CN118202430A - 自动化轨道系统的电磁pcb支路拓扑 - Google Patents

Abstract

一种液体处置器系统中的器皿输送系统包括器皿移动器，所述器皿移动器使用磁性基座输送样本器皿。轨道使用沿着输送路径布置的多个多层印刷电路板(PCB)，来提供选择性磁场以沿着轨道推进每个器皿移动器的磁性基座。每个PCB在PCB的层内具有多个多层导电线圈，并且每个线圈具有彼此电耦合以形成多层线圈的多个单层螺旋。处理器被配置成控制向多个多层线圈选择性地施加电流以产生选择性磁场。至少子集的多层导电线圈相对于彼此堆叠在轨道表面下方，使得电流的选择性施加选择沿着轨道的多个分支路径中的一个分支路径。

Description

自动化轨道系统的电磁PCB支路拓扑

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年11月5日提交的名称为“ELECTROMAGNETIC PMLSM PCBACTUATOR TOPLOGIES FOR AUTOMATION TRACK SYSTEMS”的美国临时专利申请第63/276,443号的权益，特此通过引用在其整体上并入该专利申请的公开内容以用于所有目的。

背景技术

液体处置器是机器人系统，其被设计用于分配和处理选定数量的试剂、样本或其他液体。一些液体处置器附加地适于使用例如免疫测定和/或临床化学技术来分析样本。这种类型的液体处置器可以被称为“分析器”或“分析器系统”。一些液体处置器可以包括多个模块(也称为站)和在各种模块之间移动样本的输送系统。非常希望液体处置器输送系统以平滑的方式移动样本容器，避免导致样本容器相互碰撞，并且以其他方式防止液体在输送期间从它们的容器中溢出。特别是，液体溢出会浪费试剂和/或样本(这可能会潜在地影响正在执行的任何测试的完整性),并且如果溢出发生在轨道上，还可能会造成阻碍，该阻碍对后续样本容器的移动可能造成不利损害。

液体处置器通常用于体外诊断(IVD)应用。IVD允许实验室基于对患者体液样本执行的分析来帮助诊断疾病。IVD包括与患者诊断和治疗相关的各种类型的分析测试和化验，其可以通过分析取自患者体液或脓肿的液体样本来执行。这些化验通常用自动临床化学分析器进行，包含患者样本的体液容器(例如试管或小瓶)已经装载在该分析器上。分析器从小瓶中提取液体样本，并将样本与特殊反应透明容器或试管(通常称为反应器皿)中的各种试剂混合。在一些常规系统中，针对分析器使用模块化方法。实验室自动化系统可以在一个样本处理模块(模块)和另一个模块之间传送样本。模块可以包括一个或多个站，包括样本处置站和分析器模块/测试站(例如，可以专门用于某些类型的化验的单元)，或者可以以其他方式向较大的分析器提供测试服务，该较大的分析器可以包括免疫测定(IA)和临床化学(CC)站，或者IVD工艺流程中的任何其他元件，例如离心机、去盖器、冷藏装置、密封器/去密封器和样本完整性站。一些传统的IVD自动化轨道系统包括设计用于将样本从一个完全独立的模块输送到另一个独立模块的系统。这允许在两个不同的站/模块中专门进行不同类型的测试，或者允许链接两个冗余站以增加可用的样本吞吐量的量。然而，这些实验室自动化系统通常是多站分析器的瓶颈。相对而言，传统的实验室自动化系统缺乏很大程度的智能或自主性，无法允许样本在站之间独立移动。此外，由于实验室自动化系统的规模和复杂性，它们可能非常昂贵。

常规的液体处置器系统跟踪器皿移动器和由此通过轨道系统运载的液体样本，所述轨道系统使用机械传送器系统(例如，带)互连模块。最近，使用嵌入轨道表面的线圈来推进器皿移动器底座中的一个或多个磁体已经有了一些进展，器皿移动器中的线圈和磁体一起形成线性同步电机(LSM)。在LSM中，轨道中的线圈被选择性地激活，以选择性地向器皿移动器中的磁体施加磁场，使磁场与磁体的移动同步，从而引起沿着平面的移动。常规上，线圈由窄规格缠绕铜线制成。这种方法构造简单，但价格昂贵，尤其是当线圈数量增加以适应实验室自动化系统的大量路径和整体尺寸时。此外，线圈需要驱动电路，并且霍尔效应传感器需要放置在轨道表面附近，以检测磁体的移动。电路被构造在印刷电路板(PCB)上，该印刷电路板可能需要与线圈的线绕组的衬底分离，这需要额外的安装，增加了成本和复杂性。

由LSM中的卷绕线制成的线圈相对于PCB部件来说相对较厚，从而阻止了它们的堆叠。这意味着在自动化轨道的相交部处经常使用自定线圈形状，因为分叉路径的线圈必须并排放置在表面平面上，使得不同线圈形状的磁场不一致。图1中示出了示例性的现有技术线圈几何形状，包括不同尺寸和布置的缠绕线圈架。

例如，如图1所示，平行椭圆形线圈的线性布置允许产生LSM轨道的直道区段，而以弯道关系布置的相邻椭圆形线圈允许LSM轨道的弯道区段。线圈的同步激活产生了移动磁场，该磁场沿着线圈行移向/移离相邻线圈。虽然这种布置允许缠绕线圈在线性方向或弯道方向上有效地推进磁体，但是当轨道分叉时，例如在轨道区段2中，线圈生成的磁场变得更难管理且更不均匀。轨道区段是控制板，其上安装和封装了两组线圈，一组直道线圈4和一组弯道线圈6。通过同步激活这些线圈组，可以沿着选定的路径选择性地推进器皿移动器/载体底座中的磁体。然而，从直道线圈组4中可以看出，最靠近线圈组相交部的线圈较小，这可能会限制施加到轨道上的磁体的力，通常需要可机械切换的导向装置来辅助线性路径的转向。这是因为相对于线圈的宽度而言，线圈相当厚，因此缠绕的线圈不能容易堆叠。堆叠缠绕线圈将使底部线圈的顶面远离轨道表面，从而在轨道表面产生不均匀的发散磁场并降低耦合效率。

因此，需要改进线圈结构，超越现有的缠绕线圈，现有的缠绕线圈沿着LSM移动器系统的轨道安装并封装到控制板。

发明内容

本文描述了使用稀疏传感器组件跟踪液体处置器系统中的器皿移动器和/或由此运载的液体样本的系统和方法。

在一个实施例中，本公开涉及一种用于选择性地路由磁性器皿移动器的输送轨道，该输送轨道包括多个多层印刷电路板(PCB)和多个导电线圈，所述多个多层印刷电路板彼此相邻布置，使得每个PCB的表面提供磁性器皿移动器沿其行进的轨道表面，每个线圈形成在PCB之一内并且包括多个单层螺旋，所述多个单层螺旋以堆叠彼此电耦合以形成多层线圈。处理器被配置成控制向多个多层线圈选择性地施加电流以产生磁场来沿着轨道推进一个或多个磁性器皿移动器。多个导电线圈在每个PCB中彼此相邻布置，以创建至少一个连续路径供磁性器皿移动器沿着移动。

在一些实施例中，多个导电线圈中的每一个具有长轴和短轴，并且与短轴相交的每个线圈的边缘基本上平行于每个相邻线圈的边缘。在一些实施例中，处理器被配置为根据预定的运动简档控制电流的选择性施加，该运动简档设置最大加速度和最大速度中的至少一个以限制器皿溢出。在一些实施例中，多个导电线圈中的每一个包括至少十二个单层螺旋，并且每个螺旋包括至少十二匝。在一些实施例中，每个PCB在器皿移动器行进所沿的表面上具有低摩擦涂层。在一些实施例中，每个PCB具有安装在其上的多个霍尔效应传感器，这些霍尔效应传感器被配置成监控磁性器皿移动器沿着至少一个连续路径的运动。在一些实施例中，多个导电线圈的至少子集堆叠在至少一个PCB内，使得堆叠的导电线圈在至少一个连续路径中形成相交部。

在一个实施例中，本公开涉及液体处置器系统中的器皿输送系统，该器皿输送系统包括：一个或多个器皿移动器，被配置成输送样本器皿并且具有磁性基座；以及轨道，被配置成提供选择性磁场以推进每个器皿移动器的磁性基座，该轨道包括沿输送路径布置的多个多层印刷电路板(PCB)，每个PCB在PCB的层内具有多个多层导电线圈，每个线圈包括彼此电耦合以形成多层线圈的多个单层螺旋。处理器被配置成控制向多个多层线圈选择性地施加电流，以产生选择性磁场来沿着轨道推进一个或多个器皿移动器。

