用于执行多个实验室操作的自主移动机器人模块和包括自主移动机器人模块的自动化模块化实验室辅助系统的制作方法

本发明涉及一种用于执行多个实验室操作的自主移动机器人模块和具有自主移动机器人模块的自动化模块化实验室辅助系统，这些实验室操作具体地为生物、化学、生化和/或医学实验室操作。本发明具体涉及一种用于实验室应用的自主移动机器人模块和柔性模块化机器人工具箱，更具体地，涉及一种用于生化和化学实验室应用的可由人类和机器人使用的自主移动机器人模块和柔性模块化机器人工具箱。

背景技术：

1、生化实验室的日常工作主要由构成实验室应用的实验室操作组成。这些实验室操作的实例包括混合、均质化、温度调节（温度调节应包括加热和冷却）、固体分配、液体定量给料、移液、ph 控制和调节、称重、离心、分析、采样、加盖/去盖、转移、夹持、储存、记录和追踪。这些实验室操作可以根据特定实验室过程的相应工作流以不同的组合和配置来执行。此类实验室应用的实例包括如缓冲液/洗脱液的液体的液体制备、稀释系列、样品和试剂、滴定的执行、工厂处的采样工作流、生产期间或用于最终产品放行的样品的分析测量，以及产品的最终灌装和分装。

2、然而，如现有技术中所述，此类实验室操作在许多不同的制备性和非制备性实验室应用中的重复，结合每个实验室操作的手动记录以及实验室应用的整体工作流，仍然需要更高程度的通用性、灵活性、精确性和/或用户友好性。必须由人类执行的剩余步骤仍然容易出错，特别是在以常规和重复的方式执行实验室操作时。进一步地，制备性工作过程所需的时间是以生产或质量认证中的实际实验室工作为代价的。具体地，在人员短缺和人口结构变化的时期，必须面对如何执行基础性和制备性实验室工作的现状。另外，手动实验室空间显示出非常低的利用率，因为它们主要在实验室工作人员的工作时间内使用。

3、现有技术通常公开了一个特定工作流或甚至仅工作流的一个特定部分的自动化，其可以例如适用于如高通量筛选的高通量应用中使用的自动化工作流。此外，由于在实验室领域中无法完全消除手动工作流，因此通常公开了不适于人类使用的专门设计技术和设备，并且除了人类实验室工作空间之外，还需要这些技术和设备。这意味着现有技术的技术通常是在常规人类实验室空间之外设计的，当人类在场时，常规人类实验室空间的利用率仍然是低的，通常每周只有 20%。

4、具体地，实验室领域中对过程变化的要求通常非常高，并且包括使用各种不同的容器类型、化学品、所需体积、具有各种框架条件和分析装置的各种过程顺序。分析测量的重复率所反映的效率通常非常低。由于技术挑战，自动化方法通常是高度复杂的、特定于应用的，并且因此对于过程变化程度高的过程工作流而言是昂贵且不经济的。在许多实验室领域，除了诸如高通量筛选领域的少数例外，这些标准因此无法满足。这就是为什么许多实验室工作步骤仍然需要实验室员工手动执行。

5、当满足高统一性/低过程变化、高重复率和/或高风险潜在/产品保护的标准时，通常使用机器人和自动化解决方案。因此，市场上的商业解决方案侧重于满足上述标准的过程。现有技术侧重于特定应用的自动化，如处理有限数量的载体类型（如孔板）的高通量筛选。进一步地，这些技术仅将自动化局限于特定的过程步骤，而不是将整体工作流自动化。因此，在这种最新技术水平的技术中，人类交互是这些技术的重要组成部分。

6、另外，此类现有技术并不能解决现有实验室设备和空间利用率低的问题。

7、在人类使用的环境中工作不可避免地意味着移动机器人平台必须具有与人类相似的技能。在实验室环境中，这意味着使用移液器工作、打开和关闭各种容器、运输各种材料，并且当然，意味着与分析和实验室设备一起工作和交互。由于复杂性，没有现有技术系统实现此类功能。

8、进一步的挑战仍未解决，因为当与人类共享实验室空间时，移动机器人系统执行的操作必须对人类是安全的。此外，使用机械臂、自主移动机器人 (amr) 或这两种技术的组合的最新技术水平的技术仅限于较小的能力。在诸如离心机、光度计、色谱辊式混合器等的经典实验室设备上工作总是与制备前和制备后工作步骤相结合。制备性工作步骤可以是连续稀释（找到合适的稀释度，以获得良好的光度测定结果）、经典分装、移液到下一个分析步骤所需的特定容器（诸如离心管或比色皿）中。

技术实现思路

1、因此，期望提供一种通用的自主移动机器人模块，其可以在与人类共享的实验室空间中执行多个实验室操作；以及一种具有自主移动机器人模块的通用、便捷、灵活和/或标准化的自动化模块化实验室辅助系统，用于完全自主地执行至少一个实验室操作，而无需人类交互。还期望增加自主移动机器人模块的功能数量和通用性。

2、这些目的中的至少一个目的通过独立权利要求的主题来实现。具有可选特征的进一步实施例受从属权利要求的限制。如下更详细地描述了根据一个方面的本发明及其相关实施例。

3、本公开提出了一种与不同过程相关的方法，该不同过程包括具有低重复和低统一性/更高变化和/或高灵活性的过程，并且可以在相同的人类实验室工作空间中自动执行，该人类实验室工作空间包括广泛的不同实验室应用，如液体制备，详细地，缓冲液/洗脱液生产、样品制备、试剂制备、稀释系列制备、灌装、滴定、采样以及光度和色谱分析可以自动实现。

4、本公开描述了移动机器人实验室助手（也称为“自主移动机器人模块”）在人类实验室环境中的用途。这需要将人类实验室设备和家具改造成具有特定功能的所谓功能性实验室模块。特定功能性包括功能性实验室模块，并且可以与实验室中所需的典型实验室操作相关。这些实验室操作可以是混合、均质化、温度调节、固体分配、液体定量给料、移液、液体定量给料、称重、离心、分析、采样、加盖/去盖、转移、夹持、储存、记录和追踪。本公开允许具有自主实验室助手的新实验室设计，以支持人类实验室工作人员。

5、本公开进一步提出了整体实验室应用的自动化，特别是可以节省时间并防止人为错误的此类制备性实验室应用。更准确地说，关于由基于相同实验室操作的若干不同实验室应用的灵活自动化方法表示的相应实验室操作，在工作流的多个实施例中描述了模块化自动化。

6、本公开提供了一种移动机器人实验室助手，其具有用于在人类使用的实验室和固定实验室模块中进行安全制备性实验室工作的机载功能，其中每个模块表示可以在相应模块上执行的指定数量的基本实验室操作。对每个模块执行的实验室操作可以基于归属感进行分类。

