DE10058237A1 - Apparatus for monitoring laboratory robots in microbiology comprises control unit for recognizing and correcting position of robot arm, and control unit for recognizing and correcting plate transfer - Google Patents
Apparatus for monitoring laboratory robots in microbiology comprises control unit for recognizing and correcting position of robot arm, and control unit for recognizing and correcting plate transferInfo
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Abstract
Description
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist die Beschreibung von Vorrichtungen zur Überwachung von Laborrobotern.The subject of the present application is the description of devices for Monitoring laboratory robots.
In den Jahren 1980-1983 wurden Laborroboter entwickelt, die eine automatische Pipettierung von Flüssigkeiten von einem Ausgangsgefäß in ein Zielgefäß automatisch durchführen konnten. Als Reaktionsgefäße setzten sich mehr und mehr sogenannte Mikrotitrationsplatten durch, wie sie beschrieben sind z. B. in US 4 154 795. Als nächste Entwicklungsstufe wurden Werkzeuge für den Transfer von Reaktionsgefäßen, bevorzugt Mikrotitrationsplatten entwickelt und in den Roboter integriert. Mit diesem Tool konnten weitere Geräteeinheiten wie Photo- oder Fluorimeter für die Detektion, Waschstationen, Magnetseparatoren und ähnliches auf der Arbeitsplattform eines Pipettierroboters vorgehalten und automatisch bedient werden.In the years 1980-1983, laboratory robots were developed that used automatic pipetting automatically carry liquids from a source vessel to a target vessel could. More and more so-called microtitration plates are set up as reaction vessels by how they are described e.g. B. in US 4 154 795. As the next stage of development Tools for the transfer of reaction vessels, preferably microtitration plates developed and integrated into the robot. With this tool, other device units could such as photo or fluorimeter for detection, washing stations, magnetic separators and Similar things are kept on the working platform of a pipetting robot and automatically to be served.
Zur kontaminationsfreien Pipettierung wurden sogenannte disposable Tips (DiTi's) also Wechselspitzen aus Kunststoff entwickelt, die für jede Flüssigkeitspipettierung ausgetauscht werden konnten. Diese können auch aus leitfähigem Kunststoff bestehen und sind dann in der Lage, eine Erkennung des Flüssigkeitspegels in den Gefäßen z. B. über eine Messung der Konduktivität gegen die metallene und geerdete Arbeitsplatte zu gewährleisten.So-called disposable tips (DiTi's) were used for contamination-free pipetting Interchangeable tips made of plastic that are exchanged for any liquid pipetting could become. These can also consist of conductive plastic and are then in the Able to detect the liquid level in the vessels z. B. via a measurement of To ensure conductivity against the metal and earthed worktop.
Diese Laborroboter werden heute von den Firmen TECAN, Qiagen Instruments (früher Rosys), Beckmann, Hamilton, Canberra Packard u. a. hergestellt und vertrieben.These laboratory robots are today used by TECAN, Qiagen Instruments (formerly Rosys), Beckmann, Hamilton, Canberra Packard u. a. manufactured and distributed.
Neuere Entwicklungen speziell für den Einsatz in der Molekularbiologie ermöglichen auch den Einsatz von Vorrichtungen, die Deckel von Reaktionsgefäßen öffnen und schließen können, wie beschrieben in EP 0 676 643 und EP 0 734 769. Darüber hinaus wurde eine Weiterentwicklung eines Laborroboters mit Vielzweckgreifer beschrieben in der Deutschen Anmeldung Aktz.: 100 17 802.2.New developments especially for use in molecular biology also make it possible the use of devices that open and close reaction vessel lids can, as described in EP 0 676 643 and EP 0 734 769. In addition, a Further development of a laboratory robot with multi-purpose gripper described in the German Registration Act .: 100 17 802.2.
Für alle diese Laborrobotervorrichtungen gibt es eine Notwendigkeit, die automatischen Prozesse zu kontrollieren und bei auftretenden Fehlern gegebenenfalls Prozesse automatisch Programmabläufe zu verändern, um eine Korrektur zu bewirken.For all of these laboratory robot devices, there is a need for automatic Control processes and, if errors occur, processes automatically if necessary Modify program sequences to effect a correction.
Überraschenderweise wurde in der Praxis beobachtet, daß folgende Kontrolleinheiten für
einen Laborroboter benötigt werden, der die Pipettierung von Flüssigkeiten, einen
Plattentransfer und das Öffnen und Schließen von Deckeln bewerkstelligt:
Surprisingly, it has been observed in practice that the following control units are required for a laboratory robot that does the pipetting of liquids, a plate transfer and the opening and closing of lids:
- a) Kontrolleinheit zur Erkennung und Korrektur der Positionierung der Roboterarmea) Control unit for detecting and correcting the positioning of the robot arms
- b) Kontrolleinheit zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfersb) Control unit for the detection and correction of the plate transfer
- c) Kontrolleinheit zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges. c) Control unit for the detection and correction of the lid gripping tool.
