CN101659921B - 全自动微生物采样器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全自动微生物采样器，可以解决现有技术存在的需要专人看守且只能单次采样的问题。技术方案是：一种全自动微生物采样器，包括外壳部分、电路部分、气路部分，由无菌皿储存部分和有菌皿储存部分组成的皿储存部分、由可移动采样头部分和固定式采样头部分组成的采样头部分，还包括机械手部分，所述机械手部分夹取培养皿，并在固定式采样头部分、无菌皿储存部分、有菌皿储存部分之间移动，所述采样头部分、机械手部分和皿储存部分均安装设置在所述外壳部分的底板上，所述采样器采用GPRS无线数据传输技术。本发明与现有采样器相比，其优点在于自动化程度高，实现了无人值守自动换皿、自动连续采样、自动记录采样数据。

Description

全自动微生物采样器

技术领域

本发明涉及微生物的采样设备，具体涉及一种能够实现无人值守自动连续采样的全自动空气微生物采样器。

背景技术

我们日常呼吸的空气中含有大量的微生物，这些微生物多数属于无害微生物，少数为致病性微生物对人体有害。为研究空气微生物，人们研制了多种微生物采样器，采集空气中的微生物进行培养分析。常用的空气微生物采样器有撞击式采样器、沉降式采样器、过滤式采样器等，可以完成在规定时间内对空气中的微生物采样，用于后续的培养及分析。

目前这些采样器可以实现对空气微生物的单次采样，但每次采样完成后都需要专人将采好样的采样头或培养皿取出，再换上一个新的采样头或培养皿才可以进行下一次采样，在多次采样过程中需要安排专人值守。

发明内容

本发明提供了一种全自动微生物采样器，可以解决现有技术存在的需要专人看守且只能单次采样的问题。

本发明通过采用机械手部分将各部分集成到一起，可以实现无人值守自动连续采样。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种全自动微生物采样器，包括外壳部分、电路部分、气路部分，皿储存部分和采样头部分，所述采样头部分包括可移动采样头部分和固定式采样头部分，皿储存部分包括无菌皿储存部分和有菌皿储存部分，还包括机械手部分，所述机械手部分夹取培养皿，并在固定式采样头部分、无菌皿储存部分、有菌皿储存部分之间移动，所述采样头部分、机械手部分和皿储存部分均安装设置在所述外壳部分的底板上。

在本发明的上述技术方案中，还具有以下技术特征：所述采样器采用GPRS无线数据传输技术。

GPRS在全自动微生物采样器中应用后，实现了真正意义上的无人职守的对空气微生物的采样，在工作过程中，使用人员可以不必在现场实时观察，采用GPRS无线数传输技术可以实时的把现场仪器的工作状态传送到远程监控室，这样使用人员就可以在监控室实时观察到各个采样点的仪器工作状态。

全自动微生物采样器主机与GPRS通信采用RS232接口，通过它实现主机与GPRS数据发送终端进行通讯。主机采样过程中工作是否正常、采样流量大小、采样现场环境温度、环境湿度、采样时间等数据不间断的通过232接口发给GPRS数据终端。GPRS数据终端再把数据通过无线网络传送到监控终端以供使用人员随时了解采样现场的工作状态。

在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述机械手部分包括机械手指、开合手指、机械手指座、轴承I、丝杠、滑动轴、滑块、开合电机座、开合电机座安装轴、翻转基座、开合电机、电位器、电位器挡块、翻转电机、翻转电机座、轴联接器、翻转轴、安转板I、翻转电机座安装轴、旋转基座、轴承II、轴承III、安转板II、翻转感应针座、翻转感应针、槽形光偶、轴承IV、轴承V、轴承VI、旋转电机座、下法兰、旋转感应针、槽形光偶座、接触开关、电机安装轴、旋转电机、旋转电机座安转轴。

开合电机固定在开合电机座上，开合电机座通过开合电机座安装轴安装在翻转基座上；开合电机座、机械手指座之间利用滑动轴固定在一起，机械手指座内安装有轴承I，丝杠一端通过轴承I与机械手指座配合连接，丝杠另一端与开合电机的电机轴固定连接；滑块内嵌有螺母和直线轴承分别套在丝杠和滑动轴上，2个开合手指利用销钉安装在滑块上；2个机械手指利用销钉安装在机械手指座上，2个机械手指和2个开合手指又分别利用销钉联接在一起。电位器固定在翻转基座和开合电机座上，电位器挡块固定在滑块上，电位器伸出的探针被电位器挡块顶住。

开合电机动作通过丝杠、滑块内嵌的螺母转化为直线运动，使滑块带着开合手指沿滑动轴来回运动，2个机械手指也随之夹紧或打开用于取放培养皿。当滑块处于最大回程位置时，2个机械手指处于打开状态；开合电机动作带动滑块运动，2个开合手指也随之带动2个机械手指向内运动直至完全夹紧培养皿，此时滑块达到最大行程位置；开合电机反向动作，开合手指带动机械手指向外运动直至完全打开放下培养皿，此时滑块达到最大回程位置。电位器伸出的探针一直紧靠在电位器挡块上，通过感应滑块的位置变化为开合电机的最大回程位置和最大行程位置提供定位。

翻转电机固定在翻转电机座上，翻转电机座通过翻转电机座安装轴安装在安装板I上；安装板I和安装板II通过旋转基座固定在一起，旋转基座内安装有轴承II和轴承III，翻转轴一端通过轴承II和轴承III与旋转基座配合连接，翻转轴另一端与翻转电机的电机轴通过轴联接器连接在一起；翻转基座开一通孔套在翻转轴上，并通过一个卡块卡在一起，可以一起翻转。安装板II上安装有2个槽形光偶，翻转轴伸出安装板II的端部固定一个翻转感应针座，翻转感应针座上装有一个翻转感应针。