7、由于重点是移动机器人实验室助手，该助手具有用于在人类使用的实验室中进行安全制备性实验室工作的机载功能，因此所有固定（功能性实验室）模块都可以设计成使得它们也可以考虑到人类与机器之间的混合协作而由人类使用和操作。这可以保证关于过程或工作流偏差的高度灵活性。可以另外提供高度灵活性，其中不同类型容器中体现的材料、物体和/或载体可以由移动机器人实验室助手处理，该移动机器人实验室助手具有用于在人类使用的实验室中进行安全制备性实验室工作的机载功能。载体（特别是容器）包括具有5 毫米与 101 毫米之间的不同直径的圆柱形容器，带有螺旋盖，如各种尺寸的 schott™瓶、falcon™ 管、hplc 小瓶和 sarstedt™ 管。另外，本公开描述了移液器和移液器吸头、比色皿、磁力搅拌棒和漏斗的处理。处理常规实验室设备的能力反映了本发明的高度灵活性和可变可用性。根据第一方面，一种用于执行多个实验室操作的自主移动机器人模块包括：安全传感器，其用于检测人员；机器人模块控制器，其被配置为控制多个实验室操作并且当检测到人员时停止多个实验室操作中的至少一个实验室操作；电机，其用于驱动由机器人模块控制器控制的自主移动机器人模块的移动；用于接收物体的机器人平台；机器人臂，其被配置用于执行由机器人模块控制器控制的多个实验室操作；一个或多个工具可连接到机器人臂，其中一个或多个工具至少包括：加盖器和/或去盖器功能，其用于对容器进行加盖和/或去盖；移液功能，其用于在容器之间移取液体。

8、这种实验室设备特别是与机电一体化元件的组合的协同效应实现了允许制备性活动，包括在人类实验室环境中的任何位置进行安全样品制备，并且在实验室的任何地方使用或不使用任何固定的实验室装置/设备，从而实现安全的传感器监控的人机共存。

9、提供了一种通用的自主移动机器人模块，其可以在与人类共享的实验室空间中执行多个实验室操作；以及一种具有自主移动机器人模块的通用、便捷、灵活和/或标准化的自动化模块化实验室辅助系统，用于完全自主地执行至少一个实验室操作，而无需人类交互。可以增加自主移动机器人模块的功能数量和通用性。

10、自主移动机器人模块可以进一步包括以下中的至少一者：吸头站；废弃物容器；工具更换站；相机；储存空间。

11、具体地，开发了一种移动机器人实验室助手，其具有用于在人类使用的实验室中进行安全制备性实验室工作的机载功能，包括两个主要功能，其中第一功能基于用于机器人系统在与人类共存下的安全工作的安全传感器，并且第二功能包括通过机载功能性实现的制备性工作，该机载功能性包括移液、追踪、拾取和放置、图像识别、夹持器工具更换、工作表面、容器的加盖和去盖以及各种耗材的储存。总之，移动机器人实验室助手可以在任何地点和任何时间在与人类实验室工作人员共存下并在人类环境中提供安全的制备性实验室工作。

12、实验室环境中的术语“制备性工作”可以主要由两个主要任务组成：第一个任务是处理来自不同制造商（如 sarstedt、greiner、eppendorf、schott 等）的各种各样的容器类型，其中处理在容器的打开、关闭和储存方面是必不可少的。就用于容器的灵活加盖器和无法独立放置的载体托盘系统而言，机载设备对于此第一个方面是必不可少的。第二项任务是围绕液体处理。这可以详细地包括通过使用移液器和吸头站和废弃物站进行移液。因此，可以分装不同的体积。此外，为了同时实现这两个任务，不仅需要储存材料和制备位置，还需要使用相机进行识别，并且由于在两个任务之间切换，夹持器更换系统是必要的。

13、具有用于安全制备实验室的机载功能的移动机器人实验室助手可以在人类使用的实验室（也称为“机器人模块或机器人技术人员模块”）或“）”中工作，并用于执行多个实验室操作，该实验室操作包括至少典型的实验室设备以及机电一体化元件：其中机电一体化元件包括安全传感器、相机、工具更换系统、机器人控制器、机械臂和移动机器人平台，并且其中典型的实验室设备包括移液器、吸头站、废弃物、加盖器/去盖器、用于储存的空间和用于制备的空间。这种典型的实验室元件与机电一体化元件一起实现了技术效果：在实验室中的任何地方进行安全的制备性工作，其中机器人模块包括：机载移液功能，其用于执行包括以下的多个实验室操作中的至少一个实验室操作：移取液体；机载视觉检测功能，其用于执行包括以下的多个实验室操作中的至少一个实验室操作：物体的转移、标签的追踪以及工作台和耗材的状态检测、样品（如聚集状态（固体/液体部分））的识别；机载储存功能，其用于执行包括以下的多个实验室操作中的至少一个实验室操作：耗材的独立储存和重新装载；机载废弃物处置功能，其用于独立处置移液器吸头和用过的耗材；机载工具更换系统，其用于在使用两点式夹持器的容器处理与使用移液器的液体处理之间实现全自动过程流程；加盖器/去盖器功能，其用于执行包括以下的多个实验室操作中的至少一个实验室操作：对至少一个载体进行加盖和/或去盖；以及安全传感器功能，其用于检测人员并且当检测到人员存在于移动机器人实验室助手附近时停止多个实验室操作中的至少一个实验室操作。典型实验室设备与机电一体化元件的协同效应可在实验室的任何位置以及在任何分析或其他固定放置的实验室设备上实现安全、自主和全自动化的样品制备。

14、用于执行包括移取液体的多个实验室操作中的至少一个实验室操作的移液功能可以通过被配置为自动操作的机载移液器装置来实现。移液器可以附接到、固定和/或耦接到机器人臂，具体地机器人臂的端部。用于执行包括对至少一个载体进行加盖和/或去盖的多个实验室操作中的至少一个实验室操作的加盖器/去盖器功能可以通过机载加盖器/去盖器装置来实现。用于检测人员并且当检测到人员存在于移动机器人实验室助手附近时停止多个实验室操作中的至少一个实验室操作的安全传感器功能可以通过机载安全传感器（诸如用于感测人员是否在房间和/或传感器附近的红外传感器）与控制器和对应软件组合来实现，该控制器和对应软件被配置为控制和/或停止一个或多个实验室操作。用于执行包括物体的转移、标签的追踪以及工作台和耗材的状态检测的多个实验室操作中的至少一个实验室操作的视觉检测功能可以通过附接到机械臂的端部的相机来实现。用于执行包括耗材的独立储存和重新装载的多个实验室操作中的至少一个实验室操作的储存功能可以通过用于储存储存在托盘中的瓶、烧瓶和其他耗材的机载抽屉和可移动移动平台顶部的机载开放储存空间来实现。

15、这些机载功能和元件的协同技术效果包括在实验室的任何地方进行安全的制备性实验室工作以及与人类使用的实验室环境的独立交互。通过每个功能性实验室模块中的视觉标记、固定位置和控制器，可以实现与人类实验台的交互，也称为功能性实验室模块。实验室环境中的移动制备性工作能力包括：使用各种容器类型和耗材类型，包括锥形瓶（例如 50 ml、100 ml、200 ml、250 ml、500 ml）；schott™ 瓶（例如 100 ml、150 ml、250 ml、500 ml、750 ml、1000 ml）；falcon™ 管（例如 15 ml和50 ml）；sarstedt™ 管（例如 0.5ml、1.0 ml和2.0 ml）；磁力搅拌棒（例如 6 mm、10 mm、20 mm、30 mm）；玻璃和塑料比色皿（半微量和常量）；漏斗；固体定量给料头，其中处理在容器的打开、关闭和储存方面是必不可少的；以及在实验室的任何地方和装置上借助于移液进行液体处理。这种制备性工作功能通过以下来实现：用于移取液体的机载移液器、用于拾取吸头的机载吸头站、用于处置耗材的机载废弃物、用于材料和制备场所的机载储存装置、用于识别的机载相机、机载加盖器/去盖器、用于容器的机载载体托盘系统，以及用于在用于处理耗材的两点式夹持器与用于移取移动机器人实验室助手上的液体的移液器夹持器之间切换的机载夹持器更换系统。此外，提供移动机器人实验室助手的技术特征（具有机械臂的移动自主平台、机载移液、加盖/去盖、运输和放置功能（用于所有耗材和化学品的储存）以及机载安全传感器）的协同效应，以确保当实验室人员在周围时，即在附近，特别是在与移动平台的相同房间和/或在实验室中的装置站时，在相同环境中任何地点和任何时间进行安全操作和安全制备性工作。进一步地，移动机器人实验室助手允许高度灵活、全自动化和自主执行各种复杂的制备性活动，用于基于容器处理（打开、拧紧、放置）和液体处理（移液）的分析，诸如设置稀释系列、滴定、用样品进料分析装置和分析测量之前的一般制备性措施。进一步地，提供了一种全自动且自主移动移液系统，其可用于在实验室中的任何地方进行不受限制的移液。

