HK40000004B - 基於样品架成像数据的用於机器人夹持器动态位置调整的方法和装置 - Google Patents

Description

基于样品架成像数据的用于机器人夹持器动态位置调整的方 法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年7月14日提交的美国临时申请序列号62/362,532的优先权，所述文献的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及适于从用于处理生物液体的系统中的样品架拾取样本容器和/或将样本容器放置到用于处理生物液体的系统中的样品架的方法和装置。

背景技术

在医学测试和处理中，机器人技术的使用可以最小化暴露于生物液体样品（在本文中另外被称为“样本”）或与生物液体样品接触和/或可以显着提高生产率。例如，在一些自动化测试和处理系统（例如，临床分析仪）中，样本容器（诸如，试管、瓶等）可以被运输到样品架（有时被称为“盒”）和从样品架被运输，以及被运输到测试或处理装置的测试或处理位置和从测试或处理装置的测试或处理位置被运输。

这种运输可以通过使用自动化机构（诸如，具有联接的夹持器的机器人）来实现。夹持器可以具有相对的夹持器指状物，其被构造为抓取相应的样本容器。样本可以具有不同的尺寸（例如，高度和/或直径）。夹持器可以由机器人在两个或更多个坐标方向上移动。以这种方式，可以通过夹持器来夹持样本容器（容纳有待测试或待处理的样本），并且然后将样本容器从一个位置移动到另一位置。

例如，在拾取操作中，机器人夹持器可以被移动到样品架的接收器的理论中心位置上方，并且在夹持器完全打开的状态下被降低到指定高度，并且然后闭合以抓取样本容器。在此之后升高夹持器以将样本容器从接收器中拉出。在放置操作中，夹持器与其所抓取的样本容器可以一起在样品架接收器的中心上方移动，朝向接收器被降低到控制的深度，并且然后夹持器指状物完全打开以释放样本容器。在此之后升高夹持器。因此，使用这些拾取和放置操作，样本容器可以被移动到样品架的多个接收器中和从样品架的多个接收器被移动。然而，为了最大化机器占用面积使用，样品架中的接收器间隔非常紧密。

因此，寻求可以改进夹持器相对于测试和处理系统中的样品架的定位精度的方法和装置。

发明内容

在第一实施例中，提供了操作夹持器以拾取或放置样本容器的方法。该方法包括：提供包括夹持器的机器人，夹持器可由机器人在坐标系中移动并包括夹持器指状物；提供样品架，该样品架包括可由夹持器指状物通达的接收器，接收器中的至少一些容纳有样本容器；提供通过成像获得的关于样品架中的样本容器的数据；以及基于数据使夹持器指状物动态地取向。

在另一实施例中，提供了夹持器定位装置。该夹持器定位装置包括：机器人，该机器人包括夹持器，该夹持器可由机器人在坐标系中移动并且包括夹持器指状物；样品架，该样品架包括可由夹持器指状物通达的接收器，接收器中的至少一些容纳有样本容器；以及控制器，该控制器包括通过成像获得的关于样品架中的样本容器的数据，并且被可操作地构造为使得夹持器指状物基于数据动态地取向。

在系统方面，提供了夹持器定位装置。该夹持器定位装置包括：机器人，该机器人包括夹持器，该夹持器可由机器人在坐标系中移动并且包括打开可变距离的夹持器指状物；样品架，该样品架包括可由夹持器指状物通达的接收器，接收器中的至少一些容纳有样本容器；以及机器人控制器，该机器人控制器被构造为接收通过成像获得的关于样品架中的样本容器的数据，并且被可操作地构造为致使夹持器指状物动态地取向以：打开到如基于数据所确定的打开距离，旋转到如基于数据所确定的旋转取向，或者移动到如基于数据所确定的x-y位置以提供夹持器指状物与被容纳在样品架中的相邻样本容器之间的干涉最小的条件。

通过示出包括所想到的用于实施本公开的最佳模式的多个示例实施例，本公开的又其他方面、特征和优点将从下文的详细描述容易地显而易见。本公开还可以能够具有不同的实施例，并且可以在各个方面修改其多个细节，所有这些都不脱离本公开的范围。因此，本公开将覆盖落入如所附权利要求中所限定的本公开范围内的所有修改、等同物和替代物。

附图说明

图1示出了根据现有技术的包括样本容器的样品架的示意性顶视图。

图2A示出了根据一个或多个实施例的被构造用于执行动态夹持器指状物定位的夹持器定位装置的示意性侧视图。

图2B示出了根据一个或多个实施例的被构造用于执行动态夹持器指状物定位的夹持器定位装置的示意性侧视图，并且示出了系统的部件。

图3A示出了根据一个或多个实施例的包括目标样本容器的样品架的局部俯视平面图，其中，夹持器指状物以夹持器指状物完全打开（分离达最大打开距离）的打开构造示出。

图3B示出了根据一个或多个实施例的样品架的一部分的俯视平面图，其包括被一些空的接收器和一些满的接收器包围的目标样本容器，以其中夹持器指状物被打开（分离）达中间距离的构造示出。

