WO2021144057A1 - Positioniersystem zum positionieren von endeffektoren - Google Patents

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WO2021144057A1
WO2021144057A1 PCT/EP2020/083305 EP2020083305W WO2021144057A1 WO 2021144057 A1 WO2021144057 A1 WO 2021144057A1 EP 2020083305 W EP2020083305 W EP 2020083305W WO 2021144057 A1 WO2021144057 A1 WO 2021144057A1
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axial direction
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stators
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PCT/EP2020/083305
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Thomas Feyrer
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Festo Se & Co. Kg
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
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    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1065—Multiple transfer devices
    • G01N35/1072—Multiple transfer devices with provision for selective pipetting of individual channels
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L3/0217—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
    • B01L3/0227—Details of motor drive means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • 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
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    • G01N35/04—Details of the conveyor system
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    • G01N35/1065—Multiple transfer devices
    • G01N2035/1076—Multiple transfer devices plurality or independently movable heads

Definitions

  • the invention relates to a positioning system for Positionie Ren end effectors, with a system base body on which several working units are arranged side by side in the axis direction of the y-axis egg nes xyz coordinate system, which are used to position an end effector arranged on them while executing a working movement are linearly movable in the axial direction of a z-axis orthogonal to the y-axis.
  • DE 102014 013 552 B3 describes such a positioning system, which is designed as a metering system, the end effectors of which are metering units with which fluid quantities can be taken up from carrier substrates or released into carrier substrates.
  • the quantities of fluid are in particular fluid samples, for example biochemical analysis samples that have been analyzed or otherwise
  • the end effectors are mounted on Häeinhei th of the positioning system, with the Schwarzei th being linearly movable in the axial direction of a usually vertically oriented z-axis, around the dosing units in the to position required relative positions with respect to an assigned carrier substrate.
  • the work units always carry out their work movements synchronously because they are firmly attached to a system Base bodies are attached, the system base body being movable to induce the working movement of the working units including the end effectors attached to it.
  • WO 2006/000115 A1 discloses a device for arranging pipette or dispenser tips in a system for manipulating liquid samples.
  • the device has a robot arm on which several blocks are movably arranged, each of which is equipped with several pipette or dispenser tips.
  • the pipette or dispenser tips can each be moved individually vertically relative to the block carrying them.
  • DE 102012 015 083 B3 describes a dispenser head for dispensing liquid samples, which is equipped with several individually displaceable dispensers.
  • the invention is based on the object of creating a positioning system which, with a compact structure, offers a high degree of variability in terms of the positionability of the end effectors.
  • the working units can perform their work movements independently of one another and relative to the system base body, each working unit being assigned its own drive unit to generate its working movement
  • Drive units are arranged next to one another in the axial direction of the y-axis, so that the drive units each have a stator which is stationary with respect to the system base body and an output body which can be actively moved in this regard while executing an output movement, the output body calling up the working movement via a coupling section is drive-wise coupled to the assigned working unit, and that the stators are distributed in a plurality of stator rows that follow one another in the axial direction of the x-axis and are aligned in the axial direction of the y-axis, the stators of the in the A In the axial direction of the x-axis, respectively adjacent stator rows
  • a positioning system designed in this way allows existing end effectors to be positioned independently of one another in the axial direction of the z-axis, since the working units equipped with the end effectors during operation of the positioning system for performing their working movements can be moved independently of one another relative to the system base body and are each coupled to their own drive unit to generate their work movements.
  • the working units can be moved, for example individually, sequentially or in groups, or all together and positioned as required. Associated with this is a very wide range of applications.
  • Each drive unit has a stator that is fixed in place with respect to the system base body and an output body that can be driven to produce an output movement, the output body being connected to the associated working unit via a coupling section, so that a working movement of the associated working unit can be derived from the output movement of the output body.
  • the drive units are preferably of an electrically actuatable type, which allows very precise positioning with little effort, but the drive concept can also be, for example, a fluidic and, in particular, a pneumatic drive concept.
  • stator rows which are in the axial direction of the y-axis extend and are arranged one after the other in the axial direction of the x-axis.
  • stator rows are each placed in such a way that the stators of adjacent stator rows in the axial direction of the x-axis are offset from one another in the axial direction of the y-axis, the offset being selected so that the stators are in overlap the axis direction of the y-axis.
  • a stator of the stator row adjacent in the axial direction of the y-axis is offset in the axial direction of the y-axis in such a way that it is aligned with at least one and in particular both of the aforementioned
  • the stators of the first-mentioned stator series overlap.
  • the stators usually have a greater width than the associated coupling sections and working units, this offers the advantage that the working units can be placed close to one another without being impaired by the stators.
  • the positioning system can show its advantages particularly convincingly in a configuration as a dosing system in which the end effectors are formed by dosing units.
  • fluid quantities can be dosed from a carrier substrate and / or dispensed into a carrier substrate, with a very high degree of variability. If, for example, a microtiter plate is placed below the metering units, selective metering with respect to the wells formed in a carrier substrate is possible with selective actuation of the working units.
  • the drive units are expediently grouped together in a very small space in an area of the stator base body designated as a drive zone.
  • the drive zone can, for example, be arranged adjacent to the working units in the axial direction of the z-axis, with it being located above the working units with a vertical z-axis.
  • a spatial one is particularly favorable Considered arrangement in which the drive zone is placed in the axial direction of the x-axis adjacent to the working units, it being useful if the x-axis is aligned horizontally. If the area in which the working units are located is called the working zone, then the drive zone and the working zone are conveniently next to one another in the axial direction of the x-axis, with an overlap being quite possible.
  • the coupling sections which ensure the drive coupling of the drive bodies to the working units expediently extend in an area which is spaced apart from the associated stator in the axial direction of the z-axis.
  • the coupling sections in the axial direction of the y-axis have a smaller width than the respectively assigned stator, which also applies to the working units coupled with the Kopplungsab sections.
  • This embodiment is particularly advantageous in connection with an arrangement of the drive zone and the work zone adjacent to one another in the axial direction of the x-axis.
  • the coupling sections of those drive units whose stators belong to a rear stator row, which is upstream of at least one stator row on the side facing the working units can be at least at a distance from the stators measured in the z-axis direction extend past an upstream stator row to be coupled to the associated working unit.
  • Stators belonging to the same stator row can certainly bear against one another in the axial direction of the y-axis, but are preferably arranged at a distance from one another.
  • the distance between the stators lying in the same stator row in the axial direction of the y-axis is expediently greater, the greater the number of existing ones Startor rows, but the distance is preferably smaller than the width of each stator measured in the axial direction of the y-axis .
  • a particularly good relationship between the number of working units and the compactness of the positioning system is obtained if the stators are arranged in at least three and expediently in exactly three consecutive stator rows in the axial direction of the x-axis.
  • Adjacent stator rows in the axial direction of the x-axis can contain an identical number of stators, but can also contain a different number of stators.
  • each row of stators contains three stators or four stators.
  • each one stator row has three stators and the other stator row has only two stators.
  • the stators of all drive units are designed to be identical to one another.
  • a particularly expedient design of the stators when viewed in the axial direction of the z-axis, provides an at least substantially square outline, the outlines of all stators preferably being identical to one another.
  • other stator contours are also possible, for example round contours.
  • the individual coupling sections can in principle be formed integrally with the respectively assigned output body. This is the case, for example, when the output body is an output rod designed in the manner of a piston rod, the output movement of which is a linear movement and the end section of which acts as a coupling section.
  • each coupling section is designed separately with respect to the associated drive body and is drivingly connected to the coupling section by means of suitable measures.
  • a coupling section designed separately with respect to the output body can be drivingly connected to the output body in such a way that it either follows the output movement of the output body directly or is driven by the output movement of the output body to a relative movement in this regard.
  • each coupling section is designed as a coupling slide that can be displaced with respect to the system base body.
  • Each coupling slide is mounted on the system base body so as to be displaceable in the axial direction of the z-axis, whereby it is preferably one that is independent of the output bodies. gige displacement is involved.
  • the coupling slide is preferably plate-shaped and aligned such that its plate plane runs orthogonally to the y-axis. This he allows a very narrow overall width of the positioning system in the axial direction of the y-axis.
  • Each working unit expediently contains a guide rod that is aligned paral lel to the z-axis and movable in the axial direction of the z-axis, which is attached to the coupling section of the associated drive unit and is mounted to be linearly displaceable on the system base.
  • a mounting interface is formed on the guide rod, which is used to attach an end effector and to which an application-specific end effector is attached when the positioning system is in operation. It can be attached directly or by means of a holder that is adapted to the end effector and can function as an adapter.
  • the guide rods of all working units are preferably arranged in such a way that their longitudinal axes lie in a common plane, which is referred to as the guide rod plane and which runs orthogonally to the x-axis.
  • a preferred structure of the system base body provides two carrier plates, which each extend in a plane orthogonal to the z-axis and which are arranged at a distance from one another in the axial direction of the z-axis, so that they delimit a space known as the coupling space because the coupling sections of the working units are in it.
  • the two carrier plates are preferably kept at a distance by a support structure integrated between them, this support structure being in particular from side walls of the system Base body is formed, which limit the coupling space on the sides oriented at right angles to the z-axis.
  • Each guide rod is placed in such a way that it penetrates both carrier plates and bridges the gap between the carrier plates, whereby it is mounted in each carrier plate so that it can be linearly displaced in its longitudinal direction.
  • the stators of all drive units are preferably fastened to one and the same of these two carrier plates.
  • each drive unit has its own drive module which has one of the stators and one of the output bodies.
  • the drive modules can be handled independently of one another.
  • the stator preferably represents a Modulge housing of the drive module, which determines the external appearance of the drive module and via which the stator is attached to the system base body.
  • the drive units are expediently electric drive units, the drive modules being designed as electric drive modules.
  • the electrical drive modules convert supplied electrical energy into an output movement of the output body.
  • the electric drive modules are preferably electric motors, in particular stepping motors, so that very precisely position-controlled activation is possible.
  • the drive modules can also be designed as fluid-operated drive modules, for example as pneumatic drive modules and in this case in particular as pneumatic linear drives, for example pneumatic cylinders.
  • each drive unit is expediently rod-shaped and aligned such that its longitudinal axis runs in the axial direction of the z-axis.
  • the rod-shaped output bodies are aligned in this case paral lel to the possibly existing guide rods of the working units.
  • the rod-shaped output body and the guide rod, which belong to one and the same drive unit, are preferably located in a plane at right angles to the y-axis.
  • a particularly exact positioning of the working units is possible if the rod-shaped output body of each drive unit can be driven to a rotary output movement about its longitudinal axis.
  • the output body is in thread engagement with the associated coupling section, so that the rotary output movement of the output body results in a linear movement of the coupling section, which is oriented in the axial direction of the z-axis and a rectified linear working movement of the working unit attached to the coupling section evokes.
  • the rod-shaped output body is expediently designed as a threaded spindle having an external thread in the area cooperating with the Kopplungsab section.
  • the coupling section expediently has a Spindelmut ter with an internal thread into which the threaded spindle of the drive body is screwed from.
  • Each coupling section expediently has a plurality of receiving structures, spaced apart from one another in the axial direction of the x-axis, for the selective receiving of a spindle nut.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of the positioning system according to the invention in a configuration as a dosing system suitable for receiving and / or dispensing quantities of fluid in a perspective view, with a carrier substrate to be processed by the positioning system also being shown,
  • FIG. 2 shows the positioning system from FIG. 1 from a different viewing direction, again in a perspective representation
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of the positioning system according to section line IV-IV from FIGS. 1, 3 and 6,
  • FIG. 5 shows a cross section of the positioning system according to section line V-V from FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a further cross section of the positioning system according to section line VI-VI from FIG. 4,
  • FIG. 7 shows a further longitudinal section of the positioning system according to section line VII-VII from FIG. 4,
  • FIG. 8 shows an individual representation of one of the several positioning units contained in the positioning system, each of which is composed of a drive unit and a working unit, specifically in the state of the working unit equipped with an end effector and corresponding to the section VIII framed by dashed and dotted lines in FIG
  • FIG. 9 shows a perspective view of a section of a further embodiment of the positioning system, which, unlike the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 8, has the same number of stators within the individual stator rows, with only the drive units and those on them for the sake of clarity arranged working units are shown.
  • the positioning system denoted overall by reference number 1 has a system base unit 2 which can be placed at the place of use and which expediently has at least one fastening interface 3 via which it can be fixed to a supporting structure (not illustrated further).
  • This support structure can be stationary and designed, for example, as a support frame.
  • the support structure can, however, also be a handling unit, with the aid of which the system base unit 2 can be moved in space.
  • the system base unit 2 has a system base body 4 and a plurality of positioning units 5 arranged on the system base body 4. Such a positioning unit 5 is shown individually in FIG. Each positioning unit 5 contains a working unit 6 and a drive unit 7 which is coupled to the working unit 6 in terms of drive. The working unit 6 can be driven to a linear working movement 8 indicated by a double arrow by the drive unit 7.
  • the drive unit 7 there is a mounting interface 9 for an end effector 10.
  • an end effector 10 tailored to the positioning task is attached to the mounting interface 9, so that that he participates in work movement 8.
  • the end effector 10 can be an integral part of the working unit 6.
  • each working unit 6 and the end effector 10 assigned to it can not only be moved linearly, but also positioned as required, that is to say temporarily held at a desired point on the travel path.
  • the positioning system 1 can be designed and used for a variety of purposes. For example, it is suitable for handling measures, in which case the end effectors 10 are designed as grippers and, in particular, as vacuum grippers, with which objects can be gripped and held while they are being moved.
  • a preferred field of application of the positioning system 1, however, is the dosing of quantities of fluid, in particular in the medical technology area, in the pharmaceutical sector and / or in any biological or biochemical measures.
  • the quantities of fluid to be dosed are usually referred to here as fluid samples.
  • the illustrated positioning system 2 is designed for such an application so that it represents a dosing system la.