翻转电机动作通过翻转轴带动翻转基座作翻转运动，进而带动与翻转基座连接的部件如开合电机、机械手指等一起作翻转运动。当机械手指翻转到无菌皿储存位置夹取培养皿时，连接在翻转轴上的翻转感应针通过安装板II上安装的一个槽形光偶，槽形光偶感应到位置信号为翻转电机的第一个位置提供定位；当机械手指翻转到托盘位置取放培养皿时，翻转感应针通过安装板II上安装的另一个槽形光偶，槽形光偶感应到位置信号为翻转电机的第二个位置提供定位；翻转电机在第一个位置和第二个位置之间来回翻转。

旋转电机固定在旋转电机座上，旋转电机座通过旋转电机座安装轴安装在外壳部分的底板上；旋转电机的电机轴与旋转基座固定连接，旋转基座与旋转电机座通过轴承IV、轴承V、轴承VI配合。旋转电机座上装有槽形光偶座，槽形光偶座上安装一个槽形光偶，在旋转电机座上从槽形光偶方向旋转60°位置处安装一个接触开关，在旋转基座上安装一个旋转感应针。

旋转电机动作通过旋转基座带动与旋转基座连接的部件如翻转电机、开合电机、机械手指等一起作旋转运动。当机械手指旋转到无菌皿储存位置时，安装在旋转基座上的旋转感应针通过槽形光偶座上安装的槽形光偶，槽形光偶感应到位置信号为旋转电机的第一个位置提供定位；当机械手指旋转到有菌皿储存位置时，旋转感应针碰到接触开关，接触开关发出位置信号为旋转电机的第二个位置提供定位；旋转电机在第一个位置和第二个位置之间旋转。

机械手的动作由3个电机控制，通过开合电机，机械手可以夹紧或打开用于取放培养皿；通过翻转电机，机械手可以在无菌皿储存位置和托盘位置之间翻转培养皿；通过旋转电机，机械手可以在无菌皿储存位置和有菌皿储存位置之间转移培养皿。

在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述可移动采样头部分包括采样头上盖、安装支架、滑块、上法兰、上轴承、上轴承座、槽形光偶、感应针、丝杠、槽形光偶座、滑动轴、限位轴、下轴承座、下轴承、下法兰、步进电机、电机安装轴、下轴承座安装轴。采样头上盖按要求开一条狭缝作为采样进气口，即采样裂隙。

下轴承座利用下轴承座安装轴安装在外壳部分的底板上。上轴承座、下轴承座之间用滑动轴和槽形光偶座固定在一起，上轴承座内安装有上轴承，下轴承座内安装有下轴承，丝杠通过上轴承、下轴承与上轴承座和下轴承座配合连接；下轴承座底部安装有步进电机，步进电机的电机轴与丝杠固定连接；滑块内嵌有螺母和直线轴承分别套在丝杠和滑动轴上，采样头上盖通过安装支架固定连接在滑块上；下轴承座上固定有限位轴用来定位滑块的最低行程。槽形光偶座上端、下端分别安装一个槽形光偶，滑块上安装一个感应针。

步进电机动作通过丝杠、滑块内嵌的螺母转化为直线运动，使滑块带着采样头上盖沿滑动轴上下运动。当滑块运动到最低行程时，滑块上安装的感应针通过槽形光偶座下端安装的槽形光偶，槽形光偶感应到滑块位置为滑块的最低行程提供定位；当滑块运动到最高行程时，滑块上安装的感应针通过槽形光偶座上端安装的槽形光偶，槽形光偶感应到滑块位置为滑块的最高行程提供定位。

固定式采样头部分的缸体顶面与侧面均嵌有O型圈；当滑块运动到最低行程时，可移动采样头与固定式采样头组成一个完整的采样头，采样头上盖与缸体之间利用O型圈密封。滑块的最低行程采用限位轴定位与槽形光偶定位相结合的方式，定位准确可靠，使采样头上盖和缸体紧密结合在一起，压紧O型圈，起到密封作用。

在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述固定式采样头部分包括培养皿、定位支架、定位滑块、轴承I、销轴、定位凸轮、滑动轴、弹簧、托盘、托盘座、定位离合轴套、托盘支撑座、上法兰、轴承座、轴承II、轴承III、下法兰、转动轴、电机安装轴、步进电机、轴承座安装轴、O型圈、缸体、出气嘴、出线嘴、缸体安装轴。

缸体利用缸体安装轴安装在外壳部分的底板上；缸体底面安装出气嘴和出线嘴，出气嘴作为排气口使用，出线嘴作为连接内外导线用；缸体顶面与侧面均嵌有O型圈，当采样头上盖与缸体配合时起密封作用。轴承座利用轴承座安装轴安装在缸体内腔底面；轴承座下部安装有步进电机，步进电机的电机轴与转动轴固定连接；转动轴与轴承座通过轴承II、轴承III配合，定位凸轮、定位离合轴套依次固定在转动轴上部；定位离合轴套外又套有一个跟它相配合的托盘支撑座，托盘支撑座上固定安装2个托盘座，托盘就固定在2个托盘座上；2个托盘座均开有2个通孔，2个滑动轴就紧套在2个托盘座的通孔内，又有2个定位滑块内嵌直线轴承套在滑动轴的两端，2个定位滑块之间用弹簧拉紧，2个定位滑块上部各安装一个定位支架；2个定位滑块内各自利用销轴安装一个轴承I，2个轴承I紧靠在定位凸轮外侧，将2个定位滑块撑开。培养皿放置在托盘上，采样时利用定位支架确定采样位置。