图3C示出了根据一个或多个实施例的样品架的局部俯视平面图，其包括在接收器中偏移的目标样本容器，并且包括倾斜的一些周围的样本容器，并且其中夹持器指状物被打开到中间距离，但是其中夹持器指状物还在X-Y方向上偏移。

图3D示出了根据一个或多个实施例的样品架的局部俯视平面图，其包括在接收器中偏移并倾斜的目标样本容器，并且包括具有倾斜的样本容器的一些接收器，并且其中夹持器指状物处于被打开到中间量的构造。

图4是示出根据实施例的将夹持器指状物定位到样本容器的方法的流程图。

具体实施方式

在机器人中可能会在某些条件下发生样本容器的堵塞、碰撞和/或震动，所述机器人诸如是用于在临床分析仪或其他测试或处理系统（例如，自动化装载和卸载系统、离心机、冷藏区域）中实现机器人拾取和放置操作的机器人。

特别地，如图1中所示出，在自动化体外诊断（IVD）设备中使用的样本容器102（例如，血液收集管）可以以敞顶（去盖）状态提供并且被填充有生物有害（bio-hazardous）液体（例如，血液、血清或血浆、尿液、间质流体、脑流体或其他身体流体）。样本容器102以近似竖直的取向被存储在样品架106内的接收器106R（一些被标记）中（样本容器102填充前两行半）。

为了最大化设备占用面积的使用，样品架106的接收器106R可以非常接近地/紧密地间隔开。为了容纳各种直径的样本容器102，有时可以在每个接收器106R中放置弹簧108（一些被标记），诸如，一个或多个叶片型（leaf-type）弹簧，以试图要么使样本容器102居中，要么迫使样本容器102抵靠接收器106R的限定的侧壁（如所示出的），所有这些同时在很大程度上维持样本容器的竖直取向。

然而，由于样本容器102的机械公差和放置变化，每个样本容器102可能会在一个或多个方向（例如，如所示出的X和/或Y）上在一定程度上远离接收器106R中的真实竖直取向倾斜，因此导致理论上的完美管至管间隙的减小。此外，因为可能会经常在给定的设备上同时处理不同直径的样本容器102（例如，所示出的行3容纳有一些相对较大直径的样本容器102L），所以在样品架106中的相邻的样本容器102、102L之间的间隙可以基于管尺寸、管倾斜和/或在接收器106R中的不适当定位而从接收器106R到接收器106R不同。类似地，对于装载和卸载过程的一些或全部，一些接收器106R可以是空的。

接收器106R的紧密间隔与IVD设备的高吞吐量的目标相组合，可能会导致在夹持器指状物212A、212B与样本容器102之间的、或在被放置的样本容器102与另一样本容器102之间的偶然的不希望的接触（例如，堵塞、碰撞和/或震动），如上文所讨论的。这种接触可能会减慢自动化处理，因为由接触造成的损坏可能必须通过操作员手动干预来校正。例如，在一些极端情况下，这种接触可能会导致管破裂、溢出和/或样本损失，所有这些都可能会导致用于修复/清理的停机时间。

不相关的附加问题是，当目标样本容器102被放置在接收器106R中与弹簧108接触、并且夹持器指状物被打开时，样本容器102可能被推挤并且由弹簧108施加的力可能会将样本容器102向侧面推动成与接收器106R的壁接触，这可能会导致在样本容器中的样本飞溅。

在现有技术中，对于所有样本容器102和接收器106R，夹持器指状物的打开已被设定为恒定值，其中，在考虑夹持器指状物宽度、所有预期管尺寸、可能的放置变化和接收器106R间隔的情况下选择恒定值。对于拾取和放置操作，夹持器可以被定位在接收器106R的中心上方并且在夹持器被打开至其最大设定的情况下被降低以拾取或放置样本容器102。在现有技术中可以通过挤压传感器来检测堵塞，该挤压传感器基于超过所监测的阈值的值（诸如，马达电流）来检测竖直堵塞。类似地，可以提供碰撞传感器以感测高于阈值的值的水平接触。

鉴于前述内容，本公开的一个或多个实施例提供了用于基于样品架106成像数据来设定夹持器指状物的控制的打开程度（夹持器指状物打开距离）的方法和装置。成像数据可以包括群体（填充，population）数据和/或构造数据。群体数据是关于特定目标接收器106R周围的相邻样本容器102的存在或不存在的数据。如本文所使用的“目标接收器”是指已经被选择成在其处经历操作的接收器106R，所述操作诸如是目标样本容器102拾取或放置操作。如本文所使用的“目标样本容器”是已经被选择成经历拾取或放置的样本容器102。构造数据是关于目标接收器106R周围的样本容器102的取向和/或尺寸以及目标样本容器102的取向和/或尺寸的数据。