  • the end effectors 10 of the individual positioning units 5 are in this case each designed as a metering unit 10a which is able to take up a certain amount of fluid or fluid sample and also to release it again.
  • Fluid quantities to be absorbed are regularly provided in a matrix-like distribution within a correspondingly structured carrier substrate 11, such a carrier substrate 11 being in particular a so-called microtiter plate.
  • the carrier substrate 11 has a multiplicity of receiving means Depressions 12, in each of which an amount of fluid can be provided.
  • the quantities of fluid can be removed from the receiving depressions 12 and subjected to a subsequent treatment, for example an analysis.
  • the metering system 1 a can, however, also be used to dispense treated or untreated quantities of fluid into the receiving depressions 12 of such a carrier substrate 11 for storage or for further treatment.
  • the metering units 10a expediently each contain a metering valve 13, which applies to the illustrated embodiment.
  • the fluid to be metered is fed to the respective metering valve 13 via a fluid line 14 connected to it, which can be a rigid pipeline and / or a flexible hose line.
  • a fluid line 14 connected to it, which can be a rigid pipeline and / or a flexible hose line.
  • the metering valves 13 are connected via fluid lines 14 to a fluid reservoir 15 providing the fluid to be metered.
  • the system basic unit 2 has spatial dimensions in the axial direction of an x-axis, a y-axis perpendicular to the x-axis and one perpendicular to both the x-axis and the y-axis z-axis.
  • directions that run in the axial direction of one of these Cartesian axes are also referred to only as the x-axis direction, y-axis direction and z-axis direction for the sake of simplicity.
  • each metering unit 10a has a metering opening 16 at one end, which is defined, for example, by a pipette or a syringe needle and which, for example, points downward in the z-axis direction.
  • the carrier substrate 11 is positioned under the dosing units 10a in such a way that each dosing opening 16 comes to rest over one of the receiving recesses 12.
  • the metering units 10a with their metering openings 16 can be immersed in the receiving recesses 12 and also moved out again.
  • the working units 6 equipped with the metering units 10a are present several times so that, if necessary, a plurality of receiving recesses 12 can be filled or emptied at the same time.
  • the multiple working units 7 are arranged next to one another in the y-axis direction. Accordingly, the metering openings 16 lie in a row of openings following the y-axis direction. Since the receiving recesses 12 in the illustrated application example are relatively small and are arranged next to one another in a tight grid, the Dosieröffnun conditions 16 of the metering units 10a must be close to one another.
  • the multiplicity of working units 6 can be arranged next to one another in a very small space in the y-axis direction.
  • the system base unit 2 also has small dimensions in the area of the drive units 7 in the y- Axis direction can be realized so that the system base unit 2 has very compact dimensions overall in the y-axis direction. This favors use in confined spaces and a multiple arrangement of system base units 2 in a confined space.
  • the positioning units 5 each comprising a drive unit 7 and a working unit 6 are arranged next to one another on the system base body 4 in the y-axis direction. Within a respective positioning unit 5, the working unit 6 and the drive unit 7 are arranged one after the other in the x-axis direction. Overall, this results in an exemplary arrangement in which all work units 6 are located in an area designated as work zone 17 and all drive units 7 are located in an area designated as drive zone 18, with work zone 17 and drive zone 18 arranged one after the other in the x-axis direction are. In the z-axis direction, the drive zone 18 is expediently at least substantially at the same height as the work zone 17.
  • the work units 6 can perform their work movements 8 relative to the system base 4 and independently of one another.
  • the system base body 4 can consequently retain its spatial posi tion unchanged during the work movements of the working units 6. Therefore, only small masses have to be moved in order to move and position the end effectors 10 in the z-axis direction.
  • the positioning system 1 expediently contains an electronic control device 19 which is electrically connected to the individual drive units 7 and which is a allows individual electrical control of the drive units 7.
  • the electronic control device 19 can cause only individual work units 6 to be moved in a specific sequence, that the work units 6 are moved in groups or that all work units 6 are moved.
  • Each drive unit preferably contains a drive module 22, which has a stator 23 and an output body 24 that can be driven in relation to a drive movement 25 from. It is particularly advantageous to use electrical drive modules 22, which is the case by way of example. Here, supplied electrical energy is converted directly into kinetic energy of the output body 24. In principle, however, fluid-operated drive modules 22 could also be used.
  • each drive module 22 is formed by an electric motor, which is, in particular, a stepper motor with a drive shaft 66 belonging to the output body 24, which can be positioned very precisely in terms of rotation angle.
  • the output movement 25 of the output body 24 generated by the drive module 22 is preferably a rotary movement, which applies to the illustrated exemplary embodiments.
  • the output body 24 is in the form of a rod and has a longitudinal axis 24a which forms the axis of rotation for the rotary output movement 25.
  • the drive modules 22 are in particular installed so that the longitudinal axes 24a of the drive body 24 are aligned in the z-axis direction. Accordingly, the longitudinal axes 24a of the output bodies 24 coincide with the direction of movement of the working movement 8.
  • the drive modules 22 are electrically connected to the electronic control device 19, from which they receive electrical control signals, by means of which the output movement 25 of their output body 24 can be brought about for the purpose of moving and positioning the working units 6.
  • each stator 23 defines a module housing 23a which is fixed to the system base body 4 by means of fastening screws (not illustrated further).
  • each positioning unit 5 contains a coupling section 26.
  • the coupling section 26 is attached to the working unit 6 via a fastening device 27 so that these two components can only be moved together.
  • the coupling section 26 can execute a reciprocating linear movement 28 in the z-axis direction relative to the system base body 4. This linear movement 28 can be brought about by the interaction with the output body 24. Its output movement 25 causes the linear movement 28 of the coupling section 26, which results in a simultaneous execution of the working movement 8 by the working unit 6.
  • each positioning unit 5 is assigned a position sensor 20, by means of which the current position of the assigned working unit 6 can be detected directly or indirectly.
  • the position sensors 20 supply electrical position signals that are fed to the electronic control device 19, to which, according to FIG. 4, all position sensors 20 are electrically connected.
  • the positioning units 5 are exemplarily carried by two first and second carrier plates 31, 32 of the system base body 4, which are arranged at a distance from one another in the axial direction of the z-axis.
  • Each support plate 31, 32 has a rigid structure and extends in a plane orthogonal to the z-axis.
  • the first carrier plate 31 lies at a distance above the second carrier plate 32.
  • integrated side walls 33 of the system base body 4, to which the carrier plates 31, 32 are attached are, specify the distance between the support plates 31, 32 present.
  • the two carrier plates 31, 32 jointly delimit an intermediate space in which all coupling sections 26 are arranged and which is therefore referred to as coupling space 34.
  • the two carrier plates 31, 32 together with the side walls 33, form a housing structure with an expediently cubic outer contour.
  • Under the side walls 33 there is a front side wall 33a, which is to be assigned to the transition area between the work zone 17 and the drive zone 18, and a rear side wall 33b opposite the front side wall 33a in the x-axis direction.
  • two lateral side walls 33c, 33d which are opposite in the y-axis direction, extend.
  • the front side end wall 33a and the two side walls 33c, 33d are expediently combined to form a one-piece wall structure to which the rear side wall 33b is attached in the manner of a cover and in particular releasably.
  • the stators 23 of all drive units 7 are expediently attached to one and the same carrier plate 31 or 32 be, which is in particular and for example the first carrier plate 31.
  • the stators 23 sit on a fitting surface 35 of the first support plate 31 facing away from the coupling space 34, so that they project upwards from the first support plate 31, for example. It is fastened in particular via the module housing 23a.
  • the rod-shaped output bodies 24 protrude through openings in the first carrier plates 31 into the coupling space 34, for example from above.
  • Each working unit 6 expediently has a guide rod 36 which is oriented in the z-axis direction and is movable relative to the system base body 4 in order to carry out the working movement 8 in the z-axis direction.
  • the longitudinal axis 36a of each guide rod 36 runs in the z-axis direction and is consequently parallel to the longitudinal axis 24a of the output body 24 belonging to the same positioning unit 5.
  • Each guide rod 36 is mounted on the system base body 4 so that it can be linearly displaced in its longitudinal direction and accordingly in the z-axis direction.
  • Each guide rod 36 is so placed that it penetrates both carrier plates 31, 32, where it crosses the coupling space 34 in the z-axis direction and with two opposing first and second Stan gene end sections 36b, 36c on the coupling space 24 opposite opposite outside over the respective associated carrier plate 31, 32 protrudes.
  • the set of the guide rod 36 through holes in the support plates 31, 32 are formed as Füh approximately holes 37, which one the guide Rod 36 have radially supporting and sliding guide surface.
  • the guide surface can be formed by a guide bushing inserted into the guide opening 37.
  • the guide rods 36 are contoured on the outside in particular in a circular-cylindrical manner, which accordingly also applies to the inner circumference of the guide openings 37.
  • the guide rods 36 are tubular, whereby the manufacturing costs and the moving masses are reduced.
  • the above-mentioned assembly interface 9 for attaching the end effector 10 is expediently located on the exemplary downwardly pointing second end section 36c of each guide rod 36 be fastened. The fastening takes place by means of a fastening screw 41 which penetrates the holder 38 and is screwed into the guide rod 36 at the end, which is only indicated symbolically.
  • a holding element 43 protruding transversely in the direction away from the drive zone 18 is attached to the first end section 36b of the guide rod 36 - also here by means of a fastening screw 42, which is only symbolically indicated Above outgoing fluid line 14 is used.
  • the guide rods 36 are preferably arranged such that the longitudinal axes 36a of the guide rods 36 of all working units 6 lie in a common plane, which is referred to as the guide rod plane 44 and which is orthogonal to the x- Axis runs.
  • the guide rod plane 44 is in particular placed in such a way that it lies in the transition area between the work zone 17 and the drive zone 18.
  • Each coupling section 26 is preferably penetrated by the associated guide rod 36, with the fastening device 27 creating a fixed connection between the two components.
  • the fastening device 27 contains several fastening screws through which the coupling section 26 is clamped to the guide rod 36.
  • All coupling sections 26 are preferably designed to be movable in the manner of slides, so that they each form a coupling slide 45 which can execute the linear movement 28 and is guided in a linearly displaceable manner on the system base 4 for this purpose.
  • the coupling slide 45 can be shifted between a first end position approximated to the first support plate 31 and a second end position approximated to the second support plate 32, the coupled working unit 6 taking part in this linear movement 28.
  • the coupling carriages 45 each experience their linear guidance on the one hand through the guide rod 36 connected to them, which, as mentioned, is mounted on the two support plates 31, 32 so as to be linearly displaceable.
  • the guide rod 36 is fixed on a front end section of the coupling slide 45 facing the work zone 17.
  • Each coupling slide 45 experiences an additional, further linear guide, for example at its rear end section 46 facing away from the work zone 17.
  • the coupling slides 45 engage independently of one another with one guide projection 47 each in a guide groove 48 of the system that extends in the z-axis direction.
  • the guide grooves 48 extend linearly in the z-axis direction and are arranged in the y-axis direction next to one another with a parallel alignment, whereby they are formed by way of example on the inner surface of the rear side wall 33b.
  • the position sensors 20 preferably work together with the coupling sections 26.
  • Each position sensor 20 is expediently designed to be sensitive to magnetic fields, the associated coupling section 26 having a permanent magnet for contactless actuation of the position sensor 20.
  • the position sensors 20 are fixed in fastening grooves 21 which are formed in the system base body 4, in particular on the outside in the rear side wall 33a.
  • Each coupling slide 45 is expediently designed in the form of a plate and is oriented in such a way that its plate plane 45a, which is parallel to the two largest outer surfaces, runs orthogonally to the y-axis. This offers the exemplarily realized possibility of placing the plate-shaped coupling carriages 45 next to one another in a space-saving manner with plate planes 45a parallel to one another in a very small space. This can be seen clearly from FIGS. 5 and 6.
  • each drive unit 7 the longitudinal axis 24a of the rod-shaped output body and the longitudinal axis 36a of the guide rod 36 expediently extend in the plate plane 45a of the plate-shaped coupling slide 45.
  • the coupling section 26 and the output body 24 can be firmly connected to one another in any desired manner and, in particular, can also be designed integrally. Both components then always execute a uniform linear movement synchronous therewith to generate the working movement 8.
  • each output body 24 is connected in terms of drive to the associated coupling section 26 in such a way that the rotary output movement 25 is converted into the linear movement 28.
  • At least the length section of the rod-shaped output body 24 extending in the coupling space 34 is designed in the manner of a threaded spindle, so that it can be referred to as the threaded spindle section 49 of the output body 24, which has an external thread 52 on its outer circumference. With the threaded spindle section 49, the output body 24 engages in an internal thread 52 of the coupling section 26.
  • the thread engagement is realized in that the coupling slide 45 has a preferably plate-shaped slide body 53 into which a separate spindle nut 54 having the internal thread 52 is inserted.
  • the spindle nut 54 sits in a receiving structure 55 of the
  • Slide body 53 which is exemplarily formed by a circular-cylindrical opening which penetrates the slide body 53 in the y-axis direction and into which the spindle nut 54, which is provided with a complementary circular-cylindrical outer circumference, is inserted.
  • the internal thread 52 is part of a diametrically penetrating spindle nut 54 threaded hole.
  • a through-hole 56 penetrating the slide body 53 in the z-axis direction and passing through the circular cylindrical opening in the receiving structure 55 is aligned with the threaded hole in the spindle nut 54 and is freely rotatable from the associated threaded spindle section 49 without thread engagement.
  • the slide body 53 can cost-effectively consist of a plastic material, the spindle nut 54 expediently consisting of steel.
  • the spindle nut 54 in the receiving structure 55 with its circular cylindrical outer circumference is preferably rotatable in principle and also displaceable in the y-axis direction so that it can align itself automatically with respect to the threaded spindle section 49 engaging in it, which facilitates assembly and reduces wear.
  • the coupling slide 45 has a slide body 53 in which the internal thread 52 is integrally formed.
  • the slide body 53 is penetrated here by a threaded hole forming the internal thread 52.
