CN107533078B - 表面检测和拾取工具机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拾取工具机械手设备，用于从培养介质收集样本。在第一操作模式中，允许拾取工具在轴向方向上相对于设备的支撑结构移动。检测器可响应于主体在轴向方向上的移动而产生信号，从而确定拾取工具接触介质时的高度。当从培养介质收集样本时，该设备可以第一模式操作。第二操作模式限制或阻止拾取工具的轴向移动。在一些情况下，当容纳新的拾取工具或丢弃使用过的拾取工具时，该设备可在第二模式中操作。

Description

表面检测和拾取工具机械手

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请No.62/140,002的申请日的权益，该临时申请的申请日为2015年3月30日，名称为“SURFACE DETECTION AND PICKTOOL MANIPULATOR”，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

本申请的主题涉及机器人机械手装置及其操作方法。在一个示例中，机器人机械手装置可用于从诸如琼脂盘的培养介质收集样本。

为了使用机器人系统收集样本，例如，从诸如琼脂盘的粘性培养介质收集微生物或细菌培养体的样本，机器人系统自身的精确定位以收集样本是必要的。培养体在水平面内的位置(例如卡笛尔坐标空间中在X和Y水平方向的位置)可以通过基于成像系统的计算而被确定。然而，这样的成像系统不能以足够的精确度确定培养介质的垂直位置。使用成像系统确定垂直位置可以是困难的，因为样本和培养介质中的每个均可以在诸如但不限于颜色、透明度、反射系数和含水率等特征方面极大地变化。

已经提出和探索了多种方法，但到现在为止没有发现合适的方案。确定样本的垂直位置是必要的，因为相对于培养介质的表面移动机器人系统过深可能导致系统收集过多培养介质的材料，或者收集过少的样本，例如收集过少的细菌。在任一种情况下，这些问题可导致不稳定的测量和不可靠的测试结果。

考虑到这些问题，需要机器人收集系统和其方法的进一步改进。

发明内容

根据公开的实施例的一个方面，本文记载了从培养介质收集样本的设备。该设备包括将容纳一次性拾取工具的主体部分。如此，主体部分被配置为容纳使用后可容易地从主体部分分离的拾取工具。在描述的实施例中，该主体和拾取工具组件大致轴向对准。该设备包括检测器，该检测器在拾取工具与培养介质或布置在培养介质上的样本接触时，响应于施加到拾取工具的力而生成信号。

该设备被配置为以至少第一和第二模式操作。在第一模式中，该主体和拾取工具组件在轴向方向上相对自由地移动。这个方向大概垂直于培养介质的表面。第二模式比所述设备在第一模式中时对主体和拾取工具组件的轴向移动施加更大的阻力。

该拾取工具被配置为基于预定运动范围操作。在一个实施例中，当在第二模式中时，对轴向方向中的移动的阻力在主体位移超过预定运动范围时逐渐增加。在另一实施例中，在第二模式中，移动的阻力量基于主体的位移超过第一预定运动范围而以阶梯函数增加。

在一些实施例中，该设备具有弹簧，弹簧被配置为当设备转换为第二模式时，响应于主体在拾取工具和布置在培养介质上的样本之间接触时或接触后的移动而开始抵抗主体的轴向移动。例如，该设备被配置为在拾取工具与设置在培养介质上的样本处于接触或开始接触时从第一模式转换为第二模式。

在一些实施例中，该检测器被配置为响应于检测该设备与样本之间的相对位置而生成信号。

为了从第一模式转换为第二模式，该主体包括连接到该主体的结构。该主体在第一模式中在轴向方向上相对于该结构更自由地移动，而该主体在第二模式中更加抵抗在轴向方向上的这种轴向移动或者被锁定而不能进行这种轴向移动。例如，提供连接到主体的钥匙。该钥匙与该结构中钥匙上方的开口配合，使得该钥匙在第一模式中不接合并且可以前进到结构中并穿过该结构。然而，在第二模式中，钥匙不能前进到结构中并穿过该结构。在另外的实施例中，该结构包括连接到主体的马达以在绕轴线的方向上旋转主体。在这些实施例中，该马达被配置为相对于该结构在第一位置和第二位置之间旋转该主体，该第一位置对应于钥匙可以前进到结构中并穿过该结构的第一模式，而第二位置对应于钥匙不能前进到结构中并穿过该结构的第二模式。在其他的另外的实施例中，该钥匙具有远离钥匙和主体共有的轴线的至少一个横向延伸部。该结构具有开口，该开口的尺寸被设置为允许该至少一个延伸部从其经过。

