JP2023106362A - 自律移動ロボットを含む作業車ベースの統合された実験室システム - Google Patents

Abstract

【課題】自律移動ロボットを含む作業車ベースの統合された実験室システムを提供する。【解決手段】液体処理のための自動的な実験室システムは、ワークスペース内に、２次元座標を形成する基準マーカを有し２次元座標にわたって移動できる自律移動ロボット１１５と、垂直配置プラットフォームと、自律移動ロボットを垂直配置プラットフォームに向けて昇降させるエレベータと、ＲＦＩＤタグを備える実験機器構成要素１２０と、分注工程用の実験機器とを備え、自律移動ロボットは、ＲＦＩＤリーダと、自己の位置を識別するためのナビゲーションカメラと、オムニホイールベースのドライブトレインと、実験機器構成要素運搬プラットフォームと、実験機器構成要素を移送するように構成されるへら機構１４６とを備え、さらに、ワークスペース内で自律移動ロボットが実験技術を実行することを無線通信により支持するためのフリート制御部を備える。【選択図】図１２

Description

関連出願の相互参照

本願は、米国特許法１１９条（ｅ）において、「自律移動ロボットを含む作業車ベースの統合された実験室システム」という表題の２０１８年１月９日に提出された米国仮出願 ６２／６１５，１２７号に関連して、且つ米国仮出願 ６２／６１５，１２７号の優先権を主張する。この出願の明細書全体が、本明細書の一部を構成するものとして援用される。

本発明の主題は、一般的に、統合された実験室システム、及び自律移動ロボットを含む作業車ベースの統合された実験室システムに関する。

実験室自動化の分野において、特にライフサイエンス及び製薬工業のワークフローを完全に自動化するため、それぞれの自動的な機器を統合することが一般的である。一般的に、それぞれの自動的な機器は、ワークフローにおいて、特殊な機能を行う。統合が、機器の間において、材料の運搬を自動化することにより達成される。統合された実験室システムは、一般的に、ハイスループットワークフローに対して適用できる。このハイスループットワークフローは、材料を大量に処理することから利益を得る。このような処理の自動化は、一般的に、処理の効率を改善して、一貫性を保証して、人的ミスを減らし得る。

統合された実験室システムに用いられる機器は、特定のワークフローの必要条件に特有である。特定の実験室機器が、人間の相互作用なしに完了し得る仕事量を増加させるため、材料貯蔵システムと統合される必要があってもよい。例えば、一般的な液体処理装置は、実験機器をデッキに保持するための一定の容量を有してもよい。この液体処理装置の容量は、実験機器、消耗品、実験試料、及び廃棄物のための貯蔵モジュールと装置を統合することにより拡がり得る。固定されたデッキ空間と貯蔵モジュールの間におけるロボットによる材料の移送は、統合システムを形成するための１つの方法である。

別の例として、一部の態様が自動化されている一般的な細胞培養ワークフローは、以下の構成要素、すなわち細胞試料及び試薬の環境制御貯蔵、実験機器容器の間における試薬を移送するための自動的な液体処理、及び細胞培養試料を撮像及び解析するためのロボット顕微鏡を必要とし得る。この例において、自動的な方法が、ワークフローにおけるそれぞれのタスクに対して存在し得る一方、人間が、工程のスケジューリングを手動で行い、且つ材料を移送するために必要とされる。ワークフロー全体を自動化するため、それぞれの機器の間の材料移送、及び工程のスケジューリングの自動的なシステムが必要とされる。したがって、材料が、それぞれの機器の間において移送され得るとき、完全に自動的なワークフローは、人間の参加の必要性を大きく減らして、またワークフローのスループットを増やし得る。

完全に自動的なワークフローは、追加の機能を可能にするための新しい機器を統合することにより拡がり得る。これを達成するため、自動的なワークフローに追加されるそれぞれの機器は、統合システムと連動できる必要がある。一方、この連動機能は、いずれかのモジュールが統合ワークフローに含まれ得ること、及びいずれかの製品が総合システムに統合されることに影響を与え得る。例えば、あるオートメーション企業は、より大きなワークフローのそれぞれのステップに取り組む１組の自動的な製品、及び統合システムを製造し得る。この統合システムは、すべてのワークフローを自動化するため、それぞれの自動的な製品と連動し得る。一方、同様に統合するために特別に形成されていない機器の集合を統合することにより、非常に特殊且つ高価な自動的な方法を必要とする大きな課題をもたらし得る。

自動的な機器を統合する一般的な方法は、線形コンベヤと、把持具を運ぶロボットアームとを含んでもよい。ロボットアームは、人間が実験機器に接続することと同様に、機器内の実験機器に接続するため、複雑な運動経路を通して把持具を動かし得る。したがって、ロボットアームは、ある位置から別の位置に向けて材料を移送するためのほぼ汎用的な工具でもよい。一方、この汎用動作を可能にするロボットアームは、一般的に、最大のスケールと有利なワークフロー以外を自動化するため、ひどく高価である。コンベヤは、システム構成要素の間の固定経路に沿って、実験機器、工具、及び消耗材料を運搬し得る。コンベヤはまた、様々なステーションにおいて作業するため、ロボットアームを運搬し得る。自動的な液体処理システムの例に続いて、固定且つ限定されているデッキ空間を有する液体処理装置は、機器デッキ及び貯蔵モジュールにおけるいずれかの位置の間において実験機器を移動するための把持具を運ぶロボットアーム、コンベヤ、廃棄物、又はその組み合わせと統合され得る。例えば、把持部は、機器デッキの位置からコンベヤプラットフォームに向けてピペットチップの空箱を移動し得る。このコンベヤプラットフォームは、チップの空箱をごみ入れに移動する。空箱は、このごみ入れに処分される。

ロボットアーム及びコンベヤのような自動的な機器を統合する一般的な方法は、機器及び１組のタスクの特定のレイアウトのために配置され、また較正される。ロボットアームが、自動的な液体処理器をコンベヤと統合するための方法として実行される上述の例において、ロボットアームは、液体処理装置とコンベヤ装置との間の所定の物理的配列に対して特に較正される。統合されている構成要素のレイアウトの拡張又は調整は、ワークフロー全体の再プログラミングを必要とする。この自動的なワークフローの所定の特徴は、適合すること、拡張すること、及び統合されたシステム内に再配置することが容易ではない。したがって、統合システムは、一般的に、低スループット、及び短時間にわたって変化し得る動的なワークフローに適用されない。

さらに、統合システム内の構成要素が故障しているとき、ワークフロー全体は、故障している構成要素が修理又は交換されるまで、停止する。この複雑なシステムを提供することは、故障しているユニットを修理するために必要な交換部品を用意して、システムの場所を訪問するためのサービス担当者を必要とする。これは、サービス提供者に対して高価且つ非効率な処理である。また、故障時間は、統合システムのオペレータに対して生産性の損失を示す。さらに、構成要素のレイアウトにおける変化に対する上述の統合システムの感度により、ロボット構成要素は、一般的に、故障している構成要素が取り除かれる、又は交換されるとき、再較正される必要がある。

したがって、動的なワークフローと構成要素の再配置に適合するように容易に構成されて、故障の場合、効率的に修理され得る自動的な実験室統合システムが必要とされている。

この分野に関連する特許は以下を含む。

「ロボットシステムにおける試料配置のためのシステム及び方法」という表題の米国特許６，４２９，０１６号が、ステーション間の実験機器のマクロな配置のため、所定の軌道又は経路に沿って移動する自走式移動ロボットのシステム、及びステーションが実験機器に作用できるように、移動ロボットとステーションとの間において作動する運動学的マウントを用いるようにみえる微小配置機構を記載している。

「材料試料、特に医学的試料のための搬送システム」という表題の米国特許９，１８２，４１９号が、作業エリア内のスロットの所定の経路に沿って駆動する自走式試料コンベヤを記載している。コンベヤは、スロットの経路を辿るピンを有する。

「実験室製品運搬要素及び経路配置」という表題の米国特許９，４５９，２７３号が、予め決められて、且つ特別に形成された経路周りに試料を運ぶための移動ロボットを記載している。

「発送装置、試料分配システム、及び実験室自動化システム」という表題の米国特許９，７７２，３４２号、及び「運搬装置、試料分配システム、及び実験室自動化システム」という表題の米国特許９，４２３，４１０号が、磁力により駆動する固定経路に沿って進む移動実験機器キャリアを用いるラボ自動化プラットフォームに関連している。実験機器のキャリアは、所定の軌道の現在のセグメントにおけるＲＦＩＤコードを測定することにより、固定経路における位置を追跡し得る。

「自動的な実験機器貯蔵システム」という表題の米国特許６，０９９，２３０号が、実験機器貯蔵システムにおける第１位置と、実験機器貯蔵システムから離れている第２位置との間において実験機器を移動できる「実験機器シャトル」（コンベヤ）と組み合わされる実験機器貯蔵システムを記載している。これは、「固定されている」統合システムの構成要素の例である。実験機器は、固定位置に向かう固定経路に沿って運搬される。また、統合モジュールは、特定の位置の間において実験機器を移送するため、特定の方法で形成されて、且つ組み立てられる必要がある。

「実験装置上の物体を識別、配置、及び追跡するための装置と方法」という表題の米国特許７，７４６，２２９号が、固定されているデッキワークテーブルを有する実験室機器を記載している。この固定されているデッキワークテーブルは、実験機器、ラック、又は工具を配置するための固定位置のグリッドに分割される。デッキのそれぞれの位置は、それぞれの位置に配置されている実験機器、ラック、又は工具のＲＦＩＤタグを読み取るためのＲＦＩＤセンサを有する。したがって、システムは、デッキに配置されたとき、所定の実験機器の位置が自動的に分かる。