- d) Kontrolleinheit zur Erkennung und Korrektur der Positionierung der Arbeitsplatte bei der Montaged) control unit for detecting and correcting the positioning of the worktop at the Assembly
Die vorliegende Anmeldung beschreibt Vorrichtungen zur Überwachung von Laborrobotern. Die kommerziell erhältlichen Laborroboter besitzen eine elektronische Schalteinheit, die primär zur Steuerung der Schrittmotoren zur Bewegung der Roboterarme ausgelegt ist. Daneben werden auch digitale Schalter in dieser Einheit vorgehalten. Diese können über die Steuersoftware ausgelesen werden. Neben diesen digitalen Schaltern besteht auch die Möglichkeit über eine definierte Schnittstelle einen Microcontroller von einer übergeordneten Software aus anzusteuern. Diese Schnittstelle ist im allgemeinen als RS 232 oder RS 485 definiert. Mit solchen elektronischen Einheiten läßt sich in der vorliegenden Anmeldung ein Laborroboter überwachen.The present application describes devices for monitoring laboratory robots. The commercially available laboratory robots have an electronic switching unit that is primarily designed to control the stepper motors for moving the robot arms. In addition, digital switches are also kept in this unit. This can be done through the Control software can be read out. In addition to these digital switches, there is also the Possibility of a microcontroller from a higher-level via a defined interface Control software from. This interface is generally RS 232 or RS 485 Are defined. Such electronic units can be used in the present application Monitor laboratory robots.
Fig. 1a beschreibt in der Übersicht einen erfindungsgemäßen Laborroboter (52) mit zwei Armen (50). Der linke Arm ist für Flüssigkeitspipettierung zuständig und ist demzufolge mit einer Wechselspitze (53) zum einmaligen Gebrauch ausgerüstet. Der rechte Arm hält ein Universalgreifwerkzeug (46) vor, das den Deckel von Reaktionsgefäßen öffnen und schließen und Microtitrationsplatten auf der Arbeitsfläche (2) bewegen kann. FIG. 1a describes the overview of a laboratory robot according to the invention (52) having two arms (50). The left arm is responsible for liquid pipetting and is therefore equipped with an interchangeable tip ( 53 ) for single use. The right arm holds a universal gripping tool ( 46 ) that can open and close the lid of the reaction vessels and move microtitration plates on the work surface ( 2 ).
Fig. 1b beschreibt diese Arbeitsfläche (2) mit folgenden Elementen Stationen (3) für die Aufnahmen von Microtitrationsplatten, die durch das Universalwerkzeug(46) bewegt werden können. In unmittelbarer Nähe dieser Stationen (3) befinden sich erfindungsgemäß Kontrollelementen (4), die sicherstellen, daß die Microtitrationsplatte auf der Station (3) vor und nach einem Transfer richtig positioniert sind. Eine solche Kontrolleinrichtung hat sich in der Praxis als unumgänglich erwiesen, um automatische Laborprozesse sicher und zuverlässig durchzuführen. Fig. 1b describes this work surface ( 2 ) with the following elements stations ( 3 ) for receiving microtitration plates, which can be moved by the universal tool ( 46 ). In the immediate vicinity of these stations ( 3 ) there are control elements ( 4 ) according to the invention which ensure that the microtitration plate on the station ( 3 ) is correctly positioned before and after a transfer. In practice, such a control device has proven to be indispensable in order to carry out automatic laboratory processes safely and reliably.
Darüber hinaus sind auf der Arbeitsfläche (2) Stationen (6) vorgesehen für die Aufnahme von Microtitrationsplatten, die während des gesamten Prozesses stationär verbleiben und demnach keine entsprechende Kontrolleinheiten benötigen. In addition, stations ( 6 ) are provided on the work surface ( 2 ) for receiving microtitration plates, which remain stationary during the entire process and therefore do not require any corresponding control units.
Für die Kontrolle des Universalgreifwerkzeuges (44) in seiner Funktion als Deckelgreifer ist die Kontrolleinheit (5) vorgesehen, die räumlich am äußersten rechten Ende der Arbeits platte (2) zwischen den Kontrollelementen (4) positioniert ist. Diese ist in der Lage zu erkennen, ob der Deckelgreifer den Prozeß des Öffnens und Schliessens eines Deckels von einem Reaktionsgefäß richtig ausgeführt hat.For the control of the universal gripping tool ( 44 ) in its function as a lid gripper, the control unit ( 5 ) is provided, which is positioned spatially at the far right end of the worktop ( 2 ) between the control elements ( 4 ). This is able to recognize whether the lid gripper has correctly carried out the process of opening and closing a lid from a reaction vessel.
Desweiteren ist auf der Arbeitsplatte eine Station (10) zur Entsorgung von Wechselspitzen am
äußersten linken Arbeitsbereich vorgehalten. Diese besteht aus einem Rahmen (11) mit einer
Bohrung (12), die als mehrfach Funktionselement für den Deckelgreifer dient. Mittels dieser
Bohrung (12) können sowohl Deckel vom Deckelgreifer entfernt werden als auch der
Funktionszustand des Deckelgreifers umgeschaltet werden. Wie in der Anmeldung
Aktenzeichen 100 17 802.2 und dem EP 0676643 und EP 0734769 ausgeführt, kann der
Universalgreifer (44) zwei Funktionszustände einnehmen.
Furthermore, a station ( 10 ) for the disposal of interchangeable tips is provided on the extreme left work area on the worktop. This consists of a frame ( 11 ) with a bore ( 12 ) which serves as a multiple functional element for the cover gripper. This hole ( 12 ) can be used to remove the lid from the lid gripper and to switch the functional state of the lid gripper. As stated in the application file number 100 17 802.2 and EP 0676643 and EP 0734769, the universal gripper ( 44 ) can assume two functional states.
- 1. Den Zustand der ihn in die Lage versetzt einen Deckel zu greifen und vom Reaktionsgefäß zu entfernen1. The condition that enables him to grab a lid and from Remove the reaction vessel
- 2. Den Zustand einen Deckel gegriffen zu haben und festzuhalten.2. The condition of having gripped a lid and holding it.