  • the stators 23 of all drive units 7 are expediently protected under a cover 57 which is arranged in the area of the mounting surface 35.
  • the cover 57 is not shown in all figures.
  • the stators 23 are arranged on the mounting surface 35 with a particularly advantageous distribution. The same can be understood very well, especially with the help of Figures 5 and 9. draw, FIG. 5 reproducing a top view of the stators 23 with a view in the z-axis direction.
  • the existing stators 23 are arranged in a plurality of linear rows, each referred to as a stator row 58, which each extend in the y-axis direction and which are arranged one after the other in the x-axis direction.
  • the stator rows 58 are indicated in the drawing by dash-dotted straight lines, which simultaneously define the row alignment in each case. All stators 23 are divided between the several 58 stator rows. According to FIG. 9, the individual rows of stators 58 can have the same number of stators 23 among one another. However, it is also possible to equip the stator rows 58 with a different number of stators 23, for which FIG. 5 provides an example.
  • stator 23 are divided into three rows 58 of stators. However, a greater or lesser number of stator rows 58 per system basic unit 2 is also possible.
  • the embodiment of Figure 9 shows a system
  • Base unit 2 which has twelve positioning units 5 and accordingly also twelve stators 23. These are arranged here in three stator rows 58, each with four stators 23.
  • the system base unit 2 contains a total of eight positioning units 5 and accordingly also eight stators 23, these eight stators 23 being divided into two stator rows 58 with three stators and a third stator row 58 with two stators 23 .
  • the stator series 58 with only two stators is conveniently located between the two stator rows 58, each with three stators 23.
  • the described arrangement of the stators 23, distributed in rows, results from a correspondingly distributed arrangement of the drive modules 22 each having one of the stators.
  • All stators 23 are preferably placed at the same height in relation to the axial direction of the z-axis in a common plane referred to as stator plane 61, which extends at right angles to the z-axis.
  • stator distribution A special feature of the stator distribution is that the stators 23 are not arranged in alignment on a line in the x-axis direction, but that the stators 23 of the respectively adjacent stator rows 58 are arranged offset to one another in the y-axis direction, namely in such a way that they overlap each other in the y-axis direction.
  • All stators 23 expediently have the same outline when viewed in the z-axis direction. They are preferably at least substantially square outlines, which applies to the illustrated exemplary embodiments.
  • the stators 23 are oriented in such a way that two of their four outer surfaces opposite one another are each aligned parallel to the stator rows 58.
  • stators 23 belonging to the same stator row 58 are arranged at a distance from one another in the axial direction of the y-axis. This results in an interspace 62 between two consecutive stators 23 of each stator row 58.
  • the interspace 62 is preferably narrower than the width of the stators 23 measured in the same direction.
  • the stators 23 belonging to consecutive stator rows 58 in the x-axis direction are expediently arranged at a certain distance from one another in the x-axis direction, this distance being in particular less than the distance between the stators 23 belonging to the same stator row 58.
  • each stator 23 When viewed in the z-axis direction, each stator 23 has a center area 63. This center area 63 expediently lies on the longitudinal axis of the output body 24 associated with the relevant stator 23.
  • a particularly advantageous distribution of the stators 23 in the stator plane 61 provides that several stator groups 64 result, each composed of several stators 23 belonging to consecutive stator rows 58 in the x-axis and whose center areas 63 lie at least essentially on an imaginary connecting straight line 65 inclined with respect to the x-axis.
  • the straight connecting lines 65 of the plurality of stator groups 64 run parallel to one another.
  • the inclination of the connecting straight line 65 of 45 degrees with respect to the x-axis, implemented in the exemplary embodiments, is particularly advantageous.
  • stator groups 64 there are two stator groups 64, each composed of three stators 23, to which the aforementioned conditions apply.
  • stator groups 64 there are four such stator groups 64, three of which have a total of three stators and a fourth stator group 64 consists of two stators 23.
  • At least one further stator 23 can also be present that does not belong to such a stator group 64.
  • Each stator row 58 expediently contains at least one stator 23 which overlaps with two stators 23 at least one stator row 58 adjacent in the x-axis direction in the y-axis direction. It goes without saying that one or more stator rows 58 can have at least one stator 23 lying at the end of stator row 58, which overlaps with only one stator 23 of at least one adjacent stator row 58.
  • the working units 6 are narrower in the y-axis direction than the individual stators 23.
  • each length section of each output body 24 extending outside of the stator 23 and each coupling section 26 are expediently smaller in the y-axis direction than the associated stator 23.
  • the Sta gates 23 in each subsequent stator row 58 are arranged.
  • the coupling sections 26 belonging to their stators 23 have a distance from one another in the y-axis direction that is sufficiently large so that the coupling sections assigned to the stators 23 of the following stator row 58 can extend in between.
  • the mutual distances are, for example, so large that the coupling sections 26 assigned to each further stator row 58 can also reach through.
  • the coupling sections 26 are positioned in front of the stators 23 at a distance in the z-axis direction, thus exemplarily downwards, they can easily extend past the individual stators 23 in the x-axis direction.
  • the distance measured in the y-axis direction between the central areas 63 of each directly adjacent stators 23 is at least a multiple of the width of the coupling sections 26 measured in the y-axis direction, the aforementioned multiple being the Number of total existing NEN stator rows 58 acts. If, as in the exemplary embodiments, a total of three stator rows 58 are present, the distance between the center regions 63 of the respectively neighboring stators 23 within each stator row 58 is carried At least three times the width of the coupling sections 26. In favor of a compact overall width of the system base unit 2, the spacing will expediently be chosen so that the coupling sections 26 extending between them either lie against one another in a slidable manner or are arranged at only a small distance from one another.
  • all coupling sections 26 have the same length in the x-axis direction, which offers the advantage that all coupling sections 26 can be guided linearly displaceably on the rear side wall 33b.
  • each slide body 53 is expediently provided with a number of receiving structures 55 corresponding to the number of stator rows 58, de ren in the distance from one another measured in the x-axis direction corresponds to the mutual distance between the stator rows 58.
  • receiving structures 55 is then only the one equipped with a spindle nut 54 to which one of the output bodies 24 is assigned.
  • each coupling section 26 could also be provided with one of the number of existing stator rows 28 existing number of internal threads 52, of which only one is used for thread engagement with a Ge threaded spindle section 49 at the same time.
  • an output shaft 66 extends inside the stator 23, which represents a length section of the drive body 24 and the delabrough with the threaded spindle 49 is rotatably coupled.
  • the output shaft 66 and the threaded spindle section 49 can be designed in one piece or as separate components that are firmly connected to one another.

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Abstract

Es wird ein Positioniersystem (1) vorgeschlagen, das einen System-Grundkörper (4) aufweist, an dem mehrere Arbeitseinheiten (6) in der Achsrichtung einer y-Achse nebeneinander angeordnet sind, die unter Ausführung einer Arbeitsbewegung (8) in der Achsrichtung einer z-Achse linear bewegbar sind. Jeder Arbeitseinheit (6) ist zu ihrer Betätigung eine eigene Antriebseinheit (7) zugeordnet, die über einen an dem System-Grundkörper (4) angebrachten Stator (23) und einen über einen Kopplungsabschnitt (26) mit der Arbeitseinheit (6) antriebsmäßig verbundenen Abtriebskörper (24) verfügt. Die Statoren (23) sind in mehreren in der Achsrichtung der y-Achse ausgerichteten und in der Achsrichtung der x-Achse aufeinanderfolgend angeordneten Statorreihen (58) verteilt angeordnet, wobei die Statoren (23) der jeweils benachbarten Statorreihen (58) in der Achsrichtung der y-Achse mit gegenseitiger Überlappung versetzt zueinander angeordnet sind.

Description

Positioniersystem zum Positionieren von Endeffektoren
Die Erfindung betrifft ein Positioniersystem zum Positionie ren von Endeffektoren, mit einem System-Grundkörper, an dem mehrere Arbeitseinheiten in der Achsrichtung der y-Achse ei nes x-y-z-Koordinatensystems nebeneinander angeordnet sind, die zur Positionierung eines an ihnen jeweils angeordneten Endeffektors unter Ausführung einer Arbeitsbewegung in der Achsrichtung einer zu der y-Achse orthogonalen z-Achse linear bewegbar sind.
Die DE 102014 013 552 B3 beschreibt ein derartiges Positio- niersystem, das als ein Dosiersystem ausgebildet ist, bei dessen Endeffektoren es sich um Dosiereinheiten handelt, mit denen sich Fluidmengen aus Trägersubstraten aufnehmen oder in Trägersubstrate abgeben lassen. Bei den Fluidmengen handelt es sich insbesondere um Fluidproben, beispielsweise um bio- chemische Analyseproben, die analysiert oder in sonstiger
Weise zu behandeln sind, oder um Nährlösungen oder Reagenzien verschiedenster Art. Die Endeffektoren sind an Arbeitseinhei ten des Positioniersystems montiert, wobei die Arbeitseinhei ten in der Achsrichtung einer in der Regel vertikal orien- tierten z-Achse linear bewegbar sind, um die Dosiereinheiten in den erforderlichen Relativpositionen bezüglich eines zuge ordneten Trägersubstrates zu positionieren. Bei dem bekannten Positioniersystem führen die Arbeitseinheiten ihre Arbeitsbe wegungen stets synchron aus, da sie fest an einem System- Grundkörper angebracht sind, wobei der System-Grundkörper be wegbar ist, um die Arbeitsbewegung der Arbeitseinheiten ein schließlich der daran angebrachten Endeffektoren hervorzuru fen. Die ausschließlich einheitliche Positionierbarkeit der Ar beitseinheiten und der daran angebrachten Endeffektoren er möglicht zwar in Bezug auf die Antriebstechnik einen kosten günstigen Aufbau, bewirkt jedoch eine gewisse Einschränkung bei der praktischen Anwendung. Die WO 2006/ 000115 Al offenbart eine Vorrichtung zum Anord nen von Pipetten- oder Dispenserspitzen in einem System zum Manipulieren von Flüssigkeitsproben. Die Vorrichtung hat ei nen Roboterarm, an dem mehrere Blöcke beweglich angeordnet sind, die jeweils mit mehreren Pipetten- oder Dispenserspit- zen bestückt sind. Die Pipetten- oder Dispenserspitzen sind jeweils relativ zu dem sie tragenden Block individuell verti kal verfahrbar.
Aus der US 9101 922 B2 ist eine Pipettiervorrichtung be kannt, die mit unabhängig voneinander beweglichen Pipettier- einheiten ausgestattet ist.
Die DE 102012 015 083 B3 beschreibt einen Dispenserkopf zum Dispensieren flüssiger Proben, der mit mehreren individuell verschiebbaren Dispensern ausgestattet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Positionier- System zu schaffen, das bei kompaktem Aufbau eine hohe Varia bilität hinsichtlich der Positionierbarkeit der Endeffektoren bietet . Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Arbeitseinheiten ih re Arbeitsbewegungen unabhängig voneinander und relativ zu dem System-Grundkörper ausführen können, wobei jeder Arbeits- einheit zur Erzeugung ihrer Arbeitsbewegung eine eigene An triebseinheit zugeordnet ist, wobei die Antriebseinheiten in der Achsrichtung der y-Achse nebeneinander angeordnet sind, dass ferner die Antriebseinheiten jeweils einen bezüglich des System-Grundkörpers ortsfesten Stator und einen diesbezüglich unter Ausführung einer Abtriebsbewegung aktiv bewegbaren Ab triebskörper aufweisen, wobei der Abtriebskörper zum Hervor rufen der Arbeitsbewegung über einen Kopplungsabschnitt an triebsmäßig mit der zugeordneten Arbeitseinheit gekoppelt ist, und dass die Statoren verteilt in mehreren in der Achs- richtung der x-Achse aufeinanderfolgenden und in der Achs richtung der y-Achse ausgerichteten Statorreihen angeordnet sind, wobei die Statoren der in der Achsrichtung der x-Achse jeweils benachbarten Statorreihen in der Achsrichtung der y- Achse mit gegenseitiger Überlappung versetzt zueinander ange- ordnet sind.
Ein auf diese Weise konzipiertes Positioniersystem erlaubt eine voneinander unabhängige Positionierung vorhandener End effektoren in der Achsrichtung der z-Achse, da die im Betrieb des Positioniersystems mit den Endeffektoren ausgestatteten Arbeitseinheiten zur Ausführung ihrer Arbeitsbewegungen unab hängig voneinander relativ zu dem System-Grundkörper verfahr bar sind und zur Erzeugung ihrer Arbeitsbewegungen jeweils mit einer eigenen Antriebseinheit gekoppelt sind. Somit kön nen die Arbeitseinheiten wahlweise beispielsweise einzeln se- quenziell oder gruppenweise oder alle gemeinsam bewegt und wunschgemäß positioniert werden. Damit verbunden ist ein sehr breites AnwendungsSpektrum. Jede Antriebseinheit hat einen ortsfest bezüglich des System-Grundkörpers fixierten Stator und einen diesbezüglich zu einer Abtriebsbewegung antreibba- ren Abtriebskörper, wobei der Abtriebskörper über einen Kopp lungsabschnitt mit der zugeordneten Arbeitseinheit verbunden ist, sodass aus der Abtriebsbewegung des Abtriebskörpers eine Arbeitsbewegung der zugeordneten Arbeitseinheit ableitbar ist. Bevorzugt sind die Antriebseinheiten von einem elektrisch betätigbaren Typ, was mit geringem Aufwand sehr präzise Positionierungen erlaubt, jedoch kann das Antriebs konzept beispielsweise auch ein fluidisches und insbesondere ein pneumatisches Antriebskonzept sein. Ein ganz wesentlicher Aspekt besteht in einer flächenmäßigen Verteilung der Stato ren der einzelnen Antriebseinheiten, sodass die Statoren der vorhandenen Antriebseinheiten nicht alle in einer Reihe lie gen, sondern auf mehrere als Statorreihen bezeichnete lineare Reihen aufgeteilt sind, die sich in der Achsrichtung der y- Achse erstrecken und in der Achsrichtung der x-Achse aufei nanderfolgend angeordnet sind. Innerhalb dieser Statorreihen sind die Statoren jeweils so platziert, dass die Statoren von in der Achsrichtung der x-Achse jeweils benachbarten Stator- reihen in der Achsrichtung der y-Achse zueinander versetzt sind, wobei der Versatz so gewählt ist, dass sich die Stato ren in der Achsrichtung der y-Achse überlappen. Betrachtet man zwei beliebige in ein und derselben Statorreihe nebenei nander angeordnete Statoren, dann ist ein Stator der in der Achsrichtung der y-Achse benachbarten Statorreihe derart in der Achsrichtung der y-Achse versetzt platziert, dass er sich mit mindestens einem und insbesondere mit beiden vorgenannten Statoren der erstgenannten Statorreihe überlappt. Im Hinblick darauf, dass die Statoren üblicherweise eine größere Breite haben als die zugeordneten Kopplungsabschnitte und Arbeits einheiten, bietet dies den Vorteil, dass die Arbeitseinheiten ohne Beeinträchtigung durch die Statoren eng nebeneinander platziert werden können. Dies zeitigt besonders vorteilhafte Auswirkungen bei einem Positioniersystem, das als Dosiersys tem konzipiert ist und verwendet wird, um Trägersubstrate zu befüllen oder zu entleeren, die sehr eng nebeneinander ange ordnete Aufnahmevertiefungen haben, wie dies bei sogenannten Mikrotiterplatten regelmäßig der Fall ist. Gleichwohl kann das Positioniersystem auch anderweitig verwendet werden, bei spielsweise zur Handhabung von Gegenständen wenn es sich bei den Endeffektoren um Greifeinheiten handelt, beispielsweise um Vakuum-Greifeinheiten. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un teransprüchen hervor.
