WO2013098202A1 - Transportsystem und verfahren zum betrieb - Google Patents

Transportsystem und verfahren zum betrieb Download PDF

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WO2013098202A1
WO2013098202A1 PCT/EP2012/076459 EP2012076459W WO2013098202A1 WO 2013098202 A1 WO2013098202 A1 WO 2013098202A1 EP 2012076459 W EP2012076459 W EP 2012076459W WO 2013098202 A1 WO2013098202 A1 WO 2013098202A1
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WO
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vehicle
drive surface
transport system
drive
analyzer
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Application number
PCT/EP2012/076459
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Butz
Wendelin Feiten
Stephan Merk
Thorsten Michels
Original Assignee
Siemens Healthcare Diagnostics Products Gmbh
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Publication date
Application filed by Siemens Healthcare Diagnostics Products Gmbh filed Critical Siemens Healthcare Diagnostics Products Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/04—Details of the conveyor system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/04—Details of the conveyor system
    • G01N2035/0474—Details of actuating means for conveyors or pipettes
    • G01N2035/0477—Magnetic

Definitions

  • the invention relates to a planar traversing unit for the transport and storage of samples and reagents in automated analysis.
  • the movements of transport devices are currently substantially linear. This means that conveyor belts or the like are used.
  • the flexibility regarding the order and the time behavior can be achieved in this case only by switches and alternate tracks.
  • the invention has for its object to provide for a multi-station analysis or diagnostic device, a transport system for samples or reagents can be significantly shortened with the paths to be traveled and with the flexibility can be significantly increased. To solve this problem can each
  • the invention is based on the finding that an area is provided, via which the samples or reagents are transported using vehicles using the principle of a planar motor.
  • the transport routes are arbitrary.
  • One or more analyzers will be around one or more surfaces arranged around in the form of individual stations, wherein a plurality of surfaces are interconnected.
  • the present invention is a transport system for at least one analyzer for the transport of samples, reagents and / or processing stations and their
  • the transport system consists of:
  • Transported and positioned processing stations wherein the at least one vehicle is operatively connected to the at least one drive surface for driving the vehicle by means of at least one planar motor.
  • Planarmotor is within the meaning of the present
  • Multi-coordinate drive with at least two degrees of freedom to understand realizes movements in the direction of at least two translational degrees of freedom, for example X and Y, preferably additionally in the direction of at least one rotational degree of freedom, for example rotation around a surface normal.
  • the at least one planar motor preferably contains
  • At least one planar servomotor and / or at least one planar servo stepping motor are at least one planar servomotor and / or at least one planar servo stepping motor.
  • An active surface is in operative connection with one or more vehicles, so that they can be moved over the plane referred to below as the drive surface.
  • the transport system represented by the drive surface and one or more vehicles has in a preferred
  • Embodiment a plurality of electromagnets, which are distributed uniformly over the drive surface.
  • the standing in operative connection with the drive surface vehicles have in the lower part, in the vehicle floor, at least one or preferably a plurality of electromagnets which are distributed over the surface of the vehicle floor.
  • the active drive surface is equipped with drive elements, which can be actively controlled for a movement of the vehicles.
  • a passive vehicle is with
  • the vehicle floor of a vehicle may be passive in relation to the movement of the vehicle
  • the drive is done by the active, equipped with electromagnet drive surface.
  • Containers or cuvettes not equipped vehicles Conveyor belts bound with one-dimensional motion characteristic.
  • Shakers, loading and unloading equipment, etc. can either be positioned around a particular drive surface, or at least partially placed directly on the drive surface.
  • Vehicles are moved by appropriate control or corresponding drive on any routes over the drive surface from station to station of the analyzer. They are positioned at an appropriate station to perform appropriate edits. Furthermore, advantageously, a compound of several
  • Drive surfaces are made on one or more levels, so that one or more analyzers are distributed appropriately.
  • the different drive surfaces may be connected by links or ramps, which also have drive means.
  • vehicle floors may be provided with lubricious coatings on
  • a power supply can be provided between the driving surface and the vehicle
  • the drive and the control of vehicles on any predetermined paths over a drive surface done by interaction of the magnetic elements on a vehicle or in the vehicle floor on the one hand and on the other hand in the drive surface.
  • the magnetic elements are each approximately evenly distributed approximately flat. It is advantageous to run certain longer or mainly used routes in multiple lanes or independent of a grid.
  • the transport system consisting of at least one drive surface is used as the central means of transport for samples and / or reagents within at least one analyzer. If, for example, it is necessary to rearrange a station of an analysis device positioned at the edge of a drive surface, a vehicle can advantageously transport the entire station and place it at another position, or the station itself is equipped with corresponding drive elements, ie it becomes the vehicle itself ,
  • the system is designed to localize one or more vehicles.
  • Heating of the corresponding vehicle made this being carried out in an advantageous manner by an electric heater.
  • the control of the transport system is done by
  • each vehicle can be integrated as a mobile part thereon and can be controlled and monitored.
  • Transport system is the area over which the samples
  • a passive surface is in operative connection with one or more vehicles, so that they can be moved over the drive surface.
  • the transport system represented by the drive surface and one or more vehicles has in a preferred
  • Embodiment a plurality of electromagnets, which are distributed uniformly over the drive surface.
