CN114474081A

CN114474081A - 机器人液体处理系统

Info

Publication number: CN114474081A
Application number: CN202111255343.9A
Authority: CN
Inventors: C·博威格; E·阿卜杜拉伊; M·布伦沃德
Original assignee: Tecan Trading Co ltd
Current assignee: Tecan Trading Co ltd
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-05-13
Also published as: EP3992633A1; US20220126297A1

Abstract

可以提供一种机器人液体处理系统，其包括机器人臂和控制器，该控制器被配置为控制机器人臂，以在机器人液体处理系统的工作空间中定位和操作机器人臂。作为液体处理任务的一部分，该控制器可以被配置为控制机器人臂打开试剂储存器，其中试剂储存器具有由箔片密封的开口。该控制器可以被配置为通过控制机器人臂执行以下操作来控制机器人臂打开箔片：使用切割尖端(260)在箔片中切割至少两个翼片，并且使用钝头突出部将至少两个翼片向下推动到试剂储存器中，从而清理试剂储存器的开口的至少一部分。本发明的其他方面涉及一种用于控制机器人臂的计算机实施方法以及一种包括切割尖端和钝头突出部的打开工具(200)。

Description

机器人液体处理系统

技术领域

本发明涉及一种用于在实验室环境中执行液体处理任务的机器人液体处理系统，以及一种用于控制机器人液体处理系统的机器人臂的计算机实施方法。本发明还涉及一种计算机可读介质，其包括表示用于执行计算机实施的方法的计算机程序的数据，并且涉及一种作为液体处理任务一部分的由机器人臂拾取和使用的工具。

背景技术

机器人液体处理系统在实验室自动化领域是众所周知的。此类机器人液体处理系统可用于自动化液体处理任务，其可以包括诸如处理液体容器之类的动作，例如通过拾取和放置工作台上的液体容器，以及与包含在容器中的样品相互作用，例如，通过将液体分配到样品容器中或通过移液动作。各种其他类型的液体处理任务和动作也是已知的，它们可以通过这种机器人系统至少部分地自动化。

还已知机器人液体处理系统除了处理液体样品之外，还处理非液体样品或其他物体。例如，机器人液体处理系统通常配备有一个夹具作为末端执行器来移动微孔板，例如，从移液位置移动到振动器、培养箱中、用于PCR的热循环仪或酶标仪，或用于移动或分拣试管。

机器人液体处理系统的一个实施例是自动移液系统，例如在US20150251315中描述的。这种自动移液系统也可简称为“移液机器人”，可以包括用于吸取和分配液体样品的至少一个移液器。机器人臂可以在控制器的控制下定位到给定位置并且可以被控制以在给定位置执行特定动作。这可以例如使移液器能够降低到容器中以吸取其中的液体或分配液体。

存在机器人液体处理系统的各种其他实施例，其通常可以包括用于保持样品的工作区域，例如呈工作台的形式，以及至少一个机器人臂，该至少一个机器人臂可以可控地定位在工作区域上方的平面中，例如，在XY方向，并且该至少一个机器人臂可以通过沿着垂直于工作区域的Z轴定位而朝向和远离工作区域移动。机器人臂可以由控制器控制，由此机器人臂可以是“计算机控制的”。例如，机器人臂可以由PC、工作站或服务器或由集成到或连接到机器人臂的微处理器控制。这样，可以控制机器人臂执行一系列动作，从而能够执行各种液体处理任务。

已知的机器人液体处理系统的缺点是它们在液体处理任务中自动化某些类型的动作的能力可能受到限制。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种机器人液体处理系统，以及一种用于控制机器人液体处理系统的机器人臂的计算机实施的方法，以便在实验室环境中执行液体处理任务时能够执行一种或多种附加类型的动作。

本发明的第一方面提供了一种机器人液体处理系统，包括：

-至少一个机器人臂；

-一个控制器，所述控制器被配置成控制机器人臂，以在机器人液体处理系统的工作空间中定位和操作所述机器人臂；

其中，作为液体处理任务的一部分，所述控制器可以被配置为控制机器人臂打开试剂储存器，其中所述试剂储存器具有由箔片密封的开口，其中所述控制器被配置为通过控制机器人臂执行以下操作来控制机器人臂打开所述箔片：

-使用切割尖端在所述箔片中切割至少两个翼片；

-使用钝头突出部将所述至少两个翼片向下推动到试剂储存器中，从而清理试剂储存器的开口的至少一部分。

本发明的另一方面提供了一种用于控制机器人液体处理系统的机器人臂的计算机实施的方法，该方法包括控制机器人臂打开试剂储存器，其中所述试剂储存器具有一个由箔片密封的开口，其中该方法可以包括通过控制机器人臂执行以下操作来控制机器人臂打开箔片：

-使用切割尖端在箔片中切割至少两个翼片；

-使用钝头突出部将所述至少两个翼片向下推动到试剂储存器中，以清理所述试剂储存器的开口的至少一部分。

本发明的另一方面提供了一种计算机可读介质，包括表示计算机程序的瞬时或非瞬时数据，所述计算机程序包括用于使处理器系统执行计算机实施的方法的指令。

本发明的另一方面提供了一种用于打开试剂储存器的打开工具，其中所述试剂储存器具有一个由箔片密封的开口，所述打开工具包括：

-具有细长形状的主体，该细长形状在该细长形状的每个相应端部处都具有表面以提供两个相对表面，在所述两个相对表面处打开工具被横向夹持和拾取；

-一个细长表面，所述细长表面沿着所述主体的长度延伸，其中所述细长表面包括：

-在所述细长表面的一个端部处，用于刺穿和切割所述试剂储

存器的箔片的切割尖端；以及

-在所述细长表面的相对端部处，用于将切入箔片中的翼片向下推动到试剂储存器的开口中的钝头突出部，其中所述钝头突出部相对于所述切割尖端是钝头的。

上述方面可以涉及机器人液体处理系统，其可用于工作空间以处理样品。例如，工作空间可以包括工作台，在一些实施方案中，该工作台可以是机器人液体处理系统的一部分并且液体容器可以单独地和/或以支架、板或任何其他集合形式放置在该工作台上。液体容器例如可以是保持样品的液体容器，诸如试管，但也可以是保持与样品一起使用的试剂的液体容器，例如呈试剂储存器的形式。

