ein automatisiertes Robotersystem mit modularer Bauweise, wobei das System umfasst: a) ein Rückgrat (Backbone) mit einer Vielzahl von Rückgratverbindungsstücken; b) ein Modul mit einem Modulverbindungsstück zum lösbaren Koppeln mit einem entsprechenden der Rückgratverbindungsstücke; c) eine bi-direktionale Bewegungsvorrichtung, die mit dem Rückgrat verbunden ist, zum Darbieten eines zu dem Modul benachbarten Gegenstands, wenn das Modul an das Rückgrat gekoppelt wird; d) eine Verbindungsschnittstelle, die durch Koppeln des Rückgrats und der Modulverbindungsstücke gebildet werden kann, zur Bereitstellung einer Betriebskopplung zwischen dem Rückgrat und dem Modul, wenn es zu diesem benachbart ist, wobei die Verbindungsschnittstelle eine wiederholbare Verbindungs- und Trennungsfähigkeit zwischen dem Rückgrat und dem Modul zur Fertigumgestaltung der modularen Bauweise bereitstellt.
System nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsschnittstelle nach ihrer Bildung eine Betriebsschnittstelle zwischen dem Rückgrat und dem Modul bereitstellt, wobei die Betriebsschnittstelle ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend eine mechanische Ausrichtungsvorrichtung, eine elektrische Verbindung, eine pneumatische Verbindung und eine Zuführungsverbindung (supply resource connection).
System nach Anspruch 2, wobei das Rückgratverbindungsstück ein erstes Anschlussverbindungsstück ist und das Modulverbindungsstück ein zweites Anschlussverbindungsstück ist.
System nach Anspruch 2, wobei das Rückgratverbindungsstück ein Kabelsatz ist und das Modulverbindungsstück ein Rezeptor ist, der dafür ausgerichtet ist, mit den Kabeln zu verbinden.
System nach Anspruch 2, wobei das Modulverbindungsstück ein Kabelsatz ist und das Rückgratverbindungsstück ein Rezeptor ist, der dafür ausgerichtet ist, mit den Kabeln zu verbinden.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl an Modulen mit entsprechenden Modulverbindungsstücken, wobei die Vielzahl an Modulen entlang des Rückgrats angekoppelt ist.
System nach Anspruch 6, wobei die Bewegungsvorrichtung ein zentraler linearer Transport eines Gegenstandes ist, wobei der Transport dafür ausgerichtet ist, in Verbindung mit einer Vielzahl an lokalen Antrieben verwendet zu werden, um die transportierten Gegenstände vom Transport zu den Modulen zu transferieren.
System nach Anspruch 7, ferner umfassend ein an jedem der Module angebrachtes Bearbeitungsinstrument.
System nach Anspruch 8, wobei die lokalen Antriebe an den Modulen als eine Vielzahl an für jedes der Instrumente entsprechend zugeordneten Antrieben angebracht sind, wobei die zugeordneten Antriebe dazu dienen, die transportierten Gegenstände von dem Transport zu ihrem entsprechenden Instrument zu transferieren.
System nach Anspruch 8, wobei die lokalen Antriebe an dem Transport als zentrale Antriebe angebracht sind, wobei die zentralen Antriebe zum Transferieren der transportierten Gegenstände zwischen den Bearbeitungsinstrumenten dienen.
System nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Vielzahl an an den Modulen angebrachten Antrieben, wobei die Module entlang der Länge des zentralen Transports in einer Anordnung mit festem Abstand angebracht sind, wobei die Anordnung mit festem Abstand dazu dient, Beeinträchtigung zwischen benachbarten Antrieben zu verhindern, wenn einer der entsprechenden Gegenstände durch jeden der Antriebe zwischen dem zentralen Transport und dem entsprechenden Instrument transferiert wird.
System nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Vielzahl an Antrieben an dem zentralen Transport, wobei die Antriebe entlang der Länge des zentralen Transports in einer Anordnung mit festem Abstand angeordnet sind, wobei die Anordnung mit festem Abstand die Beeinträchtigung zwischen benachbarten Antrieben verhindern soll, wenn einer der entsprechenden Gegenstände durch jeden der Antriebe zwischen dem zentralen Transport und dem entsprechenden Instrument transferiert wird.