  • the standing in operative connection with the drive surface vehicles have in the lower part, in the vehicle floor, at least one or preferably a plurality of electromagnets which are distributed over the surface of the vehicle floor and which are active can be controlled for a movement of the vehicles.
  • the passive drive surface has a plurality of
  • Figure 2 is a passive vehicle with several
  • FIG. 3 shows an active vehicle with several
  • FIG. 4 shows schematically the drive principle
  • an active area referred to as
  • Samples are transported. In principle, each sample on the surface can be moved in any direction.
  • a sample is moved with a vehicle.
  • each sample may temporarily stay at any point on the drive surface, particularly at the locations where a station of the analyzer is provided, such as e.g. Pipetting stations, loading or unloading stations or the like.
  • the transport system described is based on a
  • an analyzer is arranged distributed around one or more drive surfaces designed in two dimensions. The central element is thus the
  • This surface serving as a drive unit transports the sample containers / cuvettes and, depending on the design of the system, can also transport the reagents or even entire processing stations.
  • Figure 1 shows an example of the embodiment of a
  • the drive surface 1 is formed flat in plan view.
  • it has a connection 29 or, if the further drive surface lies below or above this visible drive surface in FIG. 1, via a ramp 28.
  • the vehicles 21 to 24 can also be moved via the connection 29 or the ramp 28 ,
  • the different stations of an analyzer are in this case
  • the vehicles are with containers 10
  • FIG. 2 shows a passive vehicle 2 which has an arrangement of its vehicle floor 3
  • the vehicle 2 according to FIG. 2 has an additional mass 13 in order to increase the overturning moment of the vehicle 2. Furthermore, the vehicle floor 3 is externally provided with a lubricious coating 11, so that the vehicle 2 can slide on the surface of the drive surface.
  • the advantages that can still be achieved with the invention result from the central transport system with the surrounding stations of the analyzer, in that the entire system is scalable. In particular, in variants where the cost share of the vehicles is greater than the cost of the roadway, the overall cost can be depressed with throughput and number of samples performance. This correlates with the number of vehicles in use. So can from the same structure a system with
  • the data connection is made via information channels in the drive surface. Likewise can be controlled or regulated via wireless communication. Other options are optical or wireless connections. Likewise, further analysis stations can be retrofitted, which allow further analysis methods.
  • the described system is very robust. If a vehicle fails, a recovery vehicle can be used to ensure further processing.
  • FIG. 3 shows a representation corresponding to FIG. 2, but with the cuvette 31 being heated by the heater 26 in the wall of the container 10. Due to the current collector 12, the vehicle 2 has a power supply, so that a
  • the vehicle 2 according to FIG. 3 has electromagnets 16 in the vehicle floor 3, which are distributed approximately uniformly over the floor area.
  • the vehicle floor 3 is also provided with a lubricious coating 11.
  • the vehicle 2 according to FIG. 3 has an electronic
  • Controller 14 which serves the data channels described above.
  • the electromagnets 16 are actuated in a compatible manner with respect to the movement of a vehicle 2 via the drive surface 1 by a central controller, not shown, which controls the drive elements in the drive surface 1.
  • an emergency operation can be maintained with a corresponding number of electromagnets 16 in the vehicle floor 3 by an active connection with the electrically non-operational electromagnet 16 is constructed accordingly.
  • the power supply is made centrally via the current collector 12, and the vehicle control is done via a decentralized electronic control 14 within the
  • a so-called passive vehicle for an active drive surface is shown.
  • the vehicle 2 forms the moving part of a planar motor with a permanently excited rotor.
  • one or more magnets are arranged in the lower part of the vehicle 2.
  • Permanent magnets 15 in the vehicle floor 3 are opposite switchable electromagnet in an active drive surface 1. By appropriate circuits attracting or repulsive forces arise. Essentially, attractions are exploited. An additional mass 13 in the vehicle 2 helps to dampen the movement and prevent the tilting of the containers 10. The upper part of the vehicle, the container 10, receives a cuvette 31.
  • a further variant of the invention provides that the
  • Power supply provides.
  • Power supply including the support of navigation are common components known.
  • the drive of the vehicle 2 takes place from the vehicle,
  • the vehicles can be controlled by radio and have the control values pre-stop-back and left-right-right.
  • Vehicle conceivable, combined with an active driving surface.
  • the vehicle does not have a permanent magnet, but one or preferably a plurality of electromagnets 16.
  • a corresponding electromagnet 16
  • FIG. 4 shows the principle of generating a driving force corresponding to a planar motor.
  • active vehicles that contain a microcontroller and therefore can be clearly identified by a specific deposited in an electronic control vehicle ID localization can be supported by the power supply in the running surface.
  • a heater can be integrated in the container 10 for the cuvette. By means of sensors, the temperature can be set to a predetermined value or a value curve. This can be done in the electronic control 14 for
  • Power supply lines are in certain segments
  • Control computer exchange information, especially its position.
  • Drive surface 1 the electromagnets 16 visible and the bottom portion in the cut vehicle 2.
  • the drive surface 1 is shown in fragmentary form.