在其他的实施例中，该结构具有主体延伸穿过的轴套。在这些实施例中，在设备以第一模式操作时，该主体在轴向方向上可在轴套中自由移动，并且该轴套限制主体与其同轴布置。当在第二模式中操作时，该轴套和结构配合以限制主体相对于结构的移动。

在可替代的实施例中，从培养介质收集样本的设备具有容纳并保持可移除的拾取工具的主体。当由主体容纳时，该拾取工具从该设备延伸。该设备具有机构，该机构用于在卡笛尔空间中移动该主体(其可与拾取工具连接)。因此，该拾取工具可从其被该设备容纳的第一位置移动到其用于拾取设置在培养介质上的样本的第二位置。该设备包括机构，该机构使拾取工具前进到样本。该设备还包括信号发生器，当拾取工具前进到与设置在培养介质上的样本接触时，信号发生器生成信号。该设备包括机构，在第一模式中，该机构允许主体在大约垂直于培养介质的表面的方向上在预定运动范围内更自由地移动。当转换到第二模式时，当主体在第二模式中行进超过预定运动范围时，该机构增加对主体在近似垂直方向上的移动的阻力。在一些实施例中，该主体在第一模式中在近似垂直的方向(相对于培养介质)上自由移动，而在第二模式中在近似垂直的方向上不移动。

根据本申请的另一方面，公开了从培养介质收集样本的方法。该方法可包括启动用于从培养介质收集样本的设备的第一模式，该第一模式允许设备在轴向方向上相对于设备的支撑结构的移动；在轴向方向上移动该设备以容纳并保持配置为收集样本的拾取工具；由设备移动拾取工具，使拾取工具与布置在培养介质上的样本接触；启动设备的第二模式并阻止设备在轴向方向上的移动；在拾取工具附连到设备时，操纵该拾取工具以收集样本；以及将收集的样本放置在收集位置处。

在这个方面的一个实施例中，操纵的步骤可包括该设备旋转拾取工具。该拾取工具可额外地或可替代地从设备释放从而丢弃拾取工具。

在一些实施例中，在放置收集的样本后，该收集的样本可被处理。处理的步骤可包括选自包括处理测试、培养或保存的组的至少一种处理。

在另一实施例中，该方法可进一步包括检测拾取工具和培养介质之间的接触。额外地或可替代地，该方法可包括检测拾取工具接触培养介质移动的高度。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的用于从培养介质收集样本的设备的移动的示意图。

图2是示出根据本发明的实施例的检测与培养介质接触的高度以及从培养介质收集样本的方法的流程图。

图3是示意性示出根据本发明的实施例的从培养介质收集样本的示例设备的结构的截面图。

图4A是示意性示出在用于第一模式中的操作的第一位置中的设备的平面图。

图4B是示意性示出在用于第二模式中的操作的第二位置中的设备的平面图。

图5是示出图3示出的实施例的变体的截面图。

图6是示出图3示出的实施例的变体的截面图。

图7是示出图3示出的实施例的变体的截面图。

图8是示出图3示出的实施例的变体的截面图。

图9是示出图3示出的实施例的变体的截面图。

图10是示出图3示出的实施例的变体的截面图。

具体实施方式

相应地，这里提供的设备可用于检测介质的表面，例如在其上的样本的表面，例如在诸如琼脂盘的培养介质的表面上的菌群。这样的设备还可作为可旋转机械手，并可包括传感器，还可执行额外要求的功能，例如检测可替换拾取工具的存在以及容纳未使用的拾取工具，在收集样本之后放置收集的样本，以及协助移除使用过的拾取工具。