Wie schon erwähnt, kann das Positioniersystem seine Vorteile bei einer Ausgestaltung als Dosiersystem, bei dem die Endef fektoren von Dosiereinheiten gebildet sind, besonders über- zeugend ausspielen. Durch voneinander unabhängige Bewegung und Positionierung der mit den Dosiereinheiten ausgestatteten Arbeitseinheiten können je nach Typ der Dosiereinheiten Flu idmengen dosiert aus einem Trägersubstrat aufgenommen und/oder in ein Trägersubstrat abgegeben werden, und zwar mit sehr hoher Variabilität. Wird beispielsweise eine Mikrotiter platte unterhalb der Dosiereinheiten platziert, ist mit se lektiver Betätigung der Arbeitseinheiten eine selektive Do sierung bezüglich in einem Trägersubstrat ausgebildeter Auf nahmevertiefungen möglich. Die Antriebseinheiten sind zweckmäßigerweise in einem als An triebszone bezeichneten Bereich des Stator-Grundkörpers auf engsten Raum zusammengefasst. Die Antriebszone kann bei spielsweise in der Achsrichtung der z-Achse benachbart zu den Arbeits-Einheiten angeordnet sein, wobei sie sich bei verti- kaler z-Achse oberhalb der Arbeitseinheiten befindet. Als be sonders günstig wird allerdings eine dahingehende räumliche Anordnung angesehen, bei der die Antriebszone in der Achs- richtung der x-Achse benachbart zu den Arbeitseinheiten plat ziert ist, wobei es zweckmäßig ist, wenn die x-Achse horizon tal ausgerichtet ist. Wenn man denjenigen Bereich, in dem sich die Arbeitseinheiten befinden, als Arbeitszone bezeich net, dann liegen die Antriebszone und die Arbeitszone zweck mäßigerweise in der Achsrichtung der x-Achse nebeneinander, wobei eine Überschneidung durchaus möglich ist.
Die für die Antriebsmäßige Kopplung der Antriebskörper mit den Arbeitseinheiten sorgenden Kopplungsabschnitte erstrecken sich zweckmäßigerweise in einem Bereich, der bezüglich des zugeordneten Stators in der Achsrichtung der z-Achse beab- standet ist. Dabei haben die Kopplungsabschnitte in der Achs richtung der y-Achse eine geringere Breite als der jeweils zugeordnete Stator, was ebenso auf die mit den Kopplungsab schnitten gekoppelten Arbeitseinheiten zutrifft. Besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung in Verbindung mit einer in der Achsrichtung der x-Achse zueinander benachbarten An ordnung der Antriebszone und der Arbeitszone. In diesem Fall können die Kopplungsabschnitte derjenigen Antriebseinheiten, deren Statoren zu einer hinteren Statorreihe gehören, der auf der den Arbeitseinheiten zugewandten Seite mindestens eine Statorreihe vorgelagert ist, sich mit einem in der Achsrich tung der z-Achse gemessenen Abstand an den Statoren der min- destens einen vorgelagerten Statorreihe vorbei erstrecken, um mit der zugeordneten Arbeitseinheit gekoppelt zu sein.
Zur gleichen Statorreihe gehörende Statoren können in der Achsrichtung der y-Achse durchaus aneinander anliegen, sind jedoch bevorzugt beabstandet zueinander angeordnet. Zweckmä- ßigerweise ist der in der Achsrichtung der y-Achse vorhandene Abstand zwischen den in der gleichen Statorreihe liegenden Statoren umso größer, je größer die Anzahl der vorhandenen Startorreihen ist, wobei der Abstand jedoch bevorzugt kleiner ist als die in der Achsrichtung der y-Achse gemessene Breite jedes Stators..
Ein besonders gutes Verhältnis zwischen vorhandener Anzahl an Arbeitseinheiten und Kompaktheit des Positioniersystems ergibt sich, wenn die Statoren in mindestens drei und zweck mäßigerweise in genau drei in der Achsrichtung der x-Achse aufeinanderfolgenden Statorreihen angeordnet sind.
In der Achsrichtung der x-Achse benachbarte Statorreihen kön- nen eine untereinander identische Anzahl von Statoren enthal ten, können aber auch eine voneinander abweichende Anzahl von Statoren enthalten. Beispielsweise enthält jede Statorreihe drei Statoren oder vier Statoren. Ebenfalls beispielsweise haben von aufeinanderfolgenden Statorreihen die jeweils eine Statorreihe drei Statoren und die jeweils andere Statorreihe nur zwei Statoren.
Zweckmäßigerweise sind die Statoren sämtlicher Antriebsein heiten untereinander identisch ausgebildet.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn sämtliche Statoren in der Achsrichtung der z-Achse auf gleicher Höhe in einer gemeinsa men, zu der z-Achse orthogonalen Statorebene platziert sind.
Als eine besonders günstige Verteilung der Statoren hat es sich herausgestellt, wenn die Statoren so platziert sind, dass sich bei Betrachtung in der Achsrichtung der z-Achse mehrere Statorgruppen ergeben, die sich jeweils aus mehreren Statoren zusammensetzen, die zu in der Achsrichtung der x- Achse aufeinanderfolgende Statorreihen gehören und deren Zentrumbereiche zumindest im Wesentlichen auf einer bezüglich der x-Achse geneigten Verbindungsgerade liegen, wobei die Verbindungsgeraden der mehreren Statorgruppen parallel zuei nander verlaufen. Bevorzugt sind die Verbindungsgeraden be züglich der x-Achse in einem Winkel von 45 Grad geneigt.
Eine besonders zweckmäßige Gestaltung der Statoren sieht bei Betrachtung in der Achsrichtung der z-Achse einen zumindest im Wesentlichen quadratischen Umriss vor, wobei die Umrisse sämtlicher Statoren untereinander vorzugsweise identisch sind. Grundsätzlich sind allerdings auch andere Statorumrisse möglich, beispielsweise runde Umrisse. Die einzelnen Kopplungsabschnitte können prinzipiell integral mit dem jeweils zugeordneten Abtriebskörper ausgebildet sein. Dies beispielsweise dann, wenn es sich bei dem Abtriebskörper um eine nach Art einer Kolbenstange ausgebildete Abtriebs stange handelt, deren Abtriebsbewegung eine Linearbewegung ist und deren Endabschnitt als Kopplungsabschnitt fungiert. Grundsätzlich wird es jedoch als vorteilhafter angesehen, wenn jeder Kopplungsabschnitt bezüglich des zugeordneten Ab triebskörpers gesondert ausgebildet und durch geeignete Maß nahmen antriebsmäßig mit dem Kopplungsabschnitt verbunden ist. Ein bezüglich des Abtriebskörpers gesondert ausgebilde ter Kopplungsabschnitt kann derart antriebsmäßig mit dem Ab triebskörper verbunden sein, dass er entweder die Abtriebsbe wegung des Abtriebskörpers unmittelbar mitmacht oder durch die Abtriebsbewegung des Abtriebskörpers zu einer diesbezüg- liehen Relativbewegung angetrieben wird.
Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn je der Kopplungsabschnitt als ein bezüglich des System- Grundkörpers verschiebbarer Kopplungsschlitten ausgebildet ist. Jeder Kopplungsschlitten ist in der Achsrichtung der z- Achse verschiebbar an dem System-Grundkörper gelagert, wobei es sich vorzugsweise um eine von den Abtriebskörpern unabhän- gige Verschiebelagerung handelt. Der Kopplungsschlitten ist bevorzugt plattenförmig ausgebildet und so ausgerichtet, dass seine Plattenebene orthogonal zur y-Achse verläuft. Dies er laubt eine sehr schmale Baubreite des Positioniersystems in der Achsrichtung der y-Achse.
Jede Arbeitseinheit beinhaltet zweckmäßigerweise eine paral lel zur z-Achse ausgerichtete und in der Achsrichtung der z- Achse bewegliche FührungsStange, die am Kopplungsabschnitt der zugeordneten Antriebseinheit befestigt und an dem System- Grundkörper linear verschiebbar gelagert ist. An der Füh rungsstange ist eine Montageschnittstelle ausgebildet, die zur Anbringung eines Endeffektors dient und an der im Betrieb des Positioniersystems ein anwendungsspezifischer Endeffektor befestigt ist. Die Befestigung kann direkt erfolgen oder mit- tels eines an den Endeffektor angepassten Halters, der als Adapter fungieren kann.
Bevorzugt sind die FührungsStangen sämtlicher Arbeitseinhei ten derart angeordnet, dass ihre Längsachsen in einer gemein samen Ebene liegen, die als Führungsstangenebene bezeichnet sei und die orthogonal zur x-Achse verläuft.
Ein bevorzugter Aufbau des System-Grundkörpers sieht zwei Trägerplatten vor, die sich jeweils in einer zu der z-Achse orthogonalen Ebene erstrecken und die in der Achsrichtung der z-Achse zueinander beabstandet angeordnet sind, sodass sie einen Zwischenraum begrenzen, der als Kopplungsraum bezeich net sei, da sich die Kopplungsabschnitte der Arbeitseinheiten darin befinden.
Die beiden Trägerplatten sind bevorzugt durch eine zwischen sie eingegliederte Stützstruktur auf Abstand gehalten, wobei diese Stützstruktur insbesondere von Seitenwänden des System- Grundkörpers gebildet ist, die den Kopplungsraum an den rechtwinkelig zur z-Achse orientierten Seiten begrenzen. Jede FührungsStange ist so platziert, dass sie beide Trägerplatten durchsetzt und den zwischen den Trägerplatten vorhandenen Ab- stand überbrückt, wobei sie in jeder Trägerplatte in ihrer Längsrichtung linear verschiebbar gelagert ist. Bevorzugt sind die Statoren sämtlicher Antriebseinheiten an ein und derselben dieser beiden Trägerplatten befestigt.
Es ist vorteilhaft, wenn jede Antriebseinheit über ein eige- nes Antriebsmodul verfügt, das einen der Statoren und einen der Abtriebskörper aufweist. Beim Zusammenbau des Positio niersystems sind die Antriebsmodule unabhängig voneinander handhabbar. Der Stator repräsentiert bevorzugt ein Modulge häuse des Antriebsmoduls, das das äußere Erscheinungsbild des Antriebsmoduls bestimmt und über das der Stator am System- Grundkörper befestigt ist.
Bei den Antriebseinheiten handelt es sich zweckmäßigerweise um elektrische Antriebseinheiten, wobei die Antriebsmodule als elektrische Antriebsmodule ausgebildet sind. Die elektri- sehen Antriebsmodule setzen zugeführte elektrische Energie in eine Abtriebsbewegung des Abtriebskörpers um. Bevorzugt han delt es sich bei den elektrischen Antriebsmodulen um Elektro motoren, insbesondere um Schrittmotoren, sodass eine sehr präzise positionsgeregelte Ansteuerung möglich ist. Prinzipi- eil können die Antriebsmodule aber auch als fluidbetätigte Antriebsmodule ausgeführt sein, beispielsweise als pneumati sche Antriebsmodule und hierbei insbesondere als pneumatische Linearantriebe, beispielsweise Pneumatikzylinder.
Der Abtriebskörper jeder Antriebseinheit ist zweckmäßiger- weise stangenförmig ausgebildet und so ausgerichtet, dass seine Längsachse in der Achsrichtung der z-Achse verläuft. Die stangenförmigen Abtriebskörper sind in diesem Fall paral lel zu den gegebenenfalls vorhandenen FührungsStangen der Ar beitseinheiten ausgerichtet. Bevorzugt liegen der stangenför mige Abtriebskörper und die FührungsStange, die zu ein und derselben Antriebseinheit gehören, in einer zu der y-Achse rechtwinkeligen Ebene.