16、由于由机器人的安全传感器实现的移动机器人实验室助手和人类共存的可能性，因此移动机器人实验室辅助系统可以与人类实验室技术人员同时操作或在不同的时间段操作。移动机器人实验室辅助系统可以完全独立地工作或与至少一个功能性实验室模块协作地工作。

17、机器人臂可以包括六轴机器人臂，其具体地被配置用于打开和关闭具有不同直径的螺旋盖容器。

18、六轴机器人臂可以被配置用于模拟人类手臂的运动；并且/或者可以进一步包括以下中的至少一者：串联连接的自动化移液器；夹持器更换站，其在移动操纵器的顶部，用于在实验室中的任何位置灵活地更换夹持器；两点式夹持器末端执行器，其用于夹持以及拾取和放置物体；托盘夹持器，其用于在限定的托盘中运输任何类型的实验室耗材或容器；废弃物，其用于处置移液器吸头和其他耗材；抽屉，其用于储存如瓶子或烧瓶的容器；抽屉，其用于储存带有如管、漏斗、磁力搅拌棒或比色皿的耗材的托盘；开放式储存空间，其在平台的顶部，用于临时储存材料和自主供应耗材。

19、根据第二方面，一种用于执行多个实验室操作的自动化模块化实验室辅助系统（也称为“用于实验室应用的柔性模块化机器人工具箱”或“可由人类和机器人使用的用于生化和化学实验室应用的柔性和模块化机器人工具箱”）包括：至少一个自主可移动和/或移动机器人模块，其具有机器人模块控制器、机器人臂和用于接收物体的机器人平台；至少一个具有功能性实验室模块控制器的功能性实验室模块；以及具有至少一个标准化机械载体特征的至少一个载体，其中至少一个机器人模块被配置成使用标准化机械载体特征用机器人臂拾取和/或夹持至少一个载体，并且其中机器人模块控制器和功能性实验室模块控制器被配置为使用标准化接口协议进行通信，以使至少一个机器人模块和至少一个功能性实验室模块彼此交互，并且使用至少一个载体执行至少一个实验室操作，其中机器人模块包括：移液功能，其用于执行包括移取液体的多个实验室操作中的至少一个实验室操作；加盖器/去盖器功能，其用于执行包括对至少一个载体进行加盖和/或去盖的多个实验室操作中的至少一个实验室操作；以及安全传感器功能，其用于检测人员并且当检测到人员存在于自动化模块化实验室辅助系统附近时停止多个实验室操作中的至少一个实验室操作。

20、用于执行包括移取液体的多个实验室操作中的至少一个实验室操作的移液功能可以通过被配置为例如通过自动化压力或抽吸自动操作的移液器装置来实现。移液器可以附接到、固定和/或耦接到机器人臂，具体地机器人臂的端部。用于执行包括对至少一个载体进行加盖和/或去盖的多个实验室操作中的至少一个实验室操作的加盖器/去盖器功能可以通过加盖器/去盖器装置来实现。用于检测人员并且当检测到人员存在于自动化模块化实验室辅助系统附近时停止多个实验室操作中的至少一个实验室操作的安全传感器功能可以通过安全传感器（诸如用于感测人员是否在房间和/或传感器附近的红外传感器）与控制器和对应软件组合来实现，该控制器和对应软件被配置为控制和/或停止一个或多个实验室操作。

21、至少一个机器人模块和至少一个功能性实验室模块可以在数量和布置上灵活地配置，以执行至少一个实验室应用。换句话说，机器人模块和/或功能性实验室模块的数量、布置和功能性可以变化，并且可以适于至少一个实验室应用。

22、换句话说，一种用于执行至少一个实验室操作的自动化模块化实验室辅助系统包括：具有机器人模块控制器的至少一个机器人模块；具有功能性实验室模块控制器的至少一个功能性实验室模块；以及具有至少一个统一和/或预定义的机械载体特征的至少一个载体，其中至少一个机器人模块被配置为使用至少一个统一和/或预定义的机械载体特征拾取、夹持、保持、接收和/或携带至少一个载体，并且其中机器人模块控制器和功能性实验室模块控制器被配置为在两侧（即在机器人模块控制器侧和功能性实验室模块控制器侧）上使用匹配的、兼容的、统一和/或预定义的接口协议进行通信，以使至少一个机器人模块和至少一个功能性实验室模块彼此通信和/或物理交互，并且使用至少一个载体执行至少一个实验室操作。

23、根据该方面的自动化模块化实验室辅助系统的技术特征（具有机械臂的移动自主平台、机载移液、加盖/去盖、运输和放置功能（用于所有耗材和化学品的储存）以及机载安全传感器）的组合以下技术效果：确保当实验室人员在周围时，即在附近，具体地在与移动平台的相同房间和/或在实验室中的装置站时，在相同环境中任何地点和任何时间进行安全操作。进一步地，自动化模块化实验室辅助系统允许高度灵活、全自动化和自主执行各种复杂的制备性活动，用于基于容器处理（打开、拧紧、放置）和液体处理（移液）的分析，诸如设置稀释系列、滴定、用样品进料分析装置和分析测量之前的一般制备性措施。进一步地，提供了一种全自动且自主移动移液系统，其可用于在实验室中的任何地方进行不受限制的移液。

24、自动化模块化实验室辅助系统可以提供用于执行至少一个实验室操作的通用、方便、灵活和/或标准化的自动化模块化实验室辅助系统。除了实现高度灵活性之外，系统可以根据功能性的数量进行扩展，即工具箱可以仅包括两个或多于两个（即多个）模块，其可以用于执行多个实验室操作。用于执行至少一个实验室操作的自动化模块化实验室辅助系统可以被认为是完全自动化或至少部分自动化的实验室系统，其中人类用户可以与至少一个机器人模块交互，或者至少一个机器人模块可以单独和/或自主地操作。具体地，可能的是，两个选项都可能适用，使得自动化模块化实验室辅助系统可以在一些时间自主操作，并且诸如实验室技术人员的人类用户可以在其他时间与自动化模块化实验室辅助系统交互。自动化模块化实验室辅助系统包括至少两个模块，即一个机器人模块和一个功能性实验室模块。自动化模块化实验室辅助系统可以包括一个机器人模块和多个功能性实验室模块。自动化模块化实验室辅助系统可以包括多个机器人模块和至少一个功能性实验室模块，具体地，多个功能性实验室模块。自动化模块化实验室辅助系统可以包括具有不同功能的多个功能性实验室模块以增加通用性和/或具有相同功能的多个功能性实验室模块以增加一个单个功能中的效率。具有机器人模块控制器的至少一个机器人模块可以被认为是执行任务的机器，具体地，是由计算机可编程并且可能能够自动地执行（简单和/或复杂的）一系列动作的机器。至少一个机器人模块可以由嵌入其内的机器人模块控制器和/或由外部控制装置控制，具体地，由可包括编排软件的系统控制器控制。至少一个机器人模块可以自主地和/或部分自主地执行/操作。至少一个机器人模块可以是移动的，即，可以相对于功能性实验室模块四处移动并改变其位置。替代地或另外，至少一个机器人模块可以具有诸如机器人臂的柔性部件，该柔性部件被配置为执行诸如抓取物体、扭转物体、挤压物体、提升物体、放置物体、拾取和放置等的复杂运动。因此，至少一个机器人模块可以进一步被配置为挤压、扭转、打开、关闭、加盖、去盖、运输、转动、旋转、搅拌、摇动、振动、加热、冷却、移液、清空和/或填充载体，诸如瓶和/或另一物体。机器人臂可以包括可相对于不同旋转轴线彼此相对旋转的元件。因此，机器人臂可以包括一个或多个关节，具体地球窝关节。