机器人液体处理系统还可以包括可定位在工作空间中的至少一个机器人臂。例如，机器人臂在工作空间中可以具有三个自由度(DoF)。在一个具体实施例中，机器人臂可以在平行于工作台的平面中可定位，从而在该平面中具有两个DoF，并且可以垂直于工作台可定位，从而具有另一个DoF。为便于参考，当将工作台上方物理空间中的点视为在XYZ坐标系中定义且坐标系的Z轴与重力方向对齐时，该平面也可称为XY平面。应当理解，虽然该平面在别处可以被称为XY平面，但机器人臂的实际控制和移动可以发生在不同的坐标系中，例如圆柱坐标系。

机器人臂垂直于工作区域的控制和移动也可以称为沿Z轴的控制和移动。从而，机器人臂可以以其末端执行器朝向和远离工作台移动。例如，这可以允许具有夹具作为末端执行器的机器人臂在工作空间中拾取样品，例如通过降低夹具、夹持样品容器、然后再次提升夹具。应当理解，通常，机器人臂可以沿着其移动的Z轴可以对应于重力方向。

一般而言，工作空间中的这种移动可允许机器人臂处理液体容器并与那些容器中的样品相互作用，并在放置在工作区域表面上的任何物体上方的XY平面中移动。

令人惊讶的是，发明人已经设计出可以使用机器人臂来打开试剂储存器。这样的试剂储存器是液体容器，其通常填充有用于在液体处理过程使用的液体试剂，并且通常具有顶部开口，通过该顶部开口可以提取试剂，例如，通过移液，并且通常由箔片密封，例如，在使用前防止液体试剂的污染和溢出。试剂储存器的具体但非限制性实施例是矩形储存器，其也可以称为试剂“槽”，并且其可以例如由聚丙烯制成并且可以具有例如79mm×16mm或78mm×17.5mm的标准化尺寸。来自试剂储存器的液体试剂在液体处理工艺过程中可能被消耗。因此，试剂储存器可被视为“消耗品”和/或“一次性”。替代地，试剂储存器在使用后可重复使用。

为了防止在运输过程中损坏箔片，从而防止试剂的污染或溢出，通常将箔片以不会意外打开或破裂的方式施加到储存器上，例如通过使用足够厚的箔片和足够强的粘合剂。通常，这种试剂储存器可以用手打开，例如，由实验室技术人员，例如通过抓握在从箔片延伸出的拉片上，通过拉片可以通过横跨开口单元缓慢而牢固地横向拉动来移除箔片，箔片变得完全分离。

期望的是，使这样的试剂储存器能够自动打开，即通过机器人液体处理系统，因为这可以极大地促进效率，由此某些涉及使用试剂储存器的液体处理过程可以使用机器人液体处理系统实现自动化。

发明人已经想到这样的试剂储存器不能简单地通过让机器人臂复制手动打开动作来打开。也就是说，这些动作可能过于复杂而无法可靠地重现。特别是，机器人臂可能难以可靠地抓握拉片，拉片可能并不总是能够容易地接触并处于同一位置，并且机器人臂难以在将箔片拉离储存器的同时可靠地保持对拉片的夹持。此外，如果这种拉力施加到箔片上，则可能需要对试剂储存器施加反作用力。即，试剂储存器通常可以不固定在工作台上，而是可移除地放置在支架等中。因此，施加到试剂储存器上的任何水平力都可能导致试剂储存器滑动或在某些情况下甚至翻倒。为了防止这种情况，可能需要双手操作，因为可能需要另一个机器人臂在试剂储存器上施加反作用力以将试剂储存器保持就位。这样的第二机器人臂可能并不总是可用的。此外，通过拉动拉片打开试剂储存器可能需要复杂的控制机制，包括规划路径和避免碰撞，因为它可能需要机器人臂围绕试剂储存器执行水平运动，有与工作表面上的其他物体碰撞的风险。

因此，发明人设计了一种不同的打开试剂储存器的方式，该方式解决了这些缺点中的至少一个。即，代替拉动拉片，可以控制机器人臂使用两种不同的工具打开试剂储存器，即足够尖锐以刺穿箔片的切割尖端和可用于将部分箔片向下推动到试剂储存器中的钝头突出部。在此，术语“钝头”可以指的是突出部至少相对于切割尖端是钝头的并且通常不旨在用于切割箔片。特别地，可以控制机器人臂以使用切割尖端将至少两个翼片切割到箔片中。例如，两个翼片可以是共享公共切割线的相对翼片。然后可以使用钝头突出部将这两个翼片向下推动到试剂储存器中，从而清理试剂储存器的开口的至少一部分。

以上述方式打开试剂储存器不同于传统的手动打开试剂储存器，而是为机器人臂量身定制。即，通过使用尖锐的切割尖端在箔片中创建两个翼片，与拉动拉片时相比，施加到试剂储存器上的水平力可以更小。这意味着可以不需要用第二机器人臂保持试剂储存器或对其施加反作用力。此外，通过向下推动翼片来清理箔片可能涉及向下的力，对于该向下的力，可以由放置试剂储存器的表面或支架等自然地提供反作用力。此外，以上述方式打开试剂储存器可以独立于拉片的形状、位置和/定向，并且因此可以代表一种可以更容易自动化并且实际上甚至可以不需要拉片的开口类型。此外，向下推动翼片仍可充分清理试剂储存器的开口，从而避免需要从试剂储存器完全移除箔片。