「無線周波数識別タグを用いる実験機器を配置及び識別するための方法とシステム」という表題の米国特許７，４１１，５０８号が、固定位置のデッキを有する実験室機器を記載している。それぞれの位置は、実験機器キャリアを特定の位置に残すための配置機構を有する。また、それぞれの位置は、いずれかの製品がデッキ配置されていること、及びデッキ上の位置を識別するため、キャリア又は実験機器のＲＦＩＤタグを読み取るためのＲＦＩＤリーダを有する。

ある態様において、実験室統合システムが記載されている。この実験室統合システムは、ワークスペースと、ワークスペース内の実験室構成要素を備える。この実験室構成要素は実験技術を行うように構成されている。実験室統合システムは、ワークスペース内の実験機器構成要素を備える。この実験機器構成要素は実験技術において用いられるように構成されている。実験室統合システムは、ワークスペース内の作業車構成要素を備える。この作業車構成要素は実験室構成要素及び実験機器構成要素と動作できるように接続している。また、作業車構成要素は自律移動ロボットである。

一部の実施形態において、本明細書に記載されている実験室構成要素は、液体処理装置を備えてもよい。この液体処理装置は、それぞれのチャンネルにおける独立したスパニング及び独立したＺ作動を有する多チャンネル液体処理器であってもよい。一部の場合、液体処理装置は、それぞれの８個のチャンネルにおける独立したスパニング及び独立したＺ作動を有する８チャンネル液体処理器である。一部の実施形態において、本明細書に記載されている実験室技術は、分注工程又は細胞培養を備える。

一部の実施形態において、本明細書に記載されている作業車構成要素は、液体処理装置と動作できるように接続している最大５個までの作業車装置を備える。一部の場合、それぞれの自律移動ロボットはホロノミックであってもよい。この自律移動ロボットは、オムニホイールベースのドライブトレインを備えており、回転することなく、いずれかの方向に移動できる。一部の実施形態において、それぞれの自律移動ロボットは、１つ以上のナビゲーションカメラを備える。一部の場合、作業車構成要素は、実験機器構成要素、又は実験機器構成要素に含まれる材料を運搬及び配置するように構成されている。一部の実施形態において、作業車構成要素は、計量器と共に実験機器構成要素運搬プラットフォームを有する作業車装置を備える。本明細書に記載されている作業車装置は把持具を備えてもよい。また、一部の実施形態において、作業車構成要素は、把持具を有する、又は有さないオムニホイールベースのドライブトレインを備えてもよい。

一部の実施形態において、ワークスペースは、２次元座標系を形成する複数の基準マーカを備える。それぞれの自律移動ロボットのナビゲーションカメラは、１つ以上の基準マーカを認識することにより、ワークスペース内の自律移動ロボットの位置を識別するように構成され得る。

一部の場合、本明細書に記載されている自律移動ロボットは、実験機器構成要素移送機構を備える。一部の場合、実験機器構成要素移送機構は、自律移動ロボットからワークスペース内の所定の位置に向けて実験機器構成要素を移送するように構成されているへら機構を備える。一部の場合、自律移動ロボットは、実験機器構成要素運搬プラットフォームと、容量検出領域とを備える。この容量検出領域は、実験機器構成要素運搬プラットフォームに配置されている実験機器構成要素の有無を検出する。

別の実施形態において、自律移動ロボットは、Ｓ字曲線速度運動プロファイルを用いて、ワークスペース内を移動するように構成されている。このＳ字曲線速度運動プロファイルは、「ジャーク」を減らし得る。すなわち、Ｓ字曲線速度運動プロファイルは、自律移動ロボットにより運搬される液体のスロッシング又は漏れを最小化する、又は無くし得る。

一部の場合、本明細書に記載されているワークスペース、実験室構成要素、実験機器構成要素、又はいずれかの組み合わせがＲＦＩＤタグを備えてもよい。自律移動ロボットは、ＲＦＩＤリーダを備えてもよい。

一部の実施形態において、フリート制御部が、本明細書に記載されている作業車構成要素が実験技術のための実験機器構成要素と係合することを指示するように構成されている。ワークスペースが複数のシステムモジュール及びフリート制御部を備える場合、本明細書に記載されている作業車構成要素は、ワークスペースとシステムモジュールのマップを生じるように構成されている。また、作業車構成要素は、マップを用いて、ワークスペース内を自由に移動できる。一部の場合、作業車構成要素は、フリート制御部と無線通信している。フリート制御部は、作業車構成要素がワークフローのタスクを実行するように指示する。一部の実施形態において、作業車構成要素は、システムモジュールと無線通信している。また、システムモジュールは、作業車構成要素がワークフローのタスクを実行するように指示する。

一部の場合、本明細書に記載されているワークスペースは、追加のプラットフォームにより、垂直に拡がるように構成されているプラットフォームを備えてもよい。一部の場合、ワークスペースは複数のプラットフォームを備えてもよい。また、一部の実施形態において、本明細書に記載されているワークスペースは、ワークスペース内の作業車構成要素を昇降するように構成されているエレベータを備えてもよい。

別の態様において、実験室システムを統合するための方法は、本明細書に記載されている実験室統合システムを与えるステップと、制御部を用いて、実験技術に対するプロトコルをプログラムするステップと、制御部により、作業車構成要素がプロトコルを実行するように指示するステップとを備える。一部の実施形態において、プロトコルは、ワークスペースにおいて、実験機器構成要素、又は実験機器構成要素に含まれる材料を運搬及び配置することを備える。

本明細書に記載されている方法の別の実施形態は、作業車構成要素を用いて、ワークスペースのマップを生じるステップを備える。また、一部の場合、追加のステップは、マップを用いて、ワークスペース内の作業車構成要素を自由にナビゲートすることを備えてもよい。一部の実施形態において、作業車構成要素は、Ｓ字曲線速度運動プロファイルを用いて、ワークスペース内を移動し得る。

本明細書に記載されている方法は、作業車構成要素によりプロトコルを実行する間、作業車構成要素と実験室構成要素との間において無線通信するステップを備えてもよい。

一部の実施形態において、本明細書に記載されている方法の指示するステップは、分注技術を指示することを含んでもよい。別の実施形態において、指示するステップは、細胞培養技術を指示することを含んでもよい。

一部の実施形態において、本明細書に記載されているワークスペースは、ワークスペースの座標系を形成する基準マーカの配列を有する、自律移動ロボットをナビゲート可能な表面を備える。本明細書に記載されている方法は、自律移動ロボットに配置されている下向きのカメラを用いて、ワークスペース内の自律移動ロボットの現在位置を追跡することを備えてもよい。自律移動ロボットの現在位置は、下向きのカメラにより撮られる画像を用いて、自律移動ロボットの下方の１つ以上の基準マーカを識別することにより定まる。

本発明の主題を一般的な用語で説明するため、参照が添付図面に対して行われる。この添付図面は、正確な比率である必要はない。
図１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる液体処理装置を備える作業車ベースの統合された実験室システムの実施例のブロック図である。 図２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる液体処理装置を備える作業車ベースの統合された実験室システムのインスタンス化の実施例を示す。 図３は、移動作業車装置の実施例の斜視図である。 図４は、筐体を有さない移動作業車装置の実施例の斜視図である。 図５は、図３に示す筐体を有する移動作業車装置の側面図である。 図６は、図４に示す筐体を有さない移動作業車装置の側面図である。 図７は、図３，４に示す移動作業車装置の底面側の斜視図である。 図８は、ワークスペース内の移動作業車装置に対して視覚位置フィードバック情報を与え得るコード化マークの実施例を示す。 図９は、図８に示すようなコード化マークのグリッドによりコード化されているワークスペース内の移動作業車装置の実施例を示す。 図１０は、図３～７に示す移動作業車装置のへら機構の動作シーケンスの側面図である。 図１１は、図３～７に示す移動作業車装置のへら機構の動作シーケンスの側面図である。 図１２は、図３～７に示す移動作業車装置のへら機構の動作シーケンスの側面図である。 図１３は、図３～７に示す移動作業車装置のへら機構の動作シーケンスの側面図である。 図１４は、図３～７に示す移動作業車装置の平面図を示して、且つ実験機器キャリア及び容量検出領域を示す。 図１５は、図３～７に示す移動作業車装置の平面図を示して、且つ実験機器キャリアの容量検出領域に対して検出される実験機器を示す。 図１６は、移動作業車装置の実験機器キャリアに統合される容量検出の概念を示す平面図である。 図１７は、作業車装置の実験機器キャリアにおける容量検出領域の構成の実施例の断面図である。 図１８Ａは、「ジャーク」を有するボディの一般的な運動プロファイル曲線の実施例を示す。 図１８Ｂは、「ジャーク」を有さないボディの一般的な運動プロファイル曲線の実施例を示す。 図１９は、移動作業車装置の制御電子回路の実施例のブロック図である。 図２０は、図３～７に示す移動作業車装置のへら機構の動作シーケンスの斜視図である。 図２１は、図３～７に示す移動作業車装置のへら機構の動作シーケンスの斜視図である。 図２２は、図３～７に示す移動作業車装置のへら機構の動作シーケンスの斜視図である。 図２３は、図３～７に示す移動作業車装置のへら機構の動作シーケンスの斜視図である。 図２４は、貯蔵棚と統合している図３～７に示す移動作業車装置のへら機構のハンドオフ動作シーケンスの斜視図である。 図２５は、貯蔵棚と統合している図３～７に示す移動作業車装置のへら機構のハンドオフ動作シーケンスの斜視図である。 図２６は、貯蔵棚と統合している図３～７に示す移動作業車装置のへら機構のハンドオフ動作シーケンスの斜視図である。 図２７は、貯蔵棚と統合している図３～７に示す移動作業車装置のへら機構のハンドオフ動作シーケンスの斜視図である。 図２８は、貯蔵棚と統合している図３～７に示す移動作業車装置のへら機構のハンドオフ動作シーケンスの斜視図である。 図２９は、以下の工程のシーケンスを示すため、アニメーションで示す移動作業車装置の斜視図である。 図３０は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図３１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図３２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図３３は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図３４は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図３５は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図３６は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図３７は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図３８は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図３９は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４０は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４３は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４４は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４５は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４６は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４７は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４８は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図４９は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５０は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５３は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５４は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５５は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５６は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５７は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５８は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図５９は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図６０は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図６１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図６２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図６３は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図６４は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図６５は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図６６は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純な液体処理装置の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図６７は、以下の工程のシーケンスを示すため、アニメーションで示す移動作業車装置の斜視図である。 図６８は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図６９は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７０は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７３は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７４は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７５は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７６は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７７は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７８は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図７９は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８０は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８３は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８４は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８５は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８６は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８７は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８８は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図８９は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９０は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９３は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９４は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９５は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９６は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９７は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９８は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図９９は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１００は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１０１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１０２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１０３は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１０４は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１０５は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１０６は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１０７は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１０８は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１０９は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１１０は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１１１は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１１２は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。 図１１３は、１つ以上の移動作業車装置と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システムの工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。

