CN106908613A - 一种用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法，其装置设置用于对离心机之适配器的装载或卸载，所述适配器用于装载多个样本管；并包括至少一输入轨道，用于运输样本管；其中，所述装置包括一用于承托多个适配器的转运盘；并在所述转运盘和所述输入轨道之间设置有一用于转运所述样本管的第一机械手；在所述转运盘与所述离心机之间设置有一用于转运所述适配器的第二机械手。本发明用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法由于采用了回转的离心适配器转运装置替代固定方式，大大缩减了适配器转运机构的工作行程，降低了适配器转运机构的复杂程度，并提高了适配器转运机构的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗设备及其设备的实现方法，尤其涉及的是一种样本检测离心适配器的改进和设备实现方法。
背景技术
现有技术中，随着自动化技术的发展，医学实验室内的自动化程度越来越高，越来越多的手工操作正在被自动化设备取代，工作人员的任务从简单重复的体力劳动变成了卓有成效的脑力劳动，医学样本的处理速度越来越快、准确度也越来越高。
医学样本在被进行分析之前通常需要进行离心分离处理：分离血液样本中的血球和血清，以支持不同项目的测试。离心机是一个可以进行离心分离的装置。离心适配器是能够接收多个样本管的托盘，多个离心适配器安装在离心机中可以完成离心处理。在将离心适配器从缓存区转运至离心机时，通常会设计一种带有夹持机构的三维机械手进行抓取，请参见现有技术：申请日为2012年11月7日，公开日为2014年10月15日，中国专利号为CN201280066155.4一案中的离心机系统和工作流程，但该机构存在行程长、实现难度大、成本高、加减速较低等问题。
在上述贝克曼的实施方式中，一个行程遍及适配器缓存区和离心机放入位的XYZ三轴机械手被设计出来，用于配合离心适配器的转运。但由于离心适配器只放在固定的位置，因此所有离心适配器的抓取动作均需要该机械手进行操作抓取，所以该机械手XY方向的覆盖范围要广，其设计结构复杂、制造成本较贵、加速度无法达到较高的程度，对于中小型离心机而言也没有优势。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法，用来解决现有技术中机械手行程长、结构复杂等问题。
本发明的技术方案如下：
一种用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其设置用于对离心机之适配器的装载或卸载，所述适配器用于装载多个样本管；并包括至少一输入轨道，用于运输样本管；其中，所述装置包括一用于承托多个适配器的转运盘；并在所述转运盘和所述输入轨道之间设置有一用于转运所述样本管的第一机械手；在所述转运盘与所述离心机之间设置有一用于转运所述适配器的第二机械手。
所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其中，所述适配器在所述转运盘上设置为环绕设置，并设置具有样本管放入位和适配器转运位，所述样本管放入位对应用于所述第一机械手的装载，所述适配器转运位对应用于所述第二机械手的装载。
所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其中，所述适配器设置为多个。
所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其中，所述输入轨道与所述转运盘之间还设置有至少一缓存轨道，用于所述第一机械手装载样本管后样本座的缓存。
所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其中，所述缓存轨道设置为多个。
所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其中，所述第一机械手设置包括三个相互垂直轴向的驱动，即XYZ轴方向，并在工作端部设置有第一抓取夹具。
所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其中，所述第二机械手包括两个相互垂直轴向的驱动，即YZ轴方向，并在工作端部设置有第二抓取夹具。
所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其中，所述转运盘的底部还设置有驱动所述转运盘转动的转换电机，与所述转换电机转轴同轴设置的主动带轮，以及与所述转运盘同轴设置的从动带轮，所述主动带轮与从动带轮之间通过同步带传动连接。
