실험실 자동화 로봇의 손쉬운 통합

실험실이 점점 더 자동화됨에 따라 도구를 선택하고 정밀 작업을 수행할 수 있는 적합한 로봇을 보유하는 일이 매우 중요해졌습니다.

실험실 자동화 시장은 더 많은 탁상용 시스템을 사용할 수 있게 됨에 따라 지속적으로 성장하고 있지만 기본적인 피펫팅 이상의 기능을 제공하는 것은 도전이 될 수 있습니다. 수년간의 시장 피드백 끝에 앤드류 얼라이언스(Andrew Alliance)는 이 도전을 받아들였고, 그 결과 Andrew+ 액체 취급 로봇이 탄생했습니다. 이 장치는 다양한 액세서리를 통해 많은 경쟁 시스템과 같이 피펫팅의 자동화 이상을 수행하도록 설계되었습니다(사진 1 참조).

사진 1: Andrew+ 액체 취급 로봇은 다양한 액세서리를 수용하고 사용할 수 있도록 설계되었습니다.

Andrew+는 사용자가 실험실 프로토콜을 쉽고 효과적으로 설계하고 실행할 수 있도록 하는 회사의 클라우드 연결 에코시스템, OneLab의 일부입니다. 이 유연한 아키텍처를 통해 사용자는 힘든 수동 피펫팅 절차에서 오류가 없는 완전 로봇화된 실험실 워크플로우로 쉽게 전환할 수 있습니다. 가장 좋은 점은, 사용자가 숙련된 프로그래머이거나 실험실 로봇 공학 또는 자동화 엔지니어링 전문가일 필요가 없다는 것입니다.

이 액체 취급 로봇의 기본 장치는 실험대에서 쉽게 사용할 수 있도록 무게가 35파운드에 불과하며, 실험실의 다른 파트나 다른 부서에 재배치하여 다양한 작업에도 사용할 수 있습니다. 로봇은 통합 도구 랙에서 작동합니다. 로봇은 작업에 적합한 도구를 잡고 고정한 다음 지정된 기능을 수행합니다.

Andrew+는 QC를 위한 샘플 준비, 분석 화학, 연속 희석, 혈장 준비, DNA 추출, 농도 정상화 등을 포함한 많은 작업과 애플리케이션에 적용할 수 있는 모듈식 시스템입니다. 단일 및 다중 채널 전자 피펫을 사용하는 이 시스템은 액체 처리 성능을 보장하는 동시에 사용자에게 최대의 유연성을 제공합니다. 또한 이 장치는 애플리케이션에 따라 컬럼 잡기와 같이 광범위하고 복잡한 실험 단계를 수행할 수 있습니다.

피펫은 0.2µL에서 최대 10mL까지의 역동적인 분주 용적과 속도를 제공합니다(사진 2 참조). 이 장치는 대부분의 실험대 및 안전 무균 캐비닛에 맞도록 설계되어 있어 유연하게 사용할 수 있습니다. 그리고 2열의 도미노와 함께 작동할 수 있습니다(마이크로 플레이트 7개나 팔콘 튜브 56개 또는 마이크로 튜브 168개 허용, 깊이는 최대 60cm/24인치이고 극히 작은 후드에도 적합). 장치의 크기가 작기 때문에 냉장고에 보관할 수 있으며 최저 섭씨 4도의 온도에서도 작동합니다.

사진 2: Andrew+는 다양한 용량을 제공하는 다양한 산업 표준 피펫과 함께 작동합니다.

3-조인트 로봇 구동

앤드류 얼라이언스는 로봇 팔의 구동을 위해 맥슨에서 설계하고 제조한 3개의 EC45 플랫 모터를 선택했습니다. 글로벌 운영 이사인 앙투안 조던(Antoine Jordan)은 “로봇을 작고 가볍게 하기 위해서는 크기와 설치 공간이 정말 중요했습니다.”라고 말합니다.

