CN103922261B - 移液装置和使用该装置的全自动工作站及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移液装置。本发明的移液装置具有移液机构支架，数个移液机构，转轴和等距分离机构，其中所述移液机构包括移动基座，所述移动基座上具有用于与转轴配合的开孔，垂直装配于移动基座的齿条，所述齿条可相对所述移动基座上下移动，固定在齿条背面的直线导轨，与所述齿条形成齿轮副的齿轮，所述齿轮通过齿轮副驱动所述齿条相对移动基座上下移动；和安装在齿条下端的移液头。本发明还提供了使用该移液装置的全自动工作站及其在实施液体加样、液体转移等方面的用途。

Description

移液装置和使用该装置的全自动工作站及其用途

技术领域

本发明涉及自动化液体处理设备。更具体的，本发明涉及一种移液装置及使用该移液装置的全自动工作站及其在实施液体加样、液体转移等方面的用途。

背景技术

随着生命科学技术的飞速发展，生化实验室的研究工作面对的是更为复杂的研究对象和不断增多的样品数量，传统的手工操作方式已经不能满足高通量样品处理过程中所要求的高效性、准确性和安全性，实验操作流程中部分或整体过程的自动化运行已成为必然趋势。

全自动液体处理工作站是将自动化操作与液体处理巧妙融合在一起的生物医药实验室自动化操作平台，可实现样品的自动加样、试剂分配、超微量移液以及与液体处理相关的振动、孵育等操作。可广泛应用于核酸纯化、基因蛋白质测序、克隆快速筛选、细胞培养、生物芯片样品制备等领域。

移液装置是全自动液体处理工作站的核心机构之一，用于实现液体在标准液体容器之间输送、抽提、转移等动作。在现代全自动液体处理工作站的使用中，最常用的标准液体容器是例如8孔板、96孔板等标准液体容器。其中，实验室常用的96孔板等标准液体容器相邻孔间距最小为9mm，容积约0.5ml，单列分布8个孔。因此，自动液体处理工作站，特别是其中的移液机构，需要在很小的空间范围内，高精度和高重复性地实现多个，例如八个移液通道的同时或分别的移液动作。

现有技术的自动液体处理工作站和其中的移液装置多采用滑动摩擦副形成的机构来完成移液吸头在竖直方向的运动，机构磨损大、噪音大、运动平稳性不高，移动基座滑槽的加工精度要求较高，难以保证。

此外，现有技术的移液装置，其移液机构的移动基座在转轴周向方向上的定位大多通过花键与滚轮的组合进行约束，在装配过程中调试繁杂，工作量大。

发明内容

本发明提供了一种新型的移液装置及使用该移液装置的全自动工作站，克服了现有技术中移液装置磨损大、装配调试繁杂且机构整体运行平滑性较差的问题。

本发明提供了一种一种移液装置，包括：

（a）移液机构支架；

（b）数个移液机构，其中，所述移液机构具有：

移动基座（1），所述移动基座（1）上具有用于装配转轴的开孔，

垂直装配于移动基座（1）的齿条（12），所述齿条可相对所述移动基座上下移动，

固定在所述齿条（12）背面的直线导轨（11），和

与所述齿条（12）形成齿轮副的齿轮（7），和安装在所述齿条（12）下端的移液头，移液头具有可更换的移液枪头（24），

（c）穿过所述移液机构的移动基座上的开孔的转轴，所述转轴的两端可转动地与所述移液机构支架连接，所述移动基座可沿所述转轴进行轴向水平移动；

以及

（d）等距分离机构，用于使所述数个移液机构中每两个相邻的移液机构发生相同的水平距离变化，

其中，所述移动基座（1）上的开孔包括第一开孔，以及所述转轴包括穿过所述第一开孔的驱动转轴，所述驱动转轴向所述齿轮（7）传动，所述齿轮通过齿轮副驱动所述齿条（12）相对移动基座上下移动。

在本发明的其中一个方面，其中所述数个移液机构的移液枪头排列在一条直线上。

在本发明的一个方面，上述移液装置中的移液机构的所述移动基座的开孔还包括第二开孔，用于装配辅助约束转轴，以及所述移液机构还包括穿过所述第二开孔装配在所述移动基座上的所述辅助约束转轴，所述辅助约束转轴对移动基座在转轴周向方向起约束作用。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置中的所述等距分离机构为剪叉连杆机构。在本发明的其中一个方面，所述剪叉连杆机构具有至少一组由分离连杆一51和分离连杆二52中点交叉构成的剪叉连杆组。其中剪叉连杆组的所述分离连杆一51和分离连杆二52在中点交叉点转动连接。另外，所述剪叉组的分离连杆一51和分离连杆二52的端部分别与相邻剪叉组的分离连杆二52和分离连杆一51的端部形成转动关节，以及在转动关节转动连接。在本发明的其中一个方面，剪叉连杆机构的中点交叉点处具有连杆转轴53，分离连杆一51和分离连杆二52在中点交叉点可围绕连杆转轴53进行转动。在本发明的其中一个方面，剪叉连杆机构的转动关节处具有关节转轴54。连杆一51和分离连杆二52的端部与相邻剪叉组的分离连杆二52和分离连杆一51的端部在转动关节处可围绕关节转轴54进行转动。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置中所述数个移液机构中的各个移液机构分别顺次固定在所述剪叉连杆机构的中点交叉点。