所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其中，所述转运盘上还设置有用于传感转动角度的角度传感器。
一种实现所述装置的离心适配器转运方法，其包括以下步骤：
A、通过第一机械手将待离心处理的样本管抓取装载到所述转运盘的相应适配器上；
B、在所述适配器上放置足够数量的样本管后，控制所述转运盘转动，将所述适配器移动到适配器转运位；
C、所述第二机械手将该适配器抓取并装载到离心机中，进行离心处理；
离心处理完毕后，依照上述程序对样本管进行反向卸载。
本发明所提供的一种用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法，由于采用了回转的离心适配器转运装置替代固定方式，大大缩减了适配器转运机构的工作行程，降低了适配器转运机构的复杂程度，并提高了适配器转运机构的响应速度。
附图说明
图1是本发明所述用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法较佳实施例中与离心模块相关的结构正面示意图。
图2是本发明所述装置及方法较佳实施例中的第一机械手结构示意图，该第一机械手具有XYZ三个独立可移动的方向。
图3是本发明所述装置及方法较佳实施例中的第二机械手结构示意图，该第二机械手具有水平和竖直两个独立可移动的方向。
图4a和图4b是本发明所述装置及方法中可进行连续回转的转运盘不同角度结构示意图。
图5是本发明装置及方法的相关工作流程框图。
图中，1.返回轨道，2.输入轨道，3.缓存轨道，4.第二机械手，5.适配器放入位，6.离心机，7.适配器转运位，8.适配器，9.转运盘，10.样本管放入位，11.第一机械手，12.样本管返回位，13.样本管抓取位，14.条码扫描机构，15.初始单元，16.后续处理单元，17.第一机械手的X轴驱动，18. 第一机械手的Y轴驱动，19. 第一机械手的Z轴驱动，20.第一抓取夹具，21. 第二机械手的Y轴驱动，22. 第二机械手的Z轴驱动，23.第二抓取夹具，24.主动带轮，25.适配器转换电机，26.同步带，27.从动带轮。
具体实施方式
以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。
本发明所提供的一种用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法，如图1所示，其所采用的核心技术方案是：将适配器缓存区由固定式更改成可回转式，即设计一个回转机构带动缓存区进行回转转动，这样的好处是缓冲结构更为简单，且提高了处理效率；适配器抓取机械手即第二机械手由具有XYZ三个自由度运动方向的机械手更改为只具有YZ两个自由度的机械手即可；回转机构负责适配器的回转进给，适配器抓取机械手只在回转机构的一个预定固定位置和离心机之间进行转运即可。
本发明的所述用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法大大缩减了适配器转运机构的工作行程，降低了适配器转运机构的复杂程度，并提高了适配器转运机构的响应速度。
在本发明较佳实施例中，容纳样本的容器称之为样本管，可由玻璃或者塑料制成，具有底部封闭顶部开口的特征；承载单个或多个样本管并一起运动的部件称之为样本座，其通常能使样本管保持垂直位置，并在转运和运输途中保持稳定性；能够承载多个样本管并可放入离心机进行离心处理的桶状结构被称之为适配器，其可被机械手进行转移。在本发明所述用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法中，所述适配器可以设置在一转运装置上进行缓冲和等候，以便最终转运到离心机中进行离心处理。
如图1所示，显示了本发明所述用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法中离心模块的详细机构布局图，其中包含返回轨道1、输入轨道2、缓存轨道3、第一机械手11、转运盘9、第二机械手4以及离心机6。其中的输入轨道2是从初始单元15接收待检测处理的样本管，返回轨道1用来从后续处理单元16接收返回的样本管或样本座，并传送回初始单元15。
本发明所改进的位置仅在离心机单元的样本管转运缓存结构，其中尤其是设计采用了转运盘9的结构来放置一组组样本管的适配器，通过在转运盘9与缓存轨道3之间的第一机械手11进行样本管装载或卸载，通过在转运盘9与离心机6之间的第二机械手4进行适配器的转载或卸载，从而实现了大量缓存和节省适配器的装载时间，加快了离心检测的效率。
