CN102321529A - 自动化菌落拣选装置 - Google Patents

Abstract

本发明自动化菌落拣选装置，含有由支撑架部分和工作台部分构成的主工作台和控制台，在支撑架部分设有平皿自动化供料和收料结构、孔板自动化供料和收料结构以及清洗灭菌位的顶升旋转机构；在工作台部分包括工作平台及设置在工作平台上的震动器及孔板保护罩结构、平皿成像位及平皿保护罩结构、两个孔板料盒开口、平皿料盒开口和清洗灭菌位的顶升旋转机构开口以及连接有拾取头的三轴动力臂，工作平台上设有通风系统；本发明具有百级净化和防污染保护、自动化供料和收料、图像信息采集与处理的功能，能自动化拣选菌落和振荡拾取头，自动化进行拾取针的清洗和灭菌，实现高通量单克隆/菌落的自动化拣选，能满足大型实验室或工作站的工作需要。

Description

自动化菌落拣选装置

技术领域

本发明涉及科学仪器技术领域，是微生物菌落（克隆）挑选设备，具体地说，是一种自动化菌落拣选装置，可广泛应用于与生命科学和生物技术有关的生物、医药、食品、农业、能源、化工、纺织、采矿、炼油以及环境保护、土壤修复等诸多领域中涉及微生物分离、筛选、保藏、转移的工作。

背景技术

挑选和保藏微生物菌落是微生物科研、教学和生产中非常基础而且必需的工作，长期以来它一直是通过手工进行的。手工拣选菌落，一次挑选的菌落数量有限，而且人为因素较多，缺乏统一客观的挑选标准，因此劳动强度大但效率低。自从基因组科学诞生以来，因为一次性要挑选的菌落成千上万株，单靠传统的手工方式很难完成，因此，诞生了自动化挑取菌落的仪器和设备。这些仪器和设备可完成菌落的自动识别、自动挑取和挑取针头的自动清洗等动作。

目前的自动化菌落挑取设备主要有两类：一类是转盘式拾取装置（详见日本专利JP61274675A），它虽然实现了自动化操作，但是挑取效率仍然没有明显提高。另一类是阵列式拾取装置，它在自动化操作的基础上大大提高了挑取速度，是未来发展的趋势，但是，其拾取针的运动采用的是气动方式驱动，这就需要另外配备气源和气体净化装置，增加了成本与设备维护检修的难度；此外，气动方式下针头的伸出和收回运动惯性大，在挑取过程中易造成交叉污染。 

此外，现有自动化菌落挑取设备在针头清洗灭菌方面需要用水洗槽位、酒精槽位、加热槽位和冷却槽位进行清洗灭菌，其不足是：①这四个槽位布局在主要操作台面上，不仅占用较大的空间，而且容易造成主要操作空间污染；②由于水槽中的水为死水，每个实验批次更换一次，因此，水槽中易积累微生物，增加了污染机会和灭菌的难度；③酒精槽中的酒精同样为不流动状态，每个实验批次更换一次，易在酒精槽中积累微生物，增加了污染几率。

现有自动化菌落挑取设备一般都具备自动识别菌落、自动挑选菌落、自动清洗针头等功能，但是，却很少同时兼具诸如自动化供料和收料功能、图像信息采集与处理功能、自动化清洗功能、自动化拣选功能、振荡功能、百级净化功能等其他的功能，这样，现有的自动化菌落挑取设备在使用上会受到相应的限制。

就现有自动化菌落拾取装备针头的清洗灭菌来说，目前主要采用的方式有：①采用XYZ动力把将固定有针的针板依靠动力依次浸入水洗槽位、酒精槽位、加热槽位、冷却槽位进行清洗灭菌；②对矩阵排布的针头进行清洗：它主要是利用装有针头的针板保持不动，将清洗位利用机械结构设置成能够移动的两个位置，烘干灭菌位置直接位于针板的正下方，当针头需要清洗时，清洗位通过丝杆螺母把清洗位输送到装有针的针板正下方，同时利用斜块和轴承使得清洗位高度上升，使针头插入清洗位内，从而进行清洗，清洗完毕，按相反的动作，清洗位离开装有针的针板正下方，此时烘干灭菌装置工作。本装置进行针板更换需要设置两套清洗灭菌装置（见美国专利US 2004/0096984 A1）。

因此，现有自动化菌落挑取设备从结构到针头的清洗灭菌来说还是有进一步改善的空间的。

发明内容

本发明的目的在于完善现有自动化菌落挑取设备，提供一种可实现高通量单克隆挑选的自动化装置，它具有自动化供料和收料功能，具有图像信息采集与处理功能，能自动化清洗灭菌，自动化拣选和振荡，具有百级净化功能和防污染的保护功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自动化菌落拣选装置，含有主工作台和控制台，所述的主工作台由支撑架部分和工作台部分构成，支撑架部分的顶部或者说工作台部分的底部是为工作平台，在工作平台上设有上部外罩，在上部外罩的前面设有上部旋转门；在主工作台的一侧设有由支撑台箱体、控制箱、显示屏和输入系统构成的控制台，在工作台部分的上部外罩上设有通风系统；其特征是：

在所述支撑架部分的箱体内设有平皿自动化供料和收料结构、孔板自动化供料和收料结构和清洗灭菌位的顶升旋转机构，平皿自动化供料和收料结构、孔板自动化供料和收料结构设置在箱体内的前面（相对操作者而言），清洗灭菌位的顶升旋转机构设置在箱体内的后面（相对操作者而言）；