25、至少在大多数时间，具有功能性实验室模块控制器的至少一个功能性实验室模块可以是静止的。替代地或另外，具有功能性实验室模块控制器的至少一个功能性实验室模块可以是可移动的和/或移动的和/或柔性的和/或可以具有至少部分地和/或在某些时间可移动的和/或移动的和/或柔性的部件。至少一个功能性实验室模块可以具有对至少一个机器人模块和/或人类用户可用的特定实验室功能，使得至少一个机器人模块和/或人类用户可以执行与特定实验室功能相对应的实验室操作。具有至少一个标准化机械载体特征的至少一个载体可以具体地被认为是统一的几何形状，其中可以运输不同类型的容器。至少一个标准化机械载体特征可以被认为是设置在载体上的统一和/或预定机械特征。如果使用多个载体，则所有载体可以包括相同的统一机械载体特征，以通过使用相同的功能来对载体进行抓取、保持、拾取等，使得处理载体变得简单和/或高效。进一步地，至少一个标准化机械载体特征可以允许仅使用专门为移动机器人实验室助手和/或自动化模块化实验室辅助系统提供的标准化载体。因此，可以确保在自动化模块化实验室辅助系统中仅使用经批准、许可和/或认证的载体。

26、通常，如本文在不同上下文（标准化的机械特征、追踪和数据储存和/或处理，但不限于此）中使用的术语“标准化的”可以指至少两个元件/物体的特性，其是匹配的、兼容的、统一的和/或预定义的。因此，一个元件可以具有与另一个元件的对应标准化特性相等和/或兼容的标准化特性。例如，为了更好地理解所描述的概念并且不限于此，第一载体可以设置有标准化机械载体特征，其形式为两个孔，两个孔以孔之间的特定距离定位在载体主体中。然后，第二载体还可以设置有标准化机械载体特征，其形式为两个孔，两个孔以孔之间的相同特定距离定位在载体主体中。在该情况下，一个元件（第一载体）具有等于另一个元件（第二载体）的对应标准化特性的标准化特性。定位在载体主体中的两个孔可以与设置在机器人模块的机器人臂上的标准化机械机器人夹持器兼容，该标准化机械机器人夹持器诸如两个销，其以与设置在孔之间的距离相同的特定距离定位在销内。进一步地，销的形状和孔的形状可以是圆形的横截面，并且尺寸可以是兼容的，使得销可以被孔接收，并且机器人臂可以通过使用兼容的机械特征/特性来拾取第一和第二载体。在这种情况下，一个元件（第一载体/第二载体）具有与另一个元件（机器人臂）的对应标准化特性（销）兼容的标准化特性（孔）。标准化有不同的优点。提供具有标准化特征的许多不同元件、载体、模块和/或物体可能是非常有效的概念，因为工作流可能不需要调整此类机械特征。进一步地，可以确保，只有经认证、批准和/或许可的设备可以与移动机器人实验室助手和/或自动化模块化实验室辅助系统1000一起使用，以避免使用不安全、未经认证和/或未经批准的设备。标准化的概念可以帮助实现系统的模块化，使得元件和/或模块可以容易地集成或从系统中移除，而不会改变系统使用的基本概念。换句话说，通过在元件和/或模块上提供标准化特征，可以容易地扩展和/或缩小系统的范围。此外，可以确保和/或实现系统的更高程度的安全性，因为不能容易地集成以缺乏标准化特征为特征的未经认证、未经批准和/或未经许可的设备、模块、物体和/或元件。标准化也可以通过使用标记材料（例如rfid标记材料）的信息技术标准化来给出。此标签可导致使用统一标签对每个使用的载体（如至少瓶、烧瓶、耗材和/或固体定量给料头）进行标准化表征。这意味着，无论正在处理的材料（载体，如至少托盘、瓶、烧瓶、耗材和/或固体定量给料头）如何，都可以经由统一的信息路径（即rfid标签）实现材料的清晰识别。标准化也可以通过在每个机器人模块和功能性实验室模块中使用可编程逻辑控制器 (plc) 的控制技术标准化来给出。由于每个模块可以使用相同的通信协议，并且是其自身的主机，这导致模块之间的标准化通信，并保证系统的模块化和灵活性。

27、模块化可以在机械和/或电气层面上实现：模块化可以通过每个模块（例如实验室台）中的控制引擎在电气层面上实现，这些控制引擎与一个总体软件单元通信，以编排化学工作流，这可以被认为是电气模块化。模块化可以通过提供适于处理（转移和制备）多个不同消费品（即，比色皿、管、磁力搅拌棒等）和样品的移动托盘类型来在机械层面上实现，这可以被认为是机械模块化。换句话说，充当实验室台并且可以根据将待执行的至少一个实验室操作进行集群的模块被配置用于在整个信息技术、控制技术和机械标准化（标准化托盘、标准化固定位置、标准化追踪、标准化通信）中额外的自动化使用。至少一个机器人模块被配置为使用托盘处的标准化机械载体特征拾取至少一个载体，例如通过抓取（类似于使用人手的抓取）和/或通过使用预先定义以匹配标准化机械载体特征的其他机构，诸如销和孔、磁性元件、凹部和突起等。机器人模块控制器和功能性实验室模块控制器被配置为使用标准化的（即兼容的、对应的和/或相等的）接口协议进行通信，以使至少一个机器人模块和至少一个功能性实验室模块彼此交互，并且使用至少一个载体执行至少一个实验室操作。术语“模块”是指机器人模块和/或功能性实验室模块。这两种类型都可以用这个术语来表示。至少一个机器人模块可以包括至少一个标准化和/或预定义的机械机器人特征，例如夹持器托盘，其对应于至少一个标准化机械载体特征、与至少一个标准化机械载体特征兼容和/或匹配。至少一个标准化和/或预定义的机械机器人特征（例如夹持器托盘）可以被配置用于通过使用标准化机械载体特征来夹持、拾取、抓取、提升、携带和/或运输至少一个载体。