System nach Anspruch 6, wobei die Anordnung der Module eine einseitige modulare Bauweise bereitstellt.
System nach Anspruch 6, wobei die Anordnung der Module eine zweiseitige modulare Bauweise mit entgegengesetzten Modulen an jeder Seite des Rückgrats bereitstellt.
System nach Anspruch 6, wobei die Bewegungsvorrichtung ein Knickarmroboter ist.
System nach Anspruch 6, wobei die Bewegungsvorrichtung ein an einer linearen Führung angebrachter Roboter ist.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Gestellhalterung, die mit mindestens einem Ende des Rückgrats verbunden ist, zur Kopplung elektronischer Einrichtung an das Rückgrat.
System nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsvorrichtung dafür ausgerichtet ist, Laborbehälter zu transportieren.
System nach Anspruch 18, wobei das Bearbeiten von Proben in den Laborbehältern direkt auf der Bewegungsvorrichtung durchgeführt wird.
System nach Anspruch 18, wobei das Bearbeiten von Proben ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Delidding, Barcode-Lesen und Dispensieren von Flüssigkeiten.
System nach Anspruch 18, ferner umfassend eine Stapelvorrichtung, um eine Vielzahl an Behältern in einer festgelegten Reihenfolge zu enthalten.
System nach Anspruch 21, ferner umfassend einen an einem Antrieb angebrachten Greifer, um einen Griff der Stapelvorrichtung zu erhalten.
System nach Anspruch 20, ferner umfassend eine Vielzahl an Modulen mit entsprechenden Modulverbindungsstücke, wobei die Vielzahl an Modulen entlang des Rückgrats an die entsprechenden Rückgratverbindungsstücke gekoppelt ist.
System nach Anspruch 23, ferner umfassend ein Bearbeitungsinstrument, das an einem jedem der Module befestigt ist.
System nach Anspruch 24, ferner umfassend individuelle lokale Stapeleinheiten neben jedem der Instrumente, wobei die Stapeleinheiten dem Ab- und Wiederaufstapeln der Behälter zwischen dem jeweiligen Gerät und der Stapelvorrichtung dienen, die von der Bewegungsvorrichtung transportiert wird.
System nach Anspruch 25, wobei jede der Stapeleinheiten einen leeren, stationären Stapel enthält, so dass die Behälter, sobald sie mit dem entsprechenden Instrument bearbeitet sind, in dem leeren Stapel gestapelt und dann anschließend in die ursprüngliche Stapelvorrichtung wieder aufgestapelt werden können, so dass die Reihenfolge der Behälter eingehalten wird.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend einstellbare Beilagen (shims), die mit einer Tischoberfläche des Moduls verbunden sind, um Instrumente zu einem gemeinsamen Richtwert für die Beladung zu bringen.
System nach Anspruch 1 zur Bearbeitung der Gegenstände in Anwendungen, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Wirkstoffauffindung, Genomics, Proteomics, kombinatorische Chemie, ADME/Tox und Laborbearbeitung.
System nach Anspruch 1, wobei das Modul ferner einen Tisch mit einer Stützanordnung umfasst.
System nach Anspruch 29, wobei die Stützanordnung eine geschlossene Anordnung ist, die auch als eine allein stehende oder zusammenhängende modulare Einheit verwendet werden kann.
System nach Anspruch 29, ferner umfassend eine Tischplatte des Tisches, die auf eine Vielzahl an ausgewählten Höhen abgesenkt werden kann.
System nach Anspruch 29, wobei das Modul eine modulare elektrische Energieversorgungsverbindung aufweist.
System nach Anspruch 29, wobei das Modul ein Unterbrett besitzt, das entfernt werden kann, um eine Ablage unter dem Tisch zu bieten.
System nach Anspruch 29, wobei die Stützanordnung auseinandergebaut und flach verpackt werden kann.
System nach Anspruch 29, wobei das Modul ferner Reifen und Füße umfasst, um sowohl den Transport als auch das Ausrichten des Tisches auf einer stützenden Oberfläche zu ermöglichen.
