WO2022122499A1 - Werkzeugaufsatz für einen kollaborierenden roboter im laborbetrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugaufsatz (70) für einen kollaborierenden Roboter. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Werkzeugaufsatz (70) zwei Paare von Greifbacken (74, 75) aufweist, von denen das eine Paar (74) einen kleineren Grundabstand und das andere Paar (75) einen größeren Grundabstand der jeweiligen Greifbacken zueinander in der zusammengefahrenen Lage aufweist.

Description

Werkzeugaufsatz für einen kollaborierenden Roboter im

Laborbetrieb

Beschreibung

Die Erfindung betri f ft einen Werkzeugaufsatz für einen kollaborierenden Roboter zum Bedienen von Geräten . Ein kollaborierender Roboter weist einen Handhabungsarm und einen Standfuß auf , mit dem er auf einer Arbeitsplatte montierbar ist . Insbesondere betri f ft die Erfindung einen Arbeitsplatz mit einem derartigen Roboter in einem Labor, so dass im Folgenden überwiegend von einem Labor die Rede ist , ohne dass damit eine Beschränkung verbunden sein soll .

In der heutigen Zeit muss tägl ich eine Viel zahl von Proben in einem Labor untersucht werden . Es sind Laborsysteme bekannt , bei denen die einzelnen Untersuchungen vollautomatisch oder teilautomatisch durchgeführt werden . Gleichwohl gestaltet sich die Handhabung der Proben zeitaufwändig und teilweise auch problematisch, da für einen vollautomatischen Betrieb nur bestimmte oder einheitliche Probenbehälter zum Einsatz kommen können . Diese Probenbehälter werden häufig noch von Hand geöf fnet und in dem Laborautomaten gestellt . Es wird ein Teil der Probe entnommen und in dem betref fenden Automaten untersucht und analysiert . Das Untersuchungsergebnis wird protokolliert . Die Probe und deren Herkunft , beispielsweise ein Patient , sind bekannt , so dass das Untersuchungsergebnis der Probe und somit dem Patienten zugeordnet werden . Eine vollautomatisches Laborsystem ist daher grundsätzlich machbar . Probleme bereiten j edoch in der Regel die örtlichen Gegebenheiten in einem Labor, die Verfügbarkeit der einzelnen Laborgeräte und auch eine Integration bereits vorhandener und teilweise sehr kostenintensiver Laboreinrichtungen . Es ist stets erforderlich, bestimmte Proben zu bestimmten Laboreinrichtungen zu bringen, damit die Untersuchungen durchge führt werden können . Ein vorhandenes älteres Laborgerät kann aber nicht ohne weiteres automatisiert werden . Hier muss die Probe noch manuell in das Gerät eingesetzt werden . Dies i st zeitaufwändig, kostenintensiv und auch fehlerbehaftet .

Für einen vollautomatischen Laborbetrieb müssten letztlich alle erforderlichen Laboreinrichtungen an einem Arbeitsplatz vorhanden sein und durch eine Steuereinheit bedient werden können . Gleichwohl müssen die Proben in das betref fende Gerät eingeführt werden . Aufgrund unterschiedlicher Aufnahmeeinrichtungen der Geräte ist eine Automatisierung wegen der Viel falt nicht ohne weiteres möglich .

Ein weiteres Problem stellt die Viel falt der verwendeten oder eingesetzten Probengefäße dar . Die zu behandelnden Proben werden in unterschiedlichen Röhrchen mit verschiedenen Öf fnungsmechanismen in das Labor gebracht . Es sind beispielsweise Röhrchen oder Falcons mit Schraubverschlüssen oder mit Klappdeckelverschlüssen bekannt . Auch können unterschiedliche Halterungen oder Trays verwendet werden . Schließ lich ist es bekannt , Mikrotiterplatten einzusetzen, um mehrere Proben zu untersuchen . Diese Viel zahl von Gefäßen einerseits und von Laborgeräten andererseits erschwert ebenfalls eine Automatisierung eines Laborbetriebs . Abhil fe können hier lernfähige Handhabungsroboter schaf fen, die in der Lage sind, unterschiedlichste Gegenstände zu handhaben . So können solche Handhabungsroboter Probenbehälter der unterschiedlichsten Ausbildung aus einem Träger entnehmen, öf fnen und gezielt und präzise an einen anderen Ort platzieren . Solche Handhabungsroboter sind al s kollaborative Roboter oder al s Gebots bekannt und bedürfen an sich keiner weiteren Erläuterung . Es handelt sich um lernfähige Roboter, die gezielt an bestimmte Anforderungen und Aufgaben angepasst werden können . Allerdings weisen kollaborative Roboter nur einen geringen Aktionsradius auf und können nur geringe Kräfte ausüben, da sie auch unmittelbar mit einer menschlichen Person Zusammenarbeiten . Bekannte Gebots haben beispiel sweise einen Aktionsradius von 300 mm bis 400 mm .

Kleinere und somit kostengünstige Handhabungsroboter haben demnach nur einen begrenzten Aktionsradius . Insbesondere ist der Raum hinter dem Roboter für seinen Handhabungsarm nicht zugänglich . Innerhalb seines Aktionsradius kann der Roboter in der Regel j eden Ort erreichen und eine bestimmte Kraft auf einen Gegenstand ausüben . Bei größeren Kräften, beispielsweise beim Öf fnen von Probenröhrchen, muss dieses in die Nähe des Standfußes des Roboters gebracht werden, da dort höhere Kräfte möglich sind .

Aufgrund des beschränkten Aktionsradius eines solchen in der Regel einarmigen Roboters können an einem Laborarbeitsplatz grundsätzlich nicht alle Labor- und Untersuchungsgeräte vorhanden sein . Jedem Handhabungsroboter kann demnach nur eine bestimmte Auswahl von Laborgeräten zugeordnet werden .

Weiterhin besteht ein Problem bei dem Einsatz derartiger

Gebots darin, dass manche Laborgeräte , beispielweise Zentri fugen, nur von oben bestückbar sind . Insbesondere bei größeren Zentri fugen ist die Maschinenwand so hoch, das s sie nicht von dem Handhabungsarm der Handhabungsroboter Übergri f fen werden können . Allerdings fehlen manchmal nur wenige Zentimeter, die aber gleichwohl für den Roboter ein unüberwindbares Hindernis darstellen .

Zur Lösung dieses Problems wird gemäß der Erf indung vorgeschlagen, dass der Standfuß auf einem Sockel auf der Arbeitsplatte montierbar ist . Durch den Sockel steht der Roboter in einem Abstand über der Arbeitsplatte . Dadurch erhält der Handhabungsarm eine höheren Anlenkungspunkt und kann somit auch höhergelegene Stellen am Arbeitsplatz erreichen . Insbesondere kann der Roboter mit seinem Handhabungsarm höhere Begrenzungswände von durch ihn zu bedienenden Geräten übergrei fen . Damit kann der Roboter auch Zentri fugen bestücken . Die Höhe des Sockels kann beispielsweise 5 , 0 cm bis 15 , 0 cm betragen .

Die Erfindung nutzt hierbei aus , dass der Handhabungsarm auch unterhalb des Standfußes wirksam ist . Dieser Raum ist bislang durch die Arbeitsplatte abgeschnitten worden . Durch eine Erhöhung nur des Standfußes ist dieser Raum vor und unter dem Niveau der Standfläche des Standfußes durch den Handhabungsarm nach wie vor zugängl ich . Der zugängl iche Aktionsbereich wird damit vergrößert .

Es kann zudem zweckmäßig sein, wenn der Sockel aus mehreren Scheiben besteht , so dass die Höhe des Sockels an die an dem betref fenden Arbeitsplatz vorhandenen Geräte angepasst werden kann . So können besonders hohe Geräte an einem Arbeitsplatz um einen Roboter angeordnet werden, der auf einem durch die Scheiben erhöhten Sockel steht . Eine Scheibe kann dafür auf ihrer Unterseite eine Halterung aufweisen, die in die Aufnahme auf der Oberseite des Sockels passt . Auf der Oberseite der Scheibe ist eine entsprechende Aufnahme vorhanden . Dann können mehrere Scheiben übereinandergelegt und miteinander verbunden werden . Es ist natürlich auch möglich, derartige Scheiben zwischen Standfuß und Arbeitsplatte vorzusehen . Die Anordnung kann somit flexibel an die unterschiedlichsten Bedingungen angepas st werden . Die Scheiben können eine Höhe von j eweils 3 , 0 cm bis 10 , 0 cm aufwei sen . Für eine einfach zu handhabende aber dennoch exakte Verbindung eignen sich beispielsweise sogenannte Schwalbenschwanz führungen .

Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sockel als Maschinenschuh ausgebi ldet ist , der in entsprechende Schienen auf der Arbeitsplatte einführbar und gehalten ist . Auch hier ist eine Schwalbenschwanzverbindung zweckmäßig . Der Maschinenschuh kann lösbar mit den Schienen verbunden sein . Der Wechsel des Roboters ist somit leicht und ohne Zeitaufwand mögl ich . Auch ist es in einfacher Weise möglich, den Roboter an einen anderen Arbeitsplatz mit anderen Laborgeräten zu installieren .

Hier wird der Vorteil des Sockels oder Maschinenschuhs besonders deutlich . Der Maschinenschuh erlaubt eine mit einfachen Mitteln lösbare Befestigung des Roboters auf der Arbeitsplatte . Der Roboter braucht mit dem Maschinenschuh nur aus der einen Schienenführung entfernt und anschließend in die Schienenführung an einem anderen Arbeitsplatz eingeführt zu werden . Der Roboter nimmt dann automatisch die richtige Position auf dem Arbeitsplatz ein . Weiterhin kann in dem Maschinenschuh ein Akkumulator vorhanden sein, um die Stromversorgung des Roboters zumindest während des Wechsels zu einem anderen Arbeitsplatz auf recht zuerhalten . Dadurch entfällt eine zeitaufwändige neue Initialis ierung des Roboters nach einem Arbeitsplatzwechsel . Jeder Arbeitsplatz kann mit einer Kennung versehen werden, durch die der Roboter nach einem Wechsel erkennt , welche Geräte wo auf der Arbeitsplatte angeordnet sind . Dann ist der Roboter nach einem Arbeitsplatzwechsel schnell wieder einsatzbereit .

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Maschinenschuh in den Schienen hin- und herbewegbar gelagert ist . Hiermit wird der Aktionsradius des Handhabungsarms weiter erhöht . Insbesondere ist es möglich, den Arbeitsbereich des Roboters in der Tiefe der Arbeitsplatte zu verschieben . Es können daher mehrere Laborgeräte in Arbeitstiefe hintereinander auf der Arbeitsplatte angeordnet werden, die von dem Roboter angefahren werden können . Ein Arbeitsplatz kann daher mit einer Mehrzahl von Laborgeräten ausgestattet werden, die von einem Roboter bedienbar sind .

Der Maschinenschuh kann einen eigenen Antrieb für die Verschiebung entlang der Schienen aufweisen . Es ist aber auch möglich, dass der Maschinenschuh durch den Roboter entlang der Schienen hin- und herbewegbar ist . Hierfür ist es zweckmäßig, wenn an der Arbeitsplatte und/oder an den Schienen Angri f fsstellen für den Handhabungsarm des Roboters angeordnet sind . Dann kann sich der Roboter mit seinem Handhabungsarm selbst an die gewünschte Stelle der Schienen und somit des Arbeitsplatzes manövrieren .

Es ist hierbei grundsät zlich günstig, wenn der Maschinenschuh in vorgegebenen Lagen an den Schienen arretierbar ist . Damit erhält der Roboter stets eine definierte Position relativ zu einem Laborgerät , das er dann gut bedienen und/oder bestücken kann .

Es kann vorgesehen werden, dass der Sockel vor dem Standfuß und in Reichweite des Handhabungsarms eine Lagerstation für Werkzeugeinsätze für den Handhabungsarm aufweist . Dann bleiben die für den Arbeitsplatz und die darauf durchzuführenden Handhabungen erforderlichen Werkzeuge stets in guter Erreichbarkeit für den Handhabungsarm und werden zusammen mit dem Roboter auf den Schienen hin- und herbewegt . Ein Wechsel der Werkzeuge ist somit schnell und unabhängig von der Position des Roboters auf der Arbeitsplatte möglich . Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn in dem Sockel eine Ladestation vorhanden ist , durch die in der Lagerstation aufgenommene Werkzeugeinsätze mit eigener Stromversorgung auf geladen werden .

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Roboter schnell an anderen Arbeitsplätzen montiert werden kann . Da sich die Werkzeuge in der Lagerstation am Maschinenschuh beziehungsweise Sockel stets an der gleichen Position relativ zum Roboter befinden . Ein erneutes Initiali sieren oder Anlernen des Roboters an die neue Arbeitsplatzumgebung entfällt daher . Auch müssen an den Arbeitsplätzen nicht alle Werkzeuge vorgehalten werden . Vielmehr reicht ein Satz Werkzeuge aus , der bei einem Arbeitsplatzwechsel des Roboters zusammen mit dem Maschinenschuh mitgenommen wird .

Besonders zweckmäßig ist es dabei , wenn in dem Maschinenschuh ein Akkumulator vorgesehen ist , der den Roboter zumindest während des Arbeitsplatzwechsels mit Strom versorgt . Eine neue Initialis ierung aufgrund der unterbrochenen Stromversorgung entfällt daher .

Es kann auch vorgesehen werden, dass der Standfuß des Roboters auf dem Sockel um eine vertikale Drehachse verdrehbar gelagert ist . Dann kann sich der Roboter auch einem Laborgerät zuwenden, um es besser bedienen zu können . Auch wird der Bereich hinter dem Roboter durch den Handhabungsarm zugänglich . Es kann auch zweckmäßig sein, wenn wenigstens eine geneigte Rutsche vorhanden ist , deren oberes Ende in Reichweite des Handhabungsarms hinter dem Roboter und deren unteres Ende hinter dem Roboter außerhalb der Arbeitsplatte liegt . Über diese Rutsche können Abfälle oder Verpackungs- und Verbrauchsmaterial in einfacher Wei se entsorgt werden . In üblicher Weise steht der Roboter auf dem Sockel an der vorderen Kante der Arbeitsplatte eines Arbeitstischs . Der Bereich vor und seitlich von ihm ist gut zugänglich . Hinter dem Roboter bleibt dieser für Kabelbäume und für menschliches Personal zugänglich . Dort befindet sich in der Regel auch der Gang für das Personal .

Es kann somit vorgesehen werden, dass in dem Gang hinter j edem Roboter unterhalb des unteren Endes der Rutsche ein Abfallbehälter vorhanden ist , der bei Bedarf leicht zu entleeren ist . Ein Raum auf der Arbeitsplatte für den Abfall ist nicht erforderlich . Es können auf j eder Seite des Roboters j eweils eine Rutsche vorgesehen werden, die in unterschliche Abfallbehälter münden . Dann kann bereits vorab eine Sortierung beispiel sweise nach kontaminierten Sonderabfall und nach Verpackungsmaterial erfolgen . Derartige Aufgaben können durch einen Cobot ohne weiteres durchgeführt werden .

Insgesamt gelingt es durch den Einsatz eines solchen erhöhten und in Tie fenrichtung verfahrbaren Sockels für den Handhabungsroboter dessen Aktionsbereich deutlich und insbesondere für die vorgesehenen Handhabungen zu erhöhen . Der Aufwand dafür ist gering und kostengünstig zu verwirklichen .

Ein anderes Problem bei dem Einsatz von solchen Handhabungsrobotern besteht darin, dass diese in der Regel nur einen Handhabungsarm haben, an dessen freien Ende eine Grei f zange mit zwei Grei fbacken angeordnet ist . Damit können zwar eine Viel zahl von Handhabungen durchge führt werden, j edoch sind manche einfache Handhabungen nicht möglich, da die zweite "Hand" al s Gegenlager fehlt . Dies betri f ft beispielsweise das Öf fnen von Probenröhrchen . Es ist j edoch für den automatis ierten Laborbetrieb notwendig, dass die Probenbehälter geöf fnet und auch wieder verschlossen werden .