在本发明的其中一个方面，所述剪叉连杆机构的中点交叉点具有连杆转轴53，所述分离连杆一51和分离连杆二52可围绕连杆转轴53进行转动。所述剪叉连杆机构通过连杆转轴53与移液机构固定。在本发明的其中一个方面，剪叉连杆机构通过连杆转轴53与移液机构的移动基座固定。在本发明的其中一个方面，在移动基座1的一端垂直设置直线导轨，直线导轨11的直线滑块3嵌置在移动基座侧面，在所述移动基座侧面的外侧还可设置固定座32，可用于协助固定直线导轨，还可用于与使移动基座水平移动的机构连接，例如，剪叉连杆机构通过连杆转轴53与固定座32连接。

在本发明的其中一个方面，所述剪叉连杆机构还包括伸缩控制机构，所述剪叉连杆机构的剪叉连杆组的伸展或收缩通过伸缩控制机构实现。即所述数个移液机构的移动基座和移液枪头的等距伸展或收缩通过伸缩控制机构改变剪叉连杆机构的剪叉连杆组的形状（包括中点交叉点之间的距离等）来实现。

在本发明的其中一个方面，其中所述伸缩控制机构具有两根同步带50，分别与所述数个移液机构中的两个移液机构固定。优选的，分别与位于所述移液机构的最两端的移液机构的移动基座固定。当两根同步带50同步同向移动时，剪叉连杆机构不发生伸缩，使得所述数个移液机构构成一个整体，可同时水平移动。当两根同步带50同步反向移动时，剪叉连杆机构同步张开或收缩，使得固定在剪叉连杆机构的中点交叉点的移动基座发生等距张开或收缩。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置包括八个所述移液机构。在本发明的其中又一个方面，所述移液机构的移动基座上具有四个开孔，其中包括用于装配驱动转轴的第一开孔和用于装配辅助约束转轴的第二开孔。其余两个开孔可供其它两个转轴穿过。所述其余两个开孔与穿过其的两个转轴可没有装配连接。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置包括八个所述移液机构，其中所述八个移液机构中奇数位的四个移液机构构成奇数位移液机构组，以及偶数位的四个移液机构构成偶数位移液机构组，所述奇数位移液机构组和偶数位移液机构组分别装配四根水平排列的转轴，所述四根转轴分别穿过所述移液机构组的四个移液机构的移动基座上的等位开孔，并且所述四根转轴分别作为所述四个移液机构中的一个移液机构的驱动转轴以及另一个移液机构的辅助约束转轴。

在本发明的一个方面，上述移液装置的移液机构中，所述移动基座的第一开孔和第二开孔中装配转轴套筒，用于与转轴配合。在本发明的其中一个方面，所述驱动转轴通过所述转轴套筒向所述齿轮传动。在本发明的其中一个方面，所述转轴套筒通过平键与所述齿轮连接。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置的移液机构中，所述齿轮套装在所述转轴套筒的外圈。转轴套筒可通过设置在其外圈的突起的平键与齿轮连接和传动。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置的移液机构中，所述第二开孔中与辅助约束转轴配合的转轴套筒与齿条之间具有转动衬套，转动衬套套装在转轴套筒的外圈。所述转动衬套的外圈是光滑的，不向前述齿条传动。

在本发明的一个方面，上述移液装置的移液机构中，所述转轴滑块通过滑块轴套、深沟球轴承和轴承挡圈安装于移动基座的开孔内。

在本发明的一个方面，上述移液装置的所述转轴为花键轴。即所述驱动转轴为驱动花键轴；所述辅助约束转轴为辅助约束花键轴；转轴套筒为花键轴套筒；等等。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置的移液机构中，所述直线导轨为滚轮直线导轨或滚珠直线导轨，优选为滚珠直线导轨。

在本发明的一个方面，上述移液装置的移液机构包括：

移动基座，所述移动基座上具有用于装配花键轴的开孔，

垂直装配于移动基座的齿条，所述齿条可相对所述移动基座上下移动，

固定在所述齿条背面的直线导轨，

与所述齿条形成齿轮副的齿轮；和

安装在齿条下端的移液头，移液头具有可更换的移液枪头，

其中所述移动基座1上的开孔包括用于装配驱动转轴的第一开孔，所述驱动转轴向所述齿轮7传动，所述齿轮通过齿轮副驱动所述齿条12相对移动基座上下移动。

在本发明的其中一个方面，上述移液机构中直线导轨为滚轮直线导轨或滚珠直线导轨，优选为滚珠直线导轨。

在本发明的一个方面，上述移液机构中所述移动基座的开孔还包括第二开孔，用于装配辅助约束花键轴，以及所述移液机构还包括穿过所述第二开孔装配在所述移动基座上的辅助约束花键轴，所述辅助约束花键轴对移动基座在花键轴周向方向起约束作用。