28、至少一个功能性实验室模块可以包括至少一个标准化和/或预定义的机械实验室特征，例如夹持器托盘，其对应于标准化机械载体特征、与标准化机械载体特征兼容和/或匹配。具体地，标准化机械载体特征可以包括具有预定义几何形状的以下特征中的至少一者：一个或多个孔、一个或多个销、一个或多个凹部、一个或多个突起、具有磁性特性的一个或多个机械特征，并且具体地，预定义几何形状可以包括以下中的至少一者：机械载体特征的位置和/或形式。至少一个标准化和/或预定义的机械机器人特征和/或至少一个标准化和/或预定义的机械实验室特征可以包括一个或多个孔（具体地，如果标准化机械载体特征包括一个或多个销）、一个或多个销（具体地，如果标准化机械载体特征包括一个或多个孔）、一个或多个凹部（具体地，如果标准化机械载体特征包括一个或多个突起）、一个或多个突起（具体地，如果标准化机械载体特征包括一个或多个凹部）、具有磁性特性的一个或多个机械特征（具体地，如果标准化机械载体特征包括一个或多个磁体），并且具体地，预定义几何形状可以包括以下中的至少一者：至少一个标准化和/或预定义机械机器人特征和/或至少一个标准化和/或预定义机械实验室特征的位置和/或形式。换句话说，至少一个标准化机械机器人特征和/或至少一个标准化机械实验室特征可以具体地与至少一个标准化机械载体特征的定向、位置、形状、形式和/或几何形状兼容，并且因此可以包括以下中的至少一者：一个或多个孔——即由一个或多个销匹配；一个或多个销——即匹配一个或多个孔；一个或多个凹部——即匹配一个或多个突起；一个或多个突起——即匹配一个或多个凹部；具有磁性特性的一个或多个机械特征——即匹配磁极性；以及在所有情况下匹配预定义的几何形状，特别是机械载体特征的位置和/或形状。如果例如至少一个标准化机械载体特征对应于圆销，则至少一个标准化机械机器人特征和/或至少一个标准化机械实验室特征可以对应于圆孔。

29、至少一个载体可以包括追踪装置，具体地标准化追踪装置，并且至少一个机器人模块和/或至少一个功能性实验室模块被配置为借助于追踪装置追踪至少一个载体，具体地，其中追踪装置包括以下中的至少一者：rfid 标签、印刷码、qr 码、印刷标签、发射器、收发器、天线。因此，至少一个机器人模块和/或至少一个功能性实验室模块可以包括追踪系统、接收器和/或应答器，其被配置为检测和/或记录来自追踪装置的信号，使得可以追踪、检测、确定和/或评估至少一个载体的位置、状态和/或特性。整个自动化模块化实验室辅助系统可以在具有统一特性的追踪装置上和/或在相同的追踪装置和/或相同的追踪原理上执行追踪，这然后可以导致标准化追踪。因此，多个载体、物体和/或元件可以具有相似或甚至基本上相同的追踪装置，其中可以从一个载体、物体和/或元件的每个追踪装置发送的信号可以不同于从另一个载体、物体和/或元件的追踪装置发送的信号。标准化追踪可以提高效率和/或简单性的程度。

30、全自动移动移液系统和/或移动机器人实验室助手可以包括用于从一个位置移动到另一个位置的移动机器人平台、用于移液器处理的六轴机械臂、用于在实验室中任何位置灵活移取液体的移液器末端执行器、用于检测吸头托盘中的移液器吸头的相机系统、用于在托盘中提供不同种类的吸头类型的吸头站、用于放置用于移除和分配液体的容器的工作和储存区域、用于处置移液器吸头和其他耗材的废弃物、用于人员保护和安全方面的红外传感器系统，以及用于在任何地方不受限制地移液的吸头托盘、容器、样品和液体的来源。因此，可以采取以下措施来实现独立权利要求所要求的全自动移动移液系统：提供具有允许在任何地方进行移液的移动自主平台的移液器系统；提供红外传感器系统，用于筛选环境并停止过程活动，以允许增加过程安全性；为内部的吸头托盘提供带有自动盖的吸头站，提供符合gmp标准的吸头储存；提供材料储存作为按需材料供应的来源，提供用于用新的吸头托盘重新装填的来源；使用相机系统提供吸头识别，通过在移液之前识别吸头来增加过程稳健性；使用带有压力传感器的移液器，通过泄漏控制和吸头控制提高过程稳健性。自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可用于（生物）化学和分析实验室，使用与人类实验室员工相同的工作空间。移动机器人移液器系统可以执行：在实验室的任何地方与人类在人类环境中共存进行移液，同时可以用新的吸头托盘自主重新装载吸头站，并且提供了吸头站盖的全自动化打开和关闭功能。过程工作流可以包括：i) 从移动平台上的材料储存中装载所有消费品和液体，即吸头、容器、液体溶液；ii) 移动到实验室的目标位置；iii) 在该位置开始安全扫描；iv) 打开容器；v) 更换夹持器；vi) 拾取移液管；vii) 打开吸头站；viii) 扫描托盘中的吸头位置；ix) 拾取吸头；x) 浸入液体储存器中，反复装载和卸载液体三次直至平衡；xi) 将液体转移到目标容器中；xii) 将吸头移除到废弃物中；xiii) 更换夹持器；xiv) 在多个实验室操作中的至少一个实验室操作中关闭容器可以包括以标准化、统一和/或预定的方式记录多个实验室操作，具体地，其中自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可以包括集中式 opc ua 数据服务器，其被配置为以标准化方式记录至少一个实验室操作。标准化、匹配、兼容、统一和/或预定义的接口协议可以包括以下中的至少一者：mtp、opc ua、sila、opc ua lads。至少一个载体可以包括以下中的至少一者：小瓶、管、比色皿、样品、带有吸头的内插物、磁力搅拌棒、漏斗、胶囊式过滤元件、容器、瓶或用于接收以下中的一者或多者的托盘：小瓶、管、比色皿、容器和/或瓶、样品管、带有吸头的内插物、磁力搅拌棒、漏斗、胶囊式过滤元件。术语“载体”可以广义地理解，即在支撑件（例如，如多孔板、托盘和/或篮筐的板）和/或容器（小瓶、管、比色皿、容器和/或瓶）和/或支撑件与容器之间的物体和/或包括支撑件和容器的物体的意义上，以至少部分地接收、保持、容纳和/或包围液体、固体、物体和/或元件。

31、至少一个机器人模块可以是可移动的、可平移的、移动的和/或可以自主移动的，并且可以被配置为执行以下中的至少一者：转移至少一个载体（瓶、烧瓶和/或其他物体、固体和/或液体）对小瓶、管、瓶、烧瓶、样品进行加盖和/或去盖；夹持和转移托盘中的至少一个载体和/或其他物体、固体和/或液体和/或材料；将液体至少从小瓶、管、瓶、烧瓶、比色皿、样品移取到小瓶、管、瓶、烧瓶、比色皿、样品；追踪至少一个载体和/或其他物体、固体和/或液体。用于人类和机器人使用的至少一个功能性实验室模块可以包括以下中的至少一者：水模块，其可以被配置为与至少一个机器人模块一起使用，以执行包括以下中的至少一者的至少一个实验室操作：提供、混合、液体定量给料、ph 控制与调节、加盖/去盖和称重；固体模块，其可以被配置为与至少一个机器人模块一起使用，以执行包括以下中的至少一者的至少一个实验室操作：提供、固体分配、称重和加盖/去盖；具有仓库管理模块的储存模块类型，其可以被配置为与至少一个机器人模块一起使用，以执行包括以下中的至少一者的至少一个实验室操作：储存固体/液体、储存至少一个载体、储存其他物体和设备、记录库存和追踪库存；分析模块，其可以被配置为与至少一个机器人模块一起使用，以执行包括分析样品、液体、固体或其他物体的至少一个实验室操作；均质化模块，其可以被配置为与至少一个机器人模块一起使用，以执行包括均质化和温度调节样品、液体、固体或其他物体的至少一个实验室操作；离心模块，其可以被配置为与至少一个机器人模块一起使用，以执行包括离心样品、液体、固体或其他物体的至少一个实验室操作；采样模块，其可以被配置为与至少一个机器人模块一起使用，以执行包括采样样品、液体、固体或其他物体的至少一个实验室操作。