  • a driving force 32 is generated by mutual actuation of the electromagnets 16 in such a way that individual electromagnets are selectively controlled in such a way that they have magnetic forces attracting surrounding electromagnets, so that the vehicle 2 is pulled approximately in the desired direction of travel.
  • the use of repulsive forces between electromagnets 16 is to be viewed critically, because under certain circumstances very high forces occur.
  • the vehicles can, depending on the version, forward,
  • a rotation is considered to be a rotation around a surface normal.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Transportsystem für Proben oder Reagenzien sowie für deren Positionierung an bestimmten Positionen in einem automatischen Analysegerät. Das Transportsystem umfasst eine Antriebsfläche (1) und mindestens ein auf der Antriebsfläche (1) zweidimensional bewegbares Fahrzeug (2), wobei das mindestens eine Fahrzeug (2) mit der Antriebsfläche (1) zum Antrieb des mindestens einen Fahrzeugs (2) in Wirkverbindung steht. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Steuerung des Transportsystems.

Description

BESCHREIBUNG
TransportSystem und Verfahren zum Betrieb
Die Erfindung betrifft eine flächige Verfahr-Einheit für Transport und Lagerung von Proben und Reagenzien in der automatisierten Analytik.
In bekannten Diagnoseautomaten werden Proben zwischen
verschiedenen Stationen zur Bearbeitung oder zur Lagerung hin- und hertransportiert. Dabei kann es erforderlich sein, dass die Reihenfolge, in der die Proben in der Transportkette geführt werden, zu verändern ist. Eilige Proben müssen beispielsweise vorgezogen werden.
Die Bewegungen von Transportvorrichtungen sind derzeit im Wesentlichen linear. Dies bedeutet, dass Förderbänder oder Ähnliches eingesetzt werden. Die Flexibilität bzgl . der Reihenfolge und des Zeitverhaltens kann in diesem Fall lediglich durch Weichen und Ausweichspuren erzielt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Analyse- oder Diagnosegerät mit mehreren Stationen ein Transportsystem für Proben oder Reagenzien bereit zu stellen, mit dem zu befahrende Wegstrecken wesentlich verkürzt werden können und mit dem die Flexibilität wesentlich vergrößert werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe kann jeweils die
Merkmalskombination eines unabhängig formulierten
Patentanspruchs herangezogen werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Fläche vorgesehen ist, über die die Proben oder Reagenzien unter Nutzung des Prinzips eines Planarmotors mit Fahrzeugen transportiert werden. Die Transportwege sind beliebig. Ein oder mehrere Analysegeräte werden um ein oder mehrere Flächen herum in Form von einzelnen Stationen angeordnet, wobei mehrere Flächen miteinander verbunden sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Transportsystem für mindestens ein Analysegerät zum Transport von Proben, Reagenzien und/oder Bearbeitungsstationen und deren
Positionierung an bestimmten Positionen. Das Transportsystem besteht aus:
- mindestens einer Antriebsfläche, um welche das mindestens eine Analysegerät zumindest in Teilbereichen herum angeordnet ist, und
- mindestens einem auf der Antriebsfläche zweidimensional bewegbaren und/oder um eine Flächennormale rotierbaren
Fahrzeug, welches die Proben, Reagenzien und/oder
Bearbeitungsstationen transportiert und positioniert, wobei das mindestens eine Fahrzeug mit der mindestens einen Antriebsfläche zum Antrieb des Fahrzeugs mittels mindestens eines Planarmotors in Wirkverbindung steht. Unter einem „Planarmotor" ist im Sinne der vorliegenden
Erfindung ein integrierter elektrodynamischer
Mehrkoordinatenantrieb mit mindestens zwei Freiheitsgraden zu verstehen. Ein Mehrkoordinatenantrieb realisiert Bewegungen in Richtung von mindestens zwei Translationsfreiheitsgraden, beispielsweise X und Y, vorzugsweise zusätzlich in Richtung von mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad , beispielsweise Rotation um eine Flächennormale.
Der mindestens eine Planarmotor enthält vorzugsweise
mindestens einen Planar-Servomotor und/oder mindestens einen Planar-Servo-Schrittmotor .
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transportsystems ist die Fläche, über die die Proben
transportiert werden, aktiv, und die Fahrzeuge sind passiv und/oder aktiv. Eine aktive Fläche steht mit einem oder mehreren Fahrzeugen in Wirkverbindung, sodass diese über die im Folgenden als Antriebsfläche bezeichnete Ebene verfahrbar sind. Das durch die Antriebsfläche und ein oder mehrere Fahrzeuge dargestellte Transportsystem weist in einer bevorzugten
Ausführungsform eine Mehrzahl von Elektromagneten auf, welche gleichmäßig über die Antriebsfläche verteilt sind. Die mit der Antriebsfläche in Wirkverbindung stehenden Fahrzeuge weisen im unteren Teil, im Fahrzeugboden, mindestens einen oder bevorzugterweise mehrere Elektromagneten auf, die flächig über den Fahrzeugboden verteilt sind. Damit ist die aktive Antriebsfläche mit Antriebselementen ausgestattet, welche aktiv für eine Bewegung der Fahrzeuge angesteuert werden können. Ein passives Fahrzeug ist mit
permanentmagnetischen oder elektromagnetischen Elementen ausgestattet. Ein mit elektromagnetischen Elementen
ausgestattetes Fahrzeug kann alternativ aktiv über die entsprechenden Elektromagnete angesteuert werden, wobei diese Kombination zu einer zuverlässigen und genauen
Fahrzeugbewegung über die Fläche führt .