定位离合轴套与托盘支撑座之间存在1/4圆周的配合间隙；采样初始状态，定位凸轮的长半轴方向与轴承I接触，将2个定位滑块连同定位支架一起撑开；机械手夹取培养皿放在托盘上，之后步进电机顺时针方向转动90°，带动定位凸轮转到短半轴方向与轴承I接触，2个定位支架推动培养皿并最终将培养皿夹持在托盘中央的采样位置，定位离合轴套转过1/4圆周的配合间隙紧靠托盘支撑座，托盘支撑座、托盘座、托盘等没有动作；然后步进电机通过转动轴、定位离合轴套、托盘支撑座、托盘座带动托盘和培养皿以一定的速度匀速旋转；移走培养皿之前，步进电机逆时针方向转动90°，带动定位凸轮转到长半轴方向与轴承I接触，2个定位支架松开培养皿，之后机械手将培养皿夹走。

为保证采样时携带微生物的空气以一定的速度撞击在培养皿内的琼脂上，采样头上盖的裂隙到培养皿要保持一个确定的距离，该距离由可移动采样头部分滑块的最低行程确定。该行程采用限位轴定位与槽形光偶定位相结合的方式，定位准确可靠，确保培养皿与裂隙的距离准确。

在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述无菌皿储存部分包括上法兰、上轴承、上轴承座、槽形光偶、槽形光偶座、丝杠、滑动轴、滑块、感应针、下轴承座、下轴承、下法兰、电机安装轴、步进电机、安装轴、传感器座、传感器、上支架、支架连接轴、驱动托盘、下支架、下支架安装轴。

下轴承座利用安装轴安装在外壳部分的底板上。上轴承座、下轴承座之间用滑动轴和槽形光偶座固定在一起，上轴承座内安装有上轴承，下轴承座内安装有下轴承，丝杠通过上轴承、下轴承与上轴承座和下轴承座配合连接；下轴承座底部安装有步进电机，步进电机的电机轴与丝杠固定连接；滑块内嵌有螺母和直线轴承分别套在丝杠和滑动轴上，驱动托盘固定在滑块上。槽形光偶座上端、下端分别安装一个槽形光偶，滑块上安装一个感应针。下支架利用下支架安装轴也安装在外壳部分的底板上；上支架、下支架之间用支架连接轴固定在一起，组成一个中空的笼子形状，驱动托盘位于笼子的正中央；无菌培养皿储存在笼子内，放置于驱动托盘之上；上支架上固定安装一个传感器座，传感器座上固定一个传感器。

步进电机动作通过丝杠、滑块内嵌的螺母转化为直线运动，使滑块带着驱动托盘和培养皿沿滑动轴上下运动。当滑块运动到最低行程时，滑块上安装的感应针通过槽形光偶座下端安装的槽形光偶，槽形光偶感应到滑块位置为滑块的最低行程提供定位；步进电机正转推动滑块带着驱动托盘和培养皿向上运动，直到上支架上连接的传感器感应到培养皿存在，则保持当前电机行程等待机械手夹取培养皿；当滑块运动到最高行程时，滑块上安装的感应针通过槽形光偶座上端安装的槽形光偶，槽形光偶感应到滑块位置为滑块的最高行程提供定位。

有菌皿储存部分的结构组成与无菌皿储存部分相同。其工作原理与无菌皿储存部分基本相同，不同之处在于：在机械手放下有菌培养皿之前，上支架上连接的传感器检测当前位置是否存在培养皿，若存在培养皿，则步进电机反转带动驱动托盘和培养皿向下运动，直到传感器检测到当前位置不存在培养皿；然后机械手放下有菌培养皿，步进电机继续反转带动培养皿向下运动直到传感器检测到不存在培养皿，为下次存放培养皿做好准备工作。

在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述气路部分包括进气口、伸缩管、流量计、缓冲瓶、气泵、消音器。进气口安装于外壳顶部，伸缩管连接进气口和可移动采样头部分的采样头上盖，可移动采样头部分和固定式采样头部分组成一个完整的采样头，与流量计、缓冲瓶、气泵、消音器之间用管路依次接通。

外界气体由进气口进入，经伸缩管后进入可移动采样头部分的采样头上盖，再由固定式采样头部分的出气嘴出来，经流量计、缓冲瓶后由气泵抽出经消音器消音后排出。若气体中有检测用样本，则会被培养皿内的培养琼脂捕捉。

在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述电路部分包括显示屏、薄膜按键、电源开关、电源插座、电路板、开关电源、电机驱动器、温度计和湿度计。显示屏与薄膜按键安装在外壳前面，方便观察与操作。电源开关与电源插座安装在外壳前侧面，电路板、开关电源和电机驱动器安装在外壳的不同部位。温度计和湿度计用于测量温度和湿度。

在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述外壳部分包括右上盖、机箱、把手、底脚、RS232接口、信号接口。右上盖可以打开，方便取放培养皿及观察采样过程；机箱上开有多排散热窗；RS232接口用于对外通讯。

本发明采用可移动采样头部分和固定式采样头部分组成一个完整的采样头，结构紧凑，两部分间由O型图密封，密封可靠。固定式采样头部分中的托盘旋转由步进电机驱动，转动平稳，转速可以满足设计要求；采样头上盖的裂隙到培养皿的距离由可移动采样头部分滑块的最低行程确定，该行程采用限位轴定位与槽形光偶定位相结合的方式，定位准确可靠。机械手部分由开合电机驱动开合手指控制机械手指开合，取放培养皿稳定可靠。无菌皿储存部分和有菌皿储存部分均由步进电机驱动培养皿升降，方便机械手取放培养皿。

如图1所示，本发明的工作流程。

采样过程中可自动控制更换培养皿，存储各个培养皿的开始时间、累计时间、累计采样体积、标况采样体积、培养皿编号、采样有效性、环境温度、和湿度，实现无人值守自动换皿、自动采样、自动记录采样数据。

本发明与现有采样器相比，其优点在于自动化程度高，实现了无人值守自动换皿、自动连续采样、自动记录采样数据。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明的外观立体示意图；