Hier wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass auf der Arbeitsplatte im Aktionsradius des Handhabungsroboters wenigstens eine Aufnahme vorhanden ist , in die ein Probenbehälter passt und in der er zumindest gegen hori zontale Kräfte gehalten ist . Dadurch wird erreicht , dass der Probenbehälter von dem Handhabungsroboter zunächst aus einem Transporthalter entnommen und in die Aufnahme gestellt werden kann . Dann kann der Handhabungsroboter umgrei fen und den Verschlussdeckel durch eine entsprechende Bewegung öf fnen und beispiel sweise auf einer definierten Ablagefläche am Arbeitsplatz in einer definierten Lage ablegen . Nach der Probenentnahme kann derselbe Deckel wieder ergri f fen und aufgesetzt werden . Eine einwandfreie Zuordnung ist dadurch möglich, und ein Probenbehälter wird stets mit demselben Deckel verschlossen .

Ein solches Ablegen kann entfallen, wenn der Deckel mit dem Probenbehälter nach dem Öf fnen verbunden bleibt . Dies ist beispielsweise bei den Klappdeckelbehältern der Eppendorf AG, DE-22339 Hamburg, den sogenannten Eppis der Fall , bei denen der Deckel über eine Lasche mit dem Behälter verbunden ist . Diese Lasche kann auch als Orientierung dienen, von deren abgewandten Seite der Handhabungsroboter den Deckel aufhebeln muss . Beim Öf fnen eines Probenbehälters sind teilweise relativ große Kräfte erforderlich, da die Deckel auch dichtend mit einem Rastverschluss auf dem Probenbehälter aufgesetzt sind . Es ist daher gemäß der Erfindung weiterhin vorgesehen, dass die Aufnahme al s Vertiefung ausgebi ldet ist , in die der Probenbehälter passt . Der Querschnitt und die Abmessungen der Aufnahme können an die Kontur und die Abmaße des Probenbehälters angepasst sein derart , das s dieser im wesentlichen spielfrei in der Aufnahme gehalten wird . Die Tiefe der Vertiefung kann 50% bis 90% der Höhe des Probenbehälters betragen . Dadurch wird erreicht , das s der Probenbehälter, der häuf ig als längliches Probenröhrchen ausgebildet ist , bei der Öf fnungsbewegung nicht aus der Aufnahme kippt oder aus dieser herausgehoben wird . Durch die spiel freie Halterung erhält der Probenbehälter zudem eine definierte Lage relativ zum Arbeitsplatz . Ein sicheres Öf fnen durch den Handhabungsroboter ist dadurch möglich . Gleichwohl bleibt der Deckel frei und gut zugängl ich . Die Vertiefung kann in der Arbeitsplatte oder in einem Sockel auf der Arbeitsplatte angeordnet sein . In beiden Fällen ist ein darin befindlicher Probenbehälter gut mit dem Handhabungsarm des Roboters erreichbar .

Es ist im Laborbetrieb häufig erforderlich, eine Viel zahl von gleichartigen Probenbehältern zu öf fnen und auch wieder zu verschließen . Bei nur einer Aufnahme würde das automatisierte Öf fnen relativ lange dauern, da j eder Probenbehälter in die einzelnen Aufnahme gestellt werden muss .

Häufig werden bei solchen Mehrfachproben Klappdeckelbehälter verwendet , bei denen der Deckel mit einem Band am Probenröhrchen unverlierbar gehalten ist . Das Band bildet gleichzeitig das Scharnier, um das der Decke verschwenkt werden muss . Es ist gemäß der Erf indung vorgesehen, dass die Aufnahme eine vordere Stange und eine hintere Stange aufweist , zwischen denen wenigstens ein und vorzugsweise mehrere Probenbehälter nebeneinander passen derart , dass die Lasche der hinteren Stange zugewandt ist . Die vordere Stange verläuft unterhalb des Deckels auf der dem Band abgekehrten Seite des Probenbehälters . Die hintere Stange verläuft oberhalb des Deckels auf der dem Band zugekehrten Seite Probenbehälters . Die Länge der Stangen ist so bemessen, dass sie seitlich neben dem Probenbehälter überstehen .

In der befüllten Lage der Aufnahme befinden sich mehrere Probenbehälter zwischen den Stangen, wobei die Lasche zum anheben des Deckels die vordere Stange überragt . Dann kann durch den Handhabungsroboter ein Werkzeug ergri f fen werden, dass aus einem Balken besteht , der zwei of fene Haken an seinen seitlichen Enden aufweist . Mit diesen Haken kann der der Balken drehbar entweder an der vorderen oder der hinteren Stange seitlich neben den Behältern durch den Handhabungsroboter eingehakt werden . Die Stangen dienen somit als Drehlager für die Schwenkbewegung, die der Balken durchführt .

Zum Öf fnen der Behälter wird der Balken mit den Haken von oben in die Stange eingehakt und anschließend nach oben geklappt . Die Öf fnung des Hakens weist dabei nach unten . Je nach Breite des Hakens in Richtung von der Stange weg ist die Kraft zum Öf fnen der Klappdeckel entsprechend größer oder kleiner, so das s die Klappdeckel zuverlässig geö f fnet werden können . Insbesondere gelingt es damit , mehrere Probenbehälter gleichzeitig zu öf fnen .

Zum Verschließen der Klappdeckel wird der Balken von hinten in die hintere Stange eingehakt . Die Öf fnung des Hakens weist ebenfalls nach unten oder von dem Behälter weg . Der damit gebildete Schwenkpunkt liegt über dem Drehpunkt des Scharniers , so dass durch eine Verschwenkung des Balkens nach unten in Richtung auf den Behälter der Klappdeckel in Richtung auf die Behälteröf fnung bewegt wird . Dort rastet er mit einer Dichtl ippe dichtend ein . Auch das Verschließen einer Viel zahl von Behältern ist damit schnell und sicher möglich .

Der Probenbehälter wird demnach in die Aufnahme lediglich eingestellt und dort formschlüssig gehalten . Es sind auch Probenbehälter bekannt , bei denen der Deckel al s Schraubverschluss ausgebildet ist . Auch diese kann der Handhabungsroboter mit nur einem Handhabungsarm nicht öf fnen . Der Probenbehälter ist in der Aufnahme nur gegen hori zontal einwirkende Kräfte gehalten, nicht j edoch gegen Drehbewegungen .

Hier wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass in der Aufnahme Klemmmittel vorhanden sind, die den eingeführten Probenbehälter in der Aufnahme festklemmen . Dadurch wird der Probenbehälter auch gegen Verdrehen am Arbeitsplatz gehalten, so dass die Drehbewegungen zum Öf fnen und Schließen des Drehverschlusses von dem Handhabungsroboter durchgeführt werden können .

Die Klemmmittel können gegeneinander bewegliche Klemmbacken aufweisen, die den Probenbehälter zwischen sich einklemmen . Insbesondere kann vorgesehen werden, dass die Klemmbacken den Probenbehälter mit einem vorgebbaren Anpressdruck festhalten . Damit können auch empfindliche Probenbehälter sicher gehalten werden . Auch können dann Probenbehälter unterschiedlicher Größe in der Aufnahme gehalten werden . Es ist dabei vorteilhaft , wenn eine der Klemmbacken feststehend ist und eine Referenz fläche bildet . Damit wird die Lage des Probenbehälters relativ zur Aufnahme festgelegt , so dass er für den Handhabungsroboter sicher ergri f fen oder geöf fnet werden kann .

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Klemmbacken elastische und/oder flexible Klemmflächen aufweisen, die an dem Probenbehälter anliegen . Damit wird erreicht , dass sich die Klemmbacken an unterschiedliche Formen der Probenbehälter anpassen . Auch wird damit ein besonders sicherer und kippsicherer Halt in der Aufnahme bewirkt .

I st der Probenbehälter geöf fnet , kann zumindest eine Teilmenge der Probe entnommen werden . Hierfür kann der Probenbehälter in der Aufnahme stehen bleiben . Eine zusätzliche Bewegung des Probenbehälters ist daher nicht erforderlich . Die Entnahme einer Probe aus einem Probenröhrchen beispielsweise mit einer Pipette ist für einen Handhabungsroboter ohne weiteres möglich .

Der Handhabungsroboter muss j edoch wissen, bis zu welcher Höhe das Probenröhrchen gefüllt ist, damit er die Pipette entsprechend weit einführen kann . Ein anderes Problem besteht darin, dass bei zentri fugierten Proben in dem Probenröhrchen wenigstens zwei Schichten vorhanden sind, und die zu untersuchende Probe entweder aus der oberen oder der unteren Schicht entnommen werden muss . Dem Handhabungsroboter muss daher vorgeben werden, wie weit er die Pipettenspitze in den Probenbehälter eintauchen darf oder muss .