Aus Platzgründen kann der Fahrzeugboden eines Fahrzeugs bezogen auf die Fortbewegung des Fahrzeugs passiv
ausgestattet sein. In diesem Fall wird entweder eine Mehrzahl von Permanentmagneten in den Fahrzeugboden verteilt
eingebaut, oder es werden lediglich Elemente aus
ferromagnetischen Materialien im Fahrzeugboden positioniert. Dies verringert in vorteilhafter Weise das Gewicht und die Baugröße eines Fahrzeugs. Der Antrieb geschieht durch die aktive, mit Elektromagneten ausgestattete Antriebsfläche.
Es ergeben sich weitere Vorteile durch die zweidimensionale Beförderung von Proben oder Reagenzien über die zentral positionierte Antriebsfläche, wenn mit dem einen oder
mehreren Fahrzeugen auf der Antriebsfläche Behälter oder Küvetten beliebig verfahrbar sind. Damit sind die mit
Behältern oder Küvetten bestückten Fahrzeuge nicht an Förderbänder mit eindimensionaler Bewegungscharakteristik gebunden .
Stationen eines Analyse- oder Diagnosegerätes, wie z.B.
Pipettiereinrichtungen, Messeinrichtungen, wie z.B.
Photometer, Fluorometer oder Radiometer,
Schütteleinrichtungen, Belade- und Entladeeinrichtungen u.s.w. , können entweder um eine bestimmte Antriebsfläche herum positioniert sein, oder zumindest teilweise auf der Antriebsfläche direkt platziert werden. Somit können die
Fahrzeuge durch entsprechende Ansteuerung bzw. entsprechenden Antrieb auf beliebigen Fahrwegen über die Antriebsfläche von Station zu Station des Analysegerätes verfahren werden. Sie werden an einer entsprechenden Station positioniert, um entsprechende Bearbeitungen durchzuführen. Weiterhin kann vorteilhafterweise eine Verbindung von mehreren
Antriebsflächen auf einer oder mehreren Ebenen vorgenommen werden, sodass ein oder mehrere Analysegeräte zweckmäßig verteilt sind. Die unterschiedlichen Antriebsflächen können durch Verbindungen oder über Rampen verbunden sein, die ebenfalls Antriebsmittel aufweisen. Somit lassen sich
Fahrzeuge zwischen unterschiedlichen Antriebsflächen hin- und herbewegen . Zur Minimierung der Reibverluste können Fahrzeugböden mit gleitfähigen Beschichtungen ausgestattet sein, die auf
Antriebsflächen gleiten. In der Regel werden Fahrzeuge jedoch mit Rädern ausgestattet, sodass die Reibungsverhältnisse weiter optimiert sind.
Zur Erzeugung von Antriebskräften auf ein Fahrzeug, welches sich auf der Antriebsfläche befindet, werden die
Elektromagnete derart angesteuert, dass das Fahrzeug als der bewegliche Teil eines Planarmotors mit einem permanent erregten Läufer angesehen werden kann.
Durch entsprechende Verteilung von Elektromagneten oder Permanentmagneten oder von ferromagnetischen Elementen können die Fahrwege von Fahrzeugen auf einer Antriebsfläche beliebig gestaltet werden.
Um das Kippmoment eines Fahrzeugs zu erhöhen, sodass die Wahrscheinlichkeit eines Umkippens vermindert wird, kann dieses mit zusätzlicher Masse im unteren Bereich versehen werden .
Benötigen Fahrzeuge eine wesentliche Stromversorgung, z.B. wenn es sich um aktive Fahrzeuge handelt, so kann zwischen Antriebsfläche und Fahrzeug eine Stromversorgung über
Schleifleisten oder kreisförmige Kontaktflächen eingerichtet sein . Es ist besonders vorteilhaft, ein aktiv ausgerüstetes
Fahrzeug am Fahrzeugboden mit einer Mehrzahl von
Elektromagneten auszustatten, deren Anzahl im Bereich von 3 bis 7 liegt, und welche gleichmäßig über den Boden verteilt sind. Vorteilhaft ist eine ringförmige Anordnung von
Elektromagneten oder Permanentmagneten bei einer runden
Querschnittsfläche eines Fahrzeugs, wobei weitere Magnete im Inneren des entstehenden Kreises platziert sein können.
Der Antrieb und die Steuerung von Fahrzeugen auf beliebigen, vorgebbaren Wegen über eine Antriebsfläche geschehen durch Zusammenwirken der magnetischen Elemente an einem Fahrzeug bzw. im Fahrzeugboden einerseits und andererseits in der Antriebsfläche. Dazu sind die magnetischen Elemente jeweils flächig annähernd gleichmäßig verteilt. Es ist vorteilhaft, bestimmte längere oder hauptsächlich benutzte Fahrwege mehrspurig oder unabhängig von einem Raster auszuführen.