相应地，提供了用于操控拾取工具的改进的设备和方法，该拾取工具例如用于从介质收集样本，例如，在诸如琼脂盘的介质上培育的或以别的方式在其上支撑的培养体或组织。利用这样的设备，使用由设备响应于该设备将拾取工具移动到与介质接触而产生的信号，可准确测量拾取工具相对于介质的高度。

因此，在一个实施例中，该设备可具有拾取工具容纳主体，其容纳并保持拾取工具。该设备可具有第一操作模式，在其中主体(以及在主体中容纳的拾取工具)在主体的轴向方向上相对于设备的支撑结构更自由地移动，这样的移动响应于拾取工具与介质接触或与介质“接合”而发生。当设备朝向介质通常在向下的方向或包括基本向下的分量的方向上移动时，在设备朝向介质移动的同时，该拾取工具接近介质并与介质接触。作为这样的移动的结果，介质对拾取工具以及拾取工具容纳主体在主体的轴向方向上相对于诸如设备的支撑件的设备的其他结构远离介质的向下运动提供了阻力。因此，在一个示例中，设备向下朝向介质移动，使得拾取工具与介质接合，这导致拾取工具和拾取工具容纳主体在轴向方向上被促动，例如相对于设备的其他结构远离介质向上。

基于主体相对于设备的结构的轴向移动，与设备相关联的检测器产生信号，该信号可用于确定拾取工具与介质接触时设备的高度。所确定的高度是设备的垂直位置，在该位置处，设备被准确地定位以操纵拾取工具从介质收集样本。该设备然后可用于从培养介质收集样本。在特别的示例中，如在下面关于图5-10描述的，该设备可具有结构，该结构在拾取工具和介质之间施加增加的向下的力(或对向上的力的增加的阻力)以协助从介质收集样本。

在一个实施例中，当设备到达用于收集样本的在先确定的高度时，主体被限制不能相对于设备结构被向上推动。该设备继而可操纵拾取工具，例如通过旋转拾取工具，例如使用马达，而从介质收集样本。例如，该拾取工具可由设备相对于介质移动，从而从培养介质收集样本的材料。在特别的示例中，连接到主体的马达可相对于介质旋转拾取工具，以使拾取工具从介质收集样本材料。在特别的示例中，从样本中收集的材料容纳在拾取工具的刀片或其他收集表面上。

在第二操作模式中，替代允许拾取工具容纳主体自由移动的是，该拾取工具容纳主体被限制或被阻止相对于设备结构轴向移动。在这个操作模式的一个示例中，当容纳新的拾取工具或丢弃使用过的拾取工具时，该设备可以在这个第二模式中操作。

现在参考图1和图2，提供了一个示例，其中在自动方法中使用该设备以在适合用于高容量装置从库存培养盘中进行样本收集的高重复速率收集独立的样本。该介质可在盘与盘间不同并且介质的数量和类型可以极大地变化。在每一盘中可具有一次或多次拾取。在使用由设备保持的拾取工具收集样本之后，该设备在收集站点放置收集到的样本以进一步处理，例如测试、进一步培养或保存样本。之后，该设备可丢弃使用过的拾取工具，并且然后通过容纳另一拾取工具再次开始同样的收集过程，且然后通过上面描述的方法如由系统要求地从同一盘或不同的盘中收集另一样本。

因此，在使用设备100的操作的示例方法中，多个拾取工具102可在第一站点A(图1)成阵列布置等待使用。在一个示例中，外部致动器110可在卡笛尔空间中以多个自由度移动设备100。例如，该致动器可被编程以在水平、垂直和/或圆周方向上在执行多种工作的站点之间自动移动该设备。以这种方式，致动器可从站点(例如收集拾取工具的第一个站点；拾取样本的第二个站点；放置拾取的样本的第三站点，等等)间的至少横向移动上移动设备，并在需要时在向上和向下的方向上移动设备。该致动器由诸如逻辑电路、由处理器执行的一组指令，或者逻辑电路和一组可执行指令两者的部件电控制。在特定的示例中，该致动器由包含由一个或多个处理器执行的指令的一个或多个程序控制。

