CN106919137B - 细胞工厂自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细胞工厂自动控制系统，包括实现细胞工厂载体升降、倾斜及旋转的控制装置；控制装置包括主轴、支撑组件、垂直升降控制组件、倾斜控制组件、旋转控制组件及控制器；主轴包括中心旋转轴及套接于中心旋转轴外侧的固定轴；控制器用于控制垂直升降控制组件、倾斜控制组件、旋转控制组件的动作。本发明细胞工厂自动控制系统的运用，能够提高生产效率，实现疫苗在灌装和收获工序中的自动化程序控制。在模拟实验当中，灌装和收获工序中减少人员4/5。在操作过程中显著减少了由于人员的操作失误导致疫苗染菌机率。

Description

细胞工厂自动控制系统

技术领域

本发明是一种细胞工厂载体运动控制装置，属于生产疫苗的设备。

背景技术

现有细胞工厂在运输、清洗、灌装、收获环节主要采用人工来完成，也有在运输环节采用推车将细胞工厂运至无菌操作室，再将细胞工厂移位至操作台上，每个细胞工厂连接相应的管道后，进行清洗、灌装操作，再将细胞工厂装回至推车上，运回恒温室进行恒温培养。培养一定周期后，再用推车将细胞工厂运回无菌操作室，放置在操作台上人工将细胞脱离，每个细胞工厂连接相应的管道后，进行收获。以上工序几乎全部为人工手工操作，人员密集体力劳动强度大，耗费人力资源、限制生产规模、人员误操作的风险大、污染源增多、染菌概率高、生产成本高、达不到预期的产能。本发明中的细胞工厂是现有制药厂培养细胞的一种容器，市面上有不同品牌，不同型号的细胞工厂。

发明内容

本发明的目的为扩大疫苗生产规模，减少劳动强度，降低疫苗在灌装和收获工序中染菌概率。

本发明的技术解决方案是：

本发明的细胞工厂自动控制系统，包括实现细胞工厂运输车升降、倾斜及旋转的控制装置；所述控制装置包括主轴、支撑组件、垂直升降控制组件、倾斜控制组件、旋转控制组件及控制器；

所述主轴包括中心旋转轴211及套接于中心旋转轴外侧的固定轴212；所述支撑组件包括底座221及固定于底座上方的上支撑框222；

所述垂直升降控制组件包括升降导向柱231、沿升降导向柱升降的支撑框架232及第一升降源233，所述升降导向柱231固定设置在底座221与上支撑框222上底面之间，所述主轴位于支撑框架内，所述第一升降源作用于支撑框架232的底部；

所述倾斜控制组件包括设置于主轴一侧的第二升降源241、第一拉臂242、第一主轴支撑臂244及第一主轴支撑轴243，设置于主轴相对另一侧的第三升降源245、第二拉臂246、第二主轴支撑臂248及第二主轴支撑轴247；所述第一拉臂242的一端与第二升降源活动连接，所述第一拉臂242的另一端通过第一主轴支撑轴243与主轴固定连接，所述第一主轴支撑臂的一端与支撑框架固定连接，所述第一主轴支撑臂244的另一端通过轴承与第一主轴支撑轴243连接；

所述第二拉臂246的一端与第二升降源活动连接，所述第二拉臂246的另一端通过第二主轴支撑轴247与主轴固定连接，第二主轴支撑臂248的一端与支撑框架固定连接，第二主轴支撑臂248的另一端通过轴承与第二主轴支撑轴247连接；

所述旋转控制组件包括两个运动方向相反的齿条251、夹在两个齿条之间与两个齿条啮合的齿轮252，所述齿轮与主轴的中心旋转轴的后端键连接，所述中心旋转轴的前端通过连接支撑部件与细胞工厂运输车固定连接；

所述控制器用于控制垂直升降控制组件、倾斜控制组件、旋转控制组件的动作。

以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还做出以下优化限定：

为了保证控制装置工作的稳定性，提高扭矩，本发明采用液压驱动，其中的第二升降源及第三升降源为并排设置在支撑框架上支撑框与下支撑框之间的两个双出杆液压缸；旋转控制组件为摆动液压缸。