Eine besonders exakte Positionierung der Arbeitseinheiten ist möglich, wenn der stangenförmige Abtriebskörper jeder An triebseinheit zu einer rotativen Abtriebsbewegung um seine Längsachse antreibbar ist. Der Abtriebskörper steht mit dem zugeordneten Kopplungsabschnitt in einem Gewindeeingriff, so- dass die rotative Abtriebsbewegung des Abtriebskörpers in ei ner Linearbewegung des Kopplungsabschnittes resultiert, die in der Achsrichtung der z-Achse orientiert ist und die eine gleichgerichtete lineare Arbeitsbewegung der an dem Kopp lungsabschnitt angebrachten Arbeitseinheit hervorruft. Der stangenförmige Abtriebskörper ist in dem mit dem Kopplungsab schnitt zusammenwirkenden Bereich zweckmäßigerweise als eine über ein Außengewinde verfügende Gewindespindel ausgebildet. Der Kopplungsabschnitt hat zweckmäßigerweise eine Spindelmut ter mit einem Innengewinde, in das die Gewindespindel des Ab triebskörpers eingeschraubt ist.
Zweckmäßigerweise hat jeder Kopplungsabschnitt mehrere in der Achsrichtung der x-Achse zueinander beabstandete Aufnah- mestrukturen zur selektiven Aufnahme einer Spindelmutter.
Dies erlaubt die Verwendung identisch ausgebildeter Kopp lungsabschnitte für die diversen Antriebseinheiten, unabhän gig davon, in welcher Statorreihe der zugeordnete Stator platziert ist. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich nung näher erläutert. In dieser zeigen: Figur 1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Positioniersystems in einer Ausgestaltung als zum Aufnehmen und/oder Abgeben von Fluidmengen ge eigneten Dosiersystems in einer perspektivischen Ansicht, wobei auch ein von dem Positioniersystem zu bearbeitendes Trägersubstrat gezeigt ist,
Figur 2 das Positioniersystem aus Figur 1 aus einer anderen Blickrichtung in wiederum perspektivischer Darstel lung, Figur 3 eine Vorderansicht des Positioniersystems mit Blickrichtung gemäß Pfeil III aus Figur 1,
Figur 4 einen Längsschnitt des Positioniersystems entspre chend der Schnittlinie IV-IV aus Figuren 1, 3 und 6, Figur 5 einen Querschnitt des Positioniersystems gemäß Schnittlinie V-V aus Figur 4,
Figur 6 einen weiteren Querschnitt des Positioniersystems gemäß Schnittlinie VI-VI aus Figur 4,
Figur 7 einen weiteren Längsschnitt des Positioniersystems gemäß Schnittlinie VII-VII aus Figur 4,
Figur 8 eine Einzeldarstellung einer der mehreren in dem Positioniersystem enthaltenen Positioniereinheiten, die sich jeweils aus einer Antriebseinheit und ei ner Arbeitseinheit zusammensetzen, und zwar im mit einem Endeffektor bestückten Zustand der Arbeits einheit und entsprechend des in Figur 5 strichpunk tiert umrahmten Ausschnitts VIII, und Figur 9 in einer perspektivischen Darstellung einen Aus schnitt einer weiteren Ausführungsform des Positio niersystems, das abweichend von dem Ausführungsbei spiel der Figuren 1 bis 8 über eine gleiche Anzahl von Statoren innerhalb der einzelnen Statorreihen verfügt, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich die Antriebseinheiten und die daran ange ordneten Arbeitseinheiten gezeigt sind.
Das insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Positioniersys- tem hat eine System-Grundeinheit 2, die am Einsatzort plat zierbar ist und die zweckmäßigerweise über mindestens eine Befestigungsschnittstelle 3 verfügt, über die sie an einer nicht weiter illustrierten Tragstruktur fixierbar ist. Diese Tragstruktur kann ortsfest und beispielsweise als Traggestell ausgeführt sein. Die Tragstruktur kann aber auch eine Handha bungseinheit sein, mit deren Hilfe sich die System- Grundeinheit 2 im Raum bewegen lässt.
Die System-Grundeinheit 2 hat einen System-Grundkörper 4 und eine Mehrzahl von an dem System-Grundkörper 4 angeordneten Positioniereinheiten 5. Eine solche Positioniereinheit 5 ist in Figur 8 einzeln dargestellt. Jede Positioniereinheit 5 enthält eine Arbeitseinheit 6 und eine antriebsmäßig mit der Arbeitseinheit 6 gekoppelte Antriebseinheit 7. Durch die An triebseinheit 7 kann die Arbeitseinheit 6 zu einer durch ei- nen Doppelpfeil angedeuteten linearen Arbeitsbewegung 8 ange trieben werden.
An der Antriebseinheit 7 befindet sich eine Montageschnitt stelle 9 für einen Endeffektor 10. Im Betrieb des Positio niersystems ist an der Montageschnittstelle 9 ein auf die Po sitionieraufgabe abgestimmter Endeffektor 10 angebracht, so- dass er die Arbeitsbewegung 8 mitmacht. Der Endeffektor 10 kann ein integraler Bestandteil der Arbeitseinheit 6 sein.
Im Rahmen der Arbeitsbewegung 8 können jede Arbeitseinheit 6 und der ihr zugeordnete Endeffektor 10 nicht nur linear be- wegt, sondern auch nach Bedarf positioniert, das heißt an ei ner gewünschten Stelle des Verfahrweges zeitweilig festgehal ten werden.
Das Positioniersystem 1 kann für vielfältige Zwecke ausgelegt und verwendet werden. Beispielsweise eignet es sich für Hand- habungsmaßnahmen, in welchem Falle die Endeffektoren 10 als Greifer und insbesondere als Vakuumgreifer ausgebildet sind, mit denen sich Gegenstände ergreifen und während einer Verla gerung festhalten lassen.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des Positioniersystems 1 ist allerdings das Dosieren von Fluidmengen, insbesondere im Be reich der Medizintechnik, im pharmazeutischen Bereich und/oder bei beliebigen biologischen oder biochemischen Maß nahmen. Die zu dosierenden Fluidmengen werden hier meist als Fluidproben bezeichnet. Für einen solchen Anwendungsfall ist das illustrierte Positioniersystem 2 ausgelegt, sodass es ein Dosiersystem la repräsentiert. Die Endeffektoren 10 der ein zelnen Positioniereinheiten 5 sind in diesem Fall jeweils als eine Dosiereinheit 10a ausgebildet, die in der Lage ist, eine gewisse Fluidmenge beziehungsweise Fluidprobe aufzunehmen und auch wieder abzugeben.
Aufzunehmende Fluidmengen werden regelmäßig in einer matrix artigen Verteilung innerhalb eines entsprechend aufgebauten Trägersubstrates 11 bereitgestellt, wobei ein solches Trä gersubstrat 11 insbesondere eine sogenannte Mikrotiterplatte ist. Das Trägersubstrat 11 hat eine Vielzahl von Aufnahmever- tiefungen 12, in denen jeweils eine Fluidmenge bereitgestellt werden kann. Mit Hilfe der Dosiereinheiten 10a können die Fluidmengen aus den Aufnahmevertiefungen 12 entnommen und ei ner anschließenden Behandlung unterzogen werden, beispiels- weise einer Analyse. Das Dosiersystem la kann allerdings auch genutzt werden, um behandelte oder unbehandelte Fluidmengen zur Aufbewahrung oder zur Weiterbehandlung in die Aufnahme- Vertiefungen 12 eines solchen Trägersubstrates 11 abzugeben. In diesem Fall enthalten die Dosiereinheiten 10a zweckmäßi- gerweise jeweils ein Dosierventil 13, was auf das illustrier te Ausführungsbeispiel zutrifft. Das zu dosierende Fluid wird dem jeweiligen Dosierventil 13 über eine daran angeschlossene Fluidleitung 14 zugeführt, bei der es sich um eine starre Rohrleitung und/oder um eine flexible Schlauchleitung handeln kann. Exemplarisch sind die Dosierventile 13 über Fluidlei tungen 14 an einen das zu dosierende Fluid bereitstellenden Fluidspeicher 15 angeschlossen.
Unter Bezugnahme auf ein kartesische x-y-z-Koordinatensystem hat die System-Grundeinheit 2 räumliche Ausdehnungen in der Achsrichtung einer x-Achse, einer zu der x-Achse rechtwinke ligen y-Achse und einer zu sowohl der x-Achse als auch der y- Achse rechtwinkeligen z-Achse. Im Folgenden werden Richtun gen, die in der Achsrichtung einer dieser kartesischen Achsen verlaufen, zur Vereinfachung auch nur als x-Achsrichtung, y- Achsrichtung und z-Achsrichtung bezeichnet.
Bei einer üblichen betriebsbereiten räumlichen Ausrichtung der System-Grundeinheit 2, verläuft die z-Achsrichtung verti kal, während die x-Achsrichtung und die y-Achsrichtung je weils horizontal verlaufen. Dies gilt insbesondere für ein Dosiersystems la. Jede Dosiereinheit 10a hat an einem Ende eine Dosieröffnung 16, die beispielsweise von einer Pipette oder von einer Spritzennadel definiert ist und die exemplarisch in der z- Achsrichtung nach unten weist. Zur Aufnahme und/oder Abgabe einer Fluidmenge wird das Trägersubstrat 11 so unter den Do siereinheiten 10a positioniert, dass jede Dosieröffnung 16 über einer der Aufnahmevertiefungen 12 zu Liegen kommt. Durch die Arbeitsbewegung 8, die in der z-Achsrichtung orientiert ist, können die Dosiereinheiten 10a mit ihren Dosieröffnungen 16 in die Aufnahmevertiefungen 12 eingetaucht und auch wieder herausbewegt werden.
Zugunsten einer rationellen Arbeitsweise sind die beispiel haft mit den Dosiereinheiten 10a ausgestatteten Arbeitsein heiten 6 mehrfach vorhanden, sodass bei Bedarf gleichzeitig eine Mehrzahl von Aufnahmevertiefungen 12 befüllt oder ent leert werden kann. Die mehreren Arbeitseinheiten 7 sind in der y-Achsrichtung nebeneinander angeordnet. Dementsprechend liegen die Dosieröffnungen 16 in einer der y-Achsrichtung folgenden Öffnungsreihe. Da die Aufnahmevertiefungen 12 bei dem illustrierten Anwen dungsbeispiel relativ klein sind und in einem engen Raster nebeneinander angeordnet sind, müssen auch die Dosieröffnun gen 16 der Dosiereinheiten 10a eng nebeneinander liegen.
Durch eine entsprechend schmale Ausgestaltung der Dosierein- heiten 10a und der gesamten Arbeitseinheiten 6 in der y-
Achsrichtung lässt sich dies exemplarisch problemlos gewähr leisten. Die Vielzahl von Arbeitseinheiten 6 kann auf engstem Raum in der y-Achsrichtung nebeneinander angeordnet werden.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Positioniersystems 1 be- steht darin, dass die System-Grundeinheit 2 auch im Bereich der Antriebseinheiten 7 mit geringen Abmessungen in der y- Achsrichtung realisiert werden kann, sodass die System- Grundeinheit 2 in der y-Achsrichtung insgesamt über sehr kom pakte Abmessungen verfügt. Die begünstigt einen Einsatz bei beengten Platzverhältnissen und eine Mehrfachanordnung von System-Grundeinheiten 2 auf engem Raum.
Die jeweils eine Antriebseinheit 7 und eine Arbeitseinheit 6 umfassenden Positioniereinheiten 5 sind an dem System- Grundkörper 4 in der y-Achsrichtung nebeneinanderliegend an geordnet. Innerhalb einer jeweiligen Positioniereinheit 5 sind die Arbeitseinheit 6 und die Antriebseinheit 7 in der x- Achsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet. Insgesamt resul tiert daraus exemplarisch eine Anordnung, bei der alle Ar beitseinheiten 6 in einem als Arbeitszone 17 bezeichneten Be reich und alle Antriebseinheiten 7 in einem als Antriebszone 18 bezeichneten Bereich liegen, wobei die Arbeitszone 17 und die Antriebszone 18 in der x-Achsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind. In der z-Achsrichtung liegt die Antriebszone 18 zweckmäßigerweise zumindest im Wesentlichen auf gleicher Höhe mit der Arbeitszone 17. Die Arbeitseinheiten 6 können ihre Arbeitsbewegungen 8 rela tiv zu dem System-Grundkörper 4 und unabhängig voneinander ausüben. Der System-Grundkörper 4 kann folglich bei den Ar beitsbewegungen der Arbeitseinheiten 6 seine räumliche Posi tion unverändert beibehalten. Daher müssen nur geringe Massen bewegt werden, um die Endeffektoren 10 in der z-Achsrichtung zu verfahren und zu positionieren.
Da jeder Arbeitseinheit 6 eine eigene Antriebseinheit 7 zuge ordnet ist, lassen sich die Endeffektoren 10 unabhängig von einander bewegen. Das Positioniersystem 1 enthält zweckmäßi- gerweise eine an die einzelnen Antriebseinheiten 7 elektrisch angeschlossene elektronische Steuereinrichtung 19, die eine individuelle elektrische Ansteuerung der Antriebseinheiten 7 ermöglicht . Beispielsweise kann die elektronische Steuerein richtung 19 veranlassen, dass nur einzelne Arbeitseinheiten 6 in einer bestimmten Reihenfolge bewegt werden, dass die Ar- beitseinheiten 6 gruppenweise bewegt werden oder dass sämtli che Arbeitseinheiten 6 bewegt werden.