因此，如在A(图1)和210(图2)处看到的，该设备可以第二操作模式操作，其限制或抵抗或抑制承载拾取工具的主体的向上移动，并且致动器可在拾取工具容纳主体的轴向方向上移动设备，使得该主体容纳拾取工具。例如，该设备可向下移动，使得拾取工具的轴容纳在主体的腔内，并被牢固地保持以阻止拾取工具轴和主体之间的相对移动。

之后，该设备可进入第一操作模式，其允许主体相对于设备更自由地移动。之后，如在B(图1)和220(图2)所见，致动器可以在例如向下的方向上朝向介质移动该设备，同时该设备以第一模式操作以确定拾取工具接触介质时的高度。只要没有检测到拾取工具和样本之间的接触，该设备就继续向下移动，如在230处所见(图2)。确定设备的检测器检测到拾取工具和培养介质之间的接触时的高度。在一个示例中，通过检测对在向下方向上的移动的阻力而检测接触，该在向下方向上的移动转化为拾取工具在向上方向上的移动。

然后，如在C(图1)和250(图2)处所见，在设备仍然处于第一操作模式的情况下，该拾取工具接触设置在介质上的样本，此时，设备从第一模式转换为第二模式以收集样本。当收集样本时，该设备至少抵抗或抑制向上的运动，但在可替代的实施例中，可以向拾取工具施加增加的向下的力以使在收集发生时拾取工具保持与培养介质和样本的稳定接触。下面例如参考图6-10描述了在拾取工具和介质之间施加并保持向下的力的多种方法。然后，如在D(图1)和260(图2)所见，该致动器然后可以使设备从样本表面收回拾取工具(该拾取工具应起初垂直向上地移动以避免拖拉拾取工具横跨盘表面)，并且然后将设备移动到样本放置位置，例如样本制备站点，并且然后使收集到的样本从拾取工具释放到溶液中以便进一步的处理。

随后，在E(图1)，设备100可进入第二操作模式并移动到第三站点，此时，设备可以丢弃用过的拾取工具。该过程然后可以通过使设备在A处收集另一(未使用的)拾取工具而再次开始。该拾取工具如上所述由设备收集。

现在参考图3，现在将提供根据本发明的实施例的设备300的特定示例。如图3的实施例所示，设备300具有拾取工具容纳主体302，其内具有腔305以容纳拾取工具102的一部分(图1)，该部分可为拾取工具的轴。本领域技术人员能够意识到其中该设备可配置成容纳拾取工具的很多不同的配置。本发明不被视为限于图3中示出的具体配置。腔305限定在轴向方向上延伸的轴线306，当被容纳在腔305中时，该拾取工具的轴沿该轴向方向延伸。当被容纳在腔305内时，拾取工具由主体302牢固地保持，从而在除了当拾取工具的轴被插入到主体302中时或者被从其移除或放弃时的时间以外均阻止相对于主体的移动。

腔305的截面尺寸和形状通常与拾取工具的轴的尺寸和形状匹配，但在一些情况下，该尺寸和形状仅需要对应于拾取工具被牢固地保持在腔305中时的程度。杆304可滑动地设置在主体302内，该杆具有例如固定的旋钮326，在拾取工具插入到主体302的开口端301中时，该旋钮326可以被向上推动。在拾取工具没有插入到主体302中时，杆304可被偏置以向下从开口端301突出。

如图3中进一步所示，可提供光学反射传感器328，以检测旋钮326何时被向上推动，从而检测由主体302容纳的拾取工具的存在。

主体302可以在其顶部具有螺纹孔以安装头部308，例如通过螺丝钉309安装。主体302可具有槽312，该槽通常为V型，其中可安置焊珠或球314并允许该焊珠或球314滚动。轴套316可具有相应的孔，使得该球被保持在轴套和主体302之间。