另外，为了外表美观，密封好，保护设备内部，本发明的支撑框架还包括罩在支撑框架232前端仅露出中心旋转轴211与连接支撑部件连接部位的罩体234。

另外，本发明还提供了一种与控制装置配合的细胞工厂运输车，细胞工厂运输车包括车架11，所述车架11呈长方形立体构造，车架的下方设置有滚轮12，车架的后方设置有用于与连接支撑部件固定连接的锁紧滑块13，所述车架的底面还设置有用于与连接支撑部件固定连接的升降锁架14。

为了确保控制装置与细胞工厂车的连接可靠性，本发明的连接支撑部件包括托架总承3；所述托架总承通过连接部件与中心旋转轴211前端固定连接，所述托架总承包括方形托架31、前叉32、主轴连接体33、细胞车固定单元34；所述前叉32设置在方形托架31的前方，用于插入细胞工厂车升降锁架14中，从底部托起细胞工厂车；所述主轴连接体33设置在方形托架31的中部，通过连接部件与中心旋转轴211固定连接；所述细胞车固定单元34设置在方形托架31的前面用于配合细胞工厂车的锁紧滑块13实现细胞工厂车与托架的固定连接。

本发明与现有技术相比，优点是：

1、本发明细胞工厂自动控制系统的运用，能够提高生产效率，实现疫苗在灌装和收获工序中的自动化程序控制。在模拟实验当中，灌装和收获工序中减少人员4/5。在操作过程中显著减少了由于人员的操作失误导致疫苗染菌机率。

2、本发明细胞工厂自动控制装置安全、可靠，运行稳定。

附图说明

图1为细胞工厂自动控制系统平面图；

图2-1为支撑框架去掉罩体234之后的控制装置的内部机械结构原理示意图；

图2-2为图2-1的后视图；

图2-3为图2-2的A处的局部放大图；

图3为双齿条摆动缸示意图；

图4为双齿条摆动缸原理示意图；

图5为图1的侧视图；

图6为托架结构图；

图7细胞工厂车结构图；

图8-1为主轴上升至预设位置的状态示意图；

图8-2为主轴旋转至预设位置的状态示意图；

图8-3为主轴开始灌装、收获的状态示意图；

图8-4为主轴倾斜至预设位置的状态示意图；

图8-5为主轴返回至初始位置的状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

如图1-7所示，本发明的细胞工厂自动控制系统，包括细胞工厂运输车及实现细胞工厂运输车升降、倾斜及旋转的控制装置。控制装置包括主轴、支撑组件、垂直升降控制组件、倾斜控制组件、旋转控制组件及控制器。主轴包括中心旋转轴211及套接于中心旋转轴外侧的固定轴212；支撑组件包括底座221及固定于底座上方的上支撑框222；垂直升降控制组件包括升降导向柱231、沿升降导向柱升降的支撑框架232及第一升降源233，升降导向柱231固定设置在底座221与上支撑框222上底面之间，主轴位于支撑框架内，第一升降源作用于支撑框架232的底部，主轴随着支撑框架的上升与回落而产生高度变化。

倾斜控制组件包括设置于主轴一侧的第二升降源241、第一拉臂242、第一主轴支撑臂244及第一主轴支撑轴243，设置于主轴相对另一侧的第三升降源245、第二拉臂246、第二主轴支撑臂248及第二主轴支撑轴247；第一拉臂242的一端与第二升降源活动连接，第一拉臂242的另一端通过第一主轴支撑轴243与主轴固定连接，第一主轴支撑臂的一端与支撑框架固定连接，第一主轴支撑臂244的另一端通过轴承与第一主轴支撑轴243连接；第二拉臂246的一端与第二升降源活动连接，第二拉臂246的另一端通过第二主轴支撑轴247与主轴固定连接，第二主轴支撑臂248的一端与支撑框架固定连接，第二主轴支撑臂248的另一端通过轴承与第二主轴支撑轴247连接。其中，第二升降源及第三升降源为并排设置支撑框架上支撑框与下支撑框之间的两个双抽杆液压缸。

第二升降源241与第一拉臂242的连接方式见图2-3，双抽杆液压缸的两侧各自固定一个转轴，第一拉臂242的相应位置开设一个比转轴249轴径略大的条孔250，双出杆液压缸升降时，第一拉臂242就顺着转轴转动，第一拉臂242的另一端带动主轴支撑轴转动从而使得主轴倾斜。

