Brevet FR2777873A1 — publié le 19991029

-1- La présente invention concerne un dispositif de stockage d'un très grand nombre d'échantillons. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, aux industries pharmaceutique, cosmétique, et des biotechnologies qui accumulent et manipulent de grandes quantités (jusqu'à plusieurs millions) d'échantillons biologiques et chimiques pour la mise au point de nouveaux produits. Dans ce contexte, il apparaît nécessaire de pouvoir stocker et archiver ces échantillons pendant de longues périodes, de manière à ce qu'ils soient rapidement accessibles, tout en garantissant des conditions physico-chimiques de stockage propres à la conservation de ces échantillons. Les dispositifs de stockage proposés actuellement mettent en oeuvre des techniques classiques de stockage: utilisation d'armoires et de tiroirs. De tels dispositifs sont mal adaptés pour permettre un accès automatisé et rapide aux échantillons qu'ils contiennent. Ils sont par ailleurs très coûteux et nécessitent des installations particulières de laboratoire. En particulier, lorsque les échantillons à stocker requièrent des conditions particulières de stockage, il est nécessaire de prévoir une salle spécialement conçue à cet effet. En outre, ils ne sont pas modulaires, si bien qu'il n'est pas possible d'augmenter leur capacité de stockage. -2- On connaît par ailleurs des enceintes de stockage cylindriques comportant plusieurs étagères annulaires arrangées en une pluralité de niveaux. Toutefois, ces enceintes ne mettent pas en oeuvre de dispositifs de chargement et déchargement automatisés qui soient efficaces et fiables, même lorsque le dispositif comporte sur un même niveau plusieurs étagères annulaires concentriques. La présente invention a pour but de supprimer ces inconvénients. A cet effet, elle propose un dispositif de stockage automatisé comprenant une enceinte de stockage renfermant une multiplicité de logements pour les objets à stocker, disposés côte à côte et répartis sur une pluralité de niveaux. Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de chargement et de déchargement mobile d'un logement à l'autre, comportant une plate-forme pour recevoir un objet à charger ou décharger, associée à des moyens pour la déplacer d'un niveau à l'autre; une pince pour saisir un objet à charger ou décharger munie de deux bras pivotants parallèles comportant chacun une extrémité libre et une extrémité fixe solidaire en rotation d'un axe horizontal commun aux deux bras; des moyens d'entraînmement en rotation des bras autour de cet axe horizontal; et des moyens pour écarter et resserrer les extrémités libres respectives des bras, les extrémités libres des bras étant chacune munies d'une roulette respective disposée de manière à pouvoir rouler sur la plate-forme lorsque les bras sont entraînés en rotation, les moyens d'entraînement en rotation des bras et l'axe horizontal étant librement mobiles le long d'un axe vertical solidaire de la plate-forme et se déplaçant le long de cet axe vertical sous l'effet de la gravité et de l'entraînement en rotation des bras. L'invention permet ainsi, avec des moyens relativement simples, d'appliquer à la pince de préhension des objets stockés ou à stocker, un mouvement de rotation de grande amplitude qui lui permet d'atteindre des objets relativement éloignés de l'axe horizontal des bras. Le mouvement vertical de la pince permet en outre de réduire la longueur nécessaire des bras de la pince et ainsi, l'espace nécessaire au mouvement de la pince. Par ailleurs, ce mouvement peut être effectué d'une manière symétrique par rapport à un plan vertical passant par l'axe horizontal de rotation des bras, ce qui permet au dispositif de chargement et de déchargement de déplacer les objets, dans un même mouvement de rotation, entre une position de stockage dans un logement et une position accessible de l'extérieur de l'enceinte. -3- Avantageusement, les logements de l'enceinte de stockage sont répartis sur des étagères