在一个示例中，轴套316可被压缩装配到马达的中空转子318的开口中，例如设备的步进马达，其中元件320代表另外的部分，例如马达的壳体和定子。轴套316和拾取工具容纳主体302一起合作以允许主体302在诸如垂直的轴向方向上自由移动，其是远离主体的开口端301的方向，同时将主体锁定到马达的转子318，使得主体302可通过旋转转子在不同的位置之间受控地旋转。

附连到在远离开口端301的主体302的顶端322处的头部308可具有在远离轴线306的横向方向上延伸的一个或多个部分。如图3中所示，横向延伸部分可为两个翼324，两个翼324在远离轴线306的相反的两个方向上延伸。如在图4A的平面图中进一步所示(从设备结构340下向上看)，在第一操作模式中，在第一位置中，翼324可以与设备结构例如设备的顶盖中的相应的开口325对准。在这个第一模式中，翼与开口的对准允许翼324在主体302的轴向方向上自由移动，例如向上和向下。相反，在第二操作模式中，头部308和从其延伸的翼324被定位为使得翼不与开口325对准，如图4B所示。例如，在第二位置中，头部可相对于第一位置旋转到90°的角度，使得设备的结构限制头部308和附连到该头部308的主体302在轴向方向上的移动。

虽然在图3中具有翼324和开口325的头部308被描述为“钥匙孔”配置，但是同样可以良好实现该功能的其他配置也是可行的。例如，替代具有圆柱部分和在相反方向上远离轴线306延伸的侧部的开口，该开口可替代地具有简单的矩形形状，该矩形形状足以在第一位置容纳翼，同时在第二开口中，该翼被位于这样的矩形开口的外部的结构的区域阻碍而不能在轴向方向上移动。

该设备可包括检测器330，其用于响应于拾取工具与培养介质的接触而产生信号。在一个示例中，检测器可检测头部在轴向的移动，例如当设备向下朝向介质移动并且然后拾取工具与介质接触时头部的向上方向的移动。这样的检测器330在主体与培养介质接触后以某种状态被向上推动时产生信号，在该状态中，设备的头部308和主体302处于第一位置中，该第一位置允许主体在轴向方向上自由移动。在一个示例中，该检测器可为霍尔效应传感器330，其构造成响应于磁场的变化而产生电信号，例如由于设置在头部308内或头部308上的磁体332的移动而引起的磁场的变化。在一个示例中，头部308可在头部的圆周并入四个磁体332，每个磁体与头部上的下一个相邻的磁体间隔90度角，其中头部上的每个位置处的磁体的磁极相对于与在头部的圆周处的这种磁体相邻的磁体的磁极交替。该检测器和这种四磁体布置可用于检测头部是否在第一位置中与开口对准，或者头部是否在围绕轴线306相对于第一位置旋转的第二位置中，使得头部被限制轴向移动。当该头部处于已知的位置中时，检测器或霍尔效应传感器330可用于检测头部远离已知位置的垂直移动。

在操作的示例中，当头部308被设备结构340限制轴向移动时，设备300可由外部致动器(110；图1)在向下方向上移动到拾取工具102的轴上以在主体内容纳拾取工具。设备的向下移动可继续，直到拾取工具已经插入到主体内的预定位置或直到光学传感器328检测到旋钮326。

然后设备300可通过致动器110向上移动，并且步进马达的转子318可被致动从而旋转主体经过90度角。在这时，设备现在处于第一模式中，其中头部308处于允许未被阻碍的垂直移动的第一位置中。设备300然后定位在包含样本(例如不限于在诸如琼脂的生长介质上的微生物或菌群)的介质的表面上方，并且然后向下慢慢移动，直到检测器330基于头部308的向上移动而产生信号。垂直致动器在产生信号时的实际位置可用于确定设备相对于其上放置有样本的介质的高度。拾取工具现在可停留在样本上，例如，在诸如琼脂介质的培养介质上的菌群，拾取工具具有向下的力，该力取决于与设备的相对于设备的其他部分(例如主体302、杆304等等)轴向移动的部分相关联的那些部件的重量。

