用于冷凍等分器的機(jī)器人末端執(zhí)行器以及從生物樣本中取出冷凍等分試樣的方法
【專利摘要】一種用于從多個(gè)容器中的一批冷凍樣本收集冷凍等分試樣的機(jī)器人末端執(zhí)行器具有用于從所述冷凍樣本中取出冷凍樣本芯的取芯鉆頭和適于從所述冷凍樣本中提取冷凍樣本芯的冷凍樣本芯提取系統(tǒng)。填充水平檢測(cè)系統(tǒng)適于檢測(cè)所述冷凍樣本的表面的位置。處理器適于接收來(lái)自所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)并且使用所述信號(hào)和關(guān)于所述冷凍樣本芯提取系統(tǒng)的操作的信息來(lái)確定以下至少一者：(a)所述取芯鉆頭所獲得的冷凍樣本芯中所含有的材料量；以及(b)需要從特定冷凍樣本獲取以從所述冷凍樣本獲得預(yù)定量的材料的冷凍樣本芯數(shù)目。
【專利說(shuō)明】用于冷凍等分器的機(jī)器人末端執(zhí)行器以及從生物樣本中取出冷凍等分試樣的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及用于在維持樣本完整的同時(shí)從冷凍生物樣本中取出冷凍等分試樣的設(shè)備和方法，并且更明確地說(shuō)，涉及用于確保從冷凍樣本中取出的冷凍等分試樣是適合分析的材料的設(shè)備和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]通常保存生物樣本來(lái)支持廣泛范圍的生物醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究，所述研究包括但不限于轉(zhuǎn)化研究、分子醫(yī)學(xué)和生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)。生物樣本包括動(dòng)物(包括人類)、植物、原生動(dòng)物、真菌、細(xì)菌、病毒或其它生物起源的任何樣本。舉例來(lái)說(shuō)，生物樣本包括但不限于:生物體和/或與生物體分離或由生物體分泌的生物流體，例如血漿、血清、尿、全血、臍帶血、其它基于血液的衍生物、腦脊液、粘液(來(lái)自呼吸道、宮頸)、腹水、唾液、羊水、精液、淚水、汗液、任何來(lái)自植物的流體(包括樹(shù)液)；細(xì)胞(例如，動(dòng)物、植物、原生動(dòng)物、真菌或細(xì)菌細(xì)胞)，包括軟層細(xì)胞；細(xì)胞裂解液、均漿或懸浮液；微粒體；細(xì)胞器(例如，線粒體)；核酸(例如，RNA、DNA)，包括染色體DNA、線粒體DNA和質(zhì)粒(例如，種子質(zhì)粒)；懸浮液或溶液中的小分子化合物(例如，DMSO中的小分子化合物)；以及其它基于流體的生物樣本。生物樣本還可包括植物、植物的一部分(例如，種子)和組織(例如，肌肉、脂肪、皮膚等)。
[0003]生物銀行通常將這些有價(jià)值的樣本儲(chǔ)存在容器(例如，管子、小瓶等)中并且將它們冷藏(例如，放在使用液氮或液氮以上的氣相的處于-80攝氏度或更低的冷凍箱中)來(lái)將冷凍樣本的生化組分和完整性保存得盡可能接近于體內(nèi)狀態(tài)以有助于對(duì)樣本進(jìn)行準(zhǔn)確的可再現(xiàn)分析。
[0004]有時(shí)可能需要對(duì)已被冷凍的樣本進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)測(cè)試。舉例來(lái)說(shuō)，研究員可能想要對(duì)具有某些特征的一組樣本執(zhí)行測(cè)試。特定樣本可能含有足夠的材料來(lái)支持許多不同測(cè)試。為了節(jié)省資源，通常從較大的冷藏樣本(有時(shí)稱為母樣本)中取出稱為等分試樣的較小樣本以供在一個(gè)或多個(gè)測(cè)試中使用，所以母樣本的剩余部分將可用于將來(lái)的一個(gè)或多個(gè)不同測(cè)試。
[0005]生物銀行已經(jīng)采用不同方式來(lái)解決這種需要以提供樣本等分試樣。一種選擇是大體積冷凍樣本，在需要等分試樣時(shí)將其解凍，并且接著將母樣本的任何剩余部分重新冷凍以供在冷藏狀態(tài)下儲(chǔ)存，直到將來(lái)需要等分試樣為止。這種選擇充分使用冷凍儲(chǔ)存空間；但是，這種效能是以樣本質(zhì)量為代價(jià)換來(lái)的。再三地將樣本暴露到冷凍/解凍循環(huán)會(huì)使樣本的臨界生物分子(例如，RNA)降解以及破壞生物標(biāo)志物，任何一者都可能會(huì)危及使用從受到破壞的樣本獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行的任何研究的結(jié)果。
[0006]另一種選擇是大體積冷凍樣本，在需要等分試樣時(shí)將其解凍，將母樣本的剩余部分細(xì)分為小體積以制備額外等分試樣以供將來(lái)測(cè)試，并且接著將這些較小體積的等分試樣重新冷凍以單獨(dú)地冷藏每個(gè)等分試樣，直到需要用于將來(lái)測(cè)試為止。這種方法限制了樣本所經(jīng)受的冷凍/解凍循環(huán)的數(shù)目，但是存在與冷凍儲(chǔ)存空間的較大容積、勞力和保存冷藏等分試樣所需要的樣本容器(例如，管子、小瓶等)的較大庫(kù)存相關(guān)聯(lián)的額外費(fèi)用。此外，即使有限數(shù)目的冷凍/解凍循環(huán)也能使等分試樣降級(jí)或受到破壞。
[0007]又一種方法是在第一次冷凍之前將大體積樣本分成較小體積的等分試樣。這種方法可以將樣本可能受到的冷凍解凍循環(huán)的數(shù)目限制為僅一次；但是，對(duì)于這種方法，存在與勞力、冷凍儲(chǔ)存空間和樣本容器庫(kù)存需求的成本相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)。
[0008]美國(guó)授權(quán)前公布第20090019877號(hào)公開(kāi)了一種用于在不解凍原始(母)樣本的情況下從冷凍生物樣本中提取冷凍樣本芯的系統(tǒng)，所述美國(guó)授權(quán)前公布的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。所述系統(tǒng)使用包括中空取芯鉆頭的鉆子來(lái)從原始母樣本中取出冷凍芯樣本而無(wú)需解凍母樣本。鉆子所獲得的冷凍樣本芯被用作測(cè)試的等分試樣。在移除冷凍芯之后，將樣本的剩余部分放回到其原始容器中進(jìn)行冷凍儲(chǔ)存，直到將來(lái)需要來(lái)自母樣本的另一個(gè)等分試樣來(lái)進(jìn)行測(cè)試為止。
[0009]本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了使用在不解凍樣本的情況下從冷凍樣本提取冷凍樣本芯的系統(tǒng)來(lái)改善從冷凍樣本提供冷凍等分試樣的能力的系統(tǒng)和方法，其將在下文中進(jìn)行描述。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一個(gè)方面是一種用于從一批冷凍樣本收集冷凍等分試樣的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述冷凍樣本容納在多個(gè)容器中，并且每個(gè)冷凍樣本具有與所述容器的底部間隔開(kāi)的表面。所述機(jī)器人末端執(zhí)行器包括取芯鉆頭，其用于從所述冷凍樣本取出冷凍樣本芯。冷凍樣本芯提取系統(tǒng)適于以從所述冷凍樣本中提取冷凍樣本芯的方式相對(duì)于所述冷凍樣本移動(dòng)所述取芯鉆頭。所述執(zhí)行器還具有填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其適于檢測(cè)所述冷凍樣本的所述表面的位置。