이 회사는 과거에 맥슨의 제품을 사용해 왔으며, 이로써 이 새로운 설계에 모터 기술을 통합하기 전에 모터 기술에 대한 많은 사전 경험을 얻을 수 있었습니다. 모터의 안정성과 맥슨의 광범위한 제품 라인은 프로젝트에 완벽한 설계 유연성을 허용하는 다양한 애플리케이션과 호환됩니다. 또한 앤드류 얼라이언스는 필요한 경우 애플리케이션에 맞게 최소한으로 맞춤화된 모터 버전의 사용을 신뢰할 수 있다고 느꼈습니다.

사용할 모터에 대한 결정이 완료되면 최종 결과가 매우 정확하고 정밀한 시스템을 생산할 수 있도록 설계 매개변수가 강화되었습니다. 자동화된 실험실 로봇에서는 정확도가 매우 중요하기 때문에 설계에는 시스템의 폐쇄 루프 작동에 사용되는 통합형 절대 인코더가 포함되었습니다. 이는 최종 애플리케이션에 필요한 정밀도를 제공하고 유지하는 데 도움이 되었습니다. 로봇은 두 가지 주요 작업, 즉 다양한 기구나 도구를 집는 동안 정밀한 움직임을 수행하고 도구가 로봇의 그립 안에 들어간 후 필요한 작업을 수행하기 위해 매우 정확한 작업이 필요했습니다.

사진 3: 3개의 EC45 브러시리스 DC 플랫 모터가 로봇의 각 조인트에 하나씩 Andrew+에 사용됩니다.

올바른 모터

EC45 브러시리스 DC 플랫 모터를 탑재하기로 결정한 것은 애플리케이션에 내려진 중요한 결정 중 하나였습니다(사진 3 참조). 작동에 필요한 정밀도 외에도 모터는 전체 이동 시퀀스에서 매우 빠르게 응답해야 했습니다. 어느 한 순간에 로봇 팔이 어디에 위치해 있는지에 따라, 특히 외팔보 작업의 경우 더 큰 토크가 필요했습니다. 센서는 시스템 컨트롤과 통합되어 다른 시스템의 구성품을 건드리지 않고 팔이 원위치로 되돌아오도록 합니다.

모터는 전자적으로 정류되는 4극 브러시리스 장치이므로 매우 긴 모터 수명과 저소음 작동이 가능해집니다. 모터는 고에너지 네오디뮴 자석을 탑재함으로써 전체 크기를 최소화하면서 반응성이 매우 뛰어납니다. 연속 출력은 200와트이고 최대 속도는 12,000rpm이며 최대 연속 토크는 권선에 따라 최대 265mNm(37oz-in)입니다.

Andrew+에 사용되는 EC45 모터는 약간 변형된 표준 모터입니다. 맥슨은 이미 다양한 종류의 모터를 보유하고 있기 때문에 두 팀이 협력하여 과거에 이미 사용된 적이 있고 이 특정 애플리케이션에 맞추어 쉽게 재구성할 수 있는 제품을 쉽게 찾을 수 있었습니다. 이러한 첫 번째 모터를 선택하고 설계한 후, 생산 수량을 확보할 수 있었고 프로젝트가 순조롭게 진행되었습니다.

결론

앤드류 얼라이언스는 신뢰할 수 있는 공급업체와 협력할 당시 Andrew+ 실험실 자동화 로봇에 적합한 구성품을 찾고 선택할 수 있음을 확인했습니다. 이 EC45 모터는 로봇이 수행하도록 설계된 다양한 작업에 필요한 속도, 토크 및 정밀도를 제공했습니다. 신뢰성과 긴 수명도 회사의 모터 선택에서 제공되는 중요한 요구 사항이었습니다. 실험실 자동화와 같이 중요한 산업에서 운영할 때는 설계의 전문성과 올바른 기술이 모두 중요합니다.