在特定的实施例中，当以第一模式操作设备以检测介质的表面时，如果拾取工具在介质上的总表面压力过大(例如由于向下承载在其上的设备部分的组合重量)，则与主体302连接的磁体可定位在线圈内。以这种方式，当线圈被激励时，该线圈产生磁场，磁场作用在磁体上以产生力，该力可以减小拾取工具在培养介质的表面上的压力。

上述设备的功能和特征可以多种方式实现。例如，如在图5中所见，可替代的，或除了传感器328(图3)之外，该设备可包括与设备的前表面500相关联的光电传感器510。该传感器510可构造为反射传感器以用于容纳从拾取工具反射或从培养介质的表面反射的光线。在一个实施例中，传感器510可构造成在朝向拾取工具的方向上发射光并且基于一部分发射的光的信号从拾取工具的表面反射回传感器上。在特定的实施例中，传感器可为U型。传感器被定位为使得其可检测拾取工具相对于主体302的位置的位置。

在一个实施例中，设备可包括感应传感器610，其用于检测邻近感应传感器的金属零件的移动和/或存在。例如，感应传感器610具有某结构，通过该结构，在拾取工具接触培养介质的表面时，响应于主体302的向上移动，与主体相关联的零件620(杆304的上部)移动到附近。在这样的实施例中，零件620是电导性的且通常由金属制成以允许由感应传感器610检测到。在一个实施例中，感应传感器具有环形结构，而“旋钮”326(图3)被省略或尺寸被设置为适配在感应传感器中的开口内。在这样的实施例的变体中，感应传感器可以被提供为一个或多个感应线圈。

可替代地，在一个实施例中，设备可包括一个或多个电容传感器，其能够检测金属或非金属零件的存在。该一个或多个电容传感器可被提供以替代感应传感器610。在这样的实施例中，不管零件620是否由金属制成，该电容传感器都能检测设备的零件620的存在或移动。在这个实施例中，该传感器是可变电容器，电容随着杆的位置而变化。例如，电容的变化将指示由拾取工具与样本的接触引起的向上的力。

设备的特定实施例可包括结构，该结构被配置为增加拾取工具和培养介质之间的向下的力，例如当拾取工具与培养介质接触以收集样本时。例如，图7示出感应线圈710，其可用于与一个或多个磁体712或主体302的磁性部分结合。该磁性线圈可构造成增加对主体302的轴向运动的阻力或在轴向方向上抵制主体302。在第二种情况下，该线圈可以第一施加电流被激励以在磁体712上施加磁性吸引力，从而使磁体被朝向线圈710吸引，并向主体302施加向下的力，从而向下移动主体。当线圈以较低的电流水平被激励或未被激励时，线圈在主体302上施加较小的力，并且主体可以减小的阻力或无阻力地向上移动。该设备额外可包括复位元件，其可以为，例如，弹簧(802；图8)，该复位元件构造成在线圈以较低水平被激励或当线圈未被激励时，将主体302的位置复位到静止位置。

在一个实施例中，该线圈可以构造成以与第一施加电流极性相反的电流被激励。在这种情况下，该线圈向磁体712施加磁性排斥力以使磁体被从线圈710推离，从而向主体302施加向上的力。

图8示出一个实施例，其包括弹簧802用于向主体302提供复位力。在示出的实施例中，该弹簧设置在主体上方，对向上移动的主体提供增加的阻力。在一个示例中，弹簧802具有与主体302例如通过具有螺丝头310的螺丝钉309机械连接的第一端804，以及与具有固定位置的设备的一部分邻接的第二端806。在操作中，主体302在向上方向上的移动压缩弹簧802，使得弹簧在主体302上施加增加的向下的力，该向下的力越增大，主体越向上移动。以这样的方式，当拾取工具被迫与培养介质接触时，该设备在拾取工具和培养介质之间施加增大的力。

