CN104370044A - 一种枪头盒自动化堆栈式贮存箱及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种枪头盒自动化堆栈式贮存箱及使用方法。本发明采用了多层托盘结构，驱动装置配合电磁推杆实现托盘堆栈式开合，添加枪头时由下层至上层依次进行，上层托盘的枪头枪尖伸入到下层枪头适配口中，抓取待用枪头盒时由上层至下层依次反向进行；每层均装有光电传感器，检测本层是否有待用枪头，上位机根据检测信号控制待操作的第一层和其下各层托盘同时打开，在第一层抓取枪头盒或添加枪头。驱动板分别有电气限位和机械限位，对驱动板的活动提供了多重限位保护。本发明特别适用于枪头使用量较大的生物检测自动化工作站，可以简化机械手抓取物品的运功控制，有效地提升生物检测自动化工作站系统的稳定性、可靠性和工作效率。

Description

一种枪头盒自动化堆栈式贮存箱及使用方法

技术领域

本发明涉及多层贮存装置领域，特别是一种枪头盒自动化堆栈式贮存箱。本发明还涉及这种贮存箱的使用方法。

背景技术

生物检测自动化工作站是进行生命科学、生化研究和临床诊断等研究所必需的仪器之一，主要用于分子生物学、免疫学、药物研究、生化实验等，它完全模仿并代替手工操作，不仅提高了工作效率，还能减少主观误差，稳定检验质量。一次性枪头是生物检测自动化工作站中常用的实验耗材，一次实验中往往要用到多个枪头，枪头成批放置在枪头盒中，因此枪头盒的存放和取用就成为自动化工作站中很重要的部分。传统的枪头盒堆栈采用固定式的结构，每层的高度较高，可存放的枪头盒个数有限，固定式枪头盒堆栈对机械手的运动控制精度要求较高，且需要定时人工判断是否需要添加新的枪头盒。枪头盒容器的设计，直接影响了机械手工作的稳定性和可靠性，直接决定了工作站的性能和运行效率，因此优化枪头盒存取设备是提高生物检测自动化工作站工作效率的必要步骤。

发明内容

为克服现有技术的不足，针对上述的枪头盒存取设备需求，本发明提供一种枪头盒自动化堆栈式贮存箱，适用于生物检测自动化工作站，可有效的提升系统的可靠性、稳定性和实用性。

本发明采取的技术方案为：

一种枪头盒自动化堆栈式贮存箱，包括箱体和若干层托盘；所述箱体包括上板、底板、前板、背板、左侧板、内侧板和右侧板；每层所述托盘下连接有一对滑动装置，滑动装置分别放置在成对滑动支架上，成对滑动支架分别固定于每层的左侧板和内侧板上，托盘可以平稳的沿滑动支架水平移动；

相邻两层托盘间距小于待放入的一次性枪头长度；相邻托盘中所放置枪头盒的枪头定位孔上下对齐，放入一次性枪头后，上层的枪头的枪尖可伸入下层枪头的适配口中，降低了每层所需的高度；

每层托盘上靠近内侧板一侧的相同位置处均有两个并排的定位孔，分别为开启定位孔和固定定位孔；

驱动板竖直立于所述托盘有定位孔一侧，所述驱动板上、下两端分别与固定在箱体内的驱动板滑动装置连接，所述驱动板滑动装置滑动方向与所述滑动装置相同；在所述驱动板移动方向分别设置有前、后限位器；

所述驱动板每层位置固定有一个开启电磁推杆，箱体内壁同层位置固定有一个固定电磁推杆，分别对应同层的开启定位孔和固定定位孔；全部托盘闭锁时，所述驱动板退回至所述后限位器所在位置，各层开启电磁推杆均对准同层开启定位孔并处于收回状态，固定电磁推杆均伸入同层的固定定位孔中；当开启电磁推杆伸入开启定位孔而固定电磁推杆收回时，本层托盘与驱动板连接，可随驱动板移动，当开启电磁推杆收回而固定电磁推杆伸入开启定位孔时，本层托盘闭锁；工作过程中，同一层的两个电磁推杆不能同时伸入定位孔中；

箱体内还包括动力系统，所述动力系统包括驱动装置和传动装置，所述驱动装置通过传动装置连接驱动板，可驱动所述驱动板沿所述驱动板滑动装置移动；每层分别装有光电传感器，高度位于放置在托盘上枪头盒的上边框与盒中一次性枪头适配口上沿之间，用以探测该层是否放置有枪头；

箱体内还包括电气控制模块，电气控制模块连接所述开启电磁推杆、固定电磁推杆、驱动装置的控制端和所述光电传感器的信号端；电气控制模块的信号端和控制端连接上位机。光电传感器探测信号通过电气控制模块传至上位机，若未检测到枪头盒，可防止机械手无效抓取；若检测到枪头盒，上位机通过电气控制模块使相应托盘与驱动板连接，驱动托盘打开以抓取枪头盒。