本発明の主題が、添付図面を参照して後述される。この添付図面において、本発明の主題のすべてではない一部の実施形態を示す。全体を通して、同様の番号は同様の要素を参照する。本発明の主題は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、以下の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。正しくは、これらの実施形態は、本発明が、適用される法的要件を満足するように提供される。実際には、本発明の主題の多くの変更と他の実施形態が、当業者に想到される。本発明の主題は、この当業者に関係しており、上述の記載と添付図面において示す教示の利益を有する。したがって、本発明の主題が特定の実施形態に限定されないこと、及び変更と他の実施形態が添付されている請求項の範囲内に含まれることが分かる。

一部の実施形態において、移動ロボットベースの統合された実験室システムが、記載されており、システム内の材料を運搬する自律移動ロボットを含む。移動ロボットは、限定することなく、材料の回収、運搬、及び配置などの実験室内の様々なタスクを行うように構成され得る。本発明の目的のため、移動ロボットは、移動作業車装置、作業車装置、又は作業車と呼称され得る。

一部の実施形態において、本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システムは、統合された実験室自動化システムの構成要素（例えば、自動的な実験室機器）の間において、実験機器、特にマイクロプレートを運搬するように構成されている自律移動ロボットを与え得る。例えば、一部の実施形態において、それぞれの移動作業車装置は、生体分子スクリーニング学会（ＳＢＳ）形式の標準フットプリント（長さ１２７．７６ｍｍ、幅８５．４８ｍｍ）を有する単一の実験機器、又は該フットプリントを有するように構成されている実験機器のラックを運ぶために構成されている。

一部の実施形態において、本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システムの移動作業車装置は、所定の軌道又は経路を有さないワークスペース内を移動し得る。作業車をナビゲート可能なワークスペースは、作業車がワークスペース内の現在位置を追跡するためのセンサを用いることを可能にする特徴を含んでもよい。例えば、ワークスペースの作業車をナビゲート可能な表面は、ワークスペースの座標系を形成する基準マーカの配列を含んでもよい。したがって、作業車は、基準マーカの配列を観測して、ワークスペース内の作業車の現在位置を連続的に定めるように構成されている下向きのカメラを備えてもよい。

一部の実施形態において、作業車ベースの統合された実験室システムは、ワークスペースレイアウト内の機器の位置の自動調整を支援し得る。この機器は、作業車をナビゲート可能なワークスペース内に自由に配置され得る。それぞれの機器は、実験機器を機器に積み込むための少なくとも１つの容器を含んでもよい。例えば、この容器は実験機器キャリアハンドであってもよい。この実験機器キャリアハンドは、機器の機能に対して実験機器を運び、且つ作業車が機器から実験機器を降ろす、又は回収する位置を与えるように構成されている。作業車は、外向きのカメラのようなセンサを含んでもよい。この外向きのカメラにより、作業車は、機器を識別して、作業車に積み込まれる実験機器の配送のための機器の実験機器容器の正確な位置を並べることができる。ある実施例において、作業車は、それぞれの機器の実験機器容器において基準マーカを識別するように構成されている前向きのカメラを含む。また、作業車は、それぞれの実験機器容器の正確な位置を学習して、適合し得る。機器がワークスペースから取り除かれて、且つほぼ同じ位置で交換されるとき、上述の実施形態の作業車は、通常のワークフローの一部として、移動する機器の位置に適合し得る。これにより、手動の介入を要求する複雑な再較正処理の必要性を取り除く。機器が、システム内の最初に教示された位置から大きく移動するとき、作業車装置の自動調整機能は、簡素化された再較正処理を可能にする。

一部の実施形態において、本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システムで、ワークスペースは、垂直に配置された階に分割され得る。また、ワークスペースは、ある階から別の階に向けて作業車を移動するように構成されている、図１０３に示すエレベータ４１４のような少なくとも１つのエレベータを含んでもよい。例えば、機器又は貯蔵棚が、ワークスペースの垂直に配置された階の間において垂直に配置され得る。作業車は、エレベータプラットフォームから接続し得る。

従来の統合された実験室システムと比べると、本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システムは、実験室自動化システムの統合の利便性と柔軟性を改善することに重点を置く。特に、作業車ベースの統合された実験室システムは、以下の向上をもたらし得る。
ａ． 形状のモジュール方式、及び統合された実験室システムの組み立て。
１． 機能性を追加するため、又はスループットを増加するため、統合された実験室システムの拡張性。
２． 統合された実験室システムに対する変更の単純化。
ｂ． 複雑な構成要素の数を減らすことにより、統合された実験室システムを形成して、且つ組み立てるコストを減らすこと。
ｃ． 比較できる機能性の統合された実験室システムのフットプリントを減らすこと。
ｄ． この統合システムの保守性（移動ロボットを遠隔でスワップアウトすること、すなわちそれぞれのモジュールのアドレスの問題）を単純化すること。

特に、図１を参照して、ブロック図が、フリート制御部、又は１つ以上の移動作業車装置１１５と組み合わされる管理部１０５及び液体処理装置１１０を備える、閉じている作業車ベースの統合された実験室システム１００の実施例として提供される。本発明の目的のため、フリート制御部又は管理部１０５は「フリート制御部１０５」と呼称され得る。特に、この実施形態が液体処理装置１１０を記載する一方、システム１００は特定の機器に限定されることはなく、他の実施形態において、本発明の目的に反することがない実験室機器、例えば空気処理装置などを備えてもよい。空気処理装置は、反応性気体を、上述の実験機器１２０のような実験機器内の溶液の反応物質に向けて配送する装置であることが分かる。したがって、本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システムは、生物学ベースの手順及び方法において、及び／又は、液体及び／又は気体試薬を含む合成タンパク質の合成、又は小分子の合成のような合成法において用いられ得る。したがって、作業車ベースの統合された実験室システム１００の実施形態は、カスタマイズ、利便性、及び保守性に関して、従来の実験室自動化統合システムを改善し得る。これらの改善は、統合システムのモジュール方式を増加させるため、自律移動ロボット（例えば、作業車装置１１５）の使用により達成され得る。統合された実験室システムにおける様々な機器と装置は、システムモジュールを構成する。移動ロボットは、モジュールと互いに連動するために用いられる統合システムを構成する。自律移動ロボット（例えば、作業車装置１１５）は、実験機器（例えば、実験機器１２０）を液体処理装置１１０内に配置するために用いられ得る。

好ましい実施形態において、作業車ベースの統合された実験室システム１００は、実験室環境において、自律移動ロボット（例えば、作業車装置１１５）を用いる。自律移動ロボット又は作業車は、統合システムのワークフローにおいてタスクを実行する指示を実行できる。一般的なタスクは、統合システムの機器の間において、材料を運搬することを含んでもよい。

作業車ベースの統合された実験室システム１００において、システムモジュールはワークスペースに配置される。また、作業車は、様々なモジュールに接続するため、ワークスペース内で操作できる。一部の実施形態において、作業車及び／又はシステムは、モジュール、及びワークスペースの作業車をナビゲート可能な領域の境界内のモジュールの位置を含むワークスペースのマップを生じて、保持する。また、作業車は、作業車、システムモジュール、及びフリート制御部がワークスペース内の作業車の位置を常に認識することを可能にする位置決め及び走行距離計測法の技術を有する。したがって、一部の実施形態において、作業車は、ワークスペースの指定された境界内を自由に移動できる。

一部の場合、作業車ベースの統合された実験室システム１００内のワークスペースは、１つ以上の垂直に配置されているプラットフォームを組み込むことにより、システムのフットプリントを増加することなく拡がり得る。このシステムは、作業車が、異なる高さのプラットフォームに接続することを可能にするためのエレベータを含んでもよい。一部の機器は、プラットフォームの上下の間において、垂直に配置され得る。したがって、作業車は、エレベータに配置されている間、この機器と連動し得る。したがって、統合された実験室システムのフットプリントは、作業車ベースの統合された実験室システムを実行することにより、大きく減少し得る。作業車ベースの実験室統合システム１００の実施例は、多数の垂直に配置されているプラットフォームを組み込むワークスペースを含んで、図６８～１１３を参照して図示される。