Die Erkennung des Funktionszustandes erfolgt mit dem Kontrollelement (5), wie später beschrieben.The functional state is identified with the control element ( 5 ), as described later.
Im zentralen Bereich der Arbeitsplatte (2) ist darüber hinaus eine Positionierstation (18) vorgehalten, mit dem die Positionserkennung und Korrektur der beiden Roboterarme (50) ermöglicht werden.In the central area of the worktop ( 2 ) there is also a positioning station ( 18 ) which enables the position detection and correction of the two robot arms ( 50 ).
Um die zuvor erwähnten Aufnahmen von Microtitrationsplatten (3, 6) auf der Arbeitsplatte (2) einerseits exakt zu positionieren und andererseits austauschbar zu halten, werden Befestigungspins (19) auf der Arbeitsplatte vorgehalten. Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Befestigungspins (19) als Positionierpins dahingehend genutzt werden können, daß mit Hilfe der Roboterarme automatisch ihre Position auf der Arbeitsplatte (2) exakt vermessen werden kann. Dies erleichtert die notwendige Eingabe von Bezugskoordinaten für die Roboterarme, die bisher immer manuell ermittelt und eingegeben werden müssen. In der Praxis hat sich der Einsatz dieses Verfahrens vor allem bei der Montage eines Laborroboters für die exakte Positionierung der Arbeitsplatte (2) bewährt. Desweiteren werden auf der Arbeitsplatte (2) Stationen (9) zur Aufnahme von Wechselspitzen vorgehalten sowie eine Flüssigkeitsentsorgungsstation (15). Die Arbeitsplatte (2) wird mit entsprechenden Befestigungselementen (1) am Laborroboter (52) befestigt.In order to precisely position the aforementioned recordings of microtitration plates ( 3 , 6 ) on the worktop ( 2 ) on the one hand and to keep them exchangeable on the other hand, fastening pins ( 19 ) are kept on the worktop. Surprisingly, it was found that these fastening pins ( 19 ) can be used as positioning pins in such a way that their position on the worktop ( 2 ) can be automatically measured exactly with the aid of the robot arms. This facilitates the necessary entry of reference coordinates for the robot arms, which previously had to be determined and entered manually. In practice, the use of this method has proven itself especially when assembling a laboratory robot for the exact positioning of the worktop ( 2 ). Furthermore, stations ( 9 ) for holding exchangeable tips are provided on the worktop ( 2 ) as well as a liquid disposal station ( 15 ). The worktop ( 2 ) is fastened to the laboratory robot ( 52 ) using appropriate fastening elements ( 1 ).
Die zuvor erwähnten Kontrollelemente (4, 5) geben in der erfindungsgemäßen Ausführung digitale Signale, die in den bestehenden Steuerumgebungen der kommerziell erhältlichen Laborroboter (52) auf zweierlei Weise integriert werden können. In dem Steuerboard (16) (z. B. der Firma Tecan/Cavro) sind digitale Eingänge (8) vorgesehen, die diese Signale vom digitalen Signalgeber (7) aufnehmen können, wie in Fig. 2a dargestellt. Darüber hinaus befinden sich andere Eingänge (13) z. B. für die Schrittmotorensteuerung. Alle Signale werden gebündelt an einem Steuerrechner (17) weitergeleitet und können von dort aus von einer Steuerungssoftware verarbeitet werden. Die in Fig. 2a dargestellte Integration der Kontrollelemente stellt eine besonders einfache Lösung dar, weil kein weiteres elektronisches Element benötigt wird.In the embodiment according to the invention, the aforementioned control elements ( 4 , 5 ) give digital signals which can be integrated in the existing control environments of the commercially available laboratory robots ( 52 ) in two ways. Digital inputs ( 8 ) are provided in the control board ( 16 ) (e.g. from Tecan / Cavro), which can receive these signals from the digital signal transmitter ( 7 ), as shown in FIG. 2a. In addition, there are other inputs ( 13 ) z. B. for stepper motor control. All signals are bundled forwarded to a control computer ( 17 ) and can be processed from there by control software. The integration of the control elements shown in FIG. 2a represents a particularly simple solution because no further electronic element is required.
Werden jedoch komplexere Datenverarbeitungen für Kontrollelemente benötigt, muß die in Fig. 2b dargestellte Lösung eingesetzt werden. Hier wird zusätzlich ein weiteres Board (22) verwendet, das einen Microcontroller (21) vorhält. Mit einer solchen Einheit können komplexere digitale Signale von den entsprechenden Signalgebern (7) verarbeitet und gebündelt über den Eingang (20) in das oben erwähnte Steuerboard (16) eingeleitet werden und somit der Steuerungssoftware im Steuerrechner (17) zugänglich gemacht werden.However, if more complex data processing is required for control elements, the solution shown in Fig. 2b must be used. Here, an additional board ( 22 ) is used, which holds a microcontroller ( 21 ). With such a unit, more complex digital signals from the corresponding signal transmitters ( 7 ) can be processed and bundled via the input ( 20 ) into the control board ( 16 ) mentioned above and thus made accessible to the control software in the control computer ( 17 ).