所述初始单元15和后续处理单元16是实验室自动化系统的组成部分，其组成可以有多种多样的设计，比如样本输入单元、去盖单元等等。所述输入轨道2接收来自初始单元15的带检测处理样本，并通过条码扫描机构14进行扫描后输入系统数据，判断样本是否需要进行离心处理。所述返回轨道1接收来自后续单元16的不带样本管的样本座，样本座是用来承载样本管随轨道一起运动的。
所述缓存轨道3缓存一定数量的样本座，用于接收离心处理完的样本管，因为部分样本管是在离心处理中，需要在缓存轨道3上缓存样本座，针对缓存的样本管数量不同，所述缓存轨道3可以设置平行的多条，以便有足够的位置缓存所有的样本座；较佳的设置方式是设置缓存轨道3为并行的三条。
设置一第一机械手11负责将需要离心处理的样本管从输入轨道2上的样本管抓取位上抓取至转运盘9上的样本管放入位10中，或，在样本管经过离心处理后，将样本管从转运盘9抓取至缓存轨道3上的样本管返回位12上。相比于现有技术的转运过程，本发明的第一机械手11的转运过程更为简单，仅控制在缓存轨道与转运盘之间的转运。
如图2所示示出了第一机械手11的基本结构，它是一种可以进行XYZ三个方向独立运动的直角坐标式机器人，其中，X轴17驱动X方向的运动，实现样本管在样本管放入位10、样本管返回位12和样本管抓取位13之间的转移，从图1中可以看出其行程较长，较其他两轴长；Y轴18驱动Y方向上的运动，实现在适配器8的Y方向上转移样本管，其行程只要求覆盖适配器的宽度即可，因此行程较短；Z轴19驱动Z方向上的运动，实现将样本管提升或放下的动作；第一抓取夹具20实现样本管的夹紧或张开，在合适位置时受控抓取或者放开。以上运动的驱动方式均可以是电动或者气动，例如通过气缸，丝杆液压等驱动方式实现，在此不再赘述。为实现对保持垂直的样本管的夹持，所述第一抓取夹具20采用三爪结构。
如图3所示是第二机械手4的基本结构，它是一种可以进行YZ两个方向独立运动的直角坐标式机器人，其中，Y轴21可用来实现适配器8在离心机6的适配器放入位5和转运盘9的适配器转运位7之间进行转移，从图1中可以看出其行程略短，只需能够足以实现转移距离即可；Z轴22实现适配器8的提升和放下动作；第二抓取夹具23实现适配器8的夹取或松开，以在合适位置进行适配器8整体的装载或卸载，装载和卸载的动作可以设置为往返行程中的一侧单程行程，例如在向转运盘9移动过程中，第二抓取夹具23夹持已经离心处理完毕的样本管适配器，而回程向离心机6移动时夹持等待离心处理的样本管适配器，而在转运盘9上所述第二抓取夹具23先将处理完毕的样本管适配器卸载到转运盘9的相应位置，然后等候转运盘9的转动，将下一个需要离心处理的样本管适配器转到相应转运位7，该第二抓取夹具23将下一个适配器进行装载。第二机械手YZ轴以上运动的驱动方式均可以是电动或者气动，例如通过气缸，丝杆液压等驱动方式实现，在此不再赘述。为实现对适配器的抓取，所述第二抓取夹具23采用两爪结构。
图4a和图4b所示示出了转运盘9的基本结构，电机25驱动主动带轮24、同步带26以及从动带轮27实现转盘的连续和受控运转，通过位置传感器实现转盘的角度控制，以确定转运盘9的各适配器是否转到了恰当位置。其传动方式也可以采用其他的方式，例如齿轮传动或者其他的回转传动方式。
在本发明所述用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法中，适配器8的转运是通过转运盘9和第二机械手4共同完成的，多个适配器8放置在具有回转运动的转运盘9上，围绕中心环绕分布，可以设置为多个，较佳的是设置为5个至6个，由此构成适配器缓存区；在每一适配器8上设置有多个样本管，根据样本管的型态可以设置放置数量，如图4a和图4b所示，至少为10个。
所述第二机械手4设置在转运盘9和离心机6之间，其工位分别包括离心机的适配器放入位5和适配器转运位7，因此可以通过更加高效合理的控制方法使得适配器缓存区上的适配器被转移到离心机中，而非以往案例中所采用的三维机械手直接从固定的适配器缓冲区即缓冲轨道3上抓取，然后一一放置到离心机的适配器上，由于现有技术方式有较长的行程，并且往往只能单程工作，往或返的程序中不能工作，因为浪费了工作时间，工作效率不高。
从本发明所述用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法上述结构来看，转运盘9是较为简单的转动结构，其设计简单，制造成本低廉，而第二机械手4只需要具有两个自由度即可，结构也较简单，且行程短，同时匹配适配器一组组传递样本管的方式，以及在适配器传递过程中充分利用往返行程都工作，提高了工作效率。因此其速度相应也比长行程机械手要快，制造成本相对而言也较低。