Insgesamt wird in vorteilhafter Weise das Transportsystem bestehend aus mindestens einer Antriebsfläche als zentrales Beförderungsmittel für Proben und/oder Reagenzien innerhalb mindestens eines Analysegerätes verwendet. Falls beispielsweise eine Umordnung einer am Rand einer Antriebsfläche positionierten Station eines Analysegerätes notwendig ist, kann in vorteilhafter Weise ein Fahrzeug die gesamte Station transportieren und an einer anderen Position platzieren, bzw. die Station selbst wird mit entsprechenden Antriebselementen ausgestattet, d.h. sie wird selbst zum Fahrzeug .
Das System ist dazu ausgeführt, eine Lokalisierung von einem oder mehreren Fahrzeugen vorzunehmen.
Die Erwärmung von Proben oder Reagenzien wird durch die
Beheizung des entsprechenden Fahrzeugs vorgenommen, wobei dies in vorteilhafter Weise durch eine elektrische Heizung ausgeführt wird.
Die Steuerung des Transportsystems geschieht durch
elektronische Steuerungen. Dabei ist es vorteilhaft, eine zentrale Steuerung auf die mindestens eine Antriebsfläche zu beziehen, wobei jedes Fahrzeug als mobiles Teil darauf integrierbar ist und angesteuert und überwacht werden kann.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Transportsystems ist die Fläche, über die die Proben
transportiert werden, passiv, und die Fahrzeuge sind aktiv.
Eine passive Fläche steht mit einem oder mehreren Fahrzeugen in Wirkverbindung, sodass diese über die Antriebsfläche verfahrbar sind.
Das durch die Antriebsfläche und ein oder mehrere Fahrzeuge dargestellte Transportsystem weist in einer bevorzugten
Ausführungsform eine Mehrzahl von Elektromagneten auf, welche gleichmäßig über die Antriebsfläche verteilt sind. Die mit der Antriebsfläche in Wirkverbindung stehenden Fahrzeuge weisen im unteren Teil, im Fahrzeugboden, mindestens einen oder bevorzugterweise mehrere Elektromagneten auf, die flächig über den Fahrzeugboden verteilt sind und welche aktiv für eine Bewegung der Fahrzeuge angesteuert werden können. Die passive Antriebsfläche weist eine Mehrzahl von
permanentmagnetischen oder elektromagnetischen Elementen auf, welche gleichmäßig über die Antriebsfläche verteilt sind.
Im Folgenden werden anhand von schematischen Figuren, die die Erfindung nicht einschränken, Ausführungsbeispiele
beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein Transportsystem mit ausgewählten Stationen,
Figur 2 ein passives Fahrzeug mit mehreren
Permanentmagneten, Figur 3 ein aktives Fahrzeug mit mehreren
Elektromagneten,
Figur 4 schematisch das Antriebsprinzip zwischen
Antriebsfläche und Fahrzeug entsprechend einem Planarmotor.
Zur Erhöhung der Transportkapazitäten und der Flexibilität bei der Priorisierung der Bearbeitung von Proben an Stationen wird erfindungsgemäß eine aktive Fläche, bezeichnet als
Antriebsfläche, realisiert, über die unterschiedlichste
Proben transportiert werden. Dabei kann im Prinzip jede Probe auf der Fläche in eine beliebige Richtung bewegt werden.
Zweckmäßigerweise wird eine Probe mit einem Fahrzeug bewegt. Somit kann jede Probe an jeder Stelle der Antriebsfläche vorübergehend verweilen, insbesondere an den Stellen, an denen eine Station des Analysegerätes vorgesehen ist, wie z.B. Pipettierstationen, Belade- oder Entnahmestationen oder ähnliches . Das beschriebene Transportsystem beruht auf einem
zweidimensionalen Antrieb realisiert durch einen Planarmotor und stellt das zentrale Beförderungsmittel für Proben dar. Die Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass eine flexible Bewegungsführung von Proben bzw. Fahrzeugen
ermöglicht wird. Prinzipiell sind keine festgelegten
Beförderungsstrecken notwendig. Damit ergibt sich, dass eine beliebige Priorisierung in der Bearbeitung von Proben möglich ist, welche im Zeitablauf sehr variabel verändert werden kann. Insgesamt sind keine weiteren Handhabungsmechanismen bei den Bearbeitungsstationen notwendig. Die Proben werden mittels des zweidimensionalen Antriebs in eine bestimmte Station befördert, verweilen dort zu einer entsprechenden Bearbeitung und werden anschließend zur nächsten Station befördert. Erfindungsgemäß wird ein Analysegerät um eine oder mehrere zweidimensional konzipierte Antriebsflächen herum verteilt angeordnet. Das zentrale Element ist damit die
Antriebsfläche. Diese als Antriebseinheit dienende Fläche transportiert die Probenbehälter/Küvetten und kann, je nach Auslegung des Systems, auch die Reagenzien oder sogar ganze Bearbeitungsstationen transportieren .
