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通常制藥廠中用于灌裝藥瓶、注射器和其他醫(yī)藥容器的設(shè)備都是具有可靠自動(dòng)化性能的專業(yè)設(shè)備。因此，設(shè)備通常只能灌裝一種類型的容器。如果是長(zhǎng)期生產(chǎn)，僅僅使用一種容器，那么這是可以接受的，但是當(dāng)制藥廠需要將某些藥物以多種容器灌裝時(shí)，例如藥瓶、注射器和靜脈注射袋，設(shè)備靈活性就很難滿足了。其他“短期生產(chǎn)”包括臨床試驗(yàn)產(chǎn)品的包裝、小批量生產(chǎn)的包裝、定制藥物的包裝。由于大多數(shù)自動(dòng)化灌裝系統(tǒng)都依賴于每一種容器尺寸和形狀的定位，所以不同的灌裝容器意味著制藥廠需要購(gòu)買多種灌裝設(shè)備，或者能夠接受在不同容器之間切換的冗繁的設(shè)備調(diào)整工作。
Automated Systems of Tacoma公司(AST)開發(fā)了一種新型的具有視覺(jué)功能的靈活的機(jī)器人灌裝系統(tǒng)，可以處理多種容器形狀和尺寸，在每一種尺寸或者形狀之間的切換時(shí)間大約是30分鐘。AST公司AseptiCell產(chǎn)品中的視覺(jué)系統(tǒng)使機(jī)器人能夠“看到”正在灌裝的藥品容器，末端的機(jī)器手臂的動(dòng)作可以灌裝容器并且密封，容器無(wú)需精確定位。這種機(jī)器人灌裝系統(tǒng)的靈活性可以極大地減少生產(chǎn)模式需要經(jīng)常更改所花費(fèi)的成本和空間位置需求，例如試驗(yàn)和臨床期產(chǎn)品、定制藥品、罕見(jiàn)疾病藥物和疫苗等。
AseptiCell使用兩臺(tái)Staubli TX-60 HE機(jī)器人，均由Cognex公司的 In-Sight Micro 10攝像機(jī)作為視覺(jué)向?qū)В瑢?duì)容器（圖中為注射器）進(jìn)行殺菌處理，灌裝待用。
傳統(tǒng)灌裝方法的局限性
制藥領(lǐng)域使用的傳統(tǒng)灌裝設(shè)備允許容器尺寸更改，但是很少。例如，如果一家委托合同生產(chǎn)機(jī)構(gòu)（CMO）需要灌裝小藥瓶，他們就會(huì)購(gòu)買整體模塊式灌裝系統(tǒng)，僅僅適用于不同尺寸的小藥瓶的灌裝。當(dāng)需要灌裝注射器或者靜脈注射袋的時(shí)候，CMO就無(wú)法使用同樣的系統(tǒng)完成作業(yè)，必須再投資以擴(kuò)展生產(chǎn)能力。AST公司受一家生命科學(xué)研究公司委托，開發(fā)一種傳統(tǒng)藥物灌裝設(shè)備的替代品。公司要求這臺(tái)設(shè)備能夠在一種具有靈活性的平臺(tái)上灌裝并密封他們所有的小批量臨床產(chǎn)品。
系統(tǒng)的基本概念就是在兩臺(tái)機(jī)器人的工作區(qū)域內(nèi)，將針對(duì)指定容器的“巢”定位。Cognex 公司的In-Sight Micro視覺(jué)系統(tǒng)用于精確放置每一個(gè)容器和封口件，并預(yù)先告知機(jī)器人這些未知性息，用于后續(xù)操作。這種工作方法可以通過(guò)加載新的機(jī)器人程序，迅速完成不同容器形狀或尺寸之間的切換。系統(tǒng)的所有接觸作業(yè)零件都使用一次性材料，減少了更換時(shí)間，也減少了交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。
機(jī)器人與視覺(jué)系統(tǒng)的集成
開發(fā)AseptiCell系統(tǒng)的最大挑戰(zhàn)在于將機(jī)器人系統(tǒng)和視覺(jué)系統(tǒng)集成，以提供高等級(jí)的精度和速度，滿足應(yīng)用需要。AST公司生命科學(xué)小組的項(xiàng)目工程師Josh Russell說(shuō)道：“我們?cè)?jīng)使用機(jī)器視覺(jué)開發(fā)了一定數(shù)量的設(shè)備，我們發(fā)現(xiàn)將機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng)集成很難。我們希望能夠找到一種全新的方法簡(jiǎn)化工作，使我們能更多地關(guān)注與優(yōu)化設(shè)備的產(chǎn)量、魯棒性和靈活性。”
AST公司找到了Olympus Controls公司的自動(dòng)化工程師Brian LaFave，因?yàn)樗墓驹陂_發(fā)視覺(jué)應(yīng)用上有著長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)。LaFave說(shuō)道：“我仔細(xì)考慮了這個(gè)項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵在于視覺(jué)系統(tǒng)和機(jī)器人的集成。”Staubli TX-60 HE六軸工業(yè)機(jī)器人是AST公司的最初選擇，因?yàn)樗哪芰δ軌驖M足項(xiàng)目對(duì)于清潔和無(wú)污染的要求。LaFave補(bǔ)充道：“在機(jī)器人手臂上安裝視覺(jué)系統(tǒng)要求視覺(jué)系統(tǒng)尺寸必須小巧、輕便，而且接線簡(jiǎn)便。”