Fig. 3a stellt die Kontrolleinheit (18) zur Positionserkennung und Positionskorrektur der Roboterarme in der Aufsicht dar. Es handelt sich dabei um einen metallischen Grundkörper, bevorzugt aus Aluminium, der mit Befestigungselementen (1) mit der Arbeitsplatte (2) verbunden ist. Er besitzt drei charakteristische Flächen (24, 25, 26). Die Ebenen (25, 26) sind gegen die Horizontale in einem bestimmten Winkel geneigt, die Ebene (24) entspricht der Horizontalen. Darüber hinaus stehen die schiefen Ebenen (25, 26) in einem rechten Winkel zueinander. Fig. 3a shows the control unit (18) for position detection and position correction of the robot arms in plan view. It involves a metallic base body, preferably made of aluminum, which is connected to fastening elements (1) to the worktop (2). It has three characteristic surfaces ( 24 , 25 , 26 ). The planes ( 25 , 26 ) are inclined at a certain angle to the horizontal, the plane ( 24 ) corresponds to the horizontal. In addition, the inclined planes ( 25 , 26 ) are at right angles to each other.
In Fig. 3b ist diese Kontrolleinheit (18) im Schnitt dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionserkennung eines Roboterarmes geschieht nun wie folgt. Der Roboterarm wird im getrennten Schritten jeweils über die drei Ebenen geführt und in Z-Richtung langsam nach unten abgesenkt. Dabei ist die Konduktivitätsmessung aktiviert, die im Regelfalle bei Pipettierrobotern genutzt wird, um den Flüssigkeitsspiegel in Reaktionsgefäßen zu detektieren. Überraschenderweise wurde gefunden, daß nach Berührung der Spitze eines Roboterarms mit den Flächen des Kontrollelementes (18) ein entsprechendes Signal erfaßt werden kann und die dazugehörigen Raumkoordinaten im Steuerrechner (17) für die weitere Verarbeitung gespeichert werden kann. Nach einer ersten Berührung einer Fläche fährt der Roboterarm dann erfindungsgemäß die Steigungen der schiefen Ebenen (25, 26) entlang und nimmt auf diese Art und Weise einen Satz von Raumkoordinaten auf. Der Steuerrechner kann dann diese Daten verdichten und eine exakte Positionierung der Kontrolleinheit (18) vornehmen, die dann zur internen Kalibrierung aller Roboterbewegungen als Bezugspunkt genutzt wird. Es hat sich als äußerst nützlich erwiesen, zur optischen Kontrolle dieses Prozesses auf dieser Positionierstation (18) eine optische Positionsmarkierung (23) vorzuhalten. Diese kann z. B. in Form eines Fadenkreuzes in den Block graviert werden und zeigt dem Bediener die Richtigkeit des zuvor geschilderten Prozesses für Kalibrierung der Roboterarme. Es wurde festgestellt, daß für Roboterarme mit Wechselspitzenaufnahmen es sich günstig erweist, eine solche Wechselspitze für den Kalibrierungsprozeß zu greifen, während für das Universalgreifwerkzeug eine direkte Berührung auf den entsprechenden Flächen ausreicht.This control unit ( 18 ) is shown in section in FIG. 3b. The method according to the invention for position detection of a robot arm now takes place as follows. The robot arm is guided in separate steps over the three levels and slowly lowered in the Z direction. The conductivity measurement is activated, which is usually used in pipetting robots to detect the liquid level in reaction vessels. Surprisingly, it was found that after touching the tip of a robot arm with the surfaces of the control element ( 18 ), a corresponding signal can be detected and the associated spatial coordinates can be stored in the control computer ( 17 ) for further processing. After a first touch of a surface, the robot arm then travels along the inclines of the inclined planes ( 25 , 26 ) and in this way takes up a set of spatial coordinates. The control computer can then compress this data and carry out an exact positioning of the control unit ( 18 ), which is then used as a reference point for the internal calibration of all robot movements. It has proven extremely useful to provide an optical position marker ( 23 ) on this positioning station ( 18 ) for optical control of this process. This can e.g. B. engraved in the form of a crosshair in the block and shows the operator the correctness of the previously described process for calibration of the robot arms. It has been found that it is advantageous for robot arms with exchangeable tip holders to grip such an exchangeable tip for the calibration process, while direct contact on the corresponding surfaces is sufficient for the universal gripping tool.
Die Abb. 4a bis h stellen erfinderische Ausführungsformen der Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers dar. Fig. 4 zeigt den Schnitt einer speziellen Ausführungsform mit dem Kontrollelement bestehend aus einem Aufnahmeblock (36) mit einer optischen Signalquelle (35) und einem Signalempfänger (37) bei dem durch das Fenster (27) optische Signale aus- und wieder eintreten können. Die dazu nötigen elektrischen Zuleitungen (38) werden nach unten durch Arbeitsplatte (2) geführt. Daneben ist eine Microtitrationsplatte (39) mit den entsprechenden Reaktionsgefäßen (40) und einem Positionierfortsatz (54) positioniert. Die exakte Positionierung wird durch die Reflexion des optischen Signals angezeigt. Diese Ausführungsform erweist sich deswegen als besonders günstig, weil hier eine berührungsfreie Erkennung stattfindet, das ist besonders im Hinblick auf Kontaminationen beim Einsatz in Molekularbiologie ein erfinderischer Vorteil. Fig. 4a to h represent inventive embodiments of the control unit ( 4 ) for the detection and correction of the plate transfer. Fig. 4 shows the section of a special embodiment with the control element consisting of a recording block ( 36 ) with an optical signal source ( 35 ) and one Signal receiver ( 37 ) in which optical signals can exit and re-enter through the window ( 27 ). The electrical leads ( 38 ) required for this are led down through the worktop ( 2 ). A microtitration plate ( 39 ) with the corresponding reaction vessels ( 40 ) and a positioning extension ( 54 ) is positioned next to it. The exact positioning is indicated by the reflection of the optical signal. This embodiment proves to be particularly favorable because contact-free detection takes place here, which is an inventive advantage particularly with regard to contamination when used in molecular biology.