图3是本发明的主视图，为便于观察，去掉显示屏、薄膜按键、电路板、开关电源、右上盖及前面的部分外壳；

图4是本发明的右视图，为便于观察，去掉流量计及左侧的部分外壳；

图5是本发明的俯视图，为便于观察，去掉进气口、显示屏、薄膜按键、右上盖及顶面外壳；

图6是本发明的轴测图，为便于观察，去掉进气口、显示屏、薄膜按键、右上盖、顶部及侧面的部分外壳；

图7是本发明可移动采样头部分的主视图；

图8是本发明可移动采样头部分的右视图，为便于观察，作剖视处理；

图9是本发明可移动采样头部分的俯视图；

图10是本发明可移动采样头部分的轴测图；

图11是本发明固定式采样头部分的主视图；

图12是本发明固定式采样头部分的右视图，为便于观察，去掉培养皿，作剖视处理；

图13是本发明固定式采样头部分的俯视图，为便于观察，去掉培养皿和托盘；

图14是本发明固定式采样头部分的轴测图，为便于观察，去掉培养皿、托盘和弹簧；

图15是本发明机械手部分的主视图，为便于观察，作剖视处理；

图16是本发明机械手部分的右视图，为便于观察，去掉机械手指、开合电机及相关组件，作剖视处理；

图17是本发明机械手部分的俯视图；

图18是本发明机械手部分的轴测图；

图19是本发明培养皿储存部分的主视图，为便于观察，作剖视处理；

图20是本发明培养皿储存部分的右视图；

图21是本发明培养皿储存部分的俯视图；

图22是本发明培养皿储存部分的轴测图；

1、可移动采样头部分；1-1、采样头上盖；1-2、安装支架；1-3、滑块；1-4、上法兰；1-5、上轴承；1-6、上轴承座；1-7、槽形光偶；1-8、感应针；1-9、丝杠；1-10、槽形光偶座；1-11、滑动轴；1-12、限位轴；1-13、下轴承座；1-14、下轴承；1-15、下法兰；1-16、步进电机；1-17、电机安装轴；1-18、下轴承座安装轴；1-19、采样裂隙；

2、固定式采样头部分；2-1、培养皿；2-2、定位支架；2-3、定位滑块；2-4、轴承I；2-5、销轴；2-6、定位凸轮；2-7、滑动轴；2-8、弹簧；2-9、托盘；2-10、托盘座；2-11、定位离合轴套；2-12、托盘支撑座；2-13、上法兰；2-14、轴承座；2-15、轴承II；2-16、轴承III；2-17、下法兰；2-18、转动轴；2-19、电机安装轴；2-20、步进电机；2-21、轴承座安装轴；2-22、O型圈；2-23、缸体；2-24、出气嘴；2-25、出线嘴；2-26、缸体安装轴；

3、机械手部分；3-1、机械手指；3-2、开合手指；3-3、机械手指座；3-4、轴承I；3-5、丝杠；3-6、滑动轴；3-7、滑块；3-8、开合电机座；3-9、开合电机座安装轴；3-10、翻转基座；3-11、开合电机；3-12、电位器；3-13、电位器挡块；3-14、翻转电机；3-15、翻转电机座；3-16、轴联接器；3-17、翻转轴；3-18、安转板I；3-19、翻转电机座安装轴；3-20、旋转基座；3-21、轴承II；3-22、轴承III；3-23、安转板II；3-24、翻转感应针座；3-25、翻转感应针；3-26、槽形光偶；3-27、轴承IV；3-28、轴承V；3-29、轴承VI；3-30、旋转电机座；3-31、下法兰；3-32、旋转感应针；3-33、槽形光偶；3-34、槽形光偶座；3-35、接触开关；3-36、电机安装轴；3-37、旋转电机；3-38、旋转电机座安转轴；

4、无菌皿储存部分；4-1、上法兰；4-2、上轴承；4-3、上轴承座；4-4、槽形光偶；4-5、槽形光偶座；4-6、丝杠；4-7、滑动轴；4-8、滑块；4-9、感应针；4-10、下轴承座；4-11、下轴承；4-12、下法兰；4-13、电机安装轴；4-14、步进电机；4-15、安装轴；4-16、传感器座；4-17、传感器；4-18、上支架；4-19、支架连接轴；4-20、驱动托盘；4-21、下支架；4-22、下支架安装轴；

5、有菌皿储存部分；

6、气路部分；6-1、进气口；6-2、伸缩管；6-3、流量计；6-4、缓冲瓶；6-5、气泵；6-6、消音器；

7、电路部分；7-1、显示屏；7-2、薄膜按键；7-3、电源开关；7-4、电源插座；7-5、电路板；7-6、开关电源；7-7、电机驱动器；

8、外壳部分；8-1、右上盖；8-2、机箱；8-3、把手；8-4、底脚；8-5、RS232接口；8-6、信号接口；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的结构组成与工作原理作进一步详细的说明。

参阅附图，本发明包括可移动采样头部分1、固定式采样头部分2、机械手部分3、无菌皿储存部分4、有菌皿储存部分5，气路部分6、电路部分7及外壳部分8。可移动采样头部分1、固定式采样头部分2、机械手部分3、无菌皿储存部分4、有菌皿储存部分5均利用铜柱支撑安装在机箱8-2的底板上，机械手可以在固定式采样头部分2、无菌皿储存部分4、有菌皿储存部分5之间夹取并移动培养皿；气路部分6、电路部分7安装在机箱8-2的不同部位。

可移动采样头部分

参阅图7、图8、图9、图10，可移动采样头部分包括采样头上盖1-1、安装支架1-2、滑块1-3、上法兰1-4、上轴承1-5、上轴承座1-6、2个槽形光偶1-7、感应针1-8、丝杠1-9、槽形光偶座1-10、2个滑动轴1-11、限位轴1-12、下轴承座1-13、下轴承1-14、下法兰1-15、步进电机1-16、若干电机安装轴1-17和下轴承座安装轴1-18。采样头上盖1-1按要求开一条狭缝做为采样进气口，即采样裂隙1-19。