所述平皿自动化供料和收料结构通过其下固定板和支撑板固定在支撑架部分的底架上，在支撑板的上端设有上固定板，在下固定板和上固定板的向心面分别设置下导向板和上导向板，在下导向板和上导向板之间设置供料和收料两个平皿料盒，在平皿料盒后端位置的下固定板和上固定板之间，通过支撑板设置由丝杠、螺母、线性轴承、导向杆、联轴器和步进电机构成的动力机构（两个动力机构分别为两个平皿料盒提供动力），动力机构的下部由连接板、抬高杆和平皿托板构成，平皿托板伸至平皿料盒的下端；

所述孔板自动化供料和收料结构通过其下固定板和支撑板固定在支撑架部分的底架上，在支撑板的上端设有上固定板，在下固定板和上固定板向心面上分别设置下导向板和上导向板，在下导向板和上导向板之间设置供料和收料两个孔板料盒，在孔板料盒后端位置的下固定板和上固定板之间，通过支撑板设置由丝杠、螺母、线性轴承、导向杆、联轴器、步进电机和连接底板构成的动力机构，动力机构的下部由连接板、抬高杆和孔板托板构成，孔板托板伸至孔板料盒的下端；

所述的清洗灭菌位的顶升旋转机构通过底板固定在支撑架部分的底架上；在底板上设置四根导向轴，四根导向轴的顶端连接着顶板，在顶板上设置两块连接板，在一块连接板上设置清洗槽，在另一块连接板上设置灭菌槽；在底板上四根导向轴的中间设置联轴器，在联轴器内设置一根丝杠，丝杠的下端连接直流电机，丝杠的上端通过螺母连接着板，板上装有连接板，连接板与电机固定板相连；电机固定板上通过四个线性轴承装有步进电机，转盘通过键与步进电机连接，在转盘上设有两个搁针板位；在联轴器的旁边安装有传感器支架，在传感器支架上设有若干对射传感器；

在所述工作平台上设置震动器及孔板保护罩结构和平皿成像位及平皿保护罩结构，在震动器及孔板保护罩结构和平皿成像位及平皿保护罩结构的一侧设置两个孔板料盒开口，在孔板料盒开口的旁边配置孔板盖放置处；在震动器及孔板保护罩结构和平皿成像位及平皿保护罩结构的另一侧设置两个平皿料盒开口，在平皿料盒开口的旁边配置培养皿盖放置处；在震动器及孔板保护罩结构和平皿成像位及平皿保护罩结构的后面设置两个清洗灭菌位的顶升旋转机构开口；在工作平台的后面设置三轴动力臂，在三轴动力臂上连接拾取头；

所述震动器及孔板保护罩结构包括震荡器部分和孔板保护罩，震荡器部分设置在孔板保护罩下的工作平台上，它包括震荡器、丝杆螺母、直线滑块连接板、固定板、联轴器和电机，孔板保护罩的运动是通过丝杆螺母、直线滑块连接板、固定板、联轴器和电机来完成的；

所述的平皿成像位及平皿保护罩结构包含第一驱动轴、第二驱动轴和平皿保护罩，所述的第一驱动轴包括第一电机、第一联轴器、第一螺母、第一丝杠、第一直线滑块和与第一螺母相连的第一连接件，所述的第二驱动轴包括第二电机、第二联轴器、第二导向杆、第二丝杠、第二直线滑块、第二螺母和第二连接件；第一驱动轴设置在上，平皿护罩与第一螺母相连并固定在第一直线滑块上；第二驱动轴设置在下，第一驱动轴通过第二连接件与第二驱动轴产生联动，在平皿保护罩的顶上设有一个内径略大于拾取针端外径的圆孔；

所述的三轴动力臂含有 X轴机械臂、Y轴机械臂、Z轴机械臂，通过X轴机械臂两端的支撑座设置在工作平台的后面；Y轴机械臂的一端通过连接件连接在X轴机械臂上方的一端，Y轴机械臂的另一端通过连接件连接竖向设置的Z轴机械臂，在Z轴机械臂的下端设有拾取头；

所述的拾取头含有针板、骨架、三轴联动机构、夹爪和相机；所述的骨架为一个框架结构，其一侧通过连接板与Z轴机械臂连接，在骨架的中间设置三轴联动机构，在骨架外侧的一面（与Z轴机械臂连接的相向面）设置相机，另一面设置夹爪，在骨架的下面设置针板；

所述拾取头的三轴联动机构包含由第三电机、第三联轴器、第三滚珠丝杠、第三直线滑块构成的第一轴，主要由第四电机、第四联轴器、第四滚珠丝杠构成的第二轴和含有下压小电机的下压杆（第三轴）；所述第一轴通过连接杆连接在拾取头的骨架上，第一轴再通过第三连接件连接第二轴，第二轴又通过第四连接件连接下压杆，构成三轴联动机构；

所述夹爪含有导向杆、电动夹爪、前臂、连接板和夹紧臂，通过连接块连接在拾取头骨架的外端，在所述连接块上设有前臂，前臂上设有导向杆，导向杆的顶端安装有步进电机，步进电机通过联轴器连接滚珠丝杆，滚珠丝杆通过连接板和螺母与电动夹爪连接，在前臂的前端设有夹紧臂；所述连接板在与螺母固接的同时又与直线滑块相连，使步进电机的正反转能带动整个电动夹爪上下运动；