在本发明的一个方面，上述移液机构中所述移动基座的第一开孔和第二开孔中装配花键轴套筒，用于与花键轴配合。在本发明的其中一个方面，所述驱动花键轴通过所述花键轴套筒向所述齿轮传动。在本发明的其中一个方面，所述花键轴套筒通过平键与所述齿轮连接。

在本发明的其中一个方面，上述移液机构中所述齿轮套装在花键轴套筒的外圈。花键轴套筒通过设置在其外圈的突起的平键与齿轮连接和传动。

在本发明的其中一个方面，上述移液机构中第二开孔中与辅助约束花键轴配合的花键轴套筒与齿条之间具有转动衬套，转动衬套套装在花键轴套筒的外圈。所述转动衬套的外圈是光滑的，不向前述齿条传动。

在本发明的一个方面，上述移液机构中所述花键轴滑块通过滑块轴套、深沟球轴承和轴承挡圈安装于移动基座的开孔内。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置的移液机构中，在所述齿条背面固定有直线导轨。在本发明的其中一个方面，直线导轨11垂直装配在移动基座1的一端。由此，齿条也垂直装配在移动基座1的一端。在本发明的其中一个方面，直线导轨11的直线滑块3嵌置在移动基座一端的侧面，直线滑块3的外表面与所述移动基座的侧面在一个平面上。在所述移动基座侧面的外侧还可设置固定座，可用于协助固定直线导轨，还可用于与使所述数个移液机构中每两个相邻的移液机构发生相同的水平距离变化的等距分离机构连接，例如，与前述剪叉连杆机构的连杆转轴53连接，由此将剪叉连杆机构的连杆转轴53与移液机构固定。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置的移液机构中，还具有设置在齿条侧面的细管槽。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置的移液机构中，所述移液头具有移液管架，连接在移液管架下方的导管，所述导管可连接可更换的移液枪头，所述导管上设置有脱管套筒。

在本发明的其中一个方面，上述移液装置的移液机构中，所述移液头具有液面探测器。所述液面探测器可设置在移液管架下方。

本发明的移液装置可装配有二个、四个或八个所述移液机构。

本发明还提供了一种全自动移液工作站，该工作站装配有前述本发明的移液装置。

本发明的移液装置和仪器使用直线导轨支撑和辅助移液头在竖直方向上的运动，直线导轨的运动借助钢球或钢轴滚动实现，导轨副摩擦阻力小，动摩擦阻力差值小，低速时不易产生爬行，重复定位精度高，运动的冲击和振动小、能够适应高速运动且可大幅降低驱动功率。因此，本发明通过使用直线导轨，将移液机构竖直方向运动的滑动摩擦转化为滚动摩擦，大大减小了磨损和噪音，并提高了整个机构运行的平稳性和顺滑性。

另外，本发明的机构、装置和仪器使用驱动转轴（花键轴）和辅助约束转轴（花键轴）两者共同对移动基座进行转轴周向方向的定位，避免了滚轮和滚轮滑槽的使用，使得移液机构整体结构更简单，不仅成本下降，装配方便，而且降低了零件的复杂性与加工精度要求，易于保证每次装配过程的一致性。

另外，本发明的装置和仪器使用的等距分离机构，在有限的空间内大大节约了驱动电机的数量就实现了八个移液通道的整体移动和分离，并且使八个移液通道能够等比例分离，机构响应动作简单。

附图说明

图1为本发明的移液装置的整体示意图；

图2为本发明的移液装置的单个移液机构的立体示意图；

图3为本发明的移液装置的单个移液机构的内部剖视图；

图4为本发明的移液装置的单个移液机构的剖视图；

图5为本发明的移液装置的单个移液机构的剖视图；

图6为本发明的移液装置的机构装配示意图；

图7为本发明的移液装置的等距分离连杆机构立体示意图。

附图中各标记分别为：

具体实施方式

为了更好地理解和阐释本发明，下面将参照附图对本发明作进一步的详细描述。

图1是根据本发明的一个优选实施例的移液装置的整体示意图。

该移液装置具有八个用于实施液体加样、液体转移的移液机构38。所述移液机构具有移动基座1，垂直装配于移动基座1的齿条12，固定在齿条12背面的直线导轨11，和固定安装在齿条下端的移液头。移液头包括可更换的移液枪头24。移液头是用于液体感应、抽提等功能的机构。所述移液机构的移动基座可水平移动。另外，所述移液机构的齿条12可沿所述移动基座上下移动，由此带动移液头的上下移动。

该移液装置还具有数个穿过上述移液机构的移动基座上的开孔的花键轴39。所述花键轴水平平行设置。移液机构的移动基座可沿花键轴轴向水平移动。

该移液装置具有移液机构支架，所述支架由花键轴固定座45和横梁47组成。花键轴39穿过上述移液机构的移动基座上的开孔，其两端分别与花键轴固定座45可转动地连接。花键轴的转动通过设置在移液机构支架一侧的花键轴电机48和联轴器49实现。