在一个有利的实施方案中，切割尖端和钝头突出部可以设置在单个工具的两个相对端部上。单个工具可以例如由机器人臂夹持，然后通过相对于试剂储存器适当地定位切割尖端或钝头突出部，用于将翼片切入箔片中或将翼片向下推动到试剂储存器的开口中。这种单个工具可以简化自动化工作流程，因为在打开试剂储存器时可以不需要切换工具，否则这可能需要额外的时间。

可以设想通过简单地用机器人臂的头部对箔片穿孔来打开试剂储存器，例如使用安装的一次性吸头，该一次性吸头也可用于与试剂液体相互作用。不利的是，使用这种相对钝头的工具进行穿孔可能导致箔片上的压力逐渐增加直到箔片突然撕裂，这可能导致试剂储存器中的液体四处飞溅。此外，发明人还想到这种通过穿孔的开口可能难以控制，这意味着所建立的开口本身可能相对于一次性吸头的初始位置不具有一致的位置和/或尺寸。附加地或替代地，所建立的开口的轮廓可能由于箔片的不可预测的撕裂而磨损。这又可能意味着，如果一次性吸头通过建立的开口插入试剂储存器中，例如为了提取试剂，建立的开口的不可预测的形状可能导致一次性吸头在进入或退出时水平偏转，或如果一次性吸头卡在已建立的开口中，则将连同一次性吸头一起向上拉动试剂储存器。这种类型的密封试剂储存器的箔片的开口的另一个缺点是，如果使用一次性吸头通过电容测量测量液位，如果一次性吸头意外接触金属密封箔片的磨损边缘，则可能会干扰该测量。

有利地，上述措施可以允许使液体处理任务中的附加类型的动作自动化，这些动作以前可能需要手动干预或者以前在液体处理任务中必须完全避免。这在可能需要使用机器人液体处理系统处理许多样品的高通量应用中可能非常有利。此外，虽然已知机器人液体处理系统在液体处理任务中使用试剂，但这种使用以前仅限于已手动打开的密封试剂，或从烧瓶倒入储存器的散装试剂。自动打开和使用密封试剂的能力可以节省时间、减少错误(溢出)并避免错位，因为密封试剂通常带有条形码(试剂类型、批号、有效期)。能够使用密封试剂的另一个优点可能是：在敞开的储存器中，部分试剂溶液可能会蒸发，例如，如果在将试剂倒入储存器后经过了太多时间，这可能会增加试剂的浓度，从而影响测定结果。

在一些实施方案中，所述控制器可以被配置为控制所述机器人臂在所述箔片中切割H形图案或X形图案，以建立至少两个翼片。H形图案或X形图案可能是将至少两个翼片切割到箔片中的有效方式，因为它可能需要相对较少的切口。此外，这种H图案或X图案的翼片可以具有彼此相邻的自由悬挂的端部，这意味着可以使用钝头突出部将多个翼片共同向下推动到试剂储存器中。这可以减少机器人臂为打开箔片而要执行的动作的数量或长度，这进而可以导致增加的吞吐量。此外，翼片可以在试剂储存器的侧壁处或附近保持固定到箔片上，这意味着翼片在被向下推动到试剂储存器中时不会或不会显著阻塞试剂储存器的开口。

在一些实施方案中，所述控制器被配置为通过控制机器人臂执行以下操作来控制机器人臂在所述箔片中切割H形图案或X形图案：

-在所述箔片上切割中央狭缝，以及

-从所述中央狭缝在垂直地或对角地远离所述中央狭缝、朝向开口的外围的两个方向上切割，以在所述中央狭缝的每一侧处建立至少一个翼片。

上述动作顺序可以是机器人臂在箔片中切割H形图案或X形图案以建立翼片的有利方式。在一个替代实施方案中，可以控制机器人臂首先朝向开口的外围切割垂直或对角的狭缝，然后在这之后才在箔片上切割连接外围狭缝的中央狭缝。当箔片的外观存在显著变化时，该实施方案可以是有利的，例如，甚至在某些情况下是绷紧的，而在其他情况下是凹陷的或带有低洼处。

在一些实施方案中，所述开口是具有宽度和长度的矩形开口，且其中所述控制器被配置为控制机器人臂以：

-沿着所述开口的长度居中地切割所述中央狭缝；

-从狭缝的每个相应端部在朝着开口的拐角的两个方向上切割。

在开口是矩形开口的情况下，机器人臂可以沿着开口的长度切割中央狭缝，指的是开口的最长尺寸。这可能导致产生的翼片可能相对宽而短，因为它们最多只能延伸穿过开口宽度的一半。这种短的翼片可以不需要像较长的翼片那样被向下推动那么远来清理开口，从而可以更容易地清理试剂储存器的开口以供进入。通常，可以选择切割图案，使得在由于重力而向下倾斜到开口中或通过被推动到开口中时，被切入密封件中的翼片具有避免与储存器中的试剂接触的尺寸和形状，从而使潜在的污染最小化。此外，通常，可以控制机器人臂，使得避免切割尖端和钝头突出部与试剂接触，从而使潜在的污染和溢出最小化。

在一些实施方案中，所述钝头突出部的宽度跨越所述开口的宽度的至少75％，且其中所述控制器可以被配置为控制机器人臂向下推动两个翼片，其中所述钝头突出部被定向成使得所述钝头突出部的宽度与所述开口的宽度平行地对齐。通过使用其宽度跨越试剂储存器的大部分宽度的钝头突出部，机器人臂用钝头突出部通过向下推动动作可以连带地向下推动在中央狭缝的相对侧处形成的多个翼片，而不是机器人臂必须在每个相对侧处单独向下推动每个翼片。这可以减少机器人臂为打开箔片而执行的推动动作的次数。此外，可以不需要在储存器上施加侧向力来清理储存器的开口，否则可能需要额外固定储存器。