下轴承座1-13利用若干下轴承座安装轴1-18安装在机箱8-2的底板上。上轴承座1-6、下轴承座1-13之间用2个滑动轴1-11和槽形光偶座1-10固定在一起；上轴承座1-6上部固定安装上法兰1-4，内部安装有上轴承1-5；下轴承座1-13下部固定安装下法兰1-15，内部安装有下轴承1-14；丝杠1-9通过上轴承1-5、下轴承1-14与上轴承座1-6和下轴承座1-13配合连接，转动灵活。下轴承座1-13底部安装有步进电机1-16，步进电机1-16的电机轴与丝杠1-9固定连接。滑块1-3内嵌有螺母和直线轴承分别套在丝杠1-9和滑动轴1-11上，采样头上盖1-1通过安装支架1-2固定连接在滑块1-3上，滑块1-3可以带着采样头上盖1-1沿滑动轴1-11上下运动。下轴承座1-13上固定一个限位轴1-12用来定位滑块1-3的最低行程。槽形光偶座1-10上端、下端分别安装一个槽形光偶1-7，滑块1-3上对应位置安装一个感应针1-8。

步进电机1-16动作通过丝杠1-9、滑块1-3内嵌的螺母转化为直线运动，驱动滑块1-3带着采样头上盖1-1沿滑动轴1-11上下运动。采样时滑块1-3运动到最低行程，可移动采样头与固定式采样头组成一个完整的采样头，利用套在缸体2-23顶面与侧面的O型圈2-22起到密封作用，槽形光偶座1-10下端安装的槽形光偶1-7检测到滑块1-3上安装的感应针1-8获得位置信号，同时限位轴1-12上端顶住了定位滑块1-3限制其继续下行；采样结束后滑块1-3运动到最高行程，槽形光偶座1-10上端安装的槽形光偶1-7检测到感应针1-8获得位置信号。

固定式采样头部分

参阅图11、图12、图13、图14，固定式采样头部分包括培养皿2-1、2个定位支架2-2、2个定位滑块2-3、2个轴承I 2-4、2个销轴2-5、定位凸轮2-6、2个滑动轴2-7、2个弹簧2-8、托盘2-9、托盘座2-10、定位离合轴套2-11、托盘支撑座2-12、上法兰2-13、轴承座2-14、轴承II2-15、轴承III2-16、下法兰2-17、转动轴2-18、若干电机安装轴2-19、步进电机2-20、若干轴承座安装轴2-21、2个O型圈2-22、缸体2-23、出气嘴2-24、出线嘴2-25、若干缸体安装轴2-26。

缸体2-23安装在机箱8-2的底板上，缸体2-23底面安装出气嘴2-24和出线嘴2-25，缸体2-23顶面与侧面均嵌有O型圈2-22，在采样头上盖1-1与缸体2-23配合时起密封作用。轴承座2-14安装在缸体2-23内腔底面；轴承座2-23下部安装有步进电机2-20，步进电机2-20的电机轴与转动轴2-18固定连接；转动轴2-18与轴承座2-14通过轴承II2-15、轴承III2-16配合，定位凸轮2-6、定位离合轴套2-11依次固定在转动轴2-18上部；定位离合轴套2-11外又套有一个跟它相配合的托盘支撑座2-12，托盘支撑座2-12上固定安装2个托盘座2-10，托盘2-9就固定在2个托盘座2-10上；2个滑动轴2-7紧套在2个托盘座2-10的通孔内，又有2个定位滑块2-3内嵌直线轴承套在滑动轴2-7的两端，2个定位滑块2-3之间用弹簧2-8拉紧，2个定位滑块2-3上部各安装一个定位支架2-2，定位滑块2-3和定位支架2-2可以沿滑动轴2-7来回滑动；2个定位滑块2-3内各自利用销轴2-5安装一个轴承I2-4，2个轴承I2-4紧靠在定位凸轮2-6外侧，并将2个定位滑块2-3撑开。培养皿2-1放置在托盘2-9上。

定位离合轴套2-11与托盘支撑座2-12之间存在1/4圆周的配合间隙；采样初始状态，定位凸轮2-6的长半轴方向与轴承I 2-4接触，将2个定位滑块2-3连同定位支架2-2一起撑开；机械手夹取培养皿2-1放在托盘2-9上，之后步进电机2-20顺时针方向转动90°带动定位凸轮2-6转到短半轴方向与轴承I2-4接触，2个定位支架2-2向内运动将培养皿2-1定位在托盘2-9的中央位置，同时定位离合轴套2-11转过1/4圆周的配合间隙紧靠托盘支撑座2-12，托盘支撑座2-12、托盘座2-10、托盘2-9等没有动作；然后步进电机2-20动作带动托盘2-9和培养皿2-1以一定的速度匀速旋转；移走培养皿2-1之前，步进电机2-20逆时针方向转动90°，带动定位凸轮2-6又转回到长半轴方向与轴承I2-4接触，将2个定位滑块2-3连同2个定位支架2-2一起向外推开，松开培养皿2-1，便于机械手将培养皿2-1夹走。

机械手部分

参阅图15、图16、图17、图18，机械手部分包括2个机械手指3-1、2个开合手指3-2、机械手指座3-3、轴承I3-4、丝杠3-5、2个滑动轴3-6、滑块3-7、开合电机座3-8、若干开合电机座安装轴3-9、翻转基座3-10、开合电机3-11、电位器3-12、电位器挡块3-13、翻转电机3-14、翻转电机座3-15、轴联接器3-16、翻转轴3-17、安转板I 3-18、若干翻转电机座安装轴3-19、旋转基座3-20、轴承II3-21、轴承III 3-22、安转板II3-23、翻转感应针座3-24、翻转感应针3-25、2个槽形光偶3-26、轴承IV3-27、轴承V3-28、轴承VI3-29、旋转电机座3-30、下法兰3-31、旋转感应针3-32、槽形光偶3-33、槽形光偶座3-34、接触开关3-35、若干电机安装轴3-36、旋转电机3-37、若干旋转电机座安转轴3-38。