在一个实施例中，本公开涉及一种印刷电路板(PCB)，其包括顶面、顶面下方的多个交替的电介质和导电层、交替的电介质和导电层中的多个多层导电线圈(每个线圈包括在多个导电层中形成的多个螺旋以及每个相邻螺旋之间的电连接以形成螺旋堆叠)以及第一和第二定向线圈组。每组包括多层导电线圈的子集，这些多层导电线圈分别形成水平相邻线圈的第一和第二路径。每个路径为沿顶面激励的磁体提供了不同的可能运动方向。第一和第二定向线圈组的至少一些多层导电线圈在顶表面下重叠，形成第一和第二路径的相交部。多个多层导电线圈被配置成接收处理器控制的电流以产生移动磁场，从而沿着第一和第二路径选择性地推进磁体。

在一些实施例中，第一和第二路径在相交部处垂直。在一些实施例中，第一路径基本上笔直地前进穿过相交部，而第二路径以弧形转弯穿过相交部。在一些实施例中，第一和第二定向线圈组通过以下方式在顶表面下重叠：使用与第二组线圈的螺旋在不同层上的螺旋形成来自第一组线圈的线圈，使得第一组线圈位于顶面和第二组线圈之间。在一些实施例中，第一和第二定向线圈组通过以下方式在顶表面下重叠：使用与第二组线圈的螺旋在不同层上的螺旋形成来自第一组线圈的线圈，使得第一组线圈和第二组线圈中的线圈的螺旋交错。

在一个实施例中，本公开涉及液体处置器系统中的器皿输送系统，该器皿输送系统包括：一个或多个器皿移动器，被配置为输送样本器皿并具有磁性基座；以及轨道，被配置为提供选择性磁场以沿着轨道推进每个器皿移动器的磁性基座，其中轨道包括沿着输送路径布置的多个多层印刷电路板(PCB)，并且每个PCB在PCB的层内具有多个多层导电线圈，并且每个线圈包括彼此电耦合以形成多层线圈的多个单层螺旋。处理器被配置成控制向多个多层线圈选择性地施加电流以产生选择性磁场。至少子集的多个多层导电线圈相对于彼此堆叠在轨道表面下方，使得电流的选择性施加选择沿着轨道的多个分支路径中的一个分支路径。

附图说明

并入在说明书中并形成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并与书面描述一起用于解释本发明的原理、特性和特征。在附图中：

图1是现有技术缠绕线圈轨道的俯视图；

图2A是根据本公开的至少一个方面的示例性样本处置模块的自顶向下视图；

图2B是根据本公开的至少一个方面的示例性样本处置模块的透视图；

图3是根据本公开的至少一个方面的示例性整体模块化自动化轨道系统的示意视图；

图4是根据本公开的至少一个方面的示例性自动化轨道系统的透视图；

图5是根据本公开的至少一个方面的示例性自动化轨道系统的透视图；

图6是根据本公开的至少一个方面的示例性自动化轨道系统的横截面视图；

图7是根据本公开的至少一个方面的示例性自动化轨道系统的自顶向下视图；

图8是根据本公开的至少一个方面的液体处置器系统的轨道段的图；

图9是根据本公开的至少一个方面的器皿移动器致动器的图；

图10是根据本公开的至少一个方面的包括器皿轨道系统的液体处置器系统的图；

图11是根据本公开的至少一个方面的PCB线圈的俯视图；

图12是根据本公开的至少一个方面的PCB线圈的横截面视图；

图13是根据本公开的至少一个方面的PCB线圈轨道的俯视图；

图14A是根据本公开的至少一个方面的PCB线圈轨道相交部的俯视图；

图14B是根据本公开的至少一个方面的PCB线圈相交部的横截面视图；

图14C是根据本公开的至少一个方面的PCB线圈相交部的横截面视图；

图14D是根据本公开的至少一个方面的PCB线圈轨道相交部的自顶向下x射线视图；

图15A-C是根据本公开的至少一个方面的穿越PCB线圈轨道相交部的示例性器皿移动器的俯视图；

图16是根据本公开的至少一个方面的PCB线圈轨道相交部的俯视图；

图17A是根据本公开的至少一个方面的具有线圈轨道的PCB的俯视图；和

图17B是根据本公开的至少一个方面的具有线圈轨道相交部的PCB的俯视图。

具体实施方式

本公开不限于所描述的特定系统、设备和方法，因为这些可以变化。说明书中使用的术语仅用于描述特定版本或实施例的目的，并不旨在限制范围。

如本文所使用的，术语“算法”、“系统”、“模块”、“引擎”或“架构”如果在本文使用，并不旨在限制用于完成和/或执行可归因于其和/或由其执行的动作、步骤、过程等的任何特定实现。算法、系统、模块、引擎和/或架构可以是但不限于执行指定功能的软件、硬件和/或固件或其任意组合，包括但不限于结合加载或存储在机器可读存储器中并由处理器执行的适当软件的通用和/或专用处理器的任意使用。此外，除非另有指定，否则与特定算法、系统、模块和/或引擎相关联的任何名称都是为了方便引用的目的，并不旨在限制特定实现。此外，归属于算法、系统、模块、引擎和/或架构的任何功能可以由多个算法、系统、模块、引擎和/或架构同等地执行，所述功能被并入相同或不同类型的另一算法、系统、模块、引擎和/或架构的功能中和/或与所述另一算法、系统、模块、引擎和/或架构的功能相组合，或者分布在各种配置的一个或多个算法、系统、模块、引擎和/或架构上。

自动液体处置器系统

液体处置器或液体处置机器人系统，设计用于分配和处理任何类型的液体，包括试剂和患者样本。液体处置器特别适于将生命科学实验室(诸如临床实验室或研究实验室)中的工作流程自动化。一些可被称为“分析器”或“分析器系统”的液体处置器附加地适于使用例如免疫测定和/或临床化学技术对样本进行处理和执行测试。

液体处置器可以包括自动化系统，或者与液体处置器集成或者作为耦合到液体处置器的模块。一些液体处置器系统可以包括多个适于执行不同任务或测试的模块或站。在这些实施例中，自动化系统可以包括输送系统，该输送系统适于在各种模块或站之间输送样本和/或试剂的容器。如上所述，输送系统可以包括基于摩擦的移动系统、传送带和磁驱动移动系统。自动化系统可以进一步包括用于检测与容器或输送系统的其他方面相关联的参数的传感器组件和被配置为相应地控制容器移动的控制系统。

在一些实施例中，液体处置器系统可以利用模块化系统，该模块化系统包括自动临床化学分析器模块和自动免疫测定分析器模块，具有将患者样本输送到执行体外诊断化验分析的分析器模块和从分析器模块输送患者样本的样本装载能力。该系统可通过多种模块配置进行扩展，满足客户每年从少量到非常大量/超大型细分市场的吞吐量需求(即每年500,000至500万或更多次测试)。

在一些实施例中，自动化系统可以被描述为管理样本处理的过程控制管理器(PCM)。这包括提供进入和离开系统的样本的输入和输出，在等待处理时临时存储样本，调度样本在附接到PCM的各种分析器处进行处理，促进样本在整个自动化轨道上的移动(包括在自动化轨道上和下)，以及在一些实施例中维护自动化系统。在各种实施例中，PCM可以包括各种不同的模块，包括采样器处置器和器皿移动器。

样本处置器为用户提供了一种在系统上装载和卸载常规样本、STAT样本和质控品/校准品小瓶的手段。在样本处置器中，机器人子系统负责在其他子系统和模块(包括样本I/O(抽屉托盘)、质控品存储装置和器皿移动器)之间移动这些试管。

器皿移动器子系统处置这种材料分配。正常条件下，实验室技术人员从不直接操作器皿移动器轨道。器皿移动器管理移动样本或试剂的自动化轨道上的载体，每个载体具有专用类型的保持器。在一些实施例中，液体处置器系统可以包括试剂载体，该试剂载体被配置成接受试剂托架并通过自动化轨道将试剂托架输送到一个或多个分析器模块可访问的位置。在一些实施例中，试剂载体可以适于处置来自免疫测定模块和临床化学模块二者的试剂。