根据一个或多个实施例，可以针对每个拾取或放置操作动态地改变夹持器指状物打开的程度。可以响应于特定目标样本容器的群体和/或构造数据来动态地选择该变化。在另一实施例中，对于每个拾取或放置操作，基于群体数据和/或构造数据，夹持器以及因此夹持器指状物的X和/或Y定位可以动态地改变并且偏离于名义中心位置。以这种方式，夹持器定位可以被偏移以应对样本容器在接收器中的偏移。在又另一实施例中，可以基于群体数据和/或构造数据针对每个拾取或放置操作来动态地改变夹持器指状物的旋转定位/取向。如本文所使用的短语“动态地改变”意味着对于每个特定的样本容器拾取或放置操作，夹持器的参数中的一个或多个（夹持器指状物打开距离、夹持器偏移和/或夹持器指状物旋转取向）被调整以有利于在夹持器指状物与周围的样本容器或被拾取的样本容器之间的合适间隙。

根据一个或多个实施例的方法和装置可以动态地确定控制的打开距离、X和Y夹持器位置和/或夹持器指状物的旋转取向。动态确定考虑样品架106中的样本容器102的群体数据和/或样品架106中的样本容器的构造。

例如，方法和装置可以考虑群体数据，诸如，周围的接收器106R是否容纳有样本容器102。类似地，一个或多个实施例可以考虑构造数据，所述构造数据关于周围的样本容器102中的一个或多个的尺寸（例如，直径和/或高度）、周围的样本容器102中的一个或多个在X和Y上的偏移、或者在待拾取的目标样本容器102的情况下目标样本容器102的尺寸（例如，直径和高度）和/或目标样本容器102是否倾斜，即，在X和/或Y上偏移。

这种动态地调整夹持器指状物打开程度和/或在X和Y上的名义夹持器位置和/或夹持器指状物旋转取向的能力可以显着降低接触（例如，堵塞、碰撞和/或震动）的倾向，并且因此减少损坏和/或溢出。这可以减少IVD仪器停机时间。

本文将参考图2A-图4 描述本公开的实施例的这些方面和其他方面和特征。

根据一个或多个第一装置实施例，如图2A和图2B中最佳地示出的那样，描述了夹持器定位装置200。夹持器定位装置200包括机器人210，其可用于抓取目标样本容器102T（诸如，血液收集管，瓶等）并将目标样本容器102T从第一位置传送到第二位置。夹持器定位装置200可以在任何合适的传送装置或系统或测试仪器或设备中使用，诸如，实验室自动化系统（LAS）、自动化临床分析仪、测定仪器或诸如离心机的其他处理设备，其中，样本容器102被移动到样品架106或从样品架106被移动。在一个或多个实施例中，测试仪器或设备可用于确定被容纳在样本容器102中的生物流体样本105中的组成成分（例如，分析物浓度）。

机器人210包括联接到机器人210的可移动部分的夹持器212。例如，机器人210可以是R、θ、Z机器人并且可以包括：基座210B，基座210B可以联接到测试仪器或其他设备的框架214；直立部分210U，其被构造为竖直地移动（沿+Z和-Z方向）；伸缩部分210T，其被构造为径向地移动（沿+R和-R方向）；以及旋转部分210R，其被构造为围绕竖直轴线211Z旋转地移动（沿+θ和-θ方向）。如本文所使用的“夹持器”意味着联接到机器人部件（例如，联接到机器人臂等）的任何部件，其在机器人操作中（诸如，在拾取和放置操作中）被使用以抓取物品（例如，样本容器102）并将物品从一个位置移动到另一位置。

夹持器212可以包括两个夹持器指状物212A、212B，它们可相对于彼此移动，并且可彼此相对。夹持器指状物212A、212B适于抓取物品，诸如，样本容器102（例如，血液收集管）。夹持器指状物212A、212B可以由联接到夹持器指状物212A、212B中的每者的致动机构212L驱动以打开和闭合到限定的打开距离。特别地，夹持器指状物212A、212B可以沿X-Y平面中的任何合适方向（例如，沿X或Y方向或其组合）打开和闭合，如在一些实施例中，可以提供旋转致动器212R，该旋转致动器被构造为将夹持器指状物212A、212B旋转到任何旋转位置/取向。因此，夹持器指状物212A、212B的打开和闭合的作用线能够被旋转以与样品架106上的如下区域一致：基于通过成像获得的群体和/或构造数据，该区域具有更多空间包络（space envelope）或间隙。如所示出的，Y方向进出纸张。

夹持器指状物212A、212B的打开和闭合可以通过致动机构212L来实现，致动机构212L可以是联接到夹持器指状物212A、212B的电动、气动或液压伺服马达等。可以使用用于引起指状物212A、212B的夹持动作的其他合适的机构。同样地，在提供了旋转能力的一些实施例中，旋转致动器212R可以被构造为使夹持器指状物212A、212B围绕夹持器轴线220旋转。旋转致动器212R可以是电动、气动或液压伺服马达等。

可以响应于来自机器人控制器216的驱动信号来驱动致动机构212L和旋转致动器212R。可以包括一个或多个线性编码器212LE和/或旋转编码器212RE以提供关于相对于校准的参考或归零位置的夹持器指状物212A、212B的旋转取向和/或夹持器指状物212A、212B的打开程度的位置反馈。此外，尽管示出了两个夹持器指状物212A、212B，但是本公开的实施例同样适用于具有多于两个夹持器指状物的夹持器212。也可以使用其他夹持器类型。机器人210可以是能够在空间（例如，三维空间）中移动夹持器212以便移动样本容器102的任何合适的机器人部件。