一部の実施形態において、本明細書に記載されている作業車は、無線通信するように構成されており、ケーブルを有するシステム１００に結合されない。例えば、作業車は、フリート制御部１０５のようなフリート制御部を通して、機器、及びシステム１００内の他の作業車と無線通信するように構成され得る。作業車は、バッテリにより電力供給されて、バッテリレベルが閾値を下回るとき、又は休止期間の間、ワークスペース内に配置されているバッテリ充電ステーションに向けて操作できる。

本明細書に記載されている作業車（例えば、作業車装置１１５）は、フリート制御部１０５（図１参照）により生じる指示を実行し得る。このフリート制御部１０５は、統合システムによるワークフローの実行を監視する。一部の実施形態において、フリート制御部１０５は、スケジューリングプログラムを実行し得る。このスケジューリングプログラムにより、ワークフロー全体に対するタスクを一元的に調整できる。フリート制御部１０５は制御ソフトウェアを備えてもよい。制御ソフトウェアは、ある細胞培養システム内で行われる複数の異なる細胞培養実験のようなワークスペース内で起こる様々なワークフローに対するタスクをスケジューリングする。例えば、フリート制御部１０５におけるスケジューリングソフトウェアは、特定の時間に行われる特定のタスクを指示し得る。また、フリート制御部は、タスクを実行するため、作業車を割り当て得る。別の実施形態において、指示はまた、特定のワークフローを達成するため、動作のシーケンスを進める統合システムのそれぞれのモジュールにより、分配して生じ得る。さらに、システムの作業車は、システムの有用性と位置に基づくタスクに対して選択され得る。

一部の実施形態において、作業車装置は、液体試料又は試薬を含む実験機器を運び得る。作業車装置は、作業車装置が運ぶ実験機器の液体の乱れと漏れを防ぐ方法で動作を実行する必要がある。例えば、漏れのない動作が、実行された動作の「ジャーク」を制限することにより得られる。物理学の分野において、ジャークは、加速度の変化率を表すことが知られている用語である。すなわち、加速度の変化率は、作業車装置により運ばれる材料に対する乱れを最小化するため、作業車装置により実行されるいずれかの動作に対して適切に最小化される必要がある。この原理は、図１８Ａ，１８Ｂを参照して、以下に詳細に記載される。

一部の実施形態において、本明細書に記載されている作業車装置は、装置により制御され得る自由度が装置の合計の自由度に等しくなるように、ホロノミックである。ワークスペース表面の作業車移動ロボット装置は、平面における２つの座標軸の装置の位置、及び平面における装置の方向を含む合計３自由度を有する。作業車装置は、いずれかの自由度により、同時に移動するように制御され得るとき、ホロノミックである。例えば、作業車装置は、作業車装置の３つの全方向性ホイールを与えることにより、ホロノミックになるように適合され得る。全方向性ホイールは、作業車装置が、それぞれのホイールの回転の相対速度と方向に基づく３自由度により、移動することを可能にする方法により配置され得る。

作業車（例えば、作業車装置１１５）は、統合システム内において材料を運搬する主な役割に加えて、様々な特殊な機能に対して構成され得る。ある実施形態において、作業車装置は、運動学的実験機器キャリアが設けられ得る。運動学的実験機器キャリアは、実験機器が作業車装置の反復可能な位置に配置され得ることを保証する。運動学的実験機器キャリアの位置は、作業車位置センサ及び駆動機構に対して較正され得る。較正された運動学的実験機器キャリアにより、作業車は、実験機器を機器に移送することなく、機器内の実験機器を正確に配置し得る。例えば、自動的な液体処理システム及び貯蔵モジュールを含む作業車ベースの統合システムにおいて、作業車は、実験機器貯蔵モジュールから試料を含む実験機器の一部を回収して、実験機器を液体処理装置に向けて運搬して、液体処理装置が、液体処理工程を作業車装置の実験機器に含まれる試料に直接行うことができるように、液体処理装置内に作業車と実験機器を配置し得る。

一部の実施形態において、作業車は、外部の助けなく、作業車上の材料、及び作業車の外部の材料を移送するための機構を有してもよい。例えば、この機構は、作業車の前方から伸びて、実験機器キャリアの高さを昇降し得る実験機器キャリアであってもよい。図２０～２８の実施形態に示すように、この実施形態は、ある機器の実験機器容器から実験機器を回収して、実験機器を別の実験機器容器に降ろすための内蔵機構を作業車装置１１５に与える。

一部の場合、計量器は、本明細書に記載されている作業車装置の実験機器キャリアに設けられ得る。この計量器により、作業車装置が、実験機器キャリアにおける実験機器の質量の変化を検出できる。例えば、実験機器キャリアにおいて、この計量器を有する作業車装置により、作業車は、実験機器キャリアの実験機器に分注される液体を測定できる。作業車装置は、空の容器を補充するため、液体処理装置から試薬分注装置に向けて空の試薬容器を運ぶように指示され得る。作業車は試薬分注装置に位置する。したがって、試薬分注装置は、新しい試薬を試薬容器に分注し得る。試薬容器が、試薬分注器により分注される液体の量を判定するため、試薬分注器により充填されるとき、作業車装置は、試薬容器の質量の変化を測定するため、計量器を用い得る。液体処理装置における次の工程において、作業車装置は、試薬容器が空になり、且つ再充填される必要がある時間を定めるため、試薬容器の質量の変化を測定するように、計量器を用い得る。

一部の実施形態において、作業車装置は、外向きの視覚センサを備えてもよい。この視覚センサは、実験機器の一部に印刷されているバーコードを読み取り得る。このバーコード読み取りセンサにより、作業車は、実験機器の一部の回収の前に、実験機器の一部の識別を確認できる。このバーコード読み取りセンサにより、作業車装置は、実験機器貯蔵モジュール内に貯蔵される材料のリストを得ることができる。

一部の場合、作業車装置は、作業車装置の実験機器キャリアにおける実験機器の存在を検出し得る。この特徴を得るための複数の機構が従来技術にある。例えば、作業車装置は、実験機器キャリアの容量検出の特徴を備えてもよい。この実験機器キャリアにより、一般的な実験機器の存在を検出できる。また、実験機器が実験機器キャリアに適切に取り付けられることを検出できる容量検出の特徴が与えられ得る。

上述の機能を作業車に与えるために必要な特定の技術は、本発明の範囲から外れ得る。作業車ベースの実験室統合システム、及びそれに関連する方法の全体の態様を記載する。

本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システム１００は、従来の統合システムよりも１つ以上の利点及び／又は改善をもたらし得る。例えば、本明細書に記載されている作業車は、ワークスペース内を自由に移動できるように、現在の要求に応じて、タスクの間で切り替わり得る。例えば、一般的な統合プラットフォームにおいて、対となるコンベヤとロボットアームが、２つの特定のモジュールの間において、実験機器を移送できる一方、本発明に記載されている作業車ベースの統合プラットフォームにおける作業車は、同じ移送を行うことができて、異なる機能を実行し続ける。したがって、本明細書に記載されているシステム１００は、動的且つ多目的に利用できる。現在のタスクは、従来のシステムの固定構成モジュールに限定されるよりも、システムの要求により指示される。

実験機器と材料を装置内に配置するための作業車（例えば、作業車装置１１５）の使用は、装置のフットプリントを減らし得る。例えば、実験機器と材料を配置するための位置のデッキを有する液体処理装置は、固定領域、及び領域と関連している固定実験機器容量を有する。デッキの容量が大きくなるにつれて、装置のフットプリントは大きくなる。実験室のフロア、及びカウンタスペースは、限定されて、且つ極めて有効である。したがって、より小さな機器のフットプリントが所望される。実験機器と材料を配置するため、作業車を用いるように形成されている装置は、作業車に適合しない比較できるシステムと同じ数のモータ軸又は固定デッキ位置を必要としない。作業車は、必要なとき、機器に向けて操作できて、且つ貯蔵モジュールに向けて、及び貯蔵モジュールから材料を移送できる。この貯蔵モジュールは、これらの材料が必要であるとき、貯蔵のため、垂直な空間を用いることができる。統合システムのフットプリントはまた、モジュールを垂直に配置することにより、減らし得る。したがって、作業車装置は、エレベータプラットフォームを通して、接続し得る。

本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システム１００は、統合システムのレイアウトにおける柔軟性を可能にして、このシステムの拡張又は変更を単純化する。作業車ベースの統合された実験室システム１００は、コンベヤ及びマニピュレータの固定レイアウトを必要としないため、作業車に適合するモジュールが、作業車をナビゲート可能な空間内で自由に配置され得る。追加モジュールが必要である、又は従来のモジュールが再配置を必要とするとき、システムは、最新のワークスペースに対して、新しいマップの簡素化された生成を可能にする。一般的な統合システムにおけるワークフローの再配置の複雑さは、使用者の経験を向上して、且つ新しい製品の展開を容易にするため、作業車ベースの統合された実験室システム１００により自動化され得る。

本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システム１００のモジュール方式は、保守性を強化し得る。この分野における故障の場合、作業車は、使用者により、システムから単純に取り除かれ得る。故障している作業車は、遠隔で修理されて、システムの場所に対するサービス訪問の必要性を減らし得る。このサービス訪問は、サービス提供者に対して高価な仕事である。また、残りの作業車が、故障している作業車に割り当てられているタスクを引き受けるため、統合システムは、通常、故障している作業車なしに機能し続けてもよい。この問題は、従来の実験室統合システムにおいて、生産性を止め得る。一方、作業車ベースの統合システムは、より小さなスループットでも、機能し続ける。

一般的に、一部の実施形態において、本明細書に記載されている作業車ベースの実験室統合システムは、以下の構成要素を備えてもよい。
実験技術を行うように構成されている少なくとも１つの実験室構成要素。
実験技術に用いられるように構成されている少なくとも１つの実験機器構成要素。
上記実験室構成要素と上記実験機器構成要素と動作できるように接続している少なくとも１つの作業車構成要素。
この作業車構成要素は自律移動ロボットである。