annulaires fixées sur deux cylindres concentriques, à savoir un cylindre extérieur et un cylindre intérieur, chaque cylindre étant entraîné en rotation autour de leur axe longitudinal d'une manière indépendante, la plate-forme de chargement et de déchargement pouvant se déplacer le long d'un axe vertical tangentiellement au cylindre extérieur. Une telle enceinte offre une grande capacité de stockage dans un volume minimum, l'important débattement de la pince de préhension des objets stockés ou à stocker étant parfaitement adapté pour atteindre aussi bien les logements du cylindre extérieur que ceux du cylindre intérieur. Il suffit pour cela de laisser une colonne de logements libres dans le cylindre extérieur de manière à permettre à l'objet saisi par la pince de glisser d'un logement à l'autre, et sur la plate-forme. Il s'avère toutefois qu'il est difficile d'ajuster les niveaux respectifs des logements des deux cylindres, de manière à ce qu'ils coïincident parfaitement, de sorte qu'il existe une petite différence de niveau risquant d'empêcher le glissement de l'objet saisi par la pince d'un logement vers un autre logement situé en regard et légèrement plus haut sur l'autre cylindre. Pour résoudre ce problème, l'extrémité libre des bras de la pince est munie d'une demi-mâchoire pivotante autour de l'axe de rotation de la roulette, comportant un tampon à coefficient de frottement élevé destiné à venir s'appliquer contre l'objet à saisir, et un patin chanfreiné qui, en rencontrant une différence de niveau, fait pivoter la demi-mâchoire vers le haut et soulève légèrement l'objet saisi. Un mode de réalisation du dispositif selon l'invention sera décrit ciaprès, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale du dispositif selon l'invention; La figure 2 montre en coupe transversale le dispositif illustré sur la figure 1; -4- Les figures 3 et 4 montrent en détail le dispositif de chargement et de déchargement selon l'invention, respectivement en vue de profil et de face; La figure 5 est une vue détaillée de l'extrémité libre des bras de la pince montrée sur les figures 3 et 4; La figure 6 illustre schématiquement la dynamique du mouvement de la pince. Les figures 1 et 2 représentent une enceminte de stockage 1 de forme tubulaire à section polygonale, formée d'une pluralité de panneaux assemblés, à savoir un panneau supérieur 2, un panneau inférieur 3, et des panneaux latéraux 4, 4', 5, 6, 7, 7'. Elle renferme une multiplicité de logements répartis sur une pluralité d'étagères annulaires 22 superposées, fixées les unes aux autres sur la face extérieure d'un cylindre 56, 57 de manière à former deux carrousels 8, 9 concentriques indépendants, à savoir un carrousel intérieur 9 et un carrousel extérieur 8. Ces deux carrousels sont montés rotatifs autour de leur axe longitudinal. Les logements 22 d'une étagère sont séparés des logements adjacents par des cloisons 55. Les deux carrousels 8, 9 concentriques sont disposés l'un par rapport à l'autre de manière à ce que leurs étagères 22 respectives soient sensiblement au même niveau. Cette enceinte 1 est supportée par une embase logeant des moteurs 10, 1l1 à courant continu ou alternatif d'entraînement en rotation des deux cylindres 8, 9, l'indexation des positions des carrousels étant effectuée par des codeurs, par exemple optiques ou magnétiques (non représentés dans les figures). Cette motorisation est dimensionnée de façon à permettre une rotation complète par exemple en moins de 10 s, soit un accès à n'importe quel logement en moins de5 s. La hauteur entre deux étagères est adaptable en fonction de la hauteur des objets à stocker. Le chargement et le déchargement d'un objet sont effectués de manière automatique grâce à un processeur contrôlé par un logiciel, qui commande un -5- extracteur 19 monté sur une plate-forme 17, disposé à l'intérieur de l'enceinte 1 et se déplaçant verticalement et tangentiellement au carrousel extérieur 8, de manière à pouvoir accéder à n'importe quel niveau d'étagère. La