所述的针板包括上针板、下针板和拾取针，所述上针板的两侧设有连接槽，上针板和下针板将拾取针嵌置在针板的中间，针板通过连接槽安装在拾取头的骨架下面。

所述通风系统的进风口设置在上部外罩的顶端，所述通风系统的出风口设置在上部外罩的后背。

在所述的进风口上覆盖有除菌滤材，在所述的出风口上安装有滤网。

所述平皿料盒内能够叠放2～20个培养皿，在所述平皿料盒的前面设有卡手。

所述孔板料盒内能够叠放2～20块孔板，在孔板料盒的前面设有卡手。

在清洗灭菌位的顶升旋转机构的每个搁针板位内设有3-6个搁针板限位槽。

在所述的传感器支架上设有3-6个对射传感器。

所述针板的上针板的两侧设有4个“L”型连接槽。

本发明自动化菌落拣选装置的积极效果是：

（1）具有百级净化和防污染保护、自动化供料和收料、图像信息采集与处理的功能，能自动化拣选菌落和振荡拾取头，能自动化进行拾取针的清洗和灭菌，而且，各个模块在机械结构上是相互独立的，通过软件的控制使各模块的运动协调合拍；

（2）可实现高通量单克隆菌落挑选的自动化菌落拣选，能满足大型实验室和工作站一天之内要处理上万个到数十万个克隆样品的工作需要；

（3）可广泛应用于与生命科学和生物技术有关的生物、医药、食品、农业、能源、化工、纺织、采矿、炼油以及环境保护、土壤修复等诸多领域中涉及微生物分离、筛选、保藏和转移的工作。

附图说明

图1为本发明自动化菌落拣选装置的正面结构示意图；

图2为本发明自动化菌落拣选装置的背面结构示意图；

图3为本发明自动化菌落拣选装置去除外罩和控制部分的结构示意图；

图4为平皿自动化供料和收料机械结构示意图；

图5为孔板自动化供料和收料机械结构示意图；

图6为震动器及其孔板保护罩结构的示意图；

图7为平皿成像位及平皿保护罩结构的示意图；

图8为拾取头的结构示意图；

图9为拾取头针板的结构示意图；

图10为拾取头三轴联动结构的示意图；

图11为拾取头夹爪的结构示意图；

图12为清洗灭菌位的顶升旋转机构在整机中的位置示意图；

图13为清洗灭菌位的顶升旋转机构的结构示意图；

图14为拾取头在三轴动力臂上的位置示意图。

图中的标号分别为：

101、主工作台；  102、支撑架部分；103、工作台部分；104、上部外罩，

105、上部旋转门；106、控制台；    107、工作平台；

201、进风口；    202、出风口；

3、平皿自动化供料和收料结构；     301、下固定板；  302、下导向板；

303、卡手；      304、平皿料盒；  305、上固定板；  306、上导向板；

307、丝杠；      308、螺母；      309、线性轴承；  310、导向杆；

311、联轴器；    312、步进电机；  313、连接底板；  314、连接板；

315、抬高杆；    316、平皿托板；  317、支撑板；

4、孔板自动化供料和收料结构；     401下固定板、；   402、下导向板；

403、卡手；      404、孔板料盒；  405、上固定板；   406、上导向板；

407、丝杠；      408、螺母；      409、线性轴承；   410、导向杆；

411、联轴器；    412、步进电机；  413、连接底板；   414、连接板；

415、抬高杆；    416、孔板托板；  417、支撑板；

5、震动器及孔板保护罩结构；  502、震荡器； 503、孔板保护罩；504、丝杆；

505、直线滑块连接板；        506、固定板； 507、联轴器；    508、电机；

6、平皿成像位及平皿保护罩结构；601、第一电机；602、第一联轴器；

603、第一螺母； 604、第一丝杠；605、第一直线滑块； 606、平皿保护罩；

607、圆孔； 608、第二电机； 609、第二联轴器； 610、第二导向杆；

611、第二丝杠； 612、第二直线滑块； 613、第二连接件； 614、第二螺母；

7、拾取头； 710、针板； 711、上针板； 711a、第一“L”型槽；

711b、第二“L”型槽； 711c、第三“L”型槽； 711d、第四“L”型槽；

712、下针板；       713、拾取针；   720、骨架；   730、三轴联动机构；

731、第三电机；     732、第三联轴器；   733、第三滚珠丝杆；

734、第三直线滑块； 735、第三连接件；   736、第四电机；

737、第四滚珠丝杠； 738、第四连接件；   739、下压杆；

740、夹爪；  741、导向杆；  742、步进电机；  743、电动夹爪；

744、前臂；  745、联轴器；  746、滚珠丝杠；  747、夹紧臂；

748、连接板；749、螺母；    750、相机；

8、清洗灭菌位的顶升旋转机构； 801、直流电机； 802、底板； 803、联轴器；

804、丝杠；  805、螺母；    806、板；      807、连接板；

808、导向轴；809、顶板；    810、连接板；  811、清洗槽；

812、第一搁针板位；  813、第二搁针板位；   814、转盘；  815、灭菌槽；

816、电机固定板；    817、步进电机；       818、第一对射传感器；

819、第二对射传感器；820、第三对射传感器； 821、传感器支架；

9、三轴动力臂；   901、X轴机械臂；  902、Y轴机械臂；  903、Z轴机械臂；

10、孔板料盒开口；11、孔板盖放置处； 12、清洗灭菌位的顶升旋转机构开口；

13、平皿料盒开口；14、培养皿盖放置处。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明自动化菌落拣选装置的具体实施方式，但是应该指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

