模块化运送平面和实验室分配系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于实验室分配系统的模块化运送平面。本发明进一步涉及一种实验室分配系统和包括实验室分配系统的实验室自动化系统。


背景技术：

2.实验室自动化系统包括多个分析前工作站、分析工作站和/或分析后工作站，可在这些工作站处理样本，例如取自人体或动物体的血液、唾液、拭子和其他样本。对于样本处理和移动，通常已知的是提供容纳样本的各种容器，诸如试管或小瓶。试管也称为样本管或样品管。在本技术的上下文中，用于容纳样本的容器（诸如试管或小瓶）称为样本容器。
3.对于样本容器的移动或分配，已知的是包括运送平面和多个承载件的实验室分配系统。承载件构造成将一个或多个样本容器保持在直立或竖直位置，并且每个承载件包括至少一个磁有源元件，诸如，例如至少一个永久磁体。运送平面构造成将承载件支撑在驱动面上并且包括固定地布置在驱动面下方的多个电磁致动器，其中可以通过向承载件施加磁力来控制电磁致动器移动放置在驱动面上的承载件。
4.ep 3 211 430 a1 示出了具有多个运送模块的模块化或平铺式运送平面，每个运送模块包括基板组件、致动器组件和驱动面组件。运送模块单元具有规则的多边形基本形状，特别地是带有四个角的方形基本形状。为将多个运送模块组装成运送平面，首先将多个基板组件安装到支撑结构，其中相邻的基板组件通过角部支撑元件形式的支撑元件在角部区域对准并且彼此连接。致动器组件安装到基板组件。最后，驱动面组件经由角部支撑元件安装到基板组件。
5.us 10,288,634 示出了具有多个运送模块的模块化或平铺式运送平面，每个运送模块具有带三个、四个或六个角的规则的多边形基本形状并且包括致动器组件和驱动面组件。平铺式运送平面通过多个支撑支架安装到以网格图案的支撑框架，其中邻近的运送模块的角部限定网格图案的节点，其中每个支撑支架设置有布置在网格图案的节点中的一个节点处的支撑结构。支撑结构各自具有角部支撑元件和上支撑面，该角部支撑元件带有构造成支撑节点的邻近的致动器组件的所有角部区域的十字形元件，该上支撑面带有构造成接纳该节点的邻近的驱动面组件的连接销的孔。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种模块化运送平面，其中，避免了由热膨胀和/或收缩引起的强力。本发明的另一个目的是提供具有模块化运送平面的实验室分配系统和实验室自动化系统。
7.根据第一方面，提供了一种模块化运送平面，该运送平面：具有多个运送模块单元；并且具有下部结构系统，该下部结构系统布置在运送模块单元的下方并在地板上支撑运送模块单元，其中每个运送模块单元包括具有护铁的致动器组件，其中运送模块单元浮动地连接到下部结构系统以允许运送模块单元和下部结构系统之间的相对水平移动，并且
其中相邻的运送模块单元经由护铁连接以响应于相邻的运送模块单元之间的相对水平移动进行相邻的运送模块单元之间的水平力传递。
8.贯穿本说明书和权利要求书，不定冠词“一个/种 (a/an)”指“一个/种或多个/种”。提及“第一元件”并不一定要求存在“第二元件”。此外，表述“第一”和“第二”仅用于区分一个元件与另一个元件，并不指示元件的任何顺序。
9.在本技术的上下文中，允许具有至少一个自由度的连接元件之间在限制范围内相对移动的连接称为浮动连接。为允许运送模块单元和下部结构系统之间的水平移动，提供了具有两个自由度的浮动连接。在一个实施例中，浮动连接是通过在相互作用的连接元件之间提供限定的缝隙来实现的。在其他实施例中，浮动连接通过具有可弹性变形特性的连接实现。