System nach Anspruch 32, wobei das Modul ferner eine geschlossene Bearbeitungsleistung und -intelligenz besitzt.
System nach Anspruch 29, wobei die Verbindungsschnittstelle eine Steckbarkeit (hot-pluggability feature) bereitstellt, so dass ein mit dem Modul verbundenes Instrument an- und abgekoppelt werden kann, während das System läuft.
System nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsschnittstelle eine universelle Schnittstelle ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Rückgrat modular ist, so dass das Rückgrat ferner eine Vielzahl an Komponenten umfasst, wobei jede der Komponenten eine Bewegungsvorrichtungsverbindungsschnittstelle hat, um jede der Komponenten betriebsbereit zu koppeln, um das Rückgrat zu bilden.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl an Steuerungseinheiten, die von einem Leitrechner überwacht werden, wobei die Steuerungseinheiten der Überwachung des Betriebs einer Reihe von lokalen Antrieben und Bewegungsvorrichtungen dienen.
System nach Anspruch 40, wobei die Steuerungseinheiten und der Leitrechner ein zentrales Antriebsnetzwerk bilden, wobei das zentrale Antriebsnetzwerk der Koordination des simultanen Betriebs der lokalen Antriebe und der zentralen Bewegungsvorrichtung dient.
System nach Anspruch 41, wobei die Steuerungseinheiten eine Hauptsteuerungseinheit und eine Vielzahl an abhängigen Steuerungseinheiten einschließen.
System nach Anspruch 42, wobei jede der abhängigen Steuerungseinheiten einen Sicherheitsstromkreis zur Notschalterbetätigung aufweist.
System nach Anspruch 40, wobei jede der Steuerungseinheiten auf Ethernet-Protokollbasis kommuniziert.
System nach Anspruch 40, wobei jede Steuerungseinheit dafür ausgerichtet ist, eine vorbestimmte Anzahl an lokalen Antrieben zu regeln.
Ein Verfahren zur Bearbeitung von Gegenständen unter Verwendung einer bilateralen Bauweise, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Anordnen einer Vielzahl an Instrumenten um eine bidirektionale Beförderungsvorrichtung, wobei die Instrumente in festen Abstandsintervallen entlang der Beförderungsvorrichtung beabstandet sind; b) Zuweisen zugeordneter Antriebe zu jedem der Instrumente, zum Be- und Entladen der Gegenstände auf und von den Instrumenten und der Beförderungsvorrichtung; c) Überwachen des Betriebs der Beförderungsvorrichtung, um eine unterbrochene Bewegung zu gewährleisten, wobei die unterbrochene Bewegung dazu dient, das Be- und Entladen der Gegenstände zu koordinieren; wobei die zugeordneten Antriebe derart positioniert sind, dass benachbarte Antriebe unabhängig voneinander arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei die Bewegung der Gegenstände zwischen den Instrumenten ferner die Schritte umfasst: a) Transferieren eines der Gegenstände von einem ausgewählten der Instrumente zu der Beförderungsvorrichtung; b) Befördern der transferierten Gegenstände durch die Beförderungsvorrichtung zu einem nachfolgenden der Instrumente; c) Stoppen des Transports der Beförderungsvorrichtung; und d) Transferieren eines anderen der Gegenstände von der Beförderungsvorrichtung zu dem nachfolgenden Instrument.
Verfahren nach Anspruch 47, wobei sich die Beförderungsvorrichtung nicht bewegt, wenn sich nicht mindestens ein Gegenstand auf der Vorrichtung befindet.
Verfahren nach Anspruch 48, wobei die Schritte (a) und (d) für mehrere Instrumente und Gegenstände gleichzeitig ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 49, wobei mehrere Gegenstände gleichzeitig auf der Beförderungsvorrichtung in Bewegung sind.
Verfahren nach Anspruch 47, wobei die Verschiebung des Gegenstands zwischen der Beförderungsvorrichtung und dem Instrument durch einen zugeordneten Antrieb gleichzeitig mit der Bewegung der Beförderungsvorrichtung erfolgt, wobei die Bewegung der Beförderungsvorrichtung unterbrochen wird, wenn der Gegenstand zwischen dem Antrieb und der Beförderungsvorrichtung ausgetauscht wird.