CN102356291A - 用于自动化、超低温储存和取回系统的管件挑拣机构 - Google Patents

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Abstract

一种管件挑拣机构被设计用于在储存生物学或化学样本的自动化、超低温(例如-80℃)的储存和取回系统中使用。样本被包含在保持在SBS占据面积的储存架中的储存管件中，所述储存架被装载入位于超低温冷冻器隔室(-80℃)内的托盘中。管件挑拣机构驻留在邻近冷冻器隔室定位的管件挑拣室中。当管件挑拣机构运行时，管件挑拣室被维持在约-20℃。管件挑拣机构包括管件挑拣室内的贮存部以帮助快速地将管件架从冷冻器隔室穿梭到管件挑拣室中。当夹持器头部从架上挑拣管件时，穿梭器具有夹紧机构以将管件架紧固就位。系统还包括在管件从管件架上被挑拣时推动相应管件的底部的推针。一维条形码读出器包括在管件挑拣室内。夹持器头部能够在一维条形码读出器的视场内竖直运动并且旋转，以便帮助识别和读出位于挑拣的储存管件的侧壁上的一维条形码。系统还使用风扇以帮助有效冷却管件挑拣室。

Description

用于自动化、超低温储存和取回系统的管件挑拣机构
技术领域
本发明涉及管件挑拣机构的特征，所述管件挑拣机构特别适于在主要用于储存生物学或化学样本的自动化、超低温储存和取回系统中使用。
背景技术
在生物工艺学和医疗的工业中，生物学和化学样本的储存越来越广泛。许多这些样本必须在等于或低于冷冻温度下被储存。一般而言，普通的冷冻器运行于-5℃到-20℃，超低温冷冻器运行于约-50℃到约-90℃(优选地在大约-80℃)，而深冷低温(cryogenic)冷冻器运行于约-140℃到-196℃(液氮的沸点)。
本申请的受让人已经在2008年1月25日提交了由Robert P.Cloutier、Julian Warhurst、Behrouz Zandi、James O′Toole和Halvard Solbert作出的名为“Automated Storage And Retrieval System For Storing Biological OrChemical Samples At Ultra-Low Temperatures(用于在超低温下储存生物学或化学样本的自动化储存和取回系统)”的共同未决申请No.12/020,246，其通过引用结合在本文中。所述共同未决申请描述了一种自动化的超低温样本储存和取回系统，其具有安装在隔热的超低温冷冻器隔室内的储存架(-80℃)。在超低温储存隔室内设置了机械的机械手以将样本储存容器放置在储存架中并且从所述架上取回储存容器。样本储存容器典型地是SBS占据面积兼容的，并且通常呈微滴定板、管件储存架、贮存器或其它SBS格式容器的形式。机械手与进出(access)模块通讯以便于将样本储存容器引入到系统中以及取回容器以用于在系统外部使用。冷冻器架具有几百个或更多个的样本储存容器的容量，例如为微滴定板或管件储存架。本发明针对管件挑拣设备，其特别适用于以上所结合的专利申请中所公开的自动化超低温储存和取回系统，并且同样在其它系统中也可以是有用的。
如以上所结合的专利申请中所解释的那样，储存在超低温系统中的生物样本常常包含在具有8mm或更大直径的密封塑料实验室管件或瓶中。在本领域中较大的管件有时被称作瓶，但在此两个术语都指的是管件或储存管件。在任何情况下，管件或瓶典型地以例如96、48或24个管件的阵列被保持在管件储存容器(有时被称作管件架)中。如所提及的那样，管件架典型地具有SBS占据面积兼容的尺寸。在有的情况下，包含识别信息的二维条形码粘贴在储存管件的底部并且能够通过SBS管件架的底部中的开口被读取。以上所结合的专利申请公开了为此在进出模块处二维条形码读出器的使用。系统控制系统能够基于所述信息跟踪系统内样本的位置。然而，在多数情况下，二维条形码不粘贴在储存管件的底部。在许多情形中，包含识别信息的一维条形码被手动地置于储存管件的侧壁上。特别是在超低温环境内或在进出模块中，手动地放置的一维条形码标签的多种定位与定向使得它们难以在自动化系统中读出。
如以上所结合的专利申请所解释的那样，当仅仅期望从给定的架上取回一个或几个储存管件时，将整个SBS储存架从系统中移除通常是不期望的。即使管件架暂时从系统中被移除，至少部分地，移除过程也允许湿气进入到超低温储存隔室中，并且还使得保持在同一个SBS管件架中的另外的样本容易受到融化。以上所结合的专利申请还解释了，虽然管件挑拣机构在本领域中是公知的，但超低温冷冻器隔室内的环境典型地太冷以致无法确保传统管件挑拣机构的可靠运行。
为了解决这些问题，所结合的共同未决的专利申请提供了一种邻近冷冻器隔室的管件挑拣室，其优选地结合到隔热的冷冻库门中。可伸缩的穿梭器门位于管件挑拣室和超低温储存隔室之间。用于超低温冷冻器隔室内的机械手的伸出臂将选择的SBS管件架(即来源架)供给到冷冻器隔室中的特定位置，所述特定位置还可以通过构成管件挑拣机构的一部分的机械手的穿梭器进入。挑拣的管件被装载入用于退出系统的另一个管件架(即终点架)中。用于管件挑拣室的穿梭器门通常保持关闭，在常规的储藏条件下使管件挑拣室与超低温冷冻器隔室隔热。当请求使用管件挑拣机构时，干燥气体被引入管件挑拣室中，穿梭器门关闭以便于减小室内的相对湿度。为此相对湿度传感器位于管件挑拣室内。当相对湿度已经降低到期望的水平、例如小于2％的相对湿度时，穿梭器门打开并且来自超低温冷冻器隔室的冷空气被允许流入管件挑拣室中。温度传感器也位于管件挑拣室中。穿梭器门根据需要被打开和关闭以将管件挑拣室中的温度维持在冷冻温度，所述冷冻温度高于储存隔室中的超低温(-80℃)，优选为-5℃到-25℃，例如为约-20℃。以这样的方式，管件挑拣机构及其机械构件和电构件可以在较不恶劣的环境下运行，这极大地提高了可靠性。另一方面，通过将管件挑拣室维持在冰点以下温度，为了取回所需的储存管件，相关来源架中另外的样本不必退出系统。这不仅保护了另外的样本以防被过早融化和损害，而且减小了湿气流入超低温冷冻器隔室的风险。此外，因为相对湿度被维持在管件挑拣隔室内的低水平，因此管件架可以以相比通过主进出模块穿梭而言相对快的速度穿梭进出管件挑拣隔室。快速度的穿梭缩短了未选择用于取回的样本暴露在-80°环境的外部的时间。
现有技术包括用于-20℃的冷冻器系统的管件挑拣机构。对于用于-20℃的冷冻器系统的管件挑拣机构，已知使用贮存部以用于在管件正在来源架和终点架之间传递时暂时保持挑拣的储存管件。然而，这些管件挑拣机构典型地位于主冷冻器隔室内，并且典型地对于在以上所结合的专利申请所公开的较小尺寸的管件挑拣室中使用来说太过庞大。在所结合的共同未决的专利申请所描述的-80℃系统中，重要的是保持管件挑拣室相对小，因为其存在和使用对于冷却系统来说一般是一个负担。
以上所讨论的所结合的专利申请中公开的系统被设计为与宽的阵列的管件挑拣机构一起使用，本发明的一个目的是提供一种系统，其可以在给定的温度下使管件储存架从超低温储存隔室(-80℃)有效地且可靠地穿梭到管件挑拣室(-20℃)中，并且将挑拣的管件从取回的来源架有效地且可靠地传递到被指定为将带着选择的样本从系统送出的适当的终点架中。