如图3-4所示，旋转控制组件包括两个运动方向相反的齿条251、夹在两个齿条之间与两个齿条啮合的齿轮252，齿轮与主轴的中心旋转轴的后端键连接，中心旋转轴的前端通过连接支撑部件与细胞工厂运输车固定连接；旋转控制组件为为摆动液压缸，两个运动方向相反的齿条并排设置在支撑框架内，且位于主轴的后端，依靠液压驱动。本发明中旋转控制组件的原理见图7，两个齿条做相反方向的运动使得齿轮发生转动，齿轮的转动带动中心旋转轴发生转动。

为提高细胞工厂的自动化程度，本发明的控制装置还包括PLC控制器4，PLC控制器用于第一升降源、第二升降源、第三升降源及旋转控制组件的液压动力分配。支撑框架还包括罩在支撑框架232前端仅露出中心旋转轴211与连接支撑部件连接部位的罩体234。

如图7所示，为配合本发明的控制系统，本发明的细胞工厂运输车包括车架11，车架11的呈长方形立体构造，车架的下方设置有滚轮12，车架的后方设置有用于与连接支撑部件固定连接的锁紧滑块13，车架的底面还设置有用于与连接支撑部件固定连接的升降锁架14。

如图6所示，为了使控制系统能够与细胞工厂车可靠连接，本发明还提供一种连接支撑部件，连接支撑部件包括托架总承3；托架总承通过连接部件与中心旋转轴211前端固定连接，托架总承包括方形托架31、前叉32、主轴连接体33、细胞车固定单元34、气动平面锁35及光栅座36，前叉32设置在方形托架31的前方，用于插入细胞工厂车升降锁架14中，从底部托起细胞工厂车1；主轴连接体33设置在方形托架31的中部，通过连接部件与中心旋转轴211固定连接；细胞车固定单元34设置在方形托架31的前面用于配合细胞工厂车的锁紧滑块13实现细胞工厂车与托架的固定连接；气动平面锁35设置在前叉32的前端，用于固定细胞工厂车，防止设备在运行旋转、倾斜时细胞工厂车掉落。

另外，设备在运行时，人员进入机器工作区域，设备立刻停止动作，以免造成机器伤害到工作人员，为此，本发明的托架的顶部安装有光栅座36，光栅座36用于外来人员的检测，并将信息传递给PLC控制，以做出相应的处理。锁紧滑块的数量为4个，4个锁紧滑块呈矩形分布于车架的后方；细胞车固定单元的数量为4个，4个细胞车固定单元分布在方形车架的两个边框上。前叉的数量为2个，并排设置在方向车架的前方。滚轮的数量为4个，分布在车架的四个角。底座的前方底部还并排设置有两个前支架223，以分散操作室地面的承重及设备在承载运行时的稳定性。

细胞工厂有从1层、2层、5层、10层、20层到40层的规格，也可以根据需求定做任意层，我们的细胞工厂车一次可以装载8个40层的细胞工厂。细胞工厂一般在水平状态下是各层是相通的，在竖直状态下各层是相隔开的，因此，为了使各层的装液量相同，在水平状态下进行灌装，为了使药液均匀，在灌液完毕后通过倾斜旋转，之后回到初始竖直状态。

图8所示为本发明控制装置工作过程，首先，细胞工厂车进入运载位置，与托架总承进行连接，连接后，主轴进行上升，细胞工厂车上升到位后，主轴的中心旋转轴211进行旋转，旋转到水平位置，如图8-3所示，开始灌液或收获，之后，主轴带到细胞工厂车倾斜到预设角度，然后返回至初始位置。

本发明通过PLC控制单元4进行第一升降源、第二升降源、第三升降源及旋转控制组件的液压动力分配，以此控制主轴做X、Y、Z三轴运动，以完成细胞工厂的灌装、收获。一次性灌装、收获八个四十层细胞工厂，解决了人工操作的复杂性，简化了工序，减少了细胞染菌机率。

Claims (7)

1.一种细胞工厂自动控制系统，其特征在于：包括实现细胞工厂载体升降、倾斜及旋转的控制装置；

所述控制装置包括主轴、支撑组件、垂直升降控制组件、倾斜控制组件、旋转控制组件及控制器；

所述主轴包括中心旋转轴（211）及套接于中心旋转轴外侧的固定轴（212）；

所述支撑组件包括底座（221）及固定于底座上方的上支撑框（222）；

所述垂直升降控制组件包括升降导向柱（231）、沿升降导向柱升降的支撑框架（232）及第一升降源（233），所述升降导向柱（231）固定设置在底座（221）与上支撑框（222）上底面之间，所述主轴位于支撑框架内，所述第一升降源作用于支撑框架（232）的底部；