Die Fig. 4a bis f zeigen eine bevorzugte erfinderische Ausführungsform des Kontrollelements (4) in einer zweiteiligen Ausführungsform. Fig. 4a bis c stellen das Unterteil dar, während Fig. 4d bis f das dazugehörige Oberteil abbilden. Fig. 4a zeigt im Querschnitt das Unterteil mit den beiden Aufsatzflächen (30) für das Oberteil. Fig. 4b zeigt den Längsschnitt mit dem Befestigungselement (1), der Bohrung für die Durchführung der Verdrahtung und das Befestigungselement (28) für das Oberteil. Fig. 4c stellt die Aufsicht von unten dar. Fig. 4d zeigt die Seitenansicht mit dem Fenster (27) für die Signale. Fig. 4e zeigt die Aufsicht von unten und Fig. 4f den entsprechenden Schnitt jeweils mit dem Befestigungselement (1) und dem Fenster (27). FIGS. 4a-f illustrate a preferred embodiment of the inventive control member (4) in a two-part embodiment. FIGS. 4a-c, the lower part illustrate, while Fig. 4d-f depict the associated upper part. Fig. 4a shows in cross section the lower part with the two attachment surfaces ( 30 ) for the upper part. Fig. 4b shows the longitudinal section with the fastening element ( 1 ), the hole for the implementation of the wiring and the fastening element ( 28 ) for the upper part. Fig. 4c shows the top view. Fig. 4d shows the side view with the window ( 27 ) for the signals. Fig. 4e shows the top view and Fig. 4f the corresponding section with the fastening element ( 1 ) and the window ( 27 ).
Fig. 4g zeigt die Ausführungsform mit einem Microschalter (41), der in einem Aufnahmeblock (36) integriert ist und mit elektrischen Zuleitungen (38) verbunden. Fig. 4g shows the embodiment with a microswitch ( 41 ) which is integrated in a receiving block ( 36 ) and connected to electrical leads ( 38 ).
Fig. 4g zeigt den Schalter in einer offenen Stellung, da keine Microtitrationsplatte (39) positioniert ist. Fig. 4h zeigt den Microschalter im geschlossenen Zustand (42), da der Positionierfortsatz (54) eine Microtitrationsplatte (39) entsprechend positioniert ist. Fig. 4g shows the switch in an open position since no microtitration plate ( 39 ) is positioned. Fig. 4h shows the micro-switch in the closed state (42), since the positioning projection (54) is positioned a Microtitrationsplatte (39) accordingly.
Die Fig. 5 bis 5h stellen das Kontrollelement (5) für den Deckelgreifer dar. In der Fig. 5 ist diese erfinderische Vorrichtung im Schnitt dargestellt. Sie besteht aus einem U-förmigen Block (36). In einem Schenkel ist die optische Signalquelle (35) und im anderen Schenkel der optische Signalempfänger (37) integriert. Dazwischen kann der Deckelgreifer (44) mit einem gegriffenen Deckel (45) mit dem Roboterarm positioniert werden. Da der Deckel aus dem Deckelgreifer herausragt wird das optische Signal unterbrochen und auf diese Weise das exakte Greifen des Deckels erkannt. In Fig. 4 ist zum Vergleich ein Deckelgreifer (46) ohne Deckel dargestellt. Auch hier hat sich eine zweiteilige Ausführungsform als besonders geeignet bewährt. In den Fig. 5a bis d ist der linke Teil dargestellt und zwar in Fig. 5a in der Aufsicht von unten, 5b im Längsschnitt, 5c im Querschnitt und 5d in der Aufsicht von oben. In dem Aufnahmeblock (36) sind entsprechende Befestigungselemente (1) vorgesehen sowie die Bohrung für die Durchführung der Verdrahtung (29) sowie die optische Signalquelle (35). Darüber hinaus ist am oberen Teil des Schenkels eine Meßspitze (43) eingearbeitet, die die Funktion ausübt, zu testen, in welchem Funktionszustand sich der Deckelhändler befindet.The Fig. 5 to 5h illustrate the control element (5) for the lid catcher filters. In FIG. 5, this inventive device is shown in section. It consists of a U-shaped block ( 36 ). The optical signal source ( 35 ) is integrated in one leg and the optical signal receiver ( 37 ) is integrated in the other leg. In between, the lid gripper ( 44 ) with a gripped lid ( 45 ) can be positioned with the robot arm. Since the cover protrudes from the cover gripper, the optical signal is interrupted and the exact grip of the cover is recognized in this way. In Fig. 4 for comparison, a lid catcher (46) is shown without a lid. Here, too, a two-part embodiment has proven to be particularly suitable. In FIGS. 5a-d, the left part is shown specifically in Fig. 5a in the bottom plan view, in longitudinal section 5b, 5c and 5d in cross-section in plan view from above. Corresponding fastening elements ( 1 ) are provided in the receiving block ( 36 ) as well as the bore for the passage of the wiring ( 29 ) and the optical signal source ( 35 ). In addition, a measuring tip ( 43 ) is incorporated in the upper part of the leg, which functions to test the functional state of the lid dealer.