如之前所提及的那样，本发明的另一个目的是为读出位于储存管件的侧壁上的一维条形码设计一种实用的方式。
并且，本发明的另一个目的是提高管件挑拣室内冷却的效率和一致性。
发明内容
本发明是一种改进的管件挑拣机构，其特别适用于结合自动化储存和取回(或检索)系统使用，所述系统将生物学或化学样本储存在被保持在SBS储存架中的管件中，所述SBS储存架装载入位于超低温冷冻器(-80℃)内的托盘中。如所提及的那样，管件挑拣机构驻留在维持于约-20℃的管件挑拣室中，并且管件挑拣室优选地邻近冷冻器隔室位于冷冻器门中。
在本发明的一个方面，管件挑拣机构包括位于管件挑拣室内的具有多个储存管件接受器的贮存部。管件挑拣室中的贮存部的目的在于暂时地保持从储存在冷冻器隔室中的多个来源架上挑拣的储存管件，以便于帮助选择的储存管件通过进出模块从系统有效传递。
可伸缩的穿梭器门将管件挑拣室与超低温冷冻器隔室分离开。用于管件挑拣机构的穿梭器在管件挑拣室和冷冻器隔室之间运动，以便于一次将一个管件架穿梭到管件挑拣室中以及相反地穿梭。带有已经选择用于从系统取出的管件的来源架通过冷冻器机械手被带到冷冻器隔室内的指定位置。用于管件挑拣机构的穿梭器从机械手接收来源架并且将管件架通过穿梭器门道运送到管件挑拣室中，这时门关闭。穿梭器优选地沿着直线y轴水平地运动。位于管件挑拣室内的管件夹持器头部沿着正交的x轴水平地运动，并且还沿着z轴竖直地运动。管件夹持器头部具有一对夹持器指状件，所述一对夹持器指状件能够从位于所述穿梭器上管件架中的接受器夹持并提升单个管件。为了从穿梭器上的管件架上挑拣选择的管件，穿梭器沿着y轴被标记刻度(或索引)并且管件夹持器头部组件沿着x轴被标记刻度。系统优选地还包括位于穿梭器托盘下面的呈现器(presenter)推针。呈现器推针保持沿着竖直的z轴与管件夹持器头部对齐。推针向上运动以推动保持在管件架中的选择的储存管件的底部，以稍微升高(例如1/4英寸)选择的管件至高于架中的另外管件。然后，管件夹持器头部组件沿着z轴向下运动以允许所述夹持器指状件夹持选择的管件。一旦储存管件被紧固，夹持器头部组件就竖直地向上运动以从管件架中的接受器上提升管件。然后管件夹持器头部沿着x轴运动，以将挑拣的管件设置在位于管件挑拣室内的储存管件贮存部中的多个接受器中的一个中。一旦储存管件被设置在贮存部中，如果需要的话，管件挑拣机构于是就能用于从同一个来源架上挑拣另一个选择的管件。至少直到贮存部满了之前，所有挑拣的管件都始终被传递到贮存部中的接受器。优选地，贮存部包括至少8个接受器。一旦所有选择的储存管件都已经从位于管件挑拣室内穿梭器上的来源架被选择，穿梭器门打开并且穿梭器将管件架运送回冷冻器隔室内的指定位置。穿梭器然后缩回并且穿梭器门关闭，同时冷冻器机械手使来源架返回到其初始储存位置。管件挑拣过程如上所述地重复其本身，直到所有选择的管件都已经置于贮存部中或贮存部变满。
一旦所有选择的管件已经置于贮存部中或贮存部变满，优选为空管件架的“终点架”就被运送到冷冻器隔室内的指定位置。终点架预定为装满储存管件以用于通过进出(或存取)模块从系统取回和退出。管件挑拣机构将终点架穿梭到管件挑拣室中并且将储存管件从贮存部装载到架中的接受器中。管件挑拣机构然后使终点架返回到冷冻器隔室。如果不再有储存管件被选择用于从系统取回，则冷冻器机械手将经过终点架到进出模块以用于从系统取出。如果更多的储存管件被选择用于取回，则冷冻器机械手将使终点架运动到冷冻器隔室内的保持搁板。于是冷冻器机械手和管件挑拣机构将再次协调工作以将选择的储存管件从冷冻器隔室中的管件架传递到管件挑拣室中的贮存部中，并且从而将管件从贮存部装载到终点架中。这一过程始终继续进行，直到所有选择用于取回的管件都已经装载入终点架中，或备选地终点架变满，在这时冷冻器机械手将终点架运送到进出模块以用于从系统取出。
使用管件挑拣室内的贮存部，允许利用被用于来源架和终点架两者的相同的穿梭机构相对快速地将管件架从冷冻器隔室穿梭到管件挑拣室中。然而，对于未选择用于取回的样本，曝露于外部-80°环境的时间被保持最小。另外，其允许管件挑拣室相对紧凑，因为在管件挑拣室内不需要空间来停放终点架。
在本发明的优选实施方式中，穿梭器包括特别地被设计为保持具有SBS占据面积的管件架的穿梭器托盘。通常，冷冻器隔室内的霜可能使其难以以自动化的方式从管件架上可靠地移除储存管件。优选的穿梭器托盘因此具有夹紧机构，以在架已经被穿梭到管件挑拣室中时将管件架稳固地夹紧就位在托盘上。如上所述的呈现器推针的使用还提高了从结霜的管件架上挑拣管件的可靠性。当推针向上运动以推动保持在被夹紧的管件架中的接受器中的储存管件的底部时，其帮助管件从架上脱离，因为它在夹持器头部从管件架中的接受器上提升管件之前提升管件稍微高出架中另外的管件。
穿梭器托盘优选地包括z轴夹具，当呈现器推针向上推动相应储存管件的底部并且夹持器头部抓取储存管件和将储存管件从管件架上的接受器上提升时，所述z轴夹具阻止管件架向上运动。另外，穿梭器托盘包括后挡块，以在穿梭器托盘从冷冻器隔室挑拣起管件架时限制置于穿梭器托盘上的架的y轴运动。穿梭器托盘还具有大致沿y轴方向延伸的一对臂，其带有从所述臂向上延伸以限制x轴运动的竖直壁。z轴夹具优选地位于所述臂中的一个的远端，夹紧机构优选地位于另一个臂的近端。优选的夹紧机构推动管件架与z轴夹具和另一个臂上的竖直壁接合以便于将管件架夹紧就位。优选地，夹紧机构由凸轮形式的随动装置驱动，所述随动装置在穿梭器托盘被运送到冷冻器隔室中时打开夹具并且在穿梭器托盘位于管件挑拣室内时关闭夹紧机构。
在本发明的另一个方面，一维条形码读出器位于管件挑拣室内以便于识别和读出位于从管件挑拣室内的来源架上被挑拣和提升的储存管件的侧壁上的一维条形码。为了帮助定位并读出储存管件的侧壁上的条形码，夹持头部被设计为沿着z轴竖直地运动，并且也绕z轴旋转。如所提及的那样，优选的夹持器头部组件还可以沿着x轴水平地运动，但是在该优选实施方式中其并不沿着y轴运动。因此，一维条形码读出器优选地位于用于夹持器头部的y轴位置。在运行中，夹持器头部在管件挑拣室中将相应的管件从管件储存架上提升，并且将所述管件呈现在一维条形码读出器的视场内。如果必要的话，夹持器头部使管件竖直地运动并且使管件旋转，以使得管件侧壁上的条形码落入一维条形码读出器的视场内。
优选地，如在本领域中已知的那样，夹持器头部具有一对夹持器头部指状件和剥壳器。优选为V槽支承机构的支承机构将夹持器头部可旋转地安装到支撑架(carriage)头部上。马达和皮带使所述夹持器头部相对于所述支撑架头部组件绕所述z轴旋转。z轴线性驱动机构使支撑架头部以及夹持器头部沿着z轴竖直地运动。夹持器头部上的夹持器头部指状件和剥壳器优选地被气动驱动，并且将可旋转夹持器头部安装到支撑架头部上的安装机构优选地在夹持器头部旋转时允许空气供给管围绕所述夹持器头部卷绕或展开。