该移液装置还具有与所述数个移液机构连接的剪叉连杆机构37，用于使所述数个移液机构中每两个相邻的移液机构等距伸展或收缩，即发生相同的水平距离变化。

图2是根据本发明的一个优选实施例移液装置中采用的单个移液机构的立体图。

所述移液机构具有移动基座1，其上具有一个、二个至四个用于装配花键轴的开孔4。优选的，所述移动基座具有四个开孔。当移动基座具有多个开孔时，所述开孔以平行于移动基座的垂直方向上的直线的方式排列。

所述开孔可装配花键轴套筒5，用于与花键轴配合。在本发明的一个方面，所述花键轴套筒通过其内圈具有的滚珠与花键轴的花键槽配合。花键轴套筒可随花键轴转动，用于对齿轮和齿条传动，同时也可在花键轴上滑动，实现移动基座在花键轴轴向上的移动，通常为水平移动。

本领域的技术人员可以容易的理解，虽然本实施例采用的是花键轴，也可以采用其它类型的转轴。花键轴为优选的实施方式。

图示本发明的移液机构的移动基座1上具有四个并列的用于装配花键轴的开孔4，可以用于装配一根、两根，最多为四根花键轴。花键轴可与设于开孔内的花键轴套筒5配合。

图3是所述本发明优选实施例的移液装置的单个移液机构的内部剖视图。图4和图5分别是图3所示的剖视图的A-A和B-B方向的剖视图。

本发明的移液装置采用的移液机构的移动基座可装配一根花键轴。所述花键轴作为驱动齿条12上下移动的驱动源，也称为驱动花键轴。驱动花键轴通过齿轮7来对齿条12产生传动作用。齿轮和驱动花键轴中间通过花键轴套筒连接和传动。在本发明的一个方面，所述花键轴套筒的内圈具有键槽，外圈具有突起的平键。在本发明其中一个方面，所述花键轴套筒通过其内圈具有的滚珠与花键轴的花键槽配合。在本发明的又一个方面，花键轴套筒通过设置在其外圈的突起的平键31与齿轮连接和传动。齿轮与齿条12形成齿轮副。花键轴套筒随着驱动花键轴转动，齿轮由此受到花键轴套筒驱动而转动，然后通过齿轮副对齿条12产生传动作用，使齿条发生相对移动基座的上下移动。在图示的本发明优选实施例中，所述齿轮套装在花键轴套筒的外圈。花键轴套筒通过平键与齿轮内圈的键槽连接和传动。

优选的，本发明的移液装置采用的移液机构的移动基座至少装配两根花键轴。所述至少两根花键轴中的一根为前述的驱动花键轴，另一根花键轴对移动基座在花键轴周向方向起辅助约束作用，也称为辅助约束花键轴。辅助约束花键轴限制了移动基座绕主花键轴的转动。在本发明的其中一个方面，辅助约束花键轴不对齿条产生传动作用。

在图3-5所示的本发明实施例的移液装置采用的移液机构中，所述移动基座1的第一开孔（附图中移动基座上四个开孔中最下端的开孔）用于装配驱动花键轴。与驱动花键轴配合的花键轴套筒5外圈套装齿轮7，花键轴套筒5通过平键31与齿轮7连接。齿轮7与齿条12形成齿轮副，用于驱动齿条相对移动基座的上下移动。

所述移动基座1的第二开孔（附图中移动基座上四个开孔中从上向下数的第二个开孔）用于装配辅助约束花键轴。与辅助约束花键轴配合的花键轴套筒5外套装有转动衬套9。转动衬套的外圈是光滑的。由此，辅助约束花键轴不对齿条12产生传动。

在图3-5所示的本发明优选实施例中，移液机构的移动基座上从上往下第二个开孔是装配辅助约束花键轴的开孔，第四个开孔是装配驱动花键轴的开孔，但本领域的技术人员能够理解，移动基座上的任何一个开孔都可以作为装配驱动花键轴的开孔，或者作为装配辅助约束花键轴的开孔。

本发明的移液装置采用的移液机构中，在移动基座1的一侧垂直装配有可相对移动基座上下移动的齿条12，在齿条背面固定直线导轨11。齿条12与直线导轨11不发生相对移动。齿条12与直线导轨11可通过螺丝固定等常用方式进行固定。在本发明的另一个方面，齿条12与直线导轨11可以铸造成一体的部件。齿条12通过与齿轮7形成齿轮副，在驱动花键轴的作用下实现相对移动基座的上下移动。

直线导轨是一种滚动导引，具有移动滑块（即直线滑块）和用于导向的固定元件（导轨）。直线导轨通过钢珠或滚轮在移动滑块跟导轨之间滚动，从而使负载平台沿着导轨做高精度直线运动，达到很高的定位精度。直线导轨可以是滚轮直线导轨或滚珠直线导轨，优选采用滚珠直线导轨。