开合电机3-11固定在开合电机座3-8上，开合电机座3-8安装在翻转基座3-10上；开合电机座3-8、机械手指座3-3之间利用滑动轴3-6固定在一起，机械手指座3-3内安装有轴承I3-4，丝杠3-5一端通过轴承I3-4与机械手指座3-3配合连接，丝杠3-5另一端与开合电机3-11的电机轴固定连接，由于采用了轴承配合，丝杠3-5可以灵活转动；滑块3-7内嵌有螺母和直线轴承分别套在丝杠3-5和滑动轴3-6上，2个开合手指3-2安装在滑块3-7上，滑块3-7可以带着开合手指3-2沿滑动轴3-6来回滑动；2个机械手指3-1安装在机械手指座3-3上，2个机械手指3-1和2个开合手指又3-2分别利用销钉联接在一起，开合手指3-2可以带动机械手指3-1夹紧或打开。电位器3-12固定在翻转基座3-10和开合电机座3-8上，电位器挡块3-13固定在滑块3-7上，电位器3-12伸出的探针顶在电位器挡块3-13上。

开合电机3-11动作通过丝杠3-5、滑块3-7内嵌的螺母转化为直线运动，使滑块3-7带着开合手指3-2沿滑动轴3-6来回运动，2个机械手指3-1也随之夹紧或打开用于取放培养皿2-1。电位器3-12伸出的探针一直紧靠在电位器挡块3-13上，通过感应滑块3-7的位置变化为开合电机3-11的最大回程位置和最大行程位置提供定位。

翻转电机3-14固定在翻转电机座3-15上，翻转电机座3-15安装在安装板I3-18上；安装板I3-18和安装板II3-23通过旋转基座3-20固定在一起，旋转基座3-20内安装有轴承II3-21和轴承III3-22，翻转轴3-17一端通过轴承II3-21和轴承III3-22与旋转基座3-20配合连接，翻转轴3-17另一端与翻转电机3-14的电机轴通过轴联接器3-16连接在一起，翻转轴3-17采用轴承配合可以灵活转动；翻转基座3-10与翻转轴3-17卡在一起，可以一起翻转。安装板II3-23上安装有2个槽形光偶3-26，翻转轴3-17的端部固定一个翻转感应针座3-24，翻转感应针座3-24上装有一个翻转感应针3-25。

翻转电机3-14动作带动翻转基座3-10及与翻转基座3-10连接的部件如开合电机3-11、机械手指3-1等一起作翻转运动。安装板II3-23上的2个槽形光偶3-26和翻转感应针座3-24上安装的一个翻转感应针3-25为翻转电机3-14动作提供定位。

旋转电机3-37固定在旋转电机座3-30上，旋转电机座3-30安装在机箱8-2的底板上；旋转电机3-37的电机轴与旋转基座3-20固定连接，旋转基座3-20与旋转电机座3-30通过轴承IV3-27、轴承V3-28、轴承VI3-29配合，摩擦力小，旋转灵活。旋转电机座3-30上装有槽形光偶座3-34，槽形光偶座3-34上安装一个感应旋转位置的槽形光偶3-33，在旋转电机座3-30上从槽形光偶3-33方向旋转60°位置处安装一个接触开关3-35，在旋转基座3-20上相应位置处安装一个旋转感应针3-32。

旋转电机3-37动作带动旋转基座3-20及与旋转基座3-20连接的部件如翻转电机3-14、开合电机3-11、机械手指3-1等一起作旋转运动。感应旋转位置的槽形光偶3-33、接触开关3-35和旋转感应针3-32一起为旋转电机3-37的行程位置提供定位。

采样前机械手从无菌皿储存位置夹取无菌培养皿，并将无菌培养皿翻转到托盘2-9位置放下；采样结束后机械手从托盘2-9位置夹取有菌培养皿，先将有菌培养皿翻转到无菌皿储存位置，再将有菌培养皿旋转到有菌皿储存位置放下；随后机械手再次旋转到无菌皿储存位置预备下次采样。

无菌皿储存部分

参阅图19、图20、图21、图22，无菌皿储存部分包括上法兰4-1、上轴承4-2、上轴承座4-3、2个槽形光偶4-4、槽形光偶座4-5、丝杠4-6、2个滑动轴4-7、滑块4-8、感应针4-9、下轴承座4-10、下轴承4-11、下法兰4-12、若干电机安装轴4-13、步进电机4-14、若干安装轴4-15、传感器座4-16、传感器4-17、上支架4-18、若干支架连接轴4-19、驱动托盘4-20、下支架4-21、若干下支架安装轴4-22。

下轴承座4-10安装在机箱8-2的底板上。上轴承座4-3、下轴承座4-10之间用滑动轴4-7和槽形光偶座4-5固定在一起；上轴承座4-3上部固定安装上法兰4-1，内部安装有上轴承4-2；下轴承座4-10下部固定安装下法兰4-12，内部安装有下轴承4-11；丝杠4-6通过上轴承4-2、下轴承4-11与上轴承座4-3和下轴承座4-10配合连接，由于采用轴承配合，减少了摩擦，转动灵活。下轴承座4-10底部安装有步进电机4-14，步进电机4-14的电机轴与丝杠4-6固定连接；滑块4-8内嵌有螺母和直线轴承分别套在丝杠4-6和滑动轴4-7上，驱动托盘4-20固定在滑块4-8上，滑块4-8可以带着驱动托盘4-20沿滑动轴4-7上下运动。槽形光偶座4-5上端、下端分别安装一个槽形光偶4-4，滑块4-8上安装一个感应针4-9。下支架4-21也安装在机箱8-2的底板上；上支架4-18、下支架4-21之间用支架连接轴4-19固定在一起，组成一个中空的笼子形状，用于储存培养皿2-1；驱动托盘4-20位于笼子的正中央，无菌培养皿放置于驱动托盘4-20之上；上支架4-18上固定安装一个传感器座4-16，传感器座4-16上固定一个传感器4-17，用于检测是否存在培养皿2-1。