plate-forme 17, destinée à recevoir les objets à charger et à décharger, est mobile le long d'un axe vertical, par exemple au moyen d'un moteur 51 qui engrène une crémaillère 18. Sur les figures 3 et 4, l'extracteur 19 comprend un rail vertical 31, fixé sur la plate-forme 17, et une pince en U portée par un chariot 50 librement mobile le long de ce rail. Les bras 32 de la pince, légèrement recourbés vers le centre de l'enceinte de stockage 1, peuvent être resserrées partiellement grâce à un moyen d'actionnement 48, tel qu'un électroaimant pour saisir un objet 52. La base 47 du U de cette pince est fixée sur un axe 54 monté rotatif sur le chariot 50. L'axe 54 est solidaire d'une roue 34 coaxiale, entraînée en rotation, par exemple par l'intermédiaire d'une courroie 46, par un moteur 33 fixé sur le chariot 50. De cette manière, la pince est entraînée en rotation autour de l'axe 54, suivant les flèches 41, 42 de la figure 3. On peut prévoir en outre une roue codeuse 49 en association avec un lecteur optique (non représenté) pour pouvoir déterminer en permanence la position angulaire de la pince. Les extrémités libres des branches 32 de la pince sont munies de roulettes 37, par exemple en caoutchouc, susceptibles de rouler sur les étagères 22 et sur la plate- forme 17. D'une manière détaillée sur la figure 5, les extrémités libres des branches 32 comprennent chacune une demi-mâchoire 35 montée librement rotative sur l'axe de la roulette 37, cette demi-mâchoire comprenant un tampon 53 à coefficient de frottement élevé destiné à saisir l'objet 52 à charger ou décharger, et un patin 39 muni d'une rampe 40. Ainsi, lorsque le patin 39 rencontre un niveau plus élevé, la rampe 40 a tendance à faire pivoter vers le haut la demi-mâchoire 35 par un effet de levier, ce qui soulève l'objet maintenu par la mâchoire de la pince. De cette manière, l'extracteur 19 n'est pas perturbé par des différences de niveau qui peuvent exister entre les étagères en regard des deux carrousels 8, 9, et les plates-formes 13 et 17. L'extrémité de chaque demi-mâchoire 35 peut être munie d'une roulette 38 permettant de limiter les frottements lors des déplacements de la pince. -6- Les tampons 53 de la mâchoire peuvent être munis d'un capteur 59, par exemple un capteur de pression, de manière à détecter la présence ou non d'un objet saisi par la pince. La rampe 40 peut avantageusement être montée mobile horizontalement (suivant la double flèche 43) sur un ressort 58, de manière à absorber les chocs qui peuvent se produire durant les déplacements de l'extrémité libre de la pince. Les hauteurs respectives des deux carrousels 8, 9 sont ajustées de manière à ce que les étagères du carrousel intérieur 9 soient à un niveau légèrement inférieur aux étagères en regard du carrousel extérieur 8. Cette différence de niveau ne constitue un obstacle au déplacement de la pince et de l'objet saisi par la pince que lors d'un mouvement d'extraction d'un objet d'un logement 22 du carrousel intérieur 9, mouvement au cours duquel la rampe 40 entre en action pour soulever l'objet saisi et le faire franchir sans risque de blocage cette différence de niveau. En position de repos, les branches 32 de la pince sont sensiblement verticales, les roulettes d'extrémité reposant sur la plate-forme 17 comme montré en traits continus sur la figure 6. Lorsque le moteur 33 entraîne la pince en rotation dans vers le centre de l'enceinte 1, suivant la flèche 41, le chariot 50 a tendance par son poids à descendre le long du rail 31, tandis que les roulettes 37 des extrémités des branches 32 de la pince se déplacent horizontalement en roulant sur la plate-forme 17, puis sur une étagère 22 en regard du carrousel extérieur 8, pour atteindre éventuellement l'étagère 22 en regard du carrousel intérieur 9 si le moteur poursuit sa rotation. Au cours d'une rotation de la pince dans l'autre sens, suivant la flèche 42, la force motrice produite par le moteur 33 fait remonter le chariot 50 le long du rail 31, jusqu'à