优选的，所述滑动装置两端分别设置有前挡块和后挡块。

优选的，每层所述托盘四角分别有突起的枪头盒定位柱，枪头盒四角分别有枪头盒定位孔，枪头盒利用枪头盒定位孔与枪头盒定位柱自适应固定；所述枪头盒定位柱上部为锥形斜面柱，可以减少与枪头盒定位孔的接触面积，使机械手用较小的力就可以顺利抓取枪头盒。

优选的，所述托盘前部为竖直挡板状，托盘开口上部装有挡板，可为托盘提供遮蔽，有效的防止枪头盒在托盘开合过程中受到周围环境的污染。

优选的，所述前、后限位器分别为固定于所述驱动板滑动装置两端旁边的前限位开关和后限位开关，驱动板下部设置有限位杆，所述限位杆随所述驱动板在前限位开关和后限位开关之间移动；

进一步优选的，所述驱动板滑动装置两端分别设置有前限位块和后限位块。

优选的，所述滑动支架为直线导轨、导柱导套或滚动导轨，所述驱动板滑动装置为直线导轨、导柱导套或滚动导轨。

优选的，所述传动装置为同步带传动机构、齿轮齿条传动机构或丝杆螺母传动机构。

进一步优选的，所述驱动装置为步进电机，所述同步带传动机构包括同步带、同步带轮、同步带从动轮和同步带从动轮支架，其中所述同步带外侧与所述驱动板相连，所述驱动装置在电气控制模块控制下可驱动同步带轮正、反转动，从而带动驱动板实现水平往复移动。

本发明枪头盒自动化堆栈式贮存箱的使用方法，包括如下步骤：

检测每层托盘中一次性枪头是否为空，检测结果反馈至上位机；

上位机通过电气控制模块控制各层托盘开合，设定上位机指令，使整个工作过程中对一层托盘进行开合操作时，该层以下所有托盘均与该层同步动作；

取出枪头时，打开当前最上层的非空托盘，抓取该层枪头盒后关闭该层；

添加枪头或枪头盒时，打开当前所有非空托盘之上的最下一层空托盘，添加枪头或枪头盒后关闭该层。

本发明技术方案具有以下优点：

1.本发明结构简单，易装配，适应性强，可用于存放不同类型的枪头盒；配合生物检测自动化工作站使用，可减少手动操作，提升工作效率；

2.本发明使用光电传感器探测各层是否添加枪头，完全避免了无效抓取；由上位机通过电气控制模块控制每层的电磁推杆，实现多层托盘的堆栈式开合，使枪头添加和取用更加稳定有序；

3.放置枪头盒时，上层托盘的枪头枪尖伸入到下层枪头适配口中，有效的降低每层高度，增大了枪头贮存容量；

4.本发明各层托盘与驱动板均置于滑动支架上，并采用了前后电气限位和机械限位加以保护，使托盘开合更加平稳可靠；

5.本发明每层托盘都设置有前部和上部挡板，可防止枪头盒受到污染，提高了贮存箱的整体性和美观度；

6.本发明枪头盒通过定位孔与托盘上的枪头盒定位柱自适应固定，减小了机械手抓取所需力度，减轻了机械手的工作强度。

附图说明

图1为本发明一种枪头盒自动化堆栈式贮存箱立体图；

图2为图1所示本发明贮存箱的内部结构立体图；

图3为图1所示本发明贮存箱的内部结构左视图；

图4为图1所示本发明贮存箱的内部结构后视图；

图5为本发明贮存箱的枪头盒定位柱与枪头盒配合的结构示意图。

其中：

1.箱体           11.上板            12.底板      13.前板

14.背板          15.左侧板          16.内侧板    17.右侧板

2.托盘           20.滑动支架        21.滑动装置  22.挡板

23.枪头盒定位柱  24.前挡块          25.后挡块    26.开启定位孔

27.固定定位孔

3.驱动板         30.驱动板滑动装置  31.限位杆    32.前限位开关

33.后限位开关    34.前限位块        35.后限位块  36.开启电磁推杆

37.固定电磁推杆

4.动力系统       41.驱动装置        42.同步带    43.同步带轮

44.同步带从动轮  45.同步带从动轮支架

5.光电传感器     6.电气控制模块

7.枪头盒         70.枪头盒定位孔    71.一次性枪头

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明技术方案做进一步说明。

箱体、托盘、驱动板、各支架和挡板可采用耐磨金属材质，对驱动板滑动装置宜进行表面自润滑处理。

如图1至图4所示实施例，上板11、底板12、前板13、背板14、左侧板15、内侧板16和右侧板17通过螺栓连接组成箱体1，箱体1采用铝合金材质；每层托盘2两侧滑动支架20分别固定在左侧板15和内侧板16上，滑动装置21使用合金直线导轨，滑动装置21两端分别设置有前挡块24和后挡块25组成的机械限位装置，防止托盘2移动超限；托盘2前部为竖直挡板状，托盘2开口上部装有铝合金材质的挡板22，可为托盘2提供遮蔽，防止枪头盒7受到污染；每层托盘2四角分别有突起的枪头盒定位柱23，其上部为锥形斜面柱，枪头盒7四角分别有枪头盒定位孔70，枪头盒7利用枪头盒定位孔70与枪头盒定位柱23自适应固定；