處理器適于接收來(lái)自所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)并且使用所述信號(hào)和關(guān)于所述冷凍樣本芯提取系統(tǒng)的操作的信息來(lái)確定以下至少一者:(a)所述取芯鉆頭所獲得的冷凍樣本芯中所含有的材料量；以及(b)需要從特定冷凍樣本獲取以從所述冷凍樣本獲得預(yù)定量的材料的冷凍樣本芯數(shù)目。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種用于從一批冷凍樣本自動(dòng)收集冷凍等分試樣的冷凍等分器系統(tǒng)的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述冷凍樣本容納在多個(gè)容器中，并且每個(gè)冷凍樣本具有與所述容器的底部間隔開(kāi)的表面。所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)包括處理器以及以下至少一者:(a)成像系統(tǒng)以及適于朝向和遠(yuǎn)離所述冷凍樣本中的一者移動(dòng)所述成像系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述處理器適于確定何時(shí)所述成像系統(tǒng)聚焦于所述冷凍樣本的表面上并且使用關(guān)于當(dāng)所述成像系統(tǒng)聚焦于所述冷凍樣本的所述表面上時(shí)所述成像系統(tǒng)的位置的信息來(lái)確定所述冷凍樣本的所述表面的位置；(b)探針、用于朝向和遠(yuǎn)離所述冷凍樣本中的一者的表面移動(dòng)所述探針的系統(tǒng)以及適于檢測(cè)所述冷凍樣本的所述表面與所述探針之間的接觸的傳感器，其中所述處理器適于使用來(lái)自所述傳感器的信號(hào)和關(guān)于所述用于移動(dòng)所述探針的系統(tǒng)的操作的信息來(lái)確定所述冷凍樣本的所述表面的位置；以及(C)機(jī)器人末端執(zhí)行器，其包括適于提升所述容器中的一者的抓爪和適于通過(guò)測(cè)量所述所提升的容器對(duì)所述末端執(zhí)行器施加的力來(lái)檢測(cè)所述所提升的容器的重量的傳感器，其中所述處理器適于使用來(lái)自所述傳感器的信號(hào)和關(guān)于所述容器中所含有的樣本的信息來(lái)確定所述冷凍樣本的所述表面的位置。
[0012]本發(fā)明的又一個(gè)方面是一種從容器中所含有的冷凍樣本中取出冷凍等分試樣的自動(dòng)化方法。所述方法包括使用傳感器來(lái)確定所述冷凍樣本的與所述容器的底部間隔開(kāi)的表面的位置并且向處理器輸出指示所述表面的位置的信號(hào)。在所述處理器的引導(dǎo)下將取芯鉆頭的尖端機(jī)械式插入到所述冷凍樣本中到達(dá)所述冷凍樣本內(nèi)的某個(gè)位置。將所述取芯鉆頭從所述冷凍樣本中機(jī)械式縮回以獲得冷凍樣本芯，其中所述冷凍樣本芯形成所述冷凍等分試樣的至少一部分。所述方法包括通過(guò)使用關(guān)于所述樣本的所述表面的位置和所述冷凍樣本內(nèi)的所述位置的信息確定所述冷凍等分試樣是否至少含有預(yù)定最小體積的樣本材料來(lái)確保所述冷凍等分試樣至少包括所述預(yù)定最小體積的樣本材料。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種用于移動(dòng)并稱重容器的機(jī)器人末端執(zhí)行器。所述機(jī)器人末端執(zhí)行器包括框架、安裝支架以及安裝在所述安裝支架上的抓爪組件。所述抓爪組件可操作以將含有樣本材料的容器固持在懸掛位置中，使得所述抓爪組件承受所述容器和所述容器中的樣本材料的重量。重量傳感器連接到所述框架和安裝支架。所述重量傳感器適于輸出指示通過(guò)所述重量傳感器在所述框架與安裝支架之間傳送的力的量的信號(hào)。所述機(jī)器人末端執(zhí)行器還包括鎖定機(jī)構(gòu)，其具有鎖定元件。所述鎖定元件能夠在鎖定位置與非鎖定位置之間選擇性移動(dòng)。在所述鎖定位置中，所述鎖定元件限制所述安裝支架與框架之間的相對(duì)移動(dòng)并且承受所述安裝支架的至少一些重量。在所述非鎖定位置中，所述鎖定元件不承受所述安裝支架的任何重量并且所述重量傳感器承受所述安裝支架的重量。
[0014]其它目的和特征將在下文中部分是顯而易見(jiàn)的，并且部分被指出。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是用于從冷凍樣本中取出冷凍等分試樣的機(jī)器人末端執(zhí)行器的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；
[0016]圖2是機(jī)器人末端執(zhí)行器的側(cè)視圖；
[0017]圖3是機(jī)器人末端執(zhí)行器的正視圖；
[0018]圖4是機(jī)器人末端執(zhí)行器的底部平面圖；
[0019]圖5是在圖4的包括線5-5的平面中截取的機(jī)器人末端執(zhí)行器的橫截面，其繪示推出器處于縮進(jìn)位置；
[0020]圖6是在圖4的包括線6-6的平面中截取的放大不完全橫截面，其繪示處于縮進(jìn)位置的推出器與取芯鉆頭的相對(duì)位置；
[0021]圖7是與圖5類似的機(jī)器人末端執(zhí)行器的橫截面，其繪示推出器處于延伸位置；
[0022]圖8是與圖6類似的放大不完全橫截面，其繪示當(dāng)推出器處于延伸位置時(shí)推出器與取芯鉆頭的相對(duì)位置；
[0023]圖9A-9H示出使用末端執(zhí)行器來(lái)從冷凍樣本中取出冷凍樣本芯的方法的一個(gè)實(shí)施方案；
[0024]圖10A-10D示出使用末端執(zhí)行器來(lái)從冷凍樣本中取出冷凍樣本芯的方法的另一個(gè)實(shí)施方案；
[0025]圖11是本發(fā)明的末端執(zhí)行器的另一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；
[0026]圖12是圖11中所示的末端執(zhí)行器的側(cè)視圖；
[0027]圖13是圖11中所示的末端執(zhí)行器的底部平面圖；并且
[0028]圖14A和圖14B是在圖13的包括線14—14的平面中截取的圖11所示的末端執(zhí)行器的橫截面，圖14A示出末端執(zhí)行器處于運(yùn)送容器的配置，并且圖14B示出末端執(zhí)行器處于對(duì)容器進(jìn)行稱重的配置。
[0029]對(duì)應(yīng)的參考數(shù)字在附圖中始終指示對(duì)應(yīng)的零件。

【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1-8中不出大體上標(biāo)不為101的機(jī)器人末端執(zhí)行器的一個(gè)實(shí)施方案。機(jī)器人末端執(zhí)行器101適合與機(jī)器人定位系統(tǒng)(未圖示)一起使用以從一批冷凍樣本(例如，來(lái)自一個(gè)或多個(gè)生物銀行的冷藏生物樣本)自動(dòng)收集多個(gè)冷凍等分試樣。末端執(zhí)行器101可在本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)適于與幾乎任何機(jī)器人定位系統(tǒng)一起使用，所述機(jī)器人定位系統(tǒng)包括但不限于鉸接式機(jī)器人臂、非鉸接式機(jī)械手、龍門式或其它笛卡爾坐標(biāo)定位系統(tǒng)(不管此類定位系統(tǒng)是否包括機(jī)器人臂)、選擇順應(yīng)性裝配機(jī)械手(SCARA)等。相對(duì)于環(huán)境移動(dòng)樣本而不相對(duì)于環(huán)境移動(dòng)末端執(zhí)行器101的定位系統(tǒng)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。能夠相對(duì)于樣本自動(dòng)定位末端執(zhí)行器101以使得末端執(zhí)行器和機(jī)器人定位系統(tǒng)一起形成能夠從冷凍樣本獲得冷凍等分試樣的機(jī)器人系統(tǒng)的任何機(jī)器人定位系統(tǒng)在本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)是合適的。