ce que les roulettes 37 d'extrémités des bras 32 de la pince se retrouvent à nouveau sur la plate-forme 17, puis le fait redescendre lorsque la pince 32 se trouve orientée vers l'extérieur de l'enceinte 1. Ce dernier mouvement est effectué lorsque la plate-forme 17 de l'extracteur 19 se trouve au niveau d'une plate-forme d'entrée / sortie 13 de l'enceinte 1, accessible de l'extérieur de l'enceinte. On peut prévoir un système de contre-poids, par exemple relié par un câble supporté par des poulies (non représentés) pour alléger l'ensemble du chariot 50, du moteur 33 et de la pince, et ainsi réduire la puissance que doit développer le moteur 33. -7- Tel que montré dans la figure 6 qui représente en traits interrompus les différentes positions que peut occuper la pince 32, l'extracteur selon l'invention est capable d'atteindre n'importe quelle étagère sur l'un ou l'autre des carrousels 8, 9. Toutefois, pour que les étagères du carrousel intérieur 9 soient accessibles, il faut laisser libre un logement 22' par étagère du carrousel extérieur 8 de manière à permettre le passage des objets entre la plate-forme 17 de l'extracteur 19 et les étagères 22 du carrousel intérieur 9. On peut prévoir également que les étagères au niveau du logement 22' présentent deux fentes 21, 22 permettant le passage des bras 32 de la pince, lorsque les étagères sont insuffisamment espacées l'une de l'autre pour que les bras de la pince puissent atteindre un logement du carrousel intérieur 9. Pour permettre l'extraction ou l'insertion d'un objet dans l'enceinte, on a prévu une ouverture 16 horizontale à hauteur fixe, ménagée dans la paroi de l'enceinte. Cette ouverture est normalement fermée par la plate-forme 13 d'entrée / sortie qui assure de cette manière aussi la fonction de porte, cette ouverture pouvant s'ouvrir et se refermer par déplacement de la plateforme 13 le long d'un axe vertical 15, ce déplacement étant effectué automatiquement grâce à un moteur 14 à la suite d'une commande à cet effet. En position d'ouverture, la plate-forme 13 est accessible à la pince qui peut y prendre ou y déposer un objet. En position de fermeture, la plate-forme 13 peut recevoir un objet à introduire dans l'enceinte ou rendre accessible de l'extérieur de l'enceinte 1 un objet qui vient d'y être extrait. A cet effet, la plate-forme est munie d'un détecteur (60) permettant de détecter la présence ou non d'un objet sur sa surface supérieure. Pour effectuer le chargement ou le déchargement d'un objet, les moteurs 51, 33, 48, 14, 10 et 11 sont commandés de manière concourante, ce qui permet de réduire d'une manière importante les durées de chargement et de déchargement. Avantageusement, la hauteur de la porte 16 est ajustable par l'utilisateur, de sorte que les objets à stocker sont présentés à l'extérieur de l'enceinte 1 à une hauteur adaptée à l'environnement de travail ou à un système robotisé. Les carrousels 8, 9 sont autoporteurs, c'est-à-dire qu'ils ne prennent pas appui sur les parois verticales 4, 4', 6, 7 et 7' de l'enceinte 1. Ces dernières peuvent donc être amovibles pour permettre un accès facile à l'intérieur de l'enceinte, notamment lors du chargement initial de l'enceinte ou lors d'opérations de maintenance. -8- Le dispositif de stockage selon l'invention peut être entièrement automatisé. A cet effet, on peut installer sur l'extracteur 19, par exemple sous la plate-forme 17, un lecteur optique 36 capable de lire et de transmettre vers le processeur central des codes optiques imprimés sur des étiquettes collées sur les objets stockés. Ainsi, si l'enceinte 1 est chargée manuellement, on peut prévoir un programme de commande de l'extracteur 19 qui consiste à déplacer l'extracteur devant tous les emplacements 22 des carrousels 8, 9 pour lire le code optique figurant sur les objets, en relation avec la position des objets dans l'enceinte. Ces informations sont transmises au processeur central qui les range dans une base de données. De cette manière, l'utilisateur n'a pas besoin