支撑架头部被安装到z轴板上以用于z轴竖直运动。z轴板又经由x轴线性驱动机构被安装到管件挑拣室的框架上，所述x轴线性驱动机构使z轴板沿着x轴水平地运动。如所提及的那样，x轴运动对于将储存管件从管件架(以及从用于一维条形码读出器的视场内)运送到管件挑拣室内的贮存部来说是必需的，反之亦然。
利用管件挑拣室中的一维条形码读出器，系统可用于清查(takeinventory)通过进出模块进入系统的储存管件，其通过储存管件侧壁上的一维条形码、而不是储存管件底部上的二维条形码被识别。如果在相应储存管件的侧壁上存在一维条形码，则系统还可以用于在从系统取回选择的储存管件时确认储存管件的识别特征。
如所提及的那样，优选的是，管件挑拣机构驻留在维持于约-20℃下的管件挑拣室中，并且管件挑拣室邻近超低温冷冻器隔室定位。根据本发明的另一个方面，在管件挑拣室内使用风扇以便于提高管件挑拣室内冷却的效率和一致性。在这一方面，当信号在使用管件挑拣机构之前被接收以准备管件挑拣室时，所述方法开始，以使得所述室在使用之前被冷却到适当的温度(例如-20℃)。一旦准备的信号被接收，第一风扇就开始使空气循环遍及(贯穿)管件挑拣室。所述风扇持续地运行直到管件挑拣过程终止。已经发现，空气的恒定循环对于遍及所述室维持一致的温度来说是重要的。如果必要的话，干燥气体被引入管件挑拣室中以便于将相对湿度减小到所需水平、例如小于2％的相对湿度。一旦确定相对湿度处于适当的水平，门就在管件挑拣室和冷冻器隔室之间打开以便于允许超低温空气从冷冻器隔室进入管件挑拣室中。第二风扇吹动空气从管件挑拣室通过打开的门到冷冻器隔室中以用于初始冷却。已经发现，第二风扇的使用极大地改进了将管件挑拣室冷却到所需预定温度(例如-20℃)的速度。一旦达到所述温度，门就关闭，除非穿梭器需要在管件挑拣室和冷冻器隔室之间运动，或者反过来。第二风扇在此被关闭；然而，第一风扇保持继续使空气循环遍及管件挑拣室。如果所述管件挑拣室内的温度上升至高于第二预定温度(例如-15℃)，门就被打开(或者部分地打开)，直到管件挑拣室内的温度冷却到第一预定温度。所述过程根据需要被重复。
可以相信，本发明不仅在于在此所描述的各个系统构件的结合，而且在于为了提供本发明所指出的目的而使用以上所述的构件的形式。并且，如所提及的那样，本发明特别适用于与以上所结合的共同未决的专利申请中公开的自动化、超低温储存和取回系统结合使用，但是在某些方面同样也可用于其它的应用中，例如在-20℃系统中的主冷冻器隔室中。
根据本发明的优选实施方式的以下附图和描述，本发明的前述以及其它方面、目的、特征和优点对于本领域技术人员来说将显而易见。
附图说明
图1是包括根据本发明的优选实施方式构成的管件挑拣机构的自动化、超低温储存和取回系统的透视图。
图2是图1中示出的超低温、自动化储存和取回系统的分解图。
图3是示出了在图1和2示出的系统中冷冻器隔室内的机械手以及位于管件挑拣室内的管件挑拣机构的运行的示意图。
图4是根据本发明的一个优选实施方式构成的管件挑拣机构的透视图。
图5是根据本发明的优选实施方式构成的管件挑拣机构的各个构件、即z轴板和呈现器推针的正面透视图。
图6是如图5所示的构件的后侧透视图。
图7是根据本发明的优选实施方式构成的可旋转夹持器头部的下部透视图。
图8和9是示出了随夹持器头部旋转而包绕和展开空气压力软管的透视图。
图10是在低于夹持器头部组件的水平处观察的管件挑拣机构的俯视剖视图。图10示出了关闭位置中的穿梭器门。
图11是类似于图10的视图，其示出了穿梭器门在管件挑拣室和主冷冻器隔室之间从门道突然打开。
图12是类似于图10和11的视图，其示出了穿梭器门远离门道缩回以允许形成通过门道穿梭的通道。
图13A是示出了冷冻器隔室内的处于完全延伸位置的穿梭器托盘的俯视示意图。
图13B是示出了当穿梭机构如图13A所示位于完全延伸位置时穿梭夹紧机构的位置的详细视图。
图14A是类似于图13A的视图，其中穿梭器托盘在管件挑拣室内处于完全缩回位置。
图14B是示出了当穿梭器托盘如图14A所示位于完全缩回位置时穿梭夹紧机构的位置的详细视图。
图15是驻留在管件挑拣室中的优选的管件挑拣机构的正视图，其中示出了遍及管件挑拣室持续循环空气的优选方式。
图16、17和18是示出了当夹持机构从管件架挑拣管件时进行的步骤的示意性附图。
图19是示出了管件挑拣室内一维条形码读出器的视场的前侧正视图。
图20是示出了根据本发明的优选实施方式将挑拣的管件从来源架传递到位于管件挑拣室内的贮存部的管件挑拣机构的前侧正视图。
图21和22是示意性地示出了挑拣的储存管件在位于管件挑拣室中的贮存部中的放置的详细视图。
具体实施方式
附图示出了本发明的优选实施方式的各个方面。特别地，图1和2示出了自动化储存和取回系统10，其配置为储存例如为架的样本储存容器以用于将密封的储存管件保持在超低温(例如-80℃)，如共同未决的所结合的申请No.12/020,246中所公开的那样。如所提及的那样，尽管本发明的各个方面可被用于与其它的系统相结合，但是根据本发明构成的管件挑拣机构32特别适用于结合在所述的共同未决的所结合的’246专利申请中示出和描述的自动化、超低温储存和取回系统10使用。
当系统10结合管件挑拣机构32时，通常被设计为储存具有均匀尺寸的管件或瓶的SBS占据面积兼容的管件架。例如，系统10将用于储存包含8mm的储存管件的阵列的管件架，或者包含16mm的瓶的阵列的管件架。系统10一般地包括冷冻器本体12、内部储存架和机械手机构14、定制的隔热门16和电箱18。优选的冷冻器本体是从Thermo-Scientific公司购买的Forma 907系列的直立的-80℃冷冻器本体，其被设计用于药物、生物技术和血库运用的超低温储存。该优选的冷冻器本体的更多细节在共同未决的所结合的’246专利申请中公开。能够冷却到-80℃的其它标准冷冻器可以同样适用。
如在共同未决所结合的’246专利申请中所提及的那样，隔热定制门16包括隔热面板17和多个其它的构件。门16包括进出模块22，例如为管件架的样本储存容器被置于所述进出模块22中以便于传递到冷冻器隔室24中的储存架中。见图3，与伺服马达28和用于驱动机械手48的磁耦合器一样，电控制和气动的组合件26也安装到隔热门16上。隔热门16还包括管件挑拣机构32驻留于其中的管件挑拣室30。具有窗的内侧覆盖部34永久地安装到隔热门面板17的外侧以便于包围管件挑拣室30。装饰覆盖部36、38安装到隔热门面板17的前侧。上部装饰覆盖部38具有优选地由烟聚碳酸酯(smoke polycarbonate)制成的窗40以允许通过覆盖部34的内部的窗观察管件挑拣机构32。如在共同未决的所结合的’246专利申请中所进一步提及的那样，冷冻器本体12顶部的箱18优选地容纳电子控制器、配电电子器件、电池并且还包括来自压缩的干燥气体源(未示出)的进入口。如在本领域中已知的那样，隔热前门16利用铰链42和锁闩44被安装到冷冻器本体上。尽管未在图中示出，但如在本领域中已知的那样，系统10可包括监视器和用户界面，例如与TekCel TCTM生物学储存单元或HamiltonStorage Technologies公司的Tube-StorTM结合使用。