Es wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass in der Aufnahme für den Probenbehälter wenigstens eine Kamera vorhanden ist , mit der die Grenz flächen der einzelnen Schichten der enthaltenen Probe detektierbar sind . Die Kamera kann beispielsweise einen senkrecht ausgerichteten Zeilensensor umfassen, der sich entlang der Höhe des Probenbehälters erstreckt . Dann können die Lage und die Höhe einer Grenzschicht sicher erfasst werden .

Grundsätzlich kann für die Detektion der Grenz flächen auch die Kamera an dem Handhabungsroboter verwendet werden . Durch die mit der Kamera verbundene und benutzbare künstliche Intelligenz können die Grenz flächen gut erkannt werden . Auch ist es möglich, dass der Roboter das Probenröhrchen verdreht , fal ls ein Etikett den Lichtdurchgang behindert . Es entstehen dabei insbesondere keine zusätzlichen Kosten für eine separate Kamera . Die Aufnahme muss hierfür eine durchsichtige oder transparente Wandung aufweisen oder aus einem solchen Material bestehen, damit die davorgehaltene Kamera die Grenzschichten aufnehmen kann . Die Aufnahme ist dann Vorzugsweise über der Arbeitsplatte angeordnet .

Die Erfindung nutzt hier aus , dass die Probenröhrchen oder -behälter in der Regel durchsichtig sind . Die darin enthaltende Probe und deren Grenzschichten sind daher gut sichtbar . Es ist weiterhin vorgesehen, dass eine strei fenförmige Lichtquelle vorhanden ist , die den Probenbehälter entlang seiner Höhenerstreckung durchleuchtet . Damit können die Grenz flächen und insbesondere deren Höhe relativ zu einer Bezugs fläche für die Kamera gut sichtbar gemacht werden .

Beispielsweise bei einer Blutprobe sind nach dem Zentri fugieren drei Schichten vorhanden . Unten sammelt sich der Blutkuchen . Darüber befindet sich das Blutserum, über dem sich die Luftschicht bis zum Deckel befindet . Insbesondere das Blutserum wird zu Untersuchungs zwecken benötigt . Es ist daher erforderlich, dass die Pipettenspitze genau in die mittlere Schicht eingetaucht wird, um eine Probe zu entnehmen .

Die Grenz fläche zwischen Blutkuchen und Blutserum kann relativ einfach durch den Kontrast zwischen den beiden Schichten erfasst werden . Die Grenz fläche zwischen Blutserum und Luft kann durch unterschiedliche Streuef fekte erfasst werden, auch wenn sich die Luftschicht farblich von dem Blutserum kaum unterscheidet . Das durchtretende Licht wird durch einen mit Flüssigkeit gefüllten Abschnitt eines Röhrchens anders gestreut , als wenn es durch einen mit Luft gefüllten Abschnitt hindurchtritt . Dies kann von der Kamera gut erfasst werden . Insgesamt gelingt es durch eine entsprechend ausgebildete Bildverarbeitung die Grenz flächen mit ausreichender Genauigkeit f est zustellen . Das erfas ste Bildsignal der Kamera wird umgesetzt in eine Höhenangabe , wie weit der Handhabungsroboter die Pipette in den Probenbehälter eintauchen soll , um eine Probe aus der gewünschten Schicht entnehmen zu können .

Das Bildsignal kann zudem dazu benutzt werden, um ein leeres Probenröhrchen zu erkennen oder um das Flüssigkeitsvolumen zu bestimmen . Im ersten Fall kann die Untersuchung mit einer entsprechenden Fehlermeldung abgebrochen werden .

Durch die Vielseitigkeit eines oben beschriebenen Handhabungsroboters können viele Aufgaben automatisch durchgeführt werden . Insbesondere durch die Anordnung einer Lagerstation für die Werkzeugaufsätze am Maschinenschuh werden die Wechselwerkzeuge stets an der gleichen Stel le und gut erreichbar für den Handhabungsarm gehalten . Auch bewegen sich die Werkzeuge mit dem Maschinenschuh, so dass keine zusätzlichen Verfahrbewegungen des Handhabungsrotors zum Wechseln der Werkzeuge erforderlich sind .

Allerdings können mit einer Grei f zange als übliches Werkzeug für einen derartigen Handhabungsroboter nicht immer einfache Bedienknöpfe eines Laborgeräts gedrückt werden . Dies ist j edoch für die Bedienung von Laborgeräten erforderlich, die nicht in ein Netzwerk eingebunden werden können .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , einen Werkzeugaufsatz für einen kollaborierenden Roboter zu schaf fen, mit dem beliebige Geräte bedient werden können .

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass wenigstens ein Werkzeug vorhanden ist , das mit dem Handhabungsarm des Handhabungsroboters verbindbar ist und das an seinem freien Ende einen sti f tförmigen Vorsprung aufweist , mit dem Druckknöpfe , Taster oder Hebel oder Schieberegler eines Laborgeräts betätigbar sind . Hiermit wird mit einfachen Mitteln der Finger einer menschl ichen Person ersetzt durch einen Sti ft , der mit dem Handhabungsroboter bewegt und auf ein Bedienelement gerichtet werden kann, um dieses zu betätigen . Die automatisierte Bedienung eines nicht in die Laborsteuerung eingebundenen Geräts ist damit möglich .

Es ist auch möglich, dass eine Grei fbacke der Grei f zange mit einem sti f tförmigen Vorsprung versehen wird . Der Vorsprung kann beispielsweise quer zur Grei f zangen- Längsrichtung abstehen . Dann kann die Bedienung eines Knopfes oder Tasters oder Schalters eines Geräts durch eine entsprechende Verschwenkung der Grei f zange erfolgen, nach der der sti ftförmige Vorsprung auf den zu bedienenden Schalter, Knopf oder Taster weist . Der Vorteil ist hier, dass kein Werkzeugwechsel zum Bedienen eines Geräts erforderlich ist .

Weiterhin ist es günstig, wenn der sti ftförmige Vorsprung verschwenkbar am Werkzeugaufsatz gelagert ist . Dadurch kann der Roboter an unterschiedliche räuml iche Gegebenheiten am Arbeitsplatz angepasst werden . Die Winkellage braucht nur einmal eingestellt zu werden, damit die am Arbeitsplatz vorhandenen Geräte oder die Bedienelemente besonders gut zu erreichen sind . Dies ist insbesondere dann zweckmäß ig, wenn der sti ftförmige Vorsprung an einem Werkzeugaufsatz mit anderen Werkzeugen montiert ist . Durch eine veränderbare Lage relativ zu diesem Werkzeug stört der sti ftförmige Vorsprung das andere Werkzeug nicht und umgekehrt .

Die Spitze des Sti fts oder Vorsprungs kann eine rutschfeste Beschichtung aufwei sen oder aus einem rutschfesten Material bestehen . Damit wird das Drücken auch von glatten oder kleinen Bedienknöpfen möglich .

Weiterhin kann ein Sensor vorhanden sein, mit dem ein wirksames Niederdrücken des Bedienknopfes erkannt wird . Häufig wird ein erfolgreiches Betätigen eines Bedienknopfes durch ein Rastgeräusch oder ein akustisches Signal begleitet . Dieses kann durch den Sensor erfasst werden, um den Betätigungsvorgang abzubrechen oder zu wiederholen, falls ein mehrfaches Betätigen des Bedienelementes erforderlich sein sollte . Alternativ oder zusätzlich kann die zum Niederdrücken erforderliche Kraft ermittelt und einprogrammiert werden .

Häufig wird ein erfolgreiches Betätigen eines Bedienknopfes lediglich optisch oder auf einem Display angezeigt . Der Handhabungsarm des Handhabungsroboters kann mit einer Kamera ausgestattet sein, mit der derartige optische Signale erkannt werden können . Die Betätigung des betref fenden Bedienknopfes kann dann solange erfolgen, bi s der gewünschte Wert oder die gewünschte Funktion des Laborgeräts eingestellt ist . Ein derartiges Überwachen und Erkennen von optischen Signalen oder Anzeigen sind mit bekannten Bildverarbeitungssystemen ohne weiteres möglich .