Es wurde festgestellt, daß die Greifzange des Deckelgreifwerkzeuges weiter aus dem Gehäuse heraussteht, wenn der Universalgreifer sich im Zustand (1) befindet, das heißt, Deckel greifen kann. Dies kann mit der in Fig. 5b dargestellten Meßspitze wie folgt detektiert werden: das Greifwerkzeug wird mit dem Roboterarm über die Meßspitze (43) gefahren und langsam nach unten abgesenkt, wobei die zuvor erwähnte Konduktivitätsmessung aktiviert ist. Berührt die Greifzange des Deckelgreifwerkzeuges die Meßspitze (43) gibt es ein Signal, und aus der Z-Höhe kann erkannt werden, wie weit die Greifzange aus dem Gehäuse raussteht und welcher Funktionszustand das Deckelgreifwerkzeug inne hat. Zur Korrektur wird das Deckelgreifwerkzeug dann zur Station (10) zur Entsorgung der Wechselspitzen gefahren und durch Absenken über dem Mehrfachfunktionselement (12) in einem anderen Funktionszustand überführt werden. Dabei ragt die Greifzange durch die Bohrung. In Fig. 5d ist darüber hinaus die Aufnahmenase (49) dargestellt, die in die entsprechende Aufnahmenut (48) in Fig. 5e formgenau paßt.It was found that the gripping pliers of the lid gripping tool protrude further from the housing when the universal gripper is in state (1), that is to say it can grip the lid. This can be detected with the measuring tip shown in FIG. 5b as follows: the gripping tool is moved with the robot arm over the measuring tip ( 43 ) and slowly lowered downwards, the aforementioned conductivity measurement being activated. If the gripper of the cover gripping tool touches the measuring tip ( 43 ) there is a signal, and from the Z-height it can be seen how far the gripping pliers protrude from the housing and the functional state of the cover gripping tool. For correction, the lid gripping tool is then moved to the station ( 10 ) for the disposal of the exchangeable tips and transferred to another functional state by lowering it over the multi-functional element ( 12 ). The gripper protrudes through the hole. In Fig. 5d the receiving nose ( 49 ) is also shown, which fits into the corresponding receiving groove ( 48 ) in Fig. 5e with a precise shape.
Fig. 5e zeigt die Aufsicht des rechten Teils des Kontrollelements (5) von unten, Fig. 5f den Querschnitt und die Fig. 5g den Längsschnitt des Teils. Es ist in Fig. 5f die Anordnung des Signalempfängers (37) dargestellt. Fig. 5h zeigt die entsprechende Aufsicht. Fig. 5e shows the top view of the right part of the control element ( 5 ) from below, Fig. 5f the cross section and Fig. 5g the longitudinal section of the part. The arrangement of the signal receiver ( 37 ) is shown in FIG. 5f. Fig. 5h shows the corresponding supervision.
Fig. 5i zeigt noch einmal in einer Vergrößerung die Station zur Entsorgung von Wechsel spitzen (10) mit dem entsprechenden Rahmen (11) und dem mehrfach Funktionselement (12) für den Deckelgreifer. Neben der Funktion des Umschaltens der Funktionszustände des Deckelgreifwerkzeuges (44) wird dieses Funktionselement (12) auch benutzt, um gegriffene Deckel zu entsorgen, indem sie in die Bohrung (12) mit dem Greifwerkzeug eingefahren werden und nach Auslösen der Deckeleinrastung in die Entsorgungsstation (10) fallen. Fig. 5i shows again in an enlargement the station for the disposal of changing tips ( 10 ) with the corresponding frame ( 11 ) and the multiple functional element ( 12 ) for the lid gripper. In addition to the function of switching the functional states of the lid gripping tool ( 44 ), this functional element ( 12 ) is also used to dispose of gripped lids by inserting them into the bore ( 12 ) with the gripping tool and after releasing the lid latching into the disposal station ( 10 ) fall.
Bei der Verwendung des Universalgreifwerkzeuges hat sich herausgestellt, daß die exakte Positionierung eine wichtige Voraussetzung für eine fehlerfreie Funktion ist. Dazu hat sich insbesondere gezeigt, daß die exakte Vermessung des Positionierpins (19) sowie eine planparallele Justierung der Arbeitsplatte (2) gegenüber dem Roboterarm (50) notwendig ist. Es hat sich nun als vorteilhaft erwiesen, bei der Montage die Arbeitsplatte (2) wie folgt zu justieren (Fig. 6 bis 6b). Eine Meßspitze (32) wird an die Z-Stange (51) des Roboterarms (50) montiert und auf die Arbeitsplatte (2) werden die Befestigungspins (19) geschraubt. Nun kann mit einem speziellen Steuerungsprogramm die Lage aller Befestigungspins (19) mit Hilfe der Konduktivitätsmesssung, wie zuvor geschildert, ermittelt werden und ein entsprechendes Lageprofil der Arbeitsplatte (2) errechnet werden. Dies wird solange wiederholt bis das Profil der vorgegebenen Maßabweichung gehorcht.When using the universal gripping tool it turned out that the exact positioning is an important prerequisite for a faultless function. In addition, it has been shown that the exact measurement of the positioning pin ( 19 ) and a plane-parallel adjustment of the worktop ( 2 ) relative to the robot arm ( 50 ) is necessary. It has now proven to be advantageous to adjust the worktop ( 2 ) during assembly as follows ( FIGS. 6 to 6b). A measuring tip ( 32 ) is mounted on the Z-bar ( 51 ) of the robot arm ( 50 ) and the fastening pins ( 19 ) are screwed onto the worktop ( 2 ). The position of all the fastening pins ( 19 ) can now be determined with the aid of the conductivity measurement, as described above, using a special control program and a corresponding position profile of the worktop ( 2 ) can be calculated. This is repeated until the profile obeys the specified dimensional deviation.