32、至少一个功能性实验室模块可以包括多个模块，具体地，所列出的不同模块中的多个模块和/或如上列出的相同模块中的多个模块。提供固定模块，诸如水模块、材料储存装置和/或分析模块（例如光度计、色谱仪），具有以下技术效果：提供高度灵活、全自动化、自主以及部分/完全执行各种复杂分析活动的能力，这些分析活动诸如光度测量（光密度测定、酶活性测定、纯度测定、滴度测定等）。提供具有机械臂的移动自主平台（其具有运输和放置功能（托盘格式））以及具有托盘格式位置的材料储存装置/固定模块、安全传感器和移液功能，具有以下技术效果：提供模块之间灵活、与几何形状无关、简单且容易的材料和样品处理。至少一个实验室操作可以包括以下中的至少一者：混合、均质化、温度调节（包括温度调节至室温、加热和冷却）、固体分配、液体定量给料、移液、液体定量给料、称重、离心、分析（使用标准分析单元，如色谱法/光度法）、采样、加盖/去盖、转移、夹持、储存、记录和追踪，以及基于实验室应用的相关应用，如用于缓冲液制备的液体制备、分析测量、灌装和分装、滴定和采样工作流。至少一个机器人模块与至少一个功能性实验室模块之间的自动化相互作用可以允许以上列出的实验室操作中的一个或多个实验室操作，具体地多个实验室操作。

33、自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可以进一步包括系统控制器，具体地，其可以包括编排软件，该编排软件被配置为控制至少一个机器人模块控制器和/或至少一个功能性实验室模块控制器。系统控制器可以用作中央控制器，其（无线地或经由有线方式）与模块的一些或全部控制器连接。替代地或另外，至少一个机器人模块控制器和至少一个功能性实验室模块控制器可以被配置为彼此交互，而无需由中央和/或外部控制器来控制。自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可以包括至少一个、具体地两个或更多个功能性实验室模块和/或一个或多个机器人模块，这些模块被配置为借助于耦接机构彼此物理耦接和/或去耦接。耦接机构可以是标准化耦接机构，其允许将多种模块彼此耦接。耦接机构可以是光学定向机构，其允许在所有实验室模块上对机器人技术人员进行光学定向。详细地，每个实验室模块底部的定向和对准点用作用于机器人技术人员的移动平台的定向和对准点，并且每个模块顶部的定向点可以用作用于机器人技术人员的六轴臂的定向点。机器人技术人员可以使用移动平台上的激光传感器和安装在六轴机器人上的相机系统。耦接机构可以对应于允许将一个或多个模块彼此固定、组合、附接和/或物理耦接的物理耦接机构。物理耦接机构可以依赖于包括例如销（在一个模块上）和孔（在另一个模块上）的系统，其中一个模块可以包括销和孔两者。物理耦接机构可以依赖于卡扣机构和/或替代或额外机构。耦接机构可以是允许将一个或多个模块彼此电耦接的电耦接机构。例如，电耦接机构可以依赖于直接和/或经由电缆连接/可连接的插座和插头。耦接机构可以是允许将一个或多个模块彼此耦接以发送、接收和/或交换数据的数据耦接机构。

34、自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可以进一步包括或可以基于被配置为使至少一个实验室操作自动化的3层模型，具体地，其中：第一层包括用户前端界面（hmi）层，其被配置用于创建实验室过程工作流并启动工作流；第二层包括编排层，其被配置用于将实验室过程转化为功能性工作包并规划工作流；并且第三层包括plc层，其被配置用于在至少一个机器人模块和/或至少一个功能性实验室模块上处理功能性工作包。自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可以被配置为全自动化地执行至少一个实验室操作，和/或被配置为在与人类工人共存的情况下半自动化地执行至少一个实验室操作。换句话说，自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可以自主地执行，并且在一些情况下可以允许人类用户与自动化模块化实验室辅助系统的模块、元件和/或物体交互。机器人模块控制器和功能性实验室模块控制器被配置为使至少一个机器人模块和至少一个功能性实验室模块与彼此以及人类用户交互，以使用至少一个载体执行至少一个实验室操作。换句话说，机器人模块 30、人类和功能性实验室模块可以彼此交互，以共同执行至少一个实验室操作。

35、作为一个具体实施例的实例而非限制性地，用户可以接近机器人模块，并向机器人模块请求用于制备一升水性缓冲溶液的设备和材料。机器人模块可以与用户澄清授权以及详细地任务。作为实例，机器人模块可以建议水性缓冲溶液的不同配方，并且可以根据需求引导用户通过新配方，并建议化学类型和最终容器类型。基于用户的输入，机器人模块可以启动现有配方和/或创建新配方。机器人模块可以选择正确的载体，在这种情况下可以是一升瓶，并且可以计算 1l 水所需的正确量的磷酸盐缓冲盐水盐。机器人模块可以与功能性实验室模块（其可以是固体模块）交互，以称重并提供正确量的盐。机器人可以将定量给料量的盐填充到瓶中，并添加磁力搅拌棒。机器人可以进一步通过与提供 1l 水的液体模块交互，将正确量的水添加到瓶中。然后，机器人模块可以将装有盐、水和磁力搅拌棒的瓶交给用户。然后，用户可以自行决定瓶中的内容物是被搅拌还是被存放在某处以供稍后搅拌。

36、本公开包含具有提供协同技术效果的特征的多个实施例。例如，提供具有至少两个模块和/或移动机器人实验室助手的自动化模块化实验室辅助系统，以及在机械特性、信息技术特性、控制技术特性、物体追踪和/或数据储存方面提供标准化概念，存在协同效应。所有可与自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手交互的元件、模块和物体可以被更换、从系统中移除和/或添加到系统中，而无需改变操作的基本概念。集成简单和/或不复杂。因此，自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可以被定制、适于进一步的要求/应用、补充额外功能/应用和/或扩展。自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手显示出很高的通用性，因为许多功能可以添加到相应功能性实验室模块和/或机器人模块中体现的系统中和/或从该系统中移除。进一步地，通过允许人类与自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手的模块交互，可以实现高度的通用性和灵活性。由于模块、功能及设备可由用户单独选择，并且可能地，系统，特别是模块，可使用人工智能来适应用户的行为，因此可以在保持本文所概述的标准化概念的“工具箱”要素简单且用户友好的同时，实现高度的定制化和/或个性化。这种效果具有协同性质，因为看起来彼此孤立的不同技术特征以相互关联的方式共同作用以实现技术效果。具体实例由自动化模块化实验室辅助系统和/或具有用于在人类使用的实验室中进行安全制备性实验室工作的机载功能的移动机器人实验室助手给出，该自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手用于执行至少一个实验室操作，该自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手包括：至少一个具有机器人模块控制器的移动机器人模块；至少一个具有功能性实验室模块控制器的功能性实验室模块；以及至少一个具有至少一个标准化机械载体特征的载体，其中至少一个功能性实验室模块包括可供人类使用的常规实验室环境，其中至少一个机器人模块能够在常规人类实验室环境中操作，并被配置为利用标准化机械载体特征拾取和/或夹持至少一个载体、移取液体、对至少一个载体进行加盖和去盖、在距离小于与大于两米的至少一个功能性实验室模块之间移动，并且其中机器人模块控制器和功能性实验室模块控制器被配置为使用标准化接口协议进行通信，以使至少一个机器人模块和至少一个功能性实验室模块彼此交互，并使用至少一个载体执行至少一个实验室操作，其中至少一个功能性实验室模块包括包含人类实验室装置的常规实验室台，其可由人类和至少一个机器人模块操作，其中至少一个移动机器人模块或人类可以在至少一个固定实验室模块上工作和/或与其交互，其中至少一个移动机器人模块或固定模块可以处理多种不同类型的载体容器。