10.在使用模块化运送平面时，组合模块化运送平面所在的地板、下部结构系统、运送模块单元的护铁和/或其他元件的热膨胀或收缩可能导致水平力使传送模块单元彼此分开或朝向彼此地移动。通过经由护铁连接相邻的运送模块单元进行相邻的运送模块单元之间的水平力传递，运送模块单元充当链条，彼此拉动（在限制范围内）以补偿相对移动。
11.例如，运送模块单元的致动器组件进一步包括安装到护铁和控制器电路板的多个线圈。运送模块单元可以进一步包括驱动面组件，例如包括驱动面、驱动面支架和传感器板。传感器板至少形成用于感测跨驱动面的上侧移动的承载件的存在或位置的装置的一部分。在一个实施例中，驱动面对于 ir 光是透明的，其中传感器板可以配备有以网格状布置的多个基于 ir 的反射式光障，并且样品容器承载件可以适于反射由光障发射的 ir 辐射。在其他实施例中，传感器板配备有电感式传感器，该电感式传感器适于检测跨驱动面的上侧移动的载体的位置。实施例中的运送模块单元安装在具有电源布线、通信布线和冷却下部结构的基板组件的上方。
12.在一个实施例中，两个相邻的运送模块单元的护铁带有间隙地布置并且构造成彼此接触，以响应于所述两个相邻的运送模块单元之间在第一方向上朝向彼此的相对水平移动进行所述两个相邻的运送模块单元之间的水平力传递。通过在标准条件下以间隙布置相邻的运送模块单元的护铁，可以避免应力，否则，由于下部结构系统存在的较小的热膨胀，在护铁彼此推动时所施加的力可能会导致产生应力。然而，所选择的间隙需足够小，使得间隙不会影响承载件从一个运送模块单元到下一个运送模块单元的移动。在实施例中，间隙的范围为从零到不超过几毫米，更具体地从 0.5 mm 到 2 mm。在热膨胀或偏移超过阈值的情况下，护铁可以彼此推挤以进行力传递。在一个实施例中，两个相邻的运送模块单元并排布置，其中第一方向垂直于两个相邻的运送模块单元的彼此面对的侧面。
13.在一个实施例中，下部结构系统包括多个支撑元件。支撑元件构造成至少部分地支撑运送模块单元。在一个实施例中，运送模块单元各自包括驱动面组件，该驱动面组件由支撑元件支撑。在一个实施例中，支撑元件各自具有护铁接口，该护铁接口构造成与两个相邻的运送模块单元的致动器组件的护铁互锁，使得所述两个相邻的运送模块单元彼此远离的相对水平移动受到限制，并且响应于受限的相对水平移动，力经由护铁和护铁接口在所述两个相邻的运送模块单元之间传递。提供具有护铁接口的支撑元件允许使用支撑元件和护铁来传递由热收缩或热膨胀引起的水平力。
14.在一个实施例中的护铁接口包括彼此面对的两个平行的竖直施力面，其中每个施
力面构造成与所述两个相邻的运送模块单元中的一个运送模块单元的护铁互锁。在支撑元件的实施例中，两个竖直施力面布置为垂直于所述两个相邻的运送模块单元朝向彼此或远离彼此移动的第一方向。
15.此外，在支撑元件的实施例中，护铁接口包括支撑面，该支撑面构造成从下方支撑所述两个运送模块单元的护铁，其中特别地，支撑面布置为在远离支撑元件的中心的方向上偏离竖直施力面。
16.在致动器组件的实施例中，护铁各自具有带相交的直线形元件的网格结构，其中第一直线形元件在其一端或两端设置有垂直于其纵向方向延伸的棘爪，其中该棘爪构造成与多个支撑元件中的一个相关支撑元件的施力面中的一个互锁，其中该施力面布置为垂直于该第一直线形元件的纵向方向，其中特别地，两个相邻的运送模块单元的护铁的棘爪布置在支撑元件中的一个相关支撑元件的一个护铁接口的两个施力面之间。在一个实施例中，棘爪仅接触施力面而不接触支撑元件的支撑面。