Bevorzugt enthält jede Antriebseinheit ein Antriebsmodul 22, das einen Stator 23 und einen diesbezüglich zu einer Ab triebsbewegung 25 antreibbaren Abtriebskörper 24 aufweist Besonders vorteilhaft ist die Verwendung elektrischer An triebsmodule 22, was exemplarisch der Fall ist. Hier wird zu geführte elektrische Energie direkt in Bewegungsenergie des Abtriebskörpers 24 umgesetzt. Grundsätzlich könnten aber auch fluidbetätigte Antriebsmodule 22 Verwendung finden. Bevorzugt und beispielsgemäß ist jedes Antriebsmodul 22 von einem Elektromotor gebildet, bei dem es sich insbesondere um einen Schrittmotor mit einer drehwinkelmäßig sehr präzise po sitionierbaren, zu dem Abtriebskörper 24 gehörenden Ab triebswelle 66 handelt. Die durch das Antriebsmodul 22 erzeugte Abtriebsbewegung 25 des Abtriebskörpers 24 ist bevorzugt eine Drehbewegung, was auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zutrifft. Der Ab triebskörper 24 ist hierbei stangenförmig ausgebildet und hat eine Längsachse 24a, die die Drehachse für die rotative Ab- triebsbewegung 25 bildet. Die Antriebsmodule 22 sind insbe sondere so installiert, dass die Längsachsen 24a der Ab triebskörper 24 in der z-Achsrichtung ausgerichtet sind. Dem entsprechend fallen die Längsachsen 24a der Abtriebskörper 24 mit der Bewegungsrichtung der Arbeitsbewegung 8 zusammen. Die Antriebsmodule 22 sind elektrisch mit der elektronischen Steuereinrichtung 19 verbunden, von der sie elektrische Steu ersignale erhalten, durch die die Abtriebsbewegung 25 ihres Abtriebskörpers 24 zwecks Bewegung und Positionierung der Ar- beitseinheiten 6 hervorrufbar ist.
Die Antriebsmodule 22 sind jeweils über ihren Stator 23 an dem System-Grundkörper 4 befestigt, sodass sie diesbezüglich ortsfest sind. Beispielhaft definiert jeder Stator 23 ein Mo dulgehäuse 23a, das mittels nicht weiter illustrierter Befes- tigungsschrauben an dem System-Grundkörper 4 fixiert ist.
Zur antriebsmäßigen Kopplung des Abtriebskörpers 24 mit der Arbeitseinheit 6 enthält die Antriebseinheit 7 jeder Positio niereinheit 5 einen Kopplungsabschnitt 26. Der Kopplungsab schnitt 26 ist über eine Befestigungseinrichtung 27 an der Arbeitseinheit 6 befestigt, sodass diese beiden Bestandteile stets nur gemeinsam bewegbar sind. Der Kopplungsabschnitt 26 kann eine hin- und hergehende Linearbewegung 28 in der z- Achsrichtung relativ zu dem System-Grundkörper 4 ausführen. Hervorrufbar ist diese Linearbewegung 28 durch das Zusammen- wirken mit dem Abtriebskörper 24. Dessen Abtriebsbewegung 25 ruft die Linearbewegung 28 des Kopplungsabschnittes 26 her vor, was eine gleichzeitige Ausführung der Arbeitsbewegung 8 durch die Arbeitseinheit 6 zur Folge hat.
Zweckmäßigerweise ist jeder Positioniereinheit 5 ein Positi- onssensor 20 zugeordnet, durch den die aktuelle Position der zugeordneten Arbeitseinheit 6 direkt oder indirekt erfassbar ist. Die Positionssensoren 20 liefern elektrische Positions signale, die der elektronischen Steuereinrichtung 19 zuge führt werden, an die gemäß Figur 4 alle Positionssensoren 20 elektrisch angeschlossen sind. Dadurch ist bevorzugt eine po sitionsgeregelte Betätigung der Arbeitseinheiten 6 möglich. Die Positioniereinheiten 5 sind exemplarisch von zwei in der Achsrichtung der z-Achse beabstandet zueinander angeordneten ersten und zweiten Trägerplatten 31, 32 des System- Grundkörpers 4 getragen. Jede Trägerplatte 31, 32 hat eine starre Struktur und erstreckt sich in einer zu der z-Achse orthogonalen Ebene. In der beispielhaft realisierten vorteil haften vertikalen Ausrichtung der z-Achse liegt die erste Trägerplatte 31 mit Abstand über der zweiten Trägerplatte 32. Zwischen diese beiden Trägerplatten 31, 32 eingegliederte Seitenwände 33 des System-Grundkörpers 4, an denen die Trä gerplatten 31, 32 befestigt sind, geben den zwischen den bei den Trägerplatten 31, 32 vorhandenen Abstand vor.
Die beiden Trägerplatten 31, 32 begrenzen gemeinsam einen Zwischenraum, in dem sämtliche Kopplungsabschnitte 26 ange- ordnet sind und der deshalb als Kopplungsraum 34 bezeichnet wird .
Gemeinsam mit den Seitenwänden 33 bilden die beiden Träger platten 31, 32 eine Gehäusestruktur mit zweckmäßigerweise ku bischer Außenkontur. Unter den Seitenwänden 33 befinden sich eine dem Übergangsbe reich zwischen der Arbeitszone 17 und der Antriebszone 18 zu geordnete vordere Seitenwand 33a und eine der vorderen Sei tenwand 33a in der x-Achsrichtung gegenüberliegende hintere Seitenwand 33b. Dazwischen erstrecken sich zwei sich in der y-Achsrichtung gegenüberliegende seitliche Seitenwände 33c, 33d. Die vordere Seitendwand 33a und die beiden seitlichen Seitenwände 33c, 33d sind zweckmäßigerweise zu einer einstü ckigen Wandstruktur zusammengefasst, an die die hintere Sei tenwand 33b nach Art eines Deckels und insbesondere lösbar angesetzt ist. Die Statoren 23 sämtlicher Antriebseinheiten 7 sind zweckmä ßigerweise an ein und derselben Trägerplatte 31 oder 32 be festigt, wobei es sich insbesondere und beispielsgemäß um die erste Trägerplatte 31 handelt. Die Statoren 23 sitzen an ei- ner dem Kopplungsraum 34 abgewandten Bestückungsfläche 35 der ersten Tragplatte 31, sodass sie exemplarisch von der ersten Tragplatte 31 nach oben ragen. Die Befestigung erfolgt insbe sondere über die Modulgehäuse 23a.
Die stangenförmigen Abtriebskörper 24 ragen durch Durchbre- chungen der ersten Trägerplatten 31 hindurch in den Kopp lungsraum 34 hinein, exemplarisch von oben her.
Jede Arbeitseinheit 6 hat zweckmäßigerweise eine Führungs stange 36, die in der z-Achsrichtung ausgerichtet ist und re lativ zu dem System-Grundkörper 4 zur Ausführung der Arbeits- bewegung 8 in der z-Achsrichtung beweglich ist. Die Längsach se 36a jeder FührungsStange 36 verläuft in der z-Achsrichtung und ist folglich parallel zur Längsachse 24a des zur gleichen Positioniereinheit 5 gehörenden Abtriebskörpers 24.
Jede FührungsStange 36 ist an dem System-Grundkörper 4 in ih- rer Längsrichtung und dementsprechend in der z-Achsrichtung linear verschiebbar gelagert. Exemplarisch erfolgt eine Ver schiebelagerung an zwei Stellen, nämlich an jeder der beiden Trägerplatten 31, 32. Jede FührungsStange 36 ist so plat ziert, dass sie beide Trägerplatten 31, 32 durchsetzt, wobei sie den Kopplungsraum 34 in der z-Achsrichtung durchquert und mit zwei einander entgegengesetzten ersten und zweiten Stan genendabschnitten 36b, 36c an der den Kopplungsraum 24 entge gengesetzten Außenseite über die jeweils zugeordnete Träger platte 31, 32 vorsteht. Die von der FührungsStange 36 durch setzen Durchbrechungen der Trägerplatten 31, 32 sind als Füh rungsdurchbrechungen 37 ausgebildet, die eine die Führungs- Stange 36 radial abstützende und gleitverschieblich führende Führungsfläche haben. Die Führungsfläche kann von einer in die Führungsdurchbrechung 37 eingesetzten Führungsbuchse ge bildet sein. Die FührungsStangen 36 sind außen insbesondere kreiszylind risch konturiert, was entsprechend auch für den Innenumfang der Führungsdurchbrechungen 37 gilt. Exemplarisch sind die FührungsStangen 36 rohrförmig ausgebildet, wodurch die Her stellungskosten und die bewegten Massen reduziert sind. An dem exemplarisch nach unten weisenden zweiten Endabschnitt 36c jeder FührungsStange 36 befindet sich zweckmäßigerweise die oben erwähnte Montageschnittstelle 9 für die Anbringung des Endeffektors 10. Beispielhaft ist dem Endeffektor 10 an insbesondere als Adapter fungierender Halter 38 zugeordnet, über den der Endeffektor 10 an der Montageschnittstelle 9 be festigt ist. Die Befestigung erfolgt mittels einer den Halter 38 durchsetzenden und stirnseitig in die FührungsStange 36 eingeschraubten Befestigungsschraube 41, die nur symbolisch angedeutet ist. Zweckmäßigerweise ist an dem ersten Endabschnitt 36b der Füh rungsstange 36 - auch hier mittels einer nur symbolisch ange deuteten Befestigungsschraube 42 - ein quer in von der An triebszone 18 wegweisender Richtung abstehendes Halteelement 43 befestigt, das zur Fixierung der von der zugeordneten Do- siereinheit 10 nach oben abgehenden Fluidleitung 14 verwendet wird .
Die FührungsStangen 36 sind bevorzugt so angeordnet, dass die Längsachsen 36a der FührungsStangen 36 sämtlicher Arbeitsein heiten 6 in einer gemeinsamen Ebene liegen, die als Führungs- stangenebene 44 bezeichnet wird und die orthogonal zu der x- Achs verläuft. Die Führungsstangenebene 44 ist insbesondere so platziert, dass sie im Übergangsbereich zwischen der Ar beitszone 17 und der Antriebszone 18 liegt. Bevorzugt wird jeder Kopplungsabschnitt 26 von der zugeordneten Führungs- Stange 36 durchsetzt, wobei durch die Befestigungseinrichtung 27 eine feste Verbindung zwischen den beiden Komponenten ge schaffen ist. Exemplarisch enthält die Befestigungseinrich tung 27 mehrere Befestigungsschrauben, durch die der Kopp lungsabschnitt 26 mit der FührungsStange 36 verklemmt ist. Vorzugsweise sind sämtliche Kopplungsabschnitte 26 schlitten artig bewegbar ausgebildet, sodass sie jeweils einen Kopp lungsschlitten 45 bilden, der die Linearbewegung 28 ausführen kann und zu diesem Zweck an dem System-Grundkörper 4 linear verschiebbar geführt ist. Im Rahmen der Linearbewegung 28 kann der Kopplungsschlitten 45 zwischen einer an die erste Tragplatte 31 angenäherten ersten Endposition und einer an die zweite Tragplatte 32 angenäherten zweiten Endposition verschoben werden, wobei die angekoppelte Arbeitseinheit 6 diese Linearbewegung 28 mitmacht. Ihre Linearführung erfahren die Kopplungsschlitten 45 jeweils zum einen durch die mit ihnen verbundene FührungsStange 36, die wie erwähnt an den beiden Trägerplatten 31, 32 linear verschiebbar gelagert ist. Die FührungsStange 36 ist an einem der Arbeitszone 17 zugwandten vorderen Endabschnitt des Kopp- lungsschlittens 45 fixiert.
Eine zusätzliche weitere Linearführung erfährt jeder Kopp lungsschlitten 45 exemplarisch an seinem der Arbeitszone 17 abgewandten hinteren Endabschnitt 46. Hier greifen die Kopp lungsschlitten 45 unabhängig voneinander mit jeweils einem Führungsvorsprung 47 gleitverschieblich in eine sich in der z-Achsrichtung erstreckende Führungsnut 48 des System- Grundkörpers 4 ein. Die Führungsnuten 48 erstrecken sich li near in der z-Achsrichtung und sind der y-Achsrichtung neben einander mit paralleler Ausrichtung angeordnet, wobei sie exemplarisch an der Innenfläche der hinteren Seitenwand 33b ausgebildet sind.
Bevorzugt arbeiten die Positionssensoren 20 mit den Kopp lungsabschnitten 26 zusammen. Zweckmäßigerweise ist jeder Po sitionssensor 20 magnetfeldempfindlich ausgebildet, wobei der zugeordnete Kopplungsabschnitt 26 zur berührungslosen Betäti- gung des Positionssensor 20 einen Permanentmagnet aufweist. Exemplarisch sind die Positionssensoren 20 in Befestigungsnu ten 21 fixiert, die in dem System-Grundkörper 4 ausgebildet sind, insbesondere außen in der hinteren Seitenwand 33a.
Jeder Kopplungsschlitten 45 ist zweckmäßigerweise plattenför- mig ausgebildet und so ausgerichtet, dass seine zu den beiden größten Außenflächen parallele Plattenebene 45a orthogonal zur y-Achse verläuft. Dies bietet die exemplarisch verwirk lichte Möglichkeit, die plattenförmigen Kopplungsschlitten 45 platzsparend mit zueinander parallelen Plattenebenen 45a auf engstem Raum nebeneinander zu platzieren. Aus den Figuren 5 und 6 ist dies gut ersichtlich.
Zweckmäßigerweise erstrecken sich bei jeder Antriebseinheit 7 die Längsachse 24a des stangenförmigen Abtriebskörpers und die Längsachse 36a der FührungsStange 36 in der Plattenebene 45a des plattenförmigen Kopplungsschlittens 45.
Insbesondere wenn es sich bei der Abtriebsbewegung 25 des Ab triebskörpers 24 um eine Linearbewegung in der z-Achsrichtung handelt, können der Kopplungsabschnitt 26 und der Abtriebs- körper 24 in beliebiger Weise fest miteinander verbunden und insbesondere auch integral ausgeführt sein. Beide Komponenten führen dann zur Erzeugung der Arbeitsbewegung 8 stets eine damit synchrone einheitliche Linearbewegung aus.
Exemplarisch ist jeder Abtriebskörper 24 allerdings derart antriebsmäßig mit dem zugeordneten Kopplungsabschnitt 26 ver- bunden, dass die rotative Abtriebsbewegung 25 in die Linear bewegung 28 umgewandelt wird.