驱动板3竖直立于托盘2靠近内侧板16一侧，驱动板滑动装置30也采用合金直线导轨；驱动板3下部有突出的限位杆31，驱动板滑动装置30旁边两端设置有前限位开关32和后限位开关33，两个限位开关和限位杆31组成驱动板的电气限位装置；驱动板滑动装置30两端设置有前限位块34和后限位块35组成的机械限位装置；驱动板3分别具有电气限位和机械限位，工作过程中，电气限位优先发挥作用，机械限位起到故障保险的作用；

开启电磁推杆36固定在驱动板3上，固定电磁推杆37固定在内侧板16上，电磁推杆选用体积较小的型号；

在动力系统4中，驱动装置41使用体积小、噪声小、稳定可靠的步进电机，可以提升系统的稳定性；传动装置固定在底板12上，采用同步带传动机构，由同步带42外侧与驱动板3相连，步进电机驱动同步带轮43转动，同步带从动轮44在同步带从动轮支架45上配合转动，同步带42即带动驱动板3水平移动；每层内侧略高于枪头盒7上边框高度装有一对光电传感器5；

电气控制模块6可以控制开启电磁推杆36、固定电磁推杆37和驱动装置41的运动状态，包括电机的正反转与速度可调及行程可控，同时接收所述光电传感器5的监测信号。

本实施例选用尺寸为123mm*84mm*21mm的枪头盒7，托盘2上枪头盒定位柱23的直径为3.8mm，高度为6mm，柱上方有5mm锥形斜面；枪头盒7厚度为8mm，四角的枪头盒定位孔70直径为4mm；枪头定位孔直径为6.7mm，一次性枪头71高58mm，下部锥形部分的最大直径为6.6mm，上端直径为7.8mm；托盘2每层整体层高为40mm，宽度为139mm；开启定位孔26和固定定位孔27直径均为4mm，开启电磁推杆36和固定电磁推杆37的控制杆直径为3.9mm，控制杆前端有0.5mm倒角。

本实施例中电气控制模块6包括集成电路、电机驱动器和继电器；集成电路包括单片机和存储数据的EEPROM；单片机控制电机驱动器和继电器实现电气装置的运动控制，同时可检测光电传感器的信号有无；电气控制模块6与上位机采用RS232的通讯，通过上位机按照设定程序发送指令控制电气控制模块6来实现贮存箱各层以堆栈方式动作。

本发明贮存箱以堆栈方式工作，即多层托盘中枪头由下层至上层遵循后进先出的存取模式。设定上位机指令，使整个工作过程中当一层托盘移动时该层以下所有托盘均与其保持同步；

初始状态全部托盘2闭锁，驱动板3限位杆31到达后限位开关33位置，各层开启电磁推杆36均对准同层开启定位孔26并处于收回状态，各层固定电磁推杆37均伸入同层的固定定位孔27中；光电传感器5检测各层是否放置一次性枪头71，检测结果信号通过电气控制模块6传至上位机；当该层为空时，上位机发出信号提示用户及时添加；

当取用枪头时，上位机向电气控制模块6发出指令，电气控制模块6控制当前非空托盘的最上层和其下各层的开启电磁推杆36伸入相应的开启定位孔26中，同时各层对应的固定电磁推杆37从固定定位孔27收回，此时当驱动板3水平移动时，与之锁定的各层托盘2同步开启，当限位杆31到达前限位开关32位置时，驱动板3停止移动，此时托盘2即开启到最大位置，之后由机械手抓取开启后最上层托盘中的枪头盒7；添加枪头或枪头盒的过程类似，不同的是将当前位置高于所有非空托盘的空托盘中的最下层和该最下层以下各层托盘2与驱动板3锁定，在同步开启后的最上层托盘中添加一次性枪头71或枪头盒7。

应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种枪头盒自动化堆栈式贮存箱，包括箱体(1)和若干层托盘(2)；所述箱体(1)包括上板(11)、底板(12)、前板(13)、背板(14)、左侧板(15)、内侧板(16)和右侧板(17)；每层所述托盘(2)下连接有一对滑动装置(21)，所述滑动装置(21)分别放置在成对滑动支架(20)上，成对滑动支架(20)分别固定于每层的左侧板(15)和内侧板(16)上；