[0031]舉例來(lái)說(shuō)，附圖中所示出的機(jī)器人末端執(zhí)行器101適合至少與龍門式笛卡爾坐標(biāo)定位系統(tǒng)一起使用。末端執(zhí)行器101包括Z軸馬達(dá)103和Z軸托架105，其適于連接到可操作來(lái)提供支座沿著X軸和Y軸的受控移動(dòng)的龍門式機(jī)器人定位系統(tǒng)的框架上的支座(未圖示)。當(dāng)安裝于機(jī)器人定位系統(tǒng)上時(shí)，Z軸托架105支撐末端執(zhí)行器101的其余部分，使得機(jī)器人定位系統(tǒng)可通過(guò)移動(dòng)Z軸托架來(lái)移動(dòng)整個(gè)末端執(zhí)行器。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下修改末端執(zhí)行器以使得末端執(zhí)行器的一些部件和/或功能性位于定位系統(tǒng)上或由定位系統(tǒng)執(zhí)行且/或使得定位系統(tǒng)的一些部件和/或功能性位于末端執(zhí)行器上或由末端執(zhí)行器執(zhí)行。
[0032]機(jī)器人末端執(zhí)行器101包括中空取芯鉆頭111 (例如，具有割嘴的中空針)和冷凍樣本芯提取系統(tǒng)113,所述冷凍樣本芯提取系統(tǒng)適于相對(duì)于冷凍樣本移動(dòng)取芯鉆頭以從冷凍樣本提取冷凍樣本芯。舉例來(lái)說(shuō)，所示出的實(shí)施方案中的冷凍樣本芯提取系統(tǒng)113包括馬達(dá)115，其適于旋轉(zhuǎn)取芯鉆頭111。Z軸馬達(dá)103在本實(shí)施方案中也構(gòu)成冷凍樣本芯提取系統(tǒng)113的一部分，并且可操作來(lái)沿著Z軸(例如，上下垂直)移動(dòng)取芯鉆頭111。末端執(zhí)行器101包括軸桿121，其固持取芯鉆頭111，使得取芯鉆頭111的長(zhǎng)軸與Z軸對(duì)準(zhǔn)(例如，使得取芯鉆頭在垂直定向上)。軸桿121被安裝成通過(guò)取芯鉆頭馬達(dá)115來(lái)圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)，使得取芯鉆頭馬達(dá)旋轉(zhuǎn)軸桿來(lái)產(chǎn)生取芯鉆頭111的旋轉(zhuǎn)。因此，冷凍樣本芯提取系統(tǒng)113可操作來(lái)旋轉(zhuǎn)取芯鉆頭111，同時(shí)將其軸向移動(dòng)到冷凍樣本中以產(chǎn)生鉆孔動(dòng)作。當(dāng)冷凍樣本的鉆孔完成時(shí)，Z軸馬達(dá)103可向后移動(dòng)(例如，升高)取芯鉆頭111離開(kāi)冷凍樣本，使得冷凍樣本芯保留在中空取芯鉆頭內(nèi)。雖然附圖中所示出的機(jī)器人末端執(zhí)行器101旋轉(zhuǎn)取芯鉆頭111，但冷凍樣本芯提取系統(tǒng)可在本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)不同地操作。可將取芯鉆頭或其它合適的取樣儀器移動(dòng)到冷凍樣本中并且將其縮回以使得冷凍樣本芯保留于其中的任何系統(tǒng)可在本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)充當(dāng)冷凍樣本芯提取系統(tǒng)。
[0033]機(jī)器人末端執(zhí)行器101包括填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131，其適于檢測(cè)容器中的冷凍樣本的表面(例如，上表面)的位置。生物銀行將冷凍樣本儲(chǔ)存在容器(例如，管子、小瓶等)中。每個(gè)冷凍樣本具有當(dāng)在相應(yīng)容器中冷凍或重新冷凍樣本以形成冷凍樣本時(shí)形成的與容器的底部間隔開(kāi)的表面。容器內(nèi)的冷凍樣本的表面的位置可出于許多不同原因而改變。舉例來(lái)說(shuō)，最初放置在容器中的樣本量可由于可用的樣本量的不同、用樣本材料填充容器的工作人員或其他人的動(dòng)作缺少一致性、在冷凍過(guò)程期間容器傾斜、不將容器填充到最大限度的決定或其它原因而改變。此外，在先前在樣本處于解凍狀態(tài)的同時(shí)從樣本取出等分試樣之后，一些冷凍樣本可能已經(jīng)被重新冷凍。當(dāng)樣本在已經(jīng)在解凍狀態(tài)下從容器移除等分試樣之后重新冷凍時(shí)，冷凍樣本的表面的水平將低于其最初所具有的水平。雖然樣本可定向成使得表面是在樣本頂部的上表面，但應(yīng)理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，樣本和容器可定向成使得表面不在樣本頂部(例如，容器和樣本可在樣本冷凍之后從豎直定向旋轉(zhuǎn)到水平定向)。
[0034]處理器(未圖示)接收來(lái)自填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131的信號(hào)。處理器適宜是控制樣本芯提取系統(tǒng)113的操作的同一處理器。處理器還可控制機(jī)器人定位系統(tǒng)和由末端執(zhí)行器101與機(jī)器人定位系統(tǒng)的組合產(chǎn)生的機(jī)器人系統(tǒng)的任何其它方面。處理器使用來(lái)自填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131的信號(hào)連同關(guān)于樣本芯提取系統(tǒng)113的操作的信息來(lái)確定以下至少一者:(a)末端執(zhí)行器101所獲得(例如，取芯鉆頭111所獲得)的冷凍樣本芯中所含有的冷凍樣本材料量；以及(b)需要從特定冷凍樣本獲取以從那個(gè)冷凍樣本獲得預(yù)定量的樣本材料的冷凍樣本芯數(shù)目。被提供用于特定測(cè)試的樣本等分試樣有時(shí)必須至少含有預(yù)定最小量的樣本材料。舉例來(lái)說(shuō)，一些測(cè)試需要至少約100 μ L的樣本材料。填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131使得處理器能夠確定冷凍樣本中含有多少樣本材料并且使用這個(gè)信息來(lái)確定需要多少冷凍樣本芯來(lái)在等分試樣中提供預(yù)定最小量的樣本材料，同時(shí)節(jié)省有價(jià)值的樣本材料以供在將來(lái)測(cè)試中使用。
[0035]所示出的實(shí)施方案中的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131通過(guò)在朝向樣本移動(dòng)末端執(zhí)行器時(shí)檢測(cè)冷凍樣本與末端執(zhí)行器101之間的接觸來(lái)識(shí)別冷凍樣本的表面的位置。當(dāng)檢測(cè)到接觸時(shí)，處理器接收指示已經(jīng)檢測(cè)到接觸的信號(hào)。處理器使用關(guān)于對(duì)應(yīng)于當(dāng)末端執(zhí)行器接觸樣本時(shí)的時(shí)間的末端執(zhí)行器101的位置的信息來(lái)估計(jì)樣本表面的位置。
[0036]舉例來(lái)說(shuō)，末端執(zhí)行器101適宜包括推出器141，其適于從取芯鉆頭的末端推出取芯鉆頭111中所含有的冷凍樣本芯。如圖5-8中所示出，推出器141可在推出器從取芯鉆頭111的遠(yuǎn)端延伸所在的延伸位置(圖7和圖8)與推出器未從取芯鉆頭的遠(yuǎn)端延伸所在的縮進(jìn)位置(圖5和圖6)之間移動(dòng)。推出器141適宜可通過(guò)由處理器控制的致動(dòng)器143 (例如，氣動(dòng)致動(dòng)器)來(lái)在延伸位置與縮進(jìn)位置之間移動(dòng)。如圖5和圖7中所示出，致動(dòng)器143安裝在末端致動(dòng)器101的頂部，并且推出器141是可操作地連接到致動(dòng)器143的桿145的活塞，使得推出器在致動(dòng)器的桿移動(dòng)時(shí)移動(dòng)。推出器141的連接到桿145的末端適宜連同桿的末端一起移動(dòng)。隨著致動(dòng)器桿145從其縮進(jìn)位置(圖5)移動(dòng)到其延伸位置(圖7)，推出器的與致動(dòng)器143相反的末端移動(dòng)通過(guò)取芯鉆頭111的中空中心，一直超過(guò)取芯鉆頭的遠(yuǎn)端。保留在取芯鉆頭111的中空中心內(nèi)的任何冷凍樣本芯進(jìn)而被推離末端執(zhí)行器101。