（参见图1）一种自动化菌落拣选装置，含有主工作台101和控制台106，所述的主工作台101由支撑架部分102和工作台部分103构成。为方便主工作台101的移动，在主工作台101的下面安装6件可调节高度带刹车的滚轮。支撑架部分102的顶部或者说工作台部分103的底部可做成工作平台107。为保证工作平台107的无菌化操作，应在工作平台107上设置密封的上部外罩104，再在上部外罩104的前面设置一个可旋转开关的上部旋转门105。上部旋转门105也应该做成密封性能很好的门。可将通风系统设置在工作台部分103的上部外罩104上：在上部外罩104的顶端设置通风系统的进风口201，在上部外罩104的后背设置通风系统的出风口202（参见附图2）。为实现对空气的净化，应在进风口201覆盖上除菌滤菌的材料，如百级净化的过滤材质，在出风口202上安装滤网，既可防止微生物排到操作空间以外，又能达到增加工作腔内正压的目的。为生产、操作和维修的方便，可将控制台106与主工作台101分开设置，既有联系又相对独立。控制台106可由支撑台箱体、控制箱、显示屏和输入系统等需要的结构构成，设置在主工作台101的一侧。

参见图3“自动化菌落拣选装置去除外罩和控制部分的结构示意图”和图12“清洗灭菌位的顶升旋转机构在整机中的位置示意图”。可将支撑架部分102做成框架结构再覆合贴板的箱体结构，前面可设置门（这些可采用贯常做法，这里不再赘述）。在支撑架部分102的箱体内要安装平皿自动化供料和收料结构3、孔板自动化供料和收料结构4和清洗灭菌位的顶升旋转机构8。为此，可将平皿自动化供料和收料结构3、孔板自动化供料和收料结构4设置在箱体内的前面（相对操作者而言），将清洗灭菌位的顶升旋转机构8设置在箱体内的后面（相对操作者而言）（参见图12“清洗灭菌位的顶升旋转机构在整机中的位置示意图”）。

参见图4“平皿自动化供料和收料机械结构示意图”。将平皿自动化供料和收料结构3通过其下固定板301和支撑板317固定在支撑架部分102的底架上，可设置在支撑架部分102箱体内的右边。在支撑板317的上端设置上固定板305，在下固定板301和上固定板305的向心面分别设置下导向板302和上导向板306，在下导向板302和上导向板306之间设置供料和收料的两个平皿料盒304。平皿料盒304内能够叠放2～20个培养皿，在平皿料盒304外面的前方设置一个卡手303，可将平皿料盒304锁定在固定板内。在平皿料盒304后端位置的下固定板301和上固定板305之间，通过支撑板317设置由丝杠307、螺母308、线性轴承309、导向杆310、联轴器311和步进电机312构成的动力机构（两套动力机构分别为两套平皿料盒304提供动力），动力机构的下部由连接板314、抬高杆315和平皿托板316构成，将平皿托板316伸至平皿料盒304的下端。动力机构的启动可带动平皿料盒304内的培养皿上升或下降，其工作方式为：由步进电机312提供动力，联轴器311传递扭矩，使丝杆307做旋转运动，丝杆307与螺母308形成螺母副，使得与螺母308连接的连接板314获得旋转动力，导向杆310和线性轴承309限制其旋转方向的自由度，这样，连接板314通过步进电机312的正向转动获得上下运动的动力。此外，抬高杆315与连接板314固定，平皿托板316固定在抬高杆315上方，由于平皿料盒304前后面设有两个槽口，它们既可方便培养皿的放入和取出，又可在平皿料盒304放入后搁在平皿托板316的位置上面，从而使平皿托板316可以托起平皿料盒304进行上下的运动。平皿料盒304有2个，一个供料，一个收料，它们的机械结构完全一样。平皿料盒304为独立的模块，可以移取，移出时先旋转卡手303，握着平皿料盒304的把手按水平方向根据下导向板302和上导向板306方向使力。装入平皿料盒304的动作则正好相反。

参见图5“孔板自动化供料和收料机械结构示意图”。将孔板自动化供料和收料结构4通过其下固定板401和支撑板417固定在支撑架部分102的底架上，可设置在支撑架部分102箱体内的左边。在支撑板417的上端设置上固定板405，在下固定板401和上固定板405的向心面分别设置下导向板402和上导向板406，在下导向板402和上导向板406之间设置供料和收料的两个孔板料盒404，孔板料盒404内能够叠放2～10个孔板，在孔板料盒404外面的前端可设置一个卡手403，可将孔板料盒404锁定在固定板内。在孔板料盒404后端位置的下固定板401和上固定板405之间，通过支撑板417设置由丝杠407、螺母408、线性轴承409、导向杆410、联轴器411、步进电机412和连接底板413构成的动力机构（两套动力机构分别为两套孔板料盒404提供动力），动力机构的下部由连接板414、抬高杆415和孔板托板416构成，将孔板托板416伸至孔板料盒404的下端。动力机构的启动可带动孔板料盒404内的孔板上升或下降，其工作方式为：由步进电机412提供动力，联轴器411传递扭矩，使丝杆407做旋转运动，丝杆407与螺母408形成螺母副，使得与螺母408连接的连接板414获得旋转动力，导向杆410和线性轴承409限制其旋转方向的自由度，这样，连接板414通过步进电机412的正向转动获得上下运动的动力。抬高杆415与连接板414固定，孔板托板416固定在抬高杆415上方，由于孔板料盒404前后面设有两个槽口，它们既可方便孔板的放入和取出，又可在孔板料盒404放入后搁在孔板托板416的位置上面，从而使孔板托板416可以托起孔板料盒404进行上下的运动。孔板料盒404有2个，一个供料，一个收料，它们的机械结构完全一样。孔板料盒404为独立的模块，可以移取，移出时先旋转卡手403，握着孔板料盒404的把手按水平方向下导向板402和上导向板406方向使力。装入孔板料盒404的动作则正好相反。