Figur 1 zeigt ein Beispiel für die Ausgestaltung einer
Antriebsfläche 1. Dabei sind insgesamt folgende Bezugszeichen mit entsprechenden Begriffen verbunden:
1 Antriebstläche
2 Fahrzeug
3 Fahrzeugboden
30 PipettierStation
31 Küvette
25 Reagenzien
26 Heizung
27 Probenspeicher
28 Rampe
29 Verbindung
50 Zentrifuge
40 Messstation
28 Rampe
29 Verbindung
21 Fahrzeug mit leerer Küvette
22 Fahrzeug mit einer Probe 23 Fahrzeug mit befüllter Küvette
24 Fahrzeug mit befüllter Küvette und Reagenzien
10 Behälter
11 gleitfähige Beschichtung
12 Stromabnehmer
13 Masse
14 Steuerung
15 Permanentmagnet
16 Elektromagnet
32 Antriebskraft
In Figur 1 ist erkennbar, dass die Antriebsfläche 1 in der Draufsicht flächig ausgebildet ist. Zur Verbindung mit anderen Antriebsflächen verfügt sie über eine Verbindung 29 bzw. falls die weitere Antriebsfläche unter oder über dieser sichtbaren Antriebsfläche in Figur 1 liegt, über eine Rampe 28. Elektrisch sind die Fahrzeuge 21 bis 24 auch über die Verbindung 29 oder die Rampe 28 verfahrbar. Die verschiedenen Stationen eines Analysegerätes sind in diesem Fall
weitestgehend auf der Antriebsfläche 1 positioniert.
In den Figuren 2 und 3 sind Fahrzeuge 2 im Schnitt
dargestellt. Die Fahrzeuge sind mit Behältern 10
ausgestattet, die teilweise mit einer Heizung 26 versehen sind. Innerhalb der Behälter 10 sind Küvetten 31 vorhanden. Diese wangenförmigen Elemente enthalten Proben, die über die Antriebsfläche verfahren werden.
In Figur 2 ist ein passives Fahrzeug 2 dargestellt, welches an seinem Fahrzeugboden 3 eine Anordnung von
Permanentmagneten 15 aufweist, welche über den Fahrzeugboden 3 annähernd gleichmäßig verteilt sind. Das Fahrzeug 2 entsprechend Figur 2 weist eine zusätzliche Masse 13 auf, um das Kippmoment des Fahrzeugs 2 zu erhöhen. Weiterhin ist der Fahrzeugboden 3 äußerlich mit einer gleitfähigen Beschichtung 11 versehen, sodass das Fahrzeug 2 auf der Oberfläche der Antriebsfläche gleiten kann. Die mit der Erfindung weiterhin erzielbaren Vorteile ergeben sich aus dem zentralen Transportsystem mit den umliegenden Stationen des Analysegerätes, dadurch dass das gesamte System skalierbar ist. Insbesondere bei Varianten, bei denen der Kostenanteil der Fahrzeuge gegenüber den Kosten der Fahrbahn größer ist, können die Kosten insgesamt mit der Performance für Durchsatz und Anzahl der Proben gedrückt werden. Dies korreliert mit der Anzahl der Fahrzeuge, die im Einsatz sind. So kann aus dem gleichen Aufbau ein System mit
unterschiedlichem Durchsatz annähernd stufenlos eingerichtet werden .
Die Flexibilität des Systems zeigt sich dadurch, dass weitere Fahrzeuge und Bearbeitungsstationen nachgerüstet werden können.
Die Datenverbindung erfolgt über Informationskanäle in der Antriebsfläche. Ebenso kann über drahtlose Kommunikation gesteuert bzw. geregelt werden. Weitere Möglichkeiten sind optische oder per Funk realisierte Verbindungen. Ebenso können weitere Analysestationen nachgerüstet werden, die weitere Analyseverfahren ermöglichen.
Das beschriebene System ist sehr robust. Bei Ausfall eines Fahrzeugs kann ein Bergungsfahrzeug verwendet werden, um die weitere Verarbeitung dennoch zu gewährleisten. Das
Transportsystem ist insofern fehlertolerant, da solche Fälle keinen Betriebsstillstand zur Folge haben. Figur 3 zeigt eine Darstellung entsprechend Figur 2, wobei jedoch die Küvette 31 durch die Heizung 26 in der Wand des Behälters 10 beheizt wird. Durch die Stromabnehmer 12 verfügt das Fahrzeug 2 über eine Stromversorgung, sodass eine
elektrische Heizung realisierbar ist.
Das Fahrzeug 2 entsprechend Figur 3 weist im Fahrzeugboden 3 Elektromagnete 16 auf, die über die Bodenfläche annähernd gleichmäßig verteilt sind. Der Fahrzeugboden 3 ist ebenfalls mit einer gleitfähigen Beschichtung 11 versehen. Das Fahrzeug 2 entsprechend Figur 3 verfügt über eine elektronische
Steuerung 14, die oben beschriebene Datenkanäle bedient.
Insbesondere werden von einer zentralen, nicht dargestellten Steuerung, die die Antriebselemente in der Antriebsfläche 1 ansteuert, die Elektromagnete 16 kompatibel zur Bewegung eines Fahrzeugs 2 über die Antriebsfläche 1 angesteuert.
Falls die elektronische Steuerung der Antriebsfläche 1 ausfällt, kann bei entsprechender Anzahl der Elektromagnete 16 im Fahrzeugboden 3 ein Notbetrieb aufrecht erhalten werden, indem eine Wirkverbindung mit den elektrisch nicht betriebsfähigen Elektromagneten 16 entsprechend aufgebaut wird. Die Stromversorgung wird zentral über die Stromabnehmer 12 getätigt, und die Fahrzeugsteuerung geschieht über eine dezentrale, elektronische Steuerung 14 innerhalb des
Fahrzeugs 2 entsprechend Figur 3.