[0037]如圖7和圖8中所示出，推出器141相對(duì)于末端執(zhí)行器101的其它部分來(lái)布置，使得當(dāng)推出器處于其延伸位置并且末端執(zhí)行器101定位在樣本上方并接著下降直到其接觸樣本為止時(shí)，推出器最初接觸冷凍樣本。填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131包括傳感器147，其適于檢測(cè)末端執(zhí)行器101(例如，延伸的推出器141)與冷凍樣本的表面之間的接觸。各種傳感器可在本發(fā)明的范圍內(nèi)用來(lái)檢測(cè)末端執(zhí)行器101與冷凍樣本的表面之間的接觸。舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)，推出器141可適于在推出器接觸冷凍樣本時(shí)通過(guò)冷凍樣本從延伸位置朝向縮進(jìn)位置移動(dòng)?？蛇M(jìn)行這點(diǎn)的一種方式是通過(guò)使用能夠在推出器141處于延伸位置時(shí)就斷開(kāi)或斷電以使得當(dāng)推出器的遠(yuǎn)端接觸冷凍樣本時(shí)推出器自由地朝向縮進(jìn)位置滑回的致動(dòng)器143。傳感器147適宜為由推出器從延伸位置朝向縮進(jìn)位置移動(dòng)激活的固態(tài)開(kāi)關(guān)或其它裝置。如舉例示出，致動(dòng)器桿145包括磁體149或其它材料，其致使定位在致動(dòng)器上鄰近于致動(dòng)器桿的臨近傳感器147在所述磁體或其它材料相對(duì)于傳感器移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。已經(jīng)具有內(nèi)置傳感器來(lái)檢測(cè)致動(dòng)器桿的移動(dòng)的適宜氣動(dòng)致動(dòng)器可從美國(guó)SMC公司或其它商業(yè)供應(yīng)商處購(gòu)買。
[0038]另一種選擇是使用適于檢測(cè)與末端執(zhí)行器101 (例如，延伸的推出器141)與冷凍樣本之間的接觸相關(guān)聯(lián)的電特性的變化的傳感器。推出器141或末端執(zhí)行器101的其它零件與樣本之間的接觸可導(dǎo)致各種變化，例如阻抗、導(dǎo)電性、電容等的變化。一個(gè)或多個(gè)傳感器可并入到末端執(zhí)行器101中來(lái)檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)電變化?？纱孢\(yùn)動(dòng)激活式傳感器147或結(jié)合運(yùn)動(dòng)激活式傳感器來(lái)使用監(jiān)視電特性的傳感器。
[0039]填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131還可包括成像系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，附圖中所示出的末端執(zhí)行器101包括相機(jī)161。相機(jī)161適宜可操作來(lái)觀察冷凍樣本以確定是否已經(jīng)從冷凍樣本中取出任何冷凍樣本芯，并且如果已經(jīng)取出，那么確定可從冷凍母樣本中取出另一個(gè)冷凍樣本芯所在的合適地方的位置。美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/418，688中提供關(guān)于使用相機(jī)來(lái)觀察冷凍樣本的額外細(xì)節(jié)，所述專利申請(qǐng)的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。相機(jī)161適宜具有或能夠被調(diào)節(jié)來(lái)具有窄場(chǎng)深，使得只有在距相機(jī)的指定窄范圍的距離內(nèi)的物體在焦點(diǎn)上。處理器可適于相對(duì)于冷凍樣本的表面移動(dòng)成像系統(tǒng)161 (例如,通過(guò)移動(dòng)整個(gè)末端執(zhí)行器101)，確定何時(shí)成像系統(tǒng)聚焦在表面上，并且使用關(guān)于當(dāng)成像系統(tǒng)聚焦在冷凍樣本的表面上時(shí)成像系統(tǒng)的位置的信息來(lái)確定所述冷凍樣本的表面的位置。
[0040]如圖11-14B中所示出，填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131可包括末端執(zhí)行器301，其具有適于提升一個(gè)樣本容器的抓爪組件303以及適于通過(guò)測(cè)量所提升的容器對(duì)末端執(zhí)行器施加的力來(lái)檢測(cè)所提升的容器的重量的傳感器305。圖11-14B中所示出的實(shí)施方案的抓爪組件303和重量傳感器305可被視為雙零件末端執(zhí)行器的一個(gè)零件，所述雙零件末端執(zhí)行器的另一個(gè)零件適宜為上文描述的末端執(zhí)行器101。這個(gè)雙零件末端執(zhí)行器的每個(gè)零件101、301適宜與共用處理器處于信令連通，并且可通過(guò)處理器和定位系統(tǒng)來(lái)相對(duì)于樣本容器定位，但所述兩個(gè)零件101、301不必安裝在定位系統(tǒng)上的相同地方，并且未必需要可通過(guò)定位系統(tǒng)來(lái)定位，使得末端執(zhí)行器的兩個(gè)零件101、301同時(shí)尋址一個(gè)容器。舉例來(lái)說(shuō)，雙零件末端執(zhí)行器的零件101、301可適宜安裝在龍門式定位系統(tǒng)的橫梁的相反側(cè)上?；蛘?，抓爪和重量傳感器可在本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)集成為具有上文描述的末端執(zhí)行器101的特征的單個(gè)單零件末端執(zhí)行器。另外，填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131未必需要包括上文結(jié)合末端執(zhí)行器101描述的任何特征，并且可在本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)完全由重量感測(cè)末端執(zhí)行器(例如重量感測(cè)末端執(zhí)行器301)組成。
[0041]參看圖11-13，末端執(zhí)行器301包括框架307?？蚣艿拇笮?、形狀和配置可在本發(fā)明的范圍內(nèi)廣泛改變。如圖所示，框架307包括板309和從所述板橫向延伸的臂311?？蚣?09適宜安裝在Z軸托架上或充當(dāng)Z軸托架，其可由z軸馬達(dá)或致動(dòng)器313來(lái)回(例如，垂直地)驅(qū)動(dòng)。