de connaître l'emplacement de chaque objet. Pour obtenir un conteneur particulier, il suffit d'introduire son code, et le processeur commande l'extracteur 19 en fonction de la position correspondant au code de l'objet demandé, figurant dans la base de données. Un tel dispositif de stockage est particulièrement adapté au stockage d'objets nécessitant des conditions physico-chimiques strictes, tels que des échantillons biologiques ou chimiques. A cet effet, on peut disposer dans la partie supérieure de l'enceinte 1 un système 12 de climatisation et de contrôle des paramètres de stockage, c'est-à-dire, la température et l'humidité à l'intérieur de l'enceinte, ce système assurant également la filtration et la circulation du gaz ambiant qui peut être de l'air ou un autre gaz, par exemple un gaz inerte tel que l'azote ou l'argon. L'ouverture 16 présente des dimensions réduites de manière à limiter les échanges gazeux entre l'intérieur de l'enceinte et l'extérieur, et conserver des conditions internes de stockage stables. Les parois 2, 3, 4, 4', 5, 6, 7 et 7' de l'enceinte 1 sont constituées d'une double enveloppe qui isolent thermiquement l'intérieur de l'enceinte et permettent ainsi de maintenir constante la température interne durant plusieurs heures en cas de panne du système de climatisation. Le système de climatisation 12 permet d'ajuster la température interne à une température de consigne comprise entre -20 et +20 C. L'air peut être déshydraté avant d'être envoyé dans l'enceinte de façon à éliminer le risque de formation de givre aux températures voisines ou inférieures à 0 C. L'air envoyé dans l'enceinte est également filtré de manière à éviter la contamination des échantillons stockés dans l'enceinte. -9- Le système de climatisation 12 produit en outre une circulation permanente de l'air dans l'enceinte 1 pour assurer une répartition de température homogène à tous les niveaux. En particulier, l'air circule de haut en bas, par le tube central 56, puis est dévié radialement au niveau de chaque étagère. A cet effet, les cylindres 56 et 57 sont percés d'une pluralité d'ouvertures pour permettre le passage de l'air. En arrivant sur les parois de l'enceinte, l'air est aspiré vers le haut par le système 12. De cette manière, aucune intrusion d'air externe n'est possible car l'air est dévié du centre de l'enceinte 1 vers sa périphérie, ce qui a pour effet de repousser l'air vers l'extérieur de l'enceinte par toutes les jointures au niveau des parois de celle- ci et lorsque la porte est ouverte. Cette circulation de l'air a également pour effet de produire une légère pressurisation dans l'enceinte (quelques millibars), ce qui évite là encore toute intrusion d'air extérieur. Dans une application caractéristique de l'invention, le dispositif de stockage est utilisé pour stocker des molécules chimiques stockées en microplaques comportant une pluralité d'alvéoles, par exemple 96. Le processeur peut être connecté à un réseau informatique, ce qui le rend accessible en plusieurs points. Par ailleurs, le dispositif de stockage est couplé à un système robotisé capable de prendre et de déposer des microplaques sur la porte de l'enceinte, ce qui permet d'effectuer des préparations en mélangeant des molécules contenues dans les microplaques stockées dans l'enceinte. - 10- REVENDICATIONS 1. Dispositif de stockage automatisé comprenant une enceinte de stockage (1) renfermant une multiplicité de logements (22) pour les objets à stocker (52), disposés côte à côte et répartis sur une pluralité de niveaux, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de chargement et de déchargement (19) mobile d'un logement (22) à l'autre, comportant une plate-forme (17) pour transporter un objet à charger ou décharger, associée à des moyens (18, 51) pour la déplacer d'un niveau à l'autre; une pince pour saisir un objet à charger ou décharger munie de deux bras (32) pivotants parallèles comportant chacun une extrémité libre et une extrémité solidaire en rotation d'un