易于整合的实验室自动化机器人

实验室自动化程度不断提高，拥有正确、可以自动选择工具并执行精确操作的机器人也变得越来越重要。

随着越来越多桌面系统的出现，实验室自动化市场也在持续增长，但提供最基本的移液之外的其他功能也成为实验室自动化领域的一大挑战。经过多年详细研究分析市场反馈信息，Andrew Alliance下定决心接受这一挑战，并最终推出Andrew+移液机器人。另外，他们还通过持续扩大移液机器人的附件范围，让这套装置的功能远远超出最基本的自动移液，仅凭这一点就已经胜过许多竞品系统（见图1）。

图1：Andrew+移液机器人的设计目的是容纳和使用范围不断扩大的附件。

Andrew+是该公司OneLab云连接生态系统的一部分，在这个生态系统中，用户可以轻松高效地设计和执行实验室协议。这种灵活架构让用户能轻松地从费时费力的手动移液工作流程过渡到零错误、完全自动化的实验室工作流程。这套系统的最大优势在于：用户不必是经验丰富的程序员，也不必是实验室机器人技术或自动化工程方面的专家，就可以操作系统。

这款移液机器人的基本单元重量只有35磅，可以方便地在桌面上使用，并且可以移动到实验室内的其他位置或搬运到其他部门使用，以完成各种不同的任务。机器人配备一个集成的工具库。机器人会抓取适当的操作工具并将其固定，然后执行指定的功能。

Andrew+是一套模块化系统，经过调整后可用于各种不同的任务和应用，包括QC样品制备、分析化学、连续稀释、血浆制备、DNA提取、浓度标准化等。通过单通道和多通道电子移液管，该系统不仅可以确保移液性能，同时也为用户提供最大的灵活性。不仅如此，这套装置还可根据应用情况，执行多种复杂的实验步骤，例如捕获柱。

移液管不仅速度极快，而且可以提供从0.2 µl到10 ml的动态分液体积范围（见图2）。这套装置的设计适合大多数实验室工作台和生物安全柜，可以灵活地安装在所需的工作位置上。在装置中，可以处理两排完整的Domino微孔板底座（上面可安放7个微孔板或56个圆底试管或168个微孔管），其深度约为60cm/24英寸，甚至适用最小型号的防护罩。装置的体积精巧，可放置在冰箱内，并且甚至可在低至4摄氏度的温度下工作。

图2：Andrew+可与一系列符合行业标准、适合各种移液体积的移液管搭配使用。

三关节机器人控制

Andrew Alliance选择了三台由maxon设计和制造的EC45 Flat盘式电机来驱动机械臂：在肩部、肘部和腕部各安装了一台电机。全球运营总监Antoine Jordan表示：“尺寸和占用空间对于保持机器人的紧凑性和轻便性非常重要。”

公司过去曾经使用过maxon的产品，因此，这家公司在将电机纳入全新的设计之前，就已经积累了丰富的电机技术经验。maxon电机非凡的稳定性、丰富的产品种类以及与大量应用兼容的特性，给这家公司留下十分深刻的印象，同时也为他们的项目提供完全的设计灵活性。良好的使用体验甚至让Andrew Alliance相信：按需经过细微调整的电机型号完全可以胜任他们的应用需要。

在确定要使用的电机之后，便会进一步加强设计参数的限制，并最终生产出一套高度准确的精密系统。精度是自动化实验室机器人的一个关键要素，因此，这款设计中也包括一台用于系统闭环运行的集成绝对值编码器。它有助于提供和保持最终应用所需的精度。在两项关键的操作中，机器人都必须达到这种极端的精度——在抓取各种仪器或工具时必须精确地移动，在持握工具之后也必须精确地执行指定的操作。

图3：Andrew+上使用三台EC45无刷DC Flat盘式电机，机器人的各个关节上分别安装有一台电机。

正确的电机

决定使用EC45无刷DC Flat盘式电机是这项应用的关键决策之一（见图3）。除了在操作时必须达到规定的精度之外，电机还必须在整个移动过程中快速响应。取决于机械臂在任意时间点所处的位置，可能需要更大的转矩，尤其是在进行悬臂操作时。传感器整合在系统控制中，以确保在不接触其他任何系统部件的情况下使机械臂归位。

电机是电子换向的四极无刷装置，因此能实现超长的电机寿命和低噪音运行。电机中采用的是高能钕磁铁，不仅反应灵敏，而且最大限度地缩小了整体尺寸。电机的连续输出功率达到200 W；根据所使用的绕组，最大转速可达到12,000 rpm，最大连续转矩可达到265 mNm (37 oz-in)。

Andrew+中使用的EC45电机是经过细微调整的标准型电机。maxon提供了几种不同的电机供选择，因此两个团队很容易展开合作：共同确定一种过去曾使用过的产品，并轻松地针对特定应用需要重新配置电机。在选择并设计完成首台电机之后，就可以生产所需数量的电机，从而使整个项目得以顺畅进行。

结论

Andrew Alliance发现，与值得信赖的供应商合作，他们能为Andrew+实验室自动化机器人快速找到并选定正确的部件。这款EC45电机提供了机器人设计执行的各种操作所需的速度、转矩和精度。可靠性和长使用寿命也是公司在选择电机时必须考虑的关键要求。在实验室自动化这样一个关键的行业中，设计专业知识和正确的技术都很重要。