[0042]抓爪組件303可操作來(lái)選擇性地固持和釋放含有樣本材料的容器。舉例來(lái)說(shuō)，抓爪組件303適合選擇性地將容器提離工作平臺(tái)(未圖示)，將容器運(yùn)送到不同地方，并且接著放下容器并放開(kāi)它。因此，抓爪組件303允許執(zhí)行器301作為取放末端執(zhí)行器來(lái)操作。關(guān)于機(jī)器人抓爪組件的構(gòu)造和操作的細(xì)節(jié)是本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的，并且不需要在本文中進(jìn)行陳述。附圖中所示出的抓爪組件303具有多個(gè)可移動(dòng)的指狀物315 (例如，四個(gè)指狀物)，其可選擇性地在指狀物被定位來(lái)固持容器所在的固持配置與指狀物被定位來(lái)釋放容器所在的釋放配置之間移動(dòng)。當(dāng)指狀物315處于固持配置時(shí)，抓爪組件303可將含有樣本材料的容器固持在懸掛位置中，使得抓爪組件承受容器以及其中任何樣本材料的重量。合適的抓爪組件可從眾多不同的商業(yè)供應(yīng)商處購(gòu)買。附圖中所示出的抓爪組件303只是可在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用的許多選擇之一。
[0043]抓爪組件303安裝在安裝支架321上。安裝支架的大小、形狀和配置可在本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)廣泛改變。如圖所示，安裝支架321包括板323以及位于板的相對(duì)末端處的一對(duì)橫向延伸臂325、327。在所示出的實(shí)施方案中，抓爪組件303安裝在下臂325上。線性軸承331將安裝支架321連接到框架307。如圖所示，舉例來(lái)說(shuō)，線性軸承包括安裝在軌道335上的滑塊333以實(shí)現(xiàn)滑塊相對(duì)于軌道的滑移。如圖13中所示出，軌道335在相反側(cè)上具有溝槽339，并且滑塊333具有延伸到溝槽339中的臂337。軸承(未圖示)定位在滑塊333與軌道335之間以有助于滑塊沿著軌道的滑移。線性軸承331限制滑塊333在除了沿著軌道335軸向之外的所有方向上的移動(dòng)。安裝支架321的板323安裝在滑塊333上，并且軌道335安裝在框架307上。線性軸承331被定向?yàn)樵试S安裝支架321在垂直方向上相對(duì)于框架307移動(dòng)，同時(shí)限制安裝支架在所有橫向方向上相對(duì)于框架移動(dòng)。
[0044]重量傳感器305將框架307連接到安裝支架321。舉例來(lái)說(shuō)，重量傳感器305適宜將框架的臂311連接到安裝支架的上臂327。重量傳感器305適宜為高度靈敏的應(yīng)變儀、測(cè)壓儀或其它傳感器，其適于輸出指示通過(guò)重量傳感器在框架與安裝支架之間傳送的力的量的信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，重量傳感器305適宜適于檢測(cè)并測(cè)量在O到約SKg的范圍內(nèi)的力。重量傳感器305還足夠靈敏來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量由抓爪組件303固持為懸掛的樣本容器的重量的變化(例如，小至0.5mg，并且更理想地，小至0.1mg)。重量傳感器305適宜足夠準(zhǔn)確來(lái)保持百分之0.3或更少的滿刻度偏差。
[0045]末端執(zhí)行器301包括鎖定系統(tǒng)341，其可在鎖定系統(tǒng)限制安裝支架321相對(duì)于框架307移動(dòng)并且承載安裝支架的至少一些重量所在的第一配置與鎖定系統(tǒng)不承載安裝支架的任何重量并且重量傳感器承載安裝支架的大致全部重量(包括抓爪組件303和由抓爪組件固持為懸掛的任何物體的重量)所在的第二配置之間選擇性地配置。舉例來(lái)說(shuō)，所示出的實(shí)施方案中的鎖定系統(tǒng)341包括銷343，其可在鎖定位置與非鎖定位置之間選擇性地移動(dòng)。當(dāng)銷343處于鎖定位置(圖14A)時(shí)，銷被接納在安裝支架321的開(kāi)口 345中，使得銷阻斷安裝支架相對(duì)于框架的移動(dòng)。當(dāng)銷343處于非鎖定位置(圖14B)時(shí)，銷至少部分從開(kāi)口 345縮回并且不阻斷安裝支架321相對(duì)于框架307的移動(dòng)。在所示出的實(shí)施方案中，鎖定系統(tǒng)341包括致動(dòng)器347 (例如，氣動(dòng)致動(dòng)器、螺線管或其它電控致動(dòng)器)，其安裝在框架307的板309上并且適于在鎖定位置與非鎖定位置之間移動(dòng)銷343。開(kāi)口 345的面向銷343的那側(cè)適宜為漏斗形的，以有助于鎖定銷移動(dòng)到鎖定位置，即使當(dāng)銷開(kāi)始移動(dòng)到開(kāi)口中時(shí)銷并未與開(kāi)口精確地對(duì)準(zhǔn)，也是如此。同樣，銷343的頭部具有圓化或有斜面的肩部，以進(jìn)一步有助于將銷插入在開(kāi)口 345中，即使當(dāng)插入開(kāi)始時(shí)在它們之間存在微小未對(duì)準(zhǔn)，也是如此。
[0046]在一些情況下，重量傳感器305可以是填充水平檢測(cè)系統(tǒng)的一部分或構(gòu)成填充水平檢測(cè)系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)容器的皮重和其中所含有的冷凍樣本的特征(例如，樣本材料的密度、已經(jīng)從冷凍樣本中取出的冷凍樣本芯的數(shù)目、容器配置等)已經(jīng)由處理器表征或可以由處理器表征時(shí)，填充有樣本的容器的重量提供對(duì)容器填充有樣本材料的水平的指示。在其它情況下，處理器可使用來(lái)自重量傳感器305的信息來(lái)提供對(duì)冷凍等分試樣至少含有所需要的最小量的冷凍樣本的額外確認(rèn)，而不必由處理器使用來(lái)確定容器的填充水平，如下文描述的方法中將更詳細(xì)地概述。
[0047]圖9A-9H示出使用末端執(zhí)行器101來(lái)獲得具有預(yù)定最小量樣本材料的冷凍等分試樣的方法的一個(gè)實(shí)施方案。首先，使用傳感器147來(lái)找到冷凍樣本123的與容器127的底部間隔開(kāi)的表面129的位置，并且向處理器輸出指示表面的位置的信號(hào)。致動(dòng)器143將推出器141移動(dòng)到延伸位置，并且定位系統(tǒng)將取芯鉆頭111定位成與冷凍樣本對(duì)準(zhǔn)(例如，在樣本上方，如圖9A中所示出)。接著，Z軸馬達(dá)103移動(dòng)(例如，降低)末端執(zhí)行器101，直到延伸的推出器141接觸冷凍樣本的表面為止，如圖9B中所示出。此時(shí)，隨著Z軸馬達(dá)103繼續(xù)將取芯鉆頭移動(dòng)得較靠近樣本表面129，冷凍樣本123將推出器141朝向縮進(jìn)位置推回到取芯鉆頭111中。推出器141與取芯鉆頭111之間的這種相對(duì)移動(dòng)致使致動(dòng)器桿145上的磁體149相對(duì)于傳感器147移動(dòng)。傳感器147檢測(cè)這種移動(dòng)并且向處理器發(fā)送指示推出器141已經(jīng)接觸冷凍樣本表面的信號(hào)。處理器使用關(guān)于推出器141和/或取芯鉆頭111的位置的信息(例如，來(lái)自定位系統(tǒng)和/或Z軸馬達(dá))來(lái)確定樣本表面的位置。
[0048]致動(dòng)器143將推出器141移動(dòng)到其縮進(jìn)位置。馬達(dá)115旋轉(zhuǎn)取芯鉆頭111，同時(shí)Z軸馬達(dá)103在處理器的引導(dǎo)下機(jī)械式地將取芯鉆頭的尖端插入到冷凍樣本123中到達(dá)冷凍樣本內(nèi)的某個(gè)位置，如圖9C和圖9D中所示出。冷凍樣本表面129的位置對(duì)應(yīng)于可通過(guò)將取芯鉆頭延伸特定距離進(jìn)入冷凍樣本中(例如，一直穿過(guò)樣本到達(dá)容器的封閉末端(例如，底部)，如圖9D中所描繪)來(lái)獲得的冷凍樣本芯125的長(zhǎng)度。通常需要使取芯鉆頭111 一直延伸穿過(guò)冷凍樣本123來(lái)獲得全深度冷凍樣本芯，因?yàn)樵跇颖菊焕鋬鰰r(shí)可形成垂直濃度梯度并且因此全深度冷凍樣本芯的全部組分可更能代表整個(gè)母樣本的全部組分。即使取芯鉆頭111并未一直延伸穿過(guò)冷凍樣本123來(lái)獲得全深度冷凍樣本芯125，處理器也可使用關(guān)于樣本表面129的位置的信息來(lái)確定通過(guò)將取芯鉆頭111移動(dòng)特定距離進(jìn)入冷凍樣本123中來(lái)獲得的冷凍樣本芯中有多少材料。