如图2和3所示，所述本发明优选实施例的移液装置采用的移液机构中，所述直线导轨11具有两个直线滑块，直线滑块3嵌置在移动基座侧面，其表面与移动基座侧面相平。由此，直线导轨11嵌合在移动基座中，垂直固定在移动基座1的一侧，齿条也由此垂直固定在移动基座1上。在所述移动基座侧面的外侧还可设置固定座32，可用于协助固定直线导轨，还可用于与使所述数个移液机构中每两个相邻的移液机构发生相同的水平距离变化等距分离机构连接。

如图3至5所示，本发明的移液装置采用的移液机构中，所述移动基座1的第一开孔（在图上为基座上最下端的开孔）内装配有花键轴套筒5，用于与驱动花键轴配合。花键轴套筒5外套装齿轮7。齿轮7和驱动花键轴中间通过花键轴套筒5连接。花键轴套筒通过平键31与齿轮7连接和传动。齿轮7与齿条12形成齿轮副。花键轴套筒随着驱动花键轴转动，齿轮由此受到花键轴套筒驱动而转动，然后通过齿轮副对齿条12产生传动作用，使齿条发生相对移动基座的上下移动。

所述移动基座1的第二开孔（在图上为基座上第二个开孔）装配有花键轴套筒5，用于配合辅助约束花键轴。花键轴套筒5外套装转动衬套9。与辅助约束花键轴配合的花键轴套筒5通过平键与转动衬套9连接。由于转动衬套9的外圈是光滑的。由此，辅助约束花键轴不对齿条12发生传动。

在本发明的其中一个方面，所述移液机构的移动基座1有四个开孔，除了前述第一开孔和第二开孔，其它开孔可供不是前述驱动花键轴或辅助约束花键轴的花键轴穿过。在本发明的其中又一个方面，上述不是前述驱动花键轴或辅助约束花键轴的花键轴不对移液装置产生驱动或辅助约束作用，与所述其它开孔不发生装配连接，即只是穿过所述穿孔。

如图4和5所示，花键轴套筒5通过滑块轴套（包括第一滑块轴套6、第二滑块轴套8）、深沟球轴承2和轴承挡圈13安装于移动基座1的开孔内。

如图2所示，所述本发明优选实施例的移液装置采用的移液机构中还具有设置在齿条侧面的细管槽25。细管槽可用于走线，包括与导管相连，用于液体的输送和抽提的导液管，以及各个部件和机构使用的电线，例如液面探测器29的线缆等。

如图2所示，所述本发明优选实施例的移液装置采用的移液机构具有固定安装在齿条12下端的移液头。移液头是用于液体感应、抽提等功能的机构，包括了实现这些功能的部件。在这个实施例中，该移液头包括移液管架17、脱管套筒18、导管19、移液枪头24和液面检测器29。其中，移液管架17用于架设液面检测器29和导管19，导管19用于连接移液枪头。脱管套筒18用于实现移液枪头与导管的分离从而达到自动更换的目的。由于移液枪头与导管的结合非常紧密，脱管套筒需要在很小的距离范围内实现移液枪头与导管的分离。本发明的移液机构移液头的设计使得脱管套筒能够达到这个目的。液面检测器可用于感测移液头下方的标准液体容器（例如8孔板、96孔板）中液体与移液枪头之间的距离，将信号反馈到自动工作站，并按照需要在程序控制下把信号反馈给操控移液机构的仪器。

如图1所示的本发明的优选实施例的移液装置具有八个用于实施液体加样、液体转移的移液机构38。所述八个移液机构的移液枪头排列在一条直线上。所述八个移液机构中，相邻两个移液机构的移动基座前后位置错开排列。所述八个移液机构中奇数位的四个移液机构（如图示的从左到右数第一、第三、第五和第七个移液机构）构成奇数位移液机构组，以及偶数位的四个移液机构（如图示的从左到右数第二、第四、第六和第八个移液机构）构成偶数位移液机构组。奇数位移液机构组或偶数位移液机构组的四个移液机构的移动基座在竖直方向并行排列。奇数位移液机构组和偶数位移液机构组的移液机构在花键轴轴向方向错开排列。奇数位移液机构组和偶数位移液机构组分别装配四根水平排列的花键轴39，所述四根转轴分别穿过所述移液机构组的四个移液机构的移动基座上的等位开孔（即在移动基座上相同水平位置的开孔），并且所述四根转轴分别作为所述四个移液机构中的一个移液机构的驱动转轴以及另一个移液机构的辅助约束转轴。