在一个或多个实施例中，机器人210可以例如具有旋转马达218R，旋转马达218R适于在旋转方向（例如，+/-θ）上将旋转部分210R旋转到控制的角度取向。机器人210还可以包括联接到直立部分210U的竖直马达218Z，其可以适于在竖直方向上移动夹持器212（例如，沿着在+/-Z方向上的竖直轴线211Z，以虚线示出）。在一个或多个实施例中，机器人210可以包括平移马达218T，其适于施加联接到旋转部分210R的夹持器212的平移运动（例如，沿+/-R方向）。然而，尽管示出了R、θ、Z机器人，但是可以提供用于施加X、Y、R、θ和/或Z运动或其他组合的其他合适的机器人类型、机器人马达和机构。可以为每个运动度（X、Y、R、θ和/或Z）提供合适的位置反馈机构，诸如，从位置和/或旋转编码器。可以使用门架（gantry）机器人，其中，门架横梁可沿X移动，并且夹持器212可相对于门架横梁沿Y和Z（并且可能围绕Z）移动。

在一个或多个实施例中，机器人210可以用于实现夹持器212的三维坐标运动（X、Y和Z），使得样本容器102可以被放置在样品架106的接收器106R中或从样品架106的接收器106R被移除、或被放置在测试或处理设备中的其他位置中或从处理设备中的其他位置被移除。特别地，可以调整夹持器212的X和Y位置，以提供夹持器指状物212A、212B与被容纳在样品架106中的相邻样本容器102之间的干涉最小的条件。

机器人控制器216可以包括合适的微处理器、存储器、电源、调节电子器件、电路和驱动器，其适于执行机器人运动并适于控制夹持器212在X、Y、Z坐标系中的位置、以及夹持器指状物212A、212B的打开程度和/或旋转取向。此外，机器人控制器216可以包括合适的通信能力以接收或访问来自样品架图像捕获系统221的数据。在功能上，机器人控制器216可以被构造为从样品架图像捕获系统221接收通过成像获得的、关于被容纳在样品架106中的样本容器102的数据。此外，如将从下文显而易见的，机器人控制器216可以被可操作地构造为使得夹持器指状物212A、212B动态地取向。动态取向可以是：打开到如基于数据所确定的打开距离230（图2B）；旋转到如基于数据所确定的旋转取向；或者移动到如基于数据所确定的x-y位置以提供夹持器指状物212A、212B与被容纳在样品架106中的相邻样本容器102之间干涉最小的条件。

再次参考图2A和图2B，样品架图像捕获系统221可以被设置在夹持器定位装置200中。样品架图像捕获系统221可以包括架图像捕获装置222和图像捕获控制器224。特别地，架图像捕获装置222可以是合适的数字相机，并且可以被放置在这样的任何合适的位置处：在该位置处，能够获得从多个视角示出样品架106的样品架106的多个图像。例如，架图像捕获装置222可以被放置在可移动样品架装载抽屉223上方。样品架106可以由可移动样品架装载抽屉223支撑并且相对于框架214被移动（如由方向箭头225所示出）到测试或处理设备中到达可由机器人210通达的位置。在该移动期间，架图像捕获装置222可以从各个视角采集样品架106的顶部的多个数字图像。例如，可以以三个或更多个不同的视角获得三个或更多个图像。

从这些多个数字图像中，被存储在图像捕获控制器224中的图像处理软件可以接收并处理图像数据以及基于成像产生数据。数据可以包括关于驻留于样品架106中的样本容器102的量、尺寸和取向的构造数据和/或群体数据。机器人控制器216可以经由电子通信访问群体数据和/或构造数据，并且基于成像的数据可以用于确定和设定以下中的一者或多者：1）夹持器指状物212A、212B的打开距离，2）夹持器指状物212A、212B的旋转取向，和/或3）当执行样本容器拾取或放置操作时，夹持器212在X、Y和/或Z上的放置。

可选地，机器人控制器216和图像捕获控制器224可以被组合在一个公共控制器中，并且被构造为处理由架图像捕获装置222捕获的图像并控制机器人210的操作，包括控制夹持器212的X和Y位置、夹持指状物212A、212B的打开距离和/或夹持指状物212A、212B的旋转取向。

样品架成像系统221和图像捕获控制器224的进一步细节可以在以下中发现：2014年3月14日提交的Pollack等的题为“Tube Tray Vision System”的美国专利公布US2016/0025757号；German等的题为“Automation Tube Positioning Methodology”的美国专利公布US2015 / 0355208号；2015年6月10日提交的并且题为“Drawer Vision System”的PCT申请公布WO2015/191702号；2016年2月16日提交的并且题为“Locality-Based Detection OfTray Slot Types And Tube Types In A Vision System”的PCT申请PCT/US2016/018100号；2016年2月16日提交的并且题为“Locality-Based Detection Of Tray Slot TypesAnd Tube Types In A Vision System”的PCT申请PCT/US2016/018112号；以及2016年2月16日提交的并且题为“Image-Based Tube Slot Circle Detection For A VisionSystem”的PCT申请PCT/US2016/018109号。