[0049]在鉆孔完成之后，Z軸馬達(dá)103機(jī)械式地從冷凍樣本123縮回取芯鉆頭111來(lái)獲得將形成冷凍等分試樣的至少一部分的冷凍樣本芯125。在從樣本123縮回取芯鉆頭之后，冷凍樣本芯125保留在取芯鉆頭111內(nèi)，如圖9E中所示出。定位系統(tǒng)將取芯鉆頭111移動(dòng)到冷凍等分試樣接納容器127’，并且推出器141將冷凍樣本芯推出到等分試樣接納容器中，如圖9F中所示出。
[0050]處理器使用關(guān)于冷凍樣本123的表面129的位置(即，取芯鉆頭111插入在冷凍樣本中的深度)的信息來(lái)確定冷凍樣本芯125是否至少含有預(yù)定最小體積的樣本材料。如果第一冷凍樣本芯125含有足夠的材料，那么過(guò)程在圖9F處結(jié)束，此時(shí)將冷凍樣本芯存放在等分試樣接納容器127’中。然而，如果初始冷凍樣本芯125未含有足夠材料，那么重復(fù)所述過(guò)程(圖9G-9H)并且使用取芯鉆頭111來(lái)獲得另一個(gè)冷凍樣本芯125并將其存放在等分試樣接納容器127’中，直到冷凍等分試樣至少含有測(cè)試所需要的最小量的材料。在所示出的實(shí)施方案中，所獲得并且存放在等分試樣接納容器127’中的每個(gè)冷凍樣本芯125是全深度芯，這可有助于確保等分試樣的全部組分更能代表整個(gè)母樣本123的組分。然而，如果冷凍樣本123不含有垂直濃度梯度且/或等分試樣的組分與樣本的全部組分匹配并不重要，那么處理器可在本發(fā)明的范圍內(nèi)在取芯鉆頭111達(dá)到樣本的相對(duì)末端之前中斷鉆取冷凍樣本芯的過(guò)程。在已經(jīng)將足夠數(shù)目的冷凍樣本芯125存放在等分試樣接納容器127’中以形成至少含有最小量的樣本材料的等分試樣之后，適宜將含有剩余冷凍母樣本材料123的容器127放回到冷藏單元并且進(jìn)行儲(chǔ)存以供將來(lái)在稍后時(shí)間使用。
[0051]圖10A-10D中示出使用機(jī)器人末端執(zhí)行器101的方法的另一個(gè)實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施方案中，處理器使用成像系統(tǒng)161來(lái)識(shí)別冷凍樣本表面129的位置。一旦定位系統(tǒng)已經(jīng)將取芯鉆頭111與冷凍樣本123對(duì)準(zhǔn)(圖10A)，Z軸馬達(dá)103就將相機(jī)161朝向和/或遠(yuǎn)離冷凍樣本移動(dòng)(例如，如在圖10A-10C中)，直到冷凍樣本表面129在焦點(diǎn)上為止。處理器辨認(rèn)何時(shí)樣本表面129在焦點(diǎn)上(例如，使用眾所周知的自動(dòng)聚焦技術(shù))并且使用關(guān)于當(dāng)樣本表面在焦點(diǎn)上時(shí)成像系統(tǒng)161的位置的信息來(lái)確定樣本表面129的位置。一旦處理器已經(jīng)確定冷凍樣本表面129的位置，就以上文結(jié)合圖9C-9H描述的大致相同方式從冷凍樣本123獲得一個(gè)或多個(gè)冷凍樣本芯125并且將其存放在等分試樣接納容器127’中。
[0052]在使用末端執(zhí)行器301來(lái)稱重容器且/或確定容器的填充水平的一種方法中，首先將鎖定銷343插入到開(kāi)口 345中以阻斷安裝支架321相對(duì)于框架的移動(dòng)，如圖14A中所示出。接著，使用抓爪組件303來(lái)拾取容器(例如，含有冷凍樣本材料的容器)。舉例來(lái)說(shuō)，抓爪組件303可用以從一批樣本容器中拾取一個(gè)樣本容器來(lái)準(zhǔn)備將所述容器移動(dòng)到工作平臺(tái)上的工作臺(tái)，在所述工作臺(tái)處將從容器中取出一個(gè)或多個(gè)冷凍樣本芯(例如，使用末端執(zhí)行器的另一個(gè)零件101，如圖9A-9H中所示出)。在末端執(zhí)行器301提升并移動(dòng)容器的同時(shí)，鎖定銷343適宜保持在鎖定位置中。這有利地保護(hù)靈敏的重量傳感器305以免經(jīng)歷與容器、抓爪組件303和安裝支架321的加速相關(guān)聯(lián)的負(fù)荷。與這些加速相關(guān)聯(lián)的負(fù)荷通過(guò)鎖定系統(tǒng)341而非重量傳感器傳遞到框架307。
[0053]致動(dòng)器347將鎖定銷343從開(kāi)口 345縮回(圖14B)以便測(cè)量容器的重量。一旦縮回鎖定銷343并且鎖定系統(tǒng)進(jìn)而釋放安裝板，重量傳感器305就承受安裝板321、抓爪組件303以及由抓爪組件固持的任何物體的重量。這可在末端執(zhí)行器301被固定并且容器處于懸掛位置的同時(shí)進(jìn)行以便避免加速可能對(duì)重量測(cè)量造成的影響。如果必要的話，可使用停延時(shí)間來(lái)允許系統(tǒng)穩(wěn)定，之后再進(jìn)行重量測(cè)量。重量傳感器發(fā)送指示其上所具有的負(fù)荷的信號(hào)。通過(guò)減去安裝支架321和抓爪組件303的重量來(lái)確定容器的重量。
[0054]值得注目的是，末端執(zhí)行器303允許在不占用工作平臺(tái)上的任何空間的情況下測(cè)量容器的重量。這是重要的，因?yàn)樾枰刂乒ぷ髌脚_(tái)的溫度來(lái)保持工作平臺(tái)上的冷凍樣本材料的質(zhì)量。在處理冷凍生物樣本材料的情況下，當(dāng)需要控制的工作平臺(tái)的面積增加時(shí)，所需要的非常低的溫度導(dǎo)致巨大成本。工作平臺(tái)上的單獨(dú)稱重工作臺(tái)將增加需要溫控的面積的量。通過(guò)避免對(duì)工作臺(tái)上的重量工作臺(tái)的需要，末端執(zhí)行器303允許在不增加與控制工作平臺(tái)的溫度相關(guān)聯(lián)的成本和困難的情況下進(jìn)行重量測(cè)量。
[0055]末端執(zhí)行器301可用以在從容器中的冷凍樣本材料取出冷凍樣本芯的過(guò)程期間在不同時(shí)間測(cè)量容器的重量。舉例來(lái)說(shuō)，末端執(zhí)行器301可用以在容器移動(dòng)到鉆孔工作臺(tái)時(shí)測(cè)量容器的重量，之后從所述容器中的樣本材料取出一個(gè)或多個(gè)樣本芯。在取出冷凍樣本之前的容器的重量可提供關(guān)于容器填充有樣本材料的水平的信息。其還可提供關(guān)于已經(jīng)從所述容器中取出多少冷凍樣本芯的信息。末端執(zhí)行器301可在已經(jīng)取出一個(gè)或多個(gè)冷凍樣本芯之后(例如，在末端執(zhí)行器用以在工作平臺(tái)上的貯存架中更換所述容器的同時(shí))對(duì)容器進(jìn)行稱重，在此情況下，在鉆孔之前與在鉆孔之后的容器的重量之間的差異提供關(guān)于在所述過(guò)程期間從容器中取出的冷凍樣本芯中所含有的材料量的信息。末端執(zhí)行器303還可用以測(cè)量放置冷凍樣本芯的容器的重量(例如，在末端執(zhí)行器用以將含有等分試樣的容器放置在工作平臺(tái)上的貯存架中的同時(shí))。在這種情況下，含有等分試樣的容器的重量與容器的皮重之間的差異提供關(guān)于含有等分試樣的容器中所含有的材料量的信息。