図１を参照して、作業車ベースの統合された実験室システム１００は、１つ以上の作業車装置１１５と組み合わされるフリート制御部１０５及び液体処理装置１１０を備えてもよい。制御部１０５は、いずれかのコンピュータ装置（例えば、サーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット装置、スマートフォン、クラウドコンピュータ装置など）であってもよい。コンピュータ装置は、作業車ベースの統合された実験室システム１００の全体の工程を制御できる。また、図２に示すように、フリート制御部１０５は、一部の場合、液体処理装置１１０に組み込まれる、又は他の場合、液体処理装置１１０から分離し得る。

図２は、１つ以上の作業車装置１１５と組み合わされるフリート制御部１０５と液体処理装置１１０を含む作業車ベースの統合された実験室システム１００のインスタンス化の単純な実施例を示す。それぞれの作業車装置１１５は、自律移動ロボットであってもよい。代表的な液体処理装置１１０は、８チャンネル液体処理器のような多チャンネル液体処理器であってもよい。また、液体処理装置１１０は、それぞれのチャンネルにおいて、独立したスパニング及び独立したＺ作動を有してもよい。８チャンネル液体処理器は、単なる実施例であり、８チャンネルに限定されるものではない。一部の実施形態において、液体処理装置は、１，２，３，４，５，６，７，９，１０、又は１０以上のチャンネルを有してもよい。液体処理器は、固定スパンを有して、特定の方法又は手順が必要とするとき、それぞれのチャンネルにおいて独立したＺ作動と共に、独立してスパニングを行う。８チャンネル液体処理装置１１０はまた、例えば８チャンネル液体処理装置１１０を用いて、１つ以上の作業車装置１１５に対する容量を有してもよい。一部の実施形態において、例えば、本明細書に記載されている液体処理装置１１０は、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０、又は１０以上の作業車装置１１５の容量を有してもよい。作業車装置１１５は、分注工程を行うためのチャンネルに対して、液体処理装置１１０内の実験機器（例えば、実験機器１２０）を配置するように用いられ得る。作業車装置１１５の詳細は、図３～２８を参照して記載される。また、本明細書に記載されている作業車ベースの実験室統合システム１００の実施例の詳細は、図３０～６６を参照して、且つ図６８～１１３を参照して記載されている。

図３～７を参照して、移動作業車装置１１５のインスタンス化の実施例の様々な図を示す。この移動作業車装置１１５は、作業車ベースの統合された実験室システム１００における自律移動ロボットの実施例である。すなわち、図３は、筐体を有する作業車装置１１５の斜視図である。図４は、筐体を有さない作業車装置１１５の斜視図である。図５は、筐体を有する作業車装置１１５の側面図である。図６は、筐体を有さない作業車装置１１５の側面図である。図７は、作業車装置１１５の底面側の斜視図である。

一部の実施例において、作業車装置１１５は、ベースプレート／シャシアセンブリ１３０を含んでもよい。他の構成要素は、ベースプレート／シャシアセンブリ１３０と直接又は間接的に連結し得る。例えば、１組の４つのオムニホイール１３２は、ベースプレート／シャシアセンブリ１３０の底面側と連結している。ある実施例において、１つのオムニホイール１３２が受動的なオムニホイール１３２である一方、３つのオムニホイール１３２は、電力供給されているオムニホイール１３２である。電力供給されている３つのオムニホイール１３２は、それぞれ、ホイールモータ１３４（例えば、直流モータ）により駆動する。一部の場合、それぞれのオムニホイール１３２は、軸周りに３６０°回転し得る。一方、他の場合、それぞれのオムニホイール１３２は、軸周りに３６０°未満回転し得る。一部の実施形態において、１つ又は２つの受動的なオムニホイール１３２は、ベースプレート／シャシアセンブリ１３０に固定されて、組み立てられ得る。受動的なオムニホイール１３２の目的は、サスペンション及び／又は安定性を与えることである。

したがって、本明細書に記載されている作業車装置１１５は、装置により制御され得る自由度が装置の合計の自由度に等しくなるように、ホロノミックであってもよい。ワークスペース表面の作業車装置１１５は、平面の２つの座標軸における装置の位置、及び平面における装置の方向を含む合計３自由度を有する。作業車装置１１５は、いずれかの自由度により、同時に移動するように制御され得るとき、ホロノミックである。この実施例において、作業車装置１１５は、電力供給されている３つのオムニホイール１３２のため、ホロノミックである。電力供給されている３つのオムニホイール１３２は、作業車装置１１５が、それぞれのホイールの回転の相対速度と方向に基づく３自由度により、移動することを可能にする方法により配置され得る。

図７に示すように、作業車装置１１５は、前向きのカメラ１３６、下向きのカメラ１３８、及び下向きの赤外線発光ダイオード（ＩＲ ＬＥＤ）照明装置１４０（左右に１つずつ）を含む。一部の場合、作業車装置１１５は、１つ以上の前向きのＩＲ ＬＥＤを備えて、１つ以上の後向きのＩＲ ＬＥＤを備えてもよい。例えば、前向きのカメラ１３６及び下向きのカメラ１３８は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳベースのカメラのようなデジタルカメラである。作業車装置１１５はまた、（ラベルのない）後向きのカメラを任意で備えてもよい。ＩＲ ｌＥＤは、ＩＲ ＬＥＤが向く場を照らし得る。また、このＩＲの照明は、場の方向に向く１つ以上のカメラ（例えば、カメラ１３６及び／又はカメラ１３８）により検出され得る。一部の実施形態において、ＩＲ ＬＥＤは、１つ以上のバーコード読み取り装置の構成要素である。また、対応するＩＲ受信バーコード読み取りセンサは、カメラ１３６，１３８に対して示す位置のように、作業車装置に配置されている。上部に取り付けられているベースプレート／シャシアセンブリ１３０は、実験機器キャリア１４２である。実験機器キャリア１４２はまた、統合された実験機器移送機構１４４を含む。統合された実験機器移送機構１４４は、垂直動作を与えて、へら機構１４６を有する。このへら機構１４６は摺動可能なへら機構である。作業車装置１１５において、へら機構１４６は、実験室機器からマイクロプレートを降ろして、且つ受け取るため、用いられ得る。図１０～１３に示すように、統合された実験機器移送機構１４４のへら機構１４６は、移動ロボットを広げて、昇降し得る。すなわち、必要に応じて、実験機器移送機構１４４は、一定の量、上方に伸びて、下方の位置に戻る。ある実施例において、実験機器移送機構１４４は、最大約８ｍｍまでの動作の垂直な範囲を有する。ある実施例において、へら機構１４６は、最大約１３０ｍｍまでの動作の水平な範囲を有する。

また、実験機器キャリア１４２は、実験機器移送機構１４４のいずれかの動作を駆動するためのモータ、又はいずれかの他の機構（図示せず）を備え得る。実験機器１２０は、へら機構１４６の上部に位置して、また作業車装置１１５を通して、ワークスペース周りに運搬されて、さらに実験機器キャリア１４２の実験機器移送機構１４４及びへら機構１４６を通して操作され得る。

本明細書に記載されている作業車装置１１５の様々な構成要素は、ボディ又はハウジング１５０に含まれてもよい。カメラ窓１５２は、前向きのカメラ１３６のボディ又はハウジング１５０に設けられ得る。作業車装置１１５は、本発明の目的に反することがないいずれかの寸法を有してもよい。一部の場合、作業車装置１１５は、１２０～２５０ｍｍ、１５０～２２５ｍｍ、１７５～２００ｍｍ、１２０～２２５ｍｍ、１２０～２００ｍｍ、１２０～１８５ｍｍ、１２０～１５０ｍｍ、１３５～２５０ｍｍ、１５０～２５０ｍｍ、１７５～２５０ｍｍ、又は２００～２５０ｍｍの長さ、７５～１２５ｍｍ、７５～１１５ｍｍ、７５～１０５ｍｍ、７５～９０ｍｍ、８５～１２５ｍｍ、９５～１２５ｍｍ、又は１０５～１２５ｍｍの幅、実験機器移送機構１４４が伸びていないとき、７５～１２５ｍｍ、７５～１１５ｍｍ、７５～１００ｍｍ、７５～９０ｍｍ、８５～１２５ｍｍ、１００～１２５ｍｍ、又は１１０～１２５ｍｍの高さを有してもよい。また、実験機器移送機構１４４が伸びているとき、上記高さは、伸びていない実験機器移送機構１４４の高さから１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、又は１０ｍｍ以上伸びる。（例えば、伸びていないときの高さが１００ｍｍであり、また伸びたときの高さが８ｍｍ伸びる場合、伸びたときの長さは、合計で、１００ｍｍ＋８ｍｍ＝１０８ｍｍとなる。）特定の実施例において、本明細書に記載されている作業車装置１１５は、約１８６ｍｍの長さ、約１０５ｍｍの幅、実験機器移送機構１４４が伸びていないとき、約１００ｍｍの高さ、及び実験機器移送機構１４４が伸びているとき、約１０８ｍｍの高さを有してもよい。