37、优点在于使移动操纵器（机器人）能够在为人类设计的经典（生物）化学实验室环境中工作，从而创建一个模块化的、全自动化的实验室布局，同时在同一实验室环境中确保具有非常高数字化程度的手动操作。这意味着：共存，并因此使用相同的资源；人类和机器人的双重工作空间。

38、机器人臂可以包括六轴机器人臂，其具体地被配置用于打开和关闭具有不同直径的螺旋盖容器。具有机载功能的移动机器人实验室助手（用于在人类使用的实验室中进行安全的制备性实验室工作，具有六轴机器人臂、加盖器/去盖器、移液器、储存位置、吸头站、工具更换站和相机）允许增加实验室机器人超越常规拾取和放置运动的功能性和通用性。

39、机器人模块可以被配置用于物体的自主移动和运输。六轴机器人臂可以被配置用于模拟人类手臂的运动。自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可以进一步包括以下中的至少一者：串联连接的自动化移液器；夹持器更换站，其在移动操纵器的顶部，用于在实验室中的任何位置灵活地更换夹持器；两点式夹持器末端执行器，其用于夹持以及拾取和放置物体；托盘夹持器，其用于在限定的托盘中运输任何类型的实验室耗材或容器；废弃物，其用于处置移液器吸头和其他耗材；抽屉，其用于储存如瓶子或烧瓶的容器；抽屉，其用于储存带有如管、漏斗、磁力搅拌棒或比色皿的耗材的托盘；开放式储存空间，其在平台的顶部，用于临时储存材料和自主供应耗材。因此，与现有技术的移动操纵器相比，移动操纵器可以具有扩展的能力范围。因此，移动制备性机器人单元可以具有以下关键功能：加盖、运输、移液和废弃物管理；由于集成到移动平台中，每个工作站所需的机载制备关键功能。

40、加盖器/去盖器可以使用耐溶剂且具有光滑表面的材料。加盖器的设计可以具有圆角和边缘。悬垂部件可以设计有滴水边缘。因此，加盖器的材料、表面和轮廓可以按照卫生设计、符合 gmp 和易于清洁的原则进行。加盖器可用于洁净室区域。加盖器/去盖器可以具有由行星齿轮和电机驱动并通过制动器固定的摆动爪。因此，可以实现不同容器在其直径（范围：1-150 mm）、高度（不受限）和几何形状（圆形、带边缘）方面的灵活加盖和去盖，而在从一种容器类型更换到另一种容器类型时无需设置和调整时间。移动全自主机器人系统可以具有以下机载设备：移液器、加盖器、吸头站、储存区域、制备区域、末端执行器更换系统、多个不同的末端执行器、废弃物和安全传感器，用于在人类使用的实验室中任何位置在有/没有人员在场的情况下进行安全和灵活的制备工作。移动机器人平台可以具有机载设备：移液器（自动移液器）、吸头站和相机，用于在实验室中任何位置进行自动和灵活的移液。可以提供储存空间作为耗材的机载储存装置。因此，提供了一种系统，其可以在任何位置从自身的储存装置中独立地、不受限制地重新装载移液吸头或耗材，并结合移动平台来重新装载储存装置。

41、可以提供用于实时环境检测人员移动的传感器，以使得与人类安全共存和工作成为可能，并且在平台移动的同时可以同步进行臂的移动和机载功能（如移液或加盖）的操作。可以提供机载夹持器更换器作为具有多个不同末端执行器的末端执行器更换系统。因此，可以在实验室任何位置更换操作夹持器，如两点式夹持器、托盘夹持器或移液器。可以提供机载废弃物容器，用于直接在机器人上处置废弃物。可以提供用于若干容器类型的托盘，以实现对各种容器类型的灵活处理，包括运输、制备和储存。移动全自主机器人系统可以用于（生物）化学和分析实验室，使用与人类实验室员工相同的工作空间。能够执行人类实验室任务的机器人实验室助手可以执行以下中的至少一者：用于分析测量（如 hplc、lc/ms、光度计或其他分析测试）的样品制备；液体样品的分装；液体制备，如缓冲液/洗脱液制备、稀释系列。螺旋盖容器的加盖和去盖；和/或具有六个自由度的物体的拾取和放置；储存和自主补给耗材，如瓶、烧瓶、移液吸头。

42、自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手可以用于液体处理，这是生化和分析实验室中用于定量给料少量液体的核心要素。自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手根据具体使用情况提供了体积和容器类型方面的灵活性，并且还允许访问难以接近的位置，特别是在为生产或质量控制执行灵活的分析测量时以及当这些参数可能频繁变化时。自动化模块化实验室辅助系统和/或移动机器人实验室助手集成了全自动化笛卡尔液体处理移液器与六轴机械臂，旨在实现高运动灵活性和高移液精度。具体地，hamilton z-excursion universal sampler litetm (zeus lttm) 可以被集成到笛卡尔 hamilton microlabtm 液体处理器中，其可以利用压力和电导率液位检测（plld和 clld）以及自动化体积调节。具体地，考虑使用 beckhoff cx2033tm 控制器将 zeuslttm 与 universal robot ur10etm 进行技术集成，使得实施整体移液过程，包括吸头拾取、压力液位检测、液体吸液、液体分配和吸头处置。为了防止可能的交叉污染，可以使用一次性移液吸头（例如 50 µl、300 µl 和 1000 µl）。所用移液吸头可以是导电的和/或可以具有内置过滤器。它们可以例如被储存在 96 位架中，从该 96 位架可以直接拾取它们。移液功能可以具有用于表面检测的集成功能，其可以使用电导率或压力测量来执行。

43、机器人臂可以包括具有六个自由度的六轴机械臂。协作机器人可以具有约 12.5kg 的有效载荷和约 1300 mm 的最大工作半径。

44、根据实例，通过自动化模块化实验室辅助系统和/或使用自动化模块化实验室辅助系统执行至少一个实验室操作的方法包括以下步骤：通过机器学习教导自动化模块化实验室辅助系统将信号（具体地来自用户的信号）与至少一个实验室操作相关联；在自动化模块化实验室辅助系统处接收与至少一个实验室操作相关联的信号；根据所教导的关联来处理信号和/或将信号与至少一个实验室操作相关联；在机器人模块控制器与自动化模块化实验室辅助系统的功能性实验室模块控制器之间使用标准化接口协议建立通信，以使至少一个机器人模块和至少一个功能性实验室模块彼此交互并执行至少一个实验室操作的至少一部分。先前所述的自动化模块化实验室辅助系统可以被配置和/或装备为执行根据实例和/或其实施例变型的方法。然而，根据该方面的先前所述的自动化模块化实验室辅助系统不一定需要执行所述方法以根据该方面进行操作。信号可以是从用户接收的信号，并且包括以下中的至少一者：语音命令、用户的移动、手势、肢体语言/符号；和/或信号可以对应于实验室和/或用户状态，并且可以包括以下中的至少一者：用户的紧急情况、用户的健康威胁情况、超过预定温度、超过预定气体浓度、火灾、水浸、至少一个机器人模块和/或至少一个功能性实验室模块的损坏和/或故障、未满足的预定措施；和/或该方法可以进一步包括教导自动化模块化实验室辅助系统将用户的特征（具体地用户面部的生物医学数据）与涉及至少一个实验室操作的系统设置相关联。在自动化模块化实验室辅助系统处接收信号可以使用以下中的至少一者：相机、视觉传感器、气体传感器、噪声传感器、麦克风、电导率和/或电化学传感器、温度传感器。