axe horizontal (54) commun aux deux bras (32); des moyens d'entraînement (33) en rotation des bras autour de cet axe horizontal (54); et des moyens (48) pour écarter et resserrer les extrémités libres respectives des bras (32), les extrémités libres des bras (32) étant chacune munies de moyens (37) respectifs pour se déplacer sur la plate-forme (17) lorsque les bras (32) sont entraînés en rotation autour de l'axe (54), les moyens d'entraînement (33) en rotation des bras (32) et l'axe horizontal (54) étant librement mobiles le long d'un axe vertical (31) solidaire de la plate- forme (17) et se déplaçant le long de cet axe vertical sous l'effet de la gravité et de l'entraînement en rotation des bras (32) autour de l'axe horizontal (54). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les logements de l'enceinte de stockage (1) sont répartis sur des étagères annulaires (8, 9) fixées sur deux cylindres concentriques (56, 57), à savoir un cylindre extérieur (57) et un cylindre intérieur (56), chaque cylindre étant entraîné en rotation autour de leur axe longitudinal d'une manière indépendante, la plate-forme de chargement et de déchargement (17) pouvant se déplacer le long d'un axe vertical (18) tangentiellement au étagères (8) fixées sur le cylindre extérieur (57). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les hauteurs respectives des étagères (8, 9) montées sur les deux cylindres (57, 56) sont ajustées de manière à ce que les étagères (9) montées sur le cylindre intérieur (56) soient à un niveau légèrement inférieur aux étagères (8) en regard, montées sur le cylindre extérieur (8). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que les étagères (8, 9) sont entièrement supportées par les - 11 - cylindres (56, 57), de manière à rendre amovibles les parois verticales (4, 4', 6, 7, 7') de l'enceinte (1). 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un système de climatisation (12) produisant à l'intérieur de l'enceinte (1) une circulation d'air de haut en bas dans le cylindre central (56), puis une circulation radiale de l'intérieur vers l'extérieur au niveau de chaque étagère (8, 9) par une pluralité d'ouvertures réalisées dans les cylindres (56, 57), et enfin une circulation de l'air de bas en haut le long des parois verticales (4, 4', 6, 7, 7') de l'enceinte (1). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité libre des bras (32) de la pince est munie d'une demi-mâchoire (35) pivotante autour de l'axe de rotation de la roulette (37), comportant un tampon (53) à coefficient de frottement élevé destiné à venir s'appliquer contre l'objet (52) à saisir, et un patin chanfreiné (39) qui, en rencontrant un obstacle, fait pivoter par effet de levier la demi-mâchoire (35) vers le haut et soulève légèrement l'objet saisi pour le faire franchir l'obstacle. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le patin (39) comprend une rampe (40) est montée mobile horizontalement sur un ressort (58), de manière à absorber les chocs qui peuvent se produire durant les déplacements de l'extrémité libre de la pince. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte (1) présente une ouverture horizontale (16) qui coopère avec une plate-forme d'entrée /sortie (13) mobile verticalement grâce à des moyens de déplacement (14, 15), entre une position de fermeture de l'ouverture (16) et de chargement ou de déchargement d'un objet de l'enceinte (1), et une position d'ouverture dans laquelle la pince peut y prendre ou y déposer un objet. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce la plate-forme (13) comprend des moyens (60) pour détecter la présence d'un objet sur sa surface supérieure. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de chargement et de déchargement (19) - 12- comprend un lecteur optique (36) qui coopère avec des codes optiques apposés sur les objets à stocker. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pince est munie de moyens (59) pour détecter la présence d'un objet entre ses bras (32)