在一些实施方案中，作为清理所述试剂储存器的开口的一部分，所述控制器可以被配置为控制机器人臂在沿着所述中央狭缝的多个位置处单独地向下推动所述钝头突出部。

机器人臂可以在沿着中央狭缝的多个位置处用钝头突出部向下推动，这也可以使得具有相当细长的开口的试剂储存器能够从箔片充分清理。即，在相当细长的开口的情况下，沿着开口的长度单次向下推动可以导致翼片被不充分地向下推动试剂储存器中。

在一些实施方案中，在沿着所述中央狭缝的多个位置处单独地向下推动所述钝头突出部之后，所述控制器被配置为控制机器人臂以：

-将所述钝头突出部插入到所述开口中超过箔片的高度；以及

-沿着所述中央狭缝的长度移动所述钝头突出部。

在向下推动翼片后，通过将钝头突出部插入到开口中超过箔片的原始高度(同时通常将钝头突出部保持在液面上方)，通过随后沿狭缝的长度横向地移动钝头突出部，翼片可以被更多地压向试剂储存器的侧壁，以便更完全地从箔片清理开口。

在一些实施方案中，所述控制器可以被配置为通过控制机器人臂执行以下操作而在所述箔片中切割至少两个翼片：

-用切割尖端在进入位置处刺穿所述箔片；以及

-从进入位置横向地移动所述切割尖端，其中所述切割尖端以超过箔片的高度的第一深度插入到所述开口中。

在切割尖端刺穿箔片之后，可以通过切割尖端的横向移动将翼片切入箔片中。特别地，切割尖端可以足够尖锐以在任何方向上切割箔片。与刀或类似的定向工具相比，这可以简化切割动作，因为可以不需要根据切割方向重新定向工具。相反，该工具可以由机器人臂保持，然后以任何期望的方式简单地横向移动以将至少两个翼片切入箔片中。

在一些实施方案中，在以第一深度沿着切割路径横向移动所述切割尖端之后，所述控制器可以被配置为控制机器人臂以：

-沿着切割路径的至少一部分横向地移动所述切割尖端，其中所述切割尖端以超过箔片的高度的第二深度插入到所述开口中，其中所述第二深度超过第一深度。

如果箔片是相对弹性的，作为确保箔片已沿切割路径被充分切割的预防措施，切割尖端可沿切割路径的至少一部分重复移动，例如在第一进入深度处一次并且第二次以超过第一深度的第二深度。这可以确保在尝试向下推动翼片之前，翼片确实已经被切入箔片中。

在一些实施方案中，试剂储存器可以是矩形形状的试剂槽。例如，试剂槽具有例如79mm(长度)×16mm(宽度)或78mm(长度)×17.5mm(宽度)的标准化尺寸。

在一些实施方案中，所述控制器可以被配置为控制机器人臂以：

-拾取打开工具，其中所述打开工具包括切割尖端和钝头突出部；

-使用所述打开工具的切割尖端在所述箔片中创建至少两个翼片；以及

-使用所述打开工具的钝头突出部清理所述试剂储存器的开口的至少一部分。

切割尖端和钝头突出部可以设置在单个打开工具的两个相对端部上。单个工具可以例如由机器人臂夹持，然后通过相对于试剂储存器适当地定位切割尖端或钝头突出部，用于将翼片切入箔片中或将翼片向下推动到试剂储存器的开口中。这种单个工具可以简化自动化工作流程，因为在打开试剂储存器时可以不需要切换工具，否则这可能需要额外的时间。

在一些实施方案中，所述打开工具可以具有两个相对表面，通过所述相对表面可以夹持和拾取打开工具，其中机器人臂可以被布置成安装一对夹具，以在机器人液体处理系统的工作空间中拾取和放置物体，且其中所述控制器可以被配置为通过在两个相对表面处用该对夹具夹持打开工具来控制机器人臂拾取所述打开工具。打开工具可具有可允许其被配备有一对夹具的机器人臂夹持的形状。出于该目的，在夹具的打开位置以及在夹具的闭合“夹持”位置中，打开工具的可以被夹持的两个相对表面可以间隔开以匹配夹具的物理跨度。此外，相对表面可以足够大以使夹具与表面接合。

根据本发明的另一方面，可以提供一种包括机器人液体处理系统和打开工具的成套部件。

在打开工具的一些实施方案中，细长的主体在细长形状的每个相应端部处包括相应的凹部，其中所述凹部提供待被夹持的相对表面。

在打开工具的一些实施方案中，所述切割尖端具有棱锥形状，所述棱锥形状具有远离所述细长表面突出的顶点。这种类型的切割尖端可以是多向的，因为它可以允许在不同的方向上，或者甚至全方向地切割箔片，这可以允许切割独立于切割尖端围绕其纵向轴线相对于切割方向的取向而进行切割。

在打开工具的一些实施方案中，所述切割尖端由玻璃纤维增强热塑性塑料制成，诸如玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK)。

在打开工具的一些实施方案中，打开工具可具有与试剂储存器基本相等的外部尺寸。这可以允许可以被配置为拾取和放置试剂储存器的机器人臂也利用相同类型的末端执行器(例如，利用相同类型的夹具)来拾取和操作打开工具。这可以避免在拾取和放置试剂储存器和打开试剂储存器的箔片之间必须改变末端执行器。

本领域技术人员将理解，本发明的上述实施方案、实施方式和/或方面中的两个或更多个可以以被认为有用的任何方式进行组合。

本领域技术人员基于本说明书可以执行机器人液体处理系统、打开工具、方法和/或计算机程序中的任何一个的修改和变体，所述修改和变体对应于所描述的这些实体中的另一个的修改和变体。

附图说明

本发明的这些和其他方面从下文中所描述的实施方案显现，且将参考下文中所描述的实施方案阐明本发明的这些和其他方面。在附图中，

图1示出了机器人液体处理系统的示意性概览，该机器人液体处理系统被配置为在试剂储存器的箔片中建立开口；

图2示出了包括一对夹具的夹具模块，其中夹具模块能够由机器人臂安装以使得机器人臂能够拾取打开工具，利用该打开工具可以打开试剂储存器的箔片；

图3A-图3C示出了打开工具，该打开工具在一端处包括用于刺穿和切割密封试剂储存器的箔片的尖锐的切割尖端，在另一端处包括用于将切入箔片中的翼片向下推动到试剂储存器的开口中的钝头突出部，其中：