图2A示出了可用于一些实施例的示例性样本处置器10的自顶向下视图。在该图中，样本处置器10被取向为使得正面(即操作者与之交互的面)位于页面的底部，而自动化轨道的背面位于页面的顶部。样本处置器10包括机器人/轨道接口处的试管表征站12。当试管被放置在轨道14上的载体上时，试管表征站12表征试管和载体。这允许确定关于放置在每个载体中的试管的身份以及每个试管的物理状况(例如，试管的尺寸、液位、是否有试管顶部杯等)的信息。邻近试管表征站12的是质控品/校准品存储区域14。这允许在轨道附近长期冷藏存储质控液和校准液，从而允许轻松地将这些液体放入轨道上的载体中，以移动到分析器中的相关位置。存储装置16的位置还允许输入/输出抽屉18放置在样本处置器10的正面。在这个示例中，有四个相邻的抽屉18可以单独打开和拉出。

机器人臂20可以在两个维度上移动，以拾取抽屉18中的任何试管，并将那些试管移至和移出存储装置16和轨道14上的载体。机器人臂20可以通过以下方式来定位：将台架从样本处置器10的正面移动到背面，同时托架沿着台架从一侧移动到另一侧。然后，可以垂直移动相对的末端操作器，向下伸出以拾取试管，当末端操作器正确定位以接合试管时，关闭末端操作器。

为了帮助机器人臂20成功地接合每个试管，抽屉视觉系统22被放置在抽屉上方抽屉的开口处。当托盘移动通过抽屉视觉系统时，这允许拍摄一系列图像，俯视托盘中的试管。通过选通一系列相机，可以在缓冲器中捕获多个图像，其中每个试管出现在多个图像中。然后可以对这些图像进行分析，以确定每个试管的物理特性。例如，可以确定每个管的直径和高度。类似地，可以快速确定每个样本的加盖或未加盖状态。此外，可以确定是否存在管顶杯(放置在试管顶部的小塑料井，以允许试管输送小得多的体积但更大深度的样本，以允许更容易地进行抽吸)。类似地，任何盖的特性可以通过图像来确定。这可以包括盖上的某些颜色标记，以将给定样本标识为高优先级(STAT)样本。

模块管理器PC可以利用该信息来调度样本从抽屉18中的每个托盘移动到轨道14上的载体中。模块管理器PC还可以指示机器人臂20如何与每个试管交互，包括在接合之前标识末端操作器的适当高度，以及当接合末端操作器时标识适当的力或距离以适应多种直径的试管。

图2B是样本处置器10的透视图。在这个示例中，轨道14大致平行于抽屉18的正面，而冷藏存储装置16是抽屉18和轨道14之间的大的物理物体。同时，机器人臂20在支架上移动，远高于抽屉18和冷藏存储装置16的高度。在一些实施例中，样本处置器10可以包括试管表征站12和抽屉视觉系统22；然而，在图2的视图中省略了这些站，以便允许更好地理解样本处置器10的内部。

图3示出了PCM的器皿移动器部件，其将样本从输入区域移动到分析器模块，帮助在分析器内处置那些样本，并将处理后的样本返回到样本处置器的输出区域。多模块分析器系统30包括多个互连的模块。在这个示例中，系统30包括多个样本处置器10。通过使用多个样本处置器，可以在系统中放置更多的样本托盘，从而允许在移位开始时启动更大的批次。此外，这允许将两倍的样本放在轨道上和从轨道上取下。这意味着，对于具有可以并行操作的多个分析器模块的较大系统，输入/输出吞吐量可以匹配并行分析器的分析吞吐量。例如，如果分析器模块每小时可以处置500个样本，并且使用三个分析器模块，则供给这些模块的输入/输出需求可能高达每小时1500个样本。在一些实施例中，单个样本处置器可能不能处置这种需求，需要增加多个样本处置器来跟上分析器模块的输入/输出需求。

此外，在一些实施例中，样本处置器之一可以被设置为用作输入，而另一个样本处置器可以被设置为输出。通过使用模块化方法，可以使用单个样本处置器10，但是对于更大的系统，可以使用两个或更多个样本处置器。

在示例性系统30中，使用了两个分析器模块。分析器模块32是免疫测定(IA)分析器。分析器模块34是临床化学(CC)分析器。这两个分析器模块执行不同的化验，测试患者样本的不同特性。

轨道14是多分支轨道，其形成了器皿移动器系统的核心。可以看出，轨道14包括分支和长度，这些分支和长度被集成提供到样本处置器10和分析器模块32和34。将参照图5和6解释各个分支的功能。除了由这些模块提供的轨道段之外，附加模块38、40和42提供短的专用轨道区段，这些轨道区段可以用栓接到由其他模块提供的轨道部分。轨道模块36、38、40和42提供动力轨道段，而不需要与样本处置器模块或分析器模块相关的额外硬件。尽管模块10、32和34可以是从实验室地板延伸到轨道14的高度及以上的完整机柜，但是轨道段模块36、38、40和42可以是从其他模块的机柜延伸的螺栓连接段，而不需要地板长度的支架。图3中的每个模块可以利用调平硬件以模块化方式栓接在一起，使得相邻模块之间的每个轨道段形成用于载体穿越器皿移动器系统的几乎无缝的轨道。

在示例性系统30中，可以看出，分析器模块32的轨道区段44可能需要从分析器模块34的对应区段改变。在一些实施例中，当从工厂装运分析器模块的轨道段时，分析器模块的轨道段与分析器模块34中所示的配置相同。这允许多个分析器串联放置，简单地将它们各自的轨道段栓接在一起，形成长链。在一些实施例中，在样本处置器模块的后轨道部分和分析器模块之间存在偏移的情况下，如系统30所示，可能需要S形弯曲以允许载体从分析器模块的后轨道区段移动到样本处置器模块的后轨道区段。在这个示例中，这个S形弯曲是通过栓接轨道区段42和区域44中改变的轨道段来提供的。因此，应该理解的是，分析器模块内的轨道段虽然是那些模块的组成部分，但是可以在安装时被广泛地修改，从而允许分析器模块内的轨道段的多种配置。然而，应该理解的是，这些轨道段仍然是那些分析器模块的重要组成部分。在一些实施例中，分析器模块32和34的背面与样本处置器10的背面齐平，完全消除了改变轨道段44和区段42的需要。

轨道段38和40是U形轨道段，其提供前轨道段和后轨道段之间的返回，允许运输在轨道14周围移动，而不穿越样本处置器或分析器模块内的内部弦段。这允许轨道14形成外环路，主要运输沿着分析器模块的周边移动。同时，内部轨道区段绕过主环路，在每个分析器模块的两侧(从前到后)之间提供直接路径，所述直接路径作为本地运输的路线。这些弦段也可以称为内部段/轨道区段、旁路段/轨道区段，或者在某些情况下，称为局部轨道区段。这些弦段绕过外环路以提供对移液管的访问。这允许与每个样本处置器或分析器模块相关的小的物理队列利用那些内部弦段，而不阻塞轨道14的整体流动。

专用轨道段模块36促进样本返回和轨道14内的分支，以允许PCM的中央计算机系统以灵活的方式指引运输。外侧轨道部分为样本提供了从样本处置器模块10移动到分析器模块32的轨道段(反之亦然)的方式。同时，轨道段模块36的内弦提供了分支，由此样本可以从分析器32移动到分析器34(以逆时针方式)，而不会移动到样本处置器模块10中。这促进在单个样本试管上进行多次测试，允许样本试管在分析器模块之间自由移动，而不管它们如何布置在系统30的右手侧。这使得PCM调度软件在分析器模块内的样本排序测试方面具有灵活性，而不会增加与样本处置相关的轨道段上的运输。轨道段36通过在区段36(以及在一些实施例中的区段42)内提供分支环路，在源和宿(例如，样本处置器模块10)和处理器(例如，分析器模块32和34)之间提供边界。该回路允许样本载体在源、宿和处理器之间移动，包括允许样本循环而不返回到源和宿。

图3中未示出包括系统仪器管理器软件部件的中央计算机。仪器管理器软件合并来自低级模块(例如样本处置器10和分析器模块32和34)的信息，以将该信息呈现给操作者。仪器管理器通过系统内的网络(例如内部以太网)从其他模块接收信息。可以在模块和中央计算机之间异步地请求和提供信息。中央计算机还可以在LIS和器皿移动器系统之间工作，以调度样本及其在系统内的移动。中央计算机还可以在器皿移动器系统和各个模块之间工作，以移交对样本的控制，并在样本到达某个位置时发起对样本的测试。

关于体外诊断系统的附加信息可以在美国专利申请第16/319,306号中找到，该申请公布为美国专利申请公开第2019/0277869A1号，其标题为“AUTOMATED CLINICALANALYZER SYSTEM AND METHOD”、于2019年1月18日提交，特此通过引用将该申请在其整体上并入本文。