Entsprechend Figur 2 ist ein sogenanntes passives Fahrzeug für eine aktive Antriebsfläche dargestellt. Das Fahrzeug 2 bildet den beweglichen Teil eines Planarmotors mit einem permanent erregten Läufer. Im unteren Teil des Fahrzeugs 2 werden ein oder mehrere Magnete angeordnet . Diese
Permanentmagnete 15 im Fahrzeugboden 3 stehen schaltbaren Elektromagneten in einer aktiven Antriebsfläche 1 gegenüber. Durch entsprechende Schaltungen entstehen Anziehungs- oder Abstoßungskräfte. Im Wesentlichen werden Anziehungskräfte ausgenutzt . Eine zusätzliche Masse 13 im Fahrzeug 2 hilft die Bewegung zu dämpfen und das Kippen der Behälter 10 zu verhindern. Der obere Teil des Fahrzeugs, der Behälter 10, nimmt eine Küvette 31 auf. Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass die
Antriebsfläche 1, also die Verfahrfläche für die Fahrzeuge 2, passiv ausgestaltet ist und somit höchstens eine
Stromversorgung zur Verfügung stellt. Für die Ausführung der Stromversorgung inklusive der Unterstützung einer Navigation sind übliche Bauteile bekannt.
Der Antrieb des Fahrzeugs 2 erfolgt vom Fahrzeug aus,
vorzugsweise über Räder, die nicht dargestellt sind. Die Fahrzeuge können über Funk gesteuert werden und haben die Stellgrößen vor-Stop- zurück und links-gerade-rechts .
Weiterhin ist in Zusammenhang mit Figur 3 ein aktives
Fahrzeug denkbar, kombiniert mit einer aktiven Fahrfläche.
Sowohl die Fahrfläche als auch das Fahrzeug tragen wesentlich zur Bewegung des Fahrzeugs bei . So hat das Fahrzeug nicht einen Dauermagneten, sondern einen oder bevorzugt mehrere Elektromagnete 16. In Figur 3 wird ein entsprechendes
Fahrzeug im Querschnitt dargestellt.
Figur 4 zeigt das Prinzip der Erzeugung einer Antriebskraft entsprechend einem Planarmotor. Bei aktiven Fahrzeugen, die einen MikroController enthalten und die demnach anhand einer spezifischen in einer elektronischen Steuerung hinterlegten Fahrzeug- ID eindeutig identifiziert werden können, kann die Lokalisierung über die Stromversorgung in der Fahrfläche unterstützt werden. Bei aktiven Fahrzeugen, die einen MikroController enthalten, kann im Behälter 10 für die Küvette eine Heizung integriert werden. Mittels Sensoren kann die Temperatur auf einen vorgegebenen Wert bzw. einen Werteverlauf eingestellt werden. Dies kann in der elektronischen Steuerung 14 zur
Qualitätssicherung zusätzlich dokumentiert werden.
Die in der Antriebsfläche 1 vorhandenen
Stromversorgungsleitungen sind in bestimmte Segmente
gegliedert. So können z.B. Zeilen und Spalten separat bedient werden, sodass auf jedem Segment sich ein Signal auf die entsprechende VersorgungsSpannung aufprägen lässt. Dieses Signal ist charakteristisch für das entsprechende Segment. Damit wird die Stelle an der Fahrfläche eines beobachteten Fahrzeugs 2 identifizierbar. Ebenfalls über die Versorgungsleitung kann das Fahrzeug mit dem zentralen
Steuerrechner Informationen austauschen, insbesondere seine Position .
Entsprechend Figur 4 sind in einer Aufsicht auf die
Antriebsfläche 1 die Elektromagnete 16 sichtbar sowie der Bodenbereich im geschnittenen Fahrzeug 2. Die Antriebsfläche 1 ist ausschnittsweise dargestellt. Eine Antriebskraft 32 wird durch gegenseitige Ansteuerung der Elektromagnete 16 derart erzeugt, dass einzelne Elektromagnete gezielt derart angesteuert werden, dass sie zu umliegenden Elektromagneten anziehende Magnetkräfte aufweisen, sodass das Fahrzeug 2 annähernd in die gewünschte Fahrtrichtung gezogen wird. Die Verwendung von Abstoßungskräften zwischen Elektromagneten 16 ist kritisch zu betrachten, da unter Umständen sehr hohe Kräfte auftreten.
Die Fahrzeuge können, je nach Ausführung, vorwärts,
rückwärts, seitwärts oder im Stillstand zur Positionierung betrieben werden. Weiterhin sind Drehungen möglich, um die Fahrzeuge zu lenken. Eine Drehung wird als Drehung um eine Flächennormale betrachtet .