步进电机4-14动作通过丝杠4-6、滑块4-8内嵌的螺母转化为直线运动，使滑块4-8带着驱动托盘4-20和培养皿2-1沿滑动轴4-7上下运动。安装在槽形光偶座4-5上端、下端的2个槽形光偶4-4和安装在滑块4-8上的感应针4-9为滑块4-8的行程定位。传感器4-17检测无菌皿储存位置是否存在培养皿2-1可供机械手夹取。

有菌皿储存部分

有菌皿储存部分的结构组成与无菌皿储存部分相同。其工作原理与无菌皿储

存部分基本相同，不同之处在于：在机械手放下有菌培养皿之前，上支架上连接的传感器检测当前位置是否存在培养皿，若存在培养皿，则步进电机反转带动驱动托盘和培养皿向下运动，直到传感器检测到当前位置不存在培养皿，然后机械手放下有菌培养皿。

气路部分

参阅图3、图4、图5、图6，气路部分包括进气口6-1、伸缩管6-2、流量计6-3、缓冲瓶6-4、气泵6-5、消音器6-6。进气口6-1安装于机箱8-2顶部，伸缩管6-2连接进气口6-1和可移动采样头部分的采样头上盖1-1，可移动采样头部分和固定式采样头部分组成一个完整的采样头，与流量计6-3、缓冲瓶6-4、气泵6-5、消音器6-6之间用管路依次接通。外界气体由进气口6-1进入，经伸缩管6-2后进入可移动采样头部分的采样头上盖1-1，再由固定式采样头部分的出气嘴2-24出来，经流量计6-3、缓冲瓶6-4后由气泵6-5抽出经消音器6-6消音后排出，培养皿2-1内的培养琼脂捕捉检测用样本。流量计6-3、气泵6-5与电路板7-5连接，流量计6-3将气路流量信号发送至电路板7-5，电路板7-5根据接收到的流量信息调整气泵6-5的工作状态，使气路流量达到规定要求。

电路部分

参阅图2、图4、图5、图6，电路部分包括显示屏7-1、薄膜按键7-2、电源开关7-3、电源插座7-4、电路板7-5、开关电源7-6、电机驱动器7-7、温度计和湿度计。显示屏7-1与薄膜按键7-2安装在机箱8-2前面，方便观察与操作。电源开关7-3与电源插座7-4安装在机箱8-2前侧面，电路板7-5、开关电源7-6和电机驱动器7-7安装在机箱8-2的内部，电机驱动器7-7用于驱动步进电机动作。温度计和湿度计用于测量温度和湿度。

外壳部分

参阅图2，外壳部分包括右上盖8-1、机箱8-2、2个把手8-3、3个底脚8-4、RS232接口8-5、2个信号接口8-6。右上盖8-1可以打开，既方便取放培养皿2-1又可以观察采样过程；机箱8-2上开有多排散热窗。

本发明可完成裂隙采样，采样过程中自动更换培养皿，自动采样并自动记录采样数据。采样时只需准备好采样所需的培养皿，设定好采样程序，就可以按设定自动进行采样过程，不需要其它人工操作，实现了无人值守自动连续多次采样。

以上所述，仅是本发明的较佳应用实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，本发明在基本结构和工作原理不变的情况下还有其他的实施方式，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种全自动微生物采样器，包括外壳部分、电路部分、气路部分，皿储存部分和采样头部分，其特征在于：所述采样头部分包括可移动采样头部分和固定式采样头部分，皿储存部分包括无菌皿储存部分和有菌皿储存部分，还包括机械手部分，所述机械手部分夹取培养皿，并在固定式采样头部分、无菌皿储存部分、有菌皿储存部分之间移动，所述采样头部分、机械手部分和皿储存部分均安装设置在所述外壳部分的底板上；

所述机械手部分包括机械手指、开合手指、机械手指座、轴承I、丝杠、滑动轴、滑块、开合电机座、开合电机座安装轴、翻转基座、开合电机、电位器、电位器挡块、翻转电机、翻转电机座、轴联接器、翻转轴、安转板I、翻转电机座安装轴、旋转基座、轴承II、轴承III、安转板II、翻转感应针座、翻转感应针、槽形光偶、轴承IV、轴承V、轴承VI、旋转电机座、下法兰、旋转感应针、槽形光偶座、接触开关、电机安装轴、旋转电机、旋转电机座安转轴；

开合电机固定在开合电机座上，开合电机座通过开合电机座安装轴安装在翻转基座上；开合电机座、机械手指座之间利用滑动轴固定在一起，机械手指座内安装有轴承I，丝杠一端通过轴承I与机械手指座配合连接，丝杠另一端与开合电机的电机轴固定连接；滑块内嵌有螺母和直线轴承分别套在丝杠和滑动轴上，开合手指利用销钉安装在滑块上；机械手指利用销钉安装在机械手指座上，机械手指和开合手指又分别利用销钉联接在一起，电位器固定在翻转基座和开合电机座上，电位器挡块固定在滑块上，电位器伸出的探针被电位器挡块顶住；

翻转电机固定在翻转电机座上，翻转电机座通过翻转电机座安装轴安装在安装板I上；安装板I和安装板II通过旋转基座固定在一起，旋转基座内安装有轴承II和轴承III，翻转轴一端通过轴承II和轴承III与旋转基座配合连接，翻转轴另一端与翻转电机的电机轴通过轴联接器连接在一起；翻转基座开一通孔套在翻转轴上，并通过一个卡块卡在一起，可以一起翻转；安装板II上安装有槽形光偶，翻转轴伸出安装板II的端部固定一个翻转感应针座，翻转感应针座上装有一个翻转感应针；