基于PCB的自动化轨道配置

各种液体处置器可以包括各种不同的输送系统，包括电磁驱动系统、基于摩擦的轨道系统或传送带。例如，一些液体处置器包括具有多个同步控制的电磁线圈的轨道。在这种情况下，器皿移动器通常包括永磁体阵列，其磁场与轨道上的电磁线圈阵列生成的磁场相互作用。在这些分析器系统中，自动化轨道被配置为通过同步控制的电磁线圈移动样本载体，该电磁线圈沿着分析器系统的轨道区段推进样本载体。然而，常规的电磁驱动输送系统使用金属衬底用于自动化轨道。如上所总体讨论的，金属衬底有几个缺点，包括成本和重量。因此，本文描述的输送系统的实施例包括用于自动化轨道的基于PCB的衬底。在这些实施例中，每个轨道段可以包括一个或多个具有线圈阵列的PCB，所述线圈阵列被配置成电磁致动器皿移动器以沿其输送器皿移动器。

在一些实施例中，轨道区段被分成多个线圈板。现有技术的线圈板包括可以安装到轨道的PCB衬底的线性线圈阵列。在一些实施例中，线圈形成在PCB本身的铜层中。对于轨道的直道区段，每个线圈板是直的，而在拐角或弯道中，线圈板包括适当布置的线圈以匹配弯道。在一些实施例中，线圈板由主板和节点控制器控制。在一些实施例中，每个主板可以控制多达八个不同的线圈板。同时，节点控制器是集中式的。单个节点控制器可以控制整个器皿移动器轨道。在一些实施例中，多个分布式节点控制器可用于可扩展性。例如，在轨道延伸几米的较大系统中，可以使用多个节点控制器，并且当载体穿越轨道网络的不同区域时，可以移交对载体的控制。在一些实施例中，主板的部件可以直接集成到线圈板中，允许在同一电路板上包括控制和驱动器以及磁线圈。

图4示出了轨道系统160的透视图。轨道系统160被配置成具有单个样本处置器单元和两个分析器模块。图5示出了位于完全运行的分析器系统162中的轨道系统160，分析器系统162包括样本处置器模块10和两个分析器模块32和34。可以看出，轨道系统160容纳在模块本身内，使得操作者不容易接触到轨道。然而，轨道160和分析器系统162利用模块化设计，由此轨道部件驻留在每个模块内，并且每个模块可以容易地链接在一起，以通过将相邻模块放置在附近并链接它们来连结轨道段。轨道160上方的盖子可以在安装或维修期间移除，以促进轨道的链接。在一些实施例中，通过将模块彼此相邻放置并将每个模块的轨道区段栓接在一起形成单个多分支轨道系统，例如轨道160，来扩展轨道区段。信令电缆可以菊花链式连接在一起，以便于扩展控制。

图6示出了轨道区段170的实施例的横截面视图。轨道区段170可以是轨道160中使用的轨道区段。在该实施例中，载体骑在轨道表面174上的导轨172之间。在一些实施例中，导轨172是铝挤压件，其还包括位于轨道表面174下方的轨道部件外部的垂直侧面。这些铝挤压件可以包括托座，以容易地将内部部件栓接到这些侧件，从而形成轨道单元。在本文描述的实施例中，轨道表面174是PCB。在各种实施例中，PCB轨道表面174可以包括一个或多个涂层或其他部件。基板176位于导轨172的侧面部件的底部。基板176可以安装到包含轨道区段170的模块，并为轨道系统提供支撑。

一系列线圈180驻留在轨道表面174下方。轨道区段170的纵向方向进入页面；当你沿着轨道区段170行进时，你会遇到附加的线圈180。在现有技术版本中，线圈180是安装到线圈板182的绕线筒线圈。它们是横向长方形的，以允许在轨道的纵向方向上有更大的线圈密度。在一些实施例中，线圈板182是在纵向上包括几个线圈180的印刷电路板(PCB)。在一些实施例中，线圈180不是缠绕线圈，而是如全文所解释的那样，它们本身印刷在多层PCB中，使得线圈板182和线圈180比它们在图6中出现的薄得多。此外，在一些实施例中，线圈180可以直接印刷在线圈板182的层中，使得板182和线圈180成为一个整体实体，使得组合甚至更薄。因此，图6仅仅是说明性的，并不旨在一定要示出比例。

示例性线圈板的长度为250mm，容纳250mm轨道所需的所有线圈180。因此，典型的轨道区段将具有几个线圈板182，包括几十个线圈板182以构成整个轨道系统。在一些实施例中，线圈板182接收控制信号以指示应用于沿着该线圈板行进的载体和24VDC电源的轨迹。在一些实施例中，PCB线圈板本身形成轨道(行驶)表面。线圈板182包括线圈180、驱动那些线圈的电机驱动器以及一个或多个传感器，该传感器通过检测载体的磁体来检测在线圈板上方穿越轨道表面的载体的存在。这些传感器可以包括霍尔效应传感器，以检测沿着线圈板行进的载体的存在和位置。因此，可以有比线圈更多的传感器，从而允许精确分辨穿越轨道表面174的载体的位置。此外，RFID接收器可用于接收标识沿轨道表面行进的载体的RFID信号。在一些实施例中，霍尔效应传感器可以检测每个载体独有的磁性特征，以磁性地确定载体的身份。例如，穿越霍尔效应传感器阵列的载体可以在制造时被表征，以基于当载体中的磁体在该阵列上行进时霍尔效应或传感器阵列检测到的上升时间和信号伪影来标识该载体的独有特征。在一些实施例中，比主驱动磁体小的磁体可以放置在载体的底部，以在制造时有意地为每个载体创建独有的特征。该磁性特征可以与器皿移动器系统的软件中每个载体的身份相关。在美国专利第9,346,371号中描述了一种利用缠绕线圈的示例性线性同步电机驱动系统。本文描述的实施例通过利用直接在多层PCB内创建的线圈来改进该示例性设计。

图7示出了示例性轨道系统160的俯视图，其中标识了各个轨道区段。通常有四种类型的轨道区段，它们组成轨道系统160的模块化设计。使用缠绕线圈的这些轨道模块的示例性现有技术版本在图1中示出，其示出了现有技术中使用的线圈拓扑。如本文所述，这些轨道区段类型中的每一种也可以使用PCB印刷线圈来创建。切换段184是轨道中分支的示例。在该示例中，用于切换段184的轨道表面通常为T形，具有圆形内边缘。在一些实施例中，切换段184的导轨包括一个直导轨(T的顶部)、一个弧形导轨(T的一个内角)和一个包括切换机构的弧形定稿(T的另一个内角)。该切换机构是可移动的导轨部件，其可以转动预定的度数以充当切换件(例如，20-30度，取决于几何形状)。在导轨部件的一侧，它充当直导轨。在导轨部件的另一侧，导轨自身呈现为形成转弯外角的弧形导轨。通过切换可移动导轨部件，该可移动导轨部件可以提供转弯的外侧或者简单的直道导轨。因此，移动部件提供了双切换，由此切换段184取决于控制信号将其自身呈现为转弯或直道。这可用于基于切换段的状态转向各个载体。应该注意的是，虽然轨道可以是双向的，但是T形的仅一端可以连接到T形的中心部分以形成转弯。因此，虽然切换段184可以具有三个端口，但是本质上，一个端口可以被切换到另外两个端口中的任何一个，但是这两个端口不能连结在一起。

应当注意，在该示例中，切换段184限于T形相交部，因为由于使用了缠绕线圈，它们使用了类似于图1中轨道区段2所示的线圈拓扑。如下所解释的，当使用嵌入PCB的线圈时，4向垂直相交部是可能的，如图14A所示，因为这种设计允许线圈堆叠或交错。在一些实施例中，使用堆叠或交错的嵌入PCB的线圈来实现3向非垂直相交部。

一种简单类型的轨道区段是直道，例如外侧直道186或内侧直道188。直道186和188的基本部件是轨道表面和导轨，一系列线圈板沿着该直道的方向提供线性动力。直道186和188在图7中被分开标识，因为在一些实施例中，内侧直道188可以在本地模块的控制下操作，而不是在控制整个轨道160的器皿移动器控制器的控制下操作。这允许每个本地模块独立地操作轨道区段188来充当本地随机访问队列。在将载体从切换段184移动到本地内侧直道188之后，器皿移动器控制器可以将控制移交给本地模块。类似地，当本地模块已经完成对驻留在内侧直道188上的样本的吸取时，该模块可以将样本载体移动到切换段184中，并将控制移交给器皿移动器控制器。在一些实施例中，内侧轨道区段188仍然在控制整个轨道系统160的器皿移动器控制器的控制下操作。为了控制内侧直道188的本地队列，本地模块可以直接与器皿移动器控制器通信，以请求载体在轨道区段188内移动。这允许本地模块通过使用确认通信系统的请求来表明对其队列中的载体的控制，允许器皿移动器控制器具有移动各个载体和操作轨道系统160的专长。