17.在一个实施例中，护铁各自具有矩形基本形状，其中布置于网格结构的边线处的直线形元件在两端处均设置有垂直于其纵向方向延伸的棘爪，其中特别地，该棘爪指向该网格结构的角部区域的虚拟尖端。
18.在一个实施例中，支撑元件为角部支撑元件，该角部支撑元件具有四个护铁接口并且构造成布置在具有矩形基本形状，特别地是正方形基本形状的多达四个运送模块单元的角部结合处。
19.在下部结构系统的实施例中，下部结构系统包括布置在运送模块单元的下方的多个基板组件。在实施例中，基板组件与运送模块一个接一个地设置，其中在每个运送模块单元的下方布置一个基板组件。实施例中的基板组件包括用于相关联的运送模块单元的布线、电源、通信系统和/或冷却下部结构。下部结构系统可进一步包括基架元件，诸如支柱、支腿和/或支脚，用于将基板组件支撑在地板上。
20.在一个实施例中，基板组件带有间隙地布置且彼此连接。在一个实施例中，提供用于将基板组件彼此连接的附加元件。在其他实施例中，基板组件经由支撑元件连接。
21.在一个实施例中，为了允许支撑元件与基板组件间的相对水平移动，支撑元件与基板组件带有缝隙地连接，例如经由滑动连接，和/或多个支撑元件和多个基板组件的至少一者至少部分地可弹性变形。
22.在实施例中，支撑元件是安装到、特别地是浮动地安装到基板组件或下部结构系统的其他元件的一体式元件。在其他实施例中，支撑元件包括具有安装结构的下部和具有护铁接口的上部，其中上部经由连接结构纵向连接到下部，并且其中连接结构构造成限制下部和上部之间在支撑元件的纵向方向，即竖直方向上的相对移动，并且允许下部和上部之间在垂直于支撑元件的纵向方向的平面，即水平面中的有限的相对移动。换言之，上部以浮动方式连接到下部。在一个实施例中，下部的安装结构构造成将下部安装到下部结构系统的支撑框架。在其他实施例中，设置基板组件，并且下部的安装结构构造成将下部安装到基板组件上。在任一种情况下，下部结构系统和运送模块单元之间的相对移动都是可能的。
23.如上所述，在实施例中，运送模块单元包括驱动面组件。在实施例中，支撑元件具有带多达四个驱动面组件接口的上支撑面，该驱动面组件接口构造成与具有方形基本形状的驱动面组件的角部区域处的互补接口接合。在其他实施例中，支撑元件具有带多达六个
或多达三个驱动驱动面组件接口的上支撑面，该驱动面组件接口构造成与分别具有三角形或六边形基本形状的驱动面组件的角部区域处的互补接口接合。为允许热膨胀或收缩，在一个实施例中，驱动面组件浮动地连接到支撑元件和/或在它们之间布置有小间隙。
24.在一个实施例中，致动器组件各自包括布置在护铁的下方的柄部保护件，且基板组件各自包括基板和从该基板向上突出并构造成用于与该柄部保护件连接的空气导向件，其中为了允许该基板组件和该致动器组件之间的相对水平移动，该空气导向件和该柄部保护件带有缝隙地连接和/或经由可弹性变形的密封条连接。在一个实施例中，柄部保护件和空气导向件之间的缝隙的尺寸大于例如经由支撑元件的浮动连接的缝隙，使得柄部保护件和空气导向件之间的连接不会限制水平面中的相对移动。
25.在一个实施例中，下部结构系统包括多个支柱，其中若干多个基板组件安装到每个支柱，并且其中支柱带有间隙地布置以允许支柱之间的相对水平移动。由于运送模块单元和下部结构系统之间的浮动连接，在最大限度地减少运送模块单元移动的同时，由于热膨胀或收缩，支柱的移动可能会受到限制。
26.具体地，在一个实施例中，位于模块化运送平面的边界处的多个运送模块单元中的至少一个构造为运送系统接口单元并且刚性地连接到与该模块化运送平面相邻布置的连接的装置。在本技术的上下文中，装载或卸载装置以及分析前仪器或装置、分析仪器或装置和/或分析后仪器或装置称为“连接的装置”，承载件跨运送平面运送到这些仪器或装置，或从这些仪器或装置开始跨运送平面运送。连接的装置包括管分拣机、离心机、开盖器、关盖器、储存冷冻机、转移装置、血液分析仪、尿液分析仪或其他分析体液或组织的分析仪。然而，可以设想其他连接的装置。由于刚性连接，连接的装置和模块化运送平面之间的切换位置保持在公差范围内，其中经由护铁将力分配在模块化运送平面上，避免了由于热膨胀或收缩导致的相对移动所产生的强力。
27.根据第二方面，提供了一种具有模块化运送平面和多个承载件的实验室分配系统，其中每个承载件包括至少一个磁有源装置，优选地至少一个永久磁体，并且构造成运送样本容器.根据第三方面，提供了一种具有多个分析前工作站、分析工作站和/或分析后工作站，并且具有实验室分配系统的实验室自动化系统。
附图说明
28.在下文中将参考示意图详细描述本发明的一个实施例。在所有附图中，相同的元件将由相同的附图标记表示。
29.图 1 是由若干运送模块单元构建的实验室分配系统的模块化运送平面的示意性俯视图。
30.图 2 是由若干运送模块单元构建的实验室分配系统的模块化运送平面的侧视图。
31.图 3 是运送模块单元的分解图。
32.图 4 是示出运送模块单元的护铁和驱动面组件的剖面侧视图。
33.图 5 是四个基板组件的透视图，基板组件由相关联的致动器组件的角部支撑元件和护铁互连。
34.图 6 是图 5 的 x 部件详图，示出了当运送模块单元远离彼此移动时经由护铁进行的力传递。
35.图 7 是图 5 的 x 部件详图，示出了当运送模块单元朝向彼此移动时经由护铁进行的力传递。
具体实施方式
36.图 1 示意性地示出了模块化运送平面 10 的一个实施例的俯视图，该模块化运送平面 10 由若干如该实施例所示的二十个运送模块单元 1 构建而成。运送模块单元 1 连接到包括支撑支柱 21 的下部结构系统 2。所示每个运送模块单元 1 具有方形基本形状，允许通过在现有单元 1 的任一侧添加附加的运送模块单元 1 和/或从图 1 所示的运送平面 10 移除运送模块单元 1 来构建各种设计的运送平面 10。在其他实施例中，运送模块单元具有不同的基本形状，例如三角形基本形状或六边形基本形状。优选地，所有运送模块单元 1 具有相同的基本形状，其中该形状为棋盘格形状。然而，在具体实施例中，运送装置包括具有不同的基本形状的运送模块单元 1。
37.图 2 示意性地示出了模块化运送平面 10 的一个实施例的侧视图，该运送平面 10 具有多个运送模块单元 1 和布置在运送模块单元 1 的下方并且将运送模块单元 1 支撑在地板 11 上的下部结构系统 2，在所示实施例中，该地板包括若干地板镶板 110。下部结构系统 11 包括其间布置有间隙的若干支柱 21。
38.如箭头 22 示意性指示的，运送模块单元 1 浮动地连接到下部结构系统 2 以允许运送模块单元 1 和下部结构系统 2 之间的相对水平移动。此外，相邻的运送模块单元 1 如箭头 12 所指示地连接，以响应于相邻的运送模块单元 1 之间的相对水平移动进行相邻的运送模块单元 1 之间的水平力传递。
39.在模块化运送平面 10 的左侧和右侧上布置有连接的装置 16，例如管分拣机、离心机、开盖器、关盖器、储存冷冻机和/或分析体液或组织的分析仪。每个连接的装置 16 刚性地连接到与连接的装置 16 相邻的运送模块单元 1a 以实现模块化运送平面 10 和连接的装置 16 之间的切换精度。与连接的装置 16 相邻布置的运送模块单元 1a 也称为接口单元并且在设计上可以不同于其他运送模块单元 1。连接的装置 16 和接口单元可以布置在如图 2 左侧所示的共同的地板镶板 110 上或如图 2 右侧所示的不同地板镶板 110 上。
40.通常，模块化运送平面 10 的所有部件可在环境温度升高期间膨胀并在温度降低期间收缩。在所示实施例中，支柱 21 和地板镶板 110 带有间隙地布置。因此，在热膨胀的情况下，支柱 21 和/或地板镶板 110 膨胀到间隙中。
41.为在一定限度内将运送模块单元 1 的移动与下部结构系统 2 的移动分离并防止在热膨胀过程中形成强力，运送模块单元 1 浮动地连接到下部结构系统 2。
42.相邻的运送模块单元 1 如箭头 12 所指示地连接，并充当链条，彼此拉动（直至它们的极限位置）以补偿地板 11 和下部结构系统 2 的相对移动。链条由连接的装置 16 和相邻的运送模块单元 1a 的刚性连接限定。
43.如在下文将进一步详细解释的，在系统膨胀或收缩期间用于在运送模块单元 1 之间的水平力传递的路径经由运送模块单元 1 的护铁（图 2 中未示出）提供。
44.图 3 以分解图的形式示出了运送模块单元 1 的一个实施例以及基板组件 20 和用于搭建图 1 或 2 的运送平面 10 的支撑元件。图 3 所示的运送模块单元 1 包括两个组件，即致动器组件和 3和驱动面组件4。致动器组件 3 包括安装到护铁 37 的多个电磁致动器 30，其中护铁 37 由柄部保护件 31 支撑。驱动面组件 4 包括驱动面 40、带有接口 42 的驱动面支架和传感器板（不可见）。在所示的实施例中，运送模块单元 1 与基板组件 20 一个接一个地设置，基板组件 20 位于运送模块单元 1 的下方并且构造成用于将运送模块单元 1 连接到支撑支柱 21（参见图 1 和图 2）。
45.在所示的实施例中，设置了安装到基板组件 20 的支撑元件，其中相邻的运送模块单元 1 通过支撑元件连接。在所示的实施例中，支撑元件以角部支撑元件 5 的形式连接多达四个相邻的运送模块单元 1的角部区域。在其中运送模块单元具有三角形基本形状或六边形基本形状的替代实施例中，角部支撑元件设计成分别支撑多达六个或多达三个相邻的运送模块单元的角部区域。另选地或另外地，在又一实施例中，设置在侧表面处连接相邻的运送模块单元 1 的支撑元件。
46.所示的基板组件 20 包括带四个边和四个角的大体上为正方形基本形状的基板 200 和从基板 200 向上突出的空气导向件 210。
47.基板 200 在其角部位置处设置有卡扣元件 25。角部支撑元件 5 设置有用于将角部支撑元件 5 安装到相邻的基板组件 20 的基板 20 的角部的安装结构，其中基板 200 通过角部支撑元件 5 对齐。角部支撑元件 5 进一步设置有上支撑面 55，该上支撑面 55 具有驱动面组件接口 56，该驱动面组件接口 56 构造成与被支撑的驱动面组件 4 的互补接口 42 接合。换言之，在所示实施例中，角部支撑元件 5 用作多达四个基板组件 20 和多达四个驱动面组件 4 的连接节点。进一步地，角部支撑 5 设置有护铁接口 57。
48.对于运送模块单元 1 和基板组件 20 之间的浮动连接，图 5 中所示的角部支撑元件 5 是两段式元件并且包括下部 50 和上部 51，上部 51 经由连接结构 52 纵向连接到下部 50。连接结构 52 使得上部 51 以浮动方式连接到下部 50。这允许基板组件 20 和连接到角部支撑元件 5 的驱动面组件 4 在水平面中的相对移动。另选地或另外地，角部支撑元件 5 带有缝隙地缝隙和/或经由可弹性变形的元件安装到基板组件 20 或下部结构系统 2 的支柱 21。
49.图 4 是示出运送模块单元 1 的护铁 37 和驱动面组件 4 的剖面侧视图。如图 4 所示，中心销 370 设置在护铁 37 上，其与驱动面组件 4 接合以确保驱动面组件 37 在移动时保持在护铁 37 的中心。
50.为补偿地板镶板 110 （见图 2）和/或下部结构系统 2 由于热膨胀或收缩引起的相对移动，使用护铁 37 提供用于水平力传递的路径。
51.图 5 是相关致动器组件 3（见图 3 或图 4）的四个护铁 37 的透视图，该致动器组件由角部支撑元件 5 支撑并且由角部支撑元件 5 互连以进行力传递。图 6 和图 7 是图 5 的 x 部件详图。
52.如图 5 所示，护铁 37 各自具有网格结构，该网格结构具有相交的直线形元件 371、372。相邻的致动器组件 3 的护铁 37 的直线形元件 371、372 对齐。
53.如在图 6 和图 7 中最能看到的，角部支撑元件 5 具有布置在角部支撑元件 5 的四个侧边处的四个护铁接口 57（在图 6 和图 7 中仅两个护铁接口可见）。每个护铁接
口 57 包括两个平行的竖直施力面 571、572，其中竖直施力面 571、572 垂直于角部支撑元件 5 的相应侧边延伸。布置在网格结构的边线处的直线形元件 371、372 的自由端设置有棘爪 373，其垂直于相应的直线形元件 371、372 的纵向方向延伸。棘爪 373 构造成与施力面 571、572 互锁，其中相邻的护铁 37 的两个棘爪 373 接纳在一个护铁接口 57 的两个相对的施力面 571、572 之间。在标准条件下，棘爪 373 布置在施力面 571、572 之间，在两个棘爪 373 之间留下小间隙。
54.当力作用在运送模块单元 1 上时，这导致运送模块单元 1 远离相邻的运送模块单元 1 移动，如图 6 中的箭头所示，例如由于模块化运送平面 10 内的热收缩或热膨胀，施力面 571、572 和接纳在施力面 571、572 之间的棘爪 373 之间的互锁连接导致力传递到相邻的运送模块单元 1 的护铁 37，如图 6 中的虚线箭头示意性所示。力传递在模块化运送平面 10 中引起连锁效应，其中通过拉动相邻的运送模块单元 1 的护铁 37，在运送平面 10 中分配相对移动。
55.当力作用在运送模块单元 1 上时，这导致运送模块单元 1 朝向相邻的运送模块单元 1 移动，如图 7 中的箭头所示，例如由于模块化运送平面 10 内的热收缩或热膨胀，护铁 37 将彼此接触，从而导致力传递到相邻的运送模块单元 1 的护铁 37，如图 7 中的虚线箭头示意性所示。力传递在模块化运送平面 10 中引起连锁效应，其中通过推动相邻的运送模块单元 1 的护铁 37，在运送平面 10 中分配相对移动。
56.在本发明的实施例中，相邻的护铁 37 的所有直线形元件 371、372 布置为其间具有间隙，其中间隙在护铁 37 的整个长度和/或宽度上的尺寸相同，使得在护铁37 朝向彼此相对移动时，相邻的护铁 37 的所有直线形元件 371、372 至少基本上同时接触。
57.护铁接口 57 进一步包括构造成从下方支撑护铁 37 的支撑面 570。在所示实施例中，支撑面 570 布置为在远离角部支撑元件 5 的中心的方向上偏离竖直施力面 571、572，使得支撑面 570 在与棘爪 373 不同的位置处接触护铁 37。
58.为避免力通过驱动面组件 4 而非经由护铁 37 传递，在一个实施例中，驱动面组件 4 布置有小间隙并且与支撑元件带有缝隙地连接。
59.所示的实施例仅为示例性的，并且在如所附权利要求所限定的本发明的范围内，可以对构造和布置进行各种修改。