图6为本发明的优选实施例移液装置的机构的示意图，其中包括装配了花键轴由四个移液机构构成的移液机构组。

如图所示，移液机构组分别装配四根水平排列的花键轴（40,41,42,43）。所述四根花键轴分别穿过所述移液机构组的四个移液机构的移动基座上的等位开孔，并且所述四根花键轴分别作为所述四个移液机构中其中一个移液机构的驱动花键轴以及另一个移液机构的辅助约束花键轴。例如，花键轴40穿过四个移液机构的移动基座最上方的开孔，并作为从左向右数第二个移液机构的驱动花键轴，以及作为从左向右数第四个移液机构的辅助约束花键轴。花键轴40穿过从左向右数第一和第三个移液机构的移动基座的最上方的开孔，但与所述开孔没有任何装配连接。类似的，花键轴41、42和43分别穿过四个移液机构的移动基座的从上往下数第二、第三和第四个开孔，并分别作为从左向右数第一、第四和第三个移液机构的驱动花键轴，以及作为从左向右数第三、第二和第一个移液机构的辅助约束花键轴。另外花键轴41、42和43分别穿过第二和第四个、第一和第三个、第二和第四个移液机构的移动基座的开孔，但与所述开孔没有任何装配连接。

由此，移液机构组里的每个移液机构（及整个移液装置里的每个移液机构）都装配有一个驱动花键轴和一个辅助约束花键轴，其中所述驱动花键轴可向齿轮传动，所述齿轮通过齿轮副驱动所述齿条相对移动基座上下移动，以及辅助约束转轴对移动基座在转轴周向方向起约束作用。由此，移液机构组里的每个移液机构（及整个移液装置里的每个移液机构）都可以同时或独立地相对移动基座上下移动，即每个移液机构的移液枪头都可以同时或独立地相对移动基座上下移动。

移液机构的移液管架17的设置方式使得所述移液机构组的四个移液机构的移液枪头（24）排列在一条直线上。另外，配合移动基座的位置设置，使得整个移液装置里八个移液机构的移液枪头（24）排列在一条直线上，即奇数位移液机构组和偶数位移液机构组的移液枪头都排列在一条直线上。

本发明优选实施例的移液装置的八个移液机构的移液枪头需要实现等距伸展或收缩，即发生相同的水平距离变化。在本发明的优选实施例中，这是通过与所述八个移液机构连接的剪叉连杆机构37实现的，所述剪叉连杆机构使得每两个相邻的移液机构等距伸展或收缩，即发生相同的水平距离变化。

图7为本发明的优选实施例的移液装置的等距分离连杆机构立体示意图。

如图所示，所述剪叉连杆机构具有八组由分离连杆一51和分离连杆二52中点交叉构成的剪叉连杆组。所述剪叉连杆机构具有八个中点交叉点。剪叉连杆机构中每两个相邻剪叉组之间形成的菱形的角度发生变化时，其水平对角线（即相邻剪叉组的中点交叉点之间的连线）发生相同的变化，由此每个相邻剪叉组的中点交叉点发生相同的水平位移。本发明优选实施例的剪叉连杆机构中，所述分离连杆一51和分离连杆二52在中点交叉点转动连接。剪叉连杆机构的中点交叉点处具有连杆转轴53，分离连杆一51和分离连杆二52在中点交叉点可围绕连杆转轴53进行转动。另外，剪叉组的分离连杆一51和分离连杆二52的端部分别与相邻剪叉组的分离连杆二52和分离连杆一51的端部形成转动关节。转动关节处具有关节转轴54。连杆一51和分离连杆二52的端部与相邻剪叉组的分离连杆二52和分离连杆一51的端部在转动关节处可围绕关节转轴54进行转动。在本发明的一个方面，剪叉连杆机构中，在最外侧的剪叉连杆组可以为半剪叉方式。例如，在图7所示的等距分离连杆机构中，最右侧和最左侧的剪叉连杆组只具有单侧结构，即由形成单侧剪叉结构的单侧连杆一511和单侧连杆二522和交叉点的连杆转轴53组成。

所述剪叉连杆机构通过连杆转轴53固定在固定座32上。另外，如图2-5所示，固定座32装配在移动基座1的设置直线导轨11的一侧。由此，固定座32除了连接和固定移动基座和剪叉连杆分离机构，可用于协助固定直线导轨。

本发明的移液装置中，各个移液机构分别顺次固定在所述剪叉连杆机构的中点交叉点，即各个移液机构的移动基座通过固定座32与所述剪叉连杆机构连接，并且是连续地依次固定在剪叉连杆机构的中点交叉点上。

在图1所示的优选实施例移液装置中，奇数位移液机构组和偶数位移液机构组的移液机构在花键轴轴向方向错开排列。其中所述两个移液机构组设置为各自的移液机构的移动基座装配齿条的一侧向内，相向错开排列。图7所示的八个固定座32分别固定在八个移液机构的移动基座的装配齿条的一侧，从而通过剪叉连杆机构将两个移液机构组中间连接。