第四种类型的轨道段是弯道轨道段190。弯道轨道段190提供具有预定半径的90°弯曲(或其他角度弯曲)。该半径优选地与当切换轨道段184被切换成弯道时在转弯中使用的半径相同。半径的选择是为了最小化弯道的空间影响，同时允许载体在弯道周围快速移动，而不会遇到剧烈的横向力。因此，自动化轨道160的空间要求和速度要求可以决定弯道段190的半径。

在电学上，弯道段190基本上与直道段186和188相同。这些段中的每一个包括多个线圈，这些线圈被依次激活，以与载体底部的磁体结合提供线性电机。每个线圈被激活以在放置在每个载体底部的驱动磁体上提供推力或拉力。依次激活线圈的速度决定了该轨道区段上载体的速度。此外，通过激活预定位置的线圈，载体可以高分辨率地移动到一个位置并停止在该预定位置。

图8示出了自动化轨道系统200的轨道段201的说明性实施例，例如图4-7所示的轨道系统160。如上总体所述，自动化轨道系统200被配置成支撑一个或多个器皿移动器202(也称为“载体”或“样本载体”)，其被配置成在其中接收器皿204。轨道段201可以包括滑行表面206，该滑行表面206是轨道段201的上表面，该上表面在其上支撑器皿移动器202，并且器皿移动器202沿着该上表面在自动化轨道系统200的模块或部件之间输送。在一些实施例中，滑行表面206可以包括活动区域207，器皿移动器202旨在沿着该活动区域207移动。如所示，活动区域207是对应于嵌入在表面206中或表面206下方的线圈的区域。活动区域207通常可以对应于滑行表面206的中间部分，并且区域207的相对宽度(由线圈限定)是受移动器202中磁体的放置影响的设计选择。如上所述，如果任何液体污染物存在于活动区域207上，它们可能负面影响或以其他方式损害器皿移动器202的移动。在一些实施例中，轨道段201可以包括PCB衬底，如全文总体所述。可选地，引导导轨211可以用于帮助限制移动器202相对于轨道和活动区域207的横向放置。

此外，如图9所示，轨道系统200可以包括与每个轨道段201相关联的一个或多个线圈阵列208。线圈阵列208可以被配置成生成磁场，该磁场与位于器皿移动器202的基座内的磁体203相互作用。线圈阵列208和器皿移动器磁体203可以共同限定线性机电致动器。通过同步控制线圈阵列208，轨道系统200可以推进器皿移动器202(以及因此，推进包含由此保持的任何样本或其他液体的器皿204)跨过轨道段201到达液体处置器系统的期望模块或其他部件。

关于用于液体处置器的输送系统的附加信息可以在美国专利申请第16/319,306号中找到，通过以上引用并入该申请。

如上总体所述和如图10所示，液体处置器系统250可以包括被配置为处理液体样本的一个或多个模块252、互连各种模块252的轨道系统200、接收液体样本并沿着轨道系统200在各种模块252之间输送液体样本的器皿移动器202、以及与轨道系统200相关联的线圈阵列340，该线圈阵列340被配置为沿着轨道系统200驱动器皿移动器202。液体处置器系统250还可以包括轨道系统258，该轨道系统258被配置成监控器皿移动器202沿着轨道系统200的位置，并相应地控制器皿移动器202的移动和/或路由。轨道系统258还可以包括控制系统254和传感器组件256(例如，一个或多个霍尔效应传感器)，该传感器组件256与轨道系统200相关联并且被配置成检测沿着其的器皿移动器202。控制系统254可以与线圈阵列340耦合，并且被配置为控制线圈阵列340，以便控制器皿移动器202沿着轨道系统200的移动和路由，这又允许器皿移动器202根据由液体处置器系统250处理的液体样本的类型以特定顺序和特定定时在模块252之间输送液体样本。控制系统254可以包括能够执行所述功能的硬件、软件、固件或其任意组合。在图示的实施例中，控制系统254包括耦合到存储指令的存储器262的处理器260，当由处理器260执行时，该指令使得控制系统254执行所描述的过程、步骤和/或功能。控制系统254包括混合移动控制架构，该架构是电路和/或相关控制软件，其监控诸如RFID特征和霍尔效应传感器之类的器皿移动器的活动，并且控制同步电流到LSM轨道中的相关线圈的选择性施加。这产生磁场以沿着轨道推进一个或多个磁性器皿移动器。这些电流的施加可以根据用于器皿移动器的软件定义的期望运动简档来完成，并且可以基于来自轨道中的霍尔效应传感器(或其他移动传感器，例如光学传感器)的实时反馈来适配，以根据期望的控制方案来移动器皿移动器。

PCB印刷线圈

现有的电磁致动器拓扑包括以弯曲形状缠绕在线轴上的导线的组合，然后通过包括接合臂和相关联电机的机械转向机构来增强该组合，以引导器皿移动器偏离线性路径。这些解决方案制造起来很麻烦，并且由于线圈缠绕过程以及组装和对准单独的电机段的能力而导致部件与部件之间效率低下。

相反，实施例利用PCB制造技术结合具有包含永磁体的主体的可移动器皿移动器/载体。由于PCB制造中可实现的特定物理特性结合应用所需的移动器和负载限制，耦合的电磁设备的产生是可能的。规定了用于将铜保持在层堆叠内的精心工作的特定布置，这产生了电阻、电感和互电容的精确关系，这通过设计产生了针对实验室自动化实体所需的特定运动特性而优化的因素之间的特定关系。

螺旋形成在许多PCB层上，这些PCB层通过穿过衬底层堆叠的通孔互连，以产生具有平衡铜损耗的热耗散与系统所需的标称和峰值推力的电属性的线圈。这些互连在某些情况下穿过整个衬底堆叠，而在其他情况下仅连接特定的层。螺旋的布置包括但不限于铜的宽度、与相邻载流导体的间隔、螺旋在层之间的精确移位、端帽之间铜的长度、螺旋堆叠中心的间隙和相邻螺旋之间的间隙以及其他设计人工因素，这些布置都是相互依赖的，并且作为多目标解决方案被优化。

PCB层堆叠中每层上的螺旋布置产生了多组线圈，这些线圈使得能够在不同方向的轴上产生电磁力。随着线圈层的协调切换，耦合的磁移动器然后可以在相对于物理PCB的不同移动轴上被激励。运动可以沿着、跨过或结合PCB衬底的一个以上的轴。此外，可以通过指定的运动来实现行进路径之间的更高级别的路由，所述运动例如在线性行进的终点处执行90度转弯、在行进的垂直车道上进行四向转向、或者在没有任何机械辅助设备的情况下继续线性路径。

本文给出的实施例依赖于电机的静态部分和可移动实体之间的物理接触。与典型的线性电机设计不同，移动部件相对于静止部件的运动没有限制。在一些实施例中，除了由抵靠在静止PCB衬底上的实体产生的正常摩擦之外，没有采用接触导向件、机械设备或轴承。正常接触产生的摩擦通过材料选择来管理，以最小化摩擦，同时确保表面的寿命足以满足预期的系统寿命。可以将涂层施加到PCB衬底以及实体基座(磁体和/或实体结构)，以成对协同执行操作，实现特定的滑粘摩擦机制，自动化控制系统使用该机制来相对于PCB衬底精确定位实体。

此外，PCB设计的制造工艺产生极高质量的表面和严格的几何公差，这使得能够实现新颖的段与段对准方案。支撑结构中的特征和灵活的材料选择使单独的PCB电机段对齐，这确保实体从一个段无缝转移到另一个段。这可以是实验室自动化解决方案的一项重要能力，在这种解决方案中，患者样本的开口试管在非常大的实验室解决方案中被输送过数百个段。

上述电磁系统、机械系统、热系统和控制器架构的设计紧密耦合，每一个为另一个提供特征和功能，作为优化的一部分，这表现为完整的实验室自动化解决方案。

通过使用PCB布置而不是机械缠绕绝缘铜线，可以在设计软件中轻松创建构成线圈的各个迹线的任何特定轮廓。线圈可以具有由所选择的特定PCB制造工艺决定的厚度，这可以允许任何合理厚度的箔用于每一层。迹线宽度由印刷过程期间使用的通过计算创建的光刻胶掩模决定。因此，可以选择每个线圈迹线的总横截面作为设计过程的一部分，而不会使制造过程复杂化。类似地，螺旋线圈迹线的各层之间的间隙由所选层的属性决定，所述属性包括芯层或预浸料层的厚度及其介电属性。在每层中，可以在印刷掩模中选择螺旋中相邻迹线之间的间隙。相比之下，传统的缠绕线圈受限于铜线的单圆轮廓和缠绕在线轴上的线的电介质厚度。

类似地，可以在设计过程期间选择每个线圈螺旋的精确形状，从而产生光致抗蚀剂掩模和具有所需形状的所得线圈迹线。因为使用了印刷工艺，所以在制造过程期间选择一种形状或另一种形状通常不会带来实质性的惩罚。这意味着绕组的外部轮廓可以看起来更像矩形，以最大化线圈中使用的铜量和磁场的均匀性。任何其他设计考虑因素也可以影响PCB螺旋层的确切形状。此外，各个螺旋层可以具有稍微不同的轮廓，并且每个螺旋内的各个迹线可以具有不同的形状等。这允许线圈设计根据磁场参数进行优化。最后，由于PCB制造过程由精确的掩模和蚀刻过程控制，因此可以轻松以高质量的结果实现不同PCB板之间的可重复性。

图11是PCB线圈310的俯视图。PCB线圈310的主要部件是多层PCB中的螺旋迹线314的堆叠。在PCB制造过程期间，螺旋迹线314可以印刷在PCB的多层上，以允许PCB线圈310的匝数更多。取决于应用，螺旋迹线314可以顺时针或逆时针方向印刷。螺旋迹线314的每一层可以沿着导电路径向内或向外螺旋，导电路径可以在层之间不同。螺旋迹线314的层可以通过通孔312和316彼此互连。通孔包括将被称为线圈内通孔316的通孔，其将单层线圈迹线的一端连接到相邻层中的线圈迹线的一端，允许迹线的一个大堆叠形成单个导电线圈。通孔还包括将被称为端子通孔的通孔，该通孔提供到线圈堆叠的顶层和底层的导电路径，允许电连接到堆叠线圈的端子。

多层PCB可以使用任何适用的技术来构造，包括通过层压交替的绝缘层和蚀刻的铜层(例如，通过掩蔽和激活光致抗蚀剂层来蚀刻，然后当化学蚀刻铜层时允许选择性掩蔽铜)。通孔被钻取并用导体(铜)填充，以在蚀刻的铜层之间提供电路径。通常，线圈320是具有长轴315和短轴317的细长线圈。相邻线圈沿轨道放置，使得与短轴相交的每个线圈的边缘(左或右)与每个相邻线圈的边缘基本平行(如图14A所示)。通过以这种方式在每个PCB内布置线圈，并且通过将PCB放置在一起，形成连续的线圈组，从而为磁性器皿移动器创建一个或多个连续的路径以沿其移动。也就是说，线圈在由PCB迹线表面限定的水平面上彼此相邻放置，使得它们的长边相邻。

图12是PCB线圈310的横截面的概念性图示，没有绝缘体材料的具体细节。线圈310由层压层318形成，层压层318由蚀刻铜层和绝缘介电材料(诸如玻璃纤维和树脂芯或预浸料片)组成，它们在加热和真空下层压。可以使用任何数量的层318，允许在印刷线圈中产生任何数量的匝数(每个螺旋的匝数乘以螺旋的层数给出印刷线圈310的总匝数)。例如，通过每个螺旋层十几匝和二十层可以实现几百匝。可以选择每个螺旋内迹线的确切布置以及那些迹线相对于相邻层如何间隔，以满足EMI或其他规范。在一些实施例中，每个导电线圈包括至少十二个单层螺旋，并且每个螺旋包括至少十二匝。

在图12所示的单线圈示例中，为了清楚起见，形成螺旋的圈以黑色示出，而从螺旋延伸到通孔312和316的铜迹线320被单独示出。虽然通孔在二维横截面中被示为重叠，但是通孔实际上并不重叠，而是形成在PCB中的单独孔中。PCB的顶表面321为器皿移动器提供了轨道表面。在一些实施例中，低摩擦表面，例如高密度聚合物(HDPE、UHMWPE或UHMW粘合剂膜)、液态光成像阻焊掩模(例如LP-40)或PTFE，在PCB制造之后被施加到表面321，以促进器皿移动器的平滑移动。

图13示出了平行PCB印刷线圈310的系列311。通过并行印刷这些线圈，可以同步激活它们以产生移动磁场，从而沿方向322的任一方向驱动器皿载体底座中的磁体。取决于设计要求，可以在单个板上印刷任何合适数量的线圈，并且可以将附加板彼此相邻放置以创建任何长度的轨道。在本例中，未示出单独PCB板之间的分界线。在一些实施例中，每个PCB板上印刷六个线圈。

图13所示的示例是一个简单的直道，其中对称的椭圆形线圈平行取向。如下所述，可以为弯道和交汇处创建不同的布置，例如将梯形部件添加到椭圆形线圈的形状中，并将相邻线圈对齐以具有平行边缘(例如如图16所示)。可以选择线圈的特定纵横比、宽度和长度、中心尺寸、整体形状以及线圈之间的间距，以产生具有所需物理属性的LSM。

图14A示出了可以如何使用PCB印刷线圈产生相交部。与传统的线轴缠绕线圈不同，对于相同的匝数，PCB线圈要薄得多。这意味着两个线圈可以彼此堆叠，而不会使轨道表面大幅远离线圈的边缘表面。当磁体远离螺旋线圈的表面间隔开时，磁场发散，并且由于边缘效应，磁场不太均匀和强。因此，希望保持轨道表面尽可能靠近水平放置的线圈的顶部边缘。这是传统机械绕组无法实现的。

这里，线圈布置在两个相交的方向上，如图13所示的方向322和这里所示的垂直方向324。注意，在一些实施例中，方向324和322不需要垂直，因为使用堆叠的PCB线圈可以实现任何相交布局。图14A所示的布置可以在逻辑上分组成两个方向的线圈组。线圈组328沿着方向322水平布置。线圈组326沿着方向324在页面中垂直布置。相交的线圈组330包含两组线圈，彼此堆叠或彼此交错。取决于设计要求，组326中的PCB线圈310A可以具有与线圈310基本相同或不同的特性。为了将载体从路径322移动到路径324，可以通过选择性地和同步地激活组328中的线圈以将载体中的磁体移动到相交部来将载体移动到线圈330处的相交部。一旦磁体已经被移动到相交的线圈组330，组326内的线圈可以被同步激活以沿着路径324移动磁体。可替代地，如果载体不在相交部转弯，组328中的线圈将继续同步激活。载体沿路径322或324移动的特定方向由线圈的同步激活顺序决定。

线圈组326和328形成水平(在PCB平面内)相邻线圈的两条路径。每个组为器皿移动器提供不同的可能运动方向，通过在线圈组326和328的每个方向内选择性地产生磁场来推进器皿移动器。通过在PCB轨道表面下方重叠每个线圈组326和328的部分，形成相交部，允许器皿移动器选择性地在每个定向组之间移动或在与将器皿移动器推进到相交部的定向线圈组相同的路径上继续。

图14B示出用于在区段330中产生堆叠线圈的PCB层的横截面。应当理解，为了说明的目的，仅示出了六层，但是在实践中，取决于应用将可能使用更多的层。在该示例中，实心黑色绕组314A示出了最顶部的线圈，而白色绕组314B示出了底部线圈中的绕组。每个线圈通过堆叠螺旋来创建，螺旋通过线圈内通孔316电耦合、由铜迹线320链接。端子通孔312为电路提供端子引线，以向每个单独的线圈提供电流。还应该理解，虽然图14B示出了两个堆叠线圈的各个绕组直接在彼此之上，但是每个堆叠线圈的绕组的各个迹线在不同方向上延伸，并且仅在各个迹线的相交部处具有这种堆叠布置。也就是说，如可以在图14D中看到的，在每个堆叠线圈的一些部分中，最顶部线圈的绕组不直接位于最底部线圈的绕组之上。

在一些实施例中，绕组314A、314B的堆叠线圈被层压成单个单片PCB板，该PCB板具有的层数至少是每个线圈层数的两倍。在一些实施例中，可以通过为每个线圈组创建两个单独的PCB并然后堆叠那些PCB来创建堆叠的线圈。这些堆叠的PCB可以使用任何合适的固定技术(例如环氧树脂或螺钉)相互固定。