旋转电机固定在旋转电机座上，旋转电机座通过旋转电机座安装轴安装在外壳部分的底板上；旋转电机的电机轴与旋转基座固定连接，旋转基座与旋转电机座通过轴承IV、轴承V、轴承VI配合；旋转电机座上装有槽形光偶座，槽形光偶座上安装一个槽形光偶，在旋转电机座上从槽形光偶方向旋转60°位置处安装一个接触开关，在旋转基座上安装一个旋转感应针。

2.根据权利要求1所述的全自动微生物采样器，其特征在于：所述采样器采用GPRS无线数据传输技术。

3.根据权利要求1所述的全自动微生物采样器，其特征在于：所述可移动采样头部分包括采样头上盖、安装支架、滑块、上法兰、上轴承、上轴承座、槽形光偶、感应针、丝杠、槽形光偶座、滑动轴、限位轴、下轴承座、下轴承、下法兰、步进电机、电机安装轴、下轴承座安装轴，所述采样头上盖开一条狭缝作为采样进气口；

下轴承座利用下轴承座安装轴安装在外壳部分的底板上，上轴承座、下轴承座之间用滑动轴和槽形光偶座固定在一起，上轴承座内安装有上轴承，下轴承座内安装有下轴承，丝杠通过上轴承、下轴承与上轴承座和下轴承座配合连接；下轴承座底部安装有步进电机，步进电机的电机轴与丝杠固定连接；滑块内嵌有螺母和直线轴承分别套在丝杠和滑动轴上，采样头上盖通过安装支架固定连接在滑块上；下轴承座上固定有限位轴用来定位滑块的最低行程；槽形光偶座上端、下端分别安装一个槽形光偶，滑块上安装一个感应针。

4.根据权利要求1所述的全自动微生物采样器，其特征在于：所述固定式采样头部分包括培养皿、定位支架、定位滑块、轴承I、销轴、定位凸轮、滑动轴、弹簧、托盘、托盘座、定位离合轴套、托盘支撑座、上法兰、轴承座、轴承II、轴承III、下法兰、转动轴、电机安装轴、步进电机、轴承座安装轴、O型圈、缸体、出气嘴、出线嘴、缸体安装轴；

缸体利用缸体安装轴安装在外壳部分的底板上；缸体底面安装出气嘴和出线嘴，出气嘴作为排气口使用，出线嘴作为连接内外导线用；缸体顶面与侧面均嵌有O型圈；轴承座利用轴承座安装轴安装在缸体内腔底面；轴承座下部安装有步进电机，步进电机的电机轴与转动轴固定连接；转动轴与轴承座通过轴承II、轴承III配合，定位凸轮、定位离合轴套依次固定在转动轴上部；定位离合轴套外又套有一个与之相配合的托盘支撑座，托盘支撑座上固定安装托盘座，托盘固定在托盘座上；托盘座均开有通孔，滑动轴紧套在托盘座的通孔内，定位滑块内嵌直线轴承套在滑动轴的两端，定位滑块之间用弹簧拉紧，定位滑块上部各安装一个定位支架；定位滑块内各自利用销轴安装一个轴承I，轴承I紧靠在定位凸轮外侧，将定位滑块撑开；培养皿放置在托盘上，采样时利用定位支架确定采样位置。

5.根据权利要求1所述的全自动微生物采样器，其特征在于：所述无菌皿储存部分包括上法兰、上轴承、上轴承座、槽形光偶、槽形光偶座、丝杠、滑动轴、滑块、感应针、下轴承座、下轴承、下法兰、电机安装轴、步进电机、安装轴、传感器座、传感器、上支架、支架连接轴、驱动托盘、下支架、下支架安装轴；

下轴承座利用安装轴安装在外壳部分的底板上；上轴承座、下轴承座之间用滑动轴和槽形光偶座固定在一起，上轴承座内安装有上轴承，下轴承座内安装有下轴承，丝杠通过上轴承、下轴承与上轴承座和下轴承座配合连接；下轴承座底部安装有步进电机，步进电机的电机轴与丝杠固定连接；滑块内嵌有螺母和直线轴承分别套在丝杠和滑动轴上，驱动托盘固定在滑块上；槽形光偶座上端、下端分别安装一个槽形光偶，滑块上安装一个感应针；下支架利用下支架安装轴也安装在外壳部分的底板上；上支架、下支架之间用支架连接轴固定在一起，组成一个中空的笼子形状，驱动托盘位于笼子的正中央；无菌培养皿储存在笼子内，放置于驱动托盘之上；上支架上固定安装一个传感器座，传感器座上固定一个传感器。

6.根据权利要求1所述的全自动微生物采样器，其特征在于：所述气路部分包括进气口、伸缩管、流量计、缓冲瓶、气泵、消音器，进气口安装于外壳顶部，伸缩管连接进气口和可移动采样头部分的采样头上盖，可移动采样头部分和固定式采样头部分组成一个完整的采样头，与流量计、缓冲瓶、气泵、消音器之间用管路依次接通。

7.根据权利要求1所述的全自动微生物采样器，其特征在于：电路部分包括显示屏、薄膜按键、电源开关、电源插座、电路板、开关电源、电机驱动器、温度计和湿度计；显示屏与薄膜按键安装在外壳前面；电源开关与电源插座安装在外壳前侧面，电路板、开关电源和电机驱动器安装在外壳上。

8.根据权利要求1所述的全自动微生物采样器，其特征在于：外壳部分包括右上盖、机箱、把手、底脚、RS232接口、信号接口；机箱上开有多排散热窗；RS232接口用于对外通讯。

9.根据权利要求1所述的全自动微生物采样器，其特征在于：所述可移动采样头部分和固定式采样头部分组成一个完整的采样头，两部分间由O型圈密封。

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