所述剪叉连杆机构可实现中点交叉点的等距伸展或收缩，由此实现八个移液机构的移动基座和移液枪头的等距伸展或收缩。在如图1所示的优选实施例移液装置中，通过具有两根同步带50的伸缩控制机构实现剪叉连杆机构的中点交叉点的等距伸展或收缩，即实现八个移液机构的移动基座和移液枪头的等距伸展或收缩。所述伸缩控制机构具有两根同步带50，分别与其中两个移液机构的移动基座固定，优选的，分别与位于八个移液机构的最两端的移液机构的移动基座固定。两根同步带50可分别设置在移液机构支架前后两侧。当两根同步带50同步同向移动时，剪叉连杆机构不发生伸缩，使得八个移液机构构成一个整体，实现八个移液枪头的同时整体地水平移动；当两根同步带50同步反向移动时，剪叉连杆机构同步张开或收缩，使得通过剪叉连杆机构的连杆转轴53固定的移动基座的等距张开或收缩，来实现八个移液机构即八个移液枪头的等距分离。例如，设置在支架前面的同步带与最右侧的移液机构（即偶数位移液机构组最右侧的移液机构）的移动基座通过同步带连接件固定；设置在支架后面的同步带与最左侧的移液机构（即奇数位移液机构组最左侧的移液机构）的移动基座通过同步带连接件固定。所述伸缩控制机构还包括同步带轮44，同步带轮转轴46和两个同步带电机36。两个直流同步带电机36通过同步带轮44分别驱动两根同步带50，两根同步带50分别与位于八个移液机构的最两端的移液机构的移动基座固定。当两根同步带50同步同向移动时，剪叉连杆机构不发生伸缩，使得八个移液机构构成一个整体，实现八个移液枪头的同时整体地水平移动；当两根同步带50同步反向移动时，剪叉连杆机构同步张开或收缩，使得通过剪叉连杆机构的连杆转轴53固定的移动基座的等距张开或收缩，来实现八个移液机构即八个移液枪头的等距分离。

上述本发明的优选实施例的移液装置可用于全自动移液工作站中，对液体进行感应、探测、吸取和排出等，从而实现液体的转移。

上述本发明的多通道移液装置可用于全自动移液工作站中，对液体进行感应、探测、吸取和排出等，从而实现液体的转移。

本发明还提供了全自动移液工作站，其装配有述多通道移液装置。

在操作中，上述本发明优选实施例的移液装置的工作流程如下：

在需要对移液头下方的标准液体容器（例如8孔板、96孔板）进行液体的吸取或放出动作时，在程序控制下使移液机构移动到标准液体容器上方。液面检测器感测移液头下方的标准液体容器中液体与移液枪头之间的距离，将信号反馈到控制系统，在通过电机带动驱动花键轴实现花键轴套筒，从而带动齿轮的转动。齿轮通过齿轮副使齿条在移动基座的竖直孔内做竖直运动，从而实现吸液头的上下移动。齿条的竖直运动由在直线滑块内做滚动摩擦运动的直线导轨提供辅助支撑，以实现整个竖直运动的平滑性。

本发明提供的移液装置和仪器使用直线导轨支撑和辅助移液头在竖直方向上的运动，直线导轨的运动借助钢球或钢轴滚动实现，导轨副摩擦阻力小，动摩擦阻力差值小，低速时不易产生爬行，重复定位精度高，运动的冲击和振动小、能够适应高速运动且可大幅降低驱动功率。因此，本发明通过使用直线导轨，将移液机构竖直方向运动的滑动摩擦转化为滚动摩擦，大大减小了磨损和噪音，并提高了整个机构运行的平稳性和顺滑性。

另外，本发明的装置和仪器使用驱动转轴（花键轴）和辅助约束转轴（花键轴）两者共同对移动基座进行转轴周向方向的定位，避免了滚轮和滚轮滑槽的使用，使得移液机构整体结构更简单，不仅成本下降，装配方便，而且降低了零件的复杂性与加工精度要求，易于保证每次装配过程的一致性。

另外，本发明的装置和仪器使用的等距分离机构，在有限的空间内大大节约了驱动电机的数量就实现了八个移液通道的整体移动和分离，并且使八个移液通道能够等比例分离，机构响应动作简单。

本领域的技术人员可以容易理解，虽然本优选实施例采用的是花键轴，也可以采用其它转轴，转轴可通过惯用手段向齿轮传动，齿轮由此受到转轴驱动而转动，然后通过齿轮副对齿条产生传动作用，使齿条发生相对移动基座的上下移动。花键轴为优选的实施方式。

虽然关于本发明的示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (24)

1.一种移液装置，包括：

(a)移液机构支架；

(b)数个移液机构，其中，所述移液机构具有：

移动基座(1)，所述移动基座(1)上具有用于装配转轴的开孔，

垂直装配于移动基座(1)的齿条(12)，所述齿条可相对所述移动基座上下移动，

固定在所述齿条(12)背面的直线导轨(11)，其中所述直线导轨(11)为滚轮直线导轨或滚珠直线导轨，

和

与所述齿条(12)形成齿轮副的齿轮(7)，和安装在所述齿条(12)下端的移液头，移液头具有可更换的移液枪头(24)；

(c)穿过所述移液机构的移动基座上的开孔的转轴，所述转轴的两端可转动地与所述移液机构支架连接，所述移动基座可沿所述转轴进行轴向水平移动；

以及

(d)等距分离机构，用于使所述数个移液机构中每两个相邻的移液机构发生相同的水平距离变化，

其中，所述移动基座(1)上的开孔包括第一开孔，以及所述转轴包括穿过所述第一开孔的驱动转轴，所述驱动转轴向所述齿轮(7)传动，所述齿轮通过齿轮副驱动所述齿条(12)相对移动基座上下移动，

