A mobile service robot for automisation of sample taking and sample management in a biotechnological pilot laboratory

Abstract

In biotechnologischen Laboratorien ist die Qualität der typischerweise pharmazeutischen Produkte ein wortwörtlich lebenswichtiges Ziel. Die Qualität der Zellkultivierungen wurde historisch nur durch off-line Messungen von physikalischen Prozessparametern wie pH und pO2 sichergestellt. Biologische Parameter wie die Zelldichte und -viabilität wurden nur off-line gemessen, weil das dazu notwendige Probenmanagement hochkomplizierte Manipulationen und Analysen beinhaltet und deshalb nicht automatisiert werden konnte. Es gibt zwar mehrere automatisierte Geräte, um einem Labortechniker zu assistieren, aber kein System, welches das gesamte Probenmanagement automatisiert. In dieser Arbeit wird ein neuer Typ von Serviceroboter präsentiert, der aus einem auf einer mobilen Plattform montierten Roboterarm besteht und diese Lücke schließt.\nDieser Roboter muss eine ganze Reihe von Problemen bewältigen: Er muss seine Position im Labor bestimmen können (Lokalisation), er muss eine kollisionsfreie Bahn zu den beteiligten Geräten finden können (Bahnplanung mit Hindernisvermeidung), er darf bei seinen Bewegungen keine Menschen gefährden oder Laborausrüstung beschädigen (Kollisionsvermeidung), er muss die zu bedienenden Geräte erkennen und ihre Position präzise messen können (Bildverarbeitung), er muss sie bedienen können (Armsteuerung), er muss Objekte greifen können (Greifer und Finger) und er muss sie gefügig handhaben können, um sie nicht zu beschädigen (Kraftregelung). Er muss autonom sein, um nur die allernotwendigste Menge an Benutzereingriffen zu benötigen, und doch durch ein Laborsteuerprogramm kontrollierbar sein, um Eingriffe zu erlauben. Schließlich muss er einfach durch ungeschultes Personal zu warten sein. All diese Aspekte werden von dem in dieser Arbeit präsentierten neuen Robotersystem abgedeckt.