Claims

ANSPRÜCHE
Transportsystem für mindestens ein Analysegerät zum Transport von Proben, Reagenzien und/oder
Bearbeitungsstationen und deren Positionierung an bestimmten Positionen, bestehend aus:
mindestens einer Antriebsfläche (1) , um welche das mindestens eine Analysegerät zumindest in Teilbereichen herum angeordnet ist, und mindestens einem auf der mindestens einen Antriebsfläche (1) zweidimensional bewegbaren und/oder um eine Flächennormale rotierbaren
Fahrzeug (2), welches die Proben, Reagenzien und/oder Bearbeitungsstationen transportiert und positioniert ,
wobei das mindestens eine Fahrzeug (2) mit der
mindestens einen Antriebsfläche (1) zum Antrieb des Fahrzeugs (2) mittels mindestens eines Planarmotors in Wirkverbindung steht .
TransportSystem nach Anspruch 1, wobei zur Darstellung einer Antriebskraft (32) auf das mindestens eine
Fahrzeug (2)
in der mindestens einen Antriebsfläche (1) eine Mehrzahl von elektromagnetischen Elementen (16) und/oder permanentmagnetischen Elementen über die Fläche verteilt ist, und
in einem Fahrzeugboden (3) eine Mehrzahl von aktiven elektromagnetischen Elementen und/oder permanentmagnetischen Elementen verteilt ist.
Transportsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei an dem mindestens einen Fahrzeug (2) eine Anzahl von drei bis sieben Elektromagneten (16) am Boden vorgesehen ist .
4. Transportsystem nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die aktiven magnetischen Elemente durch Elektromagnete (16) dargestellt sind und die passiven
permanentmagnetischen Elemente durch Permanentmagnete oder durch magnetische Elemente aus ferromagnetischem Material dargestellt sind.
5. Transportsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei zur zweidimensionalen Beförderung von Proben oder Reagenzien innerhalb des mindestens einen Analysegerätes das mindestens eine Fahrzeug (2) mit einem Behälter (10) oder mit einer Küvette (31) ausgestattet ist.
6. Transportsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das mindestens eine Analysegerät mit mehreren Stationen um die mindestens eine
Antriebsfläche (1) herum derart angeordnet ist, dass Stationen direkt an einer Randposition der mindestens einen Antriebsfläche (1) platziert sind oder mindestens eine Station auf der Antriebsfläche (1) positioniert ist .
7. Transportsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei mindestens zwei Antriebsflächen (1) übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind, durch Verbindungen (29) oder Rampen (28) miteinander gekoppelt sind und die Verbindungen (29) und Rampen (28) Antriebselemente aufweisen. Transportsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das mindestens eine Fahrzeug (2) zur Bewegung relativ zur mindestens einen Antriebsfläche (1) entweder mit Rädern und/oder mit einer gleitfähigen Beschichtung am Boden ausgestattet ist.
Transportsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das mindestens eine Fahrzeug (2) den beweglichen Teil eines Planarmotors als permanent erregten Läufer bildet.
Transportsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei in dem mindestens einen Fahrzeug (2) zusätzliche Masse (13) zur Erhöhung des Kippmomentes vorhanden ist.
Transportsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die mindestens eine Antriebsfläche (1) und das mindestens eine Fahrzeug (2) mit
Schleifkontakten zur Stromversorgung ausgestattet sind.
Transportsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die mindestens eine Antriebsfläche (1) passive Antriebselemente, sowie Versorgungsleitungen aufweist und das mindestens eine Fahrzeug (2) mit aktiven Antriebselementen ausgestattet ist.
Verfahren zur Steuerung eines Transportsystems nach einem der Ansprüche 1 - 12, wobei mindestens ein
Fahrzeug (2) auf mindestens einer Antriebsfläche (1) zur zweidimensionalen Bewegung auf der Antriebsfläche (1) im Wesentlichen parallel zu dieser angetrieben wird, indem in der mindestens einen Antriebsfläche (1) und/oder in dem mindestens einem Fahrzeug (2) Elektromagnete (16) entsprechend einem Planarmotor angesteuert werden und das mindestens eine Fahrzeug (2) mittels elektromagnetisch erzeugter Anziehungsund/oder Abstoßungskräfte auf der mindestens einen Antriebsfläche (1) , um welche das mindestens eine Analysegerät zumindest in Teilbereichen herum
angeordnet ist, bewegt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das mindestens eine Fahrzeug (2) mit der mindestens einen Antriebsfläche (1) als zentrales, zweidimensionales Beförderungsmittel Proben und/oder Reagenzien innerhalb des mindestens einen Analysegerätes bewegt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das
mindestens eine Fahrzeug (2) eine Station eines
Analysegerätes transportiert und positioniert.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 - 15, wobei das mindestens eine Analysegerät zumindest teilweise einen eigenen Antrieb aufweist und damit ein Fahrzeug darstellt, welches mit einer Antriebsfläche mittels mindestens einem Planarmotor in Wirkverbindung steht..
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 - 16, wobei das mindestens eine Fahrzeug (2) auf der mindestens einen Antriebsfläche (1) lokalisiert wird, indem über
Stromversorgungsleitungen OrientierungsSignale
übermittelt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 - 17, wobei zur Erwärmung von Proben oder Reagenzien eine Beheizung auf einem mindestens einen Fahrzeug (2) vorgenommen wird.
19. Transportsystem nach einem der Ansprüche 1-12, wobei zur Positionsmessung des mindestens einen Fahrzeugs (2) Sensoren eingesetzt werden.
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