[0056]在上文描述的一些方法中，處理器僅使用填充水平檢測(cè)系統(tǒng)131的一個(gè)方面來(lái)識(shí)別樣本表面129的位置(即，僅成像系統(tǒng)161或僅傳感器147，其檢測(cè)末端執(zhí)行器101與樣本表面129之間的接觸)。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，處理器可在同一方法中同時(shí)使用一個(gè)以上選項(xiàng)來(lái)定位冷凍樣本表面129以產(chǎn)生較穩(wěn)健的系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，處理器可使用以下任何組合:容器重量、視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)樣本進(jìn)行視覺(jué)觀察，和/或檢測(cè)何時(shí)末端執(zhí)行器初始接觸冷凍樣本的上表面以確定樣本容器填充有樣本材料的水平。末端執(zhí)行器的重量測(cè)量和填充水平檢測(cè)能力可進(jìn)而用以產(chǎn)生用于從冷凍樣本中取出冷凍等分試樣的穩(wěn)健的機(jī)器人系統(tǒng)，其確保并確認(rèn)每個(gè)冷凍等分試樣至少含有最小量的樣本材料。
[0057]當(dāng)介紹優(yōu)選實(shí)施方案的本發(fā)明的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述”希望意指存在一個(gè)或多個(gè)所述元件。術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”和“具有”希望為包括性的并且意指可存在除了所列舉的元件之外的額外元件。
[0058]鑒于前述內(nèi)容，將看到，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的若干目的并且獲得了其它有利結(jié)果。
[0059]由于可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下在以上構(gòu)造中做出各種變化，所以希望以上描述內(nèi)容中所含有以及附圖中所繪示的所有事物應(yīng)當(dāng)理解為說(shuō)明性的而不具有限制性意義。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從一批冷凍樣本收集冷凍等分試樣的機(jī)器人末端執(zhí)行器，所述冷凍樣本容納在多個(gè)容器中，每個(gè)冷凍樣本具有與所述容器的底部間隔開(kāi)的表面，所述機(jī)器人末端執(zhí)行器包括: 取芯鉆頭，其用于從所述冷凍樣本中取出冷凍樣本芯； 冷凍樣本芯提取系統(tǒng)，其適于以從所述冷凍樣本中提取冷凍樣本芯的方式相對(duì)于所述冷凍樣本移動(dòng)所述取芯鉆頭； 填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其適于檢測(cè)相應(yīng)容器中含有多少樣本材料；以及 處理器，其適于接收來(lái)自所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)并且使用所述信號(hào)和關(guān)于所述冷凍樣本芯提取系統(tǒng)的操作的信息來(lái)確定以下至少一者:(a)所述取芯鉆頭所獲得的冷凍樣本芯中所含有的材料量；以及(b)需要從特定冷凍樣本獲取以從所述冷凍樣本獲得預(yù)定量的材料的冷凍樣本芯數(shù)目。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述冷凍樣本芯提取系統(tǒng)包括適于旋轉(zhuǎn)所述取芯鉆頭的馬達(dá)。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述取芯鉆頭具有縱軸，并且所述冷凍樣本芯提取系統(tǒng)包括適于軸向移動(dòng)所述取芯鉆頭的馬達(dá)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其進(jìn)一步包括適于將所述取芯鉆頭所取出的冷凍樣本芯從所述取芯鉆頭推出的推出器，所述推出器能夠在所述推出器延伸超過(guò)所述取芯鉆頭的遠(yuǎn)端所在的延伸位置與所述推出器未延伸超過(guò)所述取芯鉆頭的所述遠(yuǎn)端所在的縮進(jìn)位置之間 移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)包括適于檢測(cè)所述推出器與所述冷凍樣本的所述表面之間的接觸的傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述傳感器適于檢測(cè)電特性的變化，其中所述變化同所述推出器與所述冷凍樣本之間的接觸相關(guān)聯(lián)。
7.如權(quán)利要求5所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述推出器適于在所述推出器處于所述延伸位置并且所述機(jī)器人末端執(zhí)行器被移動(dòng)以使得所述推出器接觸所述冷凍樣本中的一者時(shí)由所述冷凍樣本從所述延伸位置朝向所述縮進(jìn)位置移動(dòng)，所述傳感器包括檢測(cè)所述推出器朝向所述縮進(jìn)位置移動(dòng)的傳感器。
8.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)包括適于檢測(cè)所述機(jī)器人末端執(zhí)行器與冷凍樣本的表面之間的接觸的傳感器。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)包括成像系統(tǒng)，其中所述處理器適于相對(duì)于冷凍樣本的表面移動(dòng)所述成像系統(tǒng)，確定何時(shí)所述成像系統(tǒng)聚焦于所述表面上，并且使用關(guān)于當(dāng)所述成像系統(tǒng)聚焦于所述冷凍樣本的所述表面上時(shí)所述成像系統(tǒng)的位置的信息來(lái)確定所述冷凍樣本的所述表面的位置。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)適于檢測(cè)所述冷凍樣本的所述表面的位置。
11.一種用于從一批冷凍樣本自動(dòng)收集冷凍等分試樣的冷凍等分器系統(tǒng)的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，所述冷凍樣本容納在多個(gè)容器中，每個(gè)冷凍樣本具有與所述容器的底部間隔開(kāi)的表面，所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)包括處理器以及以下至少一者: (a)成像系統(tǒng)以及適于朝向和遠(yuǎn)離所述冷凍樣本中的一者移動(dòng)所述成像系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中所述處理器適于確定何時(shí)所述成像系統(tǒng)聚焦于所述冷凍樣本的所述表面上并且使用關(guān)于當(dāng)所述成像系統(tǒng)聚焦于所述冷凍樣本的所述表面上時(shí)所述成像系統(tǒng)的位置的信息來(lái)確定所述容器中含有多少樣本材料； (b)探針、用于朝向和遠(yuǎn)離所述冷凍樣本中的一者的表面移動(dòng)所述探針的系統(tǒng)以及適于檢測(cè)所述冷凍樣本的所述表面與所述探針之間的接觸的傳感器，其中所述處理器適于使用來(lái)自所述傳感器的信號(hào)和關(guān)于所述用于移動(dòng)所述探針的系統(tǒng)的操作的信息來(lái)確定所述冷凍樣本的所述表面的位置；以及 (C)機(jī)器人末端執(zhí)行器，其包括適于提升所述容器中的一者的抓爪和適于通過(guò)測(cè)量所述所提升的容器對(duì)所述末端執(zhí)行器施加的力來(lái)檢測(cè)所述所提升的容器的重量的傳感器，其中所述處理器適于使用來(lái)自所述傳感器的信號(hào)和關(guān)于所述容器中所含有的樣本的信息來(lái)確定所述容器中含有多少樣本材料。
12.如權(quán)利要求11所述的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)包括探針、用于朝向和遠(yuǎn)離所述冷凍樣本中的一者的表面移動(dòng)所述探針的系統(tǒng)、適于檢測(cè)所述冷凍樣本的所述表面與所述探針之間的接觸的傳感器以及適于使用來(lái)自所述傳感器的信號(hào)和關(guān)于所述用于移動(dòng)所述探針的系統(tǒng)的操作的信息來(lái)確定所述冷凍樣本的所述表面的位置的處理器。