其特征在于：

相邻两层托盘(2)间距小于待放入的一次性枪头(71)长度；相邻托盘(2)中枪头盒(7)的枪头定位孔上下对齐，使上层的一次性枪头(71)枪尖可伸入下层一次性枪头(71)的适配口中；

每层托盘(2)上靠近所述内侧板(16)一侧的相同位置处均有两个并排的定位孔，分别为开启定位孔(26)和固定定位孔(27)；

驱动板(3)竖直立于所述托盘(2)有定位孔一侧，所述驱动板(3)上、下两端分别与固定在箱体(1)内的驱动板滑动装置(30)连接，所述驱动板滑动装置(30)与所述滑动装置(21)滑动方向相同；在所述驱动板(3)移动方向分别设置有前、后限位器；所述驱动板(3)每层固定有一个开启电磁推杆(36)，所述内侧板(16)每层固定有一个固定电磁推杆(37)，分别对应同层的开启定位孔(26)和固定定位孔(27)；全部托盘(2)闭合时，所述驱动板(3)退回至所述后限位器所在位置，各层开启电磁推杆(36)均对准同层开启定位孔(26)并处于收回状态，固定电磁推杆(37)均伸入同层的固定定位孔(27)中；

所述箱体(1)内还包括动力系统(4)，所述动力系统(4)包括驱动装置(41)和传动装置，所述驱动装置(41)通过传动装置连接驱动板(3)，驱动所述驱动板(3)沿所述驱动板滑动装置(30)移动；

每层分别装有光电传感器(5)，高度位于托盘(2)中枪头盒(7)的上边框和盒中一次性枪头(71)适配口上沿之间；

所述箱体(1)内还包括电气控制模块(6)，电气控制模块(6)连接所述开启电磁推杆(36)、固定电磁推杆(37)、驱动装置(41)的控制端和所述光电传感器(5)的信号端；所述电气控制模块(6)的信号端和控制端连接上位机。

2.根据权利要求1所述的枪头盒自动化堆栈式贮存箱，其特征在于：所述滑动装置(21)两端分别设置有前挡块(24)和后挡块(25)。

3.根据权利要求1所述的枪头盒自动化堆栈式贮存箱，其特征在于：所述托盘(2)四角分别有突起的枪头盒定位柱(23)，所述枪头盒定位柱(23)上部为锥形斜面柱；所述枪头盒四角分别有枪头盒定位孔(70)。

4.根据权利要求1所述的枪头盒自动化堆栈式贮存箱，其特征在于：所述托盘(2)前部为竖直挡板状，托盘(2)开口上部装有挡板(22)。

5.根据权利要求1至4任一项所述的枪头盒自动化堆栈式贮存箱，其特征在于：所述前、后限位器分别为固定于所述驱动板滑动装置(30)两端旁边的前限位开关(32)和后限位开关(33)，驱动板(3)下部设置有限位杆(31)，所述限位杆(31)随所述驱动板(3)在前限位开关(32)和后限位开关(33)之间移动。

6.根据权利要求5所述的枪头盒自动化堆栈式贮存箱，其特征在于：所述驱动板滑动装置(30)两端分别设置有前限位块(34)和后限位块(35)。

7.根据权利要求1至4任一项所述的枪头盒自动化堆栈式贮存箱，其特征在于：所述滑动支架(20)为直线导轨、导柱导套或滚动导轨，所述驱动板滑动装置(30)为直线导轨、导柱导套或滚动导轨。

8.根据权利要求1至4任一项所述的枪头盒自动化堆栈式贮存箱，其特征在于：所述传动装置为同步带传动机构、齿轮齿条传动机构或丝杆螺母传动机构。

9.根据权利要求8所述的枪头盒自动化堆栈式贮存箱，其特征在于：所述驱动装置(41)为步进电机，所述同步带传动机构包括同步带(42)、同步带轮(43)、同步带从动轮(44)和同步带从动轮支架(45)，其中所述同步带(42)外侧与所述驱动板(3)相连，所述驱动装置(41)驱动所述同步带轮(43)转动。

10.权利要求1至9任一项所述的枪头盒自动化堆栈式贮存箱的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

检测每层托盘中一次性枪头是否为空，检测结果反馈至上位机；

上位机通过电气控制模块控制各层托盘开合，设定上位机指令，使整个工作过程中对一层托盘进行开合操作时，该层以下所有托盘均与该层同步动作；

取出枪头时，打开当前最上层的非空托盘，抓取该层枪头盒后关闭该层；

添加枪头或枪头盒时，打开当前所有非空托盘之上的最下一层空托盘，添加枪头或枪头盒后关闭该层。