Das Vorsehen einer Kamera am Handhabungsarm ist ohnehin zweckmäßig, damit die Lage der Probenröhrchen und auch dessen Etikett detektierbar sind . Der Probenverlauf kann damit stets nachvoll ziehbar protokolliert werden .

Durch einen solchen Werkzeugaufsatz gelingt es , auch solche Laborgeräte in einen automati schen Laborbetrieb einzusetzen, die keine Schnittstelle zu einem Netzwerk aufweisen und somit nicht eingebunden werden können . Hier übernimmt der Handhabungsroboter die menschliche Hand und bedient das betref fende Gerät .

Ein anderes Problem ist die Handhabung von Pipettenspit zen, die für die Entnahme von Proben aus einem Probenröhrchen zunächst auf die Pipette aufgesetzt werden müssen . Dies ist in der Regel auch für einen Roboter unproblematisch, da die Pipette mit ihrer Aufnahme von oben in die Pipettenspitze eingeführt wird . Die Pipettenspitze rastet dann ein und kann verwendet werden . Problematisch hingegen ist das Auswerfen der Pipettenspitze , da hier die Pipette zum einen gehalten und zum anderen ein Auslöser betätigt werden muss .

Bei einigen Pipetten erfolgt das Auswerfen der Pipettenspitze durch Niederdrücken eines Auswerferknopfes , der zum Auswerfen über einen Druckpunkt bewegt werden muss . Hier kann der bei einem Handhabungsroboter vorhandene Grei farm mit zwei gegeneinander beweglichen Greibacken benutzt werden . Zum Bewegen der Pipette grei ft der Grei farm die Pipette derart, dass der Auswerferknopf in Auslöserichtung bis zum Druckpunkt niedergedrückt wird. Die Pipette wird dann ausreichend festgehalten, so dass sie bewegt werden kann. Die Kraft oder die Strecke, die erforderlich ist, um den Auswerferknopf bis zum Druckpunkt zu bewegen, ist bekannt und kann dem Handhabungsroboter eingegeben werden.

Die Steuerung der Pipette, also das Ansaugen und die Abgabe der Flüssigkeit kann über ein Netzwerk, die zentrale Laborsteuerung oder die Arbeitsplatzsteuerung erfolgen. Zum Abwerfen oder Ablegen der Pipettenspitze wird die Pipette über die gewünschte Stelle bewegt, und der Greifarm bewegt die eine Greifbacke über den Druckpunkt hinaus, so dass die Pipettenspitze freigegeben wird.

Falls ein Gegenlager für die andere Greifbacke der Greifzange an der Pipette fehlt, kann ein Gegenlager an der Pipette in der gewünschten Lage montiert werden. Dann ist ein Ergreifen der Pipette mit der Greifzange gut und sicher möglich .

Im Laborbetrieb werden häufig entweder im Querschnitt runde einzelne Probenbehälter mit kleinem Durchmesser von beispielsweise 1,0 cm bis 2,0 cm oder aber breite Träger mit einer Breite von beispielsweise 8,0 cm bis 12,0 cm für mehrere Probenbehälter gehandhabt. Grundsätzlich können diese Gegenstände mit jeweils angepassten Greifzangen durch einen Roboter bewegt werden. Allerdings ist hierfür stets ein Wechsel des Werkzeugaufsatz notwendig, da der Hub oder Spreizweg der Greifbacken begrenzt ist, so dass entweder nur die im Durchmesser kleinen Einzelbehälter oder die in der Breite größeren Träger ergriffen werden können. Wenn die Greifzange für einen Einzelbehälter montiert ist, können die Greifbacken nicht weit genug auseinander fahren, um den Träger seitlich zu erfassen. Wenn die die Greifzange für einen Träger montiert ist, können die Greifbacken nicht weit genug zusammen fahren, um den Einzelbehälter zu halten. Insbesondere bleibt diese Greifzange auch in der zusammengefahrenen Lage geöffnet.

Hier wird vorgeschlagen, dass der Werkzeugaufsatz zwei Paare von Greifbacken aufweist, von denen das eine einen kleineren Grundabstand und das andere einen größeren Grundabstand der jeweiligen Greifbacken zueinander aufweist. Der Grundabstand ist dabei jeweils so bemessen, dass mit dem einen Paar Greifbacken Einzelbehälter, beispielsweise ein Röhrchen gut ergriffen werden können. Hier ist der Grundabstand klein und kann auch Null sein. Mit dem anderen Paar Greifbacken können die Träger sicher gehalten und bewegt werden. Der Grundabstand ist hier groß und kann beispielsweise 8,0 cm betragen. Der Hub ist für beide Paare gleich und beide Paare werden stets gleichzeitig bewegt. Je nach dem, welcher Gegenstand ergriffen werden soll, ist das eine oder andere Paar Greifbacken dem Gegenstand zugekehrt, während das jeweils andere Paar Greifbacken ins Leere greift.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Paare an beabstandeten und insbesondere gegenüberliegenden Enden des Werkzeugaufsatzes angeordnet sind. Dann braucht der Werkzeugaufsatz zum Wechsel des aktiven Paares Greifbacken nur verdreht zu werden, damit das passende Paar Greifbacken den entsprechenden Gegenstand greifen kann. Eine Drehung ist mit dem Handhabungsarm des Roboters ohne weiteres möglich .

Die freien Enden der jeweiligen Greifbacken oder die die Greifbacken tragenden Streben können in vorteilhafter Weise auch verstellt werden. Damit können die Greifbacken in j eder beliebigen Winkellage , also axial , senkrecht oder winklig zwischen 0 ° und 90 ° zur Drehachse der Werkzeugaufnahme am Handhabungsarm des Roboters gehalten sein . Damit kann dieser Werkzeugaufsatz mit mehreren Grei fzangen gut an die örtlichen Gegebenheiten angepasst werden . Die j eweils zugekehrten Wirkflächen der Grei fbacken können mit einem rutschfesten Belag versehen sein . Damit ist ein sicheres Ergrei fen der betref fenden Gegenstände möglich .

Bei einem solchen Werkzeugaufsatz mit Grei f zangen auf beiden Seiten befinden sich die j eweiligen Grei fbacken nicht mehr konzentrisch zur Drehachse der Werkzeugaufnahme des Roboters . Mehrfache Umdrehungen der Grei fbacken um diese Drehachse , wie sie zum Öffnen eine Drehverschlusses erforderlich sind, können daher nicht mehr ohne weiteres durchgeführt werden . Hier wird vorgeschlagen, dass ein Klemmbereich konzentrisch zur Drehachse der Werkzeugaufnahme am Werkzeugaufsatz ausgebildet ist , der gemeinsam mit den Grei fbacken auf- und zu bewegt werden kann . Der Klemmbereich kann auf seinen zugekehrten Wirkflächen mit einem rutschhemmenden Belag versehen sein . Dadurch wird ein Durchrutschen des Deckels bei Verdrehen verhindert .

Der Roboter hat in der Regel eine einstellbare Kraftschwelle , mit welcher Kraft die Grei fbacken zusammengepresst werden . Diese Kraf tschwelle kann so eingestellt werden, dass beim Verschließen des Drehverschlusses ein dichter Verschluss des Probenbehälters gewährleistet ist .

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schemati schen Zeichnung näher erläutert . Es zeigen : Fig . 1 die Seitenansicht einer Arbeitsplatzanordnung gemäß der Erfindung,

Fig . 2 das freie Ende eines Handhabungsarms eines

Handhabungsroboters mit einem Wechselwerkzeug,

Fig . 3 die Draufsicht auf die Arbeitsplatzanordnung,

Fig . 4 einen Längsschnitt durch eine Aufnahme für einen

Probenbehälter am Arbeitsplatz ,

Fig . 5 einen anderen Längsschnitt durch die Aufnahme gemäß Figur 4 ,

Fig . 6 die Draufsicht auf eine Aufnahme für mehrere Probenbehälter,

Fig . 7 teilweise im Schnitt die Seitenansicht der Aufnahme gemäß Figur 6 beim Öf fnen der Probenbehälter,

Fig . 8 teilweise im Schnitt die Seitenansicht der Aufnahme gemäß Figur 6 beim Schließen der Probenbehälter, und

Fig . 9 die Draufsicht auf einen Werkzeugaufsatz mit mehreren Grei f zangen .