13.如權(quán)利要求12所述的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述探針包括適于將冷凍樣本芯從所述取芯鉆頭推出的推出器。
14.如權(quán)利要求13所述的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述傳感器包括適于檢測(cè)同所述探針與所述冷凍樣本的所 述表面之間的接觸相關(guān)聯(lián)的所述探針的移動(dòng)的傳感器。
15.如權(quán)利要求12所述的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述傳感器適于檢測(cè)電特性的變化，其中所述變化同所述探針與所述冷凍樣本的所述表面之間的接觸相關(guān)聯(lián)。
16.如權(quán)利要求11所述的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)包括機(jī)器人末端執(zhí)行器，所述機(jī)器人末端執(zhí)行器包括適于提升所述容器中的一者的抓爪和適于通過(guò)測(cè)量所述所提升的容器對(duì)所述末端執(zhí)行器施加的力來(lái)檢測(cè)所述所提升的容器的重量的傳感器，其中所述處理器適于使用來(lái)自所述傳感器的信號(hào)和關(guān)于所述容器中所含有的樣本的信息來(lái)確定所述冷凍樣本的所述表面的位置。
17.如權(quán)利要求16所述的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述傳感器安裝在所述末端執(zhí)行器上。
18.如權(quán)利要求17所述的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括鎖定機(jī)構(gòu)以及第一支架和第二支架，所述第二支架連接到所述第一支架，使得所述第二支架支撐所述第一支架的重量，所述鎖定系統(tǒng)可操作以當(dāng)所述鎖定系統(tǒng)處于鎖定狀態(tài)時(shí)將所述第一支架和所述第二支架相對(duì)于彼此鎖定到恰當(dāng)位置，其中所述傳感器是將所述第一支架連接到所述第二支架的應(yīng)變儀，所述應(yīng)變儀被定位成使得當(dāng)所述鎖定系統(tǒng)處于未鎖定狀態(tài)時(shí)所述應(yīng)變儀支撐所述第一支架的重量。
19.如權(quán)利要求18所述的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述應(yīng)變儀包括測(cè)壓儀。
20.如權(quán)利要求16-19中任一項(xiàng)所述的填充水平檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述填充水平檢測(cè)系統(tǒng)適于檢測(cè)所述冷凍樣本的所述表面的位置。
21.—種從容器中所含有的冷凍樣本中取出冷凍等分試樣的自動(dòng)化方法，所述方法包括: 使用傳感器來(lái)確定所述冷凍樣本的與所述容器的底部間隔開(kāi)的表面的位置并且向處理器輸出指示所述表面的位置的信號(hào)； 在所述處理器的引導(dǎo)下將取芯鉆頭的尖端機(jī)械式插入到所述冷凍樣本中到達(dá)所述冷凍樣本內(nèi)的某個(gè)位置； 將所述取芯鉆頭從所述冷凍樣本中機(jī)械式縮回以獲得冷凍樣本芯，所述冷凍樣本芯形成所述冷凍等分試樣的至少一部分；以及 通過(guò)使用關(guān)于所述樣本的所述表面的位置和所述冷凍樣本內(nèi)的所述位置的信息確定所述冷凍等分試樣是否至少含有預(yù)定最小體積的樣本材料來(lái)確保所述冷凍等分試樣至少包括所述預(yù)定最小體積的樣本材料。
22.如權(quán)利要求21所述的自動(dòng)化方法，其進(jìn)一步包括重復(fù)所述插入和縮回步驟以從所述冷凍樣本獲得另一個(gè)冷凍樣本芯并且將其添加到所述冷凍等分試樣，直到所述冷凍等分試樣至少含有所述預(yù)定體積的樣本材料為止。
23.如權(quán)利要求21-22中任一項(xiàng)所述的自動(dòng)化方法，其中找出所述冷凍樣本的所述表面的位置包括用探針機(jī)械式接觸所述冷凍樣本的所述表面并且使用傳感器來(lái)檢測(cè)所述探針與所述冷凍樣本的所述表面之間的接觸。
24.如權(quán)利要求23所述的自動(dòng)化方法，其進(jìn)一步包括使用所述探針來(lái)將所述冷凍樣本芯從所述取芯鉆頭推出。
25.如權(quán)利要求21所述的自動(dòng)化方法，其中找出所述冷凍樣本的所述表面的位置包括相對(duì)于所述樣本移動(dòng)成像系統(tǒng)并且使用所述處理器來(lái)確定何時(shí)所述成像系統(tǒng)聚焦于所述冷凍樣本的所述表面上。
26.如權(quán)利要求21-25中任一項(xiàng)所述的自動(dòng)化方法，其進(jìn)一步包括在取出所述等分試樣之后將剩余的冷凍樣本放置到冷藏單元中以儲(chǔ)存所述剩余的冷凍樣本以供稍后使用。
27.一種用于移動(dòng)并稱重容器的機(jī)器人末端執(zhí)行器，所述機(jī)器人末端執(zhí)行器包括: 框架； 安裝支架； 抓爪組件，其安裝在所述安裝支架上，所述抓爪組件可操作以將含有樣本材料的容器固持在懸掛位置中，使得所述抓爪組件承受所述容器和所述容器中的樣本材料的重量； 重量傳感器，其連接到所述框架和安裝支架，所述重量傳感器適于輸出指示通過(guò)所述重量傳感器在所述框架與安裝支架之間傳送的力的量的信號(hào)； 鎖定機(jī)構(gòu)，其包括鎖定元件，所述鎖定元件能夠在鎖定位置與非鎖定位置之間選擇性移動(dòng)，其中在所述鎖定位置中，所述鎖定元件限制所述安裝支架與框架之間的相對(duì)移動(dòng)并且承受所述安裝支架的至少一些重量，并且其中在所述非鎖定位置中，所述鎖定元件不承受所述安裝支架的任何重量并且所述重量傳感器承受所述安裝支架的重量。
28.如權(quán)利要求27所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其進(jìn)一步包括將所述安裝支架連接到所述框架的線性軸承，所述線性軸承被定向成允許所述安裝支架在垂直方向上相對(duì)于所述框架移動(dòng)并且限制所述安裝支架在其它方向上相對(duì)于所述框架移動(dòng)。
29.如權(quán)利要求27-28中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述重量傳感器包括應(yīng)變儀。
30.如權(quán)利要求27-28中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述重量傳感器包括測(cè)壓儀。
31.如權(quán)利要求27-30中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述機(jī)器人末端執(zhí)行器是取放末端執(zhí)行器。
32.如權(quán)利要求27-31中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述重量傳感器具有足夠的靈敏度來(lái)測(cè)量小至0.5mg的重量變化。
33.如權(quán)利要求27-32中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人末端執(zhí)行器，其中所述重量傳感器適于維持百分之0.3 或更小的滿刻度偏差。
【文檔編號(hào)】G01N1/02GK104081180SQ201380006859
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月26日
【發(fā)明者】M·布魯威爾勒, S·索克漢瓦爾, C·康斯坦丁尼奧, M·羅森, T·巴斯克 申請(qǐng)人:克萊奧克斯特拉克特儀器有限責(zé)任公司