当使用单个层压PCB创建堆叠线圈时，也有可能使每个线圈的绕组交错，使得每个线圈的最顶部表面与PCB的表面大致相邻。这样的示例在图14C中示出，其中绕组314A和绕组314B的层印刷在PCB的交错层压层上。这需要稍长的通孔来连接不相邻的层以形成单个线圈。

图14D是示出堆叠线圈的示例性布置的x射线视图，以示出各个迹线并示出它们如何在相邻PCB层中相交。通孔的布置仅仅是概念性的说明。将仔细选择单片多层PCB中堆叠线圈的通孔的特定布置，以避免干扰堆叠螺旋的各个迹线。

图15A至15C示出了载体穿越首先在图14A中示出的相交部的示例性行进。载体202沿着线圈组328从左到右行进。(在这个示例中，载体202被描绘成稍微呈矩形，但是在一些实施例中，载体202可以具有圆形底座，如图8所示)。这是通过同步激活线圈328以产生移动磁场来实现的，该磁场从左到右引导载体202底座中具有磁场(例如，电磁体或感应场)的磁体或导体。

一旦载体202的底座中的磁体到达相交的线圈组330，通过线圈328的电流可以被减少或停止，并且组326中的电流可以被同步施加以产生沿着页面向下的移动磁场。因此，在图15C中，载体202沿着线圈组326向下移动。电流不再被施加到线圈组328，并且电流被同步施加到线圈组326，以产生沿页面向下移动的局部移动磁场。

虽然在图14A至15C中示出了垂直相交，但是可以使用任何角度。例如，如图16所示，相交部350的路径不需要完全是线性的。图16中所示的线圈是概念性地示出的，实践中线圈的各个形状通常具有更圆的拐角。图16示出了类似于图1所示的PCB 2的非垂直相交。然而，在现有技术的缠绕线圈板中，线圈太厚而不能以期望的场特性堆叠，使得分叉路径上的线圈必须具有不一致的形状和尺寸，如图1所示。相反，相交部350允许任何期望的线圈形状，因为顶部线圈与底部线圈堆叠，所以它们不会争夺空间。因为它们是堆叠的，所以一个分支不需要使用比另一个分支小的线圈。这允许在相交部使用更均匀的电场，而不会偏向一个路径或另一个路径。

在示例性相交部350中，单条路径352(左)转向成两条分支，直路径354和右路径356。这允许路径352分支，而不需要载体在相交部大幅减速(更像高速公路匝道而不是垂直路口那样动作)。为了实现这一点，路径354的至少一些线圈与路径356中的线圈至少部分地堆叠在PCB中。例如，路径356的线圈358(其具有总体梯形形状)与路径354的线圈360(其具有总体椭圆形或矩形形状)以堆叠方式印刷。同时，路径352、354和366的线圈组362、364和366可以分别印刷在PCB中，而不与其他线圈堆叠。因此，这些线圈组可以使用具有较少层的PCB来创建，以降低成本。线圈360和358可以使用在本文讨论的任何技术以堆叠的方式创建，例如在单个PBC中交错的、分离的连续层，或者作为在每个PCB制造后固定在彼此之上的分离的多层PCB。

应当理解，线圈的同步激活可以根据预定的运动简档来选择，该运动简档设置最大加速度和/或最大速度约束以限制器皿溢出。也就是说，由线圈的选择和激活所产生的磁场的确切位置可以根据考虑到应用的加速度和最大速度的运动简档而移动。例如，运动简档可以缓慢地加速载体以避免溢出，当载体继续加速时更快地移动载体。类似地，当载体接近相交部时，例如针对330所示的垂直相交部，载体可以通过对磁场应用减速运动简档来减速，从而以减速方式激活相邻线圈。运动简档通常通过在软件控制下向驱动放大器发送控制器信号来实现。软件模块监控每个载体的运动，并控制同步电机信号对线圈的应用，以实现所需的轨迹。

如所解释的，线圈轨道可以具有一系列相邻的PCB，每个PCB具有多个线圈。这些PCB可以链接在一起，形成任何尺寸的线性轨道。这类似于图1中缠绕线圈如何布置成线圈板。图17A示出了六线圈PCB轨道区段370的图示。轨道区段370包括彼此相邻布置的六个PCB印刷线圈310，以形成短的线性轨道路径。这些线圈可以具有不同的整体形状(例如梯形)以允许其他轨道几何形状。通常，线圈彼此相邻布置，使得相邻的边缘基本平行。在图16所示的示例中，线圈组366包括梯形和矩形线圈，但是它们的相邻边缘以产生平滑弯道的方式彼此面对。相邻边缘的这种基本平行的关系可以包括完全平行的边缘或轻微的楔形，其根据弯道匹配相邻线圈的梯形轮廓。

通过相同或相邻PCB衬底/组件上特定位置的霍尔传感器来实现相对于所述PCB衬底的实体位置的感测。一些实施例不使用霍尔传感器响应的传统线性区域。取而代之的是，采用一组数字接收物，其利用来自霍尔传感器、来自一个或多个霍尔传感器的一个或多个轴响应来构建实体和传感器之间的位置关系。通过使用来自每个传感器的所有动态范围连同与线圈位置成比例的特定放置，实现了传感器的稀疏布置。霍尔传感器的特定位置是基于所需的信息、传感器相对于实体磁体的距离的能力以及传感器位置所需的功能(例如线性传送或方向改变)来设计的。

霍尔效应传感器372可以包括在PCB 370中，例如通过将表面安装器件焊接到PCB上的焊盘。通过沿轨道有规律地放置霍尔效应传感器，可以记录和观察单独载体的特定位置及其运动。类似地，霍尔效应传感器可以提供与它们相邻的线圈的整体健康状况有关的实时反馈。这些传感器可以观察其附近的磁场。该磁场将随着线圈被激活以及器皿载体中的磁体在霍尔效应传感器上方的表面上移动而改变。利用霍尔效应传感器数据的各种计算方法可以用来改进器皿载体的处置和控制。在美国专利申请XXX{插入137519.12900申请号}中讨论了利用霍尔效应传感器信息的一个示例，该申请在其整体上并入本文。

除了霍尔效应传感器之外，辅助LSM轨道的控制和操作的其他电部件也可以并入PCB 370中。在一些实施例中，电机控制器电路374可以放置在板332上。这些可以包括控制安装到PCB的放大器的FPGA或处理器，这些放大器向每个单独的PCB线圈310提供精确的电流。这允许线圈根据运动轨道被同步激活。在一些实施例中，电机控制器和驱动器安装在单独的PCB上，电耦合到线圈310。

图17B示出了包括两个线圈路径的相交部的PCB 380，其包括类似于图14A中的组330的线圈组。像线圈组330一样，PCB 380包括堆叠的线圈310和310A，它们与相邻的线圈一起定向，以分别在页面中提供水平和垂直运动。如上所解释的，这些线圈可以单独堆叠或交错。霍尔效应传感器382可以安装到各个线圈环路内部的PCB，以允许监控器皿载体中的磁体的运动，并通过监控磁场的变化来观察线圈的健康状况。

在一些实施例中，电机控制部件384可以安装在PCB的下侧。这可能带来EMI挑战，因此在一些实施例中，电机控制部件384安装在用于交叉PCB板的单独板上，如PCB 380。霍尔效应传感器通常也安装在PCB的下侧，以免干扰轨道表面。

与其他PCB线圈不同，与现有解决方案相比，实验室自动化解决方案的特定要求导致有效载荷非常小。例如，在实验室输送系统中，最大移动器质量可能为50克，最大有效载荷为20克，以0.5米/秒的速度移动。规模的减小使得PCB解决方案能够如本公开所概述的那样得以实现和优化。这些实体相对于彼此的低作用力要求意味着现有的Halbach磁体阵列可以简化为全向偶极磁体。这意味着消除了现有设计的方向性，进一步简化了应用所需的设计空间和成本。

虽然已经公开了结合本教导的原理的各种说明性实施例，但是本教导不限于所公开的实施例。相反，本申请旨在涵盖本教导的任何变化、使用或改编，并使用其一般原理。此外，本申请旨在覆盖这些教导所属领域中已知或惯例实践内的与本公开的这种偏离。