Die in der Zeichnung dargestellte Arbeitsplatzanordnung ist auf einer Arbeitsplatte 11 eines Arbeitstisches in einem Labor vorhanden und umfasst einen kollaborierenden Handhabungsroboter 12 mit einem Standfuß 48 , mit dem der Handhabungsroboter auf der Arbeitsplatte 11 steht . Der Handhabungsroboter 12 ist in an sich bekannter Weise mit einem mehrgliedrigen Handhabungsarm 13 ausgerüstet , an dessen freien Ende 14 ein Werkzeugaufsatz , beispielsweise eine Grei f zange 15 mit zwei gegeneinander beweglichen Grei fbacken drehbar gelagert ist . Die einzelnen Glieder des Handhabungsarms können gegeneinander verdreht werden . Durch diese Anordnung kann der Handhabungsroboter nahezu j ede beliebige Stelle innerhalb seines Aktionsradius erreichen und dort mit der Grei f zange 15 Gegenstände aufnehmen, bewegen und absetzen . Insoweit ist ein Handhabungsroboter bekannt und bedarf keiner weiteren Erläuterung .

Der Arbeitsplatz weist mehrere Geräte 16 auf , mit denen die zu untersuchenden Proben behandelt werden können . Die Laborgeräte als solche sind bekannt und bedürfen ebenfal ls keiner weiteren Erläuterung . Für einen automatis ierten Laborbetrieb ist es erforderlich, dass die zu untersuchenden Proben in das Laborgerät eingeführt und wieder entfernt werden . Dafür sind Probenbehälter, in der Regel Probenröhrchen 17 , vorgesehen, die in einem Gestell

18 aufbewahrt und dem Arbeitsplatz zur Verfügung gestellt werden . Der Handhabungsroboter 12 entnimmt ein Probenröhrchen 17 aus dem Gestell 18 und setzt es in eine Aufnahme 19 am Arbeitsplatz . In der Aufnahme 19 ist das Probenröhrchen 17 sicher gegen hori zontal einwirkende Kräfte gehalten . Das Probenröhrchen 17 kann in der Aufnahme

19 im wesentlichen spiel frei gehalten werden . Die untere Boden 49 der Aufnahme 19 , auf welchem der Probenbehälter 19 steht , kann als Sieb ausgebildet oder mit einer Abflussöf fnung versehen sein, damit eventuell austretende Probenflüssigkeit abfließen kann und das Probenröhrchen ohne Widerstand einführbar ist .

Das Probenröhrchen 17 ist durch einen Deckel 20 verschlossen, der für die Entnahme einer Probe geö f fnet werden muss . Dafür bietet die Aufnahme 19 aufgrund ihrer Tiefe einen ausreichenden Halt , wenn es sich um einen Klappdeckel handelt . Dieser kann durch eine entsprechende Bewegung und/oder Ausbildung des Werkzeugaufsatzes 15 geöf fnet und beispielsweise abgelegt werden . Sofern es sich um einen Drehverschluss handelt , muss der Probenbehälter 17 gegen Verdrehen gesichert werden, damit der Deckel 20 gelöst werden kann . Hierfür sind in der Aufnahme 19 in Richtung des Doppelpfeils 21 hin- und her bewegl iche Klemmbacken 22 vorhanden, die den Probenbehälter 17 zwischen sich einklemmen und somit sicher gegen Verdrehen halten . Ein Öf fnen des Probenbehälters 17 mit dem einarmigen Handhabungsroboter 12 ist somit möglich . Eine Drehbewegung ist mit der Grei f zange 15 des Handhabungsroboters 12 ohne weiteres durchführbar .

Der Handhabungsroboter 12 ist al s kollaborierender Roboter ausgebildet und daher klein dimensioniert . Der Aktionsradius seines Handhabungsarms 13 ist dementsprechend gering und beträgt nur etwa 300 mm bis 400 mm . Zur Erhöhung der Grei fhöhe ist ein Sockel 23 vorgesehen, der bei dem in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiel al s Maschinenschuh ausgebildet ist , der auf Schienen 24 ge führt und gehalten ist , die auf der Arbeitsplatte 11 montiert sind . Grundsätzlich kann auch nur eine Schiene , beispielsweise mit einer Schwalbenschwanzverbindung, vorgesehen werden .

Durch den Sockel 23 wird der Roboter 12 angehoben, so das s dessen Arbeitshöhe vergrößert wird . Diese Vergrößerung reicht aus , um beispiel sweise eine Gerätewand eines Laborgeräts 16 übergrei fen zu können, um eine Probe oder ein Probenröhrchen darin abzulegen . Gleichwohl bleibt die Arbeitsplatte 11 und beispielsweise das in der Aufnahme 19 versenkte Probenröhrchen für den Handhabungsarm 13 gut zugänglich . Weiterhin ist der Sockel 23 und somit der Handhabungsroboter 12 entlang des Doppelpfeils 25 auf den Schienen 24 hin- und her beweglich . Dadurch wird sein Aktionsradius in Tiefenrichtung des Arbeitsplatzes erhöht , so dass auch weiter entfernt liegende Laborgeräte 26 für den Handhabungsroboter 12 zugänglich sind . Es können Rastmarken 27 vorhanden sein, damit der Handhabungsroboter eine definierte Lage relativ zum Laborgerät 16 , 26 einnehmen kann . Der Sockel 23 kann einen eigenen Antrieb aufweisen oder durch den Handhabungsroboter 12 entlang der Schienen 24 gezogen oder geschoben werden . Hierfür sind Grei fstellen 28 entlang der Schienen 24 vorgesehen, an den sich die Grei f zange 15 zum Verschieben festhalten kann . Derartige Vorgänge sind mit einem Handhabungsroboter ohne weiteres durchführbar .

Der Sockel 23 kann in seinem vorderen Bereich eine Lagerstation 29 für Werkzeugaufsätze 30 aufweisen, die somit mitgeführt werden und für den Roboter gut zugänglich sind . Einen Werkzeugwechsel kann der Handhabungsroboter 12 selbst durchführen .

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass an der Lagerstation eine Auf ladestation für solche Werkzeuge vorhanden ist , die eine eigene Stromversorgung benötigen . Das Aufladen der Akkumulatoren des betref fenden Werkzeugs kann beispielswiese induktiv erfolgen .

Die Werkzeuge können an der Lagerstation oder am Handhabungsarm des Roboters magnetisch gehalten werden . Auch können die Werkzeuge einen Eingri f fsabschnitt aufweisen, in die die Grei fbacken der Grei f zange passen . Dann ist ein Wechsel der Werkzeuge besonders einfach möglich, da die Grei f zange mit den Grei fbacken nur in den Eingri f fsabschnitt eingrei fen muss . Dort kann die Grei f zange geschlossen oder geöf fnet werden, um das Werkzeug fest mit dem Handhabungsarm zu verbinden .

Die Laborgeräte 16 , 26 können beispielsweise eine Schnittstelle zu der zentralen Arbeitsplatzsteuerung aufweisen . Dann ist eine Einbindung derartiger Geräte in einen automatisierten Laborbetrieb ohne weiteres möglich . Häufig weisen die Geräte j edoch keine oder keine geeignete Schnittstelle auf , um von einer Arbeitsplatzsteuerung betrieben zu werden . Es ist ein übliches Bedienfeld mit mehreren Bedienknöpfen 31 vorhanden, die durch menschliches Personal einfach zu betätigen sind . Weiterhin ist häuf ig ein Display 32 vorhanden, auf dem der Status des Laborgeräts 16 , 26 angezeigt wird .

Um auch solche Geräte in einen automatisierten Laborbetrieb einbinden zu können, ist der Handhabungsroboter 12 mit einem als Sti ft 33 ausgebildeten Werkzeug bestückbar . Dieser Sti ft 33 kann wie ein menschlicher Finger die Bedienknöpfe 31 betätigen, so dass die gewünschten Funktionen des Laborgeräts 16 , 26 auch durch den Handhabungsroboter 12 einstellbar sind . Das freie Ende 34 des Sti fts kann mit einer elastischen und rutschhemmenden Schicht versehen sein . Die Lage der Bedienknöpfe 31 und deren Betätigungsart kann der kollaborierende Handhabungsroboter 12 erlernen . Drehknöpfe können mit der Grei f zange betätigt werden . Das Display 32 oder andere Signaleinrichtungen am Laborgerät können durch eine am Handhabungsarm 13 angebrachte Kamera 35 gelesen werden, um eine Rückmeldung für die Betätigung eines Bedienknopfes 31 zu erhalten . Solche Bewegungsabläufe können einem kollaborierenden Roboter eingegeben werden .