现在参考图3，优选的定制隔热门16包括用于保持管件挑拣机构32的室30。冷冻器隔室24内的机械手48可以被命令将包含生物学或化学样本的密封的储存管件的管件架带到冷冻器隔室24内的指定位置50。冷冻器隔室中的机械手48和用于管件挑拣机构32的穿梭器52两者都可进入指定位置50。管件挑拣隔室30包括门道56，其提供管件挑拣室30和冷冻器隔室24之间的入口，反之亦然。由气动控制机构控制的门54打开和关闭以提供入口。在图3中，门54处于打开的位置以用于管件架穿梭进出管件挑拣室30。在冷冻器隔室24内，系统10将典型地包含用于多于数百个或更多个管件架的搁架。当系统10被编程为从各个来源架取回管件时，来源架通过机械手48每次一个地被输送到指定位置50。用于管件挑拣机构32的穿梭器托盘52在指定位置处接收选定的来源架并且将来源架运送到管件挑拣室30中，这时管件挑拣机构32从来源架挑拣选择的管件。如下面更详细地描述的那样，挑拣的储存管件被暂时地储存在图4中位于管件挑拣室30内的贮存部82中。当所有的管件已经从选定的来源架挑拣时，穿梭机构52使来源架返回到指定位置50，并且机械手48然后使来源架返回到冷冻器隔室中的其原始位置。机械手48然后取回下一个选定的来源架并且运送它到指定位置50。这些来源架50然后穿梭到管件挑拣室30中以用于如上所述的管件挑拣。过程一直重复直到所有有关的储存管件已经从各自的来源架通过管件挑拣机构32被挑拣，或者贮存部82变满。在这一点，优选为空管件架的终点架在冷冻器隔室24中的指定位置50处由机械手48置于穿梭器托盘52上。终点架然后通过管件挑拣机构32被穿梭到管件挑拣室30中，并且储存管件从贮存部82被装载到终点架中。如果期望从系统10取出更多的管件，则一个或多个额外的来源架和终点架根据需要被穿梭到管件挑拣室30中。当终点架满了，或所有的选择的管件都已经装载入终点架中时，终点架被穿梭到冷冻器隔室44中的指定位置50。机械手48将终点架从该处运送到进出模块22以用于从系统取出，如共同未决的’246专利申请所描述的那样。
图4示出了根据本发明的一个优选实施方式构成的管件挑拣机构32的内部构件。管件挑拣机构32包括沿着y轴线性地运动的穿梭器托盘52。为了使穿梭器52传送到冷冻器隔室24中，门54必须打开。下面参考图13A、13B、14A和14B详细地描述穿梭器52的运行。
根据本发明的优选实施方式，管件挑拣机构32还包括可旋转夹持器头部58。参考图7-9更详细地描述可旋转夹持器头部58的特定构件。简要地，夹持器头部58被安装到支撑架头部60上以用于旋转。支撑架头部60被安装到z轴板62上。z轴板62又经由x轴线性驱动机构66被安装到管件挑拣机构32的框架64上。z轴板62因此可沿着垂直于y轴的x轴轴线运动。另一方面，夹持器头部58可以沿着z轴竖直地运动。见图5，支撑架头部60连接到z轴支承件76上。z轴支承件76被引导沿着导轨78竖直运动。支撑架头部60(连接到可旋转夹持器头部58上)被夹紧到带68上，所述带68经由步进马达72和有齿的带轮70被驱动，以便于使夹持器组件60(和夹持器头部58)沿着z轴竖直地运动。传动带68优选是由适于低温作业的材料制成的小节距定时带。配重74优选地与带68连接以使得夹持器组件58在没有动力传到系统10时靠置在向上位置。配重74沿着竖直的引导件75被安装。光学传感器80感测z轴支承件76什么时候处于原始位置。
仍然参考图4，根据本发明的优选实施方式，具有多个储存管件接受器84的贮存部82位于管件挑拣室30内。贮存部82的目的是将挑拣的管件暂时地储存在管件挑拣室30内直到适当的时间，以用于将挑拣的管件装载到终点架中以用于从系统取出。优选的是，贮存部82包含至少八个储存管件接受器84以便于最好地帮助系统传送。然而，接受器84的数量将典型地随储存管件的尺寸而变化，系统10设计用于所述储存管件。例如，如果系统10被设计为保持8mm的管件，则贮存部82可以包括多至十八(18)个接受器或更多。另一方面，如果系统10是被设计为保持16mm的瓶的架，则贮存部82可以包括少至八(8)个接受器。贮存部82中的接受器84沿着固定的y轴位置线性地对齐以用于夹持器头部58。贮存部82被安装到水平支撑梁85上，所述水平支撑梁85一端安装到框架65而另一端安装到直立的基座87。为了挑拣管件，穿梭机构52在管件挑拣室30内沿着y轴被标记刻度，以便于在穿梭器52上将管件储存架对齐到适当的y轴位置以用于夹持器头部58。z轴板62使夹持器头部58沿x轴方向运动以悬浮在穿梭器52上的架中的选择的储存管件上。夹持器头部58然后从穿梭器52上的架挑拣选择的管件。一旦选择的管件从架上被挑拣，z轴板62就沿X方向运动到高于贮存部82中各自的接受器84中的一个的位置，并且挑拣的管件被安置到贮存部82中的接受器82中。
用于管件挑拣机构32的框架64包括底板86，所述底板86包括降低的垫盘区域88。底板86连接到框架的两个竖直的壁64、65上并且为框架64、65提供结构支撑。底板86中的凹入的垫盘区域88捕捉泄漏并且帮助净化。这是有帮助的，因为在许多情况下样品可能是危险的。
侧壁90被安装到竖直的框架部件65上。侧壁90包括用于一维条形码读出器92的窗口，所述读出器92例如为来自Keyence公司的直流驱动读出器。一维条形码读出器92被安装到壁90上以使其视场通过窗口延伸到管件挑拣室30中。循环风扇94也被安装到侧壁90上。循环风扇94使空气向下运动并且通过开口96在穿梭器52下面运动到管件挑拣室30中。
现在参考图5和6，z轴板62不仅包括用于夹持器头部58、60的竖直驱动器而且包括用于呈现器推针98的竖直驱动器。呈现器推针98与z轴板62一起沿着x轴运动以使其保持沿着夹持器头部组件58的z轴对齐。呈现器推针98经由与L形呈现器臂102的端部连接的安装支架100被安装。呈现器臂102经由直线轴承103被安装到竖直导轨104。安装到z轴板62的步进马达106驱动带轮108和带110。如同带68一样，带110优选是由适于低温作业的材料制成的小节距定时带。呈现器臂102被夹紧到带110，以使得步进马达106的运行导致呈现器推针98沿着用于夹持器头部58的z轴运动。用于呈现器臂102的步进马达106不需要编码器，因为假如系统释放动力则它将自然地落到其原始位置。注意到，呈现器臂102沿着z轴的运动可以独立于夹持器头部58、60的z轴运动而运动。用于夹持器头部58、60的z轴运动的步进马达72具有编码器73，其监测步进马达72的输出轴的旋转数量以便于将这一信息提供给控制系统。电路板108在马达106和72之间与z轴板62连接。