图3A示出了打开工具的主视图，

图3B示出了打开工具的仰视图，以及

图3C示出了打开工具的侧视图；

图4示出了由箔片密封的试剂储存器；

图5示出了用于切割密封试剂储存器的箔片的打开工具，即通过在箔片的长度上切割中央狭缝；

图6A-图6D例示了使用打开工具将H形图案切入箔片中以便在箔片中建立两个翼片；

图7示出了用于在沿着开口长度的多个位置处将两个翼片向下推动到试剂储存器中的打开工具；

图8A-图8D例示了通过使用钝头突出部向下推动翼片，然后沿着开口的长度移动钝头突出部工具同时使钝头突出部工具部分地插入开口中来清理试剂储存器的开口；

图9A-图9D示出了H形和X形切口图案的不同实施例。

应注意的是，在不同的图中具有相同的附图标记的项具有相同的结构特征和相同的功能，或是相同的信号。在已经解释了这样的项的功能和/或结构的情况下，没有必要在具体实施方式中对其进行重复解释。

附图标记列表

提供了下面的参考和简称列表以便于解释附图，并且不应被解释为限制权利要求。

100 机器人液体处理系统

110 机器人液体处理仪器

120 工作台

140、142 机器人臂

150 安装在液体处理头上的一次性吸头

160 夹具模块

162 夹具

180 控制器

200 打开工具

210、212 凹部

220、222 表面

240 细长的面朝下表面

260 切割尖端

262 切割运动

280 钝头突出部

282 钝头突出部的宽度w

284 钝头突出部的深度d

286 钝头突出部的高度h

290 向下推动

292 清理运动

300 试剂储存器

310 开口

320 箔片

340 翼片

400 中央狭缝

402 以增加的深度切割后的中央狭缝

410 外围狭缝

500 h形切口图案

510 H形和X形切口图案之间的混合

520 x形切口图案

530 替代的h形切口图案

540 带有附加的横截面切口的h形切口图案

具体实施方式

以下实施方案涉及用于在实验室环境中执行液体处理任务的机器人液体处理系统。机器人液体处理系统通常可以包括机器人臂，该机器人臂可以被配置为使用切割尖端在试剂储存器的箔片中切割至少两个翼片，并且使用钝头突出部将至少两个翼片向下推动到试剂储存器中，从而部分地清理试剂储存器的开口。在一些实施方案中，切割尖端和钝头突出部可以是同一工具的一部分，该工具可以由机器人臂夹持，例如使用由机器人臂安装的一对夹具。

图1示出机器人液体处理系统100，其可以包括机器人液体处理仪器110和控制器180。图1示出机器人液体处理仪器110，从而机器人液体处理系统100包括用于保持诸如液体样品、支架等物体的工作区域120。工作区域的一个实施例是工作台。在图1的实施例中，机器人液体处理仪器110以及由此机器人液体处理系统100被进一步示出为包括两个机器人臂140、142，但也可以具有一个机器人臂或多于两个机器人臂。在图1的实施例中，每个机器人臂140、142可以可控地定位在平行于工作区域并沿着垂直于工作区域的Z轴的XY平面中。为此目的，机器人液体处理系统100可以包括控制器180，该控制器可以被配置为控制机器人臂140、142，以定位和操作相应的机器人臂作为液体处理任务的一部分。如将在本说明书的其他地方阐明的，控制器180可以物理地集成到机器人液体处理仪器110中，但也可以是外部控制器(如图1中所示)，诸如PC或工作站。

图1还示出了机器人液体处理仪器110的机器人臂140、142包括不同的附件，其中一个机器人臂142包括液体处理头，该液体处理头具有带有连接件(未单独示出)的移液器，一次性吸头150安装至该连接件。另一机器人臂140被示为包括夹具模块形式的机器人头部，一对夹具162安装到该机器人头部。图2更详细地显示了后一种类型的机器人头部。特别地，图2示出了包括一对夹具162的夹具模块160，夹具模块160可安装到机器人臂上，从而使机器人臂能够在工作台120上拾取和放置物体。例如，机器人液体处理系统可以使用一对夹具162来拾取和放置样品容器，诸如试管或试剂储存器。出于该目的，该对夹具162可以在“拾取”或“夹持”类型的动作中朝向彼此横向移动，并且在“释放”类型的动作中远离彼此。在机器人液体处理系统的一些实施方案中，该对夹具162还可以用于拾取打开工具，利用该打开工具可以打开试剂储存器的箔片。

图3A-图3C示出了这样的打开工具200的实施例，其可用于打开具有由箔片密封的开口的试剂储存器。图3A示出了打开工具的主视图，图3B示出了打开工具的仰视图，图3C示出了打开工具的侧视图。在此，术语“底部”可以指打开工具200的底部表面240，也如图3B所示，其在打开工具200的预期使用期间朝着工作台面向下。

如图3A-图3C中可以看到的，示例性打开工具200具有细长形状的主体，该细长形状在细长形状的每个相应端部具有凹部210、212，以便为打开工具200提供打开工具200可以被横向地夹持和拾取的两个相对且凹入的表面220、222，例如通过上述图1和图2的一对夹具162。打开工具200还被示出为包括细长的面朝下表面240，该细长的面朝下表面240沿着主体的长度延伸。细长表面240在一端包括用于刺穿和切割试剂储存器的箔片的切割尖端260，并且在相对端包括用于将切入箔片中的翼片向下推动到试剂储存器的开口中的钝头突出部280。