如图5为本发明所述用于医学样本检测的离心适配器转运方法较佳实施例的处理流程，其中，在操作步骤1001中，当输入轨道上的传感器检测到有试管到来时，通过条码扫描机构14对该试管进行条码扫描，输入和记录相应数据；在操作步骤1002中，若该试管需要进行离心处理，第一机械手11将其抓取至转运盘9上的样本管放入位10，该样本管放入位10处在某一适配器上，没有样本管的样本座则被推入进缓存轨道3中等待离心处理后样本管的回放；若不需要离心则放行。在操作步骤1003中，当样本管放入位10上的适配器被放满时，转运盘9将该适配器8转运转进到一定的角度，以便装载另外的适配器，当装满样本管的适配器8数量达到离心机6的工作数量时，转运盘9将其转到适配器转运位7，以等待第二机械手的操作。在操作步骤1004中，第二机械手4将适配器转运位7上的适配器8抓取至离心机6上的适配器放入位5中；在操作步骤1005中，离心机6进行离心处理；在操作步骤1006中，当离心机6对样本完成离心处理后，第二机械手4将放置有离心处理后样本管的适配器8依次从离心机6中取出并放置到转运盘9的适配器转运位7上，转运盘9转进一定的角度以配合第二机械手4的抓取放开动作；在操作步骤1007中，转运盘9将适配器8依次转到样本管放入位10上；在操作步骤1008中，第一机械手11将适配器8上的样本管依此放入样本管返回位12上，然后样本管随样本座一起被运输到后续处理单元16中进行下一步处理。
在各轨道之间，包括但不限于返回轨道1、输入轨道2和缓存轨道3，可以设置转接轨道，在不需要转运到工作单元中时，样本座可以携带样本管进行移动，从而到达相应的工位。
本发明所述用于医学样本检测的离心适配器转运装置及方法是针对医学样本检测中转运过程机构的改进，其提高了处理的效率和速度，并且方便了离心处理过程中样本管的排队；当然，在相应修改其他处理单元的情况下，例如离心机，也可以应用于其他检测程序单元的改进。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其设置用于对离心机之适配器的装载或卸载，所述适配器用于装载多个样本管；并包括至少一输入轨道，用于运输样本管；其特征在于，所述装置包括一用于承托多个适配器的转运盘；并在所述转运盘和所述输入轨道之间设置有一用于转运所述样本管的第一机械手；在所述转运盘与所述离心机之间设置有一用于转运所述适配器的第二机械手。
2.根据权利要求1所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其特征在于，所述适配器在所述转运盘上设置为环绕设置，并设置具有样本管放入位和适配器转运位，所述样本管放入位对应用于所述第一机械手的装载，所述适配器转运位对应用于所述第二机械手的装载。
3.根据权利要求2所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其特征在于，所述适配器设置为多个。
4.根据权利要求2所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其特征在于，所述输入轨道与所述转运盘之间还设置有至少一缓存轨道，用于所述第一机械手装载样本管后样本座的缓存。
5.根据权利要求4所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其特征在于，所述缓存轨道设置为多个。
6.根据权利要求4所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其特征在于，所述第一机械手设置包括三个相互垂直轴向的驱动，即XYZ轴方向，并在工作端部设置有第一抓取夹具。
7.根据权利要求4所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其特征在于，所述第二机械手包括两个相互垂直轴向的驱动，即YZ轴方向，并在工作端部设置有第二抓取夹具。
8.根据权利要求4所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其特征在于，所述转运盘的底部还设置有驱动所述转运盘转动的转换电机，与所述转换电机转轴同轴设置的主动带轮，以及与所述转运盘同轴设置的从动带轮，所述主动带轮与从动带轮之间通过同步带传动连接。
9.根据权利要求8所述的用于医学样本检测的离心适配器转运装置，其特征在于，所述转运盘上还设置有用于传感转动角度的角度传感器。
10.一种实现如权利要求1所述装置的离心适配器转运方法，其包括以下步骤：
通过第一机械手将待离心处理的样本管抓取装载到所述转运盘的相应适配器上；
在所述适配器上放置足够数量的样本管后，控制所述转运盘转动，将所述适配器移动到适配器转运位；
所述第二机械手将该适配器抓取并装载到离心机中，进行离心处理；
离心处理完毕后，依照上述程序对样本管进行反向卸载。
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