所述倾斜控制组件包括设置于主轴一侧的第二升降源（241）、第一拉臂（242）、第一主轴支撑臂（244）及第一主轴支撑轴（243），设置于主轴相对另一侧的第三升降源（245）、第二拉臂（246）、第二主轴支撑臂（248）及第二主轴支撑轴（247）；

所述第一拉臂（242）的一端与第二升降源活动连接，所述第一拉臂（242）的另一端通过第一主轴支撑轴（243）与主轴固定连接，所述第一主轴支撑臂的一端与支撑框架固定连接，所述第一主轴支撑臂（244）的另一端通过轴承与第一主轴支撑轴（243）连接；

所述第二拉臂（246）的一端与第二升降源活动连接，所述第二拉臂（246）的另一端通过第二主轴支撑轴（247）与主轴固定连接，第二主轴支撑臂（248）的一端与支撑框架固定连接，第二主轴支撑臂（248）的另一端通过轴承与第二主轴支撑轴（247）连接；

所述旋转控制组件包括两个运动方向相反的齿条（251）、夹在两个齿条之间与两个齿条啮合的齿轮（252），所述齿轮与主轴的中心旋转轴的后端键连接，所述中心旋转轴的前端通过连接支撑部件与细胞工厂载体固定连接；

所述控制器用于控制垂直升降控制组件、倾斜控制组件、旋转控制组件的动作；

所述第二升降源及第三升降源为并排设置在支撑框架上支撑框与下支撑框之间的两个双出杆液压缸；

所述旋转控制组件为摆动液压缸，两个运动方向相反的齿条并排设置在支撑框架内，且位于主轴的后端，依靠液压驱动；

所述细胞工厂载体为细胞工厂运输车包括车架（11），所述车架（11）呈长方形立体构造，车架的下方设置有滚轮（12），车架的后方设置有用于与连接支撑部件固定连接的锁紧滑块（13），所述车架的底面还设置有用于与连接支撑部件固定连接的升降锁架（14）；

所述底座的前方底部还并排设置有两个前支架（223）。

2.根据权利要求1所述的细胞工厂自动控制系统，其特征在于：所述支撑框架还包括罩在支撑框架（232）前端仅露出中心旋转轴（211）与连接支撑部件连接部位的罩体（234）。

3.根据权利要求1所述的细胞工厂自动控制系统，其特征在于：所述控制器为PLC控制器，所述PLC控制器用于第一升降源、第二升降源、第三升降源及旋转控制组件的液压动力分配。

4.根据权利要求1所述的细胞工厂自动控制系统，其特征在于：所述连接支撑部件包括托架总承（3）；

所述托架总承通过连接部件与中心旋转轴（211）前端固定连接，所述托架总承包括方形托架（31）、前叉（32）、主轴连接体（33）、细胞车固定单元（34）；

所述前叉（32）设置在方形托架（31）的前方，用于插入细胞工厂车升降锁架（14）中，从底部托起细胞工厂车；

所述主轴连接体（33）设置在方形托架（31）的中部，通过连接部件与中心旋转轴（211）固定连接；

所述细胞车固定单元（34）设置在方形托架（31）的前面用于配合细胞工厂车的锁紧滑块（13）实现细胞工厂车与托架的固定连接。

5.根据权利要求4所述的细胞工厂自动控制系统，其特征在于：所述连接支撑部件还包括气动平面锁（35），所述气动平面锁（35）设置在前叉（32）的前端。

6.根据权利要求5所述的细胞工厂自动控制系统，其特征在于：所述连接支撑部件还包括光栅座（36），所述光栅座（36）设置在方形托架（31）的顶部。

7.根据权利要求4所述的细胞工厂自动控制系统，其特征在于：所述锁紧滑块的数量为4个，4个锁紧滑块呈矩形分布于车架的后方；所述细胞车固定单元的数量为4个，4个细胞车固定单元分布在方形车架的两个边框上；所述前叉的数量为2个，并排设置在方形车架的前方；所述滚轮的数量为4个，分布在车架的四个角。