钝头突出部相对于切割尖端可以是钝的，并且通常被设计成不切入箔片。例如，钝头突出部可以在其最远端部分具有宽度w 282，该宽度覆盖试剂储存器的宽度的至少50％，或在一些情况下覆盖试剂储存器的宽度的至少75％。在一个具体实施例中，在具有79mm×16mm开口的矩形试剂储存器的情况下，钝头突出部可以具有至少8mm的宽度，或者在一些实施方案中可以具有12mm的宽度。在另一个具体实施例中，在具有78mm×17.5mm开口的矩形试剂储存器的情况下，钝头突出部可以具有至少8.75mm的宽度，或者在一些实施方案中可以具有13.125mm的宽度。在此，“宽度”w(图3A-3C中的附图标记282)可以指的是沿着打开工具200的细长主体的钝头突出部的尺寸，而“高度”h(286)指的是钝头突出部的与图3A的平面中的宽度w垂直的尺寸，且“深度”d(284)指的是从图3A中的平面垂直地延伸/垂直地延伸到图3A中的平面中的钝头突出部的尺寸。

钝头突出部280可以具有多种形状，诸如大致长方体、圆柱形、椭圆体或(半)球形。在其他实施例中，钝头突出部280可以是棱柱形或楔形。通常，钝头突出部280可以具有锥形形状，其可以沿着一个尺寸逐渐变细。在图3A-图3C中的具体实施例中，钝头突出部280示出为在深度d 284上逐渐变细，导致宽突出部的最远端部分相对于宽度w 282具有相对小的深度d 284，例如，3mm-5mm与8mm-12mm相比。

继续参考切割尖端260，切割尖端260可以通过具有单个尖锐顶点的棱锥形或圆锥状形状并且由相对于箔片的材料足够硬的材料制成而适合于切割。在一个具体实施例中，切割尖端260可以由玻璃纤维增强热塑性塑料制成，诸如玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK)。

在另一个具体实施例中，打开工具200可以使用增材制造而制造，例如使用选择性激光烧结(SLS)，并且可以包括填充有玻璃颗粒的聚酰胺粉末或由其组成。在这样的实施例中，切割尖端可以使用塑料注射模具制造并且可以由材料PEEK GF30制成，PEEK GF30是一种玻璃纤维增强PEEK。

图4示出了具有开口310的试剂储存器300，该开口由箔片320密封并且可以由本说明书中描述的机器人液体处理系统打开。试剂储存器300也可以被称为试剂“槽”，并且可以例如由聚丙烯制成并且可以具有标准化的尺寸。这种尺寸的非限制性实施例包括79mm×16mm和78mm×17.5mm以及50mm×74mm和77mm×113mm。来自试剂储存器的液体试剂在液体处理工艺过程中可能被消耗。因此，试剂储存器可以被看作“消耗品”和/或“一次性”。替代地，试剂储存器在使用后可以重复使用。

继续参考图1，作为液体处理任务的一部分，机器人液体处理系统100可以被配置为控制机器人臂140打开试剂储存器300，即通过控制器180控制机器人臂140从而通过控制机器人臂使用切割尖端在箔片中切割至少两个翼片来打开箔片320，并使用钝头突出部，将至少两个翼片向下推动到试剂储存器中，以清理试剂储存器的开口的至少一部分。

出于该目的，机器人液体处理系统100可以拾取或以任何其他方式保持图3A-图3C的打开工具200。下面的实施例例示了通过由图2的一对夹具162夹持的打开工具200的这种打开。然而，这不是限制，因为机器人液体处理系统100也可以使用不同的切割尖端和钝头突出部，例如，布置在不同的工具上以被一个接一个地拾取或同时保持，或者切割尖端和钝头突出部直接设置在可由机器人臂140安装的机器人头上。因此，打开工具200的使用和利用一对夹具162拾取打开工具200仅仅是示例性的。

图5示出了用于切割密封试剂储存器的箔片的打开工具200，即通过打开工具200的切割尖端260用于在箔片的长度上切割中央狭缝262。需要注意的是，为了避免不必要的混乱，图5(以及后面的图7)中没有示出机器人臂和该对夹具本身。还应注意，打开工具200的所描绘的操作可以是机器人液体处理系统的控制器被编程以执行这些操作的结果。特别地，图5可以示出控制器的中间结果，该控制器被配置为控制机器人臂在进入位置刺穿箔片，并且从进入位置使切割尖端横向移动262，同时插入开口中超过箔片的高度。例如，可以通过使切割尖端260在箔片的平面下方快速向下移动若干毫米，例如1.5mm或2mm或3mm，从而刺穿箔片，并且可以用插入在与超过箔片的高度相同的深度处或更浅的深度处的切割尖端执行切割。在一个具体实施例中，可以通过执行到箔片高度下方3mm的快速刺穿运动来刺穿箔片，然后用插入在箔片高度下方1.5mm处的切割尖端切割箔片。

中央狭缝262的切割可以是在箔片中切割H形或X形图案的第一步，从而在箔片中建立至少两个翼片。

图6A-图6D例示了使用打开工具切入箔片320中的这种H形图案。即，作为第一步，图6A中示出了该结果，箔片320可以被刺穿并且可以在箔片上切割中央狭缝400，例如，沿着试剂储存器的开口的长度方向。在第二步中，机器人臂可以使用切割尖端在中央狭缝的每一端处在垂直地(或在X形图案的情况下，对角线地)远离中央狭缝、朝向开口的拐角的两个方向上切割，从而建立四个外围狭缝410，这些外围狭缝410与中央狭缝一起形成H形切口图案500。在一些实施方案中，中央狭缝然后可以以更大的插入深度被重新切割，例如在箔片的高度下方3mm处，而非原始1.5mm的切割深度。这在图6C中例示，图6C示出了在以增加的深度切割之后的中央狭缝402。

还如图6D中所示出的，在箔片中切割H形图案500可导致在箔片中建立两个翼片340，翼片340由于重力可能部分地向下倾斜到试剂储存器的开口中。然而，试剂储存器的开口可能仍不能从箔片上充分清理，因为翼片仍可能覆盖开口的大部分。同样地，还如图7所示出的，可以控制机器人臂，以使用例如图3A-图3C的打开工具200的钝头突出部280将两个翼片向下推动到试剂储存器中。出于该目的，机器人臂可以例如通过旋转打开工具200将钝头突出部适当地定位在试剂储存器300上方。然后可以通过钝头突出部280的至少一次向下推动290，并且在一些实施例中，通过钝头突出部280的多次向下推动290将翼片向下推动到试剂储存器300的开口中。这种推动可以例如涉及钝头突出部280移动超过箔片的高度，但保持远离包含在试剂储存器中的液体试剂。

在图6A-图6D中描述的动作序列的替代方案中，还可以控制机器人臂首先朝向开口的外围切割垂直或对角的狭缝，例如，如图6B本身所例示的，然后才在箔片上切割连接外围狭缝的中央狭缝，例如，如图6A和6C本身所例示的。换句话说，可以切换动作的顺序。

在一些实施例中，为了进一步从箔片上清理试剂储存器300的开口，控制器可以被配置为控制机器人臂，以在沿着开口的长度的多个位置处将切入箔片中的翼片向下推动到试剂储存器300中，还如图7所例示的，通过不同的箭头290示出这些不同的位置，箭头290表示在这些位置的每一个位置处的向下推动。例如，钝头突出部280可以在以恒定间隔(例如每9mm)或以变化的间隔(例如，靠近试剂储存器的侧壁更密集)间隔开的位置处向下推动翼片。还如图7所示，控制器通常可以被配置为控制机器人臂向下推动两个翼片，其中钝头突出部被定向为使得钝头突出部的宽度与储存器开口的宽度平行对齐。

图8A-图8D进一步例示了通过钝头突出部来清理试剂储存器的开口，钝头突出部被用于将翼片向下推动到开口中并且随后沿着开口的长度移动钝头突出部，同时保持钝头突出部部分地插入开口中超过箔片的高度。即，如图8A中所示，机器人臂可以使用钝头突出部在沿中央狭缝的多个位置290处单独地向下推动翼片，每个位置在图8A中通过在相应位置的钝头突出部的虚线轮廓在视觉上表示。如图8B中所示，这可能导致翼片被向下推动到试剂储存器的开口中，从而在很大程度上从箔片320清理试剂储存器的开口。为了进一步清理开口，钝头突出部然后可以再次插入开口中超过箔片的高度并且沿着开口的长度移动292。这可以进一步将翼片推靠在试剂储存器的侧壁上，从而进一步清理试剂储存器的开口，还如图8D中在视觉上例示的。

应当领会，可以使用各种切口图案来在箔片中建立至少两个翼片。例如，切口图案可能导致多于两个翼片被切入箔片中，这可以通过以与参照图7-图8D所述类似的方式向下推动钝头突出部而清理箔片。例如，图9A示出了H形和X形切口图案之间的混合图案510，其在箔片中建立了两个较大的翼片和两个较小的翼片，而图9B示出了X形图案520，X形图案520在箔片中建立四个相似大小的翼片。作为另一个实施例，图9C示出了替代的H形图案530，其中在开口的相应端部创建两个附加的矩形翼片，而图9D示出了H形图案540，H形图案540在中央狭缝的中间处或附近具有横向切口，从而在箔片中建立四个类似大小的矩形翼片。

一般而言，控制器可以例如通过硬件设计或软件被配置为执行本说明书中描述的与机器人臂的控制有关的操作。控制器可以由外部计算机体现，例如，PC或膝上型电脑或工作站，其可以通过通信接口(诸如USB接口或任何其他串行或并行接口或本地网络接口或个人网络接口)连接到机器人液体处理仪器，机器人臂连接到该机器人液体处理仪器。在此，形容词“外部”可能指的是不是机器人液体处理仪器的一部分的控制器。在一些其他实施方案中，控制器可以由嵌入式计算机体现，该嵌入式计算机可以是机器人液体处理仪器的一部分。

一般而言，控制器可以包括一个或多个(微)处理器，其执行适当的软件，例如一个或多个基于x86或ARM的处理器(CPU)，但也可以包括此类处理器和/或其他类型的处理单元的组合或系统。实现控制器功能的软件可能已经存储在一个或多个相应的存储器中，例如，存储在诸如RAM之类的易失性存储器中或诸如闪存之类的非易失性存储器中。替代地，控制器的功能可以以可编程逻辑的形式实施，例如作为现场可编程门阵列(FPGA)。通常，控制器可以实施为一个电路或多个电路的组合。通常，控制器可以以分布式方式实施，例如分布在不同的服务器上或根据客户端-服务器模型分布。控制器也可以远程实施，例如，通过在一个或多个基于云的服务器上运行的控制软件。

应注意，在本说明书中，例如在任何权利要求中描述的任何计算机实施的方法，可以实施为软件、专用硬件或两者的组合。用于计算机的指令，例如可执行代码，可以存储在计算机可读介质上，例如以一系列机器可读物理标记的形式和/或作为具有不同电(例如磁)或光学特性或值的一系列元素。可执行代码可以以瞬时或非瞬时的方式存储。计算机可读介质的实施例包括存储器设备、光存储设备、集成电路等。

应注意，上文提及的实施方案例示本发明而非限制本发明，且本领域技术人员将能够设计许多替代实施方案。

在权利要求中，放置在括号内的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除在权利要求中陈述的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在元件列表或元件组之前的诸如“至少一个”之类的表达表示从元件的列表或组中选择所有或任何元件的子集。例如，表述“A、B和C中的至少一个”应理解为仅包括A、仅包括B、仅包括C、包括A和B两者、包括A和C两者、包括B和C两者或包括全部A、B和C。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实施。在列举了若干个装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由同一个硬件项来体现。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实并不指示这些措施的组合不能够被用来获益。