如所提及的那样，z轴板沿着x轴运动。x轴线性驱动板66在一端被安装到竖直框架壁64而在另一端被安装到正交竖直框架壁65。直线轴承导轨122被安装在驱动板66上。z轴板62具有连接到其背面的两个直线轴承块(未示出)，它们被安装到导轨122上。x轴步进马达114和编码器115与带116和带轮118驱动器一起被安装到x轴线性驱动板66上，与水平板112与驱动板66连接一样。用于x轴驱动的从动带轮在图中不可见，但惰轮118在图6中可见。同样如图6所示，皮带夹120被安装到z轴板62并且夹住带116以使得x轴步进马达114驱动带116以便于沿着x轴调节z轴板62的位置。如在本领域中已知的那样，使用光学传感器和标示件以便于监测z轴板62沿着x轴的原始位置和完全延伸位置。虽然未清楚地在附图中示出，但温度传感器和RH传感器同样优选安装到水平板112上。
图7示出了与支撑架头部60连接的夹持器头部58。注意到，夹持器头部58的结构在许多方面都类似于在先前的挑拣器系统中使用的夹持器头部，然而，根据本发明，夹持器头部58被安装到支撑架头部60上以绕z轴旋转。夹持器头部组件包括夹持器指状件126，其形式可以打开和关闭的夹持爪。如在本领域中已知的那样，夹持器指状件126被优选地形成为便于形成四个围绕挑拣的管件周围间隔开的夹持垫，优选地尽可能接近均匀间隔。对于设计用于例如为8mm管件的较小储存管件的夹持指状件126来说，均匀的间隔典型地更容易实现，但是对于设计用于例如为16mm的瓶的较大管件来说则更困难。如图7中示出的夹持器指状件126由机加工的铝制成并且被设计用于挑拣16mm的瓶。优选地，夹持器指状件126包括分别与光学传感器132、134相互作用的标示件128、130。光学传感器132被安装为离夹持器指状件126比离光学传感器134更远。标示件128、130和传感器132、134的目的在于监测夹持指状件126的状态。当夹持指状件126处于它们的完全打开位置时，两个标示件128、130启动(trip)相应的传感器132、134并且两个传感器132、134给出“开”的信号。当夹持器指状件126在瓶或管件周围被夹紧时，标示件128移出干涉由此关闭左侧的传感器132。另一方面，比标示件128长的标示件130继续阻挡传感器134并且该传感器保持在开启(接通)位置134。由此这一中间位置表示管件或瓶存在于夹持器指状件126之间。假如存在失效(misfire)，则夹持器指状件126将完全抵靠彼此闭合。在这种情况下，两个标示件128、130向内运动移出与两个传感器132、134的干涉由此调节两个传感器132、134处于断开位置。
图7还示出了剥壳器36，其在指状件126被释放时竖直地上下运动以帮助从指状件126上移除挑拣的储存管件或瓶。夹持器指状件126和剥壳器132的运行通过由管件138提供的空气压力被气动地控制。
夹持器头部58被安装到圆盘形的V-引导件140上。圆盘形的V-引导件140被安装到一组V-引导件滚子142上，其优选为彼此隔开120°被安装的三个V-引导件滚子142。例如利用有螺纹的螺钉和螺栓，V-引导件滚子142被安装到支撑架头部60上。优选地不带有编码器的马达144被安装到支撑架头部60的下侧。马达144的目的在于驱动带轮和带机构，所述机构驱动夹持器头部58的旋转，优选地用于约350°的旋转的范围。
现在参考图8和9，马达144驱动被安装到支撑架头部60顶表面的定时带轮146。冷温度带148卷绕夹持器组件58的本体和步进马达带轮146。如所提及的那样，空气压力软管138被用于控制夹持器指状件126和剥壳器136的运行。托盘148与支撑架头部146连接，主要是为了在软管138处于如图8所示的完全延伸位置时支撑空气软管138。电路板150也被安装到支撑架头部60上。支撑架头部60包括后侧竖直壁152，其被安装到例如在图5中示出的z轴板62上。图8示出了夹持器头部58旋转到其原始位置，其中空气压力软管138完全延伸。另一方面，图9示出了，在夹持器头部58旋转之后，空气压力管线138卷绕夹持器头部58的本体154。圆盘形的引导件158被安装到夹持器头部58上，以便于在随夹持器头部58旋转而卷绕或展开时帮助空气压力软管138的对齐。再次简要地参考图7，光学传感器160感测标示件162的位置以便于确定夹持器头部58是否处于其旋转原始位置。传感器162被安装到支架上，所述支架被安装到支撑架头部60上，而标示件162被安装到旋转的夹持器头部58上。
图10、11和12示出了穿梭器门54的优选的运行。门54是具有优选由聚氯乙烯制成的本体的隔热门。门54的面对冷冻器隔室24的侧面包括一对弹性密封件164。密封件164围绕门道56抵靠框架64压缩。双动单杆气缸166通过支架168被安装到管件挑拣机构32的框架65上。优选的气缸166具有15mm的行程和25mm的孔径。用于气缸166的活塞经由一块金属板170与门54的端部连接。金属板连接件块170稍微具有柔性。优选的气缸166在其延伸和缩回连接件170以打开和关闭门54时沿任一方向提供50磅的力。优选的气缸组件还包括偏动弹簧以保持门54关闭以防系统10损失空气压力。门54被安装到一双引导杆172上。简要地参考图4，一个导杆172与门54的上部分连接，而另一个导杆172与门54的下部分连接门54与引导杆172接合以使其能够沿着引导杆172滑动。引导杆172沿着铰接的竖直杆支撑件174枢转地连接。仍然参考图4，一对气动运行的气缸176(优选地具有约6.5英寸的行程的双作用气缸)也在一端与铰接的竖直支撑杆174连接，在另一端与门54连接。在用于气缸166的活塞打开门54之后，枢转地安装的气缸176沿着引导杆172远离门道56地使门54缩回。再次参考图10-12，图10示出了处于关闭位置的门54，其中密封件164围绕门道56压靠框架64。图11示出了用于空气压力气缸166的活塞，其远离框架64拉动门54以便于释放门54上的密封件164与框架64之间的密封。图12示出了门54，其处于远离门道56的缩回位置以便于允许穿梭器52通过门道56运动。如所提及的那样，枢转地安装的气缸176提供动力以使门54沿着引导杆(或滚子)172运动。当要关闭门54的时候，枢转地安装的气缸176在门道56的前面沿着引导杆172推动门54，并且用于气缸166的活塞推动门54关闭以使得密封件164压靠管件挑拣室30的框架64。
穿梭器52的构造和运行在图13A、13B、14A和14B中示出。在图13A中，穿梭器52完全地延伸到冷冻器隔室24中，管件储存架176已经在图3中的指定位置50处被置于穿梭器52中。在图13A中，穿梭器52以虚线被示出在完全缩回位置(管件挑拣室30内)。参考图13B，穿梭器52包括沿着y轴延伸的一对臂178、180。每一个臂178、180包括支撑管件架176的水平基表面182、184。在臂178、180上的基表面184、182之间存在开口，其允许呈现器推针98在管件架176中从穿梭器52下面进入接受器186。虽然在图13B所示出的视图中，开口被管件架176覆盖，但基表面182、184的轮廓以虚线示出其驻留在管件架176的下面的范围。每个穿梭臂178、180还包括竖直壁188、190，其从相应的基部182、184向上延伸。如将参考图14B更详细地讨论的那样，壁190的内表面作为用于定位管件架176的精确位置的x轴基准面。臂178、180的远端各自包括垂直于y轴的短壁192、194。短壁192、194作y轴基准面，将参考图14B对其进行更详细的描述。臂190的远端还包括z轴夹具196。z轴夹具196被设计为装配在SBS标准管件架176的外壁上的唇部198上，其也将参考图14B再次讨论。