Hierzu ist zumindest der sich in dem Kopplungsraum 34 erstre ckende Längenabschnitt des stangenförmigen Abtriebskörpers 24 nach Art einer Gewindespindel ausgebildet, sodass man ihn als Gewindespindelabschnitt 49 des Abtriebskörpers 24 bezeichnen kann, der an seinem Außenumfang ein Außengewinde 52 hat. Mit dem Gewindespindelabschnitt 49 greift der Abtriebskörper 24 in ein Innengewinde 52 des Kopplungsabschnittes 26 ein. Da das Innengewinde 52 unverdrehbar an dem seinerseits bezüglich des System-Grundkörpers 4 unverdrehbar fixierten Kopplungsab schnitt 26 ausgebildet ist, ruft eine rotative Abtriebsbewe gung 25 des Gewindespindelabschnittes 49 die Linearbewegung 28 hervor, weil sich das Innengewinde 52 zusammen mit dem zu geordneten Kopplungsabschnitt 26 in der Längsrichtung des Ge- windespindelabschnittes 49 bewegt.
Exemplarisch ist der Gewindeingriff dadurch realisiert, dass der Kopplungsschlitten 45 über einen bevorzugt plattenförmi gen Schlittenkörper 53 verfügt, in den eine das Innengewinde 52 aufweisende separate Spindelmutter 54 eingesteckt ist. Die Spindelmutter 54 sitzt in einer Aufnahmestruktur 55 des
Schlittenkörpers 53, die exemplarisch von einer den Schlit tenkörper 53 in der y-Achsrichtung durchsetzenden kreiszy lindrischen Durchbrechung gebildet ist, in die die mit einem komplementären kreiszylindrischen Außenumfang versehene Spin- delmutter 54 eingesetzt ist. Das Innengewinde 52 ist Bestand teil einer die Spindelmutter 54 diametral durchsetzenden Ge- windebohrung. Eine den Schlittenkörper 53 in der z- Achsrichtung durchsetzende und durch die kreiszylindrische Durchbrechung der Aufnahmestruktur 55 hindurchgehende Durch gangsbohrung 56 fluchtet mit der Gewindebohrung der Spindel- mutter 54 und ist von dem zugeordneten Gewindespindelab schnitt 49 ohne Gewindeingriff in frei drehbarer Weise durch setzt .
Der Schlittenkörper 53 kann kostengünstig aus einem Kunst- stoffmaterial bestehen, wobei die Spindelmutter 54 zweckmäßi- gerweise aus Stahl besteht.
Bevorzugt ist die Spindelmutter 54 in der Aufnahmestruktur 55 mit ihrem kreiszylindrischen Außenumfang prinzipiell drehbar und auch in der y-Achsrichtung verschiebbar, sodass sie sich selbsttätig bezüglich des in sie eingreifenden Gewindespin- delabschnittes 49 ausrichten kann, was die Montage erleich tert und den Verschleiß reduziert.
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel hat der Kopplungsschlitten 45 einen Schlittenkörper 53, in dem das Innengewinde 52 integral ausgebildet ist. Der Schlittenkörper 53 ist hier von einer das Innengewinde 52 bildenden Gewinde bohrung durchsetzt.
Die Statoren 23 sämtlicher Antriebseinheiten 7 sind zweckmä ßigerweise geschützt unter einer Abdeckhaube 57 angeordnet, die im Bereich der Bestückungsfläche 35 angeordnet ist. Die Abdeckhaube 57 ist nicht in allen Figuren gezeigt.
Die Statoren 23 sind an der Bestückungsfläche 35 mit einer besonders vorteilhaften Verteilung angeordnet. Selbige lässt sich vor allem anhand der Figuren 5 und 9 sehr gut nachvoll- ziehen, wobei die Figur 5 eine Draufsicht auf die Statoren 23 mit Blick in der z-Achsrichtung wiedergibt.
Die vorhandenen Statoren 23 sind in mehreren, jeweils als ei ne Statorreihe 58 bezeichneten linearen Reihen angeordnet, die sich jeweils in der y-Achsrichtung erstrecken und die in der x-Achsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die Statorreihen 58 sind in der Zeichnung durch strichpunktierte gerade Linien kenntlich gemacht, die gleichzeitig die jewei lige Reihenausrichtung definieren. Alle Statoren 23 sind auf die vorhandenen mehreren Statorrei hen 58 aufgeteilt. Entsprechend Figur 9 können die einzelnen Statorreihen 58 untereinander über die gleiche Anzahl von Statoren 23 verfügen. Es ist aber ebenfalls möglich, die Statorreihen 58 mit einer unterschiedlichen Anzahl von Stato- ren 23 auszustatten, wofür die Figur 5 ein Beispiel liefert.
Bei beiden illustrierten Ausführungsbeispielen sind die Sta toren 23 auf drei Statorreihen 58 aufgeteilt. Es ist aber oh ne weiteres auch eine größere oder geringere Anzahl von Statorreihen 58 pro System-Grundeinheit 2 möglich. Das Ausführungsbeispiel der Figur 9 zeigt eine System-
Grundeinheit 2, die über zwölf Positioniereinheiten 5 und dementsprechend auch über zwölf Statoren 23 verfügt. Diese sind hier in drei Statorreihen 58 zu je vier Statoren 23 an geordnet . Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 8 enthält die System-Grundeinheit 2 insgesamt acht Positionier einheiten 5 und dementsprechend auch acht Statoren 23, wobei diese acht Statoren 23 auf zwei Statorreihen 58 mit drei Sta toren und eine dritte Statorreihe 58 mit zwei Statoren 23 aufgeteilt sind. Die Statorreihe 58 mit nur zwei Statoren be- findet sich zweckmäßigerweise zwischen den beiden Statorrei hen 58 mit jeweils drei Statoren 23.
Die geschilderte, reihenmäßig verteilte Anordnung der Stato ren 23 ergibt sich durch eine entsprechend verteilte Anord- nung der jeweils einen der Statoren aufweisenden Antriebsmo dule 22.
Sämtliche Statoren 23 sind vorzugsweise bezogen auf die Achs- richtung der z-Achse auf gleicher Höhe in einer als Stator ebene 61 bezeichneten gemeinsamen Ebene platziert, die sich rechtwinkelig zu der z-Achse erstreckt.
Eine Besonderheit der Statorverteilung besteht darin, dass die Statoren 23 in der x-Achsrichtung nicht fluchtend auf ei ner Linie angeordnet sind, sondern dass die Statoren 23 der jeweils benachbarten Statorreihen 58 in der y-Achsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, und zwar derart, dass sie sich in der y-Achsrichtung gegenseitig überlappen.
Alle Statoren 23 haben zweckmäßigerweise bei Betrachtung in der z-Achsrichtung den gleichen Umriss. Bevorzugt handelt es sich um zumindest im Wesentlichen quadratische Umrisse, was auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zutrifft. Dabei sind die Statoren 23 so orientiert, dass zwei einander entge gengesetzte ihrer vier Außenflächen jeweils parallel zu den Statorreihen 58 ausgerichtet sind.
Bevorzugt und entsprechend der illustrierten Ausführungsbei- spiele sind zur gleichen Statorreihe 58 gehörende Statoren 23 in der Achsrichtung der y-Achse beabstandet zueinander ange ordnet. Dadurch ergibt sich zwischen jeweils zwei aufeinan derfolgend angeordneten Statoren 23 jeder Statorreihe 58 ein Zwischenraum 62. Der Zwischenraum 62 ist bevorzugt schmäler als die in der gleichen Richtung gemessene Breite der Stato ren 23.
Insbesondere abhängig von der zur z-Achse rechtwinkeligen Grundfläche der Statoren 23 sind auch Anordnung möglich, bei denen die Statoren 23 innerhalb mindestens einer und bevor zugt innerhalb jeder Statorreihe 58 aneinander anliegen.
Die zu in der x-Achsrichtung aufeinanderfolgenden Statorrei hen 58 gehörenden Statoren 23 sind in der x-Achsrichtung zweckmäßigerweise mit einem gewissen Abstand zueinander ange- ordnet, wobei dieser Abstand insbesondere geringer ist als der Abstand zwischen den zur jeweils gleichen Statorreihe 58 gehörenden Statoren 23.
Jeder Stator 23 hat bei Betrachtung in der z-Achsrichtung ei nen Zentrumbereich 63. Dieser Zentrumbereich 63 liegt zweck- mäßigerweise auf der Längsachse des dem betreffenden Stator 23 zugeordneten Abtriebskörpers 24. Eine besonders vorteil hafte Verteilung der Statoren 23 in der Statorebene 61 sieht vor, dass sich mehrere Statorgruppen 64 ergeben, die sich je weils aus mehreren Statoren 23 zusammensetzen, die zu in der x-Achse aufeinanderfolgenden Statorreihen 58 gehören und de ren Zentrumsbereiche 63 zumindest im Wesentlichen auf einer bezüglich der x-Achse geneigten imaginären Verbindungsgerade 65 liegen. Die Verbindungsgeraden 65 der mehreren Statorgrup pen 64 verlaufen parallel zueinander. Besonders vorteilhaft ist die bei den Ausführungsbeispielen realisierte Neigung der Verbindungsgeraden 65 von 45 Grad gegenüber der x-Achse.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 8 sind zwei sich aus jeweils drei Statoren 23 zusammensetzende Statorgruppen 64 vorhanden, auf die die vorgenannten Gegeben- heiten zutreffen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 er- geben sich vier derartige Statorgruppen 64, von denen drei Stück über insgesamt drei Statoren verfügen und eine vierte Statorgruppe 64 aus zwei Statoren 23 besteht.
Abgesehen von denjenigen Statoren 23, die unter Bildung einer Statorgruppe 64 auf einer gemeinsamen Verbindungsgerade 65 liegen, kann auch noch mindestens ein weiterer Stator 23 vor handen sein, der nicht zu einer derartigen Statorgruppe 64 gehört .
Zweckmäßigerweise enthält jede Statorreihe 58 mindestens ei- nen Stator 23, der sich mit zwei Statoren 23 mindestens einer in der x-Achsrichtung benachbarten Statorreihe 58 in der y- Achsrichtung überlappt. Es versteht sich, dass eine oder meh rere Statorreihen 58 mindestens einen am Ende der Statorreihe 58 liegenden Stator 23 aufweisen kann, der sich mit nur einem Stator 23 mindestens einer benachbarten Statorreihe 58 über lappt .
Durch die vorstehend erläuterte Anordnung beziehungsweise Verteilung der Statoren 23 und der die Statoren 23 enthalten den Antriebsmodule 22 lässt sich die System-Grundeinheit 2 in der Antriebszone 18 mit geringen Abmessungen in der y-
Achsrichtung verwirklichen, obwohl die einzelnen Statoren 23 eine größere Breite haben als jede der Arbeitseinheiten 6.
Die Arbeitseinheiten 6 sind in der y-Achsrichtung schmäler als die einzelnen Statoren 23. Hinzu kommt, dass zweckmäßi- gerweise auch jeder sich außerhalb des Stators 23 erstrecken de Längenabschnitt jedes Abtriebskörpers 24 sowie jeder Kopp lungsabschnitt 26 in der y-Achsrichtung eine geringere Breite haben als der zugehörige Stator 23. Auf diese Weise bleibt in einer Projektion auf eine zur z- Achse rechtwinkelige Ebene gemäß Figur 5 zwischen den Kopp lungsabschnitten 26 derjenigen Antriebseinheiten 7, deren Statoren in der gleichen Statorreihe 58 liegen, genügend Platz zum Vorbeigreifen durch diejenigen Kopplungsabschnitte 26, die zu denjenigen Antriebseinheiten 6 gehören, deren Sta toren 23 in jeder darauffolgenden Statorreihe 58 angeordnet sind.
Betrachtet man die der Arbeitszone 17 am nächsten liegende vorderste Statorreihe 58, so haben die zu deren Statoren 23 gehörenden Kopplungsabschnitte 26 untereinander in der y- Achsrichtung einen Abstand, der ausreichend groß bemessen ist, sodass die den Statoren 23 der darauffolgenden Stator reihe 58 zugeordneten Kopplungsabschnitte sich dazwischen er- strecken können. Die gegenseitigen abstände sind exemplarisch so groß, dass auch noch die jeder weiteren Statorreihe 58 zu geordneten Kopplungsabschnitte 26 hindurchgreifen können.
Da die Kopplungsabschnitte 26 den Statoren 23 in der z- Achsrichtung mit Abstand vorgelagert sind, exemplarisch also nach unten hin, können sie sich ohne weiteres an den einzel nen Statoren 23 in der x-Achsrichtung vorbei erstrecken.
Bevorzugt beträgt innerhalb der einzelnen Statorreihen 58 der in der y-Achsrichtung gemessene Abstand zwischen den Zent rumsbereichen 63 jeweils unmittelbar benachbarter Statoren 23 mindestens ein Vielfaches der in der y-Achsrichtung gemesse nen Breite der Kopplungsabschnitte 26, wobei es sich bei dem vorgenannten Vielfachen um die Anzahl der insgesamt vorhande nen Statorreihen 58 handelt. Sind also wie bei den Ausfüh rungsbeispielen insgesamt drei Statorreihen 58 vorhanden, be trägt der Abstand zwischen den Zentrumsbereichen 63 der je weils benachbarten Statoren 23 innerhalb jeder Statorreihe 58 mindestens das Dreifache der Breite der Kopplungsabschnitte 26. Zugunsten einer kompakten Baubreite der System- Grundeinheit 2 wird man den Abstand zweckmäßigerweise so wäh len, dass die sich dazwischen erstreckenden Kopplungsab- schnitte 26 entweder gleitverschieblich aneinander anliegen oder mit nur einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind.
Prinzipiell könnten die Kopplungsabschnitte 26 umso kürzer sein, je näher die zugeordneten Antriebsmodule 22 beziehungs- weise deren Statoren 23 bei der Arbeitszone 17 liegen, weil dann der Abstand zwischen dem Abtriebskörper 24 und der zuge ordneten FührungsStange 36 entsprechend kleiner ist.
Gleichwohl wird es als vorteilhaft angesehen, wenn entspre chend der Ausführungsbeispiele alle Kopplungsabschnitte 26 in der x-Achsrichtung die gleiche Länge haben, was den Vorteil bietet, dass alle Kopplungsabschnitte 26 an der hinteren Sei tenwand 33b linear verschiebbar geführt sein können.