更详细地，图像捕获控制器224可以接收来自多个视角的图像并处理所述图像。可以通过如下来执行图像处理：采集每个图像并识别其中的几何特征，诸如，样本容器的顶部以及接收器位置和状态，并且然后通过对像素计数来确定样本容器顶部的偏移和尺寸。从处理中，还可以获得关于样品架106的群体的细节。例如，每个接收器106R可以基于其在样品架106上的列和行位置（见图1）被分配独有的槽代码，诸如A1、A2、A3等。图像处理软件可以基于图像来确定群体数据，该群体数据关于哪些接收器106R为空的、以及哪些接收器106R容纳有样本容器102。该群体数据可以被存储在图像捕获控制器224的存储器中的数据库中，并且可以被机器人控制器216访问或以其他方式被传送到机器人控制器。

同样地，图像捕获控制器224中的处理软件可以处理图像并从中提取各种构造数据。构造数据可以包括，例如，样本容器102的顶部的最大外直径、高度、以及相对于样本容器102被插入到其中的接收器106R的样本容器102的顶部X和Y中心位置，其中，这种构造数据可以在数据库中与独有的槽代码相关，并且可以在稍后用于定位夹持器212中以便实现最小干涉。

根据本公开的另一实施例，并且如图4中所示出，提供了操作夹持器（例如，夹持器212）以拾取或放置样本容器（例如，样本容器102、102T、102L）的方法400。在402中，该方法包括提供包括夹持器（例如，夹持器212）的机器人（例如，机器人210），该夹持器可由机器人在坐标系（例如，X、Y、Z坐标系）中移动并且包括夹持器指状物（例如，夹持器指状物212A、212B），该夹持器指状物可以选择性地打开和闭合并且可以被设定至可变的打开距离230（图2B）。打开距离230可以在于适于接触并夹持样本容器102的夹持器指状物212A、212B的样本容器内接触表面之间测量的从最小打开距离到最大打开距离的范围内。在一些实施例中，打开距离230可以包括一个或多个中间打开距离值。例如，打开距离230可以在约8 mm至约20 mm之间的范围内。可以使用其他打开距离。夹持器指状物212A、212B之间的打开距离可以由来自机器人控制器216的至致动机构212L的信号控制。例如，在一个实施例中，打开距离可以被设定成预先选择的小的、中等的（中间的）、或者大的打开距离230，或者基于沿着特定作用线325的条件和可用空间被设定成自定义打开距离230。

在404中，方法400包括提供样品架（例如，样品架106），其包括可由夹持器指状物（例如，夹持器指状物212A、212B）通达的接收器（例如，接收器106R），其中，接收器中的至少一些容纳有样本容器（例如，样本容器102、102T、102L）。可通达意味着夹持器212能够被机器人210移动足够的距离以到达接收器106R以从接收器106R中拾取目标样本容器102T或将目标样本容器102T放置在接收器106R中。

在406中，方法400还包括提供通过成像获得的关于被容纳在样品架（例如，样品架106）中的样本容器的数据。特别地，在一个或多个实施例中，该数据可以包括群体数据，该群体数据关于样品架106中的哪些接收器106R容纳有样本容器102，并且更具体地，目标接收器106T周围的哪些接收器106R容纳有样本容器102。基于成像的数据还可以包含关于哪些接收器106R为空的数据，并且特别地，群体数据包括关于目标接收器106T周围的哪些接收器106R为空的数据。

在一个示例中，如果确定在目标接收器106T的相对两侧上的两个接收器106R是空的，如图3A中所示出，则夹持器指状物212A、212B沿着连接两个接收器106R的所选择的作用线（例如，作用线325A）被打开到最大量。在一些实施例中，诸如当夹持器212不可旋转时，一个作用线（例如，作用线325A）是可用的。在其他实施例中，如果另一作用线包括如由任何处理方法所确定的较高可用间隙，则机器人控制器216可以选择另一作用线。然而，在一些实施例中，只要发现满足目标样本容器102T的每侧上的最小间隙值的一个作用线，则将简单地开始拾取操作。

在图3A中，一种方法可以根据排序方案对可用的作用线（例如，325A-325D）进行排序。排序最高的作用线可以被选择为理论上具有夹持器指状物212A、212B的最高间隙的作用线。例如，如果作用线包括在目标接收器的相对两侧上的两个空接收器，那么该作用线被给定高排序。即使在包括在目标接收器106T的相对侧上的两个空接收器106R的作用线（例如，325A、325D）当中，也可以进行关于作用线是相对于样品架206的行的对角线还是沿着该行或垂直于该行的排序，其中，行的对角线接收相对较高的排序，这仅仅是因为存在更多的可用间隔。类似地，如图3B中所示出，在所有其他条件相同的情况下，相对于具有两个样本容器的作用线（例如，325B），具有在目标接收器的一侧上的一个样本容器102的作用线（例如，325D）可以被给定更高的排序。

