簡単な統合が可能な検査自動化ロボット

検査室の自動化の普及に伴い、ツールを選択し、精密な操作を自律的に実行できるロボットを設置することの重要性が高まっています。

ラボ自動化市場は継続的に成長しており、より多くの卓上システムが使用可能となるになるにつれて、基本的なピペッティング異常の機能を実現することは、困難を伴います。何年にもわたる市場からのフィードバックを調査した後、Andrew Alliance社はこれらの課題に対応するため、Andrew+ リキッド ハンドリング ロボットを開発しました。このユニットは、多くの競合他社のシステムのようにピペッティングを自動化するだけでなく、アクセサリーレンジを拡張することで、それ以上の機能をハックするように設計されました (図1 を参照)。

図1: Andrew+ リキッド ハンドリング ロボットは、さまざまなアクセサリを取付けて使用できるように設計されています。

Andrew+ は、同社のクラウドに接続されたエコシステムである OneLab の一部であり、ユーザーは研究室のプロトコルを簡単かつ効果的に構築および実行することができます。この柔軟なアーキテクチャにより、ユーザーは面倒な手動のピペッティング手順から、エラーのない完全にロボット化されたラボ ワークフローに移行することができます。さらにこのシステムが発揮する最大の利点は、ユーザーが経験豊富なプログラマーである必要も、実験室のロボット工学や自動化エンジニアリングの専門家である必要もないことです。

この液体ハンドリング ロボットのベース ユニットは、ベンチトップで簡単に使用できるように設計されており、重量はわずか35ポンドで、幅広いタスクに使用できるように、実験室のさまざまな場所や部門に配置することができます。このロボットは、統合型ツールラックから動作します。ロボットは、操作に適したツールを掴んで固定し、割り当てられた機能を実行します。

Andrew+ は、QCのためのサンプル調製、分析化学、一連の妄想、血漿調製、DNA 抽出、濃度正規化など、多くのタスクや用途に適応できるように設計されたモジュラーシステムです。シングルおよびマルチチャンネルの電動ピペットを備えたこのシステムは、ユーザーに最大限の柔軟性を提供するとともに、確実な液体処理性能を保証します。さらに、同ユニットは、用途に応じて、コラムの把持など、幅広い複雑な実験ステップを実行することができます。

ピペットは、0.2 µL ～ 10 mLの分注量で迅速なダイナミック レンジを提供します (図2 を参照)。同ユニットは、ほとんどの実験台やバイオ セーフティ キャビネットに適合するように設計されているため、高い柔軟性を発揮します。 ユニットは 2 列ドミノで操作できます 。マイクロプレート 7 枚、ファルコン チューブ 56 本、またはマイクロチューブ 168 本を収容でき、奥行きは最大 60cm/24 インチで、最小のフードにもフィットします。このユニットは非常にコンパクトであるため、冷蔵庫に配置して、4oC の低温で動作させることができます。

図2: Andrew+ は、幅広い容量のさまざまな業界標準のピペットで動作します。

3関節ロボットアクチュエーション

Andrew Alliance社は、ロボットアームを作動させるためにマクソンが設計・製造した3つの EC45 Flat モータ (肩、肘、手首に 1 つずつ) を選択しました。グローバル オペレーション ディレクターのアントニー・ジョーダン氏（Antoine Jordan）氏は、「ロボットをコンパクトかつ軽量に保つには、サイズとフットプリントが非常に重要でした」と述べています。

同社は、この新しい設計にモータを組み込む前に、過去にマクソン製品を既に使用しており、モータ技術について多くを経験し、熟知していました。モータの安定性と、さまざまな用途に対応するmaxonの幅広い製品群により、プロジェクトの設計に完全な柔軟性がもたらされました。さらにAndrew Alliance社は、必要に応じて、用途向けに最小限にカスタマイズされたモータが使用可能であることを確信していました。

使用するモータが選定された後、非常に正確で精密なシステムを生成できるようにするには、非常に複雑な設計パラメータが必要になりました。自動化されたラボ ロボットでは精度が非常に重要であるため、設計には、システムの閉ループ操作に使用される統合アブソリュート エンコーダが含まれていました。これは、最終用途に必要な精度を提供し、維持するのに役立ちました。このロボットは、さまざまな器具やツールを持ち上げながら正確な動作を実行することと、ツールがロボットのグリップにあるときに必要な操作を実行することの両方の主要操作で、この非常に精密な操作が必要でした。

図3: Andrew+ には、ロボットの各関節に 1 つずつ、3 つの EC45 ブラシレス DC フラット モータが使用されています。

適したモータ

この用途において、EC45 ブラシレス DC フラットモータを組み込むことは、重要な決定でした (図3を参照)。操作に必要となる精度のほか、モータは移動シーケンス全体を通して非常に迅速に応答する必要がありました。ロボット アームがどこにあるかに応じて、特に片持ち操作の場合は、より大きなトルクが必要でした。センサーはシステム コントロールと統合されており、他のシステム コンポーネントに触れることなくアームのホーミングが確実に実行できるようにします。

モーターは、電子整流式の 4 極ブラシレス ユニットであるため、非常に長いモータ寿命を確保し、低ノイズで動作します。高エネルギーのネオジム磁石を組み込むことにより、モータは全体のサイズを最小限に抑えながら非常に高い応答性を発揮します。連続出力は 200 ワット、最大速度は 12,000 rpm、最大連続トルクは巻線に応じて最大 265 mNm (37 oz-in) です。

Andrew+ で使用されている EC45 モータは標準モータですが、若干の違いがあります。maxonには、すでにさまざまなバージョンのモータが用意されているため、2 つのチームが協力して、過去に使用されていて、この特定の用途に再構成しやすい製品を見つけるのは簡単でした。これらの最初のモータが選定され、設計されると、生産量が確保され、プロジェクトはスムーズに実行されました。

結論

Andrew Alliance は、信頼できるサプライヤーと協力することで、Andrew+ ラボ自動化ロボットに適したコンポーネントを見つけて選択できることができました。EC45は、ロボットが実行するさまざまな操作に必要な速度、トルク、および精度を発揮しました。信頼性と長寿命も、同社がモータを選択する際の重要な要件でした。ラボ オートメーションなどの重要な分野の事業では、設計の専門知識と適切なテクノロジーが重要です。