当穿梭器52在冷冻器隔室24中的指定位置50处接收管件架176时，管件架176相对松弛地装配在穿梭器托盘52内，除了管件架176的近端200邻接穿梭器52上的后挡块202。后挡块202是具有垂直于沿着y轴的运动的后挡表面的短竖直壁。后挡块202优选地与臂180上的z轴夹具196一样位于穿梭器52的相同侧，然而，后挡块202位于穿梭器的近端而臂180上的z轴夹具196位于穿梭器52的远端。穿梭器52还包括一般地通过参考箭头204示出的夹紧机构。在相对后挡块202和臂180上的z轴夹具196的相反侧，夹紧机构204大致位于穿梭器52的近端。夹紧机构204包括凸轮杠杆板206。凸轮杠杆206在枢转轴线210处枢转地被安装到穿梭器52的本体208上。优选地，可枢转连接件210包括凸轮杠杆板206中的塑料轴承以及与穿梭器52的本体208连接的向上延伸的圆柱形钉柱。凸轮随动件212从凸轮杠杆206的端部向上延伸。再次简要地参考图13A，凸轮随动件212驻留在凸轮槽214中，所述凸轮槽214已经机加工到位于管件挑拣室30内的y轴水平搁板216的底表面中。如图13A中可见的那样，凸轮槽214的形状被选择为使得凸轮杠杆206在穿梭器52从管件挑拣室30被运送到冷冻器隔室24中时沿顺时针方向旋转(即打开夹紧机构204)。另一方面，凸轮槽214的形状使得凸轮杠杆206在穿梭器52缩回到管件挑拣室30中时沿逆时针方向旋转以便于关闭夹紧机构204。
用于y轴导轨的直线轴承块218与穿梭器52的本体208连接。y轴导轨在在图13A中以虚线示出，见附图标记220。穿梭器经由步进马达222沿着y轴导轨220被驱动，见图4。步进马达222包括编码器224。步进马达222类似于另外的轴线驱动带轮和带装置，并且与以上相对用于另外的轴线的步进马达所述类似的方式，穿梭器被夹紧到带上。
再次参考图13B，夹紧机构204包括拐角抓取部226。拐角抓取部226被机加工为具有90°的架接收边缘228。拐角抓取部226包括含有尺寸过大的孔的凸缘230(由附图标记232以虚线示出)。凸轮杠杆206上的销234穿过凸缘230上的尺寸过大的孔232。弹簧柱塞拐角抓取部226还包括弹簧柱塞236，其落座在拐角抓取部226的本体内并且向外延伸以接触凸轮杠杆206。弹簧柱塞236的目的在于将拐角抓取部226维持在扳起位置、即将架接收边缘228维持为与位于穿梭器托盘52中的管件架176的拐角相符，而不管穿梭器52处于如图13B所示的完全延伸位置还是如图14B所示的完全缩回位置。第二z轴夹具238与拐角抓取部226连接。
现在参考图14A和14B，当穿梭器52从冷冻器隔室24中的指定位置50接收管件架176并且沿着y轴将架176传递到管件挑拣室30中时，穿梭夹紧机构204将管件架176夹紧在穿梭器52上的精确位置。更特别地，随着凸轮杠杆206沿逆时针方向旋转，弹簧柱塞236推动拐角抓取部226。当拐角抓取部226被推动时，架接收边缘228接合管件架176的近侧拐角。拐角抓取部226继续推动穿梭器52上的管件架176，以使得架176首先接合相反的臂180上的竖直壁190的内表面，以便于沿着x轴将管件架176置于精确的位置。拐角抓取部226然后朝向相反的臂180的远端继续推动管件架176，并且特别地与近侧臂178上的短壁194以及短壁192接合。抵靠短壁194、192推动管件架176使得管件架176相对于穿梭器52运动到精确的y轴位置。当拐角抓取部226完全地接合时，臂180上的z轴夹具196接合管件架176的一个端部，而拐角抓取部226上的z轴夹具238接合管件架176的另一个端部。因此，当穿梭器52位于管件挑拣室30内时，管件架176相对于x轴和z轴位置固定在精确的位置，并且其沿着相对于穿梭器52的y轴的相对位置也被固定。
当穿梭器52运送架176到冷冻器隔室24中的指定位置50时，凸轮随动件206上的销234拉动拐角抓取部226以松开架176上的夹持。一旦穿梭器托盘52处于指定位置50，机械手48就稍微推动管件架176以便于在臂194的远端处将管件架176从z轴夹具196上释放。机械手48然后可以将管件架176从穿梭器托盘52上移除。
现在参考图15，如所提及的那样，管件挑拣机构32包括循环风扇94。优选的循环风扇96是具有60立方英尺/分钟输出量的24V直流风扇。管件挑拣机构32被设计为在风扇96下面带有强制通风部240。风扇96吹动循环空气通过强制通风部240。循环空气在强制通风部240的底部穿过开口242进入管件挑拣室30的主隔室中。如图15中的点划线箭头所示，循环空气穿过管件挑拣室30的主隔室并向上且高于管件挑拣机构32。空气然后被抽吸进风扇96和再循环。根据本发明的一个优选实施方式，从接收到信号以使管件挑拣室30准备用于挑拣管件的时刻一直到管件挑拣过程终止，循环风扇96始终保持“开”。另一个风扇(未在附图中示出)、即冷却风扇，位于管件挑拣室30内并且在初始冷却过程期间将空气吹出开放门道56。这一风扇优选地和循环风扇96一样大小。已经发现，将空气吹出门加速了初始冷却过程，并且因此缩短了管件挑拣室30和冷冻器隔室24之间的门54需要打开以用于初始冷却的时间。如以上所结合的共同未决的专利申请所描述的那样，通过打开和关闭管件挑拣室30和冷冻器隔室24之间的门54，管件挑拣室30被动地被冷却。最初，如所提及的那样，干燥气体在门54关闭时被吹到管件挑拣室30中。当室30内的相对湿度达到例如为2％或更小的预定水平时，门54然后打开以冷却管件挑拣室30。根据本发明，在初始冷却期间，冷却风扇从管件挑拣室30吹动空气通过门道56。管件挑拣室30内的温度传感器监测温度，并且在温度达到-20℃或其它指定温度时关闭门。在冷却期间并且在管件挑拣机构32运行期间，循环风扇96持续地使空气循环遍及管件挑拣室30。当管件挑拣室30内的温度上升到另一个预定水平、优选为-15℃时，门54被打开或被部分地打开以便于使得管件挑拣室30被动地再冷却到-20℃，这时门54关闭。
现在参考图16-18说明管件挑拣过程的细节。在图16中，呈现器推针98被示出为推动储存管件244的底部以将储存管件244在储存管件架176中从接受器上稍微提升。优选地，呈现器推针98向上推动管件244大概1/41/4英寸的距离，不过这一优选的距离也可以取决于系统所针对设计的管件和架的尺寸而改变。重要的是，管件244被升高至高于架176中邻近管件的高度，以使得夹持器头部58上的夹持器指状件126可以进入管件244接近其顶端的侧面。图17示出了闭合在储存管件244的侧壁上的夹持器指状件126。图18示出了沿着z轴向上竖直地运动以便于从储存架176上提升管件244的夹持器头部58。