Fig. 1a Perspektivische Sicht eines Laborroboters Fig. 1a perspective view of a laboratory robot
Fig. 1b Aufsicht auf Arbeitsplattform eines Laborroboters Fig. 1b supervision of the working platform of a laboratory robot
Fig. 2a Struktur der Datenübertragung mittels digitaler Eingänge Fig. 2a Structure of data transmission using digital inputs
Fig. 2b Struktur der Datenübertragung mittels eigenem Microcontroller und Schnittstelle Fig. 2b structure of data transmission using its own microcontroller and interface
Fig. 3a Kontrolleinheit (18) zur Positionserkennung und -korrektur der Roboterarme; Schnitt Fig. 3a control unit ( 18 ) for position detection and correction of the robot arms; cut
Fig. 3b Kontrolleinheit (18) zur Positionserkennung und -korrektur der Roboterarme; Aufsicht Fig. 3b control unit ( 18 ) for position detection and correction of the robot arms; At sight
Fig. 4 Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers in der Ausführungsform mit optischer Erkennung Fig. 4 control unit ( 4 ) for detection and correction of the plate transfer in the embodiment with optical detection
Fig. 4a Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers; Detailzeichnung einer Ausführungsform des Unterteils im Querschnitt Fig. 4a control unit ( 4 ) for detection and correction of the plate transfer; Detailed drawing of an embodiment of the lower part in cross section
Fig. 4b Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers; Detailzeichnung einer Ausführungsform des Unterteils im Längsschnitt Fig. 4b control unit ( 4 ) for detection and correction of the plate transfer; Detailed drawing of an embodiment of the lower part in longitudinal section
Fig. 4c Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers; Detailzeichnung einer Ausführungsform des Unterteils in der Aufsicht Fig. 4c control unit ( 4 ) for detection and correction of the plate transfer; Detailed drawing of an embodiment of the lower part in the supervision
Fig. 4d Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers; Detailzeichnung einer Ausführungsform des Oberteils im Querschnitt Fig. 4d control unit ( 4 ) for the detection and correction of the plate transfer; Detailed drawing of an embodiment of the upper part in cross section
Fig. 4e Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers; Detailzeichnung einer Ausführungsform des Unterteils in der Aufsicht Fig. 4e control unit ( 4 ) for the detection and correction of the plate transfer; Detailed drawing of an embodiment of the lower part in the supervision
Fig. 4f Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers; Detailzeichnung einer Ausführungsform des Unterteils in der Aufsicht im Längsschnitt Fig. 4f control unit ( 4 ) for detection and correction of the plate transfer; Detailed drawing of an embodiment of the lower part in the plan in longitudinal section
Fig. 4g Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers in der Ausführungsform mit Mikroschalter (Stellung offen) Fig. 4g control unit (4) for the detection and correction of the plate transfers in the embodiment with micro switch (normally open)
Fig. 4h Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers in der Ausführungsform mit Mikroschalter (Stellung geschlossen) und Microtitrationsplatte (39) Fig. 5 Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges Fig. 4h control unit ( 4 ) for detection and correction of the plate transfer in the embodiment with microswitch (position closed) and microtitration plate ( 39 ) . Fig. 5 control unit ( 5 ) for detection and correction of the lid gripping tool
Fig. 5a Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges; Detailzeichnung einer Ausführungsform in der Aufsicht des Teils (A) vom Boden Fig. 5a control unit ( 5 ) for detection and correction of the lid gripping tool; Detailed drawing of an embodiment in the supervision of the part (A) from the floor
Fig. 5b Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges; Detailzeichnung einer Ausführungsform in einem Längsschnitt des Teils (A) Fig. 5b control unit ( 5 ) for detection and correction of the lid gripping tool; Detailed drawing of an embodiment in a longitudinal section of part (A)
Fig. 5c Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges; Detailzeichnung einer Ausführungsform in einem Querschnitt des Teils (A) Fig. 5c control unit ( 5 ) for detection and correction of the lid gripping tool; Detailed drawing of an embodiment in a cross section of part (A)
Fig. 5d Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges; Detailzeichnung einer Ausführungsform in der Aufsicht des Teils (A) von oben Fig. 5d control unit ( 5 ) for detection and correction of the lid gripping tool; Detailed drawing of an embodiment in the top view of part (A)
Fig. 5e Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges; Detailzeichnung einer Ausführungsform in der Aufsicht des Teils (B) vom Boden Fig. 5e control unit ( 5 ) for detection and correction of the lid gripping tool; Detailed drawing of an embodiment in the supervision of the part (B) from the floor
Fig. 5f Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges; Detailzeichnung einer Ausführungsform in einem Querschnitt des Teils (B) Fig. 5f control unit ( 5 ) for detection and correction of the lid gripping tool; Detailed drawing of an embodiment in a cross section of part (B)
