未来实验室的“手”,盘点那些实验室中的机器人
p style="text-align: justify text-indent: 2em "前两个月登上Nature封面的利物浦大学机器人研究员,仅用八天时间就完成了人类需要数月才能完成的催化剂实验,span style="color: rgb(227, 108, 9) "strong这让我们似乎可以窥见未来实验室的样子——“无人、高效、智能”/strong/spanstrong。/strong此外,利物浦大学的研究人员还公开了实验室站点的设计资料和机器人工作代码,让其他实验室中“雇佣”机器人研究员成为了可能sup备注1/sup。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 212px height: 283px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/eff112ca-e61f-43cb-8b50-5ad73690c432.jpg" title="1.png" alt="1.png" width="212" height="283"//pp style="text-indent: 2em "strong style="color: rgb(227, 108, 9) text-align: justify text-indent: 2em "在激动兴奋之余,咱们来聊一聊实验室里的那些有趣的机器人。/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong据天眼查专业版数据显示,我国2020年1-8月新增“机器人”企业数量近四万家,已接近2019年一整年的新增企业的数量。span style="color: rgb(227, 108, 9) "喷涌而来的新企业和新项目告诉我们一个事实,机器人被部署好指定工作后,其可靠度要远高于人类。/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "机器人一般分为服务类机器人和工业机器人,服务类机器人多指用来服务人类生活需求的机器人,而工业机器人一般是用于生产需求的。本文中的机器人指工业机器人,虽然形态不同外貌各异,却都是实现实验室自动化的非常重要的工具。通常情况我们会用自由度/关节来对机器人进行标记,类同人类的手臂一样,自由度/关节越多,灵活度越好。而在国内实验室中,我们也时常可以看到机器人的身影。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(227, 108, 9) text-decoration: underline "strong在科学仪器领域,也有多家企业推出了不同功能的机器人,本文将举例介绍并进行简要分析。/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongTecan的全自动液体处理工作站/strongsup备注2/sup中使用的液体处理机械臂,是临床中常见的三个自由度的机器人形式,其优点就是高通量移液,一次处理很多样本,甚至可以增加3个机械臂(机械抓手)来提升样品处理速度,可以大幅提高工作效率和移液准确性。/pp style="text-align: center"img style="width: 415px height: 221px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/4de60dbe-24a6-43d9-a5b0-69e44334cf19.jpg" title="2.png" width="415" height="221"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "移液机械臂 图片来自:Tecan官网/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongThermofisher的SCARA机械臂/strong不同于上图中的机械手只有3个维度的自由度,该SCARA机械臂有4个自由度sup备注3/sup。值得一提的是该机械臂上配置了视觉部分,可以进行视觉示教,这对于实验员的操作是非常友好的。/pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/4bc7fe56-92b7-410d-9bd1-c70992cd60d2.jpg" title="3.jpg" width="309" height="309" style="width: 309px height: 309px "/br//pp style="text-align: center text-indent: 0em "Spinnaker 图片来自:Thermofisher官网/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "除了少数厂商开发自有的专用机械手外,更多的企业选择使用市面上技术非常成熟的通用型机械手。像前文中提到的机器人研究员,是采用的7轴机器人,机器人的下方是可定位控制柜,该机器人有7个自由度,灵活性非常好,价格也较为昂贵。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong岛津前不久也推出了/strongstrong直读/荧光仪自动化系统中使用了通用型机械手/strongsup备注4/sup。XYZ机械手有三个自由度,这对于实验室中部分流程而言已足够,且性价比较高,可以用于样品在既定位置的搬运、移动等工作。六轴机械手拥有6个自由度,因此拥有很好的灵活度和速度,应用范围也更为广泛,可以完成更为复杂的流程和工作,一般可达速度在2m/s。/pp style="text-align: center"img style="width: 309px height: 188px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/2869f445-dd89-4c13-83bc-388598e93abd.jpg" title="4.jpg" width="309" height="188"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "六轴机械手 图片来自:岛津官网 /pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/7f851b89-a855-473e-932c-931fdb5be14b.jpg" title="5.jpg" width="315" height="258" style="width: 315px height: 258px "/br//pp style="text-align: center text-indent: 0em "XYZ机械手 图片来自:岛津官网/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(227, 108, 9) "strong除了分析仪器企业,很多设备集成商也在积极布局实验室机械手。/strong/spanspan style="color: rgb(0, 0, 0) "例如strong去年艾法史密斯在海螺水泥集成的智能实验室sup/sup/strongsup备注5/sup,使用六轴机械手完成样品的传送过程,最终完成样品的检测。/span/pp style="text-align: center"img style="width: 514px height: 252px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/8ac6f556-9930-4724-a7dc-a6f8e97de814.jpg" title="6.png" width="514" height="252"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "海螺水泥智能水泥工厂 图片来自:安徽新闻联播/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongInstron的试验机/strong也使用了六轴机械手来组建全自动测试系统sup备注6/sup。/pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/36f35dcd-869f-4a30-bc02-6d8b5a7c07be.jpg" title="7.jpg" width="395" height="296" style="width: 395px height: 296px "/br//pp style="text-align: center text-indent: 0em "Instron 的机械臂测试系统 图片来自:Instron 官网/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongspan style="color: rgb(227, 108, 9) "有些机器人已经在不同的领域大放异彩,虽还为应用于实验室,但对于未来的智能实验室拥有很大的应用前景,下面我们来简单举例介绍。