図８を参照して、コード化マークを含む代表的な基準マーカ２００は、本明細書に記載されているワークスペース内の移動作業車装置に対して視覚位置フィードバック情報を与え得る。すなわち、それぞれの基準マーカ２００は、ワークスペース内の位置と関連し得るコード化マークを含む。図９を参照して、例えば、ワークスペース２０５は、基準マーカ２００の配置又はグリッドを有する経路又は軌道２１０を含む。それぞれの基準マーカ２００は、経路又は軌道２１０内の所定の物理的位置に対応するように、一意的にコード化されている。ある実施例において、それぞれの基準マーカ２００は、約１５ｍｍの正方形である。図８に示すように、ある実施例において、それぞれの基準マーカ２００は、６ｘ６の点の配列のような点の配列を用いて、一意的にコード化されている。別の実施例において、それぞれの基準マーカ２００は、カメラ１３６，１３８のいずれかにより識別され得るバーコードを含んでもよい。または、作業車装置１１５が、１つ以上のバーコード読み取り装置を備える。それぞれのバーコードは、このバーコード読み取り装置により識別され得る。別の実施例において、それぞれの基準マーカ２００は、一意的にコード化されているＲＦＩＤタグである。また、作業車装置１１５は、下向きのカメラ１３８に加えて、又は下向きのカメラ１３８の代わりに、下向きのＲＦＩＤリーダ（図示せず）を含む。図９は、基準マーカ２００を用いて、ワークスペース２０５内で動作する作業車装置１１５の実施例を示す。基準マーカ２００の情報は、下向きのカメラ１３８を用いて撮られる、及び／又は検出され得る。

図８，９を参照して、作業車装置１１５は、２次元座標系を与える基準マーカ２００を用いて、所定の軌道又は経路を有さないワークスペース内を移動できる。例えば、作業車をナビゲート可能なワークスペース２０５は、作業車装置１１５がワークスペース２０５内の現在位置を追跡するためのセンサを用いることを可能にする特徴（例えば、基準マーカ２００）を含む。例えば、ワークスペース２０５の作業車をナビゲート可能な表面は、ワークスペース２０５の座標系を形成する基準マーカ２００の配列を含んでもよい。したがって、作業車装置１１５の下向きのカメラ１３８は、基準マーカ２００の配列を観測して、且つワークスペース２０５内の作業車装置１１５の現在位置を連続的に定めるため、用いられ得る。

図１０，１１，１２，１３は、図３～７の移動作業車装置１１５のへら機構の動作シーケンスを示す側面図である。すなわち、実験機器キャリア１４２の実験機器移送機構１４４及びへら機構１４６は、移動作業車装置１１５のへら機構である。動作シーケンスにおいて、実験機器移送機構１４４は、ボディ若しくはハウジング１５０（図１１参照）の頂部から上方に伸び得る、又は上方に伸びない（図１０参照）。同様に、へら機構１４６は、ボディ若しくはハウジング１５０（図１３参照）の端部から横向きに伸び得る、又は横向きに伸びない（図１０参照）。また、実験機器移送機構１４４とへら機構１４６の両方が伸び得る（図１２参照）。

図１４は、図３～７に示す移動作業車装置１１５の平面図を示して、且つ実験機器キャリア１４２及び容量検出領域を示す。すなわち、容量検出領域は、実験機器１２０及び／又は検出障害物の有無を検出する。容量検出（または、キャパシタンス検出）は、導電性である、若しくは空気と異なる誘電体を有するいずれかを検出又は測定する容量結合に基づく技術である。移動作業車装置１１５において、容量検出は、例えば、作業車装置１１５の経路における、実験機器１２０及び／又はいずれかの障害物の接近、位置、及び／又は移動を検出及び測定するため、用いられ得る。

実施例において、へら機構１４６は、所定の検出電極を含むプリント基板（ＰＣＢ）を完全に又は部分的に形成され得る。例えば、１つの電極は基底基準範囲１６０を形成し得る。別の電極は実験機器存在検出範囲１６２を形成し得る。別の電極は前方実験機器端部検出範囲１６４Ｆを形成し得る。また、別の電極は後方実験機器端部検出範囲１６４Ｒを形成し得る。さらに、別の電極は、左側前方端部衝突検出範囲１６６Ｌを形成し得る。同様に、別の電極は、右側前方端部衝突検出範囲１６６Ｒを形成し得る。一部の実施形態において、へら機構１４６は、すべての検出電極を有してもよい。一方、別の実施形態において、へら機構１４６は、全体よりも少ない検出電極を有してもよい。また、基底基準範囲１６０は、実験機器存在検出範囲１６２、前方実験機器端部検出範囲１６４Ｆ、後方実験機器端部検出範囲１６４Ｒ、左側前方端部衝突検出範囲１６６Ｌ、及び右側前方端部衝突検出範囲１６６Ｒのそれぞれに対して与えられ得る。

図１５を参照して、図３～７に示す移動作業車装置１１５は、実験機器キャリア１４２の容量検出領域に対して検出される実験機器１２０を有してもよい。この実施例において、実験機器存在検出範囲１６２は、実験機器１２０の存在を大まかに検出するために用いられ得る。また、前方実験機器端部検出範囲１６４Ｆ及び後方実験機器端部検出範囲１６４Ｒは、実験機器キャリア１４２のへら機構１４６の上部の実験機器１２０の位置を正確に検出するために用いられ得る。

実施例に加えて、図１６は、移動作業車装置１１５の実験機器キャリア１４２に統合される容量検出の概念を示す平面図である。また、図１７は、実験機器キャリア１４２における容量検出領域の構成の実施例を示す図１６の線Ａ－Ａに沿う断面図である。図１６，１７は、実験機器存在検出範囲１６２、前方実験機器端部検出範囲１６４Ｆ、及び後方実験機器端部検出範囲１６４Ｒのような所定の容量検出領域に対して実験機器１２０を示す。また、図１７は、電極間の電場の線１６８を示す。この電場の線１６８は、実験機器１２０の有無により妨げられる、及び／又は変更される場の線である。

作業車ベースの統合された実験室システム１００において、作業車装置１１５は、液体試料又は試薬を含む実験機器を運ぶように構成されている。したがって、作業車装置１１５は、作業車装置が運ぶ実験機器の液体の乱れと漏れを防ぐ方法で動作を実行する必要がある。この漏れのない動作が、実行された動作の「ジャーク」を制限することにより得られる。物理学の分野において、ジャークは、加速度の変化率を表すことが知られている用語である。すなわち、加速度の変化率は、作業車装置により運ばれる材料に対する乱れを最小化するため、作業車装置により実行されるいずれかの動作に対して適切に最小化される必要がある。

図１８Ａを参照して、「ジャーク」を有するボディの一般的な運動プロファイル曲線を示す。また、図１８Ｂを参照して、「ジャーク」を有さないボディの一般的な運動プロファイル曲線を示す。例えば、グラフ１７０は、ジャークを有するボディの一般的な運動プロファイル曲線を示す。一方、グラフ１７２は、ジャークを有さないボディの一般的な運動プロファイル曲線を示す。例えば、本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システム１００において、「ボディ」は、図３～７に示す移動作業車装置１１５であってもよい。作業車装置１１５は、実験機器における液体の「スロッシング」を防ぐ方法で移動する必要があるため、作業車装置１１５の動作は、「ジャーク」、又は加速度の変化率を適切に最小化する必要がある。すなわち、作業車装置１１５は、「Ｓ字曲線」運動プロファイルにより移動する必要がある。この速度プロファイルは四角形ではない。

図３～７に示す作業車装置１１５のような、それぞれの移動作業車装置１１５は、所定の制御電子回路を含む。例えば、図１９は、移動作業車装置１１５の作業車制御電子回路１２５の実施例のブロック図を示す。この実施例において、作業車制御電子回路１２５は、プロセッサ１８０、モータドライバ１８２、画像処理アルゴリズム１８４、位置決めアルゴリズム１８６、キャパシタンス検出アルゴリズム１８８、通信用インターフェース１９０、及び計量器１９２を含む。すべての制御電子回路は、バッテリ電源１９４により電力供給されている。このバッテリ電源１９４は、再充電できるバッテリ源、又は再充電できないバッテリ源であってもよい。

プロセッサ１８０は、移動作業車装置１１５の全体の工程を管理するため、用いられる主制御部である。プロセッサ１８０は、プログラム指示を実行できるいずれかの標準的な制御部又はマイクロプロセッサ装置であってもよい。所定量のデータ貯蔵部（図示せず）は、メモリ貯蔵装置のように、プロセッサ１８０と関連し得る。

作業車装置１１５は、プロセッサ１８０により生じる指示を実行し得る。このプロセッサ１８０は、作業車ベースの統合された実験室システム１００のワークフローの実行を監視する。ある実施例において、プロセッサ１８０は、スケジューリングプログラムを実行し得る。このスケジューリングプログラムにより、ワークフロー全体に対するタスクを一元的に調整できる。別の実施例において、指示はまた、特定のワークフローを達成するため、動作のシーケンスを進める統合システムのそれぞれのモジュールにより、分配して生じ得る。さらに、システムの作業車装置１１５は、ワークスペースの有用性と位置に基づくタスクに対して選択され得る。

モータドライバ１８２は、作業車装置１１５内のいずれかのモータ（例えば、サーボモータ）を制御するためのモータドライバ回路又はモジュールであってもよい。モータドライバ１８２により駆動するモータの実施例は、実験機器キャリア１４２において、ホイールモータ１３４、及びいずれかのモータ（図示せず）を含んでもよい。