在一个或多个实施例中，数据可以包括构造数据。在拾取操作的情况下，构造数据是关于目标接收器106T周围的样本容器102的构造的数据，包括关于目标接收器106T中的目标样本容器102T的数据。在拾取操作的情况下，构造数据可以包括目标样本容器102T周围的样本容器102中的每个的最大直径，并且可以包括目标样本容器102T的最大直径。构造数据还可以包括接收器106R（包括目标接收器106T）的位置。

例如，样本容器可以被识别为小的、中等和/或大的。例如，小的可以包括约10 mm的直径，中等可以包括约13 mm的直径，并且大的可以包括约16 mm或17 mm的直径。可以使用和确定其他已知尺寸，诸如，通过识别样本容器的圆形顶部并且然后对像素计数以获得直径估计来实现。Pollack等的美国专利申请2016/0025757号描述了“管托盘视觉系统（Tube Tray Vision System）”，其可操作以通过成像获得关于群体和构造的信息。German等的美国专利公布2105/0355208描述了“自动化管定位方法（Automation TubePositioning Methodology）”，并且特别是确定管偏移的方法。视觉系统的进一步的信息可以在以下中发现：2015年6月10日提交的并且题为“Drawer Vision System”的PCT申请公布WO2015/191702号；2016年2月16日提交的并且题为“Locality-Based Detection Of TraySlot Types And Tube Types In A Vision System”的PCT申请PCT/US2016/018100号；2016年2月16日提交的、并且题为“Locality-Based Detection Of Tray Slot Types AndTube Types In A Vision System”的PCT申请PCT/US2016/018112号；以及2016年2月16日提交的并且题为“Image-Based Tube Slot Circle Detection For A Vision System”的PCT申请PCT/US2016/018109号。

构造数据可包括目标样本容器102T周围的样本容器102的高度（对于放置操作）或目标接收器106T中的目标样本容器102T高度（对于拾取操作）。可以沿着通过目标样本容器102T或目标接收器106T可能的作用线测量偏移。

通过成像获得的构造数据可以包括样本容器102是否在接收器106R中的特定接收器中在（一个或多个）方向上偏移。例如，构造数据可以包括样本容器102是由于相对于它们相应的接收器106R远离目标接收器106T（对于放置操作）倾斜而偏移还是由于相对于它们相应的接收器106R朝向目标接收器106T倾斜而偏移。对于拾取操作，构造数据还可以包括目标样本容器102T在目标接收器106T内的偏移，并且在一些实施例中，可以确定并提供目标样本容器102T的对应顶部部分与周围的样本容器102之间的偏移距离。在目标接收器106T中的放置操作中，可以确定沿着每个作用线的相应样本容器之间的间隙距离。

如图2B中所示出，在拾取操作的情况下，构造数据可以包括关于目标样本容器102T和任何周围的样本容器102（例如，样本容器102L）的构造的数据，并且特别是从目标样本容器102T沿着适用于特定类型的夹持器212的可能的作用线中的一个或多个的间隙值C1。例如，一些类型的夹持器212可以包括单个作用线，其可以相对于样品架的行沿着45度角度。

在其他实施例中，通过利用旋转致动器212R将夹持器指状物212A、212B旋转到另一作用线，夹持器指状物212A、212B可以包括多个作用线。在一些实施例中，如图2B中所示出，间隙值C1是目标样本容器102T的位置与样本容器102（例如，大样本容器102L）中周围的一个之间的距离。在操作是放置操作的情况下，则间隙C2是沿着一个或多个作用线在目标接收器106T的相对两侧上的相应样本容器102之间的距离。

再次参见图4，为了执行拾取操作，方法400可以包括将夹持器（例如，夹持器212）移动到目标接收器（例如，目标接收器106T）上方的位置。该位置可以在容纳有目标样本容器102T的目标接收器106T的先前校准的位置上方。可选地，可以基于通过影像获得的构造数据来使夹持器212在X和Y中的位置在目标样本容器102T的顶部的偏移中心上方居中。在408中，夹持器指状物（例如，夹持器指状物212A、212B）可以动态地打开到基于通过成像获得的数据选择的控制的打开距离230（图2B）。夹持器指状物212A、212B可以沿着作用线被打开到控制的打开距离230，并且然后夹持器212可以被移动到目标接收器106T上方，或者夹持器212可以被移动并且夹持器指状物212A、212B可以沿着作用线被打开到控制的打开距离230。如果夹持器212具有单个作用线（即，是不可旋转的），则夹持器212可以通过致动机构212L沿着该单个作用线动态地打开。

如果夹持器212是具有旋转能力的类型，则可以使用旋转致动器212R将夹持器212旋转到穿过目标样本容器102T的作用线之一，并且在这样的旋转之前抑或之后动态地打开。所寻求的作用线的选择可以通过任何合适的方案来实现，诸如开始和测试，或通过调查和排序各种可能性来实现。开始和测试可以包括选择第一作用线并对其进行测试以查看对于每个夹持器指状物212A、212B是否可获得最小间隙。调查和排序可以通过如下来实现：调查所有可能的作用线和可获得的间隙、并且然后根据哪个作用线具有最高间隙来对它们进行排序。可以选择具有最高间隙的作用线。