在以上详细描述中，参考了附图，附图构成了描述的一部分。在附图中，相似的符号通常标识相似的部件，除非上下文另有指示。本公开中描述的说明性实施例不意味着是限制性的。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可以使用其他实施例，并且可以进行其他改变。将容易理解的是，如在本文一般描述的和在附图中示出的，本公开的各种特征可以以各种各样不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在本文都是明确预期的。

本文参考根据本技术方案的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本技术方案的各方面。将会理解，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机可读程序指令来实现。

这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的构件。这些计算机可读程序指令也可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以指引计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式运转，使得其中存储有指令的计算机可读存储介质包括制造品，该制造品包括实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。

计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行，从而产生计算机实现的过程，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图示出了根据本技术方案的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些可替代实现中，框中标注的功能可以不按照附图中标注的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上并发执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以由基于专用硬件的系统来实现，该系统执行指定的功能或动作或者施行专用硬件和计算机指令的组合。

第二动作可以说是“响应于”第一动作，而与第二动作是直接还是间接由第一动作引起无关。第二动作可以在比第一动作晚得多的时间发生，并且仍然是响应于第一动作。类似地，即使介入动作发生在第一动作和第二动作之间，并且即使一个或多个介入动作直接导致执行第二动作，也可以说第二动作是响应于第一动作。例如，如果第一动作设置了标志，并且每当设置了标志时，第三动作随后发起第二动作，则第二动作可以是响应于第一动作。

本公开在本申请中描述的特定实施例方面不受限制，这些实施例旨在说明各种特征。对本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。除了本文列举的方法和装置之外，本公开范围内的功能等同的方法和装置对本领域技术人员来说根据前述描述将是显而易见的。应该理解的是，本公开不限于特定的方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，它们当然可以变化。还应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在进行限制。

关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用适当地从复数翻译成单数和/或从单数翻译成复数。为了清楚起见，本文可以清楚地阐述各种单/复数布置。

本领域技术人员将理解，一般而言，本文使用的术语通常旨在作为“开放式”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”，等等)。虽然各种组合物、方法和设备是按照“包括”各种部件或步骤来描述的(解释为意指“包括但不限于”)，但是这些组合物、方法和设备也可以“基本上由各种部件和步骤组成”或者“由各种部件和步骤组成”，并且这些术语应该解释为定义基本上封闭的成员组。

如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。本公开中的任何内容都不应被解释为承认本公开中描述的实施例无权先于现有发明的公开。

此外，即使明确列举了具体的数字，本领域技术人员将认识到，这种列举应被解释为至少意指所列举的数字(例如，没有其他修饰语的“两个列举”的简单列举意指至少两个列举，或者两个或更多个列举)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的约定的那些情况下，一般来说，这种构造意在本领域技术人员在该意义上理解该约定(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起的系统，等等)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的约定的那些情况下，一般来说，这种构造意在本领域技术人员在该意义上理解该约定(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起的系统，等等)。本领域技术人员将进一步理解，无论是在说明书、示例实施例还是附图中，实际上任何呈现两个或更多可替代术语的分离词和/或短语都应该被理解为考虑了包括术语之一、术语中任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性

此外，当根据马库什组描述本公开的特征时，本领域技术人员将认识到本公开也因此根据马库什组的任何单独成员或成员子组来描述。

如本领域技术人员将理解的，出于任何和所有目的，例如就提供书面描述而言，本文公开的所有范围也涵盖任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围都可以容易地被认为是充分描述了相同的范围，并且能够将相同的范围分成至少相等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性示例，本文讨论的每个范围可以容易地分为下三分之一、中三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员还将理解的，诸如“高达”、“至少”等的所有语言包括所列举的数字，并且指的是可以随后分成如上所讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1-3个组分的组是指具有1、2或3个组分的组。类似地，具有1-5个组分的组是指具有1、2、3、4或5个组分的组，等等。

以上公开的各种特征和功能以及其他特征和功能或其可替代方案可以组合到许多其他不同的系统或应用中。本领域技术人员随后可以在其中做出各种目前未预见或未预料到的替代、修改、变型或改进，其中的每一种也旨在被所公开的实施例所涵盖。

Claims (18)

1.一种印刷电路板(PCB)，包括：

顶面；

所述顶面下方的多个交替的电介质和导电层；

所述多个交替的电介质和导电层中的多个多层导电线圈，每个线圈包括在多个导电层中形成的多个螺旋以及每个相邻螺旋之间的电连接以形成螺旋堆叠；以及

第一和第二定向线圈组，每个线圈组包括多层导电线圈的子集，多层导电线圈分别形成水平相邻线圈的第一路径和第二路径，每个路径为沿所述顶面激励的磁体提供不同的可能运动方向，其中所述第一和第二定向线圈组的至少一些多层导电线圈在顶表面下重叠，形成所述第一路径和所述第二路径的相交部。

2.根据权利要求1所述的PCB，其中所述多个多层导电线圈被配置成接收处理器控制的电流以产生移动磁场，从而沿着所述第一路径和所述第二路径选择性地推进所述磁体。

3.根据权利要求1所述的PCB，其中所述第一路径和所述第二路径在所述相交部处垂直。

4.根据权利要求1所述的PCB，其中所述第一路径基本上笔直地前进穿过所述相交部，而所述第二路径以弧形转弯穿过所述相交部。

5.根据权利要求1所述的PCB，其中所述多个多层导电线圈中的每一个具有长轴和短轴，并且在每个路径内，与所述短轴相交的每个线圈的边缘基本上平行于沿所述路径的每个相邻线圈的边缘。

6.根据权利要求1所述的PCB，其中所述多个导电线圈中的每一个包括至少十二个单层螺旋，并且每个螺旋包括至少十二匝。

7.根据权利要求1所述的PCB，其中所述顶面具有低摩擦涂层。

8.根据权利要求1所述的PCB，其中所述第一和第二定向线圈组通过以下方式在所述顶表面下重叠：使用与第二组线圈的螺旋在不同层上的螺旋形成来自第一组线圈的线圈，使得所述第一组线圈中的线圈位于所述顶面和所述第二组线圈中的线圈之间。

9.根据权利要求1所述的PCB，其中所述第一和第二定向线圈组通过以下方式在所述顶表面下重叠：使用与第二组线圈的螺旋在不同层上的螺旋形成来自第一组线圈的线圈，使得所述第一组线圈和所述第二组线圈中的线圈的螺旋交错。

10.一种液体处置器系统中的器皿输送系统，包括：

一个或多个器皿移动器，被配置为输送样本器皿并具有磁性基座；

轨道，被配置为提供选择性磁场以沿着所述轨道推进每个器皿移动器的磁性基座，其中所述轨道包括沿着输送路径布置的多个多层印刷电路板(PCB)，每个PCB在PCB的层内具有多个多层导电线圈，每个线圈包括彼此电耦合以形成多层线圈的多个单层螺旋；以及

处理器，被配置成控制向所述多个多层线圈选择性地施加电流以产生所述选择性磁场，

其中至少子集的多个多层导电线圈相对于彼此堆叠在所述轨道的表面下方，使得电流的选择性施加选择沿着所述轨道的多个分支路径中的一个分支路径。

11.根据权利要求10所述的器皿输送系统，其中所述多个多层导电线圈中的每一个具有长轴和短轴，并且与所述短轴相交的每个线圈的边缘基本上平行于沿所述输送路径的每个相邻线圈的边缘。

12.根据权利要求10所述的器皿输送系统，其中所述处理器被配置为根据预定的运动简档控制电流的选择性施加，所述运动简档设置最大加速度和最大速度中的至少一个以限制器皿溢出。

13.根据权利要求10所述的器皿输送系统，其中所述多个导电线圈中的每一个包括至少十二个单层螺旋，并且每个螺旋包括至少十二匝。

14.根据权利要求10所述的器皿输送系统，其中每个PCB在器皿移动器行进所沿的表面上具有低摩擦涂层。

15.根据权利要求10所述的器皿输送系统，其中每个PCB具有安装在其上的多个霍尔效应传感器，所述多个霍尔效应传感器被配置成监控磁性器皿移动器沿着至少一个连续路径的运动。

16.根据权利要求10所述的器皿输送系统，其中所述多个导电线圈的至少子集堆叠在至少一个PCB内，使得堆叠的导电线圈在至少一个连续路径中形成相交部。

17.根据权利要求10所述的器皿输送系统，其中通过在PCB层上在另一个线圈上方形成一个线圈的螺旋，所述子集的多个多层导电线圈相对于彼此堆叠。

18.根据权利要求10所述的器皿输送系统，其中通过在PCB层上形成与另一个线圈交错的一个线圈的螺旋，所述子集的多个多层导电线圈相对于彼此堆叠。