画像処理アルゴリズム１８４は、前向きのカメラ１３６及び下向きのカメラ１３８のような作業車装置１１５のいずれかのカメラからデジタル画像情報を制御及び／又は処理するためのアルゴリズムである。ある実施例において、プロセッサ１８０及び／又は画像処理アルゴリズム１８４は、ワークスペース内の作業車装置１１５の現在位置を連続的に定めるため、前向きのカメラ１３６及び／又は下向きのカメラ１３８により撮られる基準マーカ２００の画像情報を処理する。別の実施例において、プロセッサ１８０及び／又は画像処理アルゴリズム１８４は、前向きのカメラ１３６から画像情報を処理する。作業車装置１１５は、ワークスペース内の機器の正確な位置を学習して、適合し得る。機器がワークスペースから取り除かれて、且つほぼ同じ位置で交換されるとき、作業車装置１１５は、通常のワークフローの一部として、移動する機器の位置に適合し得る。これにより、手動の介入を要求する複雑な再較正処理の必要性を取り除く。機器が、ワークスペース内の最初に教示された位置から大きく移動するとき、作業車装置１１５の自動調整機能は、簡素化された再較正処理を可能にする。したがって、本明細書に記載されている作業車ベースの統合された実験室システム１００において、実験室機器は、作業車をナビゲート可能なワークスペース内に自由に配置される。

位置決めアルゴリズム１８６は、作業車の様々なセンサにより集められる位置情報を制御及び／又は処理するためのアルゴリズムである。例えば、位置情報は、作業車装置１１５に配置されている１つ以上のカメラ１３６，１３８により撮られる画像から、画像処理アルゴリズム１８４により生じる情報を含んでもよい。位置決めアルゴリズム１８６は、既知の位置及び／又は座標（例えば、基準マーカ２００）を有するワークスペース内の特定の特徴又はパターンに対応するワークスペース内の特定の特徴又はパターンを識別して、この特徴及びパターンから、この時点の作業車装置１１５の位置を定め得る。

キャパシタンス検出アルゴリズム１８８は、実験機器存在検出範囲１６２、前方実験機器端部検出範囲１６４Ｆ、後方実験機器端部検出範囲１６４Ｒ、左側前方端部衝突検出範囲１６６Ｌ、及び右側前方端部衝突検出範囲１６６Ｒのような、作業車装置１１５のいずれかのキャパシタンス検出電極から情報を処理するためのアルゴリズムである。

通信用インターフェース１９０は、ネットワーク（図示せず）に接続するためのいずれかの有線及び／又は無線通信用インターフェースであってもよい。また、情報は、ネットワークに接続している他の装置により交換され得る。例えば、いずれかの作業車装置１１５は、通信用インターフェース１９０を用いて、作業車ベースの統合された実験室システム１００のいずれかの他の作業車装置１１５及び／又はフリート制御部１０５と無線通信し得る。有線通信用インターフェースの実施例は、限定することなく、ＵＳＢポート、ＲＳ２３２コネクタ、ＲＪ４５コネクタ、イーサネット、及びいずれかの組み合わせを含んでもよい。無線通信用インターフェースの実施例は、限定することなく、インターネット接続、インターネット、ＩＳＭ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）技術、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＩＥＥＥ ４０２．１１技術、無線周波数（ＲＦ）、赤外線通信協会（ＩｒＤＡ）の適合プロトコル、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、共用無線接続プロトコル（ＳＷＡＰ）、いずれかの組み合わせ、及び他の種類の無線ネットワークプロトコルを含んでもよい。

したがって、作業車装置１１５は、ケーブルを有するシステムに結合されない。すなわち、作業車装置１１５は、プロセッサ１８０及び通信用インターフェース１９０を通して、機器、及びシステム内の他の作業車装置１１５と無線通信し得る。また、作業車装置１１５は、バッテリ（例えば、バッテリ電源１９４）により電力供給されて、バッテリレベルが閾値を下回るとき、又は休止期間の間、ワークスペース内に配置されているバッテリ充電ステーション（図示せず）に向けて操作できる。

計量器１９２は、へら機構１４６、又は実験機器キャリア１４２の他の位置に取り付けられ得る。計量器１９２は、作業車装置１１５により運ばれる質量の変化を測定するため、用いられ得る。例えば、計量器１９２は、へら機構１４６の上部の実験機器の一部から加えられる、又は取り除かれる液体の量を測定するため、用いられ得る。

計量器１９２を用いる実施例において、作業車装置１１５は、空の容器を補充するため、液体処理装置から試薬分注装置に向けて空の試薬容器を運ぶように指示され得る。作業車装置１１５は試薬分注装置に位置する。したがって、試薬分注装置は、新しい試薬を試薬容器に分注し得る。試薬容器が、試薬分注器により分注される液体の量を判定するため、試薬分注器により充填されるとき、作業車装置１１５は、試薬容器の質量の変化を測定するため、計量器１９２を用い得る。また、作業車装置１１５は、試薬容器が空になり、且つ再充填される必要がある時間を定めるため、試薬容器の質量の変化を測定するように、計量器１９２を用い得る。

一部の実施形態において、作業車ベースの統合された実験室システム１００は、ＲＦＩＤ技術を含み得る。例えば、液体処理装置１１０及び／又は作業車装置１１５は、ＲＦＩＤ技術を備えてもよい。この実施例において、プロセッサ１８０は、液体処理装置１１０及び／又は作業車装置１１５の１つ以上のＲＦＩＤリーダ（図示せず）からＲＦＩＤデータを処理する機能を有する。

図２０，２１，２２，２３を参照して、へら機構の動作シーケンスは、図３～７に示す移動作業車装置１１５に対して開示されている。例えば、作業車装置１１５において、へら機構は、実験機器キャリア１４２の実験機器移送機構１４４とへら機構１４６である。また、図２４，２５，２６，２７，２８は、貯蔵棚又はラック１９８と統合している図３～７に示す移動作業車装置１１５のへら機構のハンドオフ動作シーケンスを示す。

図２９は、図３５～６６の工程のシーケンスを示すため、アニメーションで示す移動作業車装置１１５の斜視図である。すなわち、図３５～６６は、１つ以上の移動作業車装置１１５と組み合わされる単純な液体処理装置３１０の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。単純な液体処理装置３１０は、図１に示す作業車ベースの統合された実験室システム１００の液体処理装置１１０の実施例である。

図３５～６６に示すシーケンスにおいて、基本的な液体処理プロトコルは、実験機器（例えば、実験機器１２０）を運ぶ作業車（例えば、作業車装置１１５）と連動するように形成されている分注機器３１４にプログラムされている。この工程において、第１実験機器１２０は作業車装置１１５に積み込まれる。例えば、実験機器１２０は、ピペットチップ、９６ウェルディープウェルソースブロック、及び９６ウェル目的プレートを含んでもよい。作業車装置１１５は、図１４，１５，１６，１７を参照して上述されるキャパシタンス検出を用いて、作業車装置１１５に配置されている実験機器１２０の存在を検出し得る。使用者は、ソフトウェアのグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）（例えば、ＧＵＩ３１２）を用いる液体処理プロトコルをプログラムする。使用者は、処理を開始する準備ができているとき、分注機器３１４はプロトコルを実行するように指示される。作業車装置１１５は、分注機器３１４に向けて操作して、実験機器１２０を配置できる。したがって、分注機器３１４は実験機器１２０に作用できる。分注機器３１４は、例えばピペットチップを始めに受け取ること、ディープウェルブロックから液体を吸引すること、及び液体を９６ウェルプレートに分注することを含む液体移送工程を実行する。最後に、液体処理工程の結果は、分注機器３１４に運ばれて、また使用者に配送される。

図６７を参照して、図６８～１１３の工程のシーケンスを示すため、移動作業車装置１１５をアニメーションで示す。すなわち、図６８～１１３は、１つ以上の作業車装置１１５と組み合わされる単純なモジュール式細胞培養自動化システム４１０の工程のシーケンスのスクリーンショットを示す。単純なモジュール式細胞培養自動化システム４１０は、図１に示す作業車ベースの統合された実験室システム１００の液体処理装置１１０の実施例である。

図６８～１１３に示すシーケンスにおいて、作業車（例えば、作業車装置１１５）は、オムニホイールベースのドライブトレインを取り付けられて、回転することなく、いずれかの方向に移動できる。また、作業車装置１１５は、受動的な貯蔵装置から実験機器を取り出すための把持具を取り付けられ得る。

さらに、図６８～１１３に示す単純なモジュール式細胞培養自動化システム４１０は、垂直に配置された階に分割されるワークスペースを含む作業車ベースの統合された実験室システム１００の実施例である。例えば、ワークスペースは、以下に記載されているように、ある階から別の階に向けて作業車装置１１５を移動するための１つ以上のエレベータプラットフォーム４１４を含んでもよい。

シーケンスに示すように、作業車装置１１５は、細胞培養チャンバ４１１に入ることにより開始し得る。この細胞培養チャンバ４１１は、ＳＢＳ形式の実験機器内の細胞培養試料を受動的なホテルシステムに貯蔵する。作業車（例えば、作業車装置１１５）は試料プレート４１２を回収する作業車装置１１５は、エレベータプラットフォーム４１４（図７０～７５）に向けて操作できる。エレベータプラットフォーム４１４は、作業車装置１１５を所望の試料プレート４１２の階に持ち上げる。作業車装置１１５は、貯蔵棚４１６から試料プレート４１２を回収するため、所望の貯蔵位置に向けて操作できる。エレベータは、作業車装置１１５を基面（図７０～７５）に戻し得る。また、作業車装置１１５は、エアロック４１８を通して培養チャンバから出る。作業車装置１１５は撮像モジュール４２０に向けて移動できる。別のエレベータプラットフォーム４１４は、撮像モジュール４２０と連動するように、作業車装置１１５を適切な高さに持ち上げ得る。また、作業車は、試料プレート４１２を撮像モジュール４２０に向けて配送する。撮像モジュール４２０は、細胞培養試料を解析することを進め得る。