如本文使用的术语“动态地”意味着基于通过成像获得的数据来针对每个目标接收器106T确定并设定夹持器指状物212A、212B的打开距离230，其中，目标接收器106T是这样的特定接收器：从目标接收器106T中拾取目标样本容器102T或将目标样本容器102T放置到目标接收器106T。

通过对包括被容纳在其中的接收器106R中的多个样本容器102、102T、102L的样品架106进行成像来获得数据。成像可以在任何有利的时间进行，诸如，当最初将样品架106装载到设备中时，经由被安装在装载区域上方的一个或多个架图像捕获装置222（例如，数字相机）来进行。然而，在一些实施例中可以在样品架106已经停留在其最终位置中时进行成像。一个或多于一个的架图像捕获装置222（例如，一个或多个数字相机等）可以用于从不同的视角或姿态捕获多个图像。

可以从存储在图像捕获控制器224的存储器中的数据库或者从存储在机器人控制器216的存储器中的数据库检索数据，该机器人控制器已经从图像捕获控制器224接收数据。在一些情况下，单个处理器可以执行机器人控制功能以及数字成像和图像处理两者。如上文所描述，通过成像获得的数据可以包括群体数据、构造数据或群体数据和构造数据两者。

如图3A和图3B中所示出，针对每个目标接收器106T，方法400可以调查一个或多个可能的作用线（例如，作用线325A、325B、325C、325D）以确定沿着该所调查的作用线是否存在最小间隙。最小间隙可以沿着作用线（例如，沿着作用线325A、325B、325C、325D）并且在目标样本容器102T的最接近部分与任何周围的样本容器102之间测量，所述周围的样本容器诸如沿着作用线被定位在目标样本容器102T的任一侧上的那些周围的样本容器102。在目标样本容器102T的任一侧上的间隙距离可以不同。从对角线作用线（例如，作用线325A）开始，如果存在最小间隙，则夹持器指状物212A、212B可以通过动态地打开到确定的打开距离来执行拾取操作。

然而，如果在目标样本容器102T的两侧上可获得超过最小间隙，则夹持器指状物212A、212B可以打开相对较大的距离，因此最小化与目标样本容器102T的可能接触。图3A示出了样品架106中的群体，其中被标记为2、3、6、7和9的接收器106R是空的，并且标记为1、4、5和8的接收器106R是满的，并且其中目标样本容器102T在目标接收器106T中且被标记为5。软件应用程序可以调查可用的作用线并确定对角线作用线325A是最佳的并且允许夹持器指状物212A、212B的最大打开距离230。其他作用线（例如，325B、325C、325D）可以被软件认为是次优的，因为除了目标样本容器102T之外，它们还容纳一个样本容器102。

在类似图3B中所示出的情况下，除了目标样本容器102T之外，所有作用线（例如，325A-325D）沿着作用线包括一个或两个另外的样本容器102。在这种情况下，在一些实施例中，可以选择对角线作用线（例如，325A、325C）而不是非对角线作用线（例如，325B、325D）。包括两个样本容器102的那些作用线（例如，作用线325B）可以被给予低排序次序。如果在两个可接受的作用线之间，则可以选择带有具有从目标样本容器偏移远离（例如，倾斜远离）的构造的样本容器102L的那个作用线（例如，作用线325A）。一旦从可用的作用线中选择了作用线，就可以基于如基于成像数据所确定的可用间隙来将夹持器指状物打开到控制的打开距离230。

在基于校准数据抑或成像，目标样本容器102T从目标接收器106T的确定的中心位置偏移的情况下，则机器人210可以被定位在一X和/或Y位置处使得夹持器212在目标样本容器102T的顶部上方居中。然而，在一些情况下，如图3C和图3D中所示出，夹持器212可以在X和/或Y方向上进一步偏移如沿着作用线325A所测量的偏移距离D。如图3C和图3D中所示出，夹持器轴线220被定位成偏离于目标样本容器102T的顶部的中心位置。这可以在倾斜的样本容器102L（诸如，被示出为在接收器106R中并且被标记为3的）之间提供额外的间隙，其中，样本容器102L朝向目标样本容器102T倾斜。

如图3D中所示出，可以在目标样本容器102T倾斜时提供偏移距离D，以便首先使目标样本容器102T与夹持器指状物212A、212B中的单独的夹持器指状物接触，这可以将目标样本容器102T带入直立构造。例如，偏移距离D可以沿着所选择的作用线远离目标样本容器102T的顶部的中心，但是朝向目标接收器106T的中心。可变指状物打开距离230、指状物旋转取向和在x和/或y上的偏移距离D的组合可以用于目标样本容器102T的任何特定拾取或目标样本容器102T到目标接收器106T中的放置。