Der Sti ft 33 kann aber auch an der Grei f zange 15 angeordnet sein und beispielsweise seitl ich von den Grei fbacken abstehen . Weiterhin ist es möglich, dass der Sti ft aus fahrbar an der Grei f zange 15 vorhanden ist . Dann kann er bei Nichtgebrauch eingefahren werden und stört die Bewegungsabläufe nicht .

Bei manchen Laborgeräten wird lediglich eine Probenteilmenge untersucht , die aus dem Probenbehälter 17 entnommen werden muss . Hierfür sind Pipetten gebräuchlich, die in die Probenflüssigkeit eingetaucht werden, um die Probenmenge zu entnehmen . Bei einer Blutprobe befinden sich nach dem Zentri fugieren in der Regel drei Schichten in dem Probenröhrchen 17 , nämlich der untere Blutkuchen 36 , die darüber liegende Schicht 37 mit dem Blutserum und die abschließende Luftschicht 38 . Damit der Handhabungsroboter mit der Pipettenspitze die mittlere Schicht 38 mit dem Blutserum tri f ft , müssen die Lage oder Höhe der Grenz flächen 39 und somit die Eintauchtiefe der Pipettenspitze detektiert und ermittelt werden .

Hierfür ist in der Aufnahme 19 ein optisches Detektionssystem vorgesehen, das eine strei fenförmige Lichtquelle 40 und einen dieser gegenüberliegenden linienförmigen lichtempfindlichen Sensor 41 aufweist . Das Probenröhrchen 17 wird durchleuchtet , und die Lage der Grenz flächen 39 kann detektiert werden . Da die Geometrien bekannt sind, kann die Pipettenspitze beispielsweise genau in die Schicht 37 mit dem Serum eingetaucht werden .

In den Figuren 6 bis 8 ist eine Aufnahme 50 gezeigt , in die nebeneinander gleichartige und gleichgroße Probenbehälter 51 gestellt werden können . Die Aufnahme 50 umfasst einen rinnenförmigen Kanal 52 , dessen Breite vorzugsweise etwas größer ist als der Durchmesser des Probenbehälters 51 . Der Probenbehälter 51 ist als Klappdeckelbehälter ausgebi ldet , der durch einen Deckel 53 verschließbar ist , der auf einer Seite mit einem flexiblen und biegsamen Gelenkband 54 an dem Behälter 51 angelenkt ist . Dieses Gelenkband 54 bildet somit ein Scharnier . Zum Öf fnen des Deckels 53 ist auf der dem Gelenkband 54 gegenüberliegenden Seite eine Lasche 55 vorhanden, mit der der Deckel 53 bei f estgehaltenem Behälter 51 relativ einfach angehoben werden kann . Solche Behälter 51 sind allgemein bekannt und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung .

Die Aufnahme 50 umfasst eine vordere Stange 56 , die über und seitlich neben dem Kanal 52 verläuft derart , dass die Lasche 55 des in den Kanal 52 eingesetzten Behälters 51 über der Stange 56 verläuft . Weiterhin umfasst die Aufnahme 50 eine hintere Stange 57 , die seitl ich und über dem Kanal 52 verläuft derart , dass sie hinter und über dem Gelenkband 54 des in den Kanal eingesetzten Behälters 51 verläuft .

Wie in der Figur 6 gezeigt , können die Behälter 51 nebeneinander und gleichartig ausgerichtet in die Aufnahme eingesetzt werden . Demnach verlaufen alle Laschen 55 über der vorderen Stange 56 . Die Lage und die Länge der vorderen Stange 56 und der hinteren Stange 57 sind so gewählt , das s sie seitlich neben den endständigen Behältern 51 hervor stehen .

Das Werkzeug 58 zum Öf fnen der in der Aufnahme 50 befindlichen Behälter 51 umfasst einen Balken 59 , der von dem Handhabungsroboter 12 gut ergri f fen werden kann . Auf seiner einen Längsseite 62 wei st der Balken 59 an seinen seitlichen Rändern 60 j e einen Haken 61 auf , der einseitig of fen ist und der von dieser Längsseite weg weist . Diese Haken 61 können in die seitlichen Überstände entweder der vorderen oder der hinteren Stange 56 , 57 eingehakt werden . Damit ist der Balken 59 um eine Schwenkachse an der Aufnahme 50 verschwenkbar gelagert . Das lichte Maß zi schen den Haken 61 entlang der Längsseite 62 ist dabei größer als die Gesamtbreite der in der Aufnahme 50 eingestellten Behälter 51 .

Zum Öf fnen der Behälter 51 wird der Balken 59 mit seinen Haken 61 mit deren Öf fnung nach unten weisend wie in Figur 7 gezeigt von oben auf die vordere Stange 56 aufgesetzt . Durch ein Verschwenken des Balkens um die dadurch gebildete Schwenkachse nach oben in Richtung des Pfeils 63 werden die Deckel 53 gleichzeitig aufgehebelt . Die Deckel 53 bleiben dann in einer aufrechten Lage stehen . Die Behälter 51 sind dabei sicher in dem Kanal 52 gehalten .

Zum Verschließen der Behälter 51 wird der Balken 59 gedreht damit die Haken 61 mit ihrer Öf fnung in die andere Richtung weisend von oben in die hintere Stange 57 aufgesetzt werden können . Diese Situation ist in Figur 8 gezeigt . Es wird eine andere Schwenkachse für den Balken 59 gebildet . Durch ein Verschwenken des Balkens 59 um diese Schwenkachse in Richtung des Pfeils 64 nach unten werden die Behälter 51 wieder gemeinsam durch ihre Deckel 53 geschlossen .

Die für das Öf fnen und Schließen erforderlichen Bewegungen können von dem Handhabungsroboter 12 und dessen Grei f zange 15 ohne weiteres durchgeführt werden . Aufgrund der Lage der Stangen 56 , 57 und somit der Schwenkachsen relativ zum Behälter 51 reichen die aufbringbaren Kräfte des Handhabungsroboters 12 aus , mehrere Deckel gleichzeitig zu öf fnen oder zu verschließen . Eine schelle Bearbeitung einer Viel zahl von Probenbehältern ist somit möglich .

In Figur 9 ist ein anderer Werkzeugaufsatz 70 zum Halten unterschiedlich großer Gegenstände gezeigt . Der Werkzeugaufsatz 70 weist zwei parallele Streben 71 auf , die an der Werkzeugaufnahme 72 des Handhabungsarms 13 derart befestigt sind, dass sie gegeneinander beweglich sind. Diese Bewegung entspricht der Hubbewegung der Greifzange 15, mit welcher die Greifbacken geöffnet und geschlossen werden können. Der Hub ist jedoch begrenzt, so dass die Greifbacken der in Figur 1 gezeigten Greifzange 15 nur um einen bestimmten Weg hin- und her bewegt werden können.

Bei dem Werkzeugaufsatz 70 erstrecken sich die Streben 71 senkrecht zur Drehachse 73 der Werkzeugaufnahme 72. An ihren gegenüberliegenden Seiten der Streben 71 ist jeweils ein Paar Greifbacken 74, 75 ausgebildet. Die Streben 71 können durch einen nicht näher gezeigten Hubmechanismus 76 aufeinander zu und voneinander weg in Richtung des Doppelpfeils 77 bewegt werden. In der geschlossenen Stellung des Hubmechanismus 76 weisen die Streben 71 im Bereich der Drehachse 73 noch einen Abstand zueinander auf.

Das eine Paar Greifbacken 74 ist auf nach innen weisenden Vorsprüngen 78 der Streben 71 angeordnet. In der geschlossenen Stellung des Hubmechanismus 76 liegen die Greifbacken 74 daher eng beieinander oder aufeinander an, so dass Einzelbehälter mit kleinen Abmaßen sicher ergriffen werden können. Das andere Paar Greifbacken 75 auf der anderen Seite der Streben 71 sind entweder unmittelbar an den freien Enden der Streben 71 ausgebildet oder die freien Enden der Streben 71 erweitern sich. Dadurch können breitere Gegenstände, beispielsweise Träger sicher ergriffen werden. Der jeweilige Hub zum Ergreifen oder Freigeben der betreffenden Gegenstände ist für beide Paare Greifbacken 74, 75 gleich.