在图9中所见的一个实施例中，设备可包括一个或多个重量块910，其被布置以在主体已经从主体302的静止位置移动预定的向上距离后，在主体302上施加增加的向下重力。例如，环形重量块910可被定位从而部分位于设备上或设备内的凸耳(未示出)上。当设备由致动器向下朝向培养介质移动时，在与培养介质接触后，主体302向上移动，使得诸如连接到主体的螺丝头310的元件最终与重量块910接触。如果主体保持在同样的位置或者继续向上移动，则重量块910现在与主体302连接，从而通过主体302向培养介质施加向下的重力。

在如图10中所见的另一实施例中，在主体移动到与培养介质接触时，密封腔1004内的加压空气或气体可对主体302施加向下的力。因此，当设备由致动器向下朝向培养介质移动时，主体302在与培养介质接触后向上移动，使得在腔1004内移动的元件(旋钮326)压缩内部的气体。随着气体被压缩，该气体向旋钮326施加越来越大的更大的力。以这种方式，腔1004内的气体作为被动复位元件，当主体处于与培养介质接触时，在主体上施加增加的力。在这种情况下，利用提供在旋钮326和腔的壁之间的密封件，腔1004完全密封，使得空气或气体既不能进入腔1004也不能从腔1004逸出。

在这样的实施例的变体中，该设备可以进一步包括连接到泵、罐或调节器设备的导管1002，用于向腔1004提供气体或从其收回气体。在这种情况下，当增大的向下的力被施加到主体时，可主动地向腔内提供气体。在特定的示例中，气体可从腔通过导管被收回，从而向主体施加减小的力或向上移动主体。

虽然上述实施例涉及使用可消耗的拾取工具，其由设备容纳并用于收集样本，在这之后该拾取工具被丢弃，但本发明的原理和实施例也可适用于拾取工具保持为设备的集成部分用于重复收集样本的设备，并且该拾取工具通常不被丢弃，除非损坏或磨损。

虽然本发明在这里已经参考特定实施例进行了说明，但应当理解，这些实施例仅是说明本发明的原理和应用。因此，应当理解，可以对说明性实施例进行各种修改并且可以设计出其他配置，而不背离由所附权利要求限定的本发明的范围。

将意识到，多个从属权利要求和在其中限定的特征可以与原始权利要求中出现的特征以不同的方式组合。还可以理解，结合独立实施例描述的特征还可与描述的实施例中的其他特征共享。

Claims (17)

1.一种用于从培养介质收集样本的设备，所述设备包括：

主体，其包括用于容纳可替换的拾取工具的结构，所述主体和拾取工具组件处于大致轴向对准；以及

检测器，其配置为在所述拾取工具被带动为与设置在所述培养介质上的所述样本接触时响应于施加到所述拾取工具的力而产生信号；

允许所述主体移动的机构；

其中所述设备配置为以至少第一模式和第二模式操作，其中在所述第一模式中，所述机构允许所述主体和拾取工具组件在轴向方向上相对于所述设备的支撑结构自由地移动，所述轴向方向大致垂直于所述培养介质的表面，并且其中在所述第二模式中，与当所述设备处于所述第一模式时相比，所述机构对所述主体和所述拾取工具组件的轴向移动施加更多阻力，并且所述机构锁定所述主体和拾取工具组件，使得所述主体和拾取工具组件不在所述轴向方向上相对于所述机构移动；

所述设备进一步包括连接到所述主体的钥匙，其中所述钥匙与所述钥匙上方的所述结构内的开口配合，使得在所述第一模式中，所述钥匙不接合并且能够前进到所述结构中并穿过所述结构，而在所述第二模式中，所述钥匙不能前进到所述结构中也不能穿过所述结构。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二模式中由所述机构施加的阻力的量随着所述主体的位移超过第一预定运动范围而逐渐增加。