Claims

1.一种机器人液体处理系统(100)，包括：

-至少一个机器人臂(140)；

-一个控制器(180)，所述控制器被配置成控制机器人臂，以在机器人液体处理系统的工作空间中定位和操作所述机器人臂；

其中作为液体处理任务的一部分，所述控制器被配置为控制机器人臂打开试剂储存器(300)，其中所述试剂储存器具有由箔片(320)密封的开口，其中所述控制器被配置为通过控制机器人臂执行以下操作来控制机器人臂打开所述箔片：

-使用切割尖端在所述箔片中切割至少两个翼片(340)；

-使用钝头突出部将所述至少两个翼片向下推动(290)到试剂储存器中，从而清理试剂储存器的开口的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的机器人液体处理系统(100)，其中所述控制器(180)被配置为控制所述机器人臂(140)在所述箔片上切割H形图案或X形图案，以建立所述至少两个翼片(340)。

3.根据权利要求2所述的机器人液体处理系统(100)，其中所述控制器(180)被配置为通过控制机器人臂执行以下操作来控制机器人臂(140)在所述箔片上切割H形图案(500，510，530，540)或X形图案(520)：

-在所述箔片上切割(262)中央狭缝(400)，以及

4.根据权利要求3所述的机器人液体处理系统(100)，其中所述开口是具有宽度和长度的矩形开口，且其中所述控制器(180)被配置为控制机器人臂(140)以：

-沿着所述开口的长度居中地切割所述中央狭缝(400)；

5.根据权利要求4所述的机器人液体处理系统(100)，其中所述钝头突出部(280)的宽度跨越所述开口的宽度的至少75％，且其中所述控制器(180)被配置为控制机器人臂(140)向下推动(290)两个翼片(340)，其中所述钝头突出部被定向成使得所述钝头突出部的宽度与所述开口的宽度平行地对齐。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的机器人液体处理系统(100)，其中作为清理所述试剂储存器的开口的一部分，所述控制器(180)被配置为控制机器人臂(140)在沿着所述中央狭缝的多个位置处单独地向下推动(292)所述钝头突出部(280)。

7.根据权利要求6所述的机器人液体处理系统(100)，其中，在沿着所述中央狭缝的多个位置处单独地向下推动所述钝头突出部(280)之后，所述控制器(180)被配置为控制机器人臂以：

-将所述钝头突出部插入到所述开口中超过箔片的高度；以及

-沿着所述中央狭缝的长度移动(292)所述钝头突出部。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人液体处理系统(100)，其中所述控制器(180)被配置为通过控制机器人臂(140)执行以下操作而在所述箔片(320)上切割至少两个翼片(340)：

-用切割尖端(260)在进入位置处刺穿所述箔片；以及

-从进入位置横向地移动(262)所述切割尖端，其中所述切割尖端以超过箔片的高度的第一深度插入到所述开口中。

9.根据权利要求8所述的机器人液体处理系统(100)，其中，在以第一深度沿着切割路径横向地移动(262)所述切割尖端(260)之后，所述控制器(180)被配置为控制机器人臂(140)以：

10.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人液体处理系统(100)，其中所述试剂储存器是矩形形状的试剂槽。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人液体处理系统(100)，其中所述控制器(180)被配置为控制机器人臂(140)以：

-拾取打开工具(200)，其中所述打开工具包括切割尖端(260)和钝头突出部(280)；

-使用所述打开工具的切割尖端在所述箔片(320)中创建至少两个翼片(340)；以及

-使用所述打开工具的钝头突出部清理所述试剂储存器(300)的开口的至少一部分。

12.根据权利要求11所述的机器人液体处理系统(100)，其中所述打开工具(200)具有两个相对表面(220，222)，通过所述相对表面能够夹持和拾取打开工具，其中机器人臂(140)被布置成安装一对夹具(262)，以在机器人液体处理系统的工作空间(120)中拾取和放置物体，且其中所述控制器(180)被配置为通过在两个相对表面处用该对夹具夹持打开工具来控制机器人臂拾取所述打开工具。

13.一种成套部件，其包括根据权利要求11或12所述的机器人液体处理系统(100)和打开工具(200)。

14.一种用于打开试剂储存器(300)的打开工具(200)，其中所述试剂储存器具有一个由箔片(320)密封的开口，所述打开工具包括：

-具有细长形状的主体，该细长形状在该细长形状的每个相应端部处都具有表面(220，222)以提供两个相对表面，在所述两个相对表面处打开工具被横向地夹持和拾取；

-一个细长表面(240)，所述细长表面沿着所述主体的长度延伸，其中所述细长表面包括：

-在所述细长表面的一个端部处，用于刺穿和切割所述试剂储存器的箔片的切割尖端(260)；以及

-在所述细长表面的相对端部处，用于将切入箔片中的翼片向下推动到试剂储存器的开口中的钝头突出部(280)，其中所述钝头突出部相对于所述切割尖端是钝头的。

15.根据权利要求14所述的打开工具(200)，其中细长的主体在细长形状的每个相应端部处包括相应的凹部(210，212)，其中所述凹部提供待被夹持的相对表面。

16.根据权利要求14或15所述的打开工具(200)，其中所述切割尖端(260)具有棱锥形状，所述棱锥形状具有远离所述细长表面突出的顶点。

17.根据权利要求14或15所述的打开工具(200)，其中所述切割尖端(260)由玻璃纤维增强热塑性塑料制成，诸如玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK)。

18.一种用于控制机器人液体处理系统的机器人臂的计算机实施的方法，该方法包括控制机器人臂打开试剂储存器，其中所述试剂储存器具有一个由箔片密封的开口，其中该方法包括通过控制机器人臂执行以下操作来控制机器人臂打开箔片：

-使用切割尖端在箔片中切割至少两个翼片；

19.一种计算机可读介质，包括表示计算机程序的瞬时或非瞬时数据，所述计算机程序包括用于使处理器系统执行根据权利要求18所述的方法的指令。