兩臺(tái)具有視覺(jué)向?qū)У腟taubli TX-60 HE或 Stericlean機(jī)器手臂在工作單元內(nèi)部完成無(wú)菌操作。
Cognex In-Sight Micro系統(tǒng)重新配置了驅(qū)動(dòng)器，可以使用項(xiàng)目模板和與大多數(shù)機(jī)器人通訊的代碼示例。Cognex也支持最常使用的開放標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)和Fieldbus通訊協(xié)議，用于與PLC和其他很多自動(dòng)化設(shè)備之間的無(wú)縫連接。Cognex公司的 In-Sight Micro 1100提供了640×480像素的解析度，外殼尺寸僅30mm×30mm×60mm。它還具有非線性校準(zhǔn)工具，可以安裝在待檢物體高達(dá)45度的角度范圍內(nèi)。Cognex Micro支持以太網(wǎng)供電（PoE），使用一根標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)電纜就可以為網(wǎng)絡(luò)通訊供電。
機(jī)器人如何完成工作
AseptiCell系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可以灌裝并密封經(jīng)過(guò)殺毒的注射器、小藥瓶、靜脈注射袋和其他現(xiàn)有的容器和醫(yī)藥設(shè)備。待灌裝容器和封口件的置物架包含一種被稱為“巢”的機(jī)構(gòu)，可以在垂直位置分別夾持每一個(gè)容器和封口件，用于灌裝和封口。操作人員使用無(wú)菌手套入口，將巢從置物架移動(dòng)到AspetiCell藥物入口處的轉(zhuǎn)盤上。密封無(wú)菌作業(yè)區(qū)域的門自動(dòng)打開，藥物移動(dòng)到作業(yè)區(qū)域內(nèi)。
無(wú)菌作業(yè)區(qū)域內(nèi)的兩臺(tái)Staubli機(jī)器人完成所有作業(yè)：填充容器、在容器中填充氮?dú)庖耘懦鯕夥乐節(jié)B透、防止封口件、加熱密封靜脈注射袋。機(jī)器人程序可以在兩臺(tái)機(jī)器人之間任意分派工作。AST公司將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成這樣，確保一臺(tái)機(jī)器人停止工作時(shí)，設(shè)備仍舊可以提供機(jī)器人手臂50%的作業(yè)能力。每一臺(tái)機(jī)器人都移動(dòng)到第一個(gè)封口件的大概位置，然后移動(dòng)到帶灌裝的容器。視覺(jué)系統(tǒng)獲得每臺(tái)機(jī)器人處的圖像。循環(huán)掃描裝置用來(lái)決定容器和封口簡(jiǎn)單精確位置數(shù)據(jù)，然后將位置（對(duì)于機(jī)器人中心位置的相對(duì)位置）報(bào)告給機(jī)器人控制器。
由于注射器封口件的定位困難，注射器的灌裝是對(duì)機(jī)器視覺(jué)的最大挑戰(zhàn)。視覺(jué)系統(tǒng)精確定位容器，以防擦碰或者更嚴(yán)重的損害注射器的側(cè)壁。機(jī)器人控制器使用視覺(jué)系統(tǒng)提供的每個(gè)容器和封口件的位置信息，以精確放置機(jī)器人手臂上的子工具，以完成后續(xù)作業(yè)。
從一種容器切換到另一種容器時(shí)，操作人員需要給機(jī)器人斷電，在無(wú)菌操作區(qū)域內(nèi)安裝手臂終端工具，在工具上連接消毒液體。操作人員隨后為待灌裝容器安裝物架，然后在觸摸屏上選擇合適的程序。機(jī)器人會(huì)自動(dòng)切換工具。AseptiCell系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)人員提供了保護(hù)，免除了暴露于活性藥物成分之下的危險(xiǎn)，減少了產(chǎn)品污染最大污染源：人對(duì)灌裝系統(tǒng)的接觸。
Russell說(shuō)道：“任何組織想要在不購(gòu)買多種特定產(chǎn)品或容器形狀的灌裝設(shè)備的前提下提升其容器灌裝能力，視覺(jué)向?qū)C(jī)器人灌裝系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的解決方案。”他說(shuō)道，這樣，解決方案就可以安裝在12到16英尺的潔凈室內(nèi)，花費(fèi)遠(yuǎn)比重新購(gòu)買新設(shè)備要低得多。
（翻譯：辛磊夫）
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