现在参考图19，夹持器头部58将储存管件244沿着z轴竖直地提升到一维条形码读出器92的视场中。一维条形码读出器92的视场在图9中由虚线246表示。带有识别生物学或化学样本源的信息的一维条形码标签248被粘贴在管件244的侧壁上。夹持器头部58如箭头250所示旋转以将一维条形码标签248引导成条形码248面对一维条形码读出器92的取向。一旦这发生时，条形码读出器92就自动读出条形码248。管件挑拣机构32可用于读出储存板176中所有的管件244，例如，当储存架176最初进入自动化、低温储存和取回系统10时。一旦管件244被读出，系统控制系统就可以跟踪每一个管件244和每一个储存架176在冷冻器隔室内的精确位置。备选地，一维条形码读出器92可用于确认从储存板176上被挑拣的管件244在其从系统10取出之前的识别特征。
图20示出了夹持器头部58，见箭头250，其沿着x轴运动以将挑拣的管件244从位于穿梭器52中的储存板176上传递到贮存部82中的接受器84。图21和22示出了夹持器头部58的更详细的视图，其将管件244置于贮存部82中的接受器84中。注意到，当将管件244置于贮存部82中的接受器84中时，呈现器推针98不升高到接合储存管件244。相反，如图22所示，夹持器头部58上的剥壳器136将管件244向下推动以将管件244紧固在接受器84内。
注意到，管件挑拣机构32以类似方式运行以从贮存部82上挑拣管件，如以上针对从管件架176上挑拣管件244所说明的那样。另一方面，挑拣机构32以类似方式运行以将从贮存部82传递到终点架176的所挑拣的管件存放，如以上针对暂时存放管件244到贮存部82中的接受器中所说明的那样。
本发明的优选实施方式中的许多构件由铝被机加工而成，例如大部分的穿梭器构件52、贮存部82和夹持器指状件126。如所提及的那样，夹持器指状件126和贮存部82被定制为适应于系统被设计处理的管件的尺寸。
在此已经针对结合超低温(-80℃)的自动储存和取回系统使用而描述了本发明的优选实施方式。然而，在此描述的许多特征也可以用于在高于超低温范围的冷冻温度下储存样本的储存系统。例如，本发明的某些特征、例如穿梭器和夹紧机构的结构和运行或者使得能够使用一维条形码读出器的旋转的夹持器头部，都可以用于其它的系统。本领域技术人员应该理解，这些特征尽管特别地结合邻近超低温(-80℃)冷冻器隔室位于管件挑拣室中的管件挑拣机构使用，但同样也可以用于其它运用环境。

Claims (22)

1.一种自动化、超低温样本储存和取回系统，其包括：
具有超低温隔热隔室的冷冻器本体，当生物学或化学样本储存在所述超低温隔室中时，所述隔室在常规运行状态下维持于从约-50℃到-90℃的超低温；
具有用于储存保持生物学或化学样本的样本储存容器的托盘的至少一个冷冻器架，其中，至少一些所述样本储存容器是保持包含生物学或化学样本的密封管件的管件架；
位于所述超低温冷冻器隔室内以用于运送所述冷冻器隔室内的储存样本容器的机械手；
用于将样本储存容器引入到所述超低温冷冻器隔室中并且用于从所述超低温冷冻器隔室取回储存容器的进出模块；以及
位于管件挑拣室内的管件挑拣机构，在所述冷冻器内有穿梭器门，所述穿梭器门在所述管件挑拣室和所述超低温储存隔室之间打开时提供入口，所述管件挑拣机构包括：
穿梭器，所述穿梭器用于使管件储存架通过所述穿梭器门从所述超低温冷冻器隔室运动到所述管件挑拣室中以及相反地运动；
具有一对指状件的管件夹持器头部，所述管件夹持器头部能够从位于所述穿梭器上管件架中的接受器夹持并提升单个管件；以及
具有位于所述管件挑拣室内的储存管件接受器以用于将多个储存管件暂时地保持在所述管件挑拣室内的贮存部。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述穿梭器包括：
具有用于保持SBS占据面积的管件架的夹紧机构的穿梭器托盘；以及
可以沿水平方向和竖直方向运动的呈现器推针，所述呈现器推针位于所述穿梭器托盘下面并且沿着竖直轴线与所述夹持器头部对齐，以使得所述呈现器推针的充分的向上竖直运动可以推动储存管件的底部以稍微升高所述储存管件至高于架中另外的管件的高度，并且帮助通过所述夹持器头部从所述管件架中的所述接受器提升所述储存管件，其中所述储存管件保持在被夹紧在所述穿梭器托盘中的管件架中的管件接受器中。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述穿梭器沿第一水平方向运动并且所述穿梭器托盘包括：
大致沿所述穿梭器运动的方向延伸的一对臂，在所述臂之间带有开口，其中，每个臂具有用于支撑所述穿梭器托盘中的管件架的基部以及从所述基部向上延伸的竖直壁；
后挡块；
位于所述臂中的第一臂的远端的y轴基准壁和z轴夹具；以及
位于另一个臂的近端的夹紧机构，所述夹紧机构推动管件架与所述y轴基准壁和所述z轴夹具以及邻近的竖直壁接合，所述邻近的竖直壁在所述穿梭器位于所述管件挑拣室内时作为所述第一臂上的x轴。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括驱动可枢转的凸轮机构以打开和关闭所述夹紧机构的凸轮随动件，所述凸轮随动件接合位于所述管件挑拣室内的槽并且由所述槽驱动。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括位于所述管件挑拣室内的y轴线性驱动机构，所述y轴线性驱动机构被安装到所述管件挑拣机构的框架上并且使所述穿梭器沿着y轴水平地运动，以使得所述穿梭器在所述y轴线性驱动机构完全地延伸时驻留在所述冷冻器隔室内，而在所述y轴线性驱动机构完全地缩回时驻留在所述管件挑拣室内。
6.一种管件挑拣机构，其包括：
用于使管件架通过开放的穿梭器门道运动进入和离开管件挑拣室的穿梭器；
具有一对夹持器头部指状件以及一剥壳器的管件夹持器头部，所述夹持器头部指状件能够将单个管件从管件架中的接受器夹持并提升，所述剥壳器用于在所述夹持器指状件释放时从所述夹持器指状件传递所挑拣的管件的剥壳器，其中，所述夹持器头部可以沿着z轴竖直地运动并且还可绕所述z轴旋转；以及
用于识别和读出由所述夹持器指状件挑拣并提升的储存管件的侧壁上的条形码的一维条形码读出器。
7.如权利要求6所述的管件挑拣机构，其特征在于，所述管件挑拣机构还包括：
用于将所述夹持器头部可旋转地安装到支撑架头部上的支承机构；以及
用于使所述夹持器头部相对于所述支撑架头部绕z轴旋转的夹持器头部马达。
8.如权利要求7所述的管件挑拣机构，其特征在于，所述管件挑拣机构还包括使所述支撑架头部沿着z轴竖直地运动的z轴线性驱动机构。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，夹持器头部组件上的所述夹持器头部指状件和所述剥壳器被气动驱动，并且在所述夹持器头部由所述夹持器头部马达旋转时，空气供给管取决于旋转方向而围绕所述夹持器头部卷绕或展开。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述z轴线性驱动机构被安装到z轴板上并且所述系统还包括：
框架；
安装到所述框架上的x轴线性驱动机构，其沿着大致垂直于所述z轴的x轴使所述z轴板水平地运动；以及