同時に、第２の作業車装置１１５が、ピペットチップキャディ保持部４２２を取り付けられて、別のエレベータプラットフォーム４１４により消耗品貯蔵モジュールに向けて移動できる。この第２の作業車装置１１５は、貯蔵部からピペットチップキャディ４２４を回収して、分注機器４２６に向けて移動できる。同時に、第１の作業車１１５は、撮像モジュール４２０から試料プレート４１２を回収して、分注機器４２６に向けて移動できる。分注機器４２６において、複数の作業車装置１１５は、実験機器（図７７～９６）の間において試薬と試料を移送できるように、分注機器４２６内の実験機器及び消耗品を操作できる。試料が分注機器４２６により受け取られた後、作業車装置１１５は、試料プレート４１２を試薬分注器４２８（図９７～１００）に向けて移動できる。試薬分注器４２８は、所望の体積の試薬を試料プレート４１２に向けて配送し得る。最後に、試料プレート４１２は細胞培養チャンバ４１１（図１０１～１１３）に戻り得る。

長期間の特許法条約に従って、「ある」及び「所定の」という用語は、請求項を含む本発明において用いられるとき、「１つ以上」を示す。したがって、例えば、「主題」は、文脈が明確に反しない限り（例えば、複数の主題など）、複数の主題を含む。

本明細書及び請求項を通して、「備える」という用語は、文脈が他を必要とする場合を除いて、非排他的な意味で用いられる。同様に、「含む」という用語、及び「含む」の文法的な変形は、限定されないことを目的としている。したがって、リスト内の項目を記述することは、列挙された項目の代わりになる、又は追加され得る他の項目を除外しない。

本明細書及び添付されている請求項の目的に対して、他の指示がない限り、本明細書及び請求項で用いられる量、大きさ、寸法、比率、形状、定式、パラメータ、割合、数、特性、及び他の数値のすべての表現は、すべての場合、「約」という用語が、値、量、又は範囲と共に明確に表現されないとしても、「約」という用語により修飾されると分かる。したがって、反対の指示がない限り、以下の明細書及び添付されている請求項に記載されている数字のパラメータの集合は、強いられる必要がない一方、本発明の主題により得られるように求められる所望の特性に応じて、適切、及び／又は要求に対して大きく、又は小さくなる反射の公差、変換係数、数字の丸め、測定誤差など、及び当業者に知られている他の要素である。例えば、「約」という用語が、値を参照するとき、一部の実施形態において、所定の量に対して±１００％、±５０％、±２０％、±１０％、±５％、±１％、±０．５％、±０．１％を含むことを示し得る。したがって、この変化は、本発明の方法を行う、又は本発明の構成を用いることに適切である。

また、「約」という用語は、１以上の数字又は数字の範囲に関して用いられるとき、範囲内のすべての数字を含み、すべての数字を参照して理解されて、また数値より大きな、または小さな境界を広げることにより、範囲を調整する。端点により数字の範囲を記載することは、範囲に含まれるすべての数字、例えばすべての整数を含み、また小数（例えば、１，２，３，４，５を含む１～５の記述、及び例えば、１．５，２．２５，３．７５，４．１などの小数）を含み、さらに該範囲内のいずれかの範囲を含む。

上述の主題が、明確性のため、図と実施例により詳細に記載される一方、所定の変更と修正が、添付されている請求項の範囲内で実施され得ることが、当業者により分かる。

Claims (34)

1. 実験室統合システムであって、
   ワークスペースと、
   前記ワークスペース内の実験室構成要素を備えており、
   前記実験室構成要素は実験技術を行うように構成されており、
   前記実験室統合システムは、前記ワークスペース内の実験機器構成要素を備えており、
   前記実験機器構成要素は前記実験技術において用いられるように構成されており、
   前記実験室統合システムは、前記ワークスペース内の作業車構成要素を備えており、
   前記作業車構成要素は前記実験室構成要素及び前記実験機器構成要素と動作できるように接続しており、
   前記作業車構成要素は自律移動ロボットである、ことを特徴とする実験室統合システム。
2. 前記実験室構成要素は液体処理装置を備えており、
   前記実験技術は分注工程を含むことを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
3. 前記液体処理装置は、それぞれのチャンネルにおける独立したスパニング及び独立したＺ作動を有する多チャンネル液体処理器であることを特徴とする、請求項２の実験室統合システム。
4. 前記液体処理装置は、それぞれの８個のチャンネルにおける独立したスパニング及び独立したＺ作動を有する８チャンネル液体処理器であることを特徴とする、請求項３の実験室統合システム。
5. 前記作業車構成要素は、前記液体処理装置と動作できるように接続している最大５個までの作業車装置を含むことを特徴とする、請求項４の実験室統合システム。
6. 前記自律移動ロボットはホロノミックであることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
7. 前記自律移動ロボットは、オムニホイールベースのドライブトレインを備えており、回転することなく、いずれかの方向に移動できることを特徴とする、請求項６の実験室統合システム。
8. 前記自律移動ロボットは、１つ以上のナビゲーションカメラを備えることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
9. 前記ワークスペースは、２次元座標系を形成する複数の基準マーカを備えており、
   前記ナビゲーションカメラは、１つ以上の前記基準マーカを認識することにより、前記ワークスペース内の前記自律移動ロボットの位置を識別するように構成されていることを特徴とする、請求項８の実験室統合システム。
10. 前記自律移動ロボットは、実験機器構成要素移送機構を備えることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
11. 前記実験機器構成要素移送機構は、前記自律移動ロボットから前記ワークスペース内の所定の位置に向けて前記実験機器構成要素を移送するように構成されているへら機構を備えることを特徴とする、請求項１０の実験室統合システム。
12. 前記自律移動ロボットは、
    実験機器構成要素運搬プラットフォームと、
    容量検出領域とを備えており、
    前記容量検出領域は、前記実験機器構成要素運搬プラットフォームに配置されている前記実験機器構成要素の有無を検出することを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
13. 前記自律移動ロボットは、Ｓ字曲線速度運動プロファイルを用いて、前記ワークスペース内を移動するように構成されていることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
14. 前記ワークスペース、前記実験室構成要素、前記実験機器構成要素、又はいずれかの組み合わせがＲＦＩＤタグを備えており、
    前記自律移動ロボットは、ＲＦＩＤリーダを備えることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
15. 前記作業車構成要素が前記実験技術のための前記実験機器構成要素と係合することを指示するように構成されているフリート制御部を備える、請求項１の実験室統合システム。
16. 前記ワークスペースは、複数のシステムモジュール及びフリート制御部を備えており、
    前記作業車構成要素は、前記ワークスペースと前記システムモジュールのマップを生じるように構成されており、
    前記作業車構成要素は、前記マップを用いて、前記ワークスペース内を自由に移動することを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
17. 前記作業車構成要素は、前記フリート制御部と無線通信しており、
    前記フリート制御部は、前記作業車構成要素がワークフローのタスクを実行するように指示することを特徴とする、請求項１６の実験室統合システム。
18. 前記作業車構成要素は、前記システムモジュールと無線通信しており、
    前記システムモジュールは、前記作業車構成要素がワークフローのタスクを実行するように指示することを特徴とする、請求項１６の実験室統合システム。
19. 前記ワークスペースは、追加のプラットフォームにより、垂直に拡がるように構成されているプラットフォームを備えることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
20. 前記ワークスペースは、前記ワークスペース内の前記作業車構成要素を昇降するように構成されているエレベータを備えることを特徴とする、請求項１９の実験室統合システム。
21. 前記作業車構成要素は、前記実験機器構成要素、又は前記実験機器構成要素に含まれる材料を運搬及び配置するように構成されていることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
22. 前記作業車構成要素は、計量器と共に実験機器構成要素運搬プラットフォームを有する作業車装置を備えることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
23. 前記作業車装置は把持具を備えることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
24. 前記実験技術は細胞培養であり、
    前記作業車構成要素は、オムニホイールベースのドライブトレイン及び把持具を備えることを特徴とする、請求項１の実験室統合システム。
25. 実験室システムを統合するための方法であって、
    請求項１～２４に記載されている実験室統合システムを与えるステップと、
    制御部を用いて、前記実験技術に対するプロトコルをプログラムするステップと、
    前記制御部により、前記作業車構成要素が前記プロトコルを実行するように指示するステップと、を備える方法。
26. 前記作業車構成要素を用いて、前記ワークスペースのマップを生じるステップを備える、請求項２５の方法。
27. 前記マップを用いて、前記ワークスペース内の前記作業車構成要素を自由にナビゲートすることを備える、請求項２６の方法。
28. 前記作業車構成要素は、Ｓ字曲線速度運動プロファイルを用いて、前記ワークスペース内を移動することを特徴とする、請求項２７の方法。
29. 前記作業車構成要素により前記プロトコルを実行する間、前記作業車構成要素と前記実験室構成要素との間において無線通信するステップを備える、請求項２５の方法。
30. 前記指示するステップは、分注技術を指示することを含むことを特徴とする、請求項２５の方法。
31. 前記指示するステップは、細胞培養技術を指示することを含むことを特徴とする、請求項２５の方法。
32. 前記ワークスペースは、前記ワークスペースの座標系を形成する基準マーカの配列を有する、自律移動ロボットをナビゲート可能な表面を備えることを特徴とする、請求項２５の方法。
33. 前記方法は、前記自律移動ロボットに配置されている下向きのカメラを用いて、前記ワークスペース内の前記自律移動ロボットの現在位置を追跡することを備えており、
    前記自律移動ロボットの前記現在位置は、前記下向きのカメラにより撮られる画像を用いて、前記自律移動ロボットの下方の１つ以上の前記基準マーカを識別することにより定まることを特徴とする、請求項３２の方法。
34. 前記プロトコルは、前記ワークスペースにおいて、前記実験機器構成要素、又は前記実験機器構成要素に含まれる材料を運搬及び配置することを備えることを特徴とする、請求項２５の方法。