SEYMOUR TRI-21：精密机器人革新微针组装，效率提升400%

SEYMOUR TRI-21 是由 SEYMOUR Advanced Technologies (SAT) 构建的机器人半自主机器。它组装用于眼科手术的微针，速度比以往快 400%。专为洁净室紧凑空间设计，搭载三台 Meca500 六轴机械臂，SEYMOUR TRI-21 能将 25mm 长杆精准插入仅 60 微米间隙的中空圆柱——约等于一粒盐或一根头发的粗细！

该制药企业预计到 2022 年底将再增六台 SAT 设备，实现 2000% 的吞吐量增长。

背景

一家眼科制药公司开发了用于眼科手术的微针。在医疗行业，组装必须无缝且无菌，该公司意识到需要更高效的方式组装这些微针。

目标是显著降低生物负载，同时将生产力提升约 70%。面对这一激进目标，聘请能从零开始构建全新机器人解决方案、满足极其特定需求的自动化工程师至关重要。在寻找具备此级别专业知识的专家后，公司寻求 SEYMOUR Advanced Technologies (SAT) —— 一家自主工业技术提供商 —— 协助，创建独一无二的机器人半自主机器，自动化手术工具极精密组装流程。

挑战

创建自动化、无菌、精密的组装流程：将 25mm 长杆精准插入中空圆柱，间隙仅 60 微米 (0.0015")。

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在当前制造环境中，此流程靠高倍放大镜和人手手动完成。极其繁琐耗时——平均每小时仅能准确生产 63 根微针。插入过程中针尖断裂造成大量废料。此外，因“生物负载”（即灭菌前单位材料中污染生物体数量）导致污染风险增加。

该计划将为制药企业解决诸多问题：

• 加速组装流程；
• 消除不必要的浪费或成本；
• 实现工作区无菌化。

此外，在组装流程中，SAT 发现一个共同挑战——每次机器人抓取时针的位置不完全相同，使插入过程极其困难。

解决方案

针对这些挑战，SAT 创建了 SEYMOUR TRI-21， 一款在精度、无菌化和废料消除上兑现承诺的半自主机器。它包含三台 6 轴 Meca500 机器人，将注射器从 A 点移至 B 点，无差错插入 25mm 导丝。

SEYMOUR TRI-21 解决方案更可靠之处在于：公司微针现将在全自动环境中生产，而非其他制造商使用的手动和半自动流程。

• 强大的机器视觉
  这一独特流程始于物体被拾取并置于微分辨率相机下，使用可变频闪技术，即“结构光模块化”。该技术通过检测阴影找到物体物理部分在特定区域的位置。
  
  随后计算厚度、长度和直度。接着 SAT 利用原始数据计算相对位置误差，并移动机器人到新位置以实现精准组装。此过程至关重要，因内部零件在被拾取的外壳内“漂浮”。所以虽可重复，但重复窗口远大于组装公差，无视觉修正极易干涉。
  
  

机器学习赋能精度

如前所述，因组装元件特性，自动化流程必须极高精度。因此 SAT 实施机器学习 (ML)。它使 SAT 能自动追踪数据、从过往循环学习、随后调整优化未来循环——确保每次针插入都将导丝与针完美对齐。目标可接受成功率 ≥90% 且生产力提升 70%，SEYMOUR TRI-21 均可达成。

设计：

SEYMOUR TRI-21 设计必须针对制药企业需求量身定制。这些需求包括：

• 诊断手柄
  SAT 将垂直手柄重构为平行位置，赋予其更显著地位，同时最大程度减少对用户动作的限制。SAT 随后建立流程，将数据馈送至手柄，通过颜色模式转换提醒操作员机器健康状态，协助维护保养。
  
  
• ISO 7 级洁净室
  SEYMOUR TRI-21 采用医用级玻璃控制可进入机器的颗粒物，确保所有单元符合 ISO 7 级无菌要求。还使用干式轴承，消除制造环境中的油脂污染。
  
  
• 物联网 (IoT)
  顺应工业4.0，SAT 将提供远程计算机界面，允许公司通过手机或平板 App 远程操作机器。
  
  
• 监控
  制造零部件的机器需被严密监控。力、扭矩、速度、加速度、时间、压力、体积、重量质量、位移、旋转等所有要素都需监控。

七个 SI 基本单位包含：

• • 长度 - 米 (m)
  • 时间 - 秒 (s)
  • 物质的量 - 摩尔 (mol)
  • 电流 - 安培 (A)
  • 温度 - 开尔文 (K)
  • 发光强度 - 坎德拉 (cd)
  • 质量 - 千克 (kg)

通过监控这些或与产品相关的子集，SAT 方案可验证产品变得可重复和可预测，最终改进和演进技术。

SAT 还监控并提供数据支持操作和指导。影响产品质量的变量众多，但产品稳定运行的窗口很小。本项目质量窗口为 60 微米。

• 小占地、大产出

在目前 1,000 平方英尺洁净室空间，制药企业最多只能安排两人倒 8 小时班。每位训练有素工人每小时约生产 63 单位或 1 个/分钟。典型班次平均每人 500 单位。

新 60"w x 42"d x 77"h SEYMOUR TRI-21 加一名操作员，现在每小时约生产 250 单位 (4个/分钟)，或 2,000 单位/8小时班次。吞吐量提升 400%！

这些模块化机器人设备可用于研发及 GMP（药品生产质量管理规范）商业生产。同一洁净室现可放置六台不同设备独立工作，同时可有 2 至 10 名操作员同步作业。

下一步？

据 SAT CEO Rob Seymour 称，“眼科制药公司全面实施 SEYMOUR TRI-21 后，总生产力将至少提升 70%，最低成功率达 95%。生物负载也将显著降低。”他继续表示，“明年公司将增加六台 SAT 机器人，到 2022 年底产量将增长 2000%。”

本文版本首发于 SAT 官网，经许可转载。

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