其中所述移液机构的移动基座(1)的开孔还包括第二开孔，用于与辅助约束转轴配合，以及所述转轴还包括穿过所述第二开孔的辅助约束转轴，所述辅助约束转轴对移动基座在转轴周向方向起约束作用。

2.根据权利要求1所述的移液装置，其中所述等距分离机构为剪叉连杆机构。

3.根据权利要求2所述的移液装置，其中所述剪叉连杆机构具有至少一组由分离连杆一(51)和分离连杆二(52)中点交叉构成的剪叉连杆组，其中所述分离连杆一(51)和分离连杆二(52)在中点交叉点转动连接，另外，所述剪叉连杆组的分离连杆一(51)和分离连杆二(52)的端部分别与相邻剪叉连杆组的分离连杆二(52)和分离连杆一(51)的端部形成转动关节。

4.根据权利要求3所述的移液装置，其中所述数个移液机构中的各个移液机构分别顺次固定在所述剪叉连杆机构的中点交叉点。

5.根据权利要求3所述的移液装置，其中所述剪叉连杆机构的中点交叉点具有连杆转轴(53)，所述分离连杆一(51)和分离连杆二(52)可围绕连杆转轴(53)进行转动，所述剪叉连杆机构通过连杆转轴(53)与移液机构固定。

6.根据权利要求2所述的移液装置，所述剪叉连杆机构具有伸缩控制机构。

7.根据权利要求6所述的移液装置，其中所述伸缩控制机构具有两根同步带(50)，分别与所述数个移液机构中的两个移液机构固定。

8.根据权利要求7所述的移液装置，其中所述伸缩控制机构具有两根同步带(50)，分别与位于所述移液机构的最两端的移液机构的移动基座固定，当两根同步带(50)同步同向移动时，剪叉连杆机构不发生伸缩，使得所述数个移液机构构成一个整体，可同时水平移动，当两根同步带(50)同步反向移动时，剪叉连杆机构同步张开或收缩，使得固定在剪叉连杆机构的中点交叉点的移动基座发生等距张开或收缩。

9.根据权利要求1所述的移液装置，其包括八个所述移液机构。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的移液装置，其中所述移液机构的移动基座上具有四个开孔，其中包括用于装配驱动转轴的第一开孔和用于装配辅助约束转轴的第二开孔，其余两个开孔供其它两个转轴穿过。

11.根据权利要求10所述的移液装置，其包括八个所述移液机构，其中所述八个移液机构中奇数位的四个移液机构构成奇数位移液机构组，以及偶数位的四个移液机构构成偶数位移液机构组，所述奇数位移液机构组和偶数位移液机构组分别装配四根水平排列的转轴，所述四根转轴分别穿过所述移液机构组的四个移液机构的移动基座上的等位开孔，并且所述四根转轴分别作为所述四个移液机构中的一个移液机构的驱动转轴以及另一个移液机构的辅助约束转轴。

12.根据权利要求1所述的移液装置，其中所述移液机构的移动基座的开孔中装配转轴套筒(5)，用于与所述转轴配合。

13.根据权利要求12所述的移液装置，其中所述移液机构的驱动转轴通过所述转轴套筒向所述齿轮(7)传动。

14.根据权利要求13所述的移液装置，其中所述转轴套筒通过平键与所述齿轮(7)连接。

15.根据权利要求13所述的移液装置，其中所述移液机构的齿轮(7)套装在转轴套筒的外圈，转轴套筒通过设置在其外圈的突起的平键(31)与齿轮连接和传动。

16.根据权利要求13所述的移液装置，其中移液机构的第二开孔中与辅助约束转轴配合的转轴套筒与齿条(12)之间具有转动衬套(9)，转动衬套(9)套装在转轴套筒的外圈。

17.根据权利要求12所述的移液装置，其中所述移液机构的转轴套筒(5)通过滑块轴套、深沟球轴承(2)和轴承挡圈(13)安装于移动基座(1)的开孔内。

18.根据权利要求1所述的移液装置，其中移液机构的直线导轨(11)为滚珠直线导轨。

19.根据权利要求1所述的移液装置，其中直线导轨(11)垂直装配在移动基座(1)的一端。

20.根据权利要求1所述的移液装置，其中所述移液机构还具有设置在齿条侧面的细管槽(25)。

21.根据权利要求1所述的移液装置，其中所述移液机构的移液头具有移液管架(17)，连接在移液管架下方的导管(19)，所述导管连接可更换的移液枪头(24)，所述导管上设置有脱管套筒(18)。

22.根据权利要求1所述的移液装置，其中所述移液头具有液面探测器(29)。

23.根据权利要求1所述的移液装置，其中所述转轴为花键轴。

24.一种全自动移液工作站，该工作站装配有权利要求1-23中任一项所述的移液装置。