/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strongABB的双臂机器人YuMi/strong,是一款人机协作型机械臂,不同于普通的机器人,该机器人有14个自由度,在协作型机器人中速度很快,也非常灵活。strong这在未来实验室中处理一些复杂的动作较有优势。/strong/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 458px height: 319px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/09940306-619d-4864-bfd2-c704dee29754.jpg" title="8.png" alt="8.png" width="458" height="319"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "ABB的YuMi 图片来自:ABB官网/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong并联机器人,俗称蜘蛛手/strong,一般会用来分拣流水线上的产品,配合视觉系统后,蜘蛛手如虎添翼,分拣速度非常快。strong这款机器人适用于未来第三方检测机构流水线式检测的分拣中,可以大幅减少人工成本。/strong/pp style="text-align: center"img style="width: 235px height: 285px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/d3fc537d-0df6-4eaa-ab42-cdedd8e96977.jpg" title="9.png" width="235" height="285"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "Fanuc的并联机器人 图片来自:Fanuc官网/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "大型物流仓库中的满地奔忙的几百个strongAGV小车/strong,也是当前机器人中炙手可热的类型。strong类似的传送式机器人已经才部分的第三方检测机构中布局,从仓储、耗材、样品到检测的流程可以全部由这类机器人来完成,准确性和效率都会有大幅提升。/strong/pp style="text-align: center "img style="width: 368px height: 208px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/aa57981d-3a6a-4403-8d12-5905b740cae8.jpg" title="10.png" width="368" height="208"//pp style="text-align: center "span style="text-indent: 0em "京东物流仓库 图片来源:CGTN/spanbr//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong此外,还有水下机器人、倒装机器人、高/低温机器人、食品用机器人等等用于各种行业的各种特殊需求。/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "中国制造被提出以后,从集成商到设备厂商乃至客户,针对单体设备的自动化操作还是整套流程的自动化,都在围绕提高效率、降低廉政风险来开发机械手替代的自动化方案,这是明智之举,也是发展方向。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(227, 108, 9) "strong虽然经常会听到人类被机器人替代工作的消极声音,但是在笔者看来,机器人代替人类工作不是为了让人类下岗,而是将人类从枯燥的重复性工作中解脱,去实现更多创作性的工作。尤其是在这次新冠疫情期间,人类工作的局限性被凸显,使用机器人代替人类在极端、危害环境中工作,这才是对人类最好的呵护。/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "但是实现智能制造,机器人只是其中的一个工具,等有时间咱们再来聊一聊实验室中人工智能和工业物联网的那些事儿。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "br//pp style="text-align: right text-indent: 0em "strong(投稿人:芭蕉扇)/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "br//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong备注中涉及的文章链接如下:/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "1. 机器人研究员/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="https://www.instrument.com.cn/news/20200807/556003.shtml" target="_blank"span style="color: rgb(84, 141, 212) "https://www.instrument.com.cn/news/20200807/556003.shtml/span/a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "2. Tecan的移液机械手/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="https://lifesciences.tecan.cn/freedom-evo-platform" target="_blank"span style="color: rgb(84, 141, 212) "https://lifesciences.tecan.cn/freedom-evo-platform/span/a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "3. Thermo的SCARA机械手/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/SPK0001#/SPK0001" target="_blank"span style="color: rgb(84, 141, 212) "https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/SPK0001#/SPK0001/span/a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "4. 岛津的机械手/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="https://www.instrument.com.cn/news/20200824/557532.shtml" target="_blank"span style="color: rgb(84, 141, 212) "https://www.instrument.com.cn/news/20200824/557532.shtml/span/a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "5. 海螺水泥/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="http://www.conch.cn/gsyw/info.aspx?itemid=318134" target="_blank"span style="color: rgb(84, 141, 212) "http://www.conch.cn/gsyw/info.aspx?itemid=318134/span/a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "6. Instron机械臂测试/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="https://www.instron.cn/zh-cn/products/testing-systems/universal-testing-systems/custom/automation" target="_blank"span style="color: rgb(84, 141, 212) "https://www.instron.cn/zh-cn/products/testing-systems/universal-testing-systems/custom/automation/span/a/p