Die Greifbacken sind auf ihren zugekehrten Wirkflächen 80 mit rutschhemmenden Belägen versehen. Weiterhin können die freien Enden der Streben 71 abgewinkelt und oder ausgetauscht werden, um die Grei fbackenpaare 74 , 75 an die j eweiligen örtlichen Gegebenheiten des Arbeitsplatzes anzupassen . Hierfür sind die freien Enden der Streben 71 des Grei fbackenpaares 75 als gelenkig an den Streben 71 befestigte Fortsätze 83 ausgebildet . Auch ist es möglich, dass die Streben 71 geteilt und verschwenkbar im Bereich der Drehachse 73 an einem Träger 79 montiert sind . Dadurch können die Grei fbackenpaare 74 , 75 an den Streben 71 gehalten, die in der Seitenansicht der Figur 9 V- förmig von der Werkzeugaufnahme 72 abstehen, wobei die Spitze des V s am Träger 79 gehalten ist . Dann kann ein Wechsel der zum Eingri f f kommenden Grei fbacken 74 , 75 durch ein Verdrehen der Werkzeugaufnahme um die Drehachse 73 erfolgen . Das nicht benutzte Grei fbackenpaar 74 , 75 liegt dann außerhalb des Wirkbereichs des anderen Grei fbackenpaars 75 , 74 und stört dessen Aktion nicht .

Bei dem Werkzeugaufsatz 70 ist zudem der mittlere Bereich der Streben 71 um die Drehachse 73 als Klemmbereich 81 ausgebildet . Auch hier können die gegenüberliegenden Wirkflächen 82 mit einem rutschhemmenden Belag versehen sein . Die Wirkflächen 82 können auch auf axial zur Drehachse 73 verlaufenden Vorsprüngen angeordnet sein . Hier wird ausgenutzt , dass sich die Werkzeugaufnahme 72 am Handhabungsarm 13 um 720 ° oder mehr drehen kann . Mit diesem mittleren Klemmbereich 81 können daher auch Drehverschlüsse eines Behälters geöf fnet oder verschlossen werden .

Auch kann an diesem Werkzeugaufsatz 70 an geeigneter Stelle der Sti ft 33 angeordnet sein, der sich beispielsweise parallel zur Hubbewegung 77 seitlich von einem freien Ende einer Grei fbacke des Paars 74 absteht . Der Sti ft kann auch verschwenkbar an der Grei fbacke gehalten werden . Dieser ist in Figur 9 gestrichelt dargestellt . Damit wird ein multi funktionales Werkzeug bereitgestellt . Mit dem einen Paar Grei fbacken 74 können einzelne Probenbehälter gehandhabt werden . Mit dem anderen Paar Grei fbacken 75 werden Träger bewegt . Mit dem mittleren Klemmbereich 81 können Drehverschlüsse betätigt werden . Der seitliche Sti ft 33 erlaubt eine Bedienung von Laborgeräten . Ein zeitaufwändiger Wechsel des Werkzeugaufsatzes zwischen zwei Arbeitsgängen ist dann nicht immer erforderlich .

Auf dem Arbeitsplatz können weiterhin eine Lagerstation 42 für Verbrauchmaterialien sowie eine Lagerstation 43 für die Gestelle 18 für die Probenröhrchen 17 vorhanden sein, die für den Handhabungsroboter 12 zugänglich sind . Verbrauchtes Material oder andere Abfälle müssen von dem Arbeitsplatz entfernt werden . Hierfür sind seitliche Rutschen 44 neben dem Sockel 23 vorgesehen, deren oberes Ende 45 noch innerhalb des Aktionsradius des Handhabungsarms 13 des Handhabungsroboters 12 liegt . Das dem Handhabungsroboter 12 abgekehrte untere Ende 46 mündet in einen Abfallbehälter 47 . Der Abfall kann dann durch den Handhabungsroboter 12 aufgenommen und auf die Rutsche 44 gelegt werden, von der der Abfall in den Abfallbehälter 47 gelangt . Damit wird der ansonsten nicht nutzbare Totraum hinter dem Handhabungsroboter 12 gut ausgenutzt . Durch das Vorsehen von einem geteilten Abfallbehälter 47 können über die beiden Rutsche 44 unterschiedliche Abfälle getrennt entsorgt werden . Dies Zuordnung ist mit einem lernfähigen kollaborierenden Roboter 12 ohne weiteres möglich .

Der kollaborierende Roboter 12 kann innerhalb seines Aktionsradius beliebige Gegenstände erkennen und ergrei fen sowie handhaben und abstel len . Zum sicheren Ergrei fen muss der betref fende Gegenstand mit einer gewissen Haftung auf der Arbeitsplatte 11 gehalten werden, damit er beim Ergrei fen durch die Grei f zange nicht wegrutscht . Es kann daher vorgesehen werden, dass die Arbeitsplatte 11 um den Handhabungsroboter 12 mit einem adhesiven Belag versehen ist , der eine gewisse Haftung zu einem darauf stehenden Gegenstand bewirkt . Die Gegenstände stehen dann sicher in der vorbestimmten Lage auf der Arbeitsplatte 11 und können sicher ergri f fen werden . Der Belag kann beispiel sweise durch eine adhesive Matte gebildet werden, die vor und seitliche von dem Handhabungsroboter auf der Arbeitsplatte 11 des Arbeitsplatzes verlegt wird .

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass für bestimmte Gegenstände oder für bestimmte Arbeitsabläufe vorgegebene Bereiche auf der Arbeitsplatte 11 vorgesehen sind, die beispielsweise gekennzeichnet sind durch einen Rahmen oder eine lesbare Markierung . Dann kann der Handhabungsroboter mit seiner Kamera einen dort abgestellten Gegenstand leichter finden und dessen Orientierung zur Handhabung bestimmen . Dafür kann die Matte unabhängig von dem Arbeitsplatz vorab entsprechend bedruckt werden .

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung einer solchen adhesiven Matte ist darin zu sehen, dass diese in der Regel aus einem nachgiebigen Material besteht . Dadurch werden Vibrationen von dem Handhabungsroboter gedämpft und nicht auf die auf der Matte stehenden Geräte und Gegenstände übertragen . Ein versehentliches Wegbewegen eines Gegenstands auf der Arbeitsplatte 11 wird dadurch verhindert .

Claims

34 Werkzeugaufsatz für einen kollaborierenden Roboter imLaborbetrieb Ansprüche

1. Werkzeugaufsatz für einen kollaborierenden Roboter (12) , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugaufsatz zwei Paare von Greifbacken (54, 55) aufweist, von denen das eine Paar (54) einen kleineren Grundabstand und das andere Paar (55) einen größeren Grundabstand der jeweiligen Greifbacken zueinander in der zusammengefahrenen Lage aufweist.

2. Werkzeugaufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare (54, 55) von Greifbacken an beabstandeten Enden des Werkzeugaufsatzes angeordnet sind.

3. Werkzeugaufsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Paare (54, 55) von Greifbacken an gegenüberliegenden Enden des Werkzeugaufsatzes angeordnet sind .

4. Werkzeugaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Paar (54, 55) Greifbacken an Streben (51) montiert sind.

5. Werkzeugaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der jeweiligen Greifbacken (54, 55) oder die die Greifbacken tragenden Streben (51) verstellbar sind.

6. Werkzeugaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klemmbereich (61) konzentrisch zur Drehachse (53) der Werkzeugaufnahme am Werkzeugaufsatz ausgebildet ist, der gemeinsam mit den Greifbacken auf- und zu bewegbar ist.

7. Werkzeugaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein stif tförmiger Vorsprung (33) vorgesehen ist, um Bedienknöpfe (31) eines Geräts und insbesondere Laborgeräts (16, 26) zu betätigen.

8. Werkzeugaufsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der stiftförmige Vorsprung (33) ausfahrbar an dem Werkzeugaufsatz angeordnet ist.

9. Werkzeugaufsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der stiftförmige Vorsprung (33) um wenigstens eine Achse verschwenkbar an dem Werkzeugaufsatz gehalten ist.

10. Werkzeugaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft, mit der die Greifbacken zusammenfahrbar sind und mit der die Greifbacken in ihrer wirksamen Lage gehalten sind, in der der Gegenstand ergriffen ist, einstellbar ist.