45、通过机器学习教导自动化模块化实验室辅助系统将来自用户的信号与至少一个实验室操作相关联的步骤可以基于人工智能、神经网络等。教导以及信号的处理和/或将信号与实验室操作相关联可以通过使用一个或多个处理器来执行，该一个或多个处理器可以被包括在机器人模块控制器、功能性实验室模块控制器、系统控制器和/或外部控制器中。教导可以由自动化模块化实验室辅助系统的供应商和/或生产商和/或由用户和/或维护人员在自动化模块化实验室辅助系统在实验室中运行后执行。自动化模块化实验室辅助系统可以“即时地”不断从用户学习，这允许将自动化模块化实验室辅助系统定制为用户的要求和/或用户所用的特定信号。例如，用户可以使用语音来表达命令作为信号，并且自动化模块化实验室辅助系统可以学习将该命令与至少一个特定实验室操作相关联。例如，用户可以发出命令“机器人，制备 pbs 缓冲溶液”，并且自动化模块化实验室辅助系统可以被配置为通过使用语音识别来理解该命令，处理该命令并将该命令与用于基于先前设置和/或方案制备具有一定浓度的 pbs 缓冲溶液的至少一个实验室操作相关联，并至少部分地制备pbs 缓冲溶液。教导自动化模块化实验室辅助系统的步骤除了机器学习之外还可以包括用户将数据输入到系统中，诸如偏好和/或默认设置，如缓冲液的特定浓度。因此，用户可以通过使用系统的触摸板和/或通过语音输入数据和/或设置来将此类数据和/或设置输入到系统中。机器学习可以帮助发展对符号的识别，如识别单词、用户的声音和/或理解和/或关联以某种语言和/或方言提供的命令。

46、自动化模块化实验室辅助系统可以连接到云、互联网和/或服务器。此连接可以用于提供资源、表格、文本等，以搜索和/或查找符号（具体地单词和/或命令）的含义。自动化模块化实验室辅助系统可以使用深度学习，其是指人工智能 (ai) 的一种方法，通过该方法，计算机被教导以受人类大脑启发的方式来处理数据。深度学习模型可以例如识别图片、文本、声音和其他数据中的复杂模式，以产生准确的见解和预测。自动化模块化实验室辅助系统可以使用聊天生成式预训练变换器 (chatgpt)。自动化模块化实验室辅助系统可以使用基于人类反馈的强化学习 (rlhf)，包括基于人类偏好的强化学习，通过该方式，使用直接馈送人类反馈的“奖励模型”来训练系统。自动化模块化实验室辅助系统可以使用翻译器软件，具体地是公开提供的和/或基于机器学习的翻译器软件。对于在自动化模块化实验室辅助系统处从用户接收与至少一个实验室操作相关联的信号的步骤，自动化模块化实验室辅助系统可以包括相机、麦克风和/或处理器，以从用户接收和/或记录一个或多个信号和/或处理视觉和/或噪声信号。具体地，至少一个机器人模块可以包括所述相机、麦克风和/或处理器中的至少一者。教导和处理可以具体地在机器人模块的机器人模块控制器上和/或由其执行。

47、自动化模块化实验室辅助系统，具体地机器人模块不仅可以接收命令形式的信号或其他信号，还可以视觉地或经由噪声提供信息。因此，自动化模块化实验室辅助系统，具体地机器人模块可以被配置为经由扬声器与用户对话和/或经由屏幕、灯光（具体地灯、led等）视觉地提供信息。建立通信的步骤可以由信号与至少一个实验室操作的关联自动触发。机器人模块控制器与自动化模块化实验室辅助系统的功能性实验室模块控制器之间的通信可以经由互联网、蓝牙、以太网/局域网电缆等来执行/建立。至少一个机器人模块和至少一个功能性实验室模块由其控制器之间的通信触发以交互，具体地彼此物理交互，并执行至少一个实验室应用的至少一部分。它们可以执行完整的实验室应用，或者它们可以执行实验室应用的一部分，并且剩余部分，即剩余步骤可以由用户执行。该方法可以全自动化地执行，而接收则取决于提供信号的用户。该方法可以被认为是至少部分自动化的，具体地，教导可能需要用户和/或提供者手动输入数据和/或设置。

48、自动化模块化实验室辅助系统可以被训练（如先前所述）并被配置为识别指示用户紧急情况（被视为和/或对应于信号）的肢体语言，并作为响应执行紧急动作（被视为和/或对应于实验室操作），诸如触发紧急呼叫、警报（视觉的和/或经由噪声的）、提供用于灭火和/或冲洗用户身体和/或身体部位的水、提供气体、泡沫、液体、固体以试图解决紧急情况。例如，用户可能在实验室空间中摔倒并且在一定时间内无法移动。自动化模块化实验室辅助系统可以被训练和配置为识别用户所处的紧急情况，并触发和/或执行紧急呼叫。这可以允许提高实验室中的安全性。自动化模块化实验室辅助系统可以在有或没有机器学习的情况下被训练（如先前所述）并被配置为识别关键情况，诸如气体泄漏到实验室中和/或关键气体浓度、火灾、关键温度、水浸、电缆燃烧、警报、短时过载和/或电短路、模块功能障碍、系统元件、连接（物理连接，诸如电连接和/或互联网连接）和/或模块和/或元件的功能故障等。为此，该系统可以包括传感器，具体地用于检测气体的光学传感器、热传感器、一个或多个用于观察和/或监测实验室空间和/或用户的相机或其他有助于检测关键情况的传感器。自动化模块化实验室辅助系统，具体地机器人模块可以移动和/或移动传感器，具体地相机以监测和跟踪用户和/或另一机器。自动化模块化实验室辅助系统，具体地机器人模块可以被配置为监测实验室空间中的宽角度范围。经由这种传感器收集的数据可以被不断处理和/或发送/提供给外部监测实例，其允许由人类和/或机器（例如使用模式识别）监测空间、云、监管机构和/或内部和/或外部储存单元以记录实验室活动。这可以允许记录实验室和/或监测活动，特别是在高安全性实验室中，以用于安全和/或记录活动。自动化模块化实验室辅助系统通常也可以由外部控制器（诸如监测实验室动作的人类）来控制。监测实验室动作的人类可以进一步经由系统（诸如集成在系统中的扬声器）与自动化模块化实验室辅助系统和/或自动化模块化实验室辅助系统的用户进行通信。根据其实例变型的方法允许自动化模块化实验室辅助系统在实验室环境中工作时最佳地支持用户。该方法允许自动化模块化实验室辅助系统通过定制来适应于用户的常规和/或要求。

49、一种用于在手动人类实验室中在分析测量之前和之后进行自主样品和液体制备的方法可以用作类人机器人实验室助手，并且能够执行用于分析测量（如 hplc、lc/ms、光度计或其他分析测试）的样品制备、液体样品的分装、液体制备（如缓冲液/洗脱液制备）、螺旋盖容器的加盖和去盖、具有六个自由度的物体的拾取和放置、储存和自主补给耗材（如瓶、烧瓶、移液吸头）。主要的人类实验室能力可以在实验室中任何工作站灵活地执行。

50、应当理解，本发明不限于本文所述的特定实施例和实例，因为这些可以变化。还应当理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求限制。除非另外指明，否则本文所用的所有科学技术术语具有如本领域的普通技术人员通常理解的相同意义。