3.根据权利要求2所述的设备，其中在所述主体的位移超过所述第一预定运动范围后，所述第二模式中由所述机构施加的阻力的量以阶梯函数增加。

4.根据权利要求2所述的设备，进一步包括弹簧，所述弹簧配置为当所述设备转换到所述第二模式时，在所述拾取工具和设置在所述培养介质上的所述样本之间接触时或接触之后，响应于所述支撑结构内的所述主体的移动而开始抵抗所述主体在所述轴向方向上的移动。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中所述检测器配置为响应于检测到所述设备和所述样本之间的相对位置而产生信号。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述设备配置为当所述拾取工具处于与设置在所述培养介质上的所述样本接触中或变为与所述样本接触时从所述第一模式转换为所述第二模式。

7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括连接到所述主体的马达以在围绕轴线的方向上旋转所述主体，所述马达配置为相对于所述支撑结构在第一位置和第二位置之间旋转所述主体，所述第一位置对应于所述第一模式，在所述第一模式中，所述钥匙能够前进到所述支撑结构中并穿过所述支撑结构，所述第二位置对应于所述第二模式，在所述第二模式中，所述钥匙不能前进到所述支撑结构中也不能穿过所述支撑结构。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述钥匙包括远离所述钥匙和主体的公共轴线的至少一个横向延伸部，并且所述支撑结构具有开口，所述开口的尺寸被设计为允许所述至少一个横向延伸部从其中经过。

9.根据权利要求8所述的设备，进一步包括轴套，所述主体穿过所述轴套延伸，其中在所述第一模式中，所述主体在所述轴向方向上可在所述轴套内自由移动，并且所述轴套限制与其同轴布置的所述主体，而在所述第二模式中，所述轴套和所述支撑结构配合以限制所述主体相对于所述支撑结构的移动。

10.一种设备，其配置为从培养介质收集样本，所述设备包括：

主体，其配置为容纳并保持可移除的拾取工具，所述可移除的拾取工具在由所述主体容纳时自所述设备延伸；

用于在卡笛尔空间中移动所述设备的装置，使得所述可移除的拾取工具能够从第一位置移动到第二位置，在所述第一位置处，所述拾取工具由所述设备容纳，在所述第二位置处，所述拾取工具用于拾取设置在培养介质上的样本；

用于使所述可移除的拾取工具前进到所述样本的装置；

用于响应于所述可移除的拾取工具与设置在所述培养介质上的所述样本的接触而产生信号的装置；以及

结构，在所述结构中，所述主体在第一模式中在大致垂直于所述培养介质的表面的方向上在预定运动范围内自由地移动，并且在第二模式中当所述主体行进超过所述预定运动范围时所述主体在大致垂直的方向上被锁定而不能移动，其中所述结构在所述第二模式中锁定所述结构内的所述主体使得所述主体不能在大致垂直的方向上移动；

所述设备进一步包括连接到所述主体的钥匙，其中所述钥匙与所述钥匙上方的所述结构内的开口配合，使得在所述第一模式中，所述钥匙不接合并且能够前进到所述结构中并穿过所述结构，而在所述第二模式中，所述钥匙不能前进到所述结构中也不能穿过所述结构。

11.一种使用根据权利要求1或10所述的设备从培养介质收集样本的方法，所述方法包括：

开始用于从培养介质收集样本的设备的第一模式，所述第一模式允许在轴向方向上相对于所述设备的支撑结构自由移动所述设备；

在所述轴向方向上移动所述设备以容纳和保持配置为收集所述样本的拾取工具；

由所述设备移动所述拾取工具以与设置在所述培养介质上的所述样本接触；

开始所述设备的第二模式并阻止所述设备在所述轴向方向上相对于所述设备的所述支撑结构的移动；

在所述拾取工具被附连到所述设备时操纵所述拾取工具以收集所述样本；以及

将收集到的样本放置在收集位置处。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在放置所述收集到的样本之后，处理所述收集到的样本，处理步骤包括选自包括处理测试、培养或保存的组中的至少一个处理。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中操纵步骤包括所述设备旋转所述拾取工具。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括从所述设备释放所述拾取工具以丢弃所述拾取工具。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括检测所述拾取工具和所述培养介质之间的接触。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括检测所述拾取工具接触所述培养介质的高度。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括确定所述拾取工具接触所述样本的高度。

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