在一些实施例中，构造数据包括管高度和/或管类型。例如，通过成像获得的管高度数据可以用于确定夹持器212并且因此夹持器指状物212A、212B应当在负Z方向上被移动多深以便执行拾取操作。管高度数据还可以用于允许在抓取刚刚从目标接收器106T拾取的目标样本容器102T到下一目的地（例如，到样本容器载体）时在没有碰撞但是不必将目标样本容器102T升高到最高的样本容器102L上方的情况下操纵夹持器212。在一些情况下，可以通过抓取大样本容器102L来完全避免由夹持器指状物212A、212B导致的潜在接触，基于通过在相邻的较小样本容器102的顶部竖直上方的位置处成像而获得的数据来识别该大样本容器。

在其他情况下，可以基于成像数据和/或夹持器数据来辨别管类型。例如，在一些实施例中，可以在样本容器102中提供管顶样本容器。成像数据可能指示大直径样本容器102，但是来自线性编码器212LE（图2A）的夹持器反馈数据可能指示小直径样本容器102。然而，这两个数据一起可以指示管顶样本容器存在于目标样本容器102T中。

通过成像获得的数据还可以用于帮助选择用于在样本容器从处理返回之后放置样本容器102R的接收器106R。因为群体数据是最初已知的，所以可以追踪移除和重新插入的历史以得出关于样品架106的群体的修改的数据。如此，可以基于修改的数据来选择用于目标样本容器102T的重新插入的位置。

虽然已经通过本文详细描述的示例实施例示出了特定的装置、系统和方法，但是应当理解的是，其他和不同的实施例也是可能的。本公开旨在覆盖落入所附权利要求范围内的所有修改、等同物和替代物。

Claims (20)

1.一种操作夹持器以拾取或放置样本容器的方法，所述方法包括：

提供机器人，所述机器人包括所述夹持器，所述夹持器能够由所述机器人在坐标系中移动并且包括夹持器指状物；

提供样品架，所述样品架包括能够由所述夹持器指状物通达的接收器，所述接收器中的至少一些容纳有样本容器；

提供通过成像获得的关于所述样品架中的所述样本容器的数据；以及

基于所述数据使所述夹持器指状物动态地取向。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述夹持器动态地取向包括：使所述夹持器指状物打开基于所述数据所选择的可变距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述夹持器动态地取向包括：通过基于所述数据将所述夹持器指状物旋转到限定的旋转位置来选择夹持器作用线。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述夹持器动态地取向包括：基于所述数据来调整所述夹持器的X和Y位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据包括关于所述样品架中的哪些接收器容纳有样本容器的群体数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据包括关于目标接收器周围的哪些接收器容纳有样本容器的群体数据。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据包括关于目标接收器周围的样本容器的构造数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述构造数据包括以下中的一者或多者：管直径、管偏移、管高度和管类型。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述构造数据包括目标样本容器的顶部相对于目标接收器的中心的偏移。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述数据包括从样品架图像捕获系统生成的群体数据。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述群体数据包括关于所述目标接收器周围的哪些接收器为空的数据。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，如果确定了在所述目标接收器的相对两侧上的两个接收器是空的，则沿着连接所述两个接收器的作用线将所述夹持器打开至最大量。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述夹持器的X和Y位置以提供与相邻样本容器的干涉最小的条件。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述数据来调整所述夹持器的X和Y位置以及所述夹持器的打开程度。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，基于修改的数据来决定在处理之后用于重新插入样本容器的接收器的选择。

16.一种夹持器定位装置，所述夹持器定位装置包括：

机器人，所述机器人包括夹持器，所述夹持器能够由所述机器人在坐标系中移动并且包括夹持器指状物；

样品架，所述样品架包括能够由所述夹持器指状物通达的接收器，所述接收器中的至少一些容纳有样本容器；以及

控制器，所述控制器包括通过成像获得的关于所述样品架中的所述样本容器的数据，并且被可操作地构造为致使所述夹持器指状物基于所述数据动态地取向。

17.根据权利要求16所述的夹持器定位装置，其中，所述数据包括关于所述样品架的接收器的群体数据、以及关于所述样本容器的构造数据。

18.根据权利要求16所述的夹持器定位装置，所述夹持器定位装置包括致动器，所述致动器联接到所述夹持器指状物，以致使所述夹持器指状物基于通过成像获得的数据打开到动态地确定的打开距离。

19.根据权利要求16所述的夹持器定位装置，所述夹持器定位装置包括旋转致动器，所述旋转致动器联接到所述夹持器指状物，以致使所述夹持器指状物基于通过成像获得的数据旋转到动态地确定的旋转取向。

20.一种夹持器定位装置，所述夹持器定位装置包括：

机器人，所述机器人包括夹持器，所述夹持器能够由所述机器人在坐标系中移动并且包括打开可变距离的夹持器指状物；

样品架，所述样品架包括能够由所述夹持器指状物通达的接收器，所述接收器中的至少一些容纳有样本容器；以及

机器人控制器，所述机器人控制器被构造为接收通过成像获得的关于所述样品架中的样本容器的数据，并且被可操作地构造为使得所述夹持器指状物动态地取向以：

打开到如基于所述数据所确定的打开距离，

旋转到如基于所述数据所确定的旋转取向，或

移动到如基于所述数据所确定的x-y位置，以提供所述夹持器指状物与被容纳在所述样品架中的相邻样本容器之间干涉最小的条件。