参见图12“清洗灭菌位的顶升旋转机构在整机中的位置示意图”和图13“清洗灭菌位的顶升旋转机构的结构示意图”。将清洗灭菌位的顶升旋转机构8通过底板802固定在支撑架部分102的底架上，在底板802上设置四根导向轴808，在四根导向轴808的顶端连接一块顶板809，在顶板809上设置两块连接板，在一块连接板上设置清洗槽811，在另一块连接板上设置灭菌槽815。在底板802上四根导向轴808的中间位置设置联轴器803，在联轴器803内设置一根丝杠804（为穿过底板802的设置），丝杠804的下端连接一只直流电机801，丝杠804的上端通过螺母805连接板806，板806上再连接安装连接板807，将连接板807再与电机固定板816相连，电机固定板816上通过四个线性轴承设置步进电机817，转盘814通过键与步进电机817连接，在转盘814上设置两个搁针板位，为第一搁针板位812、第二搁针板位813，每个搁针板位内设有4个搁针板限位槽。在联轴器803的旁边安装有传感器支架821，在传感器支架821上分高度或水平度设置3个对射传感器。清洗灭菌位的顶升旋转机构8的工作过程为：由直流电机801提供动力，联轴器803将扭矩传递给丝杠804，丝杆804与螺母805构成丝杠螺母副，再通过与螺母805连接的板806、与板806连接的连接板807将动力传递给电机固定板816，因此，板806与连接板807能上下运动，设置在电机固定板816上的转盘814及搁针板位能旋转运动，装置在搁针板位内的孔板就能在清洗槽811内清洗，然后再在灭菌槽815内灭菌。 

参见图1“自动化菌落拣选装置的正面结构示意图”和图3“自动化菌落拣选装置去除外罩和控制部分的结构示意图”。在工作平台107的正中间位置设置震动器及其孔板保护罩结构5和平皿成像位及平皿保护罩结构6，在震动器及其孔板保护罩结构5和平皿成像位及平皿保护罩结构6的右侧设置两个孔板料盒开口10，为平皿料盒304的上端开口，一个供料、一个收料。可在孔板料盒开口10的旁边配置一个孔板盖放置处11。在震动器及其孔板保护罩结构5和平皿成像位及平皿保护罩结构6的左侧设置两个平皿料盒开口13为孔板料盒404的上端开口，一个供料、一个收料，可在平皿料盒开口13的旁边配置培养皿盖放置处14。在在震动器及其孔板保护罩结构5和平皿成像位及平皿保护罩结构6的后面（以操作者的位置而言）设置两个清洗灭菌位的顶升旋转机构开口12，为第一搁针板位812和第二搁针板位813的上端开口。在工作平台107的后面（以操作者的位置而言）设置三轴动力臂9（见图14）并在三轴动力臂9上连接拾取头7。

参见图6“震动器及其孔板保护罩结构的示意图”。所述的震动器及其孔板保护罩结构5包括震荡器部分和孔板保护罩503，震荡器部分包括震荡器502、丝杆螺母504、直线滑块连接板505、固定板506、联轴器507和电机508，将它们都设置在孔板保护罩503下的工作平台107上。孔板保护罩503的运动是通过丝杆螺母504、直线滑块连接板505、固定板506、联轴器507和电机508来完成的。震动器及其孔板保护罩结构5的工作模式为：由电机508提供动力，联轴器507传递扭矩给丝杆504，直线滑块连接板505与丝杆504固定，同时也与滑块相连，使得与孔板保护罩503连接的固定板506能来回直线运动，因此孔板保护罩503能起到保护振荡器502的作用。孔板保护罩503只有在放取孔板以及拾取头7转移菌落时才会打开，其他时间都处于关闭状态，其与震动器震荡和针板710的转移是联动的。

参见图7“平皿成像位及平皿保护罩结构的示意图”。平皿成像位及平皿保护罩结构6包含第一驱动轴、第二驱动轴和平皿保护罩606。第一驱动轴包括第一电机601、第一联轴器602、第一螺母603、第一丝杠604、第一直线滑块605和第一连接件615，第二驱动轴包括第二电机608、第二联轴器609、第二导向杆610、第二丝杠611、第二直线滑块612、第二螺母614和第二连接件613。将第一驱动轴设置在第二驱动轴的上面，将平皿护罩606与第一驱动轴的第一螺母603相连并固定在第一驱动轴的第一直线滑块605上。将第二驱动轴设置在第一驱动轴的下面，将第一驱动轴通过第二连接件613与第二驱动轴连接，可使它们产生联动。两套驱动轴通过第二驱动轴的第二直线滑块固定板固定在工作台面107上方。在平皿保护罩606的顶上设置一个内径略大于拾取针端713外径的圆孔607。 平皿成像位及平皿保护罩结构6的工作模式为：第二驱动轴由第二电机608提供动力，第二联轴器609通过第二导向杆610传递扭矩给第二丝杠611，第二丝杠611与第二螺母614构成丝杠螺副，第二连接件613与第二螺母固定的同时也与直线滑块612相连，使得第二连接件613能在第二丝杠611上做直线运动，同时，第一驱动轴与第二连接件固定连接，第一驱动轴能与第二连接件613同方向运动；第一驱动轴由第一电机601提供动力，第一联轴器通过第一导向杆603传递扭矩给第一丝杠604，第一丝杠604与第一螺母603构成螺母副，由于平皿护罩606与第一螺母603相连并固定在第一直线滑块605上，因此平皿护罩606上的圆孔607能做两轴的坐标联动。当在平皿成像位完成图像信息采集后，平皿保护罩606就移动到培养皿上方罩住培养皿，平皿保护罩606上的圆孔607对准待挑取的第一个菌落，拾取头7上的拾取针713通过圆孔607对菌落进行挑取，当第一个菌落挑取完成后，平皿保护罩606能根据控制系统的指令移动位置，其上的圆孔607始终对着要依次挑取的菌落，拾取头7上的拾取针713依次伸出进行挑取，即，平皿保护罩606的移动、拾取针713的出针与待挑取菌落的顺序是由控制系统控制，联动进行的）。

参见图14“拾取头在三轴动力臂上的位置示意图”。 三轴动力臂9含有 X轴机械臂901、Y轴机械臂902、Z轴机械臂903，通过X轴机械臂901两端的支撑座设置在工作平台107的后面；Y轴机械臂902的一端通过连接件连接在X轴机械臂901上方的一端，Y轴机械臂902的另一端通过连接件连接竖向设置的Z轴机械臂903，在Z轴机械臂903的下端设有拾取头7。参见图8“拾取头的结构示意图”。所述的拾取头7含有针板710、骨架720、三轴联动机构730、夹爪740和相机750；所述的骨架720为一个框架结构，其一侧通过连接板与Z轴机械臂903连接，在骨架720的中间设置三轴联动机构730，在骨架720外侧的一面（与Z轴机械臂903连接的相向面）设置相机750（可采用本行业通常使用的机型），在骨架720外侧的另一面设置夹爪740，在骨架720的下面设置针板710。

参见图10“拾取头三轴联动结构的示意图”。所述拾取头7的三轴联动机构730包含由第三电机731、第三联轴器732、第三滚珠丝杠733、第三直线滑块734构成的第一轴，主要由第四电机736、第四联轴器737、第四滚珠丝杠738构成的第二轴和含有下压小电机的下压杆739（第三轴）；所述第一轴通过连接杆连接在拾取头7的骨架720上（见图8），第一轴再通过第三连接件735连接第二轴，第二轴又通过第四连接件738连接下压杆739，构成三轴联动机构730。拾取头7三轴联动机构730的工作步骤为：由第三电机731提供动力，第三联轴器732传递扭矩给第三滚珠丝杆733并通过第三直线滑块734带动第二轴轴线运动；由第四电机736提供动力，第四联轴器737传递扭矩给第四滚珠丝杆738并通过第四连接件738带动下压杆739轴线运动；下压杆739通过其上设置的下压小电机提供动力，实行三轴的联动。

参见图11“拾取头夹爪的结构示意图”。所述拾取头7的夹爪740含有导向杆741、电动夹爪743、前臂744、连接板748和夹紧臂747，通过连接块连接在拾取头7骨架720的外端，在所述连接块上设有前臂744，前臂744上设有导向杆741，导向杆741的顶端安装有步进电机742，步进电机742通过联轴器745连接滚珠丝杆746，滚珠丝杆746通过连接板748和螺母749与电动夹爪743连接，在前臂744的前端设有夹紧臂747；所述连接板748在与螺母749固接的同时又与直线滑块相连，使步进电机742的正反转能带动整个电动夹爪743上下运动。

参见图9“拾取头针板的结构示意图”，所述拾取头7的针板710包括上针板711、下针板712和拾取针713，在上针板711的两侧设置连接槽，可设置“L”型连接槽，在上针板711的两侧各设置2个“L”型连接槽，为第一“L”型槽711a、第二“L”型槽711b、第三“L”型槽711c和第四“L”型槽711d。用上针板711和下针板712将拾取针713嵌置在针板710的中间，将针板710通过“L”型连接槽安装在拾取头7的骨架720下面。

本发明自动化菌落拣选装置的工作过程为：

    （1）准备工作

检查装置水箱和酒精容器中的液位，液体装量应达到规定的要求；

开启装置的电源，设备开始自检，主要是检查设备本身机械运动部件和控制部分；自检通过后，操作者可在对应的平皿料盒304和孔板料盒404中装入已培养菌落的培养皿和对应的孔板，然后将两个平皿料盒304和两个孔板料盒404放入它们的准确位置。

（2）针板类型和拾取针板/头高度的确定

根据被拣选的菌落特性和微孔板格式选择对应的拾取针并装配到拾取头上，选择与待挑取菌落同一批制备的平皿，放置在成像位，根据要求调试拾取头/针高度和运动行程并存入控制系统；

手动脱针板处于拆针板位，调试用的针板进入清洗状态。

（3）净化操作

开启紫外线灯和通风系统，对装置工作平台107上面的空间和清洗灭菌位进行净化处理。

（4）拾取操作

拾取头利用夹爪将拆装针板的台面上门打开，通过顶升旋转机构将拆装针板定位架升出台面，装上已灭菌的针板，将拆装针板定位架降到台面之下，利用拾取头关上移动门； 

与此同时，微孔板通过进料机构运动到台面上方，拾取头及其上的夹爪运动到微孔板正上方，通过夹爪把微孔板的盖子放置在微孔板盖位，执行同样动作把移走盖子的微孔板移动并放置在震荡器上，然后执行类似的动作，将平皿盖和平皿分别放置在放平皿盖的位置和成像位置。这时，拾取头上的照相机运动到成像位正上方的合适距离对培养皿进行拍照（成像），通过采集的成像信息锁定待选的目标菌落。

接着，拾取头针头对目标菌落进行依次拾取，当针头拾取完毕后，拾取头针板运动到震荡台正上方并向下运动到合适的位置，触发启动保护板滑开，针头往下运动，达到预定位置后，启动震荡器，使目标菌落能充分转移到微孔板液体内。

针板抬起到预设高度后，振荡器停止工作，这时，可利用夹爪将已经转移菌落的微孔板搬运到工作平台107出孔板位，同时，将进微孔板位的孔板盖盖在已经转移菌落的孔板上。同样，将已被挑选过菌落的培养皿搬运到培养皿的出皿机构，这样就完成了一轮的培养皿菌落拣选的过程，此时，拾取头夹爪推开清洗位和灭菌位的移门，顶升旋转机构动作使拆装针板固定架运动到工作平台107上方，拾取头将针板拆卸于拆针板位，完成拆卸后再到装针板位置装上已经灭好菌的针板，被拆下的针板在顶升旋转机构的作用下再次降回到工作平台107台面之下进行清洗灭菌工作，当针板彻底落在工作台面下方，利用拾取头上的夹爪将拆装针板位处的移门全部关上，进行下一个菌落挑选循环。依次循环。

最后一轮对培养皿中目标菌落的挑选完成之后，第一次的微孔板盖和平皿盖盖到孔板和平皿上，随后进行（旧）针板拆除和新针板的安装。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自动化菌落拣选装置，含有主工作台（101）和控制台（106），所述的主工作台（101）由支撑架部分（102）和工作台部分（103）构成，支撑架部分（102）的顶部或者说工作台部分（103）的底部是为工作平台（107），在工作平台（107）上设有上部外罩（104），在上部外罩（104）的前面设有上部旋转门（105）；在主工作台（101）的一侧设有由支撑台箱体、控制箱、显示屏和输入系统构成的控制台（106），在工作台部分（103）的上部外罩（104）上设有通风系统；其特征在于：

在所述支撑架部分（102）的箱体内设有平皿自动化供料和收料结构（3）、孔板自动化供料和收料结构（4）和清洗灭菌位的顶升旋转机构（8），平皿自动化供料和收料结构（3）、孔板自动化供料和收料结构（4）设置在箱体内的前面，清洗灭菌位的顶升旋转机构（8）设置在箱体内的后面；

所述平皿自动化供料和收料结构（3）通过其下固定板（301）和支撑板（317）固定在支撑架部分（102）的底架上，在支撑板（317）的上端设有上固定板（305），在下固定板（301）和上固定板（305）的向心面分别设置下导向板（302）和上导向板（306），在下导向板（302）和上导向板（306）之间设置供料和收料两个平皿料盒（304），在平皿料盒（304）后端位置的下固定板（301）和上固定板（305）之间，通过支撑板（317）设置由丝杠（307）、螺母（308）、线性轴承（309）、导向杆（310）、联轴器（311）和步进电机（312）构成的动力机构，动力机构的下部由连接板（314）、抬高杆（315）和平皿托板（316）构成，平皿托板（316）伸至平皿料盒（304）的下端；

所述孔板自动化供料和收料结构（4）通过其下固定板（401）和支撑板（417）固定在支撑架部分（102）的底架上，在支撑板（417）的上端设有上固定板（405），在下固定板（401）和上固定板（405）向心面上分别设置下导向板（402）和上导向板（406），在下导向板（402）和上导向板（406）之间设置供料和收料两个孔板料盒（404），在孔板料盒（404）后端位置的下固定板（401）和上固定板（405）之间，通过支撑板（417）设置由丝杠（407）、螺母（408）、线性轴承（409）、导向杆（410）、联轴器（411）、步进电机（412）和连接底板（413）构成的动力机构，动力机构的下部由连接板（414）、抬高杆（415）和孔板托板（416）构成，孔板托板（416）伸至孔板料盒（404）的下端；

所述的清洗灭菌位的顶升旋转机构（8）通过底板（802）固定在支撑架部分（102）的底架上；在底板（802）上设置四根导向轴（808），四根导向轴（808）的顶端连接着顶板（809），在顶板（809）上设置两块连接板，在一块连接板上设置清洗槽（811），在另一块连接板上设置灭菌槽（815）；在底板（802）上四根导向轴（808）的中间设置联轴器（803），在联轴器（803）内设置一根丝杠（804），丝杠（804）的下端连接直流电机（801），丝杠（804）的上端通过螺母（805）连接着板（806），板（806）上装有连接板（807），连接板（807）与电机固定板（816）相连；电机固定板（816）上通过四个线性轴承装有步进电机（817），转盘（814）通过键与步进电机（817）连接，在转盘（814）上设有两个搁针板位；在联轴器（803）的旁边安装有传感器支架（821），在传感器支架（821）上设有若干对射传感器；

在所述工作平台（107）上设置震动器及孔板保护罩结构（5）和平皿成像位及平皿保护罩结构（6），在震动器及孔板保护罩结构（5）和平皿成像位及平皿保护罩结构（6）的一侧设置两个孔板料盒开口（10），在孔板料盒开口（10）的旁边配置孔板盖放置处（11）；在震动器及孔板保护罩结构（5）和平皿成像位及平皿保护罩结构（6）的另一侧设置两个平皿料盒开口（13），在平皿料盒开口（13）的旁边配置培养皿盖放置处（14）；在震动器及孔板保护罩结构（5）和平皿成像位及平皿保护罩结构（6）的后面设置两个清洗灭菌位的顶升旋转机构开口（12）；在工作平台（107）的后面设置三轴动力臂（9），在三轴动力臂（9）上连接拾取头（7）；

所述震动器及孔板保护罩结构（5）包括震荡器部分和孔板保护罩（503），震荡器部分设置在孔板保护罩（503）下的工作平台（107）上，它包括震荡器（502）、丝杆螺母（504）、直线滑块连接板（505）、固定板（506）、联轴器（507）和电机（508），孔板保护罩（503）的运动是通过丝杆螺母（504）、直线滑块连接板（505）、固定板（506）、联轴器（507）和电机（508）来完成的；

所述的平皿成像位及平皿保护罩结构（6）包含第一驱动轴、第二驱动轴和平皿保护罩（606），所述的第一驱动轴包括第一电机（601）、第一联轴器（602）、第一螺母（603）、第一丝杠（604）、第一直线滑块（605）和与第一螺母相连的第一连接件，所述的第二驱动轴包括第二电机（608）、第二联轴器（609）、第二导向杆（610）、第二丝杠（611）、第二直线滑块（612）、第二螺母（614）和第二连接件（613）；第一驱动轴设置在上，平皿护罩（606）与第一螺母（603）相连并固定在第一直线滑块（605）上；第二驱动轴设置在下，第一驱动轴通过第二连接件（613）与第二驱动轴产生联动，在平皿保护罩（606）的顶上设有一个内径略大于拾取针端（713）外径的圆孔（607）；

所述的三轴动力臂（9）含有 X轴机械臂（901）、Y轴机械臂（902）、Z轴机械臂（903），通过X轴机械臂（901）两端的支撑座设置在工作平台（107）的后面；Y轴机械臂（902）的一端通过连接件连接在X轴机械臂（901）上方的一端，Y轴机械臂（902）的另一端通过连接件连接竖向设置的Z轴机械臂（903），在Z轴机械臂（903）的下端设有拾取头（7）；

所述的拾取头（7）含有针板（710）、骨架（720）、三轴联动机构（730）、夹爪（740）和相机（750）；所述的骨架（720）为一个框架结构，其一侧通过连接板与Z轴机械臂（903）连接，在骨架（720）的中间设置三轴联动机构（730），在骨架（720）外侧的一面设置相机（750），另一面设置夹爪（740），在骨架（720）的下面设置针板（710）；

所述拾取头（7）的三轴联动机构（730）包含由第三电机（731）、第三联轴器（732）、第三滚珠丝杠（733）、第三直线滑块（734）构成的第一轴，主要由第四电机（736）、第四联轴器（737）、第四滚珠丝杠（738）构成的第二轴和含有下压小电机的下压杆（739）；所述第一轴通过连接杆连接在拾取头（7）的骨架（720）上，第一轴再通过第三连接件（735）连接第二轴，第二轴又通过第四连接件（738）连接下压杆（739），构成三轴联动机构（730）；

所述夹爪（740）含有导向杆（741）、电动夹爪（743、前臂（744）、连接板（748）和夹紧臂（747），通过连接块连接在拾取头（7）骨架（720）的外端，在所述连接块上设有前臂（744），前臂（744）上设有导向杆（741），导向杆（741）的顶端安装有步进电机（742），步进电机（742）通过联轴器（745）连接滚珠丝杆（746），滚珠丝杆（746）通过连接板（748）和螺母（749）与电动夹爪（743）连接，在前臂（744）的前端设有夹紧臂（747）；所述连接板（748）在与螺母（749）固接的同时又与直线滑块相连，使步进电机（742）的正反转能带动整个电动夹爪（743）上下运动；

所述的针板（710）包括上针板（711）、下针板（712）和拾取针（713），所述上针板（711）的两侧设有连接槽，上针板（711）和下针板（712）将拾取针（713）嵌置在针板（710）的中间，针板（710）通过连接槽安装在拾取头（7）的骨架（720）下面。

2.根据权利要求1所述的自动化菌落拣选装置，其特征在于，所述通风系统的进风口（201）设置在上部外罩（104）的顶端，所述通风系统的出风口（202）设置在上部外罩（104）的后背。

3.根据权利要求2所述的自动化菌落拣选装置，其特征在于，在所述的进风口（201）上覆盖有除菌滤材，在所述的出风口（202）上安装有滤网。

4.根据权利要求1所述的自动化菌落拣选装置，其特征在于，所述平皿料盒（304）内能够叠放2～20个培养皿，在所述平皿料盒（304）的前面设有卡手（303）。

5.根据权利要求1所述的自动化菌落拣选装置，其特征在于，所述孔板料盒（404）内能够叠放2～20块孔板，在孔板料盒（404）的前面设有卡手（403）。

6.根据权利要求1所述的自动化菌落拣选装置，其特征在于，在清洗灭菌位的顶升旋转机构（8）的每个搁针板位内设有3-6个搁针板限位槽。

7.根据权利要求1所述的自动化菌落拣选装置，其特征在于，在所述的传感器支架（821）上设有3-6个对射传感器。

8.根据权利要求1所述的自动化菌落拣选装置，其特征在于，所述针板（710）的上针板（711）的两侧设有4个“L”型连接槽。

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