Fig. 5g Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges; Detailzeichnung einer Ausführungsform in einem Längsschnitt des Teils (B) Fig. 5g control unit ( 5 ) for detection and correction of the lid gripping tool; Detailed drawing of an embodiment in a longitudinal section of part (B)
Fig. 5h Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges; Detailzeichnung einer Ausführungsform in der Aufsicht des Teils (B) von oben Fig. 5h control unit ( 5 ) for detection and correction of the lid gripping tool; Detailed drawing of an embodiment in the top view of part (B)
Fig. 5i Mehrfachfunktionselement (12) zur Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges (44) Fig. 5i multi-functional element (12) for correcting the lid gripping tool (44)
Fig. 6a Kontrolleinheit zur Erkennung und Korrektur der Positionierung der Arbeitsplatte (2) bei der Montage Fig. 6a control unit for detecting and correcting the positioning of the worktop ( 2 ) during assembly
Fig. 6b Referenzpunkt als optische Positionsmarkierung (23) und Positionierpin (34) für Aufsätze auf der Arbeitsplatte (2) Fig. 6b reference point as an optical position marker (23) and positioning pin (34) for attachments on the worktop (2)
Fig. 6c Einmeßspitze (33) Fig. 6c Einmeßspitze (33)
11
Befestigungselemente der Arbeitsplatte
Worktop fasteners
22
Arbeitsplatte des Laborroboters
Worktop of the laboratory robot
33
Station für die Aufnahme von Microtitrationsplatten mit Transfer
Station for the reception of microtitration plates with transfer
44
Kontrollelement für die Microtitrationsplatte
Control element for the microtitration plate
55
Kontrollelement für den Deckelgreifer
Control element for the lid gripper
66
Station für die Aufnahme von Microtitrationsplatten ohne Transfer
Station for receiving microtitration plates without transfer
77
Digitaler Signalgeber
Digital signal generator
88th
Eingang für digitalen Signalgeber
Digital signal input
99
Station zur Aufnahme von Wechselspitzen
Station for receiving exchangeable tips
1010
Station zur Entsorgung von Wechselspitzen
Removal tip disposal station
1111
Rahmen zur Entsorgung von Wechselspitzen
Framework for the disposal of interchangeable tips
1212
Mehrfachfunktionselement für den Deckelgreifer
Multi-function element for the lid gripper
1313
Andere Eingänge z. B. für Schrittmotorsteuerung
Other inputs e.g. B. for stepper motor control
1414
offen
open
1515
Flüssigkeitsentsorgungsstation
Liquid disposal station
1616
Steuerboard
control Board
1717
Steuerrechner (Computer)
Control computer
1818
Positionierstation als Kontrolleinheit zur Positionserkennung und korrektur der
Roboterarme
Positioning station as a control unit for position detection and correction of the robot arms
1919
Befestigungspin zur Positionierung, Kalibration und zur Aufnahme von Stationen
Fastening pin for positioning, calibration and for recording stations
2020
Eingang für Microcontrollerboard
Microcontroller board input
2121
Microcontroller
microcontrollers
2222
Board für Microcontroller
Board for microcontrollers
2323
Optische Positioniermarkierung
Optical positioning mark
2424
Ebene Fläche A
Flat area A
2525
Schiefe Ebene B
Inclined plane B
2626
Schiefe Ebene C
Inclined plane C
2727
Fenster für Signalgeber
Window for signaling devices
2828
Befestigungselement für Oberteil
Fastening element for the upper part
2929
Bohrung für Durchführung der Verdrahtung
Bore for wiring
3030
Aufsatzfläche für Oberteil
Top surface for top part
3131
Aufnahme für Z-Stange des Pipettierroboters
Holder for the Z-bar of the pipetting robot
3232
Körper der Einmeßspitze
Body of the measuring tip
3333
Einmeßspitze
Einmeßspitze
3434
offen
open
3535
Optische Signalquelle
Optical signal source
3636
Aufnahmeblock
receiving block
3737
Signalempfänger
signal receiver
3838
Elektrische Zuleitungen
Electrical leads
3939
Microtitrationsplatte
Microtitrationsplatte
4040
Reaktionsgefäß in der Microtitrationsplatte
Reaction vessel in the microtitration plate
4141
Mikroschalter offener Kontakt
Microswitch open contact
4242
Mikroschalter geschlossener Kontakt
Microswitch closed contact
4343
Meßspitze
Probe Tip
4444
Universalgreifer hier auch in der Funktion als Deckelgreifer mit gegriffenem Deckel
Universal gripper here also functions as a lid gripper with a gripped lid
4545
Deckel
cover
4646
Universalgreifer hier als Deckelgreifer ohne gegriffenen Deckel
Universal gripper here as a lid gripper without a gripped lid
4747
offen
open
4848
Aufnahmenut
receiving groove
4949
Aufnahmenase
recording nose
5050
Roboterarm
robot arm
5151
Z-Stange des Roboterarms
Z-bar of the robot arm
5252
Laborroboter
laboratory robot
5353
Wechselspitze
Wechselspitze
5454
Positionierfortsatz als Teil des Microtitrationsplattenrahmens
Positioning extension as part of the microtitration plate frame
Claims (10)
- - Kontrolleinheit (18) zur Erkennung und Korrektur der Positionierung der Roboterarme
- - Kontrolleinheit (4) zur Erkennung und Korrektur des Plattentransfers.
- - Control unit ( 18 ) for detecting and correcting the positioning of the robot arms
- - Control unit ( 4 ) for the detection and correction of the plate transfer.
- - Kontrolleinheit (18) zur Erkennung und Korrektur der Positionierung der Roboterarme
- - Kontrolleinheit (5) zur Erkennung und Korrektur des Deckelgreifwerkzeuges.
- - Control unit ( 18 ) for detecting and correcting the positioning of the robot arms
- - Control unit ( 5 ) for the detection and correction of the lid gripping tool.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |