用于存儲和取出大量試管的設備的制作方法

如今，在用于處理盛放生物材料樣本的試管的實驗室自動化系統中，越來越需要該系統本身內部具有適合冷藏的倉庫，這樣所分析的生物樣本可以存儲較長的時間，以便它們可再次用于系統，在需要時,通過連接到自動化系統的模塊重復分析。

同一申請人的專利申請MI2012A002011公開了一種設備，使用兩個靜態的機器人從/在冷藏倉庫自動放置、存儲和取出生物材料樣本。

不利的是,所述專利中公開的設備不適合大型倉庫。

另一方面，由實驗室的操作量越來越大，需要存儲和隨后取出盡可能多的樣本。

本發明的目的是提供一種在/從大型倉庫中存儲和取出大量試管的設備，確保與已知的存儲解決方案具有相同的吞吐量。

本發明的另一目的是該設備能夠有選擇地取出樣本，即使是位于倉庫不同和很遠的區域。

此外，由于插入倉庫中的試管可能需要不同的存儲時間，這取決于其所盛放的生物樣本的類型，因此本發明還有一個目的是，所述設備能夠基本上同時存儲包含相同類型的樣本的所有試管，因此當它們的存儲時間結束時能夠很容易取出它們；換言之，如果樣本的壽命結束,不需要再次沿著自動化系統進行新分析，則它們必須以最實際可行的方式一起被處理。

這些和其他特征通過在/從倉庫中存儲和取出多個試管的設備來實現，特征在于其包括：

輸入/輸出模塊，用于從/往自動化系統運送單個試管輸送裝置中的所述試管，其包括兩個不同的共面位置，用于多個試管的第一和第二容器；

多重拾取裝置，用于從所述自動化系統的副通道成隊列的大量單個試管的輸送裝置中拾取所述試管，并在位于輸入/輸出模塊上的第一容器釋放它們；

單個拾取裝置，用于從位于所述輸入/輸出模塊第二容器拾取所述試管，并將它們釋放到所述自動化系統上的所述單個試管輸送裝置；

第一工作站，用于在相同擱板的不同位置臨時分配所述容器，擱板是一個或多個，并與所述輸入/輸出模塊接合；

第二工作站，用于在一個或多個擱板上臨時分配第一容器，其與要處理的試管的排出裝置接合；

機動行進電梯，能在兩個不同的共面位置同時運送所述第一和第二容器，并適于在所述用于臨時分配的第一工作站和所述倉庫之間雙向移動所述試管的所述第一和第二容器，并且在所述倉庫與用于臨時分配的所述第二工作站之間僅移動第一容器。

本發明的這些和其他特征，在下文詳細描述的實施例中會更清楚，附圖所示的是非限制性的實施例，其中：

圖1表示根據本發明的倉庫和樣本輸入/輸出模塊的透視圖；

圖2表示用于臨時分配生物樣本的工作站的透視圖；

圖3表示運行電梯和倉庫的內部透視圖；

圖4表示用于試管的容器的細節圖；

圖5表示倉庫、試管排出裝置和具有多個支架的試管收集裝置的透視圖；

圖6表示自動化系統和樣本輸入/輸出模塊的俯視圖；

圖7表示自動化系統和樣本輸入/輸出模塊的俯視透視圖；

圖8表示樣本輸入/輸出模塊的正視圖；

圖9表示圖8中的樣本輸入/輸出模塊的放大后視圖，具有單個或多重拾取裝置的細節圖；

圖10表示樣本輸入/輸出模塊的正面透視圖；

圖11與前一附圖類似，去掉了試管容器；

圖12表示容器插入倉庫的步驟；

圖13a、13b表示用于輸入/輸出模塊的試管容器的滑動機構的兩個透視圖，相對旋轉了180°；

圖14a、14b表示用于行進電梯的試管容器的滑動機構的兩個透視圖，相對旋轉了180°；

圖15表示用于臨時分配容器的第一工作站的透視圖；

圖16、17分別表示行進電梯面板上的試管容器的透視圖和正視圖；

圖18表示行進電梯的旋轉頂視圖；

圖19表示行進電梯的側視圖；

圖20表示用于臨時分配容器的第二工作站的透視圖；

圖21表示排出裝置的部分細節的透視圖；

圖22、23表示排出裝置中容器的排出位置的兩個透視圖，相對旋轉了180°，去掉了容器本身。

如圖1所示的設備1，用于在/從冷藏倉庫2中放置、存儲和取出生物材料樣本，其溫度通常在-2到+6℃的范圍。

倉庫2面向實驗室自動化系統3，該系統攜帶盛放于試管4的生物材料樣本，試管4依次插入輸送裝置5中。借助樣本輸入/輸出模塊6實現倉庫2和系統3之間接口連接，其中相對更換試管4。

此外，沿著自動化系統3和與倉庫2的接口上游，可以提供一個或多個工作站7用于臨時分配生物樣本，所述樣本盛放于單個試管4的相關輸送裝置5中的試管4，類似于意大利專利申請MI2012A001218(圖2)。存在一個或多個這樣的工作站7可以停放這樣的樣本，即根據它們隨后在倉庫2中所需的存儲時間是基本同質的樣本。

機動行進電梯8(圖3)沿著倉庫2內部的軌道移動，能夠同時攜帶將試管4放置在倉庫2中的容器9(“支架”)和從倉庫2的內部取出試管的容器10，便于隨后沿著自動化系統3(圖4)重新引入。

行進電梯8沿著倉庫2內部適合的導軌移動，將其自身定位在倉庫2中適于容納容器9的任何存儲位11的前部，并且在該處可執行兩個相反的操作：從存儲位11移走容器9并置于行進電梯8，以從中拾取一個或多個試管4；或者相反，如果行進電梯8已經攜帶容器9(填充有剛從自動化系統3排出的試管4)，則將其移動到存儲位11用于中/長期存儲。

沿著倉庫2與自動化系統3接口的相對面，是試管4的排出裝置13，這些試管4已經到達生命周期的終點，因此對所盛放的樣本進行新的分析是沒有任何意義的，必須處理掉(圖5)。

為此，在所述排出裝置的下方設置具有多個支架14的裝置，用于收集被處理的試管4，與意大利專利申請MI2012A 001111所公開的類似(圖5)。

下面詳細介紹設備1的操作，沿著自動化系統3行進并且必須分配在倉庫2中的試管4適當地從系統3的主通道30轉移到副通道31，從而使帶有單個試管4的輸送裝置5在輸入/輸出模塊6采樣點形成一個隊列(圖6)。

帶有試管4的輸送裝置5在與輸入/輸出模塊6接合之前，如上所述，還可以在用于臨時分配生物樣本的一個或多個工作站7的更上游轉移。所述每個工作站7被設計成分配優選盛放同質類型樣本的試管4，因此一旦被釋放并直接引導至輸入/輸出模塊6的接口處，通常在倉庫2內部需要相近似的存儲時間(圖2)。

包含在成隊列的輸送裝置5中的試管4，在該處被多重拾取裝置60拾取，其中單個拾取裝置600之間的距離適于根據隊列中兩相鄰輸送裝置5的試管4的距離來校準(圖7、8)。多重拾取裝置60,沿笛卡爾坐標軸移動，位于在輸入/輸出模塊6等待的空容器9上方，并在其位置卸載試管4。

同時，輸送裝置5的隊列前進，并且拾取裝置60返回到系統3的副通道31的接合處，在同一行的其余位置，拾取新的試管4，隨后插入容器9。這可通過以下事實來實現：沿著平行于系統3的方向，拾取裝置60被氣缸61控制能夠進一步移動，寬度等于兩個拾取爪之間間距的一半(圖9)；以這種方式從副通道31拾取的兩組連續的試管4填充在沿著容器9相同行的交替位置。

在圖示的實施例中，多重拾取裝置60具有十個單獨的拾取裝置600(圖8、9)；因此，在兩個相連續的拾取操作中，一排二十個位置的試管4被填充在容器9上，這是典型的正方形形狀，通常其中包含有20x 20＝400。即使數量不同，上文所述原理不會改變。

通過重復這一循環，整個容器9優選但不必須被填充；在該操作過程中，容器9由相對于容器9側向作用的橡膠緩沖器63鎖定在適當位置，并被氣缸64推動(圖10)。同時，通過氣缸66(圖11)定位的天線65讀取容器9的識別器(例如條形碼)，其通常位于同一底面的底部，用于跟蹤沿著設備1的位置。

輸入/輸出模塊6具有類似的鎖位裝置用于容器10，即被氣缸68推動的橡膠緩沖器67和用于識別容器10本身的天線69(圖10、11)，這將在下文詳細介紹。

容器9一旦裝滿必須直接送往倉庫2：因此，要升起滑動門20，容器9在第一工作站70滑動，用于臨時分配容器9、10，其設置有一定數量(在該示例為四個)的不同擱板71，各由容納容器9和更窄的容器10的空間組成(圖12)。這是為了在其中臨時“停放”四個容器9和四個容器10，在兩個方向(從系統3到倉庫2，反之亦然)管理樣本的交換，并考慮到絕對的必要性，在設備1穩定操作期間盡可能地并行化操作。

對于容器9，通過直接位于輸入/輸出模塊6的面板上的滑動機構12滑動，還設置有類似的滑動機構120，專用于容器10的滑動(圖13a和13b)。機構12和120都在兩個方向滑動，從輸入/輸出模塊6向第一工作站70推動容器9、10以用于臨時分配，反之亦然，拖動它們反向移動。

滑動機構12設置有推動器121(圖13a、13b)，該推動器121通過氣缸122從靜止位置提升；并且由于電機123的作用而沿著齒條125前進；同時在由氣缸122控制的提升步驟中，由于在其壁上具有磁體124，與設置在容器9的側表面的磁條90(圖4)結合。在電機123(圖13a、13b)的作用下，在自動化系統3正交方向上拖動容器9，即插入用于臨時分配的第一工作站70。

滑動機構120(圖13a、13b)具有執行相同任務的類似部件，即推動器1210、氣缸1220、電機1230和沿著該推動器1210前進的齒條1250，其具有磁體1240，適于與容器10的磁條900相結合(圖4)，并且將其在自動化系統3正交方向上拖動。

在用于臨時分配的第一工作站70(圖15)，擱板71垂直移動，每次采用四個不同的位置,這取決于具體的需要，四個擱板71中的一個在一端與輸入/輸出模塊6接合，在另一端與行進電梯8接合，由此適當地移動容器9和/或10。

由于在高度方向排列有兩個氣缸72、73，可執行第一工作站70的擱板71的垂直移動。兩個氣缸具有不同的高度，都能處于高位和低位，實現四種可能的組合(低-低、低-高、高-低、高-高)，使第一工作站70有四個不同的高度(圖15)。

回到容器9的路徑，其裝滿剛從系統3拾取的試管4，因此在用于臨時分配的第一工作站70，面向行進電梯8，然后通過與面板相配合的滑動機構12將其拾取(圖14a、14b)，與上文所述的輸入/輸出模塊6類似，盡管稍有區別，隨后再詳細介紹。在這種情況下，滑動機構12的磁系統，從第一工作站70向行進電梯8拖動容器9，而非上文所說從輸入/輸出模塊6向第一工作站70推動。行進電梯8也具有用于容器10的滑動機構120，也與前文所述的輸入/輸出模塊6類似(圖14a、14b)。

在行進電梯8上還具有容器9的鎖定機構，所述容器位于容納它們的擱板80上，所述機構包括被氣缸85推動的橡膠緩沖器84，還具有通過氣缸87和天線86檢測容器9的識別器的機構(圖17)。

在該處，行進電梯8設計成將已經位于面板上的容器9朝著倉庫2內部合適的擱板移動。為此，首先在第一電機810的作用下，行進電梯8沿著第一對軌道81移動，將其自身定位在特定的通道，然后在第二電機820作用下，沿各通道設置的第二對軌道82穿過該通道(圖18，其僅示出了所述一對軌道82中的一個)；這樣使得行進電梯8到達預定擱板的正確列隊。

然后，為了完成定位操作，借助于第三電機830(圖18)提升容納有容器9的行進電梯8的擱板80，直到其恰好到達容器9的自由存儲位11前面的擱板。通過閂鎖88(圖19)確保沿垂直方向保持正確的高度，閂鎖88適當地將擱板80鎖定在期望的高度，并且執行安全功能以防止行進電梯8的突然故障(例如由于電源故障)導致擱板80本身塌陷。

只有確保正確對準行進電梯8(特別是其承載容器9的擱板80)與必須容納容器9的存儲位11時，才能將容器9插入存儲位11中。

所述對準基本上在第一種情況下已經實現，但是在進行容器9的實際移動之前需要“微調”系統。最終的調整，有極高精度的要求，通過行進電梯8來實現，其具有讀取器83，適用于識別器111(通常是二維條形碼或“數據矩陣”)，位于每個擱板的各個存儲位11側面，因此在倉庫2內確定唯一的存儲位11(圖16)。

根據該設計被稱為完美對中的調整系統，檢測到行進電梯8相對于已知位置有偏離，能夠在兩個方向上控制電機820和830(圖18)的輕微偏差，直至達到預期的最佳位置。

由于行進電梯8在倉庫2的一個通道內部穿透，其位于彼此相對的兩個支架之間，在這兩個支架中，它可以插入或取出容器9，可以具有第二調整系統及第二讀取器83(圖16)，其適用于沿著相同的通道定位在鏡架上的識別器111。

一旦確保行進電梯8正確定位，行進電梯8面板上的滑動機構12將被裝滿的容器9插入存儲位11；為了這樣做，還包括有氣缸89，也位于行進電梯8的面板上，其提升位于各存儲位11側面上的安全閂鎖110，并通常防止容器9插入存儲位11(圖16)。當然，一旦容器9插入到合適的存儲位11，氣缸89釋放安全閂鎖110，因此適當地鎖定在輸入/輸出側的容器9上，然后在另一側被擱板的壁封閉。

這確保容器9保持在存儲位11內部，即使在倉庫2可能遭受重壓(例如地震)的情況下。

行進電梯8(圖14a、14b)面板上的滑動機構12被設計成在兩個方向上拖動由其承載的容器9，并且當需要時將其插入擱板的特定存儲位11或其鏡架的相應存儲位11。

為了使這成為可能，當處于“低”位置時，滑動機構12的推動器121可以沿支架125滑動，基本上經過擱板80承載的容器9下方，然后通過氣缸122移動到“高”位置，并且在相反方向上拖動。實際上，通過推動器121(圖14a、14b)兩側的磁體124可略微改變行進電梯8的滑動機構12，以便在兩個方向上推動容器9，這是因為所使用的各容器9在其另一側表面上也設置有磁條90。

相對于輸入/輸出模塊6(圖13a、13b)，上文所述的滑動機構12的不同之處在于，容器9的滑動在兩個方向上發生，但是可選擇通過推動器121的磁體124推動或拖動，因此很清楚地看到，總是從同一側鉤住容器9。

另一方面，行進電梯8中所用的滑動機構120(圖14a、14b)與輸入/輸出模塊6(圖13a、13b)中所用的沒有本質區別。事實上，磁體1240在這里也位于推動器1210的單側，因為不像容器9，容器10不必進入倉庫2的擱板，因此不需要在兩個相反的方向上交替地推動。

在將容器9排出到倉庫2的適當存儲位11之后，行進電梯8可以取出一些已經存儲在倉庫2其它擱板中的試管4，因為例如必須對這些樣本進行某些分析。可選地，還可以取出新的空容器9(如果可用)，然后定位在輸入/輸出模塊6上。

根據具體要求來確定是否立即進行這種操作，當然趨勢是必須盡可能優化行進電梯8的操作流程，在其返回輸入/輸出模塊6并由此返回自動化系統3之前。

為了取出試管4，行進電梯8(其同時由于上述調整系統而在特定支架的存儲位11前方適當地移動)通過氣缸89釋放存儲位11的安全閂鎖110(圖16)，從而容納在其中的全部容器9可以由其擱板80上的行進電梯8的滑動機構12所牽引。

在該處，行進電梯8上的試管的單個拾取裝置800，即笛卡爾機器人，選擇性地從容器9拾取一個或多個試管4，將它們移動到容器10中以便取出試管，通過由氣缸802推動的橡膠緩沖器801鎖定到位，與用于識別容器10(圖17)的識別器(條形碼)的天線803成一體。

需要注意，容器10在行進電梯8上，通常是因為其先前已經(通過滑動機構120)從輸入/輸出模塊6移動到用于臨時分配的第一工作站70，并且由此到達行進電梯8。

一旦結束從容器9選擇性地取出試管4，則又將其插回存儲位11中，并且可繼續拾取倉庫2另一存儲位11的另一容器9的其他試管4，行進電梯8在前方同時移動，面板上具有部分填充的容器10。通常(但不一定)重復該循環，直到容器10全部填充。

最后，所述行進電梯8又裝載了新的空容器9，然后被引導至輸入/輸出模塊6，使得其可以從自動化系統3中容納新的試管4。

在面板上帶有空的容器9和滿載的容器10的行進電梯8現在返回到自動化系統3，特別是在第一工作站70卸載空的容器9和滿載的容器10用于臨時分配，然后兩種容器9、10均可用于輸入/輸出模塊6，具體取決于其在穩定狀態下的填充條件；所有這些都是通過適當地協調第一工作站70(圖15)的擱板71與兩對滑動機構12和120的垂直移動，即位于行進電梯8(圖14a、14b)面板上的那對滑動機構和位于輸入/輸出模塊6(圖13a、13b)面板上的那對滑動機構。

一旦容器10到達輸入/輸出模塊6，并已被緩沖橡膠67、推動氣缸68適當鎖定并被天線69識別(在圖10、11中為方便起見，圖示的這些組件不再移動，即，位于容器10的一側)，包含在其中的試管4由單個拾取裝置62(圖7-11)拾取，并將它們沿著自動化系統3的其他副通道32(圖6)定位，空的輸送裝置5在之前已經進行轉向，僅用于容納剛剛從倉庫2內部取出的試管4。

拾取裝置62在容器10上也具有兩個不同的拾取位置，以便在同一排的兩個存儲位拉出試管4。拾取裝置62的運動因此也由氣缸620(圖9)控制，氣缸620能在容器10的接口處在兩個位置之間移動拾取裝置62，而在沿著副通道等待的輸送裝置5中拾取的試管4的下一卸載位置是唯一的。

所涉及的每個試管5一旦返回到自動化系統3，通常被識別(例如通過與輸送裝置5的旋轉裝置相結合的條形碼讀取器)，以便與剛容納它的輸送裝置5產生適當的關聯，然后沿著其他模塊行進以進行可能的新分析。

如上所述，設備1還將試管4排出，所述試管4已經耗盡其壽命，沒有理由再存儲在倉庫2中。

該處理每次涉及一個容器9，不管其他與否，優選完全充滿或部分空了的試管4。

倉庫2內部的存儲時間可以設置，通常在幾天的時間內，之后需要處理倉庫2中給定的容器9，并且因此需要處理所有的試管4。

行進電梯8再次拾取要丟棄的容器9，并且將其引向倉庫2與自動化系統3的接口區域相對的區域，那里設置有試管4的排出裝置13(圖5)。

通過用于臨時分配的第二工作站74(圖20)，將帶有試管4的容器9引導至排出裝置13進行處理，與輸入/輸出模塊6接口類似，除了沒有專用于容器10的區域，其不參與處理。