Zudem bietet dies die vorteilhafte Möglichkeit, die Kopp lungsabschnitte 26 als Kopplungsschlitten 45 mit untereinan- der identischen Schlittenkörpern 53 auszubilden. Dies trifft auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu.
Damit ungeachtet dieser gestalterischen Identität der Schlit tenkörper 53 eine antriebsmäßige Kopplung mit den unter schiedlich weit beabstandet zu der Arbeitszone 17 platzierten Abtriebskörpern 24 möglich ist, ist zweckmäßigerweise jeder Schlittenkörper 53 mit einer der Anzahl der Statorreihen 58 entsprechenden Anzahl von Aufnahmestrukturen 55 versehen, de ren in der x-Achsrichtung gemessener Abstand voneinander dem gegenseitigen Abstand zwischen den Statorreihen 58 ent- spricht . Von diesen mehreren Aufnahmestrukturen 55 ist dann nur diejenige mit einer Spindelmutter 54 bestückt, der einer der Abtriebskörper 24 zugeordnet ist.
Alternativ könnte jeder Kopplungsabschnitt 26 auch mit einer der Anzahl der vorhandenen Statorreihen 28 vorhandenen Anzahl von Innengewinden 52 versehen sein, von denen zur gleichen Zeit jeweils nur eines für einen Gewindeingriff mit einem Ge windespindelabschnitt 49 genutzt wird.
Wenn die Antriebsmodule 22 als Drehantriebe ausgebildet sind, was bei einer Verwendung von Elektromotoren der Fall ist, er- streckt sich im Innern des Stators 23 eine weiter oben schon erwähnte Abtriebswelle 66, die einen Längenabschnitt des Ab triebskörpers 24 repräsentiert und die mit dem Gewindespin delabschnitt 49 drehfest gekoppelt ist. Die Abtriebswelle 66 und der Gewindespindelabschnitt 49 können einstückig ausge- bildet sein oder auch als separate, fest miteinander verbun dene Bauteile.

Claims

Ansprüche
1. Positioniersystem zum Positionieren von Endeffektoren (10), mit einem System-Grundkörper (4), an dem mehrere Ar beitseinheiten (6) in der Achsrichtung der y-Achse eines x-y- z-Koordinatensystems nebeneinander angeordnet sind, die zur Positionierung eines an ihnen jeweils angeordneten Endeffek tors (10) unter Ausführung einer Arbeitsbewegung (8) in der Achsrichtung einer zu der y-Achse orthogonalen z-Achse linear bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitseinheiten (6) ihre Arbeitsbewegungen (8) un abhängig voneinander und relativ zu dem System-Grundkörper (4) ausführen können, wobei jeder Arbeitseinheit (6) zur Er zeugung ihrer Arbeitsbewegung (8) eine eigene Antriebseinheit (7) zugeordnet ist, wobei die Antriebseinheiten (7) in der Achsrichtung der y-Achse nebeneinander angeordnet sind, dass ferner die Antriebseinheiten (7) jeweils einen bezüglich des System-Grundkörpers (4) ortsfesten Stator (23) und einen diesbezüglich unter Ausführung einer Abtriebsbewegung (8) ak tiv bewegbaren Abtriebskörper (24) aufweisen, wobei der Ab- triebskörper (24) zum Hervorrufen der Arbeitsbewegung (8) über einen Kopplungsabschnitt (26) antriebsmäßig mit der zu geordneten Arbeitseinheit (6) gekoppelt ist, und dass die Statoren (23) verteilt in mehreren in der Achs richtung der x-Achse aufeinanderfolgenden und in der Achs- richtung der y-Achse ausgerichteten Statorreihen (58) ange ordnet sind, wobei die Statoren (23) der in der Achsrichtung der x-Achse jeweils benachbarten Statorreihen (58) in der Achsrichtung der y-Achse mit gegenseitiger Überlappung ver setzt zueinander angeordnet sind.
2. Positioniersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass es als ein Dosiersystem (la) ausgebildet ist, wobei es sich bei den Endeffektoren (10) jeweils um eine Dosierein heit (10a) zum dosierten Aufnehmen und/oder Abgeben einer Fluidmenge handelt.
3. Positioniersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (7) in einer den Ar beitseinheiten (6) in der Achsrichtung der x-Achse benachbar ten Antriebszone (18) angeordnet sind.
4. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsabschnitte (26) der Antriebseinheiten (7) in der Achsrichtung der z-Achse beab- standet zum zugehörigen Stator (23) angeordnet sind und je weils - gemessen in der Achsrichtung der y-Achse - ebenso wie die Arbeitseinheiten (6) eine geringere Breite haben als der zugehörige Stator (23).
5. Positioniersystem nach Anspruch 4 in Verbindung mit An spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsabschnit te (26) derjenigen Antriebseinheiten (7), deren Statoren (23) zu einer Statorreihe (58) gehören, der auf der den Arbeits einheiten (6) zugewandten Seite mindestens eine weitere Statorreihe (58) vorgelagert ist, sich mit einem in der Achs richtung der z-Achse gemessenen Abstand an den Statoren (23) der mindestens einen vorgelagerten Statorreihe (58) vorbei erstrecken.
6. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichen Statorreihe (58) gehörende Statoren (23) in der Achsrichtung der y-Achse beab- standet zueinander angeordnet sind.
7. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoren (23) der Antriebs einheiten (7) in mindestens drei in der Achsrichtung der x- Achse aufeinanderfolgenden Statorreihen (58) angeordnet sind.
8. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Achsrichtung der x-Achse zueinander benachbarte Statorreihen (58) eine untereinander identische oder eine voneinander abweichende Anzahl von Sta toren (23) enthalten.
9. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Statoren (23) in der Achsrichtung der z-Achse auf gleicher Höhe in einer gemeinsa men, zu der z-Achse orthogonalen Statorebene (61) platziert sind.
10. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoren (23) derart ver teilt angeordnet sind, dass sich - in der Achsrichtung der z- Achse betrachtet - mehrere Statorgruppen (64) ergeben, die sich jeweils aus mehreren Statoren (23) zusammensetzen, die zu in der Achsrichtung der x-Achse aufeinanderfolgenden
Statorreihen (58) gehören und deren Zentrumsbereiche (63) zu mindest im Wesentlichen auf einer bezüglich der x-Achse ge neigten imaginären Verbindungsgerade (65) liegen, wobei die Verbindungsgeraden (65) der mehreren Statorgruppen (64) pa- rallel zueinander verlaufen.
11. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoren (23) - in der Achs richtung der z-Achse betrachtet - einen zumindest im Wesent lichen quadratischen Umriss haben, wobei ihre Umrisse zweck- mäßigerweise untereinander identisch sind.
12. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kopplungsabschnitt (26) bezüglich des zugeordneten Abtriebskörpers (24) gesondert ausgebildet und antriebsmäßig mit dem Abtriebskörper (24) verbunden ist.
13. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kopplungsabschnitt (26) als ein Kopplungsschlitten (45) ausgebildet ist, der an dem System-Grundkörper (4) in der Achsrichtung der z-Achse ver- schiebbar gelagert ist und der zweckmäßigerweise plattenför mig ausgebildet und so ausgerichtet ist, dass seine Platten ebene orthogonal zur y-Achse verläuft.
14. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Arbeitseinheit (6) eine in der Achsrichtung der z-Achse ausgerichtete und bewegliche FührungsStange (36) aufweist, die an dem Kopplungsabschnitt (26) befestigt und an dem System-Grundkörper (4) linear ver schiebbar gelagert ist und an der eine Montageschnittstelle (9) zur Anbringung eines Endeffektors (10) ausgebildet ist.
15. Positioniersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass sich sämtliche FührungsStangen (36) mit ihren Längsachsen (36a) in einer gemeinsamen, zu der x-Achse ortho gonalen Führungsstangenebene (44) erstrecken.
16. Positioniersystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch ge- kennzeichnet, dass der System-Grundkörper (4) zwei sich je weils in einer zu der z-Achse orthogonalen Ebene erstreckende und unter Begrenzung eines die Kopplungsabschnitte (26) auf- nehmend Kopplungsraumes (34) in der Achsrichtung der z-Achse zueinander beabstandete Trägerplatten (31, 32) aufweist, wo- bei jede FührungsStange (36) den Abstand zwischen den beiden Trägerplatten (31, 32) überbrückt und in beiden Trägerplatten (31, 32) linear verschiebbar gelagert ist, wobei zweckmäßi gerweise die Statoren (23) sämtlicher Antriebseinheiten (6) an einer der beiden Trägerplatten (31, 32)befestigt sind.
17. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jede Antriebseinheit (7) über ein den Stator (23) und den Abtriebskörper (24) aufweisendes eigenes Antriebsmodul (22) verfügt, wobei der Stator (23) zweckmäßigerweise ein Modulgehäuse (23a) des Antriebsmoduls (22) aufweist, über das der Stator (23) an dem System- Grundkörper (4) befestigt ist.
18. Positioniersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, dass es sich bei den Antriebseinheiten (7) um elektri sche Antriebseinheiten (2) handelt, deren Antriebsmodul (22) jeweils ein elektrisches Antriebsmodul (22) ist, wobei es sich bei dem elektrischen Antriebsmodul (22) zweckmäßiger weise um einen Elektromotor handelt, der insbesondere ein Schrittmotor ist.
19. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebskörper (24) jeder
Antriebseinheit (7) stangenförmig ausgebildet und so ausge richtet ist, dass sich seine Längsachse (24a) in der Achs- richtung der z-Achse erstreckt.
20. Positioniersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich- net, dass der Abtriebskörper (24) jeder Antriebseinheit (7) zu einer rotativen Abtriebsbewegung (25) um seine Längsachse (24a) antreibbar ist und mit dem zugeordneten Kopplungsab schnitt (26) in einem Gewindeeingriff steht, derart, dass die rotative Abtriebsbewegung (25) des Abtriebskörpers (24) eine in der Achsrichtung der z-Achse orientierte Linearbewegung (28) des Kopplungsabschnittes (26) hervorruft, aus der wiede rum die lineare Arbeitsbewegung (8) der mit dem Kopplungsab schnitt (26) verbundenen Arbeitseinheit (6) resultiert.
21. Positioniersystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich- net, dass der Kopplungsabschnitt (26) jeder Antriebseinheit (7) mehrere in der Achsrichtung der x-Achse zueinander beab- standete Aufnahmestrukturen (55) zur selektiven Aufnahme ei ner Spindelmutter (54) aufweist, mit der ein Gewindespindel- abschnitt (49) des zugeordneten Abtriebskörpers (24) in Ge- windeeingriff steht.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19815400A1 (de) * 1998-04-06 1999-10-14 Max Planck Gesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Probenaufnahme aus polymeren Trägermaterialien
WO2006000115A1 (de) 2004-06-24 2006-01-05 Tecan Trading Ag Vorrichtung und verfahren zum anordnen von pipetten- oder dispenser-spitzen in einem system zum manipulieren von flüssigkeitsproben
DE102005049920A1 (de) * 2005-10-17 2007-04-19 Manz Automation Ag Roboteranordnung
DE102012015083B3 (de) 2012-07-30 2013-08-08 Scienion Ag Dispenserkopf mit mehreren verschiebbaren Dispensern
DE102014013552B3 (de) 2014-09-12 2015-05-21 Festo Ag & Co. Kg Dosiervorrichtung
US9101922B2 (en) 2010-06-29 2015-08-11 Roche Molecular Systems, Inc. Methods for using a pipetting device with independently movable pipette units

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3933048A (en) * 1974-02-12 1976-01-20 Medical Laboratory Automation, Inc. Pipettes
JP3836398B2 (ja) * 2002-05-27 2006-10-25 Ｊｕｋｉ株式会社 分注ヘッド
EP2103680B1 (de) * 2007-01-19 2020-07-01 Universal Bio Research Co., Ltd. Vorrichtung zur bearbeitung eines pipettenspitzen mit darin eingeschlossener stütze oder flüssigkeit und verfahren zur bearbeitung eines pipettenspitzen mit darin eingeschlossener stütze oder flüssigkeit
CN103543282A (zh) * 2010-07-23 2014-01-29 贝克曼考尔特公司 用于处理化验盒的系统
DE102010064049A1 (de) * 2010-12-23 2012-06-28 Hamilton Bonaduz Ag Pipettiervorrichtung mit Linearmotor
DE102014108688A1 (de) * 2014-06-20 2015-12-24 Hamilton Bonaduz Ag Pipettiervorrichtung mit modularem Pipettierkopf
DE102017220892A1 (de) * 2017-11-22 2019-05-23 Hamilton Bonaduz Ag Pipettiervorrichtung mit doppelseitig nutzbarer Stator-Magnetanordnung als Teil eines linearmotorischen Antriebs einer Pipettiereinheit
CN208150872U (zh) * 2018-04-28 2018-11-27 北京极智嘉科技有限公司 一种顶举机器人及机器人系统
CN110270389A (zh) * 2019-07-22 2019-09-24 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 一种移液机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19815400A1 (de) * 1998-04-06 1999-10-14 Max Planck Gesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Probenaufnahme aus polymeren Trägermaterialien
WO2006000115A1 (de) 2004-06-24 2006-01-05 Tecan Trading Ag Vorrichtung und verfahren zum anordnen von pipetten- oder dispenser-spitzen in einem system zum manipulieren von flüssigkeitsproben
DE102005049920A1 (de) * 2005-10-17 2007-04-19 Manz Automation Ag Roboteranordnung
US9101922B2 (en) 2010-06-29 2015-08-11 Roche Molecular Systems, Inc. Methods for using a pipetting device with independently movable pipette units
DE102012015083B3 (de) 2012-07-30 2013-08-08 Scienion Ag Dispenserkopf mit mehreren verschiebbaren Dispensern
DE102014013552B3 (de) 2014-09-12 2015-05-21 Festo Ag & Co. Kg Dosiervorrichtung

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