安装到所述框架的y轴线性驱动机构，其沿着大致垂直于所述x轴和所述y轴的y轴使所述穿梭器水平地运动。
11.一种在自动化、超低温样本储存和取回系统中冷却和维持管件挑拣隔室中的适当温度的方法，所述自动化、超低温样本储存和取回系统具有带有在常规运行状态下维持在从约-50℃到-90℃的超低温下的隔热隔室的冷冻器本体、至少一个具有用于在所述冷冻器隔室中储存保持生物学或化学样本的储存容器的托盘的储存架、位于所述冷冻器隔室内以用于运送所述冷冻器隔室内的储存样本容器的机械手、用于将样本储存容器引入到所述超低温冷冻器室中以及用于从所述冷冻器隔室取回容器的进出模块、以及位于与所述超低温冷冻器隔室邻近且分离的管件挑拣隔室内的管件挑拣机构，所述方法包括以下步骤：
接收信号以在使用所述管件挑拣机构之前准备好所述管件挑拣室；
打开所述管件挑拣室和所述冷冻器隔室之间的门，以便允许超低温空气从所述冷冻器隔室进入所述管件挑拣室中以用于初始冷却；
利用冷却风扇吹动空气从所述管件挑拣室通过所述打开的门到所述冷冻器隔室中；
当所述管件挑拣室内的温度达到第一预定温度时关闭所述门，并且直到有必要准备所述管件挑拣室以用于另一次初始冷却之前都始终终止所述冷却风扇的运行；
当所述管件挑拣室内的温度上升到第二预定温度时打开所述门，以便于在没有利用所述冷却风扇吹动空气从所述管件挑拣室通过所述打开的门到所述冷冻器隔室中的情况下冷却所述室；以及
继续关闭和打开所述门，以便于将所述管件挑拣室内的温度维持在预定温度范围内。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述预定温度范围的最小值和最大值被选择为不低于-20°并且不高于-15℃。
13.一种在自动化、超低温样本储存和取回系统中冷却和维持管件挑拣隔室中的适当温度的方法，所述自动化、超低温样本储存和取回系统具有带有在常规运行状态下维持在从约-50℃到-90℃的超低温下的隔热隔室的冷冻器本体、至少一个具有用于在所述冷冻器隔室中储存保持生物学或化学样本的储存容器的托盘的储存架、位于所述冷冻器隔室内以用于运送所述冷冻器隔室内的储存样本容器的机械手、用于将样本储存容器引入到所述超低温冷冻器室中以及用于从所述冷冻器隔室取回容器的进出模块、以及位于与所述超低温冷冻器隔室邻近且分离的管件挑拣隔室内的管件挑拣机构，所述方法包括以下步骤：
接收信号以在使用所述管件挑拣机构之前准备好所述管件挑拣室；
利用循环风扇使空气循环遍及所述管件挑拣室；
打开所述管件挑拣室和所述冷冻器隔室之间的门，以便允许超低温空气从所述冷冻器隔室进入所述管件挑拣室中，同时所述循环风扇使空气循环遍及所述管件挑拣室；
当所述管件挑拣室内的温度达到第一预定温度时关闭所述门，并且继续利用所述循环风扇使空气循环遍及所述管件挑拣室；
当所述管件挑拣室内的温度上升到第二预定温度时打开所述门，并且继续利用所述循环风扇使空气循环遍及所述管件挑拣室；以及
继续关闭和打开门，以便于将所述管件挑拣室内的温度维持在预定温度范围内。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在初始冷却期间，冷却风扇吹动空气从所述管件挑拣室通过所述打开的门到所述冷冻器隔室中。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
接收信号以停止所述管件挑拣机构的运行；
当所述管件挑拣机构的运行已经停止时关闭所述门；以及
一旦所述管件挑拣机构的运行已经停止就终止所述第一风扇的运行。
16.一种在自动化储存和取回系统中识别包含生物学或化学样本的一个或多个样本储存管件的方法，所述方法包括以下步骤：
将管件架每次一个地穿梭到管件挑拣室中，其中，所述管件架保持包含生物学或化学样本的密封管件并且至少一些密封管件具有位于管件侧壁上的一维条形码以用于识别相应管件内的内容物；
使用管件挑拣机构以在其位于所述管件挑拣室内时从各个相应的管件架上挑拣单个储存管件；
将挑拣的管件呈现在位于所述管件挑拣室内的一维条形码读出器的视场内；
使用所述管件挑拣机构以移动和旋转所述挑拣的管件从而帮助识别和读出位于所述挑拣的管件的侧壁上的一维条形码。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
将所述挑拣的管件放回从中挑拣出相应管件的相同的管件架中的相同的接受器中。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
一旦挑拣的管件已经被识别，就将所述挑拣的管件置于位于所述管件挑拣室内的贮存部中的接受器内。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
当通过进出模块引入管件架到所述冷冻器隔室中时，扫描管件架中储存管件的底部以用于获取二维条形码；以及
此外，其中，只有当所述管件上不存在二维条形码时，选择的管件才在所述管件的侧壁上被扫描以用于获取一维条形码。
20.一种在自动化、超低温样本储存和取回系统中从所述系统取回一个或多个样本储存管件的方法，所述自动化、超低温样本储存和取回系统具有带有在常规运行状态下维持在从约-50℃到-90℃的超低温下的隔热隔室的冷冻器本体、至少一个具有用于在样本储存管件中保持生物学或化学样本的管件架的托盘的位于冷冻器隔室中的储存架、位于所述冷冻器隔室内以用于运送所述冷冻器隔室内的管件架的机械手、用于将样本储存容器引入到所述超低温冷冻器隔室中以及用于从所述冷冻器隔室取回容器的进出模块、以及位于与所述超低温冷冻器隔室邻近且分离的管件挑拣室内的管件挑拣机构，所述方法包括以下步骤：
将一个或多个来源架每次一个地从所述超低温冷冻器隔室穿梭到所述管件挑拣室中；
从被穿梭到所述管件挑拣室中的各个来源架上挑拣至少一个选择的储存管件；
将所挑拣的储存管件置于位于所述管件挑拣室内的贮存部的多个接受器中的一个中；
当所选择的管件已经从所述来源架被挑拣并且被置于所述贮存部中时，使各个相应的来源架返回到所述超低温冷冻器隔室；
提供用于通过所述进出模块从所述系统上被移除的终点架；
将所述终点架穿梭到所述管件挑拣室中并且将管件从所述贮存部装载到所述终点架中；
使所述终点架返回到所述冷冻器隔室中；以及
通过所述进出模块将所述终点架从所述冷冻器隔室移除。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，穿梭器门位于所述管件挑拣室和所述冷冻器隔室之间，并且所述方法还包括以下步骤：
除非有必要冷却所述管件挑拣室，否则每当管件架位于所述管件挑拣室中时就关闭所述穿梭器门。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，在通过所述进出模块从所述系统移除所述终点架之前，所述终点架被穿梭到所述管件挑拣室中以将所选择的储存管件从所述贮存部装载若干次。
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