由行進電梯8拾取的容器9被行進電梯8自身的滑動機構12適當地拖曳到用于臨時分配的第二工作站74上，隨后通過滑動門20，被類似于圖示可見但位于排出裝置13面板上的滑動機構12拾取(圖21)。

在這一操作過程中，容器9被鎖定一段時間，像通常被天線130識別到那樣。

一旦到達適當的排出位置131，通過氣缸132上下翻轉容器9，氣缸132通過包括小齒輪133和齒條134的齒輪而致動，使得支承容器9的表面翻轉(圖22，其中去掉了容器9)。

因此，試管4終止于下方的位置，在那里存在所述的具有多個支架14(圖5)的裝置，或者在任何情況下，所處理的試管4的收集點是任何其它結構(例如，單個收集罐或帶，然后將它們拖曳到其他地方；具體結構取決于實驗室中實際可用的空間)。

排出裝置13包括推動機構，用于容器9底座內的各試管4，推動機構包括塞子135，塞子在容器9翻轉后被氣缸136致動，以確保同時排出來自相應底座的所有試管4(圖23)。

容器9一旦清空就再次翻轉以返回到初始位置；然后塞子135縮回，滑動機構12將容器9首先返回至用于臨時分配的第二工作站74，然后返回至行進電梯8，最后返回至倉庫2的一個擱板上。

設備1可設有備用輸入/輸出模塊6000(圖1、6)，其保持停靠在自動化系統3附近，僅在必要時才起作用，即在“主”輸入/輸出模塊6有故障的情況下。

這同樣適用于倉庫2中的備用行進電梯8000(圖3)，僅當“主”行進電梯8有故障或需要例行維護時使用。

如果行進電梯8真發生故障，為了維修，優選將其移到倉庫2外面，以符合對維護人員和行進電梯8000的雙重安全要求，因為維護人員不用被迫在低溫的倉庫2中工作，也防止產生干擾行進電梯8000運行的風險，該電梯已在同一時間被啟動。當行進電梯8發生故障時，為了將其從倉庫2中取出，倉庫2的門200(圖1)顯然至少與行進電梯8一樣高，通過該門200沿著第二對軌道82將其滑動拖出。一旦完成所述滑動，門200就關閉，再次確保倉庫2內的環境隔離，因此整個設備1可以重新投入運行；同時，行進電梯8可以在外部被一個或多個維修人員安全維護。

因此本發明的創新方面表現為：與已知使用行進電梯8的設備來存儲物品特別是試管4的容器9相比，樣本的存儲/取出的吞吐量顯著增大；這無疑是因為，在同一時間能同時加載多個試管4(在圖示實施例中是十個)，從自動化系統3到輸入/輸出模塊6，反之亦然；還因為行進電梯8的特殊構造，可同時容納被存儲試管的容器9和被取出試管的容器10，并根據當下的需求變化適當并行存儲/取出操作。

增加的吞吐量使得可以間接根據其可以容納的試管的容器9的數量構建更大的倉庫2。

此外，關于特別是取出樣本并沿自動化系統3重新送入，在適當的情況下，特別的創新是不取出存儲在同一容器9中的全部試管4，可以取出屬于不同容器9的單個試管4，然后使用被取出試管的容器10引導至自動化系統3。

此外，由于安全閂鎖110鎖定每個插入倉庫2存儲位11中的容器9，所述各容器9保持鎖定在擱板內部，另一側是倉庫2本身的壁；即使在地震的情況下也能確保鎖定。

在本發明的構思下課進行多種改變和變化，這些都落入本發明的范圍